航空障礙燈失效分析及改進措施

李文君　王亮亮

摘要 航空障礙燈常安裝在構筑物的最高點或最高邊緣，工作狀態(tài)下可以提醒飛行人員障礙物的位置、高度等信息，對保證飛行安全和保護建筑設施起著至關重要的作用。《中華人民共和國民用航空法》第六十一條規(guī)定：在民用機場及其按照國家規(guī)定劃定的凈空保護區(qū)域以外，對可能影響飛行安全的高大建筑物或者設施，應當按照國家有關規(guī)定設置飛行障礙燈和標志，并使其保持正常狀態(tài)。由于航空障礙燈安裝維護困難，產品質量及電氣設計格外重要。本文通過電磁兼容試驗，對一批航空障礙燈壞件進行失效分析，確定了雷電電磁脈沖是造成此批障礙燈失效的主要原因，并提出改進意見，可為產品設計及選型提供參考。

關鍵詞 航空障礙燈；雷電電磁脈沖；電磁兼容試驗

中圖分類號 V2 文獻標識碼 A 文章編號 2095-6363（2016）14-0016-02

1失效描述與初步分析

統(tǒng)計此批航空障礙燈壞件可知，損壞部位主要集中在控制電路板的電源電路及輸出端至LED燈體的電路。控制電路板的電源部分損壞器件主要有：熱敏電阻NTC引腳燒斷，鋁電解電容防爆閥開裂，開關電源芯片LNK306燒毀（主要集中在第5引腳附近）。失效圖片見圖1。

熱敏電阻NTC在電路電源接通瞬間，初始阻值較大，可以抑制電路中的過大電流，保護電源電路和負載，起到浪涌抑制器的作用。熱敏電阻NTC引腳燒斷導致開路，常由于瞬間電流過大導致，失效形式為打火、炸裂、燒毀和引腳熔斷等，而瞬間大電流一般是瞬間過壓引起。

鋁電解電容防爆閥開裂，主要原因是內壓過高，常見失效機理有長期使用導致老化、施加過電壓、紋波電流過大、施加反向電壓、施加交流電、過溫等。分析控制電路可知，由于電解電容前端有整流二極管，所以可以排除施加反向電壓和交流電的可能。

開關電源芯片LNK306炸裂，主要原因有過電壓，過電流，過溫。查看芯片說明書可知，LNK306芯片內有限流和過溫保護，所以可以排除過電流與過溫的可能，且由于LNK306的擊穿電壓為700V，所以如果是過電壓導致，過壓值應超過700V。

綜合上述分析可以推測，過電壓可能是導致此批航空障礙燈失效的主要原因。

結合航空障礙燈電氣接線可知，過壓源可能有3種，分別是直擊雷、電網波動、雷電電磁脈沖（感應雷）。其中，直擊雷破壞力強，不會僅僅造成航空障礙燈電路板元器件損壞，且航空障礙燈處于避雷器保護范圍內，故可以排除直擊雷影響；電網波動造成的浪涌電壓可能從浪涌保護器SPD前端引入；雷電電磁脈沖造成的浪涌電壓可能從SPD前端、傳輸線上以及航空障礙燈的輸出端LED燈處引入。為進一步確定過壓源及失效機理，可在實驗室環(huán)境下，通過電磁兼容試驗分別模擬上述幾種浪涌電壓對航空障礙燈的影響，確定失效原因。為盡可能模擬真實環(huán)境，此次試驗的樣品及接線均與實際現(xiàn)場保持一致。

2試驗過程

2.1驗證電網波動的影響

為驗證電網波動的影響，需從浪涌抑制器SPD前端引入浪涌電壓，試驗接線參見圖2。當在SPD前端施加500V浪涌電壓，航空障礙燈輸入端電壓波形的最大值為491.9V；當施加1000V時，航空障礙燈輸入端電壓波形的最大值為620.5V。試驗后，航空障礙燈未發(fā)生損壞且功能正常。

根據(jù)從現(xiàn)場返回的數(shù)據(jù)可知，現(xiàn)場電網波動最大峰值為410V，且航空障礙燈內的開關電源芯片最大耐受電壓為700V，可以推斷，航空障礙燈的損壞不是電網波動造成的。

2.2驗證雷電電磁脈沖的影響

雷電電磁脈沖可能從SPD前端、傳輸線上以及航空障礙燈的輸出端LED燈處引入浪涌。由于浪涌抑制器SPD安裝在配電柜內，柜體的屏蔽作用使其受雷電電磁脈沖干擾較小，所以航空障礙燈損壞原因由雷電電磁脈沖從SPD前端引入的機率很小，可以排除。

為模擬雷電電磁脈沖對傳輸線的影響，把傳輸線放于感應線圈包圍范圍內，即在SPD后端引入浪涌電壓，當施加的脈沖磁場強度達到最大等級1000A/m（峰值）時，航空障礙燈輸入端電壓波動仍然很小。判斷在現(xiàn)有的實驗室環(huán)境下，難以評估真實雷電脈沖磁場對傳輸線的影響。為此，可利用現(xiàn)有電磁兼容試驗設備模擬傳輸線上的浪涌電壓對燈的影響，即在SPD和航空障礙燈之間進行浪涌電壓試驗，試驗接線如圖3所示。

當所加電壓達到2000V（差模）時，航空障礙燈開關電源芯片炸裂，同時電解電容防爆閥打開，損壞情況與圖1中壞件失效情形一致。浪涌電壓沖擊過程中，SPD和航空障礙燈兩端電壓峰值為830V，超過開關電源芯片最大耐受電壓700V。

為模擬雷電電磁脈沖對航空障礙燈的輸出端的影響，可在電路的輸出端與LED燈體之間施加浪涌電壓，試驗接線如圖4所示：試驗電壓從差模電壓200V開始加，剛開始施加浪涌電壓，航空障礙燈就不再閃爍，而是常亮，經檢測555定時器芯片損壞，而對LED燈體的輸出端打同樣電壓時，LED燈能正常工作，試驗結果與壞件中控制電路板的輸出端多處受損，但與之配套LED燈體多為完好的情況一致。

3試驗結果及原因分析

通過上述電磁兼容試驗可知，電網波動不是造成此次航空障礙燈失效的原因。根據(jù)MHT6012《航空障礙燈民用航空行業(yè)標準》可知，航空障礙燈必須滿足電源輸入、控制和監(jiān)視接口電路耐受3000A、8/20us短路電流脈沖和6000V、1.2/50us的開路電壓脈沖的要求。試驗證明，當對航空障礙燈前端注入大于800V浪涌電壓時，航空障礙燈失效；輸出端注入大于200V時，航空障礙燈失效。所以當外部雷電電磁脈沖強度足夠時，航空障礙燈傳輸線上有可能感應出極大的浪涌電壓損壞航空障礙燈；同時，雷電流在經避雷器放電過程中，在航空障礙燈周圍會產生的強大雷電電磁脈沖，也可能在電路內部產生較大感應電壓。

4結論

從上述分析可知，雷電電磁脈沖的干擾是導致此批航空障礙燈失效的直接原因。根據(jù)現(xiàn)場返回信息可知，現(xiàn)場走線未采取任何屏蔽措施，并且航空障礙燈的燈體采用的是非金屬外殼，易受外界電磁場干擾。試驗表明，雷電電磁脈沖可以從航空障礙燈的傳輸線及輸出端引入導致失效，建議傳輸線改為屏蔽線，并采用雙絞線，同時通過在金屬管內布線來減少雷電電磁脈沖對傳輸線的干擾。屏蔽線與電路板內部PE有效連接；另一端連接到配電柜內的PE地上；金屬管一端與航空障礙燈金屬底座連接（最好螺紋直接擰在金屬管上），另一端連接在配電柜外的接地線上。此外，對航空障礙燈外部可加金屬網罩進行屏蔽防護，使部件在雷電等強電流電磁干擾環(huán)境中，具有優(yōu)秀的抗干擾性能。endprint