家用和類似用途固定式電氣裝置的電子開(kāi)關(guān)非正常條件檢測(cè)技術(shù)研究

引言
家用和類似用途固定式電氣裝置的電子開(kāi)關(guān)（以下簡(jiǎn)稱“電子開(kāi)關(guān)”）是構(gòu)建智能家居和實(shí)現(xiàn)節(jié)能控制的核心部件。其內(nèi)部通常包含半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件（如MOSFET、可控硅）、控制電路、電源模塊（如電容降壓電路）及保護(hù)電路等。與傳統(tǒng)的機(jī)械開(kāi)關(guān)相比，電子開(kāi)關(guān)功能復(fù)雜，但在非正常工況下更易失效，可能引發(fā)過(guò)熱、火災(zāi)、電擊等安全隱患。因此，對(duì)電子開(kāi)關(guān)進(jìn)行全面的非正常條件檢測(cè)，是評(píng)估其安全性與可靠性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

一、 檢測(cè)項(xiàng)目
非正常條件檢測(cè)旨在模擬產(chǎn)品在預(yù)期使用中可能出現(xiàn)的故障、誤用或嚴(yán)酷環(huán)境，驗(yàn)證其保護(hù)裝置的有效性和結(jié)構(gòu)的耐受能力。主要檢測(cè)項(xiàng)目包括：

1. 電子電路故障試驗(yàn)：

   • 目的： 模擬控制電路、電源電路或保護(hù)電路中的元器件（如電阻、電容、晶體管、集成電路）發(fā)生單一故障（開(kāi)路或短路）時(shí)，電子開(kāi)關(guān)的安全性。

   • 方法： 逐一將電路中可預(yù)見(jiàn)的薄弱或關(guān)鍵元器件強(qiáng)制設(shè)置為開(kāi)路或短路狀態(tài)，然后對(duì)開(kāi)關(guān)施加額定負(fù)載，監(jiān)測(cè)其狀態(tài)。試驗(yàn)期間和試驗(yàn)后，產(chǎn)品不應(yīng)產(chǎn)生火焰、熔融金屬，外殼不應(yīng)出現(xiàn)可能導(dǎo)致電擊或火災(zāi)的損壞，并且應(yīng)符合特定的漏電起痕、溫升等限制要求。

2. 電機(jī)負(fù)載堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)：

   • 目的： 評(píng)估電子開(kāi)關(guān)控制單相電機(jī)（如風(fēng)扇、百葉窗電機(jī)）時(shí)，在電機(jī)轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)這一高啟動(dòng)電流、低功率因數(shù)非正常條件下的耐受能力。

   • 方法： 將電子開(kāi)關(guān)與一個(gè)符合標(biāo)準(zhǔn)的堵轉(zhuǎn)電機(jī)負(fù)載串聯(lián)，在額定電壓下通電，直至保護(hù)裝置動(dòng)作或達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。試驗(yàn)過(guò)程中，監(jiān)測(cè)開(kāi)關(guān)各部位的溫升，其值不應(yīng)超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定限值，且產(chǎn)品不應(yīng)有安全方面的損壞。

3. 燈負(fù)載沖擊試驗(yàn)：

   • 目的： 考核電子開(kāi)關(guān)在控制含有高浪涌電流的燈負(fù)載（如鎢絲燈）時(shí)，在冷態(tài)接通瞬間承受電流沖擊的能力。

   • 方法： 將電子開(kāi)關(guān)與十倍于其額定電流的鎢絲燈負(fù)載串聯(lián)，在特定條件下（如低電源電壓下）進(jìn)行頻繁的接通、分?jǐn)嗖僮鳌Ｔ囼?yàn)后，開(kāi)關(guān)應(yīng)能繼續(xù)正常操作，無(wú)安全隱患。

4. 容性負(fù)載和感性負(fù)載切換試驗(yàn)：

   • 目的： 驗(yàn)證電子開(kāi)關(guān)在切換會(huì)產(chǎn)生高瞬態(tài)電壓或電流的負(fù)載（如容性負(fù)載：補(bǔ)償式燈具；感性負(fù)載：變壓器、繼電器線圈）時(shí)的可靠性。

   • 方法： 使用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的或代表性的容性/感性負(fù)載電路，對(duì)開(kāi)關(guān)進(jìn)行規(guī)定次數(shù)的通斷操作。試驗(yàn)后，檢查開(kāi)關(guān)功能是否正常，絕緣是否損壞。

5. 電源端騷擾電壓試驗(yàn)：

   • 目的： 在非正常工況下（如電路故障狀態(tài)），評(píng)估電子開(kāi)關(guān)產(chǎn)生的電磁騷擾是否會(huì)通過(guò)電源線過(guò)度干擾同一網(wǎng)絡(luò)中的其他設(shè)備。

   • 方法： 在電子電路故障試驗(yàn)等非正常條件下，使用電磁干擾接收機(jī)測(cè)量其電源端子上的騷擾電壓電平，其值應(yīng)低于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值。

6. 異常溫升試驗(yàn)：

   • 目的： 模擬因散熱不良、長(zhǎng)期過(guò)載或保護(hù)裝置失效等原因?qū)е庐a(chǎn)品整體或局部過(guò)熱的情況。

   • 方法： 將電子開(kāi)關(guān)置于比額定值更嚴(yán)酷的負(fù)載或環(huán)境條件下，或使其保護(hù)功能失效，持續(xù)運(yùn)行直至溫度穩(wěn)定。監(jiān)測(cè)關(guān)鍵部位（如端子、外殼表面、內(nèi)部元件）的溫度，評(píng)估其是否會(huì)引起絕緣劣化、材料變形或火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。

7. 耐異常熱和防火試驗(yàn)：

   • 目的： 檢驗(yàn)電子開(kāi)關(guān)所用非金屬材料的耐熱、耐燃及防漏電起痕能力。

   • 方法：

     • 球壓試驗(yàn)： 對(duì)支撐載流部件的絕緣材料部件，在特定溫度下施加鋼球，考核其在一定壓力下的抗變形能力。

     • 灼熱絲試驗(yàn)： 模擬故障條件下可能產(chǎn)生的熱源，用灼熱絲接觸樣品，評(píng)估材料的阻燃性能。

     • 漏電起痕試驗(yàn)： 對(duì)絕緣材料表面在電場(chǎng)和電解液作用下，評(píng)估其抗表面漏電起痕的能力。

二、 檢測(cè)范圍
本檢測(cè)技術(shù)適用于各類依靠電子元器件實(shí)現(xiàn)通斷、調(diào)光、調(diào)速、延時(shí)等功能的，安裝于固定布線系統(tǒng)中的戶內(nèi)或戶外用開(kāi)關(guān)裝置。典型樣品包括：

• 電子調(diào)光器： 用于控制白熾燈、LED燈亮度的旋鈕式、觸摸式或遙控式開(kāi)關(guān)。

• 電子調(diào)速器： 用于控制風(fēng)扇、吸油煙機(jī)等電機(jī)速度的開(kāi)關(guān)。

• 電子延時(shí)開(kāi)關(guān)： 用于樓梯、走廊等場(chǎng)所的自動(dòng)延時(shí)關(guān)斷開(kāi)關(guān)。

• 觸摸開(kāi)關(guān)/智能開(kāi)關(guān)： 采用電容感應(yīng)、射頻遙控、Wi-Fi/藍(lán)牙控制等技術(shù)的多功能開(kāi)關(guān)。

• 聲光控開(kāi)關(guān)： 通過(guò)聲音或光照強(qiáng)度控制通斷的自動(dòng)開(kāi)關(guān)。

• 電子轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)： 用于兩地或多地控制的電子式轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。

三、 標(biāo)準(zhǔn)方法
電子開(kāi)關(guān)非正常條件檢測(cè)的實(shí)施主要依據(jù)以下國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，這些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了具體的試驗(yàn)條件、判據(jù)和等級(jí)要求。

1. 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)：

   • IEC 60669-2-1: 《家用和類似用途固定式電氣裝置的開(kāi)關(guān) 第2-1部分：電子開(kāi)關(guān)的特殊要求》是國(guó)際上最核心和廣泛采納的標(biāo)準(zhǔn)。

   • IEC 61058-1: 《器具開(kāi)關(guān) 第1部分：通用要求》也適用于部分電子開(kāi)關(guān)的控制裝置。

2. 區(qū)域及國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：

   • EN 60669-2-1: 歐盟采用的協(xié)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)，內(nèi)容與IEC 60669-2-1基本一致。

   • GB/T 16915.2: 《家用和類似用途固定式電氣裝置的開(kāi)關(guān) 第2部分：電子開(kāi)關(guān)的特殊要求》是中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，等同采用IEC 60669-2-1。

   • UL 1472: 《固態(tài)調(diào)光控制標(biāo)準(zhǔn)》是美國(guó)針對(duì)調(diào)光器的安全標(biāo)準(zhǔn)。

   • UL 244A: 《固態(tài)電氣控制裝置安全標(biāo)準(zhǔn)》也涉及相關(guān)產(chǎn)品。

在進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，需優(yōu)先遵循目標(biāo)市場(chǎng)所強(qiáng)制或認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)版本。

四、 檢測(cè)儀器
為確保檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性，需采用一系列高精度的專用檢測(cè)設(shè)備。

1. 綜合性能分析儀/電子負(fù)載柜：

   • 功能： 用于模擬各類正常與非正常負(fù)載（阻性、容性、感性、燈負(fù)載、電機(jī)負(fù)載），并可精確設(shè)定負(fù)載功率、功率因數(shù)，同時(shí)監(jiān)測(cè)電壓、電流、功率等參數(shù)。是進(jìn)行負(fù)載相關(guān)試驗(yàn)的核心設(shè)備。

2. 故障模擬裝置：

   • 功能： 一種精密的程控裝置，能夠安全、可靠地實(shí)現(xiàn)電子線路中特定元器件的強(qiáng)制開(kāi)路或短路。通常與綜合性能分析儀聯(lián)用，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)試序列。

3. 溫度記錄系統(tǒng)（多路溫度采集器與熱電偶）：

   • 功能： 在異常溫升、堵轉(zhuǎn)等試驗(yàn)中，通過(guò)布設(shè)在開(kāi)關(guān)關(guān)鍵部位（如端子、PCB板、半導(dǎo)體芯片、外殼）的熱電偶，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并記錄各點(diǎn)溫升曲線，數(shù)據(jù)精度高，通道數(shù)量需滿足復(fù)雜產(chǎn)品的測(cè)試需求。

4. 灼熱絲試驗(yàn)儀：

   • 功能： 用于進(jìn)行材料的灼熱絲試驗(yàn)。通過(guò)電加熱特定尺寸的鎳鉻絲環(huán)至規(guī)定溫度（如550℃, 650℃, 750℃, 850℃），并以其接觸樣品，觀察樣品是否起燃或燃燒持續(xù)時(shí)間，以評(píng)定材料的阻燃等級(jí)。

5. 球壓試驗(yàn)裝置：

   • 功能： 由一個(gè)壓力裝置、規(guī)定直徑的鋼球和恒溫箱組成。將試樣置于箱內(nèi)，在特定溫度（如125℃）下對(duì)鋼球施加規(guī)定壓力，試驗(yàn)后測(cè)量壓痕直徑，以判斷材料的耐熱變形能力。

6. 漏電起痕試驗(yàn)儀：

   • 功能： 在絕緣材料樣品表面施加規(guī)定的電壓，并讓電解液（如氯化銨溶液）以特定滴速滴落于兩電極之間，通過(guò)測(cè)量引起材料破壞所施加的電壓值或比較材料的耐漏電起痕指數(shù)（PTI），評(píng)估其抗漏電起痕性能。

7. 電磁兼容（EMC）測(cè)試接收機(jī)與線路阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)（LISN）：

   • 功能： 用于電源端騷擾電壓測(cè)試。LISN提供標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量阻抗并隔離電網(wǎng)干擾，測(cè)試接收機(jī)則用于精確測(cè)量電子開(kāi)關(guān)在非正常工作狀態(tài)下產(chǎn)生的傳導(dǎo)騷擾電壓幅值。

8. 數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)：

   • 功能： 集成上述儀器，通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行程序化控制，實(shí)現(xiàn)測(cè)試流程自動(dòng)化、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)記錄、報(bào)告生成，大大提高測(cè)試效率和準(zhǔn)確性。

結(jié)論
對(duì)家用和類似用途固定式電氣裝置的電子開(kāi)關(guān)進(jìn)行系統(tǒng)性的非正常條件檢測(cè)，是保障其安全可靠運(yùn)行不可或缺的技術(shù)手段。通過(guò)嚴(yán)格模擬各種潛在的故障工況，并依據(jù)科學(xué)的國(guó)際、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行判定，能夠有效識(shí)別設(shè)計(jì)缺陷，促進(jìn)產(chǎn)品優(yōu)化，最終為消費(fèi)者提供安全、可靠的電工產(chǎn)品。隨著電子開(kāi)關(guān)向智能化、集成化方向發(fā)展，其非正常條件檢測(cè)技術(shù)也將不斷演進(jìn)，以適應(yīng)新的安全挑戰(zhàn)。