飛機(jī)電氣線路的接地設(shè)計(jì)探討

方亞杰

【摘 要】為保障飛行的安全性，飛機(jī)的電氣線路在適航規(guī)章中被視為一個(gè)獨(dú)立的分系統(tǒng)，提出了適航要求。電氣接地作為電氣線路互聯(lián)系統(tǒng)重要的一部分，其設(shè)計(jì)、安裝是否合理將直接影響整個(gè)線路系統(tǒng)的電磁兼容性、安全性、維護(hù)性。本文基于實(shí)際的工程經(jīng)驗(yàn)，梳理了飛機(jī)電氣線路接地的類型、主要設(shè)計(jì)規(guī)則，為設(shè)計(jì)人員提供指導(dǎo)。

【關(guān)鍵詞】電氣線路互聯(lián)系統(tǒng)；電氣接地；設(shè)計(jì)規(guī)則

中圖分類號： V242 文獻(xiàn)標(biāo)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(yùn)輸類飛機(jī)適航規(guī)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(yīng)的連接”是電氣線路互聯(lián)系統(tǒng)（EWIS）的一部分。因此，所有電氣接地、搭接設(shè)備，以及之間的連接關(guān)系，是電氣線路互聯(lián)系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能、傳導(dǎo)故障電流避免對正常系統(tǒng)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(shè)備、電氣線路與飛機(jī)金屬結(jié)構(gòu)之間形成允許阻抗的電流通路，傳導(dǎo)干擾電流，保護(hù)人員免遭靜電、閃電、故障電流傷害，也保證系統(tǒng)功能正常運(yùn)行。

本文基于實(shí)際的工程經(jīng)驗(yàn)，對飛機(jī)電氣線路接地的概念以及設(shè)計(jì)、安裝的主要規(guī)則進(jìn)行梳理和探討。

1 接地類型

按照行業(yè)通用的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范如AC43.13-1B[2]、ARP1870[3]，飛機(jī)電氣線路的接地根據(jù)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(shè)備達(dá)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(jī)殼/機(jī)架地：從金屬的設(shè)備外殼或設(shè)備安裝架接地的線。若用電器件絕緣損壞導(dǎo)致金屬外殼或安裝架帶電，則電流可以通過該接地線導(dǎo)入地，達(dá)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(chǎn)生了干擾電位，則可以沿屏蔽地線形成回路進(jìn)而將干擾信號導(dǎo)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(jī)金屬結(jié)構(gòu)。

2.2 機(jī)殼/機(jī)架地

機(jī)殼、機(jī)架地線通過搭接線（搭鐵線）將設(shè)備的金屬外殼或安裝架接至飛機(jī)金屬結(jié)構(gòu)。

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(jìn)而通過連接器-設(shè)備外殼-機(jī)殼地實(shí)現(xiàn)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(shè)計(jì)規(guī)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(yīng)盡量短，盡量不超過600mm（圖 4），接地點(diǎn)應(yīng)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(yīng)盡量選用兩端的端子尺寸一致，并且端子處都是預(yù)絕緣[4]。

若沒有預(yù)絕緣層，則應(yīng)增加絕緣層如熱縮管進(jìn)行保護(hù)。增加的絕緣層應(yīng)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(yīng)盡量短，端子尺寸應(yīng)D1=D2，L1=L2。

2）為保證接地線的獨(dú)立性，避免因故障導(dǎo)致多個(gè)接地線同時(shí)失效，多個(gè)接地線不應(yīng)當(dāng)使用分線器件（如死接頭、模塊）連接到一起接到同一接地點(diǎn)，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(jī)結(jié)構(gòu)上；線徑大于4（含）的電流回路地線接地時(shí)，應(yīng)當(dāng)通過額外的支架固定到飛機(jī)結(jié)構(gòu)上[4]。

增加的支架可以降低大線徑電纜對飛機(jī)結(jié)構(gòu)本體的機(jī)械應(yīng)力損害；同時(shí)也可以增大接地線端接部件如端子與飛機(jī)結(jié)構(gòu)的接觸面積，減少接地電阻，避免因?yàn)殡娏骱碗娮柽^大導(dǎo)致發(fā)熱過度從而引起的電氣故障。

4）接地端子安裝在接地樁時(shí)應(yīng)遵循以下原則：

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

接同一個(gè)接地樁時(shí)，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(hù)性和可達(dá)性，接地樁和周圍結(jié)構(gòu)應(yīng)至少保持25mm的距離。

鋁質(zhì)接線端子只能端接鋁線。

材質(zhì)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(zhì)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(gè)接線端子連接同一接地樁時(shí)，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(yīng)當(dāng)有效隔離，不共享接地器件如接地鉚釘、標(biāo)識、接地樁、墊圈、螺母等，做到不兼容的接地路徑各自獨(dú)立。具體規(guī)則如下：

· 不同類型的接地線不能共用一個(gè)接地點(diǎn)，以防止接地線中的信號互相干擾。

· 不同類型的接地點(diǎn)之間的電氣通路的長度應(yīng)不少于0.5m，電氣通路指的是在導(dǎo)電的接地面上兩個(gè)接地點(diǎn)之間的最短導(dǎo)通路徑。

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

6）接地路徑的定義應(yīng)當(dāng)考慮正常和失效情況下的電流，并且不會破壞結(jié)構(gòu)。

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

當(dāng)發(fā)生短路故障時(shí)，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(hù)裝置可以及時(shí)動作，電氣負(fù)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(guān)系見圖 9，典型數(shù)據(jù)點(diǎn)如表 1。

通過計(jì)算得到短路電流進(jìn)而得到最大搭接電阻，來指導(dǎo)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(guān)系

表1 短路電流與最大搭接電阻的典型數(shù)據(jù)點(diǎn)

7）接地區(qū)域環(huán)境要求

對于必須在潮濕區(qū)進(jìn)行接地的情況，應(yīng)將接地位置盡量放置在較高的及較干燥的區(qū)域， 并對接地進(jìn)行密封。

為防止液體泄漏對接地線路造成短路、火災(zāi)等風(fēng)險(xiǎn)，不能在流體管路下方、液體積聚區(qū)域以及可燃蒸氣區(qū)域進(jìn)行接地。

為防止接地線中的電能量進(jìn)入油箱引起嚴(yán)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(jié)構(gòu)、壁板、設(shè)備等。

3 結(jié)語

未來多電飛機(jī)、全電飛機(jī)將成為飛機(jī)的發(fā)展方向，用電設(shè)備和用電量越來越多，相應(yīng)的電氣線路會越來越復(fù)雜龐大，安全可靠的電氣線路設(shè)計(jì)顯得越來越重要。本文探討了飛機(jī)電氣線路接地設(shè)計(jì)的關(guān)鍵設(shè)計(jì)要素和主要規(guī)則，在具體的工程設(shè)計(jì)工作中為一線設(shè)計(jì)人員提供指導(dǎo)和參考。

【參考文獻(xiàn)】

[1]中國民用航空規(guī)章第25部-運(yùn)輸類飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)[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.