連接器燒蝕分析方法

張民民

摘 要：本文通過連接器燒蝕案例簡述了燒蝕產生的部分影響因素，分別分析了防護等級失效導致的燒蝕、電擊穿燒蝕以及接觸體疲勞失效導致的燒蝕。本文通過總結案例及標準，找到模擬產品實際使用條件的驗證方法，并通過加速壽命試驗驗證產品的可靠性，為后續產品故障分析及新產品設計提供參考依據。

關鍵詞：連接器 ; 燒蝕 ; 防護等級; ?電擊穿原理; ?加速壽命試驗方法

前言：現代工業系統應用電氣線路日趨復雜，為方便拆裝及維護，作為傳遞電信號和電能的基礎元件—電連接器，在工業系統中應用量越來越大，電連接器的可靠連接對確保系統正常運行有著舉足輕重的作用。

當連接器失效時，其主要表現形式也多為接觸體燒蝕。通過整理以往故障處理，發現產生燒蝕的可能原因有三點：防護失效導致產品內部進水引起的燒蝕、電擊穿導致的燒蝕及接觸體的疲勞失效導致的燒蝕。

1 案例描述

本文采用兩個案例描述電連接器燒蝕的三種影響因素。

1.1電動大巴配套的充電槍插座燒蝕

插座EVDL07-01，平均使用時間不超過1個月，均出現絕緣體燒蝕現象。

采用排除法逐步確認故障原因：

1.1.1對電纜線徑的確認

對線徑及線絲數量進行清點，判定電纜規格無問題。

1.1.2壓接工藝確認

1）通過壓接點溫升確認壓接工藝。通過溫升試驗，溫升符合USCAR2標準，壓接工藝確認沒問題。

2）對插孔與電纜的抗拉強度進行測試。抗拉強度在3700N以上，滿足標準規定2700N的要求。

1.1.3壓接部位裸露線芯長度

如發生由于裸露的線芯導致插座兩點之間發生短路，燒損的部位也應為短路處，可以判定與壓接電纜線芯的裸露長度無關。

1.1.4產生燒蝕的原因

觀察燒損位置，絕緣材料燒穿是在接觸體最大徑位置周圍的絕緣材料燒損，且形成了兩個大接觸體之間的絕緣體擊穿。

燒蝕具有明顯的指向性，且除燒蝕點外，絕緣體其余部位均未產生材料融化等;對新絕緣體燒蝕部位解剖后發現，內部存在氣泡缺陷。

判斷原因是絕緣體內部氣泡在電壓作用下產生電離，兩點間電氣間隙減小，出現拉弧燒蝕。

1.2電機連接器燒蝕

檢修時發現，電機連接器出現接觸體燒蝕，導線線芯出現氧化。

逐步排除燒蝕原因：

1.2.1產品內部進水

對完好電機連接器，進行IPX7防水測試。產品內部從接頭部位進水。產品漏水發生在管接頭部位。車上連接器安裝環境，并不能排除連接器進水導致產品燒蝕。

1.2.2接觸電阻及單孔拔力測試

單孔拔力低于20N。

針對新接觸體進行機械壽命測試。

經過500次機械壽命后，單孔拔力衰減超過50%，接觸電阻增加約20%;拔力變化處于下降趨勢，存在由于拔力衰減導致的針孔燒蝕可能。

1.2.3振動-溫升試驗

進行振動-溫升試驗，測量壓接點溫度，通以工作電流147A，溫度穩定后，IEC61373-2010標準1類B試驗條件進行功能振動試驗。

試驗發現，振動條件下，溫度產生30度的突變，試驗證實產品存在燒蝕可能性。

1.2.4簧片變形均勻性檢查

通過三維模擬發現，針孔不同心時電流密度增至正常值的3.5倍。導致溫升升高，虛接導致的反復拉弧產生的高溫會將虛接點附近燒蝕、融焊。

綜合分析結果，電機連接器燒蝕的可能原因有：

防護失效導致產品進水，產生燒蝕;

針孔間隙量過大，導致插針反復按壓不同的冠簧筋，部分冠簧筋與插針虛接導致燒蝕;

1.3案例總結

總結連接器產生燒蝕的三種可能原因分別是：

1）產品缺陷導致的電擊穿燒蝕;

2）防護失效導致的進水燒蝕;

3）單孔拔力衰減導致的針孔虛接燒蝕。

2電擊穿原理分析

電連接器擊穿可分為電擊穿、熱擊穿、放電擊穿三種形式。

2.1電擊穿

當施加于絕緣體上的電場強度高于臨界值時，會使通過絕緣體的電流劇增，絕緣體材料發生破裂或分解，直至完全失去絕緣性能，此時形成絕緣體電擊穿。

2.2熱擊穿

2.2.1絕緣體熱擊穿

絕緣體熱擊穿是在交流電場的作用下，絕緣體介質損耗發熱造成熱不穩定狀態引起的。正常狀態下，發熱量Qf和散熱量Qs是相等的，溫度穩定。

發熱量、散熱量與溫度的關系圖：

在不同的電壓u1、u2、u3時相應的發熱曲線Qf（u1）、Qf（u2）、Qf（u3），散熱與電壓無關（直線Qs）。

熱擊穿條件是：溫度、發熱量、散熱量。

a） 擊穿電壓隨環境溫度增加而降低;

b） 材料厚度增加，散熱條件變壞，擊穿強度降低;

c） 電壓頻率增加時，由于介質損耗增大，擊穿電壓降低;

d） 通以交流電的連接器，應有電容值要求。

2.2.2接觸體熱擊穿

正常狀態下，接觸體的發熱量和電連接器的散熱量相等，溫度穩定。當電流過載或接觸電阻增大，均會引起電連接器溫度升高，直至產生電擊穿。

2.2.3放電擊穿

放電擊穿均是由絕緣體的加工缺陷造成。在強電場作用下，放電擊穿通常出現在絕緣體孔腔中間部位的最短距離位置。

2.2.4總結

擊穿往往是電、熱、放電等多種形式并存的，一般來說， 大、耐熱性又差的連接器，在高溫散熱條件差時，發生熱擊穿的幾率較大，而高壓連接器發生電擊穿的幾率較大，脈沖電源下的擊穿一般屬于電擊穿。電擊穿強度比熱擊穿強度高，而放電擊穿強度取決于氣泡和雜質，因此，擊穿的波動值較大。

3 加速壽命試驗方法

加速試驗順序：

高溫老化 ? ?機械壽命 ? ? 溫度沖擊 ? ? 加速振動試驗

建議采用以下試驗順序進行試驗：

結束語：燒蝕影響連接器核心功能實現，設計時必須考慮其影響因素，并在產品驗證時，采用加速壽命試驗驗證其在壽命期內是否存在燒蝕，是否影響其核心連接功能的實現。

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