航空障礙燈失效分析及改進(jìn)措施

李文君　王亮亮

摘要 航空障礙燈常安裝在構(gòu)筑物的最高點(diǎn)或最高邊緣，工作狀態(tài)下可以提醒飛行人員障礙物的位置、高度等信息，對(duì)保證飛行安全和保護(hù)建筑設(shè)施起著至關(guān)重要的作用。《中華人民共和國(guó)民用航空法》第六十一條規(guī)定：在民用機(jī)場(chǎng)及其按照國(guó)家規(guī)定劃定的凈空保護(hù)區(qū)域以外，對(duì)可能影響飛行安全的高大建筑物或者設(shè)施，應(yīng)當(dāng)按照國(guó)家有關(guān)規(guī)定設(shè)置飛行障礙燈和標(biāo)志，并使其保持正常狀態(tài)。由于航空障礙燈安裝維護(hù)困難，產(chǎn)品質(zhì)量及電氣設(shè)計(jì)格外重要。本文通過(guò)電磁兼容試驗(yàn)，對(duì)一批航空障礙燈壞件進(jìn)行失效分析，確定了雷電電磁脈沖是造成此批障礙燈失效的主要原因，并提出改進(jìn)意見(jiàn)，可為產(chǎn)品設(shè)計(jì)及選型提供參考。

關(guān)鍵詞 航空障礙燈；雷電電磁脈沖；電磁兼容試驗(yàn)

中圖分類(lèi)號(hào) V2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2095-6363（2016）14-0016-02

1失效描述與初步分析

統(tǒng)計(jì)此批航空障礙燈壞件可知，損壞部位主要集中在控制電路板的電源電路及輸出端至LED燈體的電路。控制電路板的電源部分損壞器件主要有：熱敏電阻NTC引腳燒斷，鋁電解電容防爆閥開(kāi)裂，開(kāi)關(guān)電源芯片LNK306燒毀（主要集中在第5引腳附近）。失效圖片見(jiàn)圖1。

熱敏電阻NTC在電路電源接通瞬間，初始阻值較大，可以抑制電路中的過(guò)大電流，保護(hù)電源電路和負(fù)載，起到浪涌抑制器的作用。熱敏電阻NTC引腳燒斷導(dǎo)致開(kāi)路，常由于瞬間電流過(guò)大導(dǎo)致，失效形式為打火、炸裂、燒毀和引腳熔斷等，而瞬間大電流一般是瞬間過(guò)壓引起。

鋁電解電容防爆閥開(kāi)裂，主要原因是內(nèi)壓過(guò)高，常見(jiàn)失效機(jī)理有長(zhǎng)期使用導(dǎo)致老化、施加過(guò)電壓、紋波電流過(guò)大、施加反向電壓、施加交流電、過(guò)溫等。分析控制電路可知，由于電解電容前端有整流二極管，所以可以排除施加反向電壓和交流電的可能。

開(kāi)關(guān)電源芯片LNK306炸裂，主要原因有過(guò)電壓，過(guò)電流，過(guò)溫。查看芯片說(shuō)明書(shū)可知，LNK306芯片內(nèi)有限流和過(guò)溫保護(hù)，所以可以排除過(guò)電流與過(guò)溫的可能，且由于LNK306的擊穿電壓為700V，所以如果是過(guò)電壓導(dǎo)致，過(guò)壓值應(yīng)超過(guò)700V。

綜合上述分析可以推測(cè)，過(guò)電壓可能是導(dǎo)致此批航空障礙燈失效的主要原因。

結(jié)合航空障礙燈電氣接線(xiàn)可知，過(guò)壓源可能有3種，分別是直擊雷、電網(wǎng)波動(dòng)、雷電電磁脈沖（感應(yīng)雷）。其中，直擊雷破壞力強(qiáng)，不會(huì)僅僅造成航空障礙燈電路板元器件損壞，且航空障礙燈處于避雷器保護(hù)范圍內(nèi)，故可以排除直擊雷影響；電網(wǎng)波動(dòng)造成的浪涌電壓可能從浪涌保護(hù)器SPD前端引入；雷電電磁脈沖造成的浪涌電壓可能從SPD前端、傳輸線(xiàn)上以及航空障礙燈的輸出端LED燈處引入。為進(jìn)一步確定過(guò)壓源及失效機(jī)理，可在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下，通過(guò)電磁兼容試驗(yàn)分別模擬上述幾種浪涌電壓對(duì)航空障礙燈的影響，確定失效原因。為盡可能模擬真實(shí)環(huán)境，此次試驗(yàn)的樣品及接線(xiàn)均與實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)保持一致。

2試驗(yàn)過(guò)程

2.1驗(yàn)證電網(wǎng)波動(dòng)的影響

為驗(yàn)證電網(wǎng)波動(dòng)的影響，需從浪涌抑制器SPD前端引入浪涌電壓，試驗(yàn)接線(xiàn)參見(jiàn)圖2。當(dāng)在SPD前端施加500V浪涌電壓，航空障礙燈輸入端電壓波形的最大值為491.9V；當(dāng)施加1000V時(shí)，航空障礙燈輸入端電壓波形的最大值為620.5V。試驗(yàn)后，航空障礙燈未發(fā)生損壞且功能正常。

根據(jù)從現(xiàn)場(chǎng)返回的數(shù)據(jù)可知，現(xiàn)場(chǎng)電網(wǎng)波動(dòng)最大峰值為410V，且航空障礙燈內(nèi)的開(kāi)關(guān)電源芯片最大耐受電壓為700V，可以推斷，航空障礙燈的損壞不是電網(wǎng)波動(dòng)造成的。

2.2驗(yàn)證雷電電磁脈沖的影響

雷電電磁脈沖可能從SPD前端、傳輸線(xiàn)上以及航空障礙燈的輸出端LED燈處引入浪涌。由于浪涌抑制器SPD安裝在配電柜內(nèi)，柜體的屏蔽作用使其受雷電電磁脈沖干擾較小，所以航空障礙燈損壞原因由雷電電磁脈沖從SPD前端引入的機(jī)率很小，可以排除。

為模擬雷電電磁脈沖對(duì)傳輸線(xiàn)的影響，把傳輸線(xiàn)放于感應(yīng)線(xiàn)圈包圍范圍內(nèi)，即在SPD后端引入浪涌電壓，當(dāng)施加的脈沖磁場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到最大等級(jí)1000A/m（峰值）時(shí)，航空障礙燈輸入端電壓波動(dòng)仍然很小。判斷在現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下，難以評(píng)估真實(shí)雷電脈沖磁場(chǎng)對(duì)傳輸線(xiàn)的影響。為此，可利用現(xiàn)有電磁兼容試驗(yàn)設(shè)備模擬傳輸線(xiàn)上的浪涌電壓對(duì)燈的影響，即在SPD和航空障礙燈之間進(jìn)行浪涌電壓試驗(yàn)，試驗(yàn)接線(xiàn)如圖3所示。

當(dāng)所加電壓達(dá)到2000V（差模）時(shí)，航空障礙燈開(kāi)關(guān)電源芯片炸裂，同時(shí)電解電容防爆閥打開(kāi)，損壞情況與圖1中壞件失效情形一致。浪涌電壓沖擊過(guò)程中，SPD和航空障礙燈兩端電壓峰值為830V，超過(guò)開(kāi)關(guān)電源芯片最大耐受電壓700V。

為模擬雷電電磁脈沖對(duì)航空障礙燈的輸出端的影響，可在電路的輸出端與LED燈體之間施加浪涌電壓，試驗(yàn)接線(xiàn)如圖4所示：試驗(yàn)電壓從差模電壓200V開(kāi)始加，剛開(kāi)始施加浪涌電壓，航空障礙燈就不再閃爍，而是常亮，經(jīng)檢測(cè)555定時(shí)器芯片損壞，而對(duì)LED燈體的輸出端打同樣電壓時(shí)，LED燈能正常工作，試驗(yàn)結(jié)果與壞件中控制電路板的輸出端多處受損，但與之配套LED燈體多為完好的情況一致。

3試驗(yàn)結(jié)果及原因分析

通過(guò)上述電磁兼容試驗(yàn)可知，電網(wǎng)波動(dòng)不是造成此次航空障礙燈失效的原因。根據(jù)MHT6012《航空障礙燈民用航空行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》可知，航空障礙燈必須滿(mǎn)足電源輸入、控制和監(jiān)視接口電路耐受3000A、8/20us短路電流脈沖和6000V、1.2/50us的開(kāi)路電壓脈沖的要求。試驗(yàn)證明，當(dāng)對(duì)航空障礙燈前端注入大于800V浪涌電壓時(shí)，航空障礙燈失效；輸出端注入大于200V時(shí)，航空障礙燈失效。所以當(dāng)外部雷電電磁脈沖強(qiáng)度足夠時(shí)，航空障礙燈傳輸線(xiàn)上有可能感應(yīng)出極大的浪涌電壓損壞航空障礙燈；同時(shí)，雷電流在經(jīng)避雷器放電過(guò)程中，在航空障礙燈周?chē)鷷?huì)產(chǎn)生的強(qiáng)大雷電電磁脈沖，也可能在電路內(nèi)部產(chǎn)生較大感應(yīng)電壓。

4結(jié)論

從上述分析可知，雷電電磁脈沖的干擾是導(dǎo)致此批航空障礙燈失效的直接原因。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)返回信息可知，現(xiàn)場(chǎng)走線(xiàn)未采取任何屏蔽措施，并且航空障礙燈的燈體采用的是非金屬外殼，易受外界電磁場(chǎng)干擾。試驗(yàn)表明，雷電電磁脈沖可以從航空障礙燈的傳輸線(xiàn)及輸出端引入導(dǎo)致失效，建議傳輸線(xiàn)改為屏蔽線(xiàn)，并采用雙絞線(xiàn)，同時(shí)通過(guò)在金屬管內(nèi)布線(xiàn)來(lái)減少雷電電磁脈沖對(duì)傳輸線(xiàn)的干擾。屏蔽線(xiàn)與電路板內(nèi)部PE有效連接；另一端連接到配電柜內(nèi)的PE地上；金屬管一端與航空障礙燈金屬底座連接（最好螺紋直接擰在金屬管上），另一端連接在配電柜外的接地線(xiàn)上。此外，對(duì)航空障礙燈外部可加金屬網(wǎng)罩進(jìn)行屏蔽防護(hù)，使部件在雷電等強(qiáng)電流電磁干擾環(huán)境中，具有優(yōu)秀的抗干擾性能。endprint