航空電氣系統(tǒng)中故障電弧研究

王君等

摘 要：隨著近些年來我國航空事業(yè)的蓬勃發(fā)展，與此同時在電氣系統(tǒng)中出現(xiàn)了一些亟需解決的故障，通過以往大量的實踐結(jié)果表明，可以運用電弧故障診斷控制器來準(zhǔn)確無誤的分析出航空電氣系統(tǒng)產(chǎn)生的故障電?。ㄔ谔厥猸h(huán)境中），其中包括電弧的屬性特征和產(chǎn)生的波形種類，從而可以在第一時間找到航空電氣系統(tǒng)故障所在并予以及時的修理，以更好地保障乘坐人員的生命財產(chǎn)安全以及航空事業(yè)的安全運行。鑒于此，文章將會對航空電氣的電弧加以著重闡述，希望能夠得到一些借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：電氣系統(tǒng)；故障診斷；航空；電弧

通過大量的調(diào)查顯示，在當(dāng)前情況下線路故障已經(jīng)成為航空電氣系統(tǒng)故障中非常普遍的一種，其表現(xiàn)形式是多種多樣的，有時表現(xiàn)為指示儀表的欠穩(wěn)定，操控機械突然性的停止運轉(zhuǎn)，信號顯示不正確等。除此之外，還發(fā)現(xiàn)一些使用年限比較久的軍用與民用機，深埋在結(jié)構(gòu)之中的總長可達(dá)幾十萬米的電線由于長年累月的不間斷使用會逐漸開始產(chǎn)生一些裂紋和磨損現(xiàn)象。在過去的很長一段時間里，相關(guān)工作人員發(fā)現(xiàn)了這一問題，但是一度認(rèn)為這種故障所帶來的危害性不大，但通過以往大量的實踐結(jié)果表明，這種故障如果沒有予以及時處理，一旦時間拖久了檢測起來也會成為一件非常困難的事情，最終所產(chǎn)生的電弧（或者電磁輻）射可能是完全可以致命的。

1 電弧分析

1.1 電弧產(chǎn)生的原因分析

通過多年來的工作經(jīng)驗表明，要想在真正意義上解決電弧故障問題，首當(dāng)其沖要做的就是正確分析電弧的特性和故障原因。一般地說，電弧指的是兩個電極之間所產(chǎn)生的放電過程（連續(xù)而非間斷性的），在此期間將會伴隨著部分電氣材料的揮發(fā)，事實上這一電磁反應(yīng)過程是相當(dāng)復(fù)雜的（并非我們想象中的那么簡單）。除此之外，由于導(dǎo)電系數(shù)本身是一個變量，所以無法使用歐姆定律來線性地描述二者之間的關(guān)系。另外電路自身的參數(shù)性質(zhì)與電氣系統(tǒng)所處的環(huán)境狀況等也會對其產(chǎn)生一定程度的影響。

1.2 電弧的產(chǎn)生途徑

經(jīng)過以往大量的研究發(fā)現(xiàn)，主要有以下途徑可以產(chǎn)生電弧：第一種是在電路開斷時。在這種情況下，電弧會造成局部熱量出現(xiàn)很大程度的增加，這是極其危險的，如果稍不注意就會導(dǎo)致大量的人力物力財力的損失。與此同時還通過以往大量的實踐結(jié)果表明，串聯(lián)電路中的電弧數(shù)量與負(fù)荷之間也存在著一定程度的關(guān)聯(lián)。因為在并聯(lián)電路中的電弧故障主要發(fā)生在兩種相反的電極之間。屬于導(dǎo)體之間無意識的導(dǎo)通。主要是由源頭故障電抗值與電流值兩個因素所共同決定的，它是由于接電線的導(dǎo)體與地面相連接的導(dǎo)體金屬部分或者金屬之間的斷乎故障。在這種情況下，電路觸頭分離的初期階段，接頭之間的接觸壓力與接觸面積會隨著觸頭的分離會出現(xiàn)一定程度減少的狀況，進(jìn)而就會直接造成接觸處電流密度在很短的時間內(nèi)迅速變大，此時接觸電阻與觸頭勢必會放出一定熱量（具體是多少要依據(jù)當(dāng)時的具體情況而定），如果放電電流穩(wěn)定，則表現(xiàn)為電弧開斷。第二種情況是在擊穿真空（或者是氣體）之間的間隙，此時會在真空的兩級（正負(fù)）之間產(chǎn)生電弧，即真空電弧。

2 航空電弧的故障原因分析以及相應(yīng)的防護措施

2.1 航空電弧有哪些故障類型和特點

就目前而言，航空電弧故障主要可分為串聯(lián)和并聯(lián)兩種。在加載電器設(shè)備的過程中，尤其是在串聯(lián)載流過程中如果沒有經(jīng)過特殊處理極易引發(fā)電弧故障。除此之外，在斷開的電纜線之間的空隙內(nèi)也是產(chǎn)生電弧較為頻繁的區(qū)域。而且電弧在沒有經(jīng)過及時有效處理的情況下也是會比較容易產(chǎn)生局部熱量迅速增加的狀況，這對于安全運行以及工作人員的身體安全是有巨大隱患的。而并聯(lián)電路中的電弧故障一般是集中發(fā)生在正負(fù)兩個相反的電極之間，屬于導(dǎo)體間無意識的導(dǎo)通。

2.2 合理設(shè)計航空電弧斷路器

根據(jù)過往的經(jīng)驗和實踐來看，設(shè)計航空電弧故障斷路器的工作流程如圖1所示。

3 電弧故障的仿真分析

對于電弧故障的仿真分析從以下幾個方面加以闡述。

3.1 科學(xué)搭建故障電弧模型

從當(dāng)前的使用情況來看，黑盒電弧模型在用于數(shù)學(xué)描述電氣電弧道具方面最受大家的親睞。實踐結(jié)果表明，這種模型無法完全準(zhǔn)確的描述航空電氣系統(tǒng)故障形成的物理過程（因為這個過程是極其復(fù)雜的），但是可以仿真分析電弧電流及電壓特性?？梢酝ㄟ^描繪標(biāo)準(zhǔn)電壓和電流求取微分等式的相關(guān)參數(shù)，與此同時還可以正確的描述出精確測量法電氣電弧的非線性阻抗。

3.2 實現(xiàn)電弧模型

如果將MATLAB軟件當(dāng)做使用平臺，利用Sinulink/PSB（也就是電力系統(tǒng)模塊庫）中的元件建立的通用電弧模型如圖2所示。電弧模型由多個模塊所共同組成，其中包括微分方程編輯器、電壓控制的電流源、階躍信號、定值檢測、電壓測量等。

3.3 仿真結(jié)果

如果按照故障電弧模型來搭建電路，同時以Mayr模型為例，在阻性負(fù)載下進(jìn)行仿真，電路圖如圖3所示。

從圖3中可以清楚的看到，電路電壓從零點開始階段會不斷升高，最后保持在某一個值，與此同時電流會從最高值不斷下降，直至最后降為零為止，其實這就是仿真了故障電弧斷路器斷開故障電路，電弧熄滅時。為了更好的進(jìn)行仿真分析，有時還需要借助航空電氣系統(tǒng)的具體參數(shù)來合理的調(diào)整電弧模型，并改變負(fù)載情況，通過這種方式來獲得航空電氣系統(tǒng)故障電弧的電流與電壓波形。

4 結(jié)束語

綜上所述，在航空事業(yè)的發(fā)展過程中，安全永遠(yuǎn)都是排在第一位的，其中電弧故障必須要引起足夠的重視，首先要查找電弧故障的真正原因所在，然后再對癥下藥，做到具體問題具體解決。另外，還要派專職人員定期對其進(jìn)行檢查和維修，做到防患于未然，從而在根本上保障在航空電氣系統(tǒng)不會出現(xiàn)電弧故障問題，保障旅客以及飛機工作人員的生命財產(chǎn)安全。

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