王繼光 槐宇超 趙浩然

摘要：航空飛行器在空飛行時須依靠動力設(shè)備，即發(fā)電機(jī)。但是電負(fù)荷傳遞及其輸送則需利用線路來進(jìn)行。在實(shí)際中，普通飛機(jī)內(nèi)部的線路長度多于上千米，在運(yùn)行時間過長的情況下，一旦線路質(zhì)量不符合，就極易產(chǎn)生故障，且工作人員維修工作難度也增加。電弧是線路運(yùn)行中極易產(chǎn)生故障的關(guān)鍵位置，所以對電氣產(chǎn)生的電弧做深入分析，提高故障檢測水平，確保航空的安全可靠。本文主要分析探討了航空電氣系統(tǒng)中故障電弧方面內(nèi)容，以供參閱。

關(guān)鍵詞：航空;電氣系統(tǒng);故障電弧

飛行器在空中飛行時離不開運(yùn)行動力設(shè)備-發(fā)電機(jī)，飛機(jī)的飛行、各種儀表的顯示等都是發(fā)電機(jī)提供的動力，而電負(fù)荷的傳遞和輸送要靠線路來完成，在現(xiàn)實(shí)中，一架普通的飛機(jī)，體內(nèi)線路的長度高達(dá)上千米，一旦運(yùn)行時間長，線路的質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，非常容易出現(xiàn)故障，如影響各種數(shù)據(jù)的顯示、操作不穩(wěn)和傳遞的信號不正常等問題，同時出現(xiàn)線路故障電氣時維修人員很難查找，因此首先要對電氣產(chǎn)生的電弧及電磁輻射進(jìn)行分析，逐步查找隱患，避免飛行事故的發(fā)生。

1電弧產(chǎn)生的緣由

經(jīng)過長時間無數(shù)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可知，若要在真正意義上將電弧故障進(jìn)行徹底的解決，我們研究人員第一步就要去對電弧的特點(diǎn)和故障原因做詳細(xì)準(zhǔn)確的探究。通常而言，電弧為兩個電極彼此所發(fā)生的連續(xù)且非間斷的放電過程，在這個時期內(nèi)將會發(fā)生部分電氣材料出現(xiàn)揮發(fā)狀況，實(shí)際上該電磁反應(yīng)過程十分繁瑣復(fù)雜。除此之外，因?yàn)閷?dǎo)電系數(shù)自己就充當(dāng)變量，因此不能利用歐姆定律進(jìn)行線性描述彼此間的關(guān)系。而且電路自己的參數(shù)性質(zhì)及其電氣系統(tǒng)周圍的環(huán)境條件也會在某個程度上影響電弧的產(chǎn)生。

2產(chǎn)生電弧的路途徑分析

經(jīng)過以往大量的研究發(fā)現(xiàn)，主要有以下途徑可以產(chǎn)生電?。旱谝环N是在電路開斷時。在這種情況下，電弧會造成局部熱量出現(xiàn)很大程度的增加，這是極其危險的，如果稍不注意就會導(dǎo)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(shí)踐結(jié)果表明，串聯(lián)電路中的電弧數(shù)量與負(fù)荷之間也存在著一定程度的關(guān)聯(lián)。因?yàn)樵诓⒙?lián)電路中的電弧故障主要發(fā)生在兩種相反的電極之間。屬于導(dǎo)體之間無意識的導(dǎo)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(dǎo)體與地面相連接的導(dǎo)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(xiàn)一定程度減少的狀況，進(jìn)而就會直接造成接觸處電流密度在很短的時間內(nèi)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(jù)當(dāng)時的具體情況而定），如果放電電流穩(wěn)定，則表現(xiàn)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(fù)）之間產(chǎn)生電弧，即真空電弧。

3航空電弧的故障分析以及相應(yīng)的防護(hù)措施

3.1飛機(jī)故障電弧的類型和特點(diǎn)

到現(xiàn)在為止，我們可以把電弧故障分成兩種基本的類型：串聯(lián)和并聯(lián)。（1）串聯(lián)電路中的電弧故障。當(dāng)串聯(lián)載流加載電氣設(shè)備時發(fā)生串聯(lián)電弧故障，這一般都是一種無息識的破壞。電弧可能會通過斷掉的線之間的空隙產(chǎn)生，這會導(dǎo)致局部的熱量增加。在串聯(lián)電弧中電流的數(shù)量是根據(jù)負(fù)荷而定的。如果串聯(lián)電弧電流是在傳統(tǒng)電路阻斷器的載流容量的額定值之下，那這個串聯(lián)電弧電流就不會造成危害，因此在這種情況下，傳統(tǒng)的電路阻斷器、熱量阻斷器、磁性阻斷器都不會跳閘。串聯(lián)電弧能導(dǎo)致局部過熱，這有很大的危害。（2）并聯(lián)電路中的電弧故障。并聯(lián)電弧的發(fā)生是一種相反電極的導(dǎo)體之間的一種無意識的導(dǎo)通。并聯(lián)電弧僅漢受到源頭故障電流值和故障電抗值的影響。電線到地面的弧故障是另外一種并聯(lián)電弧故障，它的發(fā)生，是由于無接地線的導(dǎo)體和周圍和大地這個導(dǎo)體相聯(lián)接的金屬護(hù)欄或是其它的金屬結(jié)構(gòu)體發(fā)生電弧故障。

3.2電弧故障的仿真分析

3.2.1合理有效的進(jìn)行故障電弧模型的搭建

必須建立電弧的動態(tài)數(shù)學(xué)模型，目前研究故障電弧的動態(tài)模型主要有兩類。第一種是“物理—數(shù)學(xué)模型”，即是詳細(xì)研究電弧的物理過程，根據(jù)能量守恒之律和弧柱等離子體特性寫出方程式組，并經(jīng)一系列運(yùn)算建立電弧數(shù)學(xué)模型。第二種電弧模型是“黑盒模型（black-box-model）”，即將電弧作為一個兩端元件，用某個數(shù)學(xué)方式來決定傳遞函數(shù)。只對故障電弧引發(fā)電壓或電流變化進(jìn)行研究，而對內(nèi)部因素不做研究。Cassie與Mayr是“黑盒模型”的典型代表。這兩種模型既簡單由實(shí)用，常被引入交流電路中進(jìn)行建模和仿真，但在要求較高的仿真要求中有不足之處。隨著電弧模型研究的深入，適于低壓故障電弧模型還有MatteWS模型、Stokes和Fisher模型。其中Stokes和Fisher模型比Mattews模型對實(shí)際情況分析和解決，更有說服力，更符合故障電弧的特性。在此選擇Stokes為電弧數(shù)學(xué)模型進(jìn)行仿真。

3.2.2實(shí)現(xiàn)電弧故障模型

在以MATLAB軟件為基礎(chǔ)的條件下，通過電力系統(tǒng)模塊庫中的元件建立起通用型的電弧故障模型，這種電弧模型由電壓控制的電流源、微分方程編輯器、定值檢測等模塊組成，具有更高的普遍性和更強(qiáng)的實(shí)用性。在進(jìn)行故障電弧的仿真試驗(yàn)過程當(dāng)中，只需要借助此模型對基本波形進(jìn)行仿真試驗(yàn)就可以得到電弧斷路器在斷開時的故障電弧的電流變化：電弧電壓從零點(diǎn)開始升高直至不變，電弧電流則一直下降直至零點(diǎn)不再發(fā)生改變。具體電弧模型如圖1所示。

4結(jié)束語

綜上所述，在航空事業(yè)的發(fā)展過程中，安全永遠(yuǎn)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(jìn)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(tǒng)不會出現(xiàn)電弧故障問題，保障旅客以及飛機(jī)工作人員的生命財產(chǎn)安全。

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（作者單位：中國人解放軍95926部隊(duì)）