軌道車輛用薄壁電纜老化剩余壽命研究

胡廣勝 郭小玉 劉磊 田鵬奎

[摘 要]本文介紹了電纜老化的主要因素、老化的試驗(yàn)方法、老化壽命的預(yù)測方法及其模型原理。筆者選取軌道車輛實(shí)際使用薄壁電纜為研究對象，在不同溫度下進(jìn)行加速老化測試，將結(jié)果進(jìn)行計(jì)算分析并得到老化時(shí)間t與熱力學(xué)溫度T之間的關(guān)系，為電纜老化壽命的預(yù)測評估提供依據(jù)。

[關(guān)鍵詞]軌道車輛；薄壁電纜；老化剩余壽命

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2016.06.081

[中圖分類號]TM247 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A [文章編號]1673-0194（2016）06-0-01

0 引 言

電線電纜在長期使用過程中會受到諸多因素的影響而引起材料的老化，從而使產(chǎn)品性能下降，特別是絕緣材料的老化，可能引起故障甚至引發(fā)火災(zāi)。軌道車輛等線纜用量大，要求產(chǎn)品使用壽命長，因此，線纜的老化壽命就顯得十分重要，但目前軌道車輛用線纜的壽命研究卻鮮有所見。本文基于取得的軌道車輛上實(shí)際使用的薄壁電纜作為試驗(yàn)對象，開展老化剩余壽命的研究評估。

1 電線電纜老化的因素

引起線纜老化的因素有很多，對于絕緣材料來說，溫度是最重要的因素，而其他因素，基本都是外部影響，有些只能作用于材料外層（如機(jī)械應(yīng)力、濕度、化學(xué)物質(zhì)、氧等），因此，溫度是影響車輛用線纜老化的主要因素。

2 熱老化壽命的預(yù)測方法

目前國內(nèi)外熱老化壽命研究預(yù)測方法中，最重要和常用的方法是基于Arrhenius模型進(jìn)行外推計(jì)算的方法，包括常規(guī)法和基于分析法的快速評定法等。其中常規(guī)法是被廣泛認(rèn)可的方法，其試驗(yàn)過程采用恒應(yīng)力加速老化試驗(yàn)法，可信度較高，并已形成標(biāo)準(zhǔn)，如IEC 60216系列。

3 熱老化試驗(yàn)及老化剩余壽命預(yù)測

3.1 試驗(yàn)樣品的情況及取樣背景

試驗(yàn)樣品為符合標(biāo)準(zhǔn)GB/T 12528-2008的要求，型號為WDZ-DCYJB/3-125 750V 2.5mm2的軌道車輛用薄壁電纜。電纜由單股線芯的導(dǎo)體和絕緣組成，絕緣材料的主要材質(zhì)為聚醚醚酮（PEEK）。試驗(yàn)樣品取自實(shí)際安裝在軌道車輛上的電纜，該車輛已運(yùn)營7～8年。

3.2 耐熱性能和診斷試驗(yàn)的選擇

根據(jù)GB/T 12528-2008中的性能要求，IEC 60216-2：2005的性能推薦以及產(chǎn)品的使用安全要求綜合考慮，選擇耐電壓性能，試驗(yàn)方法為GB/T 3048.8- 2007。

3.3 試樣數(shù)量

對于耐電壓類檢查試驗(yàn)，在絕大多數(shù)情況下，要求每一溫度至少由11個樣品組成。

3.4 終點(diǎn)選擇

按照GB/T 3048.8-2007對老化后樣品進(jìn)行耐壓測試，施加電壓3.5 V，持續(xù)15 min，如果樣品被擊穿則表示樣品未能通過檢查試驗(yàn)。

3.5 暴露溫度和時(shí)間

試驗(yàn)樣品的絕緣材料為PEEK，該材料具有優(yōu)異的耐熱性能，根據(jù)預(yù)測試結(jié)果，確定試驗(yàn)的暴露溫度和時(shí)間選擇見表1。

3.6 試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)測試得到各個溫度的終點(diǎn)時(shí)間見表2。

（4）

由式（4）可評估產(chǎn)品的使用情況要求，如假設(shè)車輛的設(shè)計(jì)運(yùn)行時(shí)間為30年，則根據(jù)式（4）可估算產(chǎn)品的最高使用溫度約為220℃。

4 結(jié) 語

基于Arrhenius模型原理的常規(guī)法老化壽命預(yù)測可用于軌道車輛用電纜的老化壽命評估，但該方法只考慮溫度對產(chǎn)品的影響，忽略機(jī)械應(yīng)力、濕度、電氣老化等因素對產(chǎn)品老化的影響。

選取車輛實(shí)際使用薄壁電纜作為研究對象，得到老化時(shí)間與熱力學(xué)溫度之間的關(guān)系為lgt=-16.020+10 599/T，此關(guān)系式可用于產(chǎn)品在車輛設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)最高使用溫度的評估，為產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和維護(hù)提供參考。

主要參考文獻(xiàn)

[1]田欣.電線電纜熱老化壽命標(biāo)準(zhǔn)分析[J].信息技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化，2014（5）.