影响电气设备使用寿命的外部环境因素

影响电气设备使用寿命的外部环境因素

具体外部环境因素对电气设备寿命影响见下表： 一、温度影响 电气设备在运行中如果温度过高或过低，超过允许极限值时，都可能产生故障。 1.1 对导体材料的影响 温度升高，金属材料软化，机械强度将明显下降。如铜金属材料长期工作温度超过200℃时，机械强度明显下降。铝金属材料的机械强度也与温度密切相关，通常铝的长期工作温度不宜超过90℃，短时工作温度不宜超过120℃。温度过高，有机绝缘材料将会变脆老化，绝缘性能下降，甚至击穿。 1.2 对电接触的影响 电接触不良是导致许多故障 1.3 对元器件的影响 从某种意义上讲，在未损坏的情况下，温度对电器元件的影响主要体现在零漂和线性度上，过高的气温导致器件散热效果下降，温度上升，超过其极限时会发生击穿、短路、断路等器件损坏性故障。 首当其冲就是热敏电阻与电解电容，电解电容在低温的时候（多少度会有所不同），容值会减少一半甚至失容。高温的时候寿命会直线下降，所以所有的电子产品计算寿命的时候都是按照电解电容来算的。 二、湿度影响 绝大部分电气设备都要求在干燥条件下使用和存放，当然过低的湿度（环境特别干燥）会产生静电对电气设备使用不利，需要控制在适当的湿度范围内。 据统计，全球每年有1/4以上的工业制造不良品与潮湿的危害有关。对于电子工业，潮湿的危害已经成为影响产品质量的主要因素之一。 2．1 对集成电路的影响 潮湿对半导体产业的危害主要表现在潮湿能透过IC塑料封装从引脚等缝隙侵入IC内部，产生IC吸湿现象。 在SMT过程的加热环节中形成水蒸气，产生的压力导致IC树脂封装开裂，并使IC器件内部金属氧化，导致产品故障。此外，当器件在PCB板的焊接过程中，因水蒸气压力的释放，亦会导致虚焊。 2．2 对液晶器件的影响 液晶显示屏等液晶器件的玻璃基板和偏光片、滤镜片在生产过程中虽然要进行清洗烘干，但待其降温后仍然会受潮气的影响，降低产品的合格率。因此在清洗烘干后应存放于40%RH以下的干燥环境中。 2．3对其它电子器件的影响 电容器、陶瓷器件、接插件、开关件、焊锡、PCB、晶体、硅晶片、石英振荡器、SMT胶、电极材料粘合剂、电子浆料、高亮度器件等，均会受到潮湿的危害。 电气设备在使用过程中受到湿度的危害，如在高湿度环境下使用时间过长，将导致故障发生，对于计算机板卡CPU等会使金手指氧化导致接触不良发生故障。 大多电气设备的使用环境湿度应该在40％以下。 三、粉尘影响 粉尘影响电气设备的控制系统及其它电子元器件可靠性，使设备使用寿命缩短，产品质量的无保障，工作条件及环境变差，各种烟尘和废气对人体造成伤害。 以冶金粉尘为例来讨论风尘对电气设备的影响： 在冶金生产过程中不可避免会产生大量的有害粉尘。粉尘的产生不仅污染环境，损害人们的身体健康，而且对电气设备的安全运行也带来很大危害。 3.1 造成电气设备短路 冶金生产过程中产生的粉尘大多为矿物性粉尘和金属性粉尘，而这些粉尘的比电阻都不高，如烧结机尾粉尘的比电阻为1.47×10~9.06×10Ω·cm，又由于粉尘的尘粒荷电性（飘浮在空气中的尘粒有90%—95%荷正电或荷负电），吸水性（吸水量多少与环境温度、湿度有关），很容易使粉尘在电气设备的周围凝集沉降，从而减少了电气距离，破坏了电气设备的绝缘强度、在线路过电压或电气操作过程中极易造成电气击穿短路事故。如总降压站因与炼钢厂较近，户外高压瓷瓶积炼钢粉尘较多，造成爬电对地短路，使全厂停电，造成很大损失。 又如2低夺配电室，由于处于多产尘区，粉尘堆积在DZ型自动空气天关上部，使相间绝缘强度大大降低，造成进线母排相间短路事故，使生产停产达十几个小时。还有粉尘堆集在端子板上，造成电气误动、短路等，对其安全运行造成很大危害。 3.2 造成电气开关接触不良 粉尘堆集存于电气开关的触头之间、电磁铁芯之间都会造成电气开关接触不良故障，尤其是在继电气一接触器控制电路中影响最大。 电气控制系统动作不稳定，时好时坏，从而引起的单相运行触头粘连等现象时常造成设备事故的发生。 3.3 粉尘造成的通风不良 电动机的冷却是由通风道的排热、自带风扇强迫冷却和机壳散热所完成的，往往由于通风道粉尘堵塞或机壳上粉尘堆积，使电动机的温升比平常情况下高出10℃以上，造成电动机运行温度过高，承载能力下降。 四、海拔影响 常规电气设备是指海拔在1000米以下使用来做的实验，能完成的工况。海拔影响通常是指电气设备使用场合海拔比常规实验海拔高出很多，比如我国的西藏地区。 4．1 海拔对温度的影响 4．1．1 海拔高会使电气设备产生发热严重，例如我们常用的电磁感应，电动机接触器都是使用它的原理，他们工作要靠旋转磁场，在高海拔下由于我们使用绝缘材料不同会产生严重发热影响到绝缘缩短使用寿命。 4．1．2 海拔过高会使环境温度低：温度过低有的运转设备的润滑油会干涩，甚至不能用，会导致设备过负荷。低温也会影响继电器。 继电器虽然是怕热元件，但对过低温度(如军用航空条件－55℃)也不能忽视。 低温可使触点冷粘作用加剧，触点表面起露，衔铁表面产生冰膜，使触点不能正常转换，尤其是小功率继电器更为严重。 试验证明，对于有些按部标生产的国产小功率继电器，虽然使用条件规定低温为－55℃，但实际上在此条件下继电器根本无法进行正常转换。 4．2 海拔对气压的影响 4．2．1海拔过高会产生低气压：在低气压条件下，继电器散热条件变坏，线圈温度升高，使继电器给定的吸合、释放参数发生变化，影响继电器的正常工作；低气压还可使继电器绝缘电阻降低、触点熄弧困难，容易使触点烧熔，影响继电器的可靠性。 对于使用环境较恶劣的条件，建议采用整机密封的办法。低气压还会造成断路器的外绝缘强度降低。 起晕电压低，造成电晕放电。 4．2．1空气密度减小引起热传递效率降低，对于空气冷却的部件散热降低；空气减少降低绝缘介质强度，使装置容易放电，致使通常的绝缘距离变得不足。 4．3 高海拔地区电气设备设计选型考虑因素 1）海拔地区要考虑温度，冬天相对温度较低，特别户外设备，选择合适温度产品，或者采取加温措施； 2）高海拔地区气压低，由于气压降低，原来电子元器件的散热性能明显降低，所以必须降低额定电流值、额定功率值使用； 3）由于低气压，所以PCB和线路的耐压降低，要增加爬电间隙；提高耐压强度； 4）由于低气压，继电器必须使用带TH后缀的高原产品； 6）由于高原，要考虑高强度紫外线的影响。 五、人为及物触影响 人为因素指对电气设备完全没有概念的人由于种种原因引起设备故障，需要设计者与使用者做好相关警示防范措施，避免出现设备故障影响设备寿命； 物触因素是指各种动物比如鸟类、鼠类等触及电气设备引起故障，需要特别做防护。 六、其他因素影响 其他因素指一些不可预见的外力因素，为小概率事件，比如暴风、雷电、临时性大磁场等不可抗拒力；需要设计、制造、使用等多方提前预防加强防范，比如对设备做防风、防雷及防电磁屏蔽等考虑。