具體外部環(huán)境因素對(duì)電氣設(shè)備壽命影響見下表:
外部因素
增加故障率
設(shè)計(jì)壽命縮短
溫度
36%
33%
濕度
41%
52%
粉塵
25%
17%
海拔
76%
66%
人為及物觸
3%
5%
其他
2%
2%
筆者就上述因素做籠統(tǒng)總結(jié),供大家參考。
一、溫度影響
電氣設(shè)備在運(yùn)行中如果溫度過高或過低,超過允許極限值時(shí),都可能產(chǎn)生故障。
1.1對(duì)導(dǎo)體材料的影響
溫度升高,金屬材料軟化,機(jī)械強(qiáng)度將明顯下降。如銅金屬材料長(zhǎng)期工作溫度超過200℃時(shí),機(jī)械強(qiáng)度明顯下降。鋁金屬材料的機(jī)械強(qiáng)度也與溫度密切相關(guān),通常鋁的長(zhǎng)期工作溫度不宜超過90℃,短時(shí)工作溫度不宜超過120℃。溫度過高,有機(jī)絕緣材料將會(huì)變脆老化,絕緣性能下降,甚至擊穿。
1.2對(duì)電接觸的影響
電接觸不良是導(dǎo)致許多故障
1.3對(duì)元器件的影響
從某種意義上講,在未損壞的情況下,溫度對(duì)電器元件的影響主要體現(xiàn)在零漂和線性度上,過高的氣溫導(dǎo)致器件散熱效果下降,溫度上升,超過其極限時(shí)會(huì)發(fā)生擊穿、短路、斷路等器件損壞性故障。
首當(dāng)其沖就是熱敏電阻與電解電容,電解電容在低溫的時(shí)候(多少度會(huì)有所不同),容值會(huì)減少一半甚至失容。高溫的時(shí)候壽命會(huì)直線下降,所以所有的電子產(chǎn)品計(jì)算壽命的時(shí)候都是按照電解電容來(lái)算的。
二、濕度影響
絕大部分電氣設(shè)備都要求在干燥條件下使用和存放,當(dāng)然過低的濕度(環(huán)境特別干燥)會(huì)產(chǎn)生靜電對(duì)電氣設(shè)備使用不利,需要控制在適當(dāng)?shù)臐穸确秶鷥?nèi)。
據(jù)統(tǒng)計(jì),全球每年有1/4以上的工業(yè)制造不良品與潮濕的危害有關(guān)。對(duì)于電子工業(yè),潮濕的危害已經(jīng)成為影響產(chǎn)品質(zhì)量的主要因素之一。
2.1對(duì)集成電路的影響
潮濕對(duì)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的危害主要表現(xiàn)在潮濕能透過ic塑料封裝從引腳等縫隙侵入ic內(nèi)部,產(chǎn)生ic吸濕現(xiàn)象。在smt過程的加熱環(huán)節(jié)中形成水蒸氣,產(chǎn)生的壓力導(dǎo)致ic樹脂封裝開裂,并使ic器件內(nèi)部金屬氧化,導(dǎo)致產(chǎn)品故障。此外,當(dāng)器件在pcb板的焊接過程中,因水蒸氣壓力的釋放,亦會(huì)導(dǎo)致虛焊。
2.2對(duì)液晶器件的影響
液晶顯示屏等液晶器件的玻璃基板和偏光片、濾鏡片在生產(chǎn)過程中雖然要進(jìn)行清洗烘干,但待其降溫后仍然會(huì)受潮氣的影響,降低產(chǎn)品的合格率。因此在清洗烘干后應(yīng)存放于40%rh以下的干燥環(huán)境中。
2.3對(duì)其它電子器件的影響
電容器、陶瓷器件、接插件、開關(guān)件、焊錫、pcb、晶體、硅晶片、石英振蕩器、smt膠、電極材料粘合劑、電子漿料、高亮度器件等,均會(huì)受到潮濕的危害。
電氣設(shè)備在使用過程中受到濕度的危害,如在高濕度環(huán)境下使用時(shí)間過長(zhǎng),將導(dǎo)致故障發(fā)生,對(duì)于計(jì)算機(jī)板卡cpu等會(huì)使金手指氧化導(dǎo)致接觸不良發(fā)生故障。
大多電氣設(shè)備的使用環(huán)境濕度應(yīng)該在40%以下。
三、粉塵影響
粉塵影響電氣設(shè)備的控制系統(tǒng)及其它電子元器件可靠性,使設(shè)備使用壽命縮短,產(chǎn)品質(zhì)量的無(wú)保障,工作條件及環(huán)境變差,各種煙塵和廢氣對(duì)人體造成傷害。
筆者以冶金粉塵為例來(lái)討論風(fēng)塵對(duì)電氣設(shè)備的影響:
在冶金生產(chǎn)過程中不可避免會(huì)產(chǎn)生大量的有害粉塵。粉塵的產(chǎn)生不僅污染環(huán)境,損害人們的身體健康,而且對(duì)電氣設(shè)備的安全運(yùn)行也帶來(lái)很大危害。
3.1 造成電氣設(shè)備短路
冶金生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的粉塵大多為礦物性粉塵和金屬性粉塵,而這些粉塵的比電阻都不高,如燒結(jié)機(jī)尾粉塵的比電阻為1.47×10~9.06×10ω·cm,又由于粉塵的塵粒荷電性(飄浮在空氣中的塵粒有90%—95%荷正電或荷負(fù)電),吸水性(吸水量多少與環(huán)境溫度、濕度有關(guān)),很容易使粉塵在電氣設(shè)備的周圍凝集沉降,從而減少了電氣距離,破壞了電氣設(shè)備的絕緣強(qiáng)度、在線路過電壓或電氣操作過程中極易造成電氣擊穿短路事故。如總降壓站因與煉鋼廠較近,戶外高壓瓷瓶積煉鋼粉塵較多,造成爬電對(duì)地短路,使全廠停電,造成很大損失。又如2低奪配電室,由于處于多產(chǎn)塵區(qū),粉塵堆積在dz型自動(dòng)空氣天關(guān)上部,使相間絕緣強(qiáng)度大大降低,造成進(jìn)線母排相間短路事故,使生產(chǎn)停產(chǎn)達(dá)十幾個(gè)小時(shí)。還有粉塵堆集在端子板上,造成電氣誤動(dòng)、短路等,對(duì)其安全運(yùn)行造成很大危害。
3.2 造成電氣開關(guān)接觸不良
粉塵堆集存于電氣開關(guān)的觸頭之間、電磁鐵芯之間都會(huì)造成電氣開關(guān)接觸不良故障,尤其是在繼電氣一接觸器控制電路中影響最大。電氣控制系統(tǒng)動(dòng)作不穩(wěn)定,時(shí)好時(shí)壞,從而引起的單相運(yùn)行觸頭粘連等現(xiàn)象時(shí)常造成設(shè)備事故的發(fā)生。
3.3 粉塵造成的通風(fēng)不良
電動(dòng)機(jī)的冷卻是由通風(fēng)道的排熱、自帶風(fēng)扇強(qiáng)迫冷卻和機(jī)殼散熱所完成的,往往由于通風(fēng)道粉塵堵塞或機(jī)殼上粉塵堆積,使電動(dòng)機(jī)的溫升比平常情況下高出10℃以上,造成電動(dòng)機(jī)運(yùn)行溫度過高,承載能力下降。
四、海拔影響
常規(guī)電氣設(shè)備是指海拔在1000米以下使用來(lái)做的實(shí)驗(yàn),能完成的工況。海拔影響通常是指電氣設(shè)備使用場(chǎng)合海拔比常規(guī)實(shí)驗(yàn)海拔高出很多,比如我國(guó)的西藏地區(qū)。
4.1海拔對(duì)溫度的影響
4.1.1海拔高會(huì)使電氣設(shè)備產(chǎn)生發(fā)熱嚴(yán)重,例如我們常用的電磁感應(yīng),電動(dòng)機(jī)接觸器都是使用它的原理,他們工作要靠旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),在高海拔下由于我們使用絕緣材料不同會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重發(fā)熱影響到絕緣縮短使用壽命。
4.1.2海拔過高會(huì)使環(huán)境溫度低:溫度過低有的運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備的潤(rùn)滑油會(huì)干澀,甚至不能用,會(huì)導(dǎo)致設(shè)備過負(fù)荷。低溫也會(huì)影響繼電器。繼電器雖然是怕熱元件,但對(duì)過低溫度(如軍用航空條件-55℃)也不能忽視。低溫可使觸點(diǎn)冷粘作用加劇,觸點(diǎn)表面起露,銜鐵表面產(chǎn)生冰膜,使觸點(diǎn)不能正常轉(zhuǎn)換,尤其是小功率繼電器更為嚴(yán)重。試驗(yàn)證明,對(duì)于有些按部標(biāo)生產(chǎn)的國(guó)產(chǎn)小功率繼電器,雖然使用條件規(guī)定低溫為-55℃,但實(shí)際上在此條件下繼電器根本無(wú)法進(jìn)行正常轉(zhuǎn)換。
4.2海拔對(duì)氣壓的影響
4.2.1海拔過高會(huì)產(chǎn)生低氣壓:在低氣壓條件下,繼電器散熱條件變壞,線圈溫度升高,使繼電器給定的吸合、釋放參數(shù)發(fā)生變化,影響繼電器的正常工作;低氣壓還可使繼電器絕緣電阻降低、觸點(diǎn)熄弧困難,容易使觸點(diǎn)燒熔,影響繼電器的可靠性。對(duì)于使用環(huán)境較惡劣的條件,建議采用整機(jī)密封的辦法。低氣壓還會(huì)造成斷路器的外絕緣強(qiáng)度降低。起暈電壓低,造成電暈放電。
4.2.1空氣密度減小引起熱傳遞效率降低,對(duì)于空氣冷卻的部件散熱降低;空氣減少降低絕緣介質(zhì)強(qiáng)度,使裝置容易放電,致使通常的絕緣距離變得不足。
4.3高海拔地區(qū)電氣設(shè)備設(shè)計(jì)選型考慮因素
1)海拔地區(qū)要考慮溫度,冬天相對(duì)溫度較低,特別戶外設(shè)備,選擇合適溫度產(chǎn)品,或者采取加溫措施;
2)高海拔地區(qū)氣壓低,由于氣壓降低,原來(lái)電子元器件的散熱性能明顯降低,所以必須降低額定電流值、額定功率值使用;
3)由于低氣壓,所以pcb和線路的耐壓降低,要增加爬電間隙;提高耐壓強(qiáng)度;
4)由于低氣壓,繼電器必須使用帶th后綴的高原產(chǎn)品;
6)由于高原,要考慮高強(qiáng)度紫外線的影響。
五、人為及物觸影響
人為因素指對(duì)電氣設(shè)備完全沒有概念的人由于種種原因引起設(shè)備故障,需要設(shè)計(jì)者與使用者做好相關(guān)警示防范措施,避免出現(xiàn)設(shè)備故障影響設(shè)備壽命;
物觸因素是指各種動(dòng)物比如鳥類、鼠類等觸及電氣設(shè)備引起故障,需要特別做防護(hù)。
六、其他因素影響
其他因素指一些不可預(yù)見的外力因素,為小概率事件,比如暴風(fēng)、雷電、臨時(shí)性大磁場(chǎng)等不可抗拒力;需要設(shè)計(jì)、制造、使用等多方提前預(yù)防加強(qiáng)防范,比如對(duì)設(shè)備做防風(fēng)、防雷及防電磁屏蔽等考慮。