航空电气系统中故障电弧研究

摘 要：随着近些年来我国航空事业的蓬勃发展，与此同时在电气系统中出现了一些亟需解决的故障，通过以往大量的实践结果表明，可以运用电弧故障诊断控制器来准确无误的分析出航空电气系统产生的故障电弧（在特殊环境中），其中包括电弧的属性特征和产生的波形种类，从而可以在第一时间找到航空电气系统故障所在并予以及时的修理，以更好地保障乘坐人员的生命财产安全以及航空事业的安全运行。鉴于此，文章将会对航空电气的电弧加以着重阐述，希望能够得到一些借鉴和参考。

关键词：电气系统；故障诊断；航空；电弧

通过大量的调查显示，在当前情况下线路故障已经成为航空电气系统故障中非常普遍的一种，其表现形式是多种多样的，有时表现为指示仪表的欠稳定，操控机械突然性的停止运转，信号显示不正确等。除此之外，还发现一些使用年限比较久的军用与民用机，深埋在结构之中的总长可达几十万米的电线由于长年累月的不间断使用会逐渐开始产生一些裂纹和磨损现象。在过去的很长一段时间里，相关工作人员发现了这一问题，但是一度认为这种故障所带来的危害性不大，但通过以往大量的实践结果表明，这种故障如果没有予以及时处理，一旦时间拖久了检测起来也会成为一件非常困难的事情，最终所产生的电弧（或者电磁辐）射可能是完全可以致命的。

1 电弧分析

1.1 电弧产生的原因分析

通过多年来的工作经验表明，要想在真正意义上解决电弧故障问题，首当其冲要做的就是正确分析电弧的特性和故障原因。一般地说，电弧指的是两个电极之间所产生的放电过程（连续而非间断性的），在此期间将会伴随着部分电气材料的挥发，事实上这一电磁反应过程是相当复杂的（并非我们想象中的那么简单）。除此之外，由于导电系数本身是一个变量，所以无法使用欧姆定律来线性地描述二者之间的关系。另外电路自身的参数性质与电气系统所处的环境状况等也会对其产生一定程度的影响。

1.2 电弧的产生途径

经过以往大量的研究发现，主要有以下途径可以产生电弧：第一种是在电路开断时。在这种情况下，电弧会造成局部热量出现很大程度的增加，这是极其危险的，如果稍不注意就会导致大量的人力物力财力的损失。与此同时还通过以往大量的实践结果表明，串联电路中的电弧数量与负荷之间也存在着一定程度的关联。因为在并联电路中的电弧故障主要发生在两种相反的电极之间。属于导体之间无意识的导通。主要是由源头故障电抗值与电流值两个因素所共同决定的，它是由于接电线的导体与地面相连接的导体金属部分或者金属之间的断乎故障。在这种情况下，电路触头分离的初期阶段，接头之间的接触压力与接触面积会随着触头的分离会出现一定程度减少的状况，进而就会直接造成接触处电流密度在很短的时间内迅速变大，此时接触电阻与触头势必会放出一定热量（具体是多少要依据当时的具体情况而定），如果放电电流稳定，则表现为电弧开断。第二种情况是在击穿真空（或者是气体）之间的间隙，此时会在真空的两级（正负）之间产生电弧，即真空电弧。

2 航空电弧的故障原因分析以及相应的防护措施

2.1 航空电弧有哪些故障类型和特点

就目前而言，航空电弧故障主要可分为串联和并联两种。在加载电器设备的过程中，尤其是在串联载流过程中如果没有经过特殊处理极易引发电弧故障。除此之外，在断开的电缆线之间的空隙内也是产生电弧较为频繁的区域。而且电弧在没有经过及时有效处理的情况下也是会比较容易产生局部热量迅速增加的状况，这对于安全运行以及工作人员的身体安全是有巨大隐患的。而并联电路中的电弧故障一般是集中发生在正负两个相反的电极之间，属于导体间无意识的导通。

2.2 合理设计航空电弧断路器

根据过往的经验和实践来看，设计航空电弧故障断路器的工作流程如图1所示。

3 电弧故障的仿真分析

对于电弧故障的仿真分析从以下几个方面加以阐述。

3.1 科学搭建故障电弧模型

从当前的使用情况来看，黑盒电弧模型在用于数学描述电气电弧道具方面最受大家的亲睐。实践结果表明，这种模型无法完全准确的描述航空电气系统故障形成的物理过程（因为这个过程是极其复杂的），但是可以仿真分析电弧电流及电压特性。可以通过描绘标准电压和电流求取微分等式的相关参数，与此同时还可以正确的描述出精确测量法电气电弧的非线性阻抗。

3.2 实现电弧模型

如果将MATLAB软件当做使用平台，利用Sinulink/PSB（也就是电力系统模块库）中的元件建立的通用电弧模型如图2所示。电弧模型由多个模块所共同组成，其中包括微分方程编辑器、电压控制的电流源、阶跃信号、定值检测、电压测量等。

3.3 仿真结果

如果按照故障电弧模型来搭建电路，同时以Mayr模型为例，在阻性负载下进行仿真，电路图如图3所示。

从图3中可以清楚的看到，电路电压从零点开始阶段会不断升高，最后保持在某一个值，与此同时电流会从最高值不断下降，直至最后降为零为止，其实这就是仿真了故障电弧断路器断开故障电路，电弧熄灭时。为了更好的进行仿真分析，有时还需要借助航空电气系统的具体参数来合理的调整电弧模型，并改变负载情况，通过这种方式来获得航空电气系统故障电弧的电流与电压波形。

4 结束语

综上所述，在航空事业的发展过程中，安全永远都是排在第一位的，其中电弧故障必须要引起足够的重视，首先要查找电弧故障的真正原因所在，然后再对症下药，做到具体问题具体解决。另外，还要派专职人员定期对其进行检查和维修，做到防患于未然，从而在根本上保障在航空电气系统不会出现电弧故障问题，保障旅客以及飞机工作人员的生命财产安全。

参考文献

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