外壳防护等级标准解读及案例分析_刘凯.pdf

外壳防护等级标准解读及案例分析刘凯，刘展，石雄毅，石远豪，林丽芸，陈泽平，刘桂珠（佛山赛宝信息产业技术研究院有限公司，广东佛山528226）摘要：详细地解读了外壳防护等级标准中的代码含义及其适用范围，并通过典型的试验案例进行失效分析，为外壳防护的设计及试验提供了指导。关键词：外壳；防护等级；测试；失效分析中图分类号：T-652.1文献标志码：A文章编号：1672-5468（2022）01-0059-05doi:10.3969/j.issn.1672-5468.2022.01.013Interpretation of Shell Protection Grade Standard andCase AnalysisLIU Kai，LIU Zhan，SHI Xiongyi，SHI Yuanhao，LIN Liyun，CHEN Zeping，LIU Guizhu（Foshan CEPREI Information Industry Technology Research Institute Co.，Ltd.，Foshan 528226，China）Abstract：The code meaning and application scope of the shell protection grade standareare explained in detail，and the failure analysis is carried out through typical test cases，which provides guidance for the design and test of enclosure protection.Keywords：enclosure；degrees of protection；test；failure analysis收稿日期：2021-04-27修回日期：2021-07-26作者简介：刘凯（1990），男，河南商丘人，工业和信息化部电子第五研究所、佛山赛宝信息产业技术研究院有限公司工程师，硕士，从事可靠性与环境试验方面的工作。电 子 产 品 可 靠 性 与 环 境 试 验ELECTRONIC PRODUCT RELIABILITY AND ENVIRONMENTAL TESTING标准与行业研究2022年2月第40卷 第1期Vol40 No1 Feb.，20220引言随着产品可靠性的提升，外壳作为对产品防护最重要的一环，其设计受到越来越多厂家的关注。外壳防护的意义一方面是防止异物的进入，另一方面是防止外界接触到内部的危险部件；外壳的防护等级越高，则意味着防护性能越好，但是在产品设计的过程中不能一味地追求高的防护等级而忽略制造成本1，应该根据产品的使用环境来确定相应的防护等级。目前针对电子产品常用的标准主要是ISO 2065320132Road vehiclesDegrees of pro-tection（IP code），GB/T 420820173外壳防护等级（IP代码）等。1GB/T 42082017外壳防护等级（IP代码）的解读GB/T 42082017外壳防护等级（IP代码）适用于额定电压不超过72.5 kV，借助外壳防护的电气设备的防护等级。通俗意义上来讲就是防异物（防接触危险部件）测试和防水测试，用IPXX进行表示，数字越大代表的防护等级越高，附加字母和补充字母可省略，IP代码的配置如图1所示，IP代码的各个要素及含义如表1所示。DIANZI CHANPIN KEKAOXING YU HUANJING SHIYAN59电子产品可靠性与环境试验DIANZI CHANPIN KEKAOXING YU HUANJING SHIYAN电子产品可靠性与环境试验2022年1.1防止异物进入的防护等级防止异物进入主要分为两个部分：1）对接近危险部件的防护，危险部件主要是指带电部件或者运动部件，其防护的主要目的是防止人手接触或者手持工具接触到危险部件，避免发生伤亡事故；2）防止固体异物进入，固体异物主要是粉尘、金属线和球体大小的物体，异物的进入会导致壳体内部润滑性能、电路等受到影响，进而引发短路、击穿和运动部件卡死等情况4。第一位特征数字所表示的对接近危险部件和防止固体异物的防护等级如表2-3所示3。第一位特征数字防护等级简要说明含义0无防护/1防止直径不小于50 mm的固体异物直径为50 mm的球形物体试具不得完全进入壳内2防止直径不小于12.5 mm的固体异物直径为12.5 mm的球形物体试具不得完全进入壳内3防止直径不小于2.5 mm的固体异物直径为2.5 mm的球形物体试具不得完全进入壳内4防止直径不小于1 mm的固体异物直径为1 mm的球形物体试具不得完全进入壳内5防尘不能完全防止尘埃进入，但进入的灰尘量不得影响设备的正常运行，不得影响安全6尘密无灰尘进入注：物体试具的直径部分不得进入外壳的开口表3第一位特征数字所表示的防止固体异物进入的防护等级表2第一位特征数字所表示的对接近危险部件的防护等级表1 IP代码的各个要素及含义组成数字或字母对设备防护的含义对人员防护的含义代码字母IP/防止固体异物进入防止接近危险部件第一位特征数字0无防护无防护1直径50 mm手背2直径12.5 mm手指3直径2.5 mm工具4直径1.0 mm金属线5防尘金属线6尘密金属线第二位特征数字防止进水造成有害影响/0无防护1垂直滴水215滴水3淋水4溅水5喷水6猛烈喷水7短时间浸水8连续浸水9高温/高压喷水附加字母（可选择）/防止接近危险部件A手背B手指C工具D金属线补充字母（可选择）专门补充的信息/H高压设备M做防水试验时试样运行S做防水试验时试样静止W气候条件第一位特征数字防护等级简要说明含义0无防护/1防止手背接近危险部件直径为50 mm的球形试具应与危险部件有足够的间隙2防止手指接近危险部件直径为12 mm、长为80 mm的铰接试指应与危险部件有足够的间隙3防止工具接近危险部件直径为2.5 mm的试具不得进入壳内4防止金属线接近危险部件直径为1 mm的试具不得进入壳内5防止金属线接近危险部件直径为1 mm的试具不得进入壳内6防止金属线接近危险部件直径为1 mm的试具不得进入壳内注：对于第一位特征数字为3/4/5和6的情况，如果试具与壳内危险部件保持足够的间隙，则认为符合要求IP23CH代码字母（国际防护）第一位特征数字（数字06或字母）第二位特征数字（数字09或字母）附加字母（字母A,B,C,D）补充字母（字母H,M,S,W）注：1）不要求规定特征数字时，由字母“X”代替（如果两个字母都省略，则用“XX”表示）；2）附加字母和（或）补充字母可省略，不需代替；3）当使用一个以上的补充字母时，应按照字母顺序排列图1 IP代码的配置60DIANZI CHANPIN KEKAOXING YU HUANJING SHIYAN第1期这里着重介绍下数字为5和6防护等级的主要区别：1）试验条件有差别，IP5X通常认为外壳内气压与周围大气压力相同，IP6X是壳体和外界有不大于2 kPa的负压，用于模拟例如因热循环引起的负压；2）判定准则有所差别，IP5X是允许有少量进尘，但是进尘量不得影响设备的正常运行，不得影响安全（除非有关产品明确规定在可能沿爬电距离导致电痕化处不允许有灰尘沉积），IP6X是不应有灰尘进入。1.2防止水进入的防护等级由于自然界雨水、凝露和呼吸等作用，加上样品防护等级不到位，会造成样品内部腐蚀、变形、褪色、发霉和生锈，严重地影响产品的强度和外观；对于一些电气设备，还有可能造成短路、绝缘能力降低等问题。标准规定了从09的防水等级，具体内容如表4所示。IPX1和IPX2是滴水试验，区别在于X2有倾斜且水流量相对更大；IPX3和IPX4为淋水（溅水）试验，可以用摆管或淋水喷嘴进行试验，但是要注意样品的大小，区别在于摆动最大角度不一样且水流量有区别，IPX5和IPX6为喷水试验，区别在于喷嘴内径和水流量不一样，IPX7和IPX8为浸水试验，但是X7有明确的试验条件，水深为1 m，试验时间为30 min，X8无明确的试验条件，需要用户和制造厂协商，但是要比X7更加严酷（无论是体现在水深还是试验时间）；IPX9是2017新版标准增加的试验内容，为最严酷的防水等级。这里要格外注意的是样品的温度和水温的温差不应大于5 K（IPX9除外），且试验时，壳内由于冷凝产生的水不应误判为样品进水。如进水量很少无法找到样品进水位置时，则可在水中加入荧光物质，试验后在光照下观察即可。2常见的失效案例分析2.1防异物（粉尘）进入试验试验设备如图2所示。试验用粉尘为滑石粉，使用之前应经过75 m的筛网滤过，每立方米的用尘量为2 kg，且使用次数不应超过20次；是否抽负压根据严酷等级选用，试验时间根据标准中规定，所需的设备应通过计量校准。设备的密封性能直接影响其防护等级，如图3-6所示。在工程实践中一般有以下几种原因会导致失效：1）密封圈选用不合理，选用的密封圈直径或材质不合理导致密封效果差；2）密封胶的效果不好，导致样品内部与外界连通；3）结构设计不合理，例如放置密封圈的沟槽设计不合理，螺丝连接处有缝隙等。图2防尘箱表4第二位特征数字所表示的防止水进入的防护等级第二位特征数字防护等级简要说明含义0无防护/1防止垂直方向滴水垂直方向滴水应无有害影响2防止当外壳在15倾斜时垂直方向滴水当 外 壳 的 各 个 垂 直 面 在15倾斜时，垂直滴水应无有害影响3防淋水当外壳的垂直面在60范围内淋水，无有害影响4防溅水向外壳各个方向溅水无有害影响5防喷水向外壳各个方向喷水无有害影响6防强烈喷水向外壳各个方向强烈喷水无有害影响7防短时间浸水影响浸入规定压力的水中经规定时间后外壳进水量不致达到有害程度8防持续浸水影响按生产厂和用户双方同意的条件（应比特征数字7时严酷）持续潜水后外壳进水量不致达到有害程度9防高温/高压喷水的影响向 外 壳 各 个 方 向 喷 射 高温/高压水无有害影响真空泵阀口空气流量计滤尘器压力计用来保持滑石粉悬浮的循环泵或其他合适办法试样玻璃窗滑石粉护屏振动器刘凯等：外壳防护等级标准解读及案例分析61电子产品可靠性与环境试验DIANZI CHANPIN KEKAOXING YU HUANJING SHIYAN电子产品可靠性与环境试验2022年图3某样品IP5X试验中2.2防水试验防水试验设备如图7-11所示，包含了IPX1-IPX9的防水等级。图6某对讲机IP6X试验后（无进尘）图4某交通信息显示屏IP5X试验后进尘图5某无线接入设备IP4X试验中图7IPX2试验中图8IPX4试验中图9IPX5试验中图10IPX8试验中图11IPX9试验中62DIANZI CHANPIN KEKAOXING YU HUANJING SHIYAN第1期防水试验一般和防固体异物试验一起开展，试验时应提供不同的样品，防止因拆开检查前一个项目后无法完全复现样品之前的密封状态。试验过程中没有明确规定试验顺序，如果只有一套样品，当涉及到需要负压的IP6X试验时，为了避免打孔对样品密封造成的影响，可先开展防水试验，然后再进行防尘试验；防尘和防水试验后检查时，应擦干净表面的尘和水，小心地打开样品，切不可将外部的尘和水在检查过程中带入样品5。值得注意的是IPX3和IPX4有两套试验装置可供试验，一套为摆管，一套为喷头，应根据样品的大小和标准的规定合理地选用试验装置。3结束语外壳防护等级是设计出来的，要求研发人员充分地调研产品的使用工况，避免盲目地选取较高的严酷等级可能会造成试验不通过；同时在试验开展过程中对测试人员的要求比较高，只有充分地理解并运用正确的测试方法才能得到准确的结果。本文通过标准的解读和实例的解析，为研发人员和测试人员在工作开展过程中提供了一定的指导。参考文献：1李敏.外 壳防 护 等级的 选择与 应 用J.环 境 技 术，2017，35（5）：62-64.2 ISO.Road vehicles-Degrees of Protection（IP code）-Protection of electrical equipment against foreign objects，water and access：ISO 206532013 S.3全国电气安全标准化技术委员会.外壳防护等级（IP代码）：GB/T 42082017 S.北京：中国标准出版社，2017.4马红.GB/T 42082017外壳防护等级（IP代码）标准解读与应用J.中国标准化，2020（S1）：213-218.5王珊珊，吴凤萍，朱珈，等.外壳防护等级（IP代码）试验能力验证计划常见不合格案例分析J.日用电器，2020（5）：20-22.信 息 与 动 态刷新世界纪录！太赫兹实时传输净速率超 100 Gbps太赫兹无线通信被普遍认为是未来6G移动通信系统的核心组成部分。据报道，网络通信与安全紫金山实验室联合东南大学、鹏城实验室、复旦大学和中国移动等团队，在国家重点研发计划6G专项等项目的支持下，搭建出首个360430 GHz频段、100/200 Gbps实时无线传输通信实验系统，首次实现单波长净速率为103.125 Gbps、双波长净速率为206.25 Gbps的太赫兹实时无线传输，通信速率较5G提升1020倍，创造出目前世界上公开报道的太赫兹实时无线通信的最高实时传输纪录。太赫兹频段的频率资源极为丰富，可支持100 Gbps1 Tbps超高速率无线通信，从而将现有5G的峰值传输速率提升12个量级，能满足未来6G全息通信、元宇宙等新型应用需求。传统的电子太赫兹技术受困于电子器件的固有属性，高频电子器件的参数逐渐地接近理论极限，面临传输损耗大、频率和带宽受限等系列难以解决的挑战问题。紫金山实验室副主任、首席科学家尤肖虎教授介绍，紫金山实验室选择光子太赫兹无线通信作为6G全新突破方向，集聚优势力量搭建了国内领先、国际一流的光子太赫兹实验环境。经过3年多的攻坚克难，团队首创光子太赫兹光纤一体融合的实时传输架构，完成了光子太赫兹实时无线通信实验系统的研制，打破了太赫兹通信系统实时传输净速率超过100 Gbps的公开报道世界纪录，成果入选2022年国际光通信领域顶级学术会议OFC Demo Zone，这也是OFC太赫兹通信领域历史上由我国大陆学者独立完成的唯一DemoZone论文。据悉，该成果可与现有的光纤网络融合，扩展构成1001 000 Gbps室外室内超高速无线接入，代替现有的移动网络及光纤实现快速部署，替换数据中心的巨量线缆，显著地降低成本和功耗，可用于星间通信、空天一体化接入等。（摘自新华网）刘凯等：外壳防护等级标准解读及案例分析63