飛機電氣線路的接地設計探討

方亞杰

【摘 要】為保障飛行的安全性，飛機的電氣線路在適航規章中被視為一個獨立的分系統，提出了適航要求。電氣接地作為電氣線路互聯系統重要的一部分，其設計、安裝是否合理將直接影響整個線路系統的電磁兼容性、安全性、維護性。本文基于實際的工程經驗，梳理了飛機電氣線路接地的類型、主要設計規則，為設計人員提供指導。

【關鍵詞】電氣線路互聯系統；電氣接地；設計規則

中圖分類號： V242 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）11-0001-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.11.001

0 引言

在運輸類飛機適航規章CCAR-25[1]第25.1701條款中，明確定義了“電氣接地和搭鐵裝置及其相應的連接”是電氣線路互聯系統（EWIS）的一部分。因此，所有電氣接地、搭接設備，以及之間的連接關系，是電氣線路互聯系統設計工作的必要部分。

電氣接地的主要目的包括：提供電流回路以實現系統功能、傳導故障電流避免對正常系統的破壞、消除電磁干擾電位、釋放積累的靜電。

合理有效的電氣接地可以保證各用電設備、電氣線路與飛機金屬結構之間形成允許阻抗的電流通路，傳導干擾電流，保護人員免遭靜電、閃電、故障電流傷害，也保證系統功能正常運行。

本文基于實際的工程經驗，對飛機電氣線路接地的概念以及設計、安裝的主要規則進行梳理和探討。

1 接地類型

按照行業通用的標準規范如AC43.13-1B[2]、ARP1870[3]，飛機電氣線路的接地根據功能可以分為以下幾種：

1）電流回路地：與電路的電壓線形成回路使設備達到功能要求的接地線。

· 交流電源地：交流電源回路的接地線。

· 直流電源地：直流電源回路的接地線。

· 信號地：信號類型回路的接地線。

2）機殼/機架地：從金屬的設備外殼或設備安裝架接地的線。若用電器件絕緣損壞導致金屬外殼或安裝架帶電，則電流可以通過該接地線導入地，達到安全目的。

3）屏蔽地：將線路或線束的屏蔽層接地的線。若干擾信號在屏蔽層中產生了干擾電位，則可以沿屏蔽地線形成回路進而將干擾信號導入地，消除電磁干擾。

2 接地的形式

2.1 電流回路地

電流回路地線從連接器中沿線束分叉出來接至飛機金屬結構。

2.2 機殼/機架地

機殼、機架地線通過搭接線（搭鐵線）將設備的金屬外殼或安裝架接至飛機金屬結構。

2.3 屏蔽地

屏蔽地可分為電纜屏蔽層和線束外屏蔽層（金屬編織套）的接地，接地方式較多。

電纜屏蔽層可以通過特定的處理器件（如焊接套管、特殊尾附件）將屏蔽層連接至帶屏蔽功能的尾附件，進而通過連接器-設備外殼-機殼地實現接地；也可以通過焊接套管的引線直接接地。

線束外屏蔽層可以通過搭接線直接接地。

3 主要設計規則

1）電氣接地的通路，必須保證有足夠低的接地電阻，以限制接地電壓升高，并允許大電流的流通。因此，用于屏蔽接地的接地線長度應盡量短，盡量不超過600mm（圖 4），接地點應盡量靠近需要接地處理的部位。

為保證搭接線兩端接觸情況相同，搭接線應盡量選用兩端的端子尺寸一致，并且端子處都是預絕緣[4]。

若沒有預絕緣層，則應增加絕緣層如熱縮管進行保護。增加的絕緣層應可以完整覆蓋端子套筒并延伸至線纜處至少13mm（0.5inch）。

如圖4中，選用的搭接線長度L應盡量短，端子尺寸應D1=D2，L1=L2。

2）為保證接地線的獨立性，避免因故障導致多個接地線同時失效，多個接地線不應當使用分線器件（如死接頭、模塊）連接到一起接到同一接地點，如圖 5。

3）線徑小于4的電流回路接地線，可以直接固定在飛機結構上；線徑大于4（含）的電流回路地線接地時，應當通過額外的支架固定到飛機結構上[4]。

增加的支架可以降低大線徑電纜對飛機結構本體的機械應力損害；同時也可以增大接地線端接部件如端子與飛機結構的接觸面積，減少接地電阻，避免因為電流和電阻過大導致發熱過度從而引起的電氣故障。

4）接地端子安裝在接地樁時應遵循以下原則：

為保證連接的可靠性，同一個接地樁不得超過4個接地端子，或者3個接地端子和1個匯流條。

接同一個接地樁時，端子的孔尺寸必須匹配接地樁尺寸的前提下，孔直徑大的端子放在下面，直徑小的端子放在上面。

為了確保維護性和可達性，接地樁和周圍結構應至少保持25mm的距離。

鋁質接線端子只能端接鋁線。

材質兼容（如銅端子與銅端子）的端子接觸面之間不要用墊片或墊圈隔開，材質不兼容（如銅端子和鋁端子）的端子接觸面之間要用墊片或墊圈隔開，見圖 7。

多個接線端子連接同一接地樁時，為避免端子之間的相互干涉，可以將其“背靠背”安裝，即將端子的壓接筒凸起部分背靠背，見圖8。

5）考慮到電磁兼容性，不同類型的接地應當有效隔離，不共享接地器件如接地鉚釘、標識、接地樁、墊圈、螺母等，做到不兼容的接地路徑各自獨立。具體規則如下：

· 不同類型的接地線不能共用一個接地點，以防止接地線中的信號互相干擾。

· 不同類型的接地點之間的電氣通路的長度應不少于0.5m，電氣通路指的是在導電的接地面上兩個接地點之間的最短導通路徑。

例外情況：機殼/機架地和屏蔽地可以共用一個接地點（接地樁或接地模塊），并且接地線可以綁扎到一起敷設。

6）接地路徑的定義應當考慮正常和失效情況下的電流，并且不會破壞結構。

不同的接地路徑意味著不同的接地電阻，如果失效狀態下的接地電阻很大，在電路保護裝置切斷電路前，失效電流可能會引起嚴重的事故，如高電壓、電阻部位過熱、損傷結構等。所以接地電阻的大小是定義接地的重要內容之一。

當發生短路故障時，回路總電阻RT符合下面公式：

短路電流ISC必須足夠大從而使電路保護裝置可以及時動作，電氣負載與接地面之間必須有良好的接觸，最大搭接電阻與短路電流的關系見圖 9，典型數據點如表 1。

通過計算得到短路電流進而得到最大搭接電阻，來指導接地路徑的定義以保證搭接電阻不超過最大搭接電阻值。

圖9 電流與最大搭接電阻的關系

表1 短路電流與最大搭接電阻的典型數據點

7）接地區域環境要求

對于必須在潮濕區進行接地的情況，應將接地位置盡量放置在較高的及較干燥的區域， 并對接地進行密封。

為防止液體泄漏對接地線路造成短路、火災等風險，不能在流體管路下方、液體積聚區域以及可燃蒸氣區域進行接地。

為防止接地線中的電能量進入油箱引起嚴重安全事故，如起火、爆炸等，任何形式的接地線都不能直接或間接（通過安裝支架）固定到油箱部件上，包含油箱結構、壁板、設備等。

3 結語

未來多電飛機、全電飛機將成為飛機的發展方向，用電設備和用電量越來越多，相應的電氣線路會越來越復雜龐大，安全可靠的電氣線路設計顯得越來越重要。本文探討了飛機電氣線路接地設計的關鍵設計要素和主要規則，在具體的工程設計工作中為一線設計人員提供指導和參考。

【參考文獻】

[1]中國民用航空規章第25部-運輸類飛機適航標準[CCAR-25-R4][S].北京：中國民航總局.2011.

[2]AC43.13-1B.Acceptable Methods，Techniques and Practices-Aircraft Inspection and Repair.US：Federal Aviation Administration， 1998.

[3]SAE ARP1870.Aerospace Systems Electrical Bonding and Grounding for Electromagnetic Compatibility and Safety[S].US： Society of Automotive Engineers，2012.

[4]SAE AS50881.Aerospace Vehicle Wiring[S].US：Society of Automotive Engineers，2013.