浅议IEC 60695-10-2:2014第三版的CTL决议及球压试验关键点解析

强小龙，吴植强，唐青平，陈长艳，汤祖青，李旻

1.广西壮族自治区医疗器械检测中心，广西 南宁 530021；2.广西壮族自治区食品药品审评查验中心，广西 南宁 530029

引言

检测实验室委员会（Committee of Testing Laboratories，CTL）是国际电工委员会电工产品和元器件测试和认证体系（International Electrotechnical Commission for Conformity Testing and Certification of Electrical Equipment，IECEE）的技术分支机构，是由一些国家的CB检测实验室（按IECEE规则被接受的检测实验室）的技术专家参与的技术论坛，在IECEE的国家认证机构（National Certification Bodies，NCBs）成员的职责下运作。CTL由来自各NCB和CB实验室的代表组成，负责处理测试程序，并解释技术要求、测试条件、测试设备以及比对测试。统一对检测标准和检测方法的理解，并最终形成CTL决议[1]。

CTL决议是IECEE实验室委员会CTL根据检测实验室、制造商等在日常检测过程中产生的对IEC标准中检测方法、测试要求和仪器结构细节的问题，经过专家讨论而形成的对这些问题的统一解释和规定，是测试中必须遵守的技术要求[2]。

球压试验是电气安全领域常见的测试非金属材料耐热性的方法之一，用于对受热损伤后可能影响设备安全的外壳部件、其他外部绝缘部件、支撑带危险电压的绝缘材料（除陶瓷材料外）进行考量，以保证上述部件在高温工作时，有足够的支撑强度，不造成电气安全危险[3]。

我国认证检测机构在对电工设备及其组件和零部件的固体电绝缘材料（除陶瓷以外）进行球压试验时,是依据GB/T 5169.21-2006《电工电子产品着火危险试验 第21部分：非正常热球压试验》（IEC 60695-10-2:2003，Fire hazard testing –Part 10-2: Abnormal heat–Ball pressure test method，IDT），新版国家标准GB/T 5169.21-2017《电工电子产品着火危险试验 第21部分：非正常热 球压试验方法》（IEC 60695-10-2:2014，Fire hazard testing–Part 10-2: Abnormal heat – Ball pressure test method，IDT）将于 2018年 7月 1日实施。因此在使用GB/T 5169.21-2017《电工电子产品着火危险试验 第21部分：非正常热 球压试验方法》进行产品认证检测的同时，认证检测机构有必要及时跟踪、了解并使用有关IEC 60695-10-2：2014第三版标准的CTL决议。

1 CTL DSH2075决议内容介绍

针对IEC 60695-10-2:2014，2018年CTL全体会议通过了CTL DSH2075决议。该决议主要对球压试验的设备、压痕测试判定结果进行了补充说明和要求。CTL决议DSH 2075的内容，见表1。

CTL DSH2075决议指出进行球压试验的烘箱应为空气温度分布符合IEC 60216-4-1标准要求的单室烘箱，但并不要求烘箱强制通风。对于压痕直径，当最大压痕直径和最小压痕直径之间的差值大于0.2 mm，应重新进行测试。在观察到直径差异较大的情况下，压痕的非圆形性质应与结果报告。当产品标准的要求与IEC 60695-10-2或与此决议不一致时，产品标准的要求应高于IEC 60695-10-2和该决议的要求。

2 球压试验关键点解析

2.1 球压试验装置

（1）负载装置：总负载为（20±0.2）N，压力球的直径为（5±0.05）mm。

（2）试验样品支座：将试验样品刚性支撑在水平位置；具有足够的强度来支撑加载装置；具有足够大的质量，以防止在从烘箱放置和取出试验样品期间试验装置的温度显著降低。在试验样品支座测试面中心以下大约3 mm处安装一个单独的热电偶，可以有效检查样品支座的温度不会显著偏离试验温度[5]。

IEC 60695-10-2:2014增加了球压装置球的尺寸允许误差：（5±0.05）mm；取消了原标准中对试样支座的尺寸要求。试验前，建议采用千分尺或游标卡尺对规定设备进行仔细复查和校对，设备直径、高度和位置是否符合要求，球压仪的球面部分是否发生磨损或凹凸，支架表面是否光滑，当发现不符合设备，应立即更换或采取相应措施[6]。还应注意核查负载装置的重量、样品支座放置是否水平、烘箱周围是否存在震动和冲击源。

2.2 烘箱

IEC 60695-10-2:2014增加了对烘箱的要求，规定烘箱应是单室的，空气温度分布符合IEC 60216-4-1的要求，温度偏差不超过±2℃；达到热平衡后放入样品，样品的放置应在尽可能短的时间内完成且不超过30 s。IEC 60695-10-2:2014标准规定：烘箱能在5 min内恢复至设定温度的±2℃内，且温度过冲不超过5℃。能力验证的经验表明，选择不同回温速度的烘箱也是影响球压试验结果的主要因素之一[7]。CTL DSH2075决议提出，球压试验不要求烘箱必须强制通风。具有强制通风功能的烘箱和不具有强制通风功能的烘箱均可以用来进行球压试验。

2.3 光学测量装置

IEC 60695-10-2:2014修改了放大倍数要求，原标准为10～20倍，新标准规定光学测量仪器应具有至少10×的光学放大倍数，与经过校准的网络或十字叉丝线的测量台仪器使用，并增加了分辨率不超过0.1 mm的要求。

2.4 环境

试验样品应在温度在15℃～35℃之间，相对湿度在45%～75%之间的环境下放置至少24 h。对于材料来说，若其机械特性显著受水分含量或温度的影响，可以规定更精确的预处理条件。应确保烘箱周边无震动和冲击源，否则会导致压痕形状不规则。试验时烘箱外的环境温湿度也应受控，以确保烘箱能够稳定工作，更好的保证烘箱内的温度控制平稳。

2.5 试验样品

从产品上切割获得样品，应确保上下表面尽量平行，厚度至少为2.5 mm。如果样品上下表面不平行，即使试验支座台面水平，也会因为样品测试面不水平得到不符合标准要求的非正圆压痕导致实验失败。如果试验样品表面不平整的话，会导致两种情况：① 样品表面接收到垂直作用力会小于（20±0.2）N负载装置的重量；② 样品表面接收到垂直作用力会沿样品表面产生分力，从而导致压痕形状不规则。以上两种情况均会导致不准确的测量结果[8]。如必要，可用叠加两个或多个试样来获得这个厚度，但必须保证测试时堆叠的样品间无相对滑动。如果从产品上取得试验样品不可行，则用一片同样的材料作为试验样品，试件应采用适当的ISO方法制造，例如按照ISO 294系列铸造和注塑成型，按照ISO 293或ISO 295进行压缩模塑，或传递模塑成需要的形状。试验样品应是边长最小为10 mm的方形平面或者直径最少为10 mm的圆形平面，厚度为（3.0±0.5）mm。

2.6 试验过程

（1）试验样品预处理：试验样品应在温度在15℃～35℃之间，相对湿度在45%～75%之间的环境下放置至少24 h。

（2）试验装置预处理：试验样品支座和负载装置的预热时间由24 h，变更为至少3 h，烘箱显示的温度，应通过在试验样品支座的中心，在试验样品支座表面下方大约3 mm处安装一个热电偶来监测球压负载装置及支座的实际温度值，当它们的温度都达到标准要求的稳定状态时，预热过程才可以结束[9]。样品支座放置时应确保支座平面水平，否则会直接导致压痕形状为非正圆形状，使试验失败。

（3）达到热平衡后在尽可能短的时间内放入样品，避免开门时间过长，样品应置于样品支座的近似中心，快而稳地加载负责装置，避免引起负载的振动和转动。负载装置应保持在试样上60+20 min。球压装置放入高温箱后，应监测振动情况。水平垂直振幅是否可接受，如振幅过大，应找出振源并作相应处理[10]。

（4）负载装置移除后应在10 s内将样品浸入温度为20℃±5℃的水中保持（6±2）min，然后从水中取出试验样品并去除可见水分，在3 min内测量如图1所示的尺寸d，尺寸d是能测量出的压痕的清晰边界之间的最大距离。在旧版标准IEC 60695-10-2:2003中规定压痕尺寸d不应包括材料的变形，并且明确规定了压痕端点的位置。但由于准确测量尺寸d在技术上几乎不可能，新版标准IEC60695-10-2:2014也对该规定进行了修改，规定d为可分辨的样品压痕最大直径，见图1[11]。显然，新标准中判定压痕直径测量的可操作性更强了。

图1 尺寸d的测量（例）

2.7 压痕直径测量

使用符合标准IEC 60695-10-2:2014要求的光学测量仪器，对压痕直径d进行测量，为了便于精确测量出压痕直径，可通过在试验样品表面着色的方法以得到清晰的压痕边界。测量过程中应通过调节光学测量仪的焦距，确定正确的压痕边界。对于透明材料的样品，压痕可以用光学投影仪来测量。测量时，应来回调整投影仪的焦距，当调到合适的位置时，投影仪上会显示出一道模糊的光环，这时继续调节焦距，把光环的外边界调掉让光环的内边界调清楚，这时测得的值就是压痕直径。对于非透明材料的样品，压痕可以用读数显微镜来测量。如果聚焦后，有些方向还是不太清楚，此时应考虑外加光源给压痕进行补光，使整个压痕图形能清楚看出来，这样测量的压痕更准确[12]。在实践中许多材料是透明材料反光性能不佳，在这种情形下可以用荧光笔或者其他色笔均匀地在压痕处涂抹，然后用电筒灯斜射增加不同反射区域间的光泽差异，从而迅速准确的测量出压痕数值[13]。根据IEC 60695-10-2:2014CTL决议DSH 2075，在获得压痕为非正圆形的情况下，最大压痕直径和最小压痕直径之间的差值不能超过0.2 mm。如果差值大于0.2 mm，应重新进行测试。在观察到直径差异较大的情况下，压痕的非圆形性质应与结果报告。一个非圆形压痕可能表明一个非标准条件，如设备或试验样品的移动，不均匀的材料如玻璃钢，或烘箱附近外部振动[14]。IEC 60695-10-2标准中未规定最大压痕直径和最小压痕直径之间的差值为多少时试验结果可接受，这导致在实际工作中相同材料，试验操作方法不同、试验人员不同时得到的球压值不同的情形很常见，不利于标准化和结果统一。由此可见CTL决议对于检验检测的重要性。

近年来，计算机图像获取和处理技术、激光技术的出现，为球压试验压痕的测量提供了更有效和方便的测量手段[15]。

2.8 人员

球压试验测试人员应能够正确理解和把握标准要求，熟悉试验操作，具备一定的经验，能够把握试验关键点，同时试验人员还应及时跟踪了解并使用有关IEC 60695-10-2标准的CTL决议，制定相应的操作规范，正确贯彻标准要求。

2.9 其他

GB/T 5169.21-2017标准增加了对测温系统准确度要求：温度应由小于100℃时精确度为±2 K和大于或等于100℃时精确度为±3%的装置进行测量。首选方法是将K型或J型热电偶插入试样支座，以测量温度[16]。

3 讨论

新版国家标准GB/T 5169.21-2017《电工电子产品着火危险试验 第21部分：非正常热 球压试验方法》将于2018年7月1日实施。本文结合CTL决议DSH 2075和IEC60695-10-2:2014新版标准对球压试验的要求，从9个方面对球压试验的关键环节进行了分析和总结，使球压试验的测量更为科学、准确，希望能得到同行的批评指正。球压试验看似简单，但从样品准备、试验预处理到试验结束的整个过程中，需要注意的细节很多，同时，在对压痕的测量中，方法的选择、仪器的使用等都对测量结果有直接的影响，实验室应根据自身的条件选择最适合的测试方法[17]。

4 结论

在使用新标准GB/T 5169.21-2017《电工电子产品着火危险试验 第21部分：非正常热 球压试验方法》进行产品认证及检验检测时，认证检测机构及时跟踪、了解并使用有关IEC60695-10-2第三版标准的CTL决议，学习新版标准与旧版标准的差异，掌握球压试验关键环节，对于进行球压试验检验检测工作意义重大。