航空電氣系統中故障電弧研究

王君等

摘 要：隨著近些年來我國航空事業的蓬勃發展，與此同時在電氣系統中出現了一些亟需解決的故障，通過以往大量的實踐結果表明，可以運用電弧故障診斷控制器來準確無誤的分析出航空電氣系統產生的故障電弧（在特殊環境中），其中包括電弧的屬性特征和產生的波形種類，從而可以在第一時間找到航空電氣系統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安全以及航空事業的安全運行。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。

關鍵詞：電氣系統；故障診斷；航空；電弧

通過大量的調查顯示，在當前情況下線路故障已經成為航空電氣系統故障中非常普遍的一種，其表現形式是多種多樣的，有時表現為指示儀表的欠穩定，操控機械突然性的停止運轉，信號顯示不正確等。除此之外，還發現一些使用年限比較久的軍用與民用機，深埋在結構之中的總長可達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生一些裂紋和磨損現象。在過去的很長一段時間里，相關工作人員發現了這一問題，但是一度認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 電弧產生的原因分析

通過多年來的工作經驗表明，要想在真正意義上解決電弧故障問題，首當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生的放電過程（連續而非間斷性的），在此期間將會伴隨著部分電氣材料的揮發，事實上這一電磁反應過程是相當復雜的（并非我們想象中的那么簡單）。除此之外，由于導電系數本身是一個變量，所以無法使用歐姆定律來線性地描述二者之間的關系。另外電路自身的參數性質與電氣系統所處的環境狀況等也會對其產生一定程度的影響。

1.2 電弧的產生途徑

經過以往大量的研究發現，主要有以下途徑可以產生電弧：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很大程度的增加，這是極其危險的，如果稍不注意就會導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果表明，串聯電路中的電弧數量與負荷之間也存在著一定程度的關聯。因為在并聯電路中的電弧故障主要發生在兩種相反的電極之間。屬于導體之間無意識的導通。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體與地面相連接的導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一定程度減少的狀況，進而就會直接造成接觸處電流密度在很短的時間內迅速變大，此時接觸電阻與觸頭勢必會放出一定熱量（具體是多少要依據當時的具體情況而定），如果放電電流穩定，則表現為電弧開斷。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）之間產生電弧，即真空電弧。

2 航空電弧的故障原因分析以及相應的防護措施

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和并聯兩種。在加載電器設備的過程中，尤其是在串聯載流過程中如果沒有經過特殊處理極易引發電弧故障。除此之外，在斷開的電纜線之間的空隙內也是產生電弧較為頻繁的區域。而且電弧在沒有經過及時有效處理的情況下也是會比較容易產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。而并聯電路中的電弧故障一般是集中發生在正負兩個相反的電極之間，屬于導體間無意識的導通。

2.2 合理設計航空電弧斷路器

根據過往的經驗和實踐來看，設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 科學搭建故障電弧模型

從當前的使用情況來看，黑盒電弧模型在用于數學描述電氣電弧道具方面最受大家的親睞。實踐結果表明，這種模型無法完全準確的描述航空電氣系統故障形成的物理過程（因為這個過程是極其復雜的），但是可以仿真分析電弧電流及電壓特性。可以通過描繪標準電壓和電流求取微分等式的相關參數，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 實現電弧模型

如果將MATLAB軟件當做使用平臺，利用Sinulink/PSB（也就是電力系統模塊庫）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，在阻性負載下進行仿真，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。為了更好的進行仿真分析，有時還需要借助航空電氣系統的具體參數來合理的調整電弧模型，并改變負載情況，通過這種方式來獲得航空電氣系統故障電弧的電流與電壓波形。

4 結束語

綜上所述，在航空事業的發展過程中，安全永遠都是排在第一位的，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不會出現電弧故障問題，保障旅客以及飛機工作人員的生命財產安全。

參考文獻

[1]張殿業，金建.航空電氣系統中故障電弧的分析[J].科技與創新，2014（7）.

[2]楊例數.航空電氣系統絕緣故障的研究[D].大連理工大學，2012.

[3]李丹，圖剛.航空電氣系統中故障電弧的研究[J].中國新通信，2013（11）.

[4]王麗，曹路.航空交流故障電弧特性的研究[J].低壓電器，2011（2）.

[5]王鈺，鄭先成.航空交流電弧特性及檢測算法研究[J].機電一體化，2012（3）.