전기전자제품의 화재안전성 평가에 있어 바늘형 화염시험장치의 적용에 관한 연구

요약 :

전기 및 전자 장비 작동 중 회로 단락이나 부품의 과열 및 노화와 같은 결함으로 인해 미세한 불꽃이 발생할 수 있으며, 이는 주변의 절연 플라스틱이나 하우징 재료에 옮겨붙어 전기 화재의 주요 원인이 될 수 있습니다. 바늘 화염 시험기는 이러한 내부 결함으로 인해 발생하는 미세한 불꽃을 모사하여 제품 부품 및 절연 재료의 내화 성능을 평가합니다. 이는 전기 및 전자 제품의 안전 인증에 필수적인 시험 장비입니다. LISUN 본 논문은 ZY-3 니들 화염 시험기를 연구 대상으로 삼아, 해당 니들 화염 시험기의 작동 원리, 구조적 특징, 주요 기술 매개변수, 시험 절차, 평가 기준 및 실제 적용 시나리오를 소개한다. 본 연구는 전자 제품의 화재 안전 시험, 난연 소재 연구 개발, 그리고 제품 시장 진출에 필요한 기술적 참고 자료를 제공한다.

개요

많은 전기 화재 사고는 장비 내부 발화에서 비롯됩니다. 외부 화염과는 달리, 많은 화재 원인은 전자 부품의 단락이나 과열로 인해 발생하는 미세한 불꽃입니다. 이러한 불꽃은 부피가 작고 에너지가 집중되어 있어 인접한 플라스틱 절연체, PCB 기판, 전선 피복 등에 불이 붙어 심각한 화재로 확산될 수 있습니다. 기존의 연소 시험은 대부분 대규모 개방 화염 시나리오를 기반으로 설계되어 장비 내부의 미세 화재 발생 지점과 같은 실제 작동 조건을 재현할 수 없습니다. 바늘 화염 시험 기구 본 장비는 이러한 작업 환경에 맞게 특별히 개발된 시험 장비입니다. 중국 표준 GB/T 5169.5-2020 및 국제 표준 IEC 60695-11-5:2016을 준수합니다. 장비 내부 고장으로 발생하는 미세 화염을 모사하여 미세 화염 점화 조건에서 재료 및 완제품 기계 부품의 내화성, 그리고 화염 확산 위험성을 평가하는 데 사용됩니다. 가전제품, 정보 기술 장비, 조명 제품, 자동차 전자 제품, 제3자 시험 기관 및 연구 기관에서 널리 사용되고 있습니다. 상용화된 니들 화염 시험 장비로서, LISUN ZY-3 바늘형 화염 시험기는 표준 요구 사항을 엄격히 준수하여 정확한 화염 제어, 자동 타이밍 및 데이터 기록을 구현합니다. 연구 개발 테스트, 공장 검사 및 인증 테스트를 완료할 수 있습니다. 

1. 바늘형 화염 시험 장치의 작동 원리

바늘형 화염 시험 장치의 핵심 구성 요소는 순도 95% 이상의 부탄가스를 연료로 사용하는 표준 바늘형 버너로, 12mm±1mm 높이의 표준 시험 화염을 생성합니다. 화염은 부품의 단락 및 과열로 인해 부품 표면에 발생하는 미세 화염의 영향을 모사하기 위해 45° 경사각으로 시편 표면에 가해집니다. 시험 중에는 화염 적용 시간, 잔불 시간, 화염 제거 후 시편의 발광 시간을 기록합니다. 또한, 용융된 액체 방울이 아래쪽의 실크 종이나 소나무 판에 불을 붙이는지 여부를 관찰합니다. 이 시험의 주요 목적은 대규모 화재 노출 시 재료의 성능을 측정하는 것이 아니라, 장비 내부에서 국부적인 미세 화재 발생 시 주변 재료에 불이 붙는지, 점화 후 연소가 자연적으로 꺼지는지, 그리고 화염 방울이 화재 확산을 유발하는지 여부를 조사하는 것입니다. 이러한 관찰 결과를 바탕으로 제품의 화재 안전성을 평가할 수 있습니다.

완전한 바늘형 화염 시험 장치는 밀폐형 시험 챔버, 바늘형 버너, 가스 흐름 제어 시스템, 열전대 온도 검증 장치, 시간 측정 모듈 및 사용자 인터페이스 장치로 구성됩니다. 버너는 각도 조절이 가능하며, 교정을 위한 수직 위치와 정식 시험을 위한 45° 경사 위치를 제공합니다. 열전대는 화염의 열 출력을 검증합니다. 표준 요구 사항에 따르면 화염은 23.5초±1초 이내에 100℃±2℃에서 700℃±3℃까지 상승해야 합니다. 이는 각 시험에서 일관된 열 출력을 보장하고, 여러 배치 및 실험실 간에 반복 가능하고 비교 가능한 시험 결과를 보장합니다.

ZY-3 바늘 화염 테스트

2 주요 매개변수 LISUN ZY-3 바늘형 화염 시험 장치

LISUN ZY-3 바늘형 화염 시험기는 밀폐형 챔버가 있는 ZY-3와 챔버가 없는 ZY-3S 두 가지 버전으로 제공됩니다. 밀폐형 챔버 모델은 외부 공기 간섭을 차단하고 시험 환경을 안정화하여 표준 실험실 시험에 적합합니다. 챔버가 없는 버전은 크기가 작아 생산 라인에서 신속한 스크리닝에 적합합니다. 주요 기술 사양은 표 1에 나와 있습니다.

표 1. ZY-3 및 ZY-3S 바늘형 ​​화염 시험 장치의 주요 기술 매개변수

표 1에서 보는 바와 같이, 두 버전 모두 핵심 연소, 타이밍 및 온도 지표는 동일합니다. 차이점은 챔버 구성과 전체 중량에 있습니다. 사용자는 시험 환경 및 적용 시나리오에 따라 모델을 선택할 수 있습니다. 전체 장치는 고온 내성 및 내식성이 뛰어난 고온 스프레이 강재 구조를 채택하여 장기간 반복적인 고온 시험에 적합합니다. 또한 단일 또는 다중 연속 화염 적용을 지원하여 IEC 62368-1의 특수 연속 연소 시험 요구 사항을 충족합니다.

3. 바늘형 화염 시험 장치의 표준 시험 절차 및 결과 판단

3.1 테스트 절차

1. 시편 전처리 및 고정: 시편을 고정 장치에 고정하고, 제품 내부에서 결함 화염에 노출될 가능성이 가장 높은 위치를 화염 적용 지점으로 선택합니다.
2. 장비 교정: 버너에 점화하고 화염 높이를 12mm±1mm로 조정합니다. 구리 블록과 열전대를 사용하여 화염 온도 상승률을 확인하고 표준 사양을 준수하는지 확인합니다.
3. 시험 매개변수를 설정합니다. 일반적으로 권장되는 화염 접촉 시간은 30초입니다. 버너를 45° 위치로 회전시키고 화염 끝이 시편에 닿도록 합니다.
4. 설정된 화염 발생 시간이 완료되면 버너가 자동으로 후퇴합니다. 바늘 화염 시험 장치는 잔불 시간과 발광 지속 시간을 자동으로 기록하기 시작합니다.
5. 시험 전반에 걸쳐 시편의 연소 거동을 관찰하고, 용융된 액체 방울을 모니터링하며, 아래쪽의 실크 종이와 흰 소나무 판자가 발화되거나 탄화되었는지 확인합니다.
6. 시료에서 발광 현상이 완전히 사라진 후 시험을 종료합니다. 시험 데이터를 내보내고 관찰된 현상을 기록합니다.

3.2 합격/불합격 기준

GB/T 5169.5-2020에 따르면, 다음 조건 중 하나라도 충족되면 시편은 바늘 화염 시험을 통과한 것으로 간주됩니다.
(1) 화염에 노출되었을 때 시편에 점화나 발광이 일어나지 않습니다. 아래쪽 실크 종이는 점화되지 않고 흰 소나무 판에는 탄화가 나타나지 않습니다.
(2) 화염 제거 후, 시편에 대한 화염 및 발광의 총 지속 시간은 30초 미만이며, 물방울이 밑면을 점화시키거나 탄화시키지 않습니다.

시편의 장시간 연소 또는 용융된 액체 방울에 의한 하부층의 점화는 내부 미세 화염 결함 조건에서 화재 확산 위험을 나타냅니다. 구조적 수정 또는 더 높은 난연 등급의 절연 재료 채택을 포함한 제품 재설계가 필요합니다.

바늘형 화염 시험 장치의 4가지 적용 시나리오

바늘 화염 시험기는 전기전자, 정보기술, 조명, 자동차전자 및 재료 연구개발 산업에서 널리 사용됩니다.

첫째, 가전제품 산업에서 릴레이, 접촉기 및 차단기의 절연 베이스, 스위치 및 소켓의 플라스틱 패널, 케이블 절연층에는 접촉 아크 및 과부하 고장으로 인한 미세 화염을 모사하는 바늘 화염 시험 장치가 필요합니다. 이 장치는 절연 부품의 내화 성능을 검증하여 GB/T 2099.1과 같은 안전 요구 사항을 충족하고 저전압 전기 안전을 보장합니다.

둘째, 정보 기술 및 시청각 장비의 경우, 라우터, 프린터, 전원 어댑터, 충전기 하우징 및 전원 모듈을 둘러싼 절연 부품에 대해 칩 단락 및 과열로 인한 화재 위험을 테스트합니다. GB/T 4943.1-2022 및 IEC 62368-1:2023을 준수하는 바늘 화염 테스트는 소비자 전자 제품의 중요한 인증 항목입니다.

셋째, 조명 산업에서 LED 드라이버 하우징, 램프 홀더, 안정기 및 실외 투광등의 플라스틱 내부 부품은 내부 부품 결함으로 인한 미세 화염에 대한 내화성 테스트를 거쳐 관련 규정을 준수합니다. GB 7000.1-2015.

넷째, 자동차 전자 장치 및 신에너지 차량: 차량에 장착된 중앙 제어 내부 부품, 와이어 하니스 절연체, 충전 파일 절연체 및 BMS 하우징은 충전 과부하 및 회로 결함으로 인한 미세 화염을 모사하여 ISO 6722-1 및 GB/T 2408-2021에 따라 자동차 부품의 화재 안전 성능을 평가하기 위한 테스트를 거칩니다.

다섯째, 재료 연구 및 시험: ABS, PC, PA, 에폭시 유리섬유판 및 폴리이미드 필름과 같은 개량된 엔지니어링 플라스틱을 바늘 화염 시험 장치를 사용하여 점화 및 잔화염 데이터를 얻습니다. 이 데이터는 난연제 배합 개발 및 재료 등급 평가를 뒷받침하며, 신소재 개발을 위한 정량적 시험 근거를 제공합니다.

5 결론

The 바늘 화염 시험 기구 이 시험 장비는 전자 장비 내부의 단락 및 부품 과열로 인해 발생하는 미세 화염 상황을 재현하는 데 핵심적인 역할을 합니다. 이는 장비 내부의 미세 화재원을 모사할 수 없는 대형 화염 연소 시험의 한계를 보완합니다. 시험 결과는 실제 고장 상황에서 부품 및 절연 재료의 내화 성능을 직접적으로 보여줍니다. LISUN ZY-3 바늘 화염 시험기는 국내 GB/T 5169.5-2020 및 국제 IEC 60695-11-5:2016 표준을 완벽하게 준수합니다. 화염 온도, 화염 높이 및 시간 정확도가 우수하며, 터치스크린과 원격 제어의 두 가지 작동 모드를 제공하여 시험 정확도와 작동 안전성을 균형 있게 유지하고 기업 품질 관리 부서, 제3자 시험소 및 연구 기관의 다양한 요구를 충족합니다.

전기 안전은 제품 시장 진출을 위한 필수 요건입니다. 기업은 제품 연구 개발 단계에서 바늘 화염 시험 장비를 최대한 활용하여 바늘 화염 시험을 실시하고, 부품의 화재 위험 요소를 사전에 파악하여 재료 선택 및 구조 설계를 최적화하고, 전기 화재 위험을 근본적으로 줄여 제품 안전을 확보해야 합니다.