淺議IEC 60695-10-2:2014第三版的CTL決議及球壓試驗關鍵點解析

強小龍，吳植強，唐青平，陳長艷，湯祖青，李旻

1.廣西壯族自治區醫療器械檢測中心，廣西 南寧 530021；2.廣西壯族自治區食品藥品審評查驗中心，廣西 南寧 530029

引言

檢測實驗室委員會（Committee of Testing Laboratories，CTL）是國際電工委員會電工產品和元器件測試和認證體系（International Electrotechnical Commission for Conformity Testing and Certification of Electrical Equipment，IECEE）的技術分支機構，是由一些國家的CB檢測實驗室（按IECEE規則被接受的檢測實驗室）的技術專家參與的技術論壇，在IECEE的國家認證機構（National Certification Bodies，NCBs）成員的職責下運作。CTL由來自各NCB和CB實驗室的代表組成，負責處理測試程序，并解釋技術要求、測試條件、測試設備以及比對測試。統一對檢測標準和檢測方法的理解，并最終形成CTL決議[1]。

CTL決議是IECEE實驗室委員會CTL根據檢測實驗室、制造商等在日常檢測過程中產生的對IEC標準中檢測方法、測試要求和儀器結構細節的問題，經過專家討論而形成的對這些問題的統一解釋和規定，是測試中必須遵守的技術要求[2]。

球壓試驗是電氣安全領域常見的測試非金屬材料耐熱性的方法之一，用于對受熱損傷后可能影響設備安全的外殼部件、其他外部絕緣部件、支撐帶危險電壓的絕緣材料（除陶瓷材料外）進行考量，以保證上述部件在高溫工作時，有足夠的支撐強度，不造成電氣安全危險[3]。

我國認證檢測機構在對電工設備及其組件和零部件的固體電絕緣材料（除陶瓷以外）進行球壓試驗時,是依據GB/T 5169.21-2006《電工電子產品著火危險試驗 第21部分：非正常熱球壓試驗》（IEC 60695-10-2:2003，Fire hazard testing –Part 10-2: Abnormal heat–Ball pressure test method，IDT），新版國家標準GB/T 5169.21-2017《電工電子產品著火危險試驗 第21部分：非正常熱 球壓試驗方法》（IEC 60695-10-2:2014，Fire hazard testing–Part 10-2: Abnormal heat – Ball pressure test method，IDT）將于 2018年 7月 1日實施。因此在使用GB/T 5169.21-2017《電工電子產品著火危險試驗 第21部分：非正常熱 球壓試驗方法》進行產品認證檢測的同時，認證檢測機構有必要及時跟蹤、了解并使用有關IEC 60695-10-2：2014第三版標準的CTL決議。

1 CTL DSH2075決議內容介紹

針對IEC 60695-10-2:2014，2018年CTL全體會議通過了CTL DSH2075決議。該決議主要對球壓試驗的設備、壓痕測試判定結果進行了補充說明和要求。CTL決議DSH 2075的內容，見表1。

CTL DSH2075決議指出進行球壓試驗的烘箱應為空氣溫度分布符合IEC 60216-4-1標準要求的單室烘箱，但并不要求烘箱強制通風。對于壓痕直徑，當最大壓痕直徑和最小壓痕直徑之間的差值大于0.2 mm，應重新進行測試。在觀察到直徑差異較大的情況下，壓痕的非圓形性質應與結果報告。當產品標準的要求與IEC 60695-10-2或與此決議不一致時，產品標準的要求應高于IEC 60695-10-2和該決議的要求。

2 球壓試驗關鍵點解析

2.1 球壓試驗裝置

（1）負載裝置：總負載為（20±0.2）N，壓力球的直徑為（5±0.05）mm。

（2）試驗樣品支座：將試驗樣品剛性支撐在水平位置；具有足夠的強度來支撐加載裝置；具有足夠大的質量，以防止在從烘箱放置和取出試驗樣品期間試驗裝置的溫度顯著降低。在試驗樣品支座測試面中心以下大約3 mm處安裝一個單獨的熱電偶，可以有效檢查樣品支座的溫度不會顯著偏離試驗溫度[5]。

IEC 60695-10-2:2014增加了球壓裝置球的尺寸允許誤差：（5±0.05）mm；取消了原標準中對試樣支座的尺寸要求。試驗前，建議采用千分尺或游標卡尺對規定設備進行仔細復查和校對，設備直徑、高度和位置是否符合要求，球壓儀的球面部分是否發生磨損或凹凸，支架表面是否光滑，當發現不符合設備，應立即更換或采取相應措施[6]。還應注意核查負載裝置的重量、樣品支座放置是否水平、烘箱周圍是否存在震動和沖擊源。

2.2 烘箱

IEC 60695-10-2:2014增加了對烘箱的要求，規定烘箱應是單室的，空氣溫度分布符合IEC 60216-4-1的要求，溫度偏差不超過±2℃；達到熱平衡后放入樣品，樣品的放置應在盡可能短的時間內完成且不超過30 s。IEC 60695-10-2:2014標準規定：烘箱能在5 min內恢復至設定溫度的±2℃內，且溫度過沖不超過5℃。能力驗證的經驗表明，選擇不同回溫速度的烘箱也是影響球壓試驗結果的主要因素之一[7]。CTL DSH2075決議提出，球壓試驗不要求烘箱必須強制通風。具有強制通風功能的烘箱和不具有強制通風功能的烘箱均可以用來進行球壓試驗。

2.3 光學測量裝置

IEC 60695-10-2:2014修改了放大倍數要求，原標準為10～20倍，新標準規定光學測量儀器應具有至少10×的光學放大倍數，與經過校準的網絡或十字叉絲線的測量臺儀器使用，并增加了分辨率不超過0.1 mm的要求。

2.4 環境

試驗樣品應在溫度在15℃～35℃之間，相對濕度在45%～75%之間的環境下放置至少24 h。對于材料來說，若其機械特性顯著受水分含量或溫度的影響，可以規定更精確的預處理條件。應確保烘箱周邊無震動和沖擊源，否則會導致壓痕形狀不規則。試驗時烘箱外的環境溫濕度也應受控，以確保烘箱能夠穩定工作，更好的保證烘箱內的溫度控制平穩。

2.5 試驗樣品

從產品上切割獲得樣品，應確保上下表面盡量平行，厚度至少為2.5 mm。如果樣品上下表面不平行，即使試驗支座臺面水平，也會因為樣品測試面不水平得到不符合標準要求的非正圓壓痕導致實驗失敗。如果試驗樣品表面不平整的話，會導致兩種情況：① 樣品表面接收到垂直作用力會小于（20±0.2）N負載裝置的重量；② 樣品表面接收到垂直作用力會沿樣品表面產生分力，從而導致壓痕形狀不規則。以上兩種情況均會導致不準確的測量結果[8]。如必要，可用疊加兩個或多個試樣來獲得這個厚度，但必須保證測試時堆疊的樣品間無相對滑動。如果從產品上取得試驗樣品不可行，則用一片同樣的材料作為試驗樣品，試件應采用適當的ISO方法制造，例如按照ISO 294系列鑄造和注塑成型，按照ISO 293或ISO 295進行壓縮模塑，或傳遞模塑成需要的形狀。試驗樣品應是邊長最小為10 mm的方形平面或者直徑最少為10 mm的圓形平面，厚度為（3.0±0.5）mm。

2.6 試驗過程

（1）試驗樣品預處理：試驗樣品應在溫度在15℃～35℃之間，相對濕度在45%～75%之間的環境下放置至少24 h。

（2）試驗裝置預處理：試驗樣品支座和負載裝置的預熱時間由24 h，變更為至少3 h，烘箱顯示的溫度，應通過在試驗樣品支座的中心，在試驗樣品支座表面下方大約3 mm處安裝一個熱電偶來監測球壓負載裝置及支座的實際溫度值，當它們的溫度都達到標準要求的穩定狀態時，預熱過程才可以結束[9]。樣品支座放置時應確保支座平面水平，否則會直接導致壓痕形狀為非正圓形狀，使試驗失敗。

（3）達到熱平衡后在盡可能短的時間內放入樣品，避免開門時間過長，樣品應置于樣品支座的近似中心，快而穩地加載負責裝置，避免引起負載的振動和轉動。負載裝置應保持在試樣上60+20 min。球壓裝置放入高溫箱后，應監測振動情況。水平垂直振幅是否可接受，如振幅過大，應找出振源并作相應處理[10]。

（4）負載裝置移除后應在10 s內將樣品浸入溫度為20℃±5℃的水中保持（6±2）min，然后從水中取出試驗樣品并去除可見水分，在3 min內測量如圖1所示的尺寸d，尺寸d是能測量出的壓痕的清晰邊界之間的最大距離。在舊版標準IEC 60695-10-2:2003中規定壓痕尺寸d不應包括材料的變形，并且明確規定了壓痕端點的位置。但由于準確測量尺寸d在技術上幾乎不可能，新版標準IEC60695-10-2:2014也對該規定進行了修改，規定d為可分辨的樣品壓痕最大直徑，見圖1[11]。顯然，新標準中判定壓痕直徑測量的可操作性更強了。

圖1 尺寸d的測量（例）

2.7 壓痕直徑測量

使用符合標準IEC 60695-10-2:2014要求的光學測量儀器，對壓痕直徑d進行測量，為了便于精確測量出壓痕直徑，可通過在試驗樣品表面著色的方法以得到清晰的壓痕邊界。測量過程中應通過調節光學測量儀的焦距，確定正確的壓痕邊界。對于透明材料的樣品，壓痕可以用光學投影儀來測量。測量時，應來回調整投影儀的焦距，當調到合適的位置時，投影儀上會顯示出一道模糊的光環，這時繼續調節焦距，把光環的外邊界調掉讓光環的內邊界調清楚，這時測得的值就是壓痕直徑。對于非透明材料的樣品，壓痕可以用讀數顯微鏡來測量。如果聚焦后，有些方向還是不太清楚，此時應考慮外加光源給壓痕進行補光，使整個壓痕圖形能清楚看出來，這樣測量的壓痕更準確[12]。在實踐中許多材料是透明材料反光性能不佳，在這種情形下可以用熒光筆或者其他色筆均勻地在壓痕處涂抹，然后用電筒燈斜射增加不同反射區域間的光澤差異，從而迅速準確的測量出壓痕數值[13]。根據IEC 60695-10-2:2014CTL決議DSH 2075，在獲得壓痕為非正圓形的情況下，最大壓痕直徑和最小壓痕直徑之間的差值不能超過0.2 mm。如果差值大于0.2 mm，應重新進行測試。在觀察到直徑差異較大的情況下，壓痕的非圓形性質應與結果報告。一個非圓形壓痕可能表明一個非標準條件，如設備或試驗樣品的移動，不均勻的材料如玻璃鋼，或烘箱附近外部振動[14]。IEC 60695-10-2標準中未規定最大壓痕直徑和最小壓痕直徑之間的差值為多少時試驗結果可接受，這導致在實際工作中相同材料，試驗操作方法不同、試驗人員不同時得到的球壓值不同的情形很常見，不利于標準化和結果統一。由此可見CTL決議對于檢驗檢測的重要性。

近年來，計算機圖像獲取和處理技術、激光技術的出現，為球壓試驗壓痕的測量提供了更有效和方便的測量手段[15]。

2.8 人員

球壓試驗測試人員應能夠正確理解和把握標準要求，熟悉試驗操作，具備一定的經驗，能夠把握試驗關鍵點，同時試驗人員還應及時跟蹤了解并使用有關IEC 60695-10-2標準的CTL決議，制定相應的操作規范，正確貫徹標準要求。

2.9 其他

GB/T 5169.21-2017標準增加了對測溫系統準確度要求：溫度應由小于100℃時精確度為±2 K和大于或等于100℃時精確度為±3%的裝置進行測量。首選方法是將K型或J型熱電偶插入試樣支座，以測量溫度[16]。

3 討論

新版國家標準GB/T 5169.21-2017《電工電子產品著火危險試驗 第21部分：非正常熱 球壓試驗方法》將于2018年7月1日實施。本文結合CTL決議DSH 2075和IEC60695-10-2:2014新版標準對球壓試驗的要求，從9個方面對球壓試驗的關鍵環節進行了分析和總結，使球壓試驗的測量更為科學、準確，希望能得到同行的批評指正。球壓試驗看似簡單，但從樣品準備、試驗預處理到試驗結束的整個過程中，需要注意的細節很多，同時，在對壓痕的測量中，方法的選擇、儀器的使用等都對測量結果有直接的影響，實驗室應根據自身的條件選擇最適合的測試方法[17]。

4 結論

在使用新標準GB/T 5169.21-2017《電工電子產品著火危險試驗 第21部分：非正常熱 球壓試驗方法》進行產品認證及檢驗檢測時，認證檢測機構及時跟蹤、了解并使用有關IEC60695-10-2第三版標準的CTL決議，學習新版標準與舊版標準的差異，掌握球壓試驗關鍵環節，對于進行球壓試驗檢驗檢測工作意義重大。