淺談航空航天用電線耐電弧試驗方法

郭漢洋，吳 旼，陶 君

(1.上海電纜研究所，上海200093;2.機械工業(yè)電工材料及特種線纜產(chǎn)品質量監(jiān)督檢測中心，上海200093)

0 引言

近年來，我國航空航天用電線持續(xù)快速發(fā)展，且絕大多數(shù)采用的是體積小、重量輕的耐高溫電線。對于電線的檢測將成為航空航天用電線的重要保障，在航空航天用電線的檢測項目中，耐干/濕電弧試驗是兩個非常重要的項目。

耐干/濕電弧試驗主要是針對聚酰亞胺復合薄膜/聚四氟乙烯組合絕緣電線，該類電線采用聚酰亞胺雙面復合聚四氟乙烯的復合膜和聚四氟乙烯組合絕緣。聚酰亞胺的耐輻射性能最好，密度小，可大大減少電線電纜的重量和空間，但是聚酰亞胺易被氧原子侵蝕，而且耐電弧能力差。故上述兩種試驗方法對評估聚酰亞胺復合薄膜/聚四氟乙烯組合絕緣電線的安全性能將起到極其重要的作用。

電線在工作中，產(chǎn)生電弧的原因有多種，包括絕緣老化、錯誤安裝、絕緣擦破等，甚至可能由水以及其他能傳導的流體引起。有證據(jù)表明電弧傳播試驗的結果會因為電弧產(chǎn)生的方法不同而不同。因此，需要選一個標準的試驗方法來評估絕緣耐普通電弧傳播的性能。在2011年GJB 773A《航空航天用含氟聚合物絕緣電線電纜通用規(guī)范》的修訂工作中，將聚酰亞胺復合薄膜/聚四氟乙烯組合絕緣電線也納入了標準范圍，同時，新標準中也規(guī)定了耐干/濕電弧試驗的方法及要求。

本文就耐干/濕電弧試驗的標準中規(guī)定的試驗方法及試驗時遇到的一些實際情況進行描述和分析。

1 試驗采用標準

對于聚酰亞胺復合薄膜/聚四氟乙烯組合絕緣電線，目前國際上常用的標準為美國機動車工程師協(xié)會－航空分部(Society of Automotive Engineers-Aerospace Division)頒布的SAE AS22759A［1］(2006年)及其更改單(2008年)和相關詳細規(guī)范 SAE AS22759/80B ～92B、SAE AS22759/180 ～192，在SAE AS 22759A中，該標準中所引用的耐干/濕電弧試驗按照 MIL-STD-2223［2］的更改單(1994年)和SAE AS4373 ，但在 SAE AS22759/80B～92B、SAE AS22759/180～192中，均注明電弧試驗方法按SAE AS4373進行，在此情況下，以SAE AS4373為準。

2 試驗介紹

2.1 耐干電弧試驗

2.1.1 試驗方法描述

耐干電弧試驗的測試方法按SAE AS4373D試驗方法508。該試驗方法由刀片切割引起電弧，標準試驗方法中電源、試驗電流、電路電阻及其它參數(shù)都針對導體線規(guī)為20AWG的電線進行了優(yōu)化，故標準建議使用導體線規(guī)為20AWG的電線進行試驗。

試驗試樣為7根長約35 cm電線組成的電線束。一個完整的試驗需要15束電線。將一束試樣按圖1用系帶捆扎成一束電線。電線束結構如圖2所示，其中 A1、B1、A2、B2、C1 為主動線，D1 和 D2為被動線。

圖1 干電弧試驗電線束捆扎方式

圖2 電線束結構

每束電線剝去5根主動線的絕緣層，并將之按圖3進行電路連接。包扎好的電線束水平放置，A1和B1電線朝上，D1和D2電線與固定裝置底座完全接觸，啟動裝有切割刀片的切割裝置，使切割刀片往復切割A1和B1電線。每股試樣試驗時，應選擇不同的電路電阻，分別為 0 Ω、0.5 Ω、1.0 Ω、1.5 Ω和2.0 Ω，在每個電路電阻下進行三束試樣的測試。

對于所有完成試驗的電線束，測量每一根電線的物理破壞長度，并對每一束電線中的A2、B2、C1、D1、D2進行耐壓試驗，記錄每一束電線束中通過耐壓試驗的電線根數(shù)。

圖3 干電弧試驗電路圖

2.1.2 試驗原理

試驗電源為三相，由圖3可見，A1和A2為A相中并聯(lián)的兩根電路，B1和B2為B相中并聯(lián)的兩根電路，而圖2中顯示除D1和D2外，其余5根電線排列使得緊密排列成的三角形3根電線分別為三相電路中的一支。耐干電弧試驗由切割刀片往復切割電線束中A1和B1兩根電線，當切割刀片將絕緣層切破時，兩根電線的導體和切割刀片之間產(chǎn)生導通，A1和B1相間產(chǎn)生短路，產(chǎn)生電弧的同時，由于短路產(chǎn)生較大的電流，使得電路中的斷路器跳閘(標準規(guī)定斷路器跳閘的電流為7.5 A)。短路產(chǎn)生的電弧將A1和B1燒斷，同時產(chǎn)生的劇烈的火花會將線束中其他電線的絕緣表面燒蝕，若其他電線的絕緣燒穿的話，可能連續(xù)造成相間短路從而引起更強烈的電弧而進一步使得破壞增大，故試驗中止條件也包括A2、B2、C1相斷路器跳閘的可能。對于試驗結果的判斷不光是考慮線束中其他電線耐壓是否通過，絕緣表面被燒蝕的長度也被列入考核范圍，如果絕緣的抗電弧能力較弱，可能造成整束電線絕緣全部被燒毀。耐干電弧試驗后的樣品見圖4。

2.2 耐濕電弧試驗

2.2.1 試驗方法描述

耐濕電弧試驗的測試方法按SAE AS4373D試驗方法509。該試驗方法通過將鹽水滴在預先破壞的電線上使電線間形成導電通路來產(chǎn)生電弧。與耐干電弧試驗相同，標準試驗方法中電源、試驗電流、電路電阻及其它參數(shù)都針對導體線規(guī)為20 AWG的電線進行了優(yōu)化，故標準建議使用導體線規(guī)為20 AWG的電線進行試驗。所有試樣在試驗前應通過浸水電壓試驗。

試驗試樣為7根長20～40 cm電線組成的電線束，一個完整的試驗需要15束電線。將一束試樣按圖5所示用系帶捆扎成一束電線。電線束結構如圖2所示。

每束電線剝去5根主動線的絕緣層，并將之按圖6進行電路連接。用刀片在A1和B1的中間圍繞電線一周切開0.5～1.0mm的凹槽，使導體暴露并保證凹槽間距為6.0～6.5mm。包扎好的電線束呈水平放置，A1和B1電線朝上。將氯化鈉溶液以每分鐘8～10滴的速度滴入兩個凹槽的中間位置，從而使電線間形成導電通路產(chǎn)生電弧。與耐干電弧試驗一樣，應選擇5個不同的電路電阻，在每個電路電阻下進行三束試樣的測試。

圖4 耐干電弧試驗后試樣照片

圖5 電線束捆扎方式

圖6 濕電弧試驗電路圖

2.2.2 試驗原理

耐濕電弧試驗與耐干電弧試驗線束中7根電線的位置排列相同。當電解液滴落進兩根電線的凹槽之間，使得A1和B1間形成通路而產(chǎn)生電弧。由于電線存在毛細作用，電解液會滲入導體內部，故產(chǎn)生的電弧會從絕緣內部開始燒蝕聚酰亞胺層和導體，隨著試驗時間的推移，兩個凹槽處的導體隨著燒蝕慢慢地相互接近，如果在8 h之內，凹槽之間的導體距離足夠近以至于形成短路，則會產(chǎn)生較大的電流，使得電路中的斷路器跳閘。短路產(chǎn)生的電弧將A1和B1燒斷，同時產(chǎn)生的劇烈的火花會將線束中其他電線的絕緣表面燒蝕，若其他電線的絕緣燒穿的話，可能連續(xù)造成相間短路從而引起更強烈的電弧而進一步使得破壞增大，故試驗中止條件也包括A2、B2、C1相斷路器跳閘的可能。

對于試驗結果的判斷不光是考慮線束中其他電線耐壓是否通過，絕緣表面被燒蝕的長度也被列入考核范圍，如果絕緣的抗電弧能力較弱，可能造成整束電線絕緣全部被燒毀。耐濕電弧試驗后試樣照片見圖7。

圖7 耐濕電弧試驗后試樣照片

3 試驗結果分析

耐干/濕電弧試驗均用于考核聚酰亞胺復合薄膜/聚四氟乙烯組合絕緣電線承受電弧損傷的能力，不同的是前者采用機械強行切破絕緣產(chǎn)生電弧，而后者采用電解質使相間形成通路產(chǎn)生電弧對絕緣慢慢進行燒蝕。

由于聚四氟乙烯的抗電弧性能要優(yōu)于聚酰亞胺，對聚酰亞胺復合薄膜/聚四氟乙烯組合絕緣電線的耐干/濕電弧試驗結果影響較大的是絕緣層的繞包工藝和聚四氟乙烯層的燒結狀態(tài)。如果繞包密封性及絕緣燒結狀態(tài)效果較好，試驗產(chǎn)生的電弧對除A1和B1外的其余5根電線的燒蝕會因為聚四氟乙烯的保護而減弱，通過耐壓的電線數(shù)目較多，這一點在耐濕電弧試驗中更為明顯。對于目前得到的一些試驗結果進行分析，燒結狀態(tài)及繞包密封性好的電線在耐濕電弧試驗規(guī)定的8 h內未出現(xiàn)任何一相的斷路器跳閘，而較差的電線在試驗3～4 h后就因為產(chǎn)生強大的電弧出現(xiàn)斷路器跳閘的現(xiàn)象而中止試驗。對于試驗后試樣的檢查，較好的電線絕緣被破壞的長度遠遠小于較差的電線，且破壞主要集中在A1和B1兩根電線上。

4 結束語

聚酰亞胺復合薄膜/聚四氟乙烯組合絕緣電線現(xiàn)在已經(jīng)在航空航天應用領域中占有舉足輕重的地位，越來越多的企業(yè)開始關心這種新型的電線。耐干/濕電弧試驗是聚酰亞胺復合薄膜/聚四氟乙烯組合絕緣電線檢驗項目中非常重要的一項，應得到相關電線生產(chǎn)企業(yè)及檢測機構的重視。

［1］SAE AS22759A Wire，Electrical，fluoropolymer-insulated，copper or copper alloy［S］.

［2］MIL-STD-2223 Test methods for insulated electric wire［S］.

［3］SAE AS4373D Test methods for insulated electric wire［S］.