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电缆延寿方案研究

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曾建+杨琳艳

摘要：跟随产品的电缆在产品达到使用寿命后就不能保证其可靠性，由于产品价格高，用户方希望能够提高产品的使用寿命，进行延寿研究。本文描述了电缆延寿的方案。

关键词：电缆；延寿；方案

1引言

某产品已经达到了使用年限，为提高产品的使用年限，用户方提出了产品延寿的要求。对产品重要组成部分之一，电缆进行延寿研究，已到达产品延寿的目的。

2延寿目标

电缆寿命周期定义与产品定义相同，随产品在不同使用状态下的寿命周期不同而不同。开展电缆的寿命研究，主要目的是：

a）确定已经到寿命周期的电缆是否还能再延期使用1年至2年甚至3年至4年的准确预计；

b）将电缆经加速试验验证，确定其在最多实施1次～2次返厂延寿修理后，将寿命延长。

3延寿工作原则

电缆延寿依据薄弱环节确定原则及延寿试验原则进行。

3.1薄弱环节确定原则

确定薄弱环节按下述原则进行：

a）利用用户方使用故障及修理数据，寻找故障率高、需要经常更换的部件信息；

b）从设计工艺出发，考虑影响产品寿命的部件、工艺环节，将其确定为薄弱环节；

c）将故障薄弱环节定位为较低的产品层次，如元器件、零件等；

d）对薄弱环节的元器件进行延寿分析，甚至有必要依托专业厂家，进行进一步的分析研究；

e）薄弱环节确定尽量全面和准确。如果不够全面，则可能导致产品加速试验过程中出现故障，延寿效果不好；过于宽泛，将增加延寿试修的工作量，并降低延寿的经济效益。

3.2延寿试验原则

延寿试验按下述原则进行：

a）延寿试验应力水平设置应综合考虑产品性能指标及产品实际条件；

b）测试的数据尽量能代表产品老化的趋势；

c）延寿试验时，同一应力水平下选取不同贮存条件的样品进行试验，以充分检测各试验应力水平下不同贮存条件下产品的性能；

d）尽量选取经分析确认为薄弱环节的部件进行延寿试验，以降低成本，提高经济效益。

4延寿方案

对电缆进行延寿研究方案，按确定薄弱环节、加速退化试验验证的步骤来进行。

4.1确定薄弱环节

通过分解分析确定薄弱环节。分解前，首先对电缆进行外观、电性能检查，并与电缆出厂前的性能数据进行比较。

分解后主要检查内容如下：

a）检查电缆焊接点外套的热缩管，热缩管是否脱落，焊点是否裸露和变色；

b）检查接插件压接灌封胶，灌封胶是否变色和碎裂；

c）检查电缆导线绝缘层是否存在破裂和断裂等现象，导线直流电阻、绝缘电阻与装弹前是否有变化；

d）检查电缆的接插件，是否有有缩针、针变形、插孔变大等现象，接插件表面是否有锈蚀现象；

e）检查继电器加电动作解除时间、加电电压、线圈电阻值、接触电阻、绝缘电阻是否满足指标要求；

f）检查继电器表面是否有锈蚀现象；

g）检查热缩管、橡胶板是否出现龟裂、老化现象。

根据检查结果，初步确定影响电缆性能及寿命的薄弱环节为电磁转换开关和测试插头座。

4.2加速退化试验验证

对电缆的薄弱环节进行修复后，电缆进行加速试验，通过试验，定期检测电缆主要性能参数，获得在各试验应力水平下电缆电性能参数的变化趋势，预测贮存到目标年限后电缆的主要性能参数值、可靠性指标可能发生变化的量级。

4.2.1试验应力水平的设置

试验确定三个应力水平数：最高应力、最低应力和中间应力。

最高应力水平不宜过高，应选择略低于产品的耐温水平（保持失效机理不变的最高应力-结温）。通过对电缆中元器件和原材料的耐温分析，设置延寿试验最高应力水平为85℃，

最低应力水平。应力值过低将导致试验样品的性能退化趋势过缓，所需的试验时间过长；同时如与最高应力水平太接近会影响可靠性分析统计的精度。综合考虑以上两方面因素，确定最低应力水平为65℃。

中间应力水平。选择最高应力和最低应力水平的中间值为75℃。

4.2.2各应力下试验时间的估计

根据Arrhenius（阿伦尼斯）模型相对于正常工作环境温度下的各温度应力水平的加速因子，按公式1进行推导：

………（1）

式中：

T0--------正常贮存绝对温度；

Ttest------试验绝度温度；

Ea——激活能，以eV（电子伏特）为单位；

K——玻尔兹曼常数，8.6171×10-5eV/℃。

在加速因子公式的各参数中，激活能根据原材料的不同，有不同的取值。一般情况下，取值为：氧化膜破坏为0.3eV；离子性（SiO2中Na离子漂移）为1.0～1.4eV；离子性（Si-SiO2界面的慢陷阱）为1.0eV；由于电迁移而断线为0.6eV；铝腐蚀为0.6～0.9eV；金属间化合物生长为0.5～0.7eV，综合以上数据，激活能定为0.65eV。取为0.65，代入式1，则：

…………（2）

依据式2计算计算的结果：

试验温度为65℃时，AF=19.98；

试验温度为75℃时，AF=37.77；

试验温度