機(jī)載產(chǎn)品的接地設(shè)計(jì)分析

劉國(guó)美，鄧道杰，范新明，李歡歡

(1.航空工業(yè)西安航空計(jì)算技術(shù)研究所，陜西 西安 710068；2.中興通信股份有限公司，陜西 西安 710164)

0 引言

大地具有非常大的電容量，是理想的零電位，不論往大地注入多大的電流或電荷，在穩(wěn)態(tài)時(shí)其電位保持為零。因此，將大地作為安全地。在飛機(jī)系統(tǒng)中，由于飛機(jī)蒙皮是一個(gè)大型導(dǎo)電物體，所以將飛機(jī)蒙皮的等效金屬導(dǎo)體用來(lái)代替大地，其目的在于確定與之相連接的導(dǎo)體電位并使之大致維持在大地電位或維持在代替大地的等效金屬導(dǎo)體的電位。對(duì)機(jī)載產(chǎn)品的接地進(jìn)行合理有效的設(shè)計(jì)，可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。

1 接地技術(shù)

1.1 機(jī)載產(chǎn)品安全接地分析

飛機(jī)上任何大型系統(tǒng)的電路(儀器)都要安裝在機(jī)架上或機(jī)箱里面，為了安全考慮，這些機(jī)架或機(jī)箱都必須接地。面板被安裝在機(jī)架上用金屬接地帶連接到機(jī)架上以提供良好的接地，機(jī)架則用金屬帶連接在主電源上，電路的地沒(méi)有與機(jī)架或機(jī)箱接觸。機(jī)架上的噪聲電流不可能通過(guò)電路的地而回流到系統(tǒng)的地。

安全接地就是采用低阻抗的導(dǎo)體將用電設(shè)備的外殼連接到大地上，使操作人員不致因設(shè)備外殼漏電或靜電放電而發(fā)生觸電危險(xiǎn)。通常，安全接地分為設(shè)備安全接地、接零保護(hù)接地、防雷接地。在由115V交流電源供電或由270V高壓直流供電時(shí)，安全接地尤為重要。因?yàn)楦邏弘娕c機(jī)架之間存在分布阻抗Z1，機(jī)架與大地之間存在分布阻抗Z2，機(jī)架的電位是由Z1和Z2組成的分壓來(lái)決定的，如圖1(a)和(1)式所示。

圖1 機(jī)架的安全接地

(1)

由圖1(a)和公式(1)可看出，機(jī)架可能具有高的電位并有產(chǎn)生電擊的危險(xiǎn)，還有可能產(chǎn)生絕緣擊穿，這是因?yàn)樗碾娢皇怯煞植甲杩沟南鄬?duì)值決定的，設(shè)計(jì)師很難對(duì)它進(jìn)行控制。如果機(jī)架是接地的，則這時(shí)的阻抗Z2變?yōu)榱?，所以機(jī)架的電位就等于零。圖1(b)顯示了機(jī)架不接地的另一種情況，此種情況更危險(xiǎn)，一個(gè)裝有保險(xiǎn)絲的交流電源線(xiàn)進(jìn)入一個(gè)機(jī)架，如果線(xiàn)纜某處的絕緣層因絕緣老化、受潮等原因使導(dǎo)線(xiàn)絕緣性能降低、或因環(huán)境氣體污染、灰塵沉積導(dǎo)致漏電和電弧擊穿打火或?qū)Ь€(xiàn)磨損而被擊穿，使高壓電與機(jī)架接觸，機(jī)架將會(huì)具有傳輸與保險(xiǎn)絲熔斷電流相同電流的能力。任何與機(jī)架和地接觸的人體就會(huì)觸電死亡。圖1(c)中，將機(jī)殼或機(jī)架接安全地后，機(jī)架電位為零，即使人體觸摸到機(jī)架也不會(huì)觸電。

在飛機(jī)上系統(tǒng)接地設(shè)計(jì)時(shí)，通常用主電源的地作為電子設(shè)備共地點(diǎn)，然后再將該地單點(diǎn)接到大地上[2]，將高頻噪聲電流導(dǎo)入大地。如圖2所示。如果按照右邊機(jī)架連接地，圖中的電路地被連接到機(jī)架地上，此時(shí)，機(jī)架上的噪聲電流能夠回流到電子設(shè)備的地上，于是在點(diǎn)1，2，3，4與點(diǎn)1之間形成了一個(gè)地環(huán)路。

圖2 系統(tǒng)接地示意圖

1.2 機(jī)載產(chǎn)品接零保護(hù)接地

部分機(jī)載產(chǎn)品采用115V，400 Hz(單相二線(xiàn)制)或三相四線(xiàn)制電源提供電力,或采用市電220V(單相三線(xiàn)制)給測(cè)試設(shè)備提供電力。如圖3所示。用電設(shè)備的金屬殼體除了正常接地外，還應(yīng)與電網(wǎng)零線(xiàn)相連，稱(chēng)之為接零保護(hù)。

圖3 接零保護(hù)接地

2 案例分析

在某實(shí)驗(yàn)室，工程師在測(cè)試機(jī)架電路時(shí)被電擊，現(xiàn)場(chǎng)工作人員當(dāng)時(shí)是一個(gè)手扶在機(jī)架外殼上、一個(gè)手去用插針測(cè)試電路，當(dāng)他碰到被測(cè)試的電路處時(shí)，有觸電的感覺(jué)并本能地將手彈開(kāi)；隨后，飛機(jī)座艙附近的大屏幕有一根270V-導(dǎo)線(xiàn)與實(shí)驗(yàn)室地共地，該導(dǎo)線(xiàn)被燒斷。具體原因分析為：

1) 該單位機(jī)架產(chǎn)品使用的是270V電源供電，270V-與機(jī)架外殼地沒(méi)有共地;

2) 設(shè)備集成機(jī)架使用的是270V電源供電，270V-負(fù)與機(jī)架外殼地沒(méi)有共地;

3) 實(shí)驗(yàn)室測(cè)試機(jī)柜上的配電開(kāi)關(guān)處于OFF時(shí)，電源指示燈仍在閃爍；

4) 測(cè)試實(shí)驗(yàn)室配電柜發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)室大地比270V電源的負(fù)端高出270V，270V正與大地基本相等。

5) 由于設(shè)備液體滲漏到電源濾波器，使得設(shè)備外殼與270V絕緣電阻降低，導(dǎo)致外殼帶電。

6) 大屏幕區(qū)域一根270V-導(dǎo)線(xiàn)和大地共地相連，形成了一個(gè)回路且回路阻抗低，導(dǎo)致該導(dǎo)線(xiàn)燒斷。

7) 由于270V-地與機(jī)殼(大地)沒(méi)有共地而使得大地電位高出270V-。當(dāng)測(cè)試人員一個(gè)手臂接觸外殼、另一個(gè)手接觸到電路部分(被測(cè)電路以270V-為參考地)時(shí)，人體上就等于加了與270V電壓有關(guān)的高壓，人體被高電壓觸及，有手發(fā)麻的感覺(jué)，如圖4所示。

圖4 人體觸電示意圖

整改措施：在實(shí)驗(yàn)室配電柜處將270V-與大地用導(dǎo)線(xiàn)短接，使實(shí)驗(yàn)室大地與270V地基本上等電位，可去除電人的安全隱患。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)機(jī)載產(chǎn)品的接地方式進(jìn)行了設(shè)計(jì)分析，并對(duì)故障案例進(jìn)行剖析，解決了系統(tǒng)接地安全問(wèn)題，提高了飛機(jī)系統(tǒng)的安全性和可靠性。