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外部環(huán)境因素對電氣設(shè)備的壽命影響
外部環(huán)境因素對電氣設(shè)備的壽命影響
據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前外部環(huán)境改變因素造成的電氣設(shè)備故障占設(shè)備整體故障的62%，設(shè)計(jì)及器件缺陷18%，使用維護(hù)因素11%，其他因素9%。
具體外部環(huán)境因素對電氣設(shè)備壽命影響見下表：
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外部因素
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增加故障率
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設(shè)計(jì)壽命縮短
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溫度
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36%
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33%
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濕度
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41%
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52%
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粉塵
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25%
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17%
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海拔
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76%
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66%
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人為及物觸
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3%
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5%
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其他
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2%
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2%
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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對電接觸的影響
電接觸不良是導(dǎo)致許多故障
1.3對元器件的影響
從某種意義上講，在未損壞的情況下，溫度對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對集成電路的影響
潮濕對半導(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，將導(dǎo)致故障發(fā)生，對于計(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)量的無保障，工作條件及環(huán)境變差，各種煙塵和廢氣對人體造成傷害。
筆者以冶金粉塵為例來討論風(fēng)塵對電氣設(shè)備的影響：
筆者以冶金粉塵為例來討論風(fēng)塵對電氣設(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，而且對電氣設(shè)備的安全運(yùn)行也帶來很大危害。
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)備使用場合海拔比常規(guī)實(shí)驗(yàn)海拔高出很多，比如我國的西藏地區(qū)。
4．1海拔對溫度的影響
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，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，對于有些按部標(biāo)生產(chǎn)的國產(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法進(jìn)行正常轉(zhuǎn)換。
4．2海拔對氣壓的影響
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，比如對設(shè)備做防風(fēng)、防雷及防電磁屏蔽等考慮。
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