航空電氣系統中故障電弧的分析

周偉

摘 要：運用電弧故障診斷控制器對航空電氣系統在特殊環境中產生的故障電弧進行分析，包括電弧的特點和產生的波形，及時發現航空電氣系統故障并予以修理，保障航空事業的安全運行。

關鍵詞：電氣系統；故障診斷；電弧；電纜

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

航空電氣系統內部電纜的老化會引發很多安全隱患，因此，航空電氣系統的安全問題一直是航空事業最重視的一項工作。其中，電弧作為電纜運行中最容易出現故障的源頭，它的研究對提高電弧故障檢測技術水平和保障航空事業的安全具有十分重要的意義。

1 航空電氣系統故障

航空電氣系統主要由供電系統和用電設備兩大部分組成。供電系統由電源系統和配電系統組成；用電設備由航空器上所有使用電能的設備裝置系統組成。多種設備之間的連接，增加了電纜數量，也增加了線路之間發生故障的概率。再加上航空電纜大多都是在高溫、高輻射和高振動的環境下運行的，使得電纜的老化問題更加嚴重。在電纜運作初期，由于生產商對飛機內部的零部件安裝不到位而導致的線路故障，通過及時的調理和整修，可以使飛機內部的零部件能夠較長時間地處在穩定的工作區。但由于電纜直徑較細，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會導致電纜材料的老化，此時的航空電纜絕緣老化部位很容易出現擊穿現象，斷續的電弧隨即產生，這會嚴重影響飛機的運行。

2 電弧分析

2.1 電弧產生原因

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

2.2 電弧產生的途徑

研究電弧產生的途徑對解決電弧的故障也是很有必要的。電弧的產生主要有以下途徑：①電路開斷的時候。當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，如果放電電流穩定，則此時就是開斷電弧。②在真空與氣體之間的間隙進行擊穿，電弧能夠在真空的正負電極之間產生，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生電擊穿現象，這種現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換瞬間，容易產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

現階段航空電弧故障可分為兩種類型：串聯和并聯。加載電器設備時，串聯載流容易引發電弧故障。另外，在斷開的電纜線之間的空隙內也很容易產生電弧。電弧會導致局部熱量增加，這是很危險的。串聯電路中的電弧數量與負荷有關。并聯電路中的電弧故障主要發生在一種相反的電極之間，是導體間無意識的導通。并聯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電弧故障的一種形式。它是由于接電線的導體與地面相連接的導體的金屬部分或其他結構體所發生的金屬之間的電弧故障。

3.2 航空電弧斷路器設計

根據以往航空電弧故障斷路器的工作原理，設計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對電弧電路進行分析，從簡單的電路入手進行分析。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中的故障過程，但能夠最大程度地表現出電弧故障的電流和電壓特性。通過標準電壓和電流來求取微分等式的參數，進行電氣系統的電弧非線性阻抗分析。

4.2 實現電弧故障模型

使用MATLAB中的SIMULINK（PSB）電力系統模塊庫，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：電弧電壓在零點開始升高，最后不變；電弧的電流一直呈下降趨勢，直至零點。

5 結束語

通過分析航空電弧故障的類型和特點，介紹了電弧故障斷路器的設計思路。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

[1]談勇.飛機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—種新型低壓保護電器[J].低壓電器，2007（03）.

〔編輯：王霞〕

摘 要：運用電弧故障診斷控制器對航空電氣系統在特殊環境中產生的故障電弧進行分析，包括電弧的特點和產生的波形，及時發現航空電氣系統故障并予以修理，保障航空事業的安全運行。

關鍵詞：電氣系統；故障診斷；電弧；電纜

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

航空電氣系統內部電纜的老化會引發很多安全隱患，因此，航空電氣系統的安全問題一直是航空事業最重視的一項工作。其中，電弧作為電纜運行中最容易出現故障的源頭，它的研究對提高電弧故障檢測技術水平和保障航空事業的安全具有十分重要的意義。

1 航空電氣系統故障

航空電氣系統主要由供電系統和用電設備兩大部分組成。供電系統由電源系統和配電系統組成；用電設備由航空器上所有使用電能的設備裝置系統組成。多種設備之間的連接，增加了電纜數量，也增加了線路之間發生故障的概率。再加上航空電纜大多都是在高溫、高輻射和高振動的環境下運行的，使得電纜的老化問題更加嚴重。在電纜運作初期，由于生產商對飛機內部的零部件安裝不到位而導致的線路故障，通過及時的調理和整修，可以使飛機內部的零部件能夠較長時間地處在穩定的工作區。但由于電纜直徑較細，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會導致電纜材料的老化，此時的航空電纜絕緣老化部位很容易出現擊穿現象，斷續的電弧隨即產生，這會嚴重影響飛機的運行。

2 電弧分析

2.1 電弧產生原因

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

2.2 電弧產生的途徑

研究電弧產生的途徑對解決電弧的故障也是很有必要的。電弧的產生主要有以下途徑：①電路開斷的時候。當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，如果放電電流穩定，則此時就是開斷電弧。②在真空與氣體之間的間隙進行擊穿，電弧能夠在真空的正負電極之間產生，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生電擊穿現象，這種現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換瞬間，容易產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

現階段航空電弧故障可分為兩種類型：串聯和并聯。加載電器設備時，串聯載流容易引發電弧故障。另外，在斷開的電纜線之間的空隙內也很容易產生電弧。電弧會導致局部熱量增加，這是很危險的。串聯電路中的電弧數量與負荷有關。并聯電路中的電弧故障主要發生在一種相反的電極之間，是導體間無意識的導通。并聯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電弧故障的一種形式。它是由于接電線的導體與地面相連接的導體的金屬部分或其他結構體所發生的金屬之間的電弧故障。

3.2 航空電弧斷路器設計

根據以往航空電弧故障斷路器的工作原理，設計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對電弧電路進行分析，從簡單的電路入手進行分析。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中的故障過程，但能夠最大程度地表現出電弧故障的電流和電壓特性。通過標準電壓和電流來求取微分等式的參數，進行電氣系統的電弧非線性阻抗分析。

4.2 實現電弧故障模型

使用MATLAB中的SIMULINK（PSB）電力系統模塊庫，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：電弧電壓在零點開始升高，最后不變；電弧的電流一直呈下降趨勢，直至零點。

5 結束語

通過分析航空電弧故障的類型和特點，介紹了電弧故障斷路器的設計思路。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

[1]談勇.飛機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—種新型低壓保護電器[J].低壓電器，2007（03）.

〔編輯：王霞〕

摘 要：運用電弧故障診斷控制器對航空電氣系統在特殊環境中產生的故障電弧進行分析，包括電弧的特點和產生的波形，及時發現航空電氣系統故障并予以修理，保障航空事業的安全運行。

關鍵詞：電氣系統；故障診斷；電弧；電纜

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

航空電氣系統內部電纜的老化會引發很多安全隱患，因此，航空電氣系統的安全問題一直是航空事業最重視的一項工作。其中，電弧作為電纜運行中最容易出現故障的源頭，它的研究對提高電弧故障檢測技術水平和保障航空事業的安全具有十分重要的意義。

1 航空電氣系統故障

航空電氣系統主要由供電系統和用電設備兩大部分組成。供電系統由電源系統和配電系統組成；用電設備由航空器上所有使用電能的設備裝置系統組成。多種設備之間的連接，增加了電纜數量，也增加了線路之間發生故障的概率。再加上航空電纜大多都是在高溫、高輻射和高振動的環境下運行的，使得電纜的老化問題更加嚴重。在電纜運作初期，由于生產商對飛機內部的零部件安裝不到位而導致的線路故障，通過及時的調理和整修，可以使飛機內部的零部件能夠較長時間地處在穩定的工作區。但由于電纜直徑較細，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會導致電纜材料的老化，此時的航空電纜絕緣老化部位很容易出現擊穿現象，斷續的電弧隨即產生，這會嚴重影響飛機的運行。

2 電弧分析

2.1 電弧產生原因

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

2.2 電弧產生的途徑

研究電弧產生的途徑對解決電弧的故障也是很有必要的。電弧的產生主要有以下途徑：①電路開斷的時候。當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，如果放電電流穩定，則此時就是開斷電弧。②在真空與氣體之間的間隙進行擊穿，電弧能夠在真空的正負電極之間產生，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生電擊穿現象，這種現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換瞬間，容易產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

現階段航空電弧故障可分為兩種類型：串聯和并聯。加載電器設備時，串聯載流容易引發電弧故障。另外，在斷開的電纜線之間的空隙內也很容易產生電弧。電弧會導致局部熱量增加，這是很危險的。串聯電路中的電弧數量與負荷有關。并聯電路中的電弧故障主要發生在一種相反的電極之間，是導體間無意識的導通。并聯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電弧故障的一種形式。它是由于接電線的導體與地面相連接的導體的金屬部分或其他結構體所發生的金屬之間的電弧故障。

3.2 航空電弧斷路器設計

根據以往航空電弧故障斷路器的工作原理，設計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對電弧電路進行分析，從簡單的電路入手進行分析。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中的故障過程，但能夠最大程度地表現出電弧故障的電流和電壓特性。通過標準電壓和電流來求取微分等式的參數，進行電氣系統的電弧非線性阻抗分析。

4.2 實現電弧故障模型

使用MATLAB中的SIMULINK（PSB）電力系統模塊庫，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：電弧電壓在零點開始升高，最后不變；電弧的電流一直呈下降趨勢，直至零點。

5 結束語

通過分析航空電弧故障的類型和特點，介紹了電弧故障斷路器的設計思路。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

[1]談勇.飛機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—種新型低壓保護電器[J].低壓電器，2007（03）.

〔編輯：王霞〕