Bewertung der Feuerbeständigkeit von Relais und Schaltern mit einem fortschrittlichen Nadelflammenprüfgerät

Abstract
Relais und Schalter sind grundlegende Schaltkomponenten in Niederspannungsverteilungen, Haushaltsgeräten und industriellen Steuerungsanlagen. Beim Öffnen und Schließen von Kontakten entstehen Lichtbögen. Bei Kurzschluss und Überlastung können sich kleine Flammen bilden, die umgebende Kunststoffisolierungen und Grundmaterialien entzünden und so Brände verursachen. Der Nadelflammenprüfer ist ein wichtiges Prüfinstrument zur Simulation solcher Brandquellen. Das Nadelflammenprüfgerät ist ein von [Name des Herstellers/der Organisation] entwickeltes Brandschutzprüfgerät. LISUN Für die Elektro- und Elektronikindustrie sowie die Haushaltsgeräte-, Beleuchtungs- und Informationstechnologiebranche. Es simuliert „kleine Flammen“, die durch Kurzschlüsse und Bauteilüberhitzung in Geräten entstehen, um die Feuerbeständigkeit und den Brandschutz von Produkten und Isoliermaterialien unter solchen Bedingungen zu bewerten. Durch die gezielte Flammenzufuhr mittels eines standardisierten Nadelbrenners erfasst das Gerät präzise den Zündstatus, die Flammennachbrenndauer und die Flammenausbreitung. Es liefert Prüfdaten gemäß internationalen und nationalen Normen für Produktentwicklung, Warenausgangskontrolle und Zertifizierung durch Dritte und unterstützt Unternehmen bei der Erfüllung der Marktzugangsanforderungen im Bereich Brandschutz. LISUN Anhand des Nadelflammenprüfgeräts ZY-3 als Forschungsobjekt beschreibt dieser Artikel das Prüfprinzip und die wichtigsten Geräteparameter des Nadelflammenprüfgeräts, das vollständige Prüfverfahren für Relais- und Schalterkomponenten, die Kriterien zur Ergebnisauswertung und analysiert häufig auftretende Probleme bei praktischen Prüfungen. Er bietet Komponentenherstellern und unabhängigen Prüflaboratorien praktische Hinweise zur Durchführung von Brandschutzprüfungen für Relais und Schalter. 

Hintergrund und Standardgrundlage für die Nadelflammenprüfung von Relais und Schaltern

Im täglichen Betrieb von Relais und Schaltern entstehen durch häufiges Schließen und Öffnen der Kontakte Lichtbögen. Bei Kontaktproblemen, Überlastung oder Kurzschluss steigt die Lichtbogenenergie und erzeugt lokal winzige Flammen, die direkt auf nichtmetallische Isolierteile wie Relaisgehäuse, Schalttafeln und Klemmenbasen einwirken. Weisen die Bauteile keine ausreichende Flammschutzwirkung auf, können diese kleinen Flammen die Prüfkörper entzünden, eine kontinuierliche Flammenausbreitung auslösen und geschmolzenes Material kann benachbarte Kabel und andere Baugruppen entzünden und so einen Brand des gesamten Systems verursachen. Der Glühdrahttest beurteilt hauptsächlich die thermische Belastung durch Hochtemperatur-Wärmestrahlung, während der Nadelflammentest sich stärker auf Zündszenarien konzentriert, die direkt durch kleine Lichtbögen im Inneren der Bauteile hervorgerufen werden. Diese beiden Tests ergänzen sich und ermöglichen eine umfassende Brandgefahrenbewertung für Niederspannungsbauteile.

Die entsprechende nationale Norm ist GB/T 5169.5‑2020 und die äquivalente internationale Norm ist IEC 60695‑11‑5:2016. Diese Normenreihe spezifiziert die Hardwarekonstruktion von NadelflammentesterDas Verfahren zur Bestätigung der Brandbeständigkeit, die Probenvorbereitung, das Verfahren zur Flammenapplikation und die Richtlinien zur Ergebnisauswertung werden in der Produktnorm GB/T 2099.1-2021 für Schalter und Steckdosen sowie in relevanten Niederspannungsrelais-Spezifikationen referenziert. Dieses Nadelflammenprüfverfahren ist ein kritischer Brandschutzfaktor für CCC-, CQC-, CE- und andere Marktzulassungszertifizierungen. Durch die Durchführung von Tests mit dem Nadelflammenprüfgerät während der Produktentwicklungsphase können Unternehmen die Zusammensetzung von Isoliermaterialien überprüfen, die interne Struktur von Relais und Schaltern optimieren, potenzielle Brandgefahren frühzeitig erkennen und Sicherheitsrisiken nach der Produkteinführung vermeiden.

ZY-3 Nadelflammtest

Technische Kernparameter des Nadelflammenprüfgeräts

LISUN Der Nadelflammenprüfer ZY-3 wurde vollständig gemäß den Hardwareanforderungen von GB/T 5169.5-2020 und IEC 60695-11-5:2016 entwickelt. Dank seiner modularen Bauweise integriert das Gerät Funktionsmodule zur Flammentemperaturmessung, automatischen Zeitmessung und Aufzeichnung von Verbrennungsdaten. Der Brennerwinkel ist frei einstellbar; Flammenhöhe und Flammentemperaturanstiegsrate erfüllen alle Anforderungen der Standardprüfung. Ausgestattet mit zwei Betriebsmodi – LCD-Touchscreen und Fernbedienung – ermöglicht das Gerät, sich vom Brennraum fernzuhalten und die Betriebssicherheit bei Hochtemperatur-Brandschutzprüfungen zu erhöhen. Das Gerät ist in zwei Varianten erhältlich: dem schrankmontierten ZY-3 und dem schranklosen ZY-3S, um sich an unterschiedliche Laborbedingungen anzupassen. Die wichtigsten technischen Parameter sind in Tabelle 1 dargestellt.

Gemäß den Standardanforderungen muss der Nadelflammenprüfer regelmäßig Kontrollprüfungen durchführen, um die Temperaturanstiegsrate und die Flammenhöhe zu überprüfen. Die Brennerdüse ist ein Verschleißteil. Durch die Langzeitverbrennung kann sich die Düsenöffnung verändern und zu Abweichungen der Flammenenergie führen, was die Prüfergebnisse von Relais- und Schalterproben direkt beeinflusst. Daher sind regelmäßige Inspektion und gegebenenfalls Austausch erforderlich. Das Gerätegehäuse besteht aus hochtemperaturbeständig beschichtetem Stahl, um korrosiven Abgasen aus der Kunststoffverbrennung zu widerstehen, und eignet sich für den Dauerbetrieb von Brandschutzprüfungen in Laboren.

Vollständiges Prüfverfahren für Relais und Schalter mit einem Nadelflammenprüfer

Vor der formellen Nadelflammenprüfung von Relais oder Schaltern müssen die Prüfer die Norm GB/T 5169.5-2020 und die entsprechenden Produktspezifikationen studieren und die Flammeneinwirkzeit bestätigen. Die übliche Flammeneinwirkzeit für Relais- und Schalterkomponenten beträgt 30 Sekunden. Für einige Komponenten mit geringem Risiko können gemäß den Produktnormen 10 oder 20 Sekunden gewählt werden. Die Proben müssen vorkonditioniert werden: Sie müssen mindestens 24 Stunden bei einer Umgebungstemperatur von 15 °C bis 35 °C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 45 % bis 75 % gelagert werden, um den Einfluss der Luftfeuchtigkeit auf das Verbrennungsverhalten von Kunststoffen auszuschließen.

Schritt 1: Flammenprüfung und -optimierung des Nadelflammenprüfgeräts. Butangas mit einer Reinheit von mindestens 95 % zuführen, Brenner in vertikale Position bringen, Gasfluss einstellen und Flammenhöhe auf 12 mm ± 1 mm kalibrieren. Flammenprüfung mit einem Thermoelement vom Typ K durchführen, um zu überprüfen, ob die Aufheizzeit von 100 °C auf 700 °C 23.5 s ± 1 s beträgt. Funktion des Zeitmoduls und der Brenndaueraufzeichnungsfunktion prüfen. Standard-Baumwollpolster als Basisschicht auf eine Kiefernholzplatte unterhalb der Probenstation legen, um zu prüfen, ob geschmolzenes Gas umgebende brennbare Materialien entzündet. Nach der Flammenprüfung den Brenner in eine 45°-Prüfposition bringen und die Flamme mehrere Minuten lang stabil halten.

Schritt zwei: Einspannen und Positionieren der Relais- und Schalterprüflinge. Die Prüflinge sollten möglichst vollständig montiert bleiben und nicht willkürlich demontiert werden, um reale Betriebsbedingungen zu simulieren. Die Prüflinge werden fest auf dem Prüflingshalter fixiert und die Brennerspitze auf die Stellen ausgerichtet, die am anfälligsten für Lichtbogenbeschuss sind. Bei Relais sind die Prüfpunkte das Gehäuse in der Nähe der Kontakte und die Anschlussklemmen; bei Schaltern sind die Prüfpunkte die Kunststoffteile um die Kontakte und die Innenseite der Schalterplatten. Vermeiden Sie die Kanten der Prüflinge und andere Stellen ohne praktischen Bezugswert und halten Sie den Standardabstand zwischen Brennerspitze und Prüflingsoberfläche ein.

Schritt drei: Richten Sie die Nadelflamme gezielt an. Starten Sie das Testprogramm des Nadelflammenprüfgeräts. Der Brenner fährt vorwärts und bringt die Spitze der Standardnadelflamme in Kontakt mit der Probenoberfläche. Die Flammenanwendungsdauer wird vorgegeben (normalerweise 30 Sekunden). Während des gesamten Flammenanwendungszyklus und der anschließenden Beobachtungsphase erfassen die Bediener den Zündstatus, den Zündzeitpunkt, die Brenndauer und die Flammenausbreitung der Proben und beobachten, ob die darunterliegende Watte durch brennende Tropfen der Proben entzündet wird. Nach Ablauf der Flammenanwendungszeit fährt das Gerät den Brenner automatisch zurück und beobachtet weiterhin die Nachflamme und das Glimmen der Proben. Wiederholtes Brennen an derselben Teststelle ist nicht zulässig. Für jede Testgruppe sind neue Proben zu verwenden.

Schritt vier: Datenauswertung nach Abschluss des Tests. Alle Phänomene, einschließlich Zündstatus, Brenndauer, Vorhandensein von Schmelztropfen und ob die Baumwollpolsterung der Basisschicht entzündet wurde, sind vollständig zu dokumentieren. Nach Abschluss aller Paralleltests sind alle Daten zusammenzufassen und der Status der Relais- oder Schalterprüflinge anhand der Normen zu beurteilen (bestanden/nicht bestanden).

Beurteilungskriterien für die Ergebnisse des Nadel-Flammen-Tests

Gemäß den Beurteilungsregeln von GB/T 5169.5-2020 gelten Relais- und Schalterprüflinge als im Nadelflammentest geprüft, wenn eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist: Erstens, es treten während des gesamten Nadelflammen-Anwendungsprozesses keine Flammen oder Glüherscheinungen an den Prüflingen auf, und die untere Baumwollpolsterung entzündet sich nicht. Zweitens, Flammen und Glühen an den Prüflingen erlöschen nach Entfernung der Nadelflamme innerhalb von 30 Sekunden von selbst, ohne dass die Bauteile vollständig durchbrennen, und die untere Baumwollpolsterung entzündet sich nicht durch Tropfen. Brennt der Prüfling länger als 30 Sekunden oder entzünden geschmolzene Tropfen die Baumwollpolsterung, gilt der Prüfling als nicht bestanden. Dies weist auf ein Brandrisiko bei Fehlerlichtbögen im Falle kleinster Flammen hin.

Bei einem Testfehler müssen Unternehmen Korrekturmaßnahmen ergreifen, wie beispielsweise die Verwendung von technischen Kunststoffen mit höherer Flammschutzklasse, die Erhöhung der Gehäusewandstärke und das Anbringen von baulichen Barrieren, um die Flammenausbreitung auf benachbarte Bauteile zu verhindern. Nach Material- oder Strukturänderungen ist ein erneuter Test mit einem Nadelflammenprüfgerät durchzuführen, bis die Brandschutzanforderungen der Normen erfüllt sind.

Praktische Vorsichtsmaßnahmen für die Nadelflammenprüfung von Relais und Schaltern

Viele Unternehmen verwenden für die Nadelflammenprüfung direkt Standard-Materialstäbe anstelle von vollständig montierten Relais- und Schalterkomponenten. Ein positives Ergebnis der Materialstabprüfung garantiert nicht, dass montierte Komponenten die Nadelflammenprüfung bestehen. Montagespalte, Dickenschwankungen und innere Spannungen können das tatsächliche Verbrennungsverhalten beeinflussen. Daher sollten vollständig montierte Komponenten als Prüflinge verwendet werden. Die Flammenbestätigungsprüfung mit dem Nadelflammenprüfgerät ist unerlässlich. Nach jedem Gaswechsel oder Düsenwechsel müssen Flammenhöhe und Temperaturanstiegskurve neu kalibriert werden; andernfalls sind die Prüfergebnisse ungültig und können nicht für Zertifizierungsberichte verwendet werden.

Im Laborprüfraum muss eine ausreichende Belüftung gewährleistet sein. Obwohl das Gerät mit einem geschlossenen Prüfschrank ausgestattet ist, müssen dennoch Feuerlöscheinrichtungen für Notfallsituationen wie z. B. eine heftige Probenentzündung bereitstehen. Fernsteuerungsfunktion von LISUN Der Nadelflammenprüfer ZY-3 ermöglicht es dem Bedienpersonal, den gesamten Prüfvorgang außerhalb der Hochtemperatur-Flammenkammer durchzuführen und erhöht so die Sicherheit während der Prüfung. Das Bestehen der Nadelflammenprüfung reicht jedoch nicht für eine vollständige Brandgefahrenanalyse der Bauteile aus. Zusätzliche Sicherheitsprüfungen wie die Glühdrahtprüfung und die Kriechstromprüfung sind erforderlich, um das Gesamtbrandgefahrenniveau von Relais und Schaltern umfassend zu bewerten.

Fazit

Relais und Schalter sind massenhaft verbaute Basiskomponenten in elektrischen Systemen, deren Brandschutzverhalten die Gesamtsicherheit von Haushaltsgeräten, industriellen Steuerungsanlagen und Verteilungssystemen direkt beeinflusst. Der Nadelflammenprüfer kann die realen Betriebsbedingungen winziger Flammen, die durch Fehlerlichtbögen an Bauteilen entstehen, unter Laborbedingungen simulieren. Das Nadelflammenprüfgerät ist ein von [Name des Herstellers] entwickeltes Brandschutzprüfgerät. LISUN Für die Branchen Elektrotechnik/Elektronik, Haushaltsgeräte, Beleuchtung und Informationstechnik. Durch die gezielte Flammenapplikation an die Prüflinge mittels eines standardmäßigen nadelförmigen Brenners erfasst dieses Gerät präzise den Zündstatus, die Flammennachbrenndauer und die Flammenausbreitung. Es liefert Prüfdaten gemäß internationalen und nationalen Normen für Produktentwicklung, Warenausgangskontrolle und Zertifizierung durch Dritte. LISUN ZY‑3 Nadelflammentester Das Gerät erfüllt alle Geräteanforderungen der Normen GB/T 5169.5‑2020 und IEC 60695‑11‑5:2016 und kann Nadelflammen-Brandprüfungen an Relais- und Schalterkomponenten zuverlässig durchführen. In den Phasen der Produktentwicklung, der Komponentenauswahl und der Zertifizierungseinreichung können Komponentenhersteller, die das Nadelflammenprüfgerät sachgemäß einsetzen, Brandgefahren von Isolierteilen identifizieren, die Materialzusammensetzung und Produktstruktur optimieren, die Brandsicherheit von Relais und Schaltern verbessern und die Betriebssicherheit elektrischer Endgeräte gewährleisten.