Évaluation de la résistance au feu des relais et des interrupteurs à l'aide d'un testeur de flamme à aiguille avancé

Abstract
Les relais et les interrupteurs sont des composants de commutation essentiels dans la distribution basse tension, les appareils électroménagers et les équipements de contrôle industriels. Des arcs électriques ont tendance à se former lors de l'ouverture et de la fermeture des contacts. En cas de court-circuit ou de surcharge, de minuscules flammes peuvent apparaître et enflammer les boîtiers isolants en plastique et les matériaux de base environnants, provoquant ainsi des incendies d'origine électrique. Le testeur de flamme à aiguille est un instrument de test important pour simuler ces sources d'incendie. Cet appareil de test de flamme à aiguille est un équipement de contrôle de sécurité incendie conçu par LISUN Destiné aux industries des équipements électriques et électroniques, de l'électroménager, de l'éclairage et des technologies de l'information, cet appareil simule les « minuscules flammes » provoquées par les courts-circuits et la surchauffe des composants internes afin d'évaluer la résistance au feu et la sécurité incendie des produits et des matériaux isolants dans des conditions d'inflammation par de petites flammes. Grâce à l'application directionnelle de la flamme sur les échantillons via un brûleur à aiguille standard, cet équipement détecte avec précision l'état d'inflammation, la durée de persistance et la propagation de la flamme. Il fournit des données de test conformes aux normes internationales et nationales pour la R&D des produits, le contrôle qualité en sortie d'usine et la certification par un organisme tiers, et aide les entreprises à satisfaire aux exigences de sécurité incendie pour accéder au marché. LISUN Cet article décrit le principe de test et les principaux paramètres de l'appareil, la procédure de test complète pour les relais et les interrupteurs, les critères d'évaluation des résultats, ainsi que les problèmes fréquemment rencontrés lors des essais pratiques. Il fournit des références pratiques aux fabricants de composants et aux laboratoires d'essais tiers pour la vérification de la sécurité incendie des relais et des interrupteurs. 

Contexte et base normative de l'essai à la flamme à aiguille des relais et des interrupteurs

Lors du fonctionnement quotidien des relais et des interrupteurs, des arcs électriques se produisent suite aux ouvertures et fermetures fréquentes des contacts. En cas de mauvais contact, de surcharge ou de court-circuit, l'énergie de l'arc augmente et génère de minuscules flammes localisées, qui agissent directement sur les pièces isolantes non métalliques telles que les boîtiers de relais, les panneaux d'interrupteurs et les socles de bornes. Si les composants présentent une résistance au feu insuffisante, ces minuscules flammes peuvent enflammer des échantillons, déclencher une propagation continue du feu, et les coulures de métal en fusion peuvent enflammer les câbles adjacents et d'autres ensembles, engendrant ainsi des risques d'incendie pour l'ensemble de l'installation. L'essai au fil incandescent évalue principalement les contraintes thermiques dues au rayonnement thermique à haute température, tandis que l'essai à la flamme d'aiguille se concentre davantage sur les scénarios d'inflammation directement induits par les petits arcs à l'intérieur des composants. Ces deux essais sont complémentaires et permettent une évaluation complète des risques d'incendie pour les composants basse tension.

La norme nationale correspondante est GB/T 5169.5‑2020 et la norme internationale équivalente est IEC 60695‑11‑5:2016. Cet ensemble de normes spécifie la construction matérielle de Testeur de flamme d'aiguilleCette méthode d'essai de flamme à l'aiguille décrit la procédure de vérification, le préconditionnement des échantillons, le protocole d'application de la flamme et les directives d'interprétation des résultats. Les normes de produits pour les interrupteurs et les prises GB/T 2099.1-2021 et les spécifications pertinentes des relais basse tension font référence à cette méthode d'essai, qui constitue un élément essentiel de sécurité incendie pour l'obtention des certifications CCC, CQC, CE et autres certifications d'accès au marché. En réalisant des essais avec un testeur de flamme à l'aiguille dès la phase de R&D, les entreprises peuvent sélectionner les matériaux isolants, optimiser l'agencement interne des relais et des interrupteurs, identifier les risques d'incendie potentiels et éviter les risques pour la sécurité après la mise sur le marché du produit.

ZY-3 Test de flamme d'aiguille

Paramètres techniques principaux d'un testeur de flamme à aiguille

LISUN Le testeur de flamme à aiguille ZY-3 est entièrement conforme aux exigences matérielles des normes GB/T 5169.5-2020 et IEC 60695-11-5:2016. De conception modulaire, il intègre des modules fonctionnels pour la vérification de la température de la flamme, le chronométrage automatique et l'enregistrement des données de combustion. L'angle du brûleur est réglable ; la hauteur et la vitesse de montée en température de la flamme satisfont à toutes les exigences des essais de vérification standard. Doté de deux modes de fonctionnement (écran tactile LCD et télécommande), il permet aux opérateurs de travailler à distance de la chambre de combustion et d'améliorer la sécurité lors des essais de sécurité incendie à haute température. Cet instrument existe en deux versions : le ZY-3 avec armoire et le ZY-3S sans armoire, pour s'adapter aux différentes configurations de laboratoire. Les principales caractéristiques techniques sont présentées dans le tableau 1.

Conformément aux exigences normatives, le testeur de flamme à aiguille doit effectuer des tests de confirmation périodiques afin de vérifier la vitesse de montée en température et la hauteur de la flamme. La buse du brûleur est une pièce d'usure. Une combustion prolongée peut modifier l'ouverture de la buse et entraîner une variation de l'énergie de la flamme, ce qui affecte directement les résultats des tests sur les relais et les interrupteurs. Un contrôle et un remplacement réguliers sont donc nécessaires. Le châssis de la machine est constitué d'une structure en acier revêtu haute température afin de résister à la corrosion des gaz de combustion issus de la combustion des plastiques et convient aux essais de sécurité incendie continus et de longue durée en laboratoire.

Procédure de test complète pour les relais et les interrupteurs à l'aide d'un testeur de flamme à aiguille

Avant de procéder à un essai formel de flamme à l'aiguille pour les relais ou les interrupteurs, les opérateurs doivent consulter la norme GB/T 5169.5-2020 et les spécifications du produit correspondantes, et vérifier la durée d'application de la flamme. La durée d'application conventionnelle pour les composants de relais et d'interrupteurs est de 30 s. Pour certains composants à faible risque, des durées de 10 s ou 20 s peuvent être choisies conformément aux normes du produit. Un préconditionnement des échantillons doit être effectué : les échantillons doivent être stockés pendant au moins 24 heures à une température ambiante comprise entre 15 °C et 35 °C et à une humidité relative comprise entre 45 % et 75 % afin d'éliminer toute influence de l'humidité sur la combustion des matériaux plastiques.

Étape 1 : Vérification et mise au point de la flamme du testeur de flamme à aiguille. Injectez du butane d’une pureté d’au moins 95 %, positionnez le brûleur à la verticale, ajustez le débit de gaz et calibrez la hauteur de la flamme à 12 mm ± 1 mm. Effectuez un test de vérification de la flamme à l’aide d’un thermocouple de type K afin de vérifier que le temps de chauffe de 100 °C à 700 °C est de 23.5 s ± 1 s. Vérifiez le bon fonctionnement du module de temporisation et de la fonction d’enregistrement de la durée de combustion. Placez une couche de coton standard sur une planche de pin blanc sous le support d’échantillon afin de vérifier si les gouttes de gaz fondu enflamment les matériaux combustibles environnants. Après la vérification de la flamme, inclinez le brûleur à 45° et maintenez la flamme stable pendant plusieurs minutes.

Étape 2 : Fixation et positionnement des échantillons de relais et d’interrupteurs. Maintenez les échantillons entièrement assemblés autant que possible, sans démontage arbitraire, afin de simuler les conditions réelles d’utilisation. Fixez fermement les échantillons sur le porte-échantillon et alignez la pointe de la flamme sur les points les plus exposés à l’arc électrique. Pour les relais, les points de test sont le boîtier près des contacts et les bases des bornes ; pour les interrupteurs, les points de test sont les pièces en plastique autour des contacts et la face interne des panneaux. Évitez les bords des échantillons et les autres points sans intérêt pratique, et maintenez un dégagement standard entre la pointe du brûleur et la surface de l’échantillon.

Troisième étape : appliquer la flamme de manière directionnelle. Lancer le programme de test du testeur de flamme à aiguille. Le brûleur avance et met l’extrémité de la flamme à aiguille standard en contact avec la surface de l’échantillon, et maintient la durée d’application de la flamme spécifiée, généralement 30 secondes. Pendant tout le cycle d’application de la flamme et la période d’observation post-flamme, les opérateurs enregistrent l’état d’allumage, le moment d’allumage, la durée de combustion et la portée de la flamme sur les échantillons, et vérifient si le coton placé en dessous s’enflamme au contact des gouttes de combustion provenant des échantillons. Une fois le temps d’application de la flamme écoulé, l’appareil rétracte automatiquement le brûleur et continue d’observer les phénomènes de post-flamme et de combustion lente sur les échantillons. Il est interdit de brûler plusieurs fois le même point de test et de nouveaux échantillons doivent être utilisés pour chaque série de tests.

Étape 4 : Tri des données après la fin des essais. Consignez intégralement tous les phénomènes, notamment l’état d’inflammation, la durée de combustion, la présence de coulures et l’inflammation éventuelle du rembourrage en coton de la couche de base. Après avoir réalisé tous les essais en parallèle, synthétisez les données et déterminez la conformité des échantillons de relais ou d’interrupteur aux normes.

Critères d'interprétation des résultats de l'essai à la flamme d'aiguille

Conformément aux règles d'interprétation de la norme GB/T 5169.5-2020, les échantillons de relais et d'interrupteurs sont considérés comme ayant réussi l'essai de flamme à l'aiguille si l'une des conditions suivantes est remplie : premièrement, aucune flamme ni incandescence n'apparaît sur les échantillons pendant toute la durée de l'application de la flamme à l'aiguille et le rembourrage en coton inférieur ne s'enflamme pas ; deuxièmement, après le retrait de la flamme à l'aiguille, la flamme et l'incandescence sur les échantillons s'éteignent spontanément en moins de 30 secondes sans combustion complète des composants et le rembourrage en coton de la couche de base ne s'enflamme pas au contact des gouttes. Si les échantillons continuent de brûler pendant plus de 30 secondes ou si des gouttes en fusion enflamment le rembourrage en coton, l'échantillon échoue à l'essai, ce qui indique un risque d'incendie en cas de faible flamme provoquée par des arcs électriques de défaut pour ce type de relais ou d'interrupteur.

En cas d'échec du test, les entreprises doivent mettre en œuvre des mesures correctives, telles que l'utilisation de plastiques techniques à ignifuge plus performants, l'augmentation de l'épaisseur des parois du boîtier et l'ajout de barrières structurelles pour empêcher la propagation des flammes aux composants adjacents. Après toute modification des matériaux ou de la structure, un nouveau test doit être effectué à l'aide d'un testeur de flamme à aiguille jusqu'à ce que les exigences de sécurité incendie des normes soient satisfaites.

Précautions pratiques pour le contrôle à la flamme à aiguille des relais et des interrupteurs

De nombreuses entreprises utilisent directement des barres de matériau standard au lieu de composants de relais et d'interrupteurs entièrement assemblés pour l'essai de flamme à aiguille. La réussite de l'essai sur barres de matériau ne garantit pas la réussite de l'essai de flamme à aiguille des composants assemblés. Les jeux d'assemblage, les variations d'épaisseur des composants et les contraintes internes peuvent modifier le comportement réel de la combustion. Il est recommandé d'utiliser des composants entièrement assemblés comme échantillons d'essai. L'essai de confirmation de flamme pour l'appareil de test de flamme à aiguille est indispensable. Après chaque changement de gaz ou de buse de brûleur, la hauteur de flamme et la courbe de montée en température doivent être réétalonnées ; à défaut, les résultats des essais seront invalides et ne pourront être utilisés pour les rapports de certification.

La ventilation doit être assurée dans l'environnement de test du laboratoire. Bien que l'instrument soit équipé d'une enceinte de test fermée, des dispositifs de protection contre l'incendie doivent être prévus pour faire face aux situations d'urgence telles qu'une combustion violente de l'échantillon. Fonction de télécommande de LISUN Le testeur de flamme à aiguille ZY-3 permet aux opérateurs de réaliser l'intégralité de la procédure de test à distance de la chambre de flamme à haute température, améliorant ainsi la sécurité du personnel pendant les essais. La réussite du test de flamme à aiguille ne constitue pas une évaluation complète des risques d'incendie pour les composants. Des tests de sécurité supplémentaires, tels que le test au fil incandescent et le test d'indice de cheminement, doivent être combinés pour évaluer de manière exhaustive le niveau global de risque d'incendie des relais et des interrupteurs.

Conclusion

Les relais et les interrupteurs sont des composants de base volumineux des systèmes électriques, dont la résistance au feu influe directement sur la sécurité globale des appareils électroménagers, des équipements de contrôle industriels et des réseaux de distribution. Le testeur de flamme à aiguille permet de reproduire en laboratoire les conditions réelles de fonctionnement des minuscules flammes générées par les arcs électriques de défaut des composants. Cet appareil de test de flamme à aiguille est un équipement d'essai de sécurité incendie conçu par LISUN Destiné aux industries des équipements électriques et électroniques, de l'électroménager, de l'éclairage et des technologies de l'information, cet équipement utilise un brûleur à aiguille standard pour appliquer une flamme directionnelle sur les échantillons. Il permet ainsi de détecter avec précision l'état d'inflammation, la durée de persistance et la propagation de la flamme. Il fournit des données de test conformes aux normes internationales et nationales pour la recherche et le développement de produits, le contrôle qualité en sortie d'usine et la certification par un organisme tiers. LISUN ZY‑3 Testeur de flamme d'aiguille Ce testeur de flamme à aiguille satisfait pleinement aux exigences des normes GB/T 5169.5‑2020 et IEC 60695‑11‑5:2016 et permet de réaliser avec fiabilité des tests de résistance au feu à la flamme à aiguille pour les composants de relais et d'interrupteurs. Lors des phases de recherche et développement, de sélection des composants et de soumission des demandes de certification, les fabricants qui l'utilisent correctement peuvent identifier les risques d'incendie des pièces isolantes, optimiser la formulation des matériaux et la structure du produit, améliorer le niveau de sécurité incendie des relais et interrupteurs et garantir la sécurité d'utilisation des équipements électriques destinés aux utilisateurs finaux.