航空電氣系統(tǒng)中故障電弧的分析

周偉

摘 要：運(yùn)用電弧故障診斷控制器對航空電氣系統(tǒng)在特殊環(huán)境中產(chǎn)生的故障電弧進(jìn)行分析，包括電弧的特點(diǎn)和產(chǎn)生的波形，及時發(fā)現(xiàn)航空電氣系統(tǒng)故障并予以修理，保障航空事業(yè)的安全運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：電氣系統(tǒng)；故障診斷；電?。浑娎|

中圖分類號：TM501+.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）07-0063-02

航空電氣系統(tǒng)內(nèi)部電纜的老化會引發(fā)很多安全隱患，因此，航空電氣系統(tǒng)的安全問題一直是航空事業(yè)最重視的一項(xiàng)工作。其中，電弧作為電纜運(yùn)行中最容易出現(xiàn)故障的源頭，它的研究對提高電弧故障檢測技術(shù)水平和保障航空事業(yè)的安全具有十分重要的意義。

1 航空電氣系統(tǒng)故障

航空電氣系統(tǒng)主要由供電系統(tǒng)和用電設(shè)備兩大部分組成。供電系統(tǒng)由電源系統(tǒng)和配電系統(tǒng)組成；用電設(shè)備由航空器上所有使用電能的設(shè)備裝置系統(tǒng)組成。多種設(shè)備之間的連接，增加了電纜數(shù)量，也增加了線路之間發(fā)生故障的概率。再加上航空電纜大多都是在高溫、高輻射和高振動的環(huán)境下運(yùn)行的，使得電纜的老化問題更加嚴(yán)重。在電纜運(yùn)作初期，由于生產(chǎn)商對飛機(jī)內(nèi)部的零部件安裝不到位而導(dǎo)致的線路故障，通過及時的調(diào)理和整修，可以使飛機(jī)內(nèi)部的零部件能夠較長時間地處在穩(wěn)定的工作區(qū)。但由于電纜直徑較細(xì)，并且成捆地綁在一起，再加上電纜與電纜、電纜與固定框架之間長時間的摩擦?xí)?dǎo)致電纜材料的老化，此時的航空電纜絕緣老化部位很容易出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象，斷續(xù)的電弧隨即產(chǎn)生，這會嚴(yán)重影響飛機(jī)的運(yùn)行。

2 電弧分析

2.1 電弧產(chǎn)生原因

要解決電弧故障，首先要對電弧的特性和故障原因進(jìn)行分析。電弧是指兩個電極之間跨越了絕緣介質(zhì)而產(chǎn)生的連續(xù)放電的過程，這個過程的發(fā)生也伴隨著電氣材料的局部揮發(fā)，是一種復(fù)雜的電磁反應(yīng)過程。由于電弧之間產(chǎn)生電壓和電流時，其導(dǎo)電系數(shù)是變量，所以不能使用歐姆定律來線性地描述他們之間的關(guān)系。影響電弧之間電壓和電流的因素很多，例如電氣系統(tǒng)所處的環(huán)境狀況、電路自身的參數(shù)性質(zhì)等。

2.2 電弧產(chǎn)生的途徑

研究電弧產(chǎn)生的途徑對解決電弧的故障也是很有必要的。電弧的產(chǎn)生主要有以下途徑：①電路開斷的時候。當(dāng)電路觸頭開始分離時，接頭之間的接觸壓力和接觸面積減少，導(dǎo)致接觸處電流密度變大，接觸電阻與觸頭放出熱量，如果放電電流穩(wěn)定，則此時就是開斷電弧。②在真空與氣體之間的間隙進(jìn)行擊穿，電弧能夠在真空的正負(fù)電極之間產(chǎn)生，這種電弧被稱之為真空電弧。③觸頭閉合的時候。連接的電源接頭在閉合瞬間會產(chǎn)生電擊穿現(xiàn)象，這種現(xiàn)象就是通常所說的電弧放電。④在火花放電到電弧放電的轉(zhuǎn)換瞬間，容易產(chǎn)生較大的電壓躍變沖擊波。

3 航空電弧故障分析

3.1 航空電弧的故障類型和特點(diǎn)

現(xiàn)階段航空電弧故障可分為兩種類型：串聯(lián)和并聯(lián)。加載電器設(shè)備時，串聯(lián)載流容易引發(fā)電弧故障。另外，在斷開的電纜線之間的空隙內(nèi)也很容易產(chǎn)生電弧。電弧會導(dǎo)致局部熱量增加，這是很危險的。串聯(lián)電路中的電弧數(shù)量與負(fù)荷有關(guān)。并聯(lián)電路中的電弧故障主要發(fā)生在一種相反的電極之間，是導(dǎo)體間無意識的導(dǎo)通。并聯(lián)電弧主要由源頭故障電流值和故障電抗值兩個因素決定。電線間的電弧故障也是并聯(lián)電弧故障的一種形式。它是由于接電線的導(dǎo)體與地面相連接的導(dǎo)體的金屬部分或其他結(jié)構(gòu)體所發(fā)生的金屬之間的電弧故障。

3.2 航空電弧斷路器設(shè)計(jì)

根據(jù)以往航空電弧故障斷路器的工作原理，設(shè)計(jì)的航空電弧斷路器的工作流程如圖1所示。

4 電弧故障仿真分析

4.1 建立電弧故障模型

使用MATLAB對電弧電路進(jìn)行分析，從簡單的電路入手進(jìn)行分析。仿真分析采用的是黑盒電弧模型，此模型雖然不能完全描述航空電器系統(tǒng)中的故障過程，但能夠最大程度地表現(xiàn)出電弧故障的電流和電壓特性。通過標(biāo)準(zhǔn)電壓和電流來求取微分等式的參數(shù)，進(jìn)行電氣系統(tǒng)的電弧非線性阻抗分析。

4.2 實(shí)現(xiàn)電弧故障模型

使用MATLAB中的SIMULINK（PSB）電力系統(tǒng)模塊庫，使用其中的庫元件建立通用電弧模型，如圖2所示。模型中主要由電壓控制的電流源、階躍信號、電壓檢測等模塊組成。

通過使用電弧模型進(jìn)行仿真的簡單波形可知斷路器在斷開時的故障電路的電流變化：電弧電壓在零點(diǎn)開始升高，最后不變；電弧的電流一直呈下降趨勢，直至零點(diǎn)。

5 結(jié)束語

通過分析航空電弧故障的類型和特點(diǎn)，介紹了電弧故障斷路器的設(shè)計(jì)思路。最后通過使用MATLAB軟件的SIMULINK的PSB模塊庫建立了電弧故障仿真模型，完成了在開斷過程中電壓電流的仿真，顯示了電弧的特性。

參考文獻(xiàn)

[1]談勇.飛機(jī)線路故障問題及其對策[J].航空維修與工程，2006（02）.

[2]陳德桂.低壓電弧故障斷路器—種新型低壓保護(hù)電器[J].低壓電器，2007（03）.

〔編輯：王霞〕

摘 要：運(yùn)用電弧故障診斷控制器對航空電氣系統(tǒng)在特殊環(huán)境中產(chǎn)生的故障電弧進(jìn)行分析，包括電弧的特點(diǎn)和產(chǎn)生的波形，及時發(fā)現(xiàn)航空電氣系統(tǒng)故障并予以修理，保障航空事業(yè)的安全運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：電氣系統(tǒng)；故障診斷；電??；電纜

中圖分類號：TM501+.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）07-0063-02

航空電氣系統(tǒng)內(nèi)部電纜的老化會引發(fā)很多安全隱患，因此，航空電氣系統(tǒng)的安全問題一直是航空事業(yè)最重視的一項(xiàng)工作。其中，電弧作為電纜運(yùn)行中最容易出現(xiàn)故障的源頭，它的研究對提高電弧故障檢測技術(shù)水平和保障航空事業(yè)的安全具有十分重要的意義。

1 航空電氣系統(tǒng)故障

航空電氣系統(tǒng)主要由供電系統(tǒng)和用電設(shè)備兩大部分組成。供電系統(tǒng)由電源系統(tǒng)和配電系統(tǒng)組成；用電設(shè)備由航空器上所有使用電能的設(shè)備裝置系統(tǒng)組成。多種設(shè)備之間的連接，增加了電纜數(shù)量，也增加了線路之間發(fā)生故障的概率。再加上航空電纜大多都是在高溫、高輻射和高振動的環(huán)境下運(yùn)行的，使得電纜的老化問題更加嚴(yán)重。在電纜運(yùn)作初期，由于生產(chǎn)商對飛機(jī)內(nèi)部的零部件安裝不到位而導(dǎo)致的線路故障，通過及時的調(diào)理和整修，可以使飛機(jī)內(nèi)部的零部件能夠較長時間地處在穩(wěn)定的工作區(qū)。但由于電纜直徑較細(xì)，并且成捆地綁在一起，再加上電纜與電纜、電纜與固定框架之間長時間的摩擦?xí)?dǎo)致電纜材料的老化，此時的航空電纜絕緣老化部位很容易出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象，斷續(xù)的電弧隨即產(chǎn)生，這會嚴(yán)重影響飛機(jī)的運(yùn)行。

2 電弧分析

2.1 電弧產(chǎn)生原因

要解決電弧故障，首先要對電弧的特性和故障原因進(jìn)行分析。電弧是指兩個電極之間跨越了絕緣介質(zhì)而產(chǎn)生的連續(xù)放電的過程，這個過程的發(fā)生也伴隨著電氣材料的局部揮發(fā)，是一種復(fù)雜的電磁反應(yīng)過程。由于電弧之間產(chǎn)生電壓和電流時，其導(dǎo)電系數(shù)是變量，所以不能使用歐姆定律來線性地描述他們之間的關(guān)系。影響電弧之間電壓和電流的因素很多，例如電氣系統(tǒng)所處的環(huán)境狀況、電路自身的參數(shù)性質(zhì)等。

2.2 電弧產(chǎn)生的途徑

研究電弧產(chǎn)生的途徑對解決電弧的故障也是很有必要的。電弧的產(chǎn)生主要有以下途徑：①電路開斷的時候。當(dāng)電路觸頭開始分離時，接頭之間的接觸壓力和接觸面積減少，導(dǎo)致接觸處電流密度變大，接觸電阻與觸頭放出熱量，如果放電電流穩(wěn)定，則此時就是開斷電弧。②在真空與氣體之間的間隙進(jìn)行擊穿，電弧能夠在真空的正負(fù)電極之間產(chǎn)生，這種電弧被稱之為真空電弧。③觸頭閉合的時候。連接的電源接頭在閉合瞬間會產(chǎn)生電擊穿現(xiàn)象，這種現(xiàn)象就是通常所說的電弧放電。④在火花放電到電弧放電的轉(zhuǎn)換瞬間，容易產(chǎn)生較大的電壓躍變沖擊波。

3 航空電弧故障分析

3.1 航空電弧的故障類型和特點(diǎn)

現(xiàn)階段航空電弧故障可分為兩種類型：串聯(lián)和并聯(lián)。加載電器設(shè)備時，串聯(lián)載流容易引發(fā)電弧故障。另外，在斷開的電纜線之間的空隙內(nèi)也很容易產(chǎn)生電弧。電弧會導(dǎo)致局部熱量增加，這是很危險的。串聯(lián)電路中的電弧數(shù)量與負(fù)荷有關(guān)。并聯(lián)電路中的電弧故障主要發(fā)生在一種相反的電極之間，是導(dǎo)體間無意識的導(dǎo)通。并聯(lián)電弧主要由源頭故障電流值和故障電抗值兩個因素決定。電線間的電弧故障也是并聯(lián)電弧故障的一種形式。它是由于接電線的導(dǎo)體與地面相連接的導(dǎo)體的金屬部分或其他結(jié)構(gòu)體所發(fā)生的金屬之間的電弧故障。

3.2 航空電弧斷路器設(shè)計(jì)

根據(jù)以往航空電弧故障斷路器的工作原理，設(shè)計(jì)的航空電弧斷路器的工作流程如圖1所示。

4 電弧故障仿真分析

4.1 建立電弧故障模型

使用MATLAB對電弧電路進(jìn)行分析，從簡單的電路入手進(jìn)行分析。仿真分析采用的是黑盒電弧模型，此模型雖然不能完全描述航空電器系統(tǒng)中的故障過程，但能夠最大程度地表現(xiàn)出電弧故障的電流和電壓特性。通過標(biāo)準(zhǔn)電壓和電流來求取微分等式的參數(shù)，進(jìn)行電氣系統(tǒng)的電弧非線性阻抗分析。

4.2 實(shí)現(xiàn)電弧故障模型

使用MATLAB中的SIMULINK（PSB）電力系統(tǒng)模塊庫，使用其中的庫元件建立通用電弧模型，如圖2所示。模型中主要由電壓控制的電流源、階躍信號、電壓檢測等模塊組成。

通過使用電弧模型進(jìn)行仿真的簡單波形可知斷路器在斷開時的故障電路的電流變化：電弧電壓在零點(diǎn)開始升高，最后不變；電弧的電流一直呈下降趨勢，直至零點(diǎn)。

5 結(jié)束語

通過分析航空電弧故障的類型和特點(diǎn)，介紹了電弧故障斷路器的設(shè)計(jì)思路。最后通過使用MATLAB軟件的SIMULINK的PSB模塊庫建立了電弧故障仿真模型，完成了在開斷過程中電壓電流的仿真，顯示了電弧的特性。

參考文獻(xiàn)

[1]談勇.飛機(jī)線路故障問題及其對策[J].航空維修與工程，2006（02）.

[2]陳德桂.低壓電弧故障斷路器—種新型低壓保護(hù)電器[J].低壓電器，2007（03）.

〔編輯：王霞〕

摘 要：運(yùn)用電弧故障診斷控制器對航空電氣系統(tǒng)在特殊環(huán)境中產(chǎn)生的故障電弧進(jìn)行分析，包括電弧的特點(diǎn)和產(chǎn)生的波形，及時發(fā)現(xiàn)航空電氣系統(tǒng)故障并予以修理，保障航空事業(yè)的安全運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：電氣系統(tǒng)；故障診斷；電?。浑娎|

中圖分類號：TM501+.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）07-0063-02

航空電氣系統(tǒng)內(nèi)部電纜的老化會引發(fā)很多安全隱患，因此，航空電氣系統(tǒng)的安全問題一直是航空事業(yè)最重視的一項(xiàng)工作。其中，電弧作為電纜運(yùn)行中最容易出現(xiàn)故障的源頭，它的研究對提高電弧故障檢測技術(shù)水平和保障航空事業(yè)的安全具有十分重要的意義。

1 航空電氣系統(tǒng)故障

航空電氣系統(tǒng)主要由供電系統(tǒng)和用電設(shè)備兩大部分組成。供電系統(tǒng)由電源系統(tǒng)和配電系統(tǒng)組成；用電設(shè)備由航空器上所有使用電能的設(shè)備裝置系統(tǒng)組成。多種設(shè)備之間的連接，增加了電纜數(shù)量，也增加了線路之間發(fā)生故障的概率。再加上航空電纜大多都是在高溫、高輻射和高振動的環(huán)境下運(yùn)行的，使得電纜的老化問題更加嚴(yán)重。在電纜運(yùn)作初期，由于生產(chǎn)商對飛機(jī)內(nèi)部的零部件安裝不到位而導(dǎo)致的線路故障，通過及時的調(diào)理和整修，可以使飛機(jī)內(nèi)部的零部件能夠較長時間地處在穩(wěn)定的工作區(qū)。但由于電纜直徑較細(xì)，并且成捆地綁在一起，再加上電纜與電纜、電纜與固定框架之間長時間的摩擦?xí)?dǎo)致電纜材料的老化，此時的航空電纜絕緣老化部位很容易出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象，斷續(xù)的電弧隨即產(chǎn)生，這會嚴(yán)重影響飛機(jī)的運(yùn)行。

2 電弧分析

2.1 電弧產(chǎn)生原因

要解決電弧故障，首先要對電弧的特性和故障原因進(jìn)行分析。電弧是指兩個電極之間跨越了絕緣介質(zhì)而產(chǎn)生的連續(xù)放電的過程，這個過程的發(fā)生也伴隨著電氣材料的局部揮發(fā)，是一種復(fù)雜的電磁反應(yīng)過程。由于電弧之間產(chǎn)生電壓和電流時，其導(dǎo)電系數(shù)是變量，所以不能使用歐姆定律來線性地描述他們之間的關(guān)系。影響電弧之間電壓和電流的因素很多，例如電氣系統(tǒng)所處的環(huán)境狀況、電路自身的參數(shù)性質(zhì)等。

2.2 電弧產(chǎn)生的途徑

研究電弧產(chǎn)生的途徑對解決電弧的故障也是很有必要的。電弧的產(chǎn)生主要有以下途徑：①電路開斷的時候。當(dāng)電路觸頭開始分離時，接頭之間的接觸壓力和接觸面積減少，導(dǎo)致接觸處電流密度變大，接觸電阻與觸頭放出熱量，如果放電電流穩(wěn)定，則此時就是開斷電弧。②在真空與氣體之間的間隙進(jìn)行擊穿，電弧能夠在真空的正負(fù)電極之間產(chǎn)生，這種電弧被稱之為真空電弧。③觸頭閉合的時候。連接的電源接頭在閉合瞬間會產(chǎn)生電擊穿現(xiàn)象，這種現(xiàn)象就是通常所說的電弧放電。④在火花放電到電弧放電的轉(zhuǎn)換瞬間，容易產(chǎn)生較大的電壓躍變沖擊波。

3 航空電弧故障分析

3.1 航空電弧的故障類型和特點(diǎn)

現(xiàn)階段航空電弧故障可分為兩種類型：串聯(lián)和并聯(lián)。加載電器設(shè)備時，串聯(lián)載流容易引發(fā)電弧故障。另外，在斷開的電纜線之間的空隙內(nèi)也很容易產(chǎn)生電弧。電弧會導(dǎo)致局部熱量增加，這是很危險的。串聯(lián)電路中的電弧數(shù)量與負(fù)荷有關(guān)。并聯(lián)電路中的電弧故障主要發(fā)生在一種相反的電極之間，是導(dǎo)體間無意識的導(dǎo)通。并聯(lián)電弧主要由源頭故障電流值和故障電抗值兩個因素決定。電線間的電弧故障也是并聯(lián)電弧故障的一種形式。它是由于接電線的導(dǎo)體與地面相連接的導(dǎo)體的金屬部分或其他結(jié)構(gòu)體所發(fā)生的金屬之間的電弧故障。

3.2 航空電弧斷路器設(shè)計(jì)

根據(jù)以往航空電弧故障斷路器的工作原理，設(shè)計(jì)的航空電弧斷路器的工作流程如圖1所示。

4 電弧故障仿真分析

4.1 建立電弧故障模型

使用MATLAB對電弧電路進(jìn)行分析，從簡單的電路入手進(jìn)行分析。仿真分析采用的是黑盒電弧模型，此模型雖然不能完全描述航空電器系統(tǒng)中的故障過程，但能夠最大程度地表現(xiàn)出電弧故障的電流和電壓特性。通過標(biāo)準(zhǔn)電壓和電流來求取微分等式的參數(shù)，進(jìn)行電氣系統(tǒng)的電弧非線性阻抗分析。

4.2 實(shí)現(xiàn)電弧故障模型

使用MATLAB中的SIMULINK（PSB）電力系統(tǒng)模塊庫，使用其中的庫元件建立通用電弧模型，如圖2所示。模型中主要由電壓控制的電流源、階躍信號、電壓檢測等模塊組成。

通過使用電弧模型進(jìn)行仿真的簡單波形可知斷路器在斷開時的故障電路的電流變化：電弧電壓在零點(diǎn)開始升高，最后不變；電弧的電流一直呈下降趨勢，直至零點(diǎn)。

5 結(jié)束語

通過分析航空電弧故障的類型和特點(diǎn)，介紹了電弧故障斷路器的設(shè)計(jì)思路。最后通過使用MATLAB軟件的SIMULINK的PSB模塊庫建立了電弧故障仿真模型，完成了在開斷過程中電壓電流的仿真，顯示了電弧的特性。

參考文獻(xiàn)

[1]談勇.飛機(jī)線路故障問題及其對策[J].航空維修與工程，2006（02）.

[2]陳德桂.低壓電弧故障斷路器—種新型低壓保護(hù)電器[J].低壓電器，2007（03）.

〔編輯：王霞〕