Trong hệ thống thử nghiệm an toàn của thiết bị điện, có một bài kiểm tra cốt lõi về khả năng chịu nhiệt của vật liệu cách điện — Thử nghiệm áp lực bi. Nó có vẻ đơn giản để vận hành, nhưng nó liên quan trực tiếp đến việc liệu thiết bị điện có bị hỏng cách điện do nhiệt độ cao trong quá trình sử dụng lâu dài hay không, điều này có thể gây ra điện giật, đoản mạch hoặc thậm chí là tai nạn hỏa hoạn. Cho dù đó là ổ cắm gia dụng, bộ đổi nguồn hay vỏ của thiết bị điều khiển công nghiệp, tất cả đều phải vượt qua Thử nghiệm áp lực bi để đảm bảo an toàn trong điều kiện nhiệt độ hoạt động định mức và môi trường nhiệt độ cao bất ngờ.

1. Thử nghiệm áp lực bi là gì? Chức năng cốt lõi của nó là gì?

Thử nghiệm áp lực bi là một phương pháp thử nghiệm mô phỏng khả năng chịu đựng của các bộ phận cách điện của thiết bị điện trong "áp lực cơ học + môi trường nhiệt độ cao".

Nguyên tắc cốt lõi của nó như sau: Sử dụng một "đầu dò bi" bằng thép có trọng lượng quy định (20N) và đường kính quy định (5mm) để ấn lên bề mặt của vật liệu cách điện được thử nghiệm. Đồng thời, tăng nhiệt độ của môi trường thử nghiệm lên "nhiệt độ chịu nhiệt định mức" của vật liệu (hoặc nhiệt độ tối đa dự kiến của thiết bị trong quá trình hoạt động bình thường) và duy trì trong một khoảng thời gian nhất định (thường là 1 giờ). Sau khi thử nghiệm, làm nguội về nhiệt độ phòng. Đánh giá xem vật liệu có đáp ứng các yêu cầu an toàn hay không bằng cách đo "đường kính vết lõm" còn lại trên bề mặt của vật liệu cách điện. Nếu đường kính vết lõm không vượt quá 2mm, khả năng chịu nhiệt của vật liệu đạt yêu cầu; nếu không, nó được coi là không đạt yêu cầu.

Từ góc độ an toàn, Thử nghiệm áp lực bi có hai chức năng cốt lõi:

1). Ngăn ngừa "lỗi biến dạng nhiệt" của vật liệu cách điện: Khi thiết bị điện hoạt động, các bộ phận bên trong (chẳng hạn như máy biến áp, điện trở, chip) tạo ra nhiệt, làm tăng nhiệt độ của các bộ phận cách điện (chẳng hạn như vỏ, vỏ đầu cuối). Nếu vật liệu cách điện có khả năng chịu nhiệt kém, nó có thể bị biến dạng nghiêm trọng, thậm chí nứt hoặc sụp đổ, dưới tác động kết hợp của nhiệt độ, trọng lượng của chính nó và áp lực bên ngoài (chẳng hạn như lực cố định trong quá trình lắp đặt). Điều này sẽ tiếp tục làm lộ các bộ phận có điện bên trong và gây ra nguy cơ điện giật cho con người.

2). Tránh "nguy cơ hỏa hoạn do lão hóa nhiệt": Vật liệu cách điện kém chất lượng sẽ đẩy nhanh quá trình lão hóa và làm mềm dưới nhiệt độ cao. Chúng không chỉ mất đi chức năng bảo vệ cách điện mà còn có thể phân hủy để tạo ra các chất dễ cháy dưới nhiệt độ cao. Khi chúng tiếp xúc với các bộ phận nhiệt độ cao bên trong hoặc tia lửa điện, chúng có thể dễ dàng gây ra hỏa hoạn. Thử nghiệm áp lực bi mô phỏng các điều kiện làm việc khắc nghiệt để sàng lọc trước các vật liệu có khả năng chịu nhiệt không đủ và loại bỏ các mối nguy hiểm như vậy từ nguồn.

2. Phạm vi ứng dụng của Thử nghiệm áp lực bi: Sản phẩm nào phải trải qua nó?

Thử nghiệm áp lực bi không nhắm đến tất cả các sản phẩm điện. Nó tập trung vào "các bộ phận cách điện" và "các bộ phận phi kim loại hỗ trợ các bộ phận có điện", bao gồm các tình huống sau:1). Thiết bị điện gia dụng: Vỏ ổ cắm, lớp cách điện phích cắm, vỏ dây nguồn của nồi cơm điện, khung nhựa của điều hòa không khí trong nhà, đế đèn, v.v.;2). Thiết bị công nghệ thông tin: Vỏ bộ đổi nguồn máy tính xách tay, thân bộ định tuyến, nắp đầu cuối của máy in, v.v.;

3). Thiết bị điện công nghiệp: Vỏ biến tần, vách ngăn cách điện của tủ điều khiển, vỏ hộp nối động cơ, v.v.;

4) Thiết bị điện y tế: Vỏ của máy theo dõi y tế, các bộ phận cách điện của máy bơm truyền dịch (cần đáp ứng các tiêu chuẩn chịu nhiệt cao hơn), v.v.

Nói một cách đơn giản, miễn là một thiết bị điện chứa các bộ phận cách điện phi kim loại "cần chịu một áp lực nhất định và có thể tiếp xúc với nhiệt độ cao trong quá trình hoạt động", nó phải vượt qua Thử nghiệm áp lực bi. Yêu cầu này được quy định rõ ràng trong các tiêu chuẩn an toàn điện toàn cầu chính, chẳng hạn như các tiêu chuẩn quốc tế IEC 60950-1 (An toàn của thiết bị công nghệ thông tin) và IEC 60335-1 (An toàn của thiết bị điện gia dụng và tương tự), cũng như các tiêu chuẩn quốc gia Trung Quốc GB 4943.1 và GB 4706.1.

3. Quy trình vận hành của Thử nghiệm áp lực bi: Sự nghiêm ngặt quyết định kết quả thử nghiệm

Thử nghiệm áp lực bi có vẻ có các bước đơn giản, nhưng việc kiểm soát thông số của từng liên kết ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác của kết quả. Nó phải được vận hành theo quy trình tiêu chuẩn nghiêm ngặt, được chia thành 5 bước:

1). Chuẩn bị mẫu: Đảm bảo tính đại diện và tính toàn vẹn

Cắt "các mẫu đại diện của các bộ phận cách điện" từ sản phẩm cần thử nghiệm. Kích thước mẫu phải đáp ứng các yêu cầu thử nghiệm (thường là độ dày không dưới 3mm và diện tích bề mặt đủ lớn để chứa vết lõm của đầu dò bi). Bề mặt mẫu phải sạch, không có vết xước và vết dầu để tránh tạp chất ảnh hưởng đến độ chính xác của phép đo vết lõm.

2). Cài đặt điều kiện thử nghiệm: Kiểm soát chính xác "Nhiệt độ, Áp suất, Thời gian"

Đặt nhiệt độ của "buồng gia nhiệt" theo yêu cầu tiêu chuẩn sản phẩm. Kết nối đầu dò bi thép đường kính 5mm với trọng lượng 20N và đảm bảo đầu dò bi ấn theo chiều dọc lên bề mặt mẫu với áp suất đều và ổn định. Khi nhiệt độ của buồng gia nhiệt ổn định ở giá trị đã đặt, bắt đầu tính thời gian và duy trì trong 1 giờ.

3). Duy trì nhiệt độ không đổi: Mô phỏng điều kiện làm việc nhiệt độ cao trong thời gian dài

Trong quá trình thử nghiệm, theo dõi nhiệt độ của "buồng gia nhiệt" trong thời gian thực để đảm bảo sự dao động nhiệt độ không vượt quá ±2℃, do đó tránh sai lệch kết quả thử nghiệm do nhiệt độ không ổn định. Đồng thời, đảm bảo đầu dò bi tiếp xúc chặt chẽ với bề mặt mẫu mà không bị dịch chuyển. Nếu mẫu bị biến dạng nghiêm trọng trước thời hạn dưới nhiệt độ cao, hãy ghi lại sự biến dạng làm cơ sở để đánh giá sau này.4). Đo nguội và vết lõm: Liên kết "đánh giá kết quả" quan trọngSau khi thời gian thử nghiệm kết thúc, ngay lập tức lấy mẫu ra khỏi "buồng gia nhiệt" và làm nguội tự nhiên về 23℃±2℃ ở nhiệt độ phòng (không sử dụng nước lạnh hoặc các phương pháp khác để làm nguội nhanh, để tránh co ngót vật liệu ảnh hưởng đến kích thước vết lõm). Sử dụng một dụng cụ đo có độ chính xác không dưới 0,01mm (chẳng hạn như kính hiển vi hoặc thước cặp) để đo "đường kính tối đa" của vết lõm trên bề mặt mẫu. Lưu ý rằng vết lõm có thể có hình tròn hoặc hình elip, vì vậy người dùng cần đo đường kính của phần dài nhất. So sánh với các yêu cầu tiêu chuẩn: Nếu đường kính vết lõm là ≤2mm, mẫu được đánh giá là "đạt yêu cầu"; nếu đường kính là ＞2mm, nó được đánh giá là "không đạt yêu cầu", cho thấy khả năng chịu nhiệt của vật liệu không thể đáp ứng các yêu cầu ứng dụng.

4. Kết luận: Một bài kiểm tra nhỏ cho sự an toàn lớn

Là một bài kiểm tra an toàn điện "cơ bản nhưng quan trọng", Thử nghiệm áp lực bi dường như chỉ đo một vết lõm nhỏ, nhưng nó mang trách nhiệm quan trọng là bảo vệ tính mạng và tài sản của người dùng. Đối với các nhà sản xuất, việc thực hiện nghiêm ngặt Thử nghiệm áp lực bi và lựa chọn các vật liệu cách điện đáp ứng các yêu cầu là điều kiện tiên quyết để sản phẩm được tung ra thị trường tuân thủ các quy định. Đối với người tiêu dùng, việc hiểu ý nghĩa của Thử nghiệm áp lực bi và chú ý xem các sản phẩm điện có vượt qua các chứng nhận an toàn liên quan (ngụ ý Thử nghiệm áp lực bi đạt yêu cầu) khi mua hàng là một cách quan trọng để tránh các rủi ro về an toàn.Khi thiết bị điện phát triển theo hướng "thu nhỏ và công suất cao", mật độ của các bộ phận bên trong trở nên cao hơn và sự sinh nhiệt tăng lên. Điều này đặt ra các yêu cầu cao hơn đối với khả năng chịu nhiệt của vật liệu cách điện. Điều đó có nghĩa là tầm quan trọng của Thử nghiệm áp lực bi sẽ trở nên nổi bật hơn. Chỉ bằng cách tuân thủ nguyên tắc "không hạ thấp tiêu chuẩn thử nghiệm và không đơn giản hóa quy trình thử nghiệm" thì mọi sản phẩm điện mới được trang bị các đảm bảo an toàn cách điện đáng tin cậy.