摘要：阐述了电线电缆技术的发展趋势，优选以“热”为因子的寿命评估，介绍了美国机动车工程师协会、欧洲宇航局、美国航空航天局等制定的电线电缆热应力作用下的寿命评估标准，对比分析国内外电线电缆热老化寿命标准，提出了完善我国电线电缆热老化寿命试验方法的建议。
关键词：电线电缆；热老化寿命；标准
1 引言
电线电缆担任着数据、信号及电压电流传输的重任，是不可缺少的关键元件。电线电缆的可靠性水平对航空航天及相关装备系统的可靠性起到了决定性作用，其可靠性主要体现在寿命指标上。随着我国航空航天技术的高速发展，对元器件要求不断提高，多家航空航天用户单位都对电线电缆寿命提出了要求，如何评估电线电缆的寿命是目前亟待解决的重要问题。高可靠长寿命已经成为重大装备和重大工程的发展目标和紧迫需求，对传统的可靠性技术提出了新的挑战。作为保障装备高可靠长寿命的有效手段，加速试验技术的发展目前备受关注，加速试验技术的研究与应用既能为当前高新装备研制的高可靠长寿命提供保障，也将在整体上促进我国可靠性共性技术的全面发展。
2 优选以“热”为因子的寿命评估
电线电缆的失效过程是物理或化学反应过程，而温度可以改变物理、化学反应速度，随着温度的升高，产品内部基本粒子运动加快，加速化学反应，促使产品提前失效。电线电缆失效80% 以上是由于热引起的，电线电缆所采用的聚合物材料在不同环境随着时间都会降解，对电线电缆优先采用热寿命试验，而非其他寿命试验，主要从以下方面考虑。
2.1 热环境具有普遍适用性
当聚合物材料暴露在不同的环境中时，会受到热、辐照、湿度、有害气体、化学环境等多种因素的影响，材料性能会随着时间退化，主要退化原因是受到了热应力。温度对材料的影响在环境中普遍存在，而且普遍起到主要的影响作用，其他因素只有在特定的情形下才存在并在特殊场合起主要影响作用，不具有普遍性，因此热寿命试验具有普遍用性。
2.2 热是绝缘加工过程的关键性因素
航空航天安装线如C55 号线、AF46 线的绝缘都是通过挤出工艺生产，主要包括预热、挤出、冷却等步骤，在整个生产过程中材料始终离不开温度的影响。在大部分情况下，绝缘材料在线缆加工过程中由于温度变化经历玻璃态、高弹态、粘流态之间的互相转变，可以说绝缘材料的成型主要是靠温度变化的控制来完成的。温度对绝缘材料的性能起着主要作用，因此以温度评估电线电缆寿命更合适。
2.3 使用过程中热老化因素占主要因素
电线电缆在使用过程中受到多种因素（如温度、机械应力、振动、有害气体、化学物质、潮湿、灰尘、射线、原子氧、紫外光等）的影响，温度的本质就是材料内部分子运动的剧烈程度的反应，对于绝缘材料而言，温度的影响是最根本、最彻底的影响，而其他影响因素，基本都是外部影响，有些只能作用于材料外层（如机械应力、化学物质、潮湿、原子氧等），有些对于材料影响的机理尚未完全了解（如紫外光等），还有些对于材料影响与试样的结构、外部环境等关系很大（如振动等）。
2.4 热老化评估具有可行性
材料的热老化只需要对材料周围施加一个均匀的热环境即可，一般采用烘箱等常规试验设备即可满足。而对于其他因素的评估，有些不具备统一的外部环境（如机械应力等），有些与试样结构影响较大（如振动等），有些不具有长期试验的可能性（如紫外光试验，灯没有太长寿命），有些不具备比较完备的模拟实际环境（如射线，使用环境的射线具有各种波长，而不论电子辐照还是伽玛射线辐照都是只能模拟其中的一段波长），都不具有可行性。
2.5 热寿命试验技术
由于电线电缆的可靠性比较高，对电线电缆进行寿命试验时，如果采用正常应力水平下的寿命试验方式，需要很长的试验时间，需耗费大量的人力、物力、财力，等试验结果出来后该型号的电线电缆可能己经被淘汰了。因此，对电线电缆进行寿命试验时，必须采用提高试验应力的加速寿命试验方法。
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在加速寿命试验中，恒定应力加速寿命试验以试验方法简单，试验理论相对成熟，对试验设备要求不高，试验容易取得成功，试验中得到的信息最多，试验结果较准确等优点；定时截尾试验适用于鉴定老化，不适用于评价产品寿命，因此采用的是定数截尾恒定应力加速寿命试验方法。
3 国内外测试方法
3.1 国内标准
国家标准、行业标准对电线电缆热寿命试验目前缺乏规定，企业标准中对电线电缆寿命的规定无依据。企业标准中规定的线缆寿命一般为20~30 年，仅为经验值。线缆寿命与设备配套，例如设备用20 年，线缆寿命就规定为20 年。
3.2 国外标准
3.2.1 美国机动车工程师协会
目前美国机动车工程师协会航空分会颁布的SAE AS 22759（2006）《含氟聚合物绝缘铜或铜合金电线》规定了高温寿命试验和热寿命指数试验。
（1）高温寿命试验
本试验温度超出电线电缆额定工作温度30℃进行试验，时间为120 h（除非详细规范另有规定），烘箱为空气循环烘箱，每分钟换气速度为30.48—60.96米
（2）热寿命指数试验
本试验方法是在超出电线电缆额定工作温度的若干个温度应力水平下，将一定数量的试样分成相应组数，每组固定一个温度应力水平进行试验，一直试验到每组试样全部失效为止。用阿伦尼乌斯公式对不同温度下的热寿命数据进行分析，通过这些较高温度下短时间的试验结果推算出较低温度下较
3.2.2 欧洲宇航局（ESA）
ESA/SCC3901（2002）《600 V 低频电线电缆通用规范》规定了高温寿命试验及长时间寿命试验。试验温度超出电线电缆额定工作温度30℃进行试验，时间为120 h（除非详细规范另有规定）。应测试10 个试样，试样长度为60 mm，试样两端的绝缘各削去25 mm。试样的中心部分沿着圆柱形轴弯曲至少一半，两端分别挂重。规定了一个标准的试棒直径和重量，长时间寿命除了试验温度和时间与高温寿命不同（试验温度为电线电缆额定工作温度，时间为至少2 000 h），其他程序和要求与高温寿命一致。
3.2.3 美国航空航天局（NASA）
NASA/TP-2003-212242 《电气、电子和机电元器件选择、筛选、鉴定和降额指南》参照美国机动车工程师协会航空分会颁布的SAE AS 22759（2006）《含氟聚合物绝缘铜或铜合金电线》。
3.2.4 对比分析
通过收集美国机动车工程师协会标准、欧洲宇航局标准、美国航空航天局等标准中规定的寿命试验方法，研究发现国内电线电缆寿命试验方法的研究还比较薄弱，与国外存在很大差距。如何转化为我国寿命试验方法仍有很多改进和完善的地方，存（1）设备方面：烘箱要求工作温度450 ℃，换气量每小时150±10%，箱内空气流动方式为自然通风，连续工作时间不少于2 500 h。目前国内电线电缆研制单位通常使用的烘箱满足不了以上要求，需要自行定制或购买国外相关设备。
4.结语
长期以来，电线电缆寿命的量化评估一直都是一个技术难题，使用过程中为了保证其安全可靠的运行，及时准确地掌握退化过程和趋势非常重要。目前，迫切需求电线电缆以“热”为因子的寿命试验标准，热寿命已成为重要的研究课题并需进行全面的研究，从而为切实贯彻装备研制可靠性指标，正确制定装备使用策略、维修策略提供更有效的技术支持。
参考文献：
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论文作者:王科峰
论文发表刊物:《电力设备》2018年第35期
论文发表时间:2019/5/27
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