连接器烧蚀分析方法

张民民

摘 要：本文通过连接器烧蚀案例简述了烧蚀产生的部分影响因素，分别分析了防护等级失效导致的烧蚀、电击穿烧蚀以及接触体疲劳失效导致的烧蚀。本文通过总结案例及标准，找到模拟产品实际使用条件的验证方法，并通过加速寿命试验验证产品的可靠性，为后续产品故障分析及新产品设计提供参考依据。

关键词：连接器 ; 烧蚀 ; 防护等级;  电击穿原理;  加速寿命试验方法

前言：现代工业系统应用电气线路日趋复杂，为方便拆装及维护，作为传递电信号和电能的基础元件—电连接器，在工业系统中应用量越来越大，电连接器的可靠连接对确保系统正常运行有着举足轻重的作用。

当连接器失效时，其主要表现形式也多为接触体烧蚀。通过整理以往故障处理，发现产生烧蚀的可能原因有三点：防护失效导致产品内部进水引起的烧蚀、电击穿导致的烧蚀及接触体的疲劳失效导致的烧蚀。

1 案例描述

本文采用两个案例描述电连接器烧蚀的三种影响因素。

1.1电动大巴配套的充电枪插座烧蚀

插座EVDL07-01，平均使用时间不超过1个月，均出现绝缘体烧蚀现象。

采用排除法逐步确认故障原因：

1.1.1对电缆线径的确认

对线径及线丝数量进行清点，判定电缆规格无问题。

1.1.2压接工艺确认

1）通过压接点温升确认压接工艺。通过温升试验，温升符合USCAR2标准，压接工艺确认没问题。

2）对插孔与电缆的抗拉强度进行测试。抗拉强度在3700N以上，满足标准规定2700N的要求。

1.1.3压接部位裸露线芯长度

如发生由于裸露的线芯导致插座两点之间发生短路，烧损的部位也应为短路处，可以判定与压接电缆线芯的裸露长度无关。

1.1.4产生烧蚀的原因

观察烧损位置，绝缘材料烧穿是在接触体最大径位置周围的绝缘材料烧损，且形成了两个大接触体之间的绝缘体击穿。

烧蚀具有明显的指向性，且除烧蚀点外，绝缘体其余部位均未产生材料融化等;对新绝缘体烧蚀部位解剖后发现，内部存在气泡缺陷。

判断原因是绝缘体内部气泡在电压作用下产生电离，两点间电气间隙减小，出现拉弧烧蚀。

1.2电机连接器烧蚀

检修时发现，电机连接器出现接触体烧蚀，导线线芯出现氧化。

逐步排除烧蚀原因：

1.2.1产品内部进水

对完好电机连接器，进行IPX7防水测试。产品内部从接头部位进水。产品漏水发生在管接头部位。车上连接器安装环境，并不能排除连接器进水导致产品烧蚀。

1.2.2接触电阻及单孔拔力测试

单孔拔力低于20N。

针对新接触体进行机械寿命测试。

经过500次机械寿命后，单孔拔力衰减超过50%，接触电阻增加约20%;拔力变化处于下降趋势，存在由于拔力衰减导致的针孔烧蚀可能。

1.2.3振动-温升试验

进行振动-温升试验，测量压接点温度，通以工作电流147A，温度稳定后，IEC61373-2010标准1类B试验条件进行功能振动试验。

试验发现，振动条件下，温度产生30度的突变，试验证实产品存在烧蚀可能性。

1.2.4簧片变形均匀性检查

通过三维模拟发现，针孔不同心时电流密度增至正常值的3.5倍。导致温升升高，虚接导致的反复拉弧产生的高温会将虚接点附近烧蚀、融焊。

综合分析结果，电机连接器烧蚀的可能原因有：

防护失效导致产品进水，产生烧蚀;

针孔间隙量过大，导致插针反复按压不同的冠簧筋，部分冠簧筋与插针虚接导致烧蚀;

1.3案例总结

总结连接器产生烧蚀的三种可能原因分别是：

1）产品缺陷导致的电击穿烧蚀;

2）防护失效导致的进水烧蚀;

3）单孔拔力衰减导致的针孔虚接烧蚀。

2电击穿原理分析

电连接器击穿可分为电击穿、热击穿、放电击穿三种形式。

2.1电击穿

当施加于绝缘体上的电场强度高于临界值时，会使通过绝缘体的电流剧增，绝缘体材料发生破裂或分解，直至完全失去绝缘性能，此时形成绝缘体电击穿。

2.2热击穿

2.2.1绝缘体热击穿

绝缘体热击穿是在交流电场的作用下，绝缘体介质损耗发热造成热不稳定状态引起的。正常状态下，发热量Qf和散热量Qs是相等的，温度稳定。

发热量、散热量与温度的关系图：

在不同的電压u1、u2、u3时相应的发热曲线Qf（u1）、Qf（u2）、Qf（u3），散热与电压无关（直线Qs）。

热击穿条件是：温度、发热量、散热量。

a） 击穿电压随环境温度增加而降低;

b） 材料厚度增加，散热条件变坏，击穿强度降低;

c） 电压频率增加时，由于介质损耗增大，击穿电压降低;

d） 通以交流电的连接器，应有电容值要求。

2.2.2接触体热击穿

正常状态下，接触体的发热量和电连接器的散热量相等，温度稳定。当电流过载或接触电阻增大，均会引起电连接器温度升高，直至产生电击穿。

2.2.3放电击穿

放电击穿均是由绝缘体的加工缺陷造成。在强电场作用下，放电击穿通常出现在绝缘体孔腔中间部位的最短距离位置。

2.2.4总结

击穿往往是电、热、放电等多种形式并存的，一般来说， 大、耐热性又差的连接器，在高温散热条件差时，发生热击穿的几率较大，而高压连接器发生电击穿的几率较大，脉冲电源下的击穿一般属于电击穿。电击穿强度比热击穿强度高，而放电击穿强度取决于气泡和杂质，因此，击穿的波动值较大。

3 加速寿命试验方法

加速试验顺序：

高温老化    机械寿命     温度冲击     加速振动试验

建议采用以下试验顺序进行试验：

结束语：烧蚀影响连接器核心功能实现，设计时必须考虑其影响因素，并在产品验证时，采用加速寿命试验验证其在寿命期内是否存在烧蚀，是否影响其核心连接功能的实现。

参考文献：

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[2]动车组连接器.TB/T 3412-2015

[3]杨奋为，电连接器制造与应用技术基础[M].深圳市连接器行业协会.2016

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[6]军用装备试验室环境试验方法第12部分：砂尘试验.GJB150.12A-2009

[7]电连接器试验方法.GJB1217-1991

[8]轨道交通 机车车辆用连接器.GB/T34119-2017

[9]电工电子产品环境试验试验Q：密封.GB/T2423.23-1995 试验Qf

[10]铁路车辆-电气连接器-概要NF F61030

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