航空电气系统中故障电弧的分析

周伟

摘 要：运用电弧故障诊断控制器对航空电气系统在特殊环境中产生的故障电弧进行分析，包括电弧的特点和产生的波形，及时发现航空电气系统故障并予以修理，保障航空事业的安全运行。

关键词：电气系统；故障诊断；电弧；电缆

中图分类号：TM501+.1 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）07-0063-02

航空电气系统内部电缆的老化会引发很多安全隐患，因此，航空电气系统的安全问题一直是航空事业最重视的一项工作。其中，电弧作为电缆运行中最容易出现故障的源头，它的研究对提高电弧故障检测技术水平和保障航空事业的安全具有十分重要的意义。

1 航空电气系统故障

航空电气系统主要由供电系统和用电设备两大部分组成。供电系统由电源系统和配电系统组成；用电设备由航空器上所有使用电能的设备装置系统组成。多种设备之间的连接，增加了电缆数量，也增加了线路之间发生故障的概率。再加上航空电缆大多都是在高温、高辐射和高振动的环境下运行的，使得电缆的老化问题更加严重。在电缆运作初期，由于生产商对飞机内部的零部件安装不到位而导致的线路故障，通过及时的调理和整修，可以使飞机内部的零部件能够较长时间地处在稳定的工作区。但由于电缆直径较细，并且成捆地绑在一起，再加上电缆与电缆、电缆与固定框架之间长时间的摩擦会导致电缆材料的老化，此时的航空电缆绝缘老化部位很容易出现击穿现象，断续的电弧随即产生，这会严重影响飞机的运行。

2 电弧分析

2.1 电弧产生原因

要解决电弧故障，首先要对电弧的特性和故障原因进行分析。电弧是指两个电极之间跨越了绝缘介质而产生的连续放电的过程，这个过程的发生也伴随着电气材料的局部挥发，是一种复杂的电磁反应过程。由于电弧之间产生电压和电流时，其导电系数是变量，所以不能使用欧姆定律来线性地描述他们之间的关系。影响电弧之间电压和电流的因素很多，例如电气系统所处的环境状况、电路自身的参数性质等。

2.2 电弧产生的途径

研究电弧产生的途径对解决电弧的故障也是很有必要的。电弧的产生主要有以下途径：①电路开断的时候。当电路触头开始分离时，接头之间的接触压力和接触面积减少，导致接触处电流密度变大，接触电阻与触头放出热量，如果放电电流稳定，则此时就是开断电弧。②在真空与气体之间的间隙进行击穿，电弧能够在真空的正负电极之间产生，这种电弧被称之为真空电弧。③触头闭合的时候。连接的电源接头在闭合瞬间会产生电击穿现象，这种现象就是通常所说的电弧放电。④在火花放电到电弧放电的转换瞬间，容易产生较大的电压跃变冲击波。

3 航空电弧故障分析

3.1 航空电弧的故障类型和特点

现阶段航空电弧故障可分为两种类型：串联和并联。加载电器设备时，串联载流容易引发电弧故障。另外，在断开的电缆线之间的空隙内也很容易产生电弧。电弧会导致局部热量增加，这是很危险的。串联电路中的电弧数量与负荷有关。并联电路中的电弧故障主要发生在一种相反的电极之间，是导体间无意识的导通。并联电弧主要由源头故障电流值和故障电抗值两个因素决定。电线间的电弧故障也是并联电弧故障的一种形式。它是由于接电线的导体与地面相连接的导体的金属部分或其他结构体所发生的金属之间的电弧故障。

3.2 航空电弧断路器设计

根据以往航空电弧故障断路器的工作原理，设计的航空电弧断路器的工作流程如图1所示。

4 电弧故障仿真分析

4.1 建立电弧故障模型

使用MATLAB对电弧电路进行分析，从简单的电路入手进行分析。仿真分析采用的是黑盒电弧模型，此模型虽然不能完全描述航空电器系统中的故障过程，但能够最大程度地表现出电弧故障的电流和电压特性。通过标准电压和电流来求取微分等式的参数，进行电气系统的电弧非线性阻抗分析。

4.2 实现电弧故障模型

使用MATLAB中的SIMULINK（PSB）电力系统模块库，使用其中的库元件建立通用电弧模型，如图2所示。模型中主要由电压控制的电流源、阶跃信号、电压检测等模块组成。

通过使用电弧模型进行仿真的简单波形可知断路器在断开时的故障电路的电流变化：电弧电压在零点开始升高，最后不变；电弧的电流一直呈下降趋势，直至零点。

5 结束语

通过分析航空电弧故障的类型和特点，介绍了电弧故障断路器的设计思路。最后通过使用MATLAB软件的SIMULINK的PSB模块库建立了电弧故障仿真模型，完成了在开断过程中电压电流的仿真，显示了电弧的特性。

参考文献

[1]谈勇.飞机线路故障问题及其对策[J].航空维修与工程，2006（02）.

[2]陈德桂.低压电弧故障断路器—种新型低压保护电器[J].低压电器，2007（03）.

〔编辑：王霞〕

摘 要：运用电弧故障诊断控制器对航空电气系统在特殊环境中产生的故障电弧进行分析，包括电弧的特点和产生的波形，及时发现航空电气系统故障并予以修理，保障航空事业的安全运行。

关键词：电气系统；故障诊断；电弧；电缆

中图分类号：TM501+.1 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）07-0063-02

航空电气系统内部电缆的老化会引发很多安全隐患，因此，航空电气系统的安全问题一直是航空事业最重视的一项工作。其中，电弧作为电缆运行中最容易出现故障的源头，它的研究对提高电弧故障检测技术水平和保障航空事业的安全具有十分重要的意义。

1 航空电气系统故障

航空电气系统主要由供电系统和用电设备两大部分组成。供电系统由电源系统和配电系统组成；用电设备由航空器上所有使用电能的设备装置系统组成。多种设备之间的连接，增加了电缆数量，也增加了线路之间发生故障的概率。再加上航空电缆大多都是在高温、高辐射和高振动的环境下运行的，使得电缆的老化问题更加严重。在电缆运作初期，由于生产商对飞机内部的零部件安装不到位而导致的线路故障，通过及时的调理和整修，可以使飞机内部的零部件能够较长时间地处在稳定的工作区。但由于电缆直径较细，并且成捆地绑在一起，再加上电缆与电缆、电缆与固定框架之间长时间的摩擦会导致电缆材料的老化，此时的航空电缆绝缘老化部位很容易出现击穿现象，断续的电弧随即产生，这会严重影响飞机的运行。

2 电弧分析

2.1 电弧产生原因

要解决电弧故障，首先要对电弧的特性和故障原因进行分析。电弧是指两个电极之间跨越了绝缘介质而产生的连续放电的过程，这个过程的发生也伴随着电气材料的局部挥发，是一种复杂的电磁反应过程。由于电弧之间产生电压和电流时，其导电系数是变量，所以不能使用欧姆定律来线性地描述他们之间的关系。影响电弧之间电压和电流的因素很多，例如电气系统所处的环境状况、电路自身的参数性质等。

2.2 电弧产生的途径

研究电弧产生的途径对解决电弧的故障也是很有必要的。电弧的产生主要有以下途径：①电路开断的时候。当电路触头开始分离时，接头之间的接触压力和接触面积减少，导致接触处电流密度变大，接触电阻与触头放出热量，如果放电电流稳定，则此时就是开断电弧。②在真空与气体之间的间隙进行击穿，电弧能够在真空的正负电极之间产生，这种电弧被称之为真空电弧。③触头闭合的时候。连接的电源接头在闭合瞬间会产生电击穿现象，这种现象就是通常所说的电弧放电。④在火花放电到电弧放电的转换瞬间，容易产生较大的电压跃变冲击波。

3 航空电弧故障分析

3.1 航空电弧的故障类型和特点

现阶段航空电弧故障可分为两种类型：串联和并联。加载电器设备时，串联载流容易引发电弧故障。另外，在断开的电缆线之间的空隙内也很容易产生电弧。电弧会导致局部热量增加，这是很危险的。串联电路中的电弧数量与负荷有关。并联电路中的电弧故障主要发生在一种相反的电极之间，是导体间无意识的导通。并联电弧主要由源头故障电流值和故障电抗值两个因素决定。电线间的电弧故障也是并联电弧故障的一种形式。它是由于接电线的导体与地面相连接的导体的金属部分或其他结构体所发生的金属之间的电弧故障。

3.2 航空电弧断路器设计

根据以往航空电弧故障断路器的工作原理，设计的航空电弧断路器的工作流程如图1所示。

4 电弧故障仿真分析

4.1 建立电弧故障模型

使用MATLAB对电弧电路进行分析，从简单的电路入手进行分析。仿真分析采用的是黑盒电弧模型，此模型虽然不能完全描述航空电器系统中的故障过程，但能够最大程度地表现出电弧故障的电流和电压特性。通过标准电压和电流来求取微分等式的参数，进行电气系统的电弧非线性阻抗分析。

4.2 实现电弧故障模型

使用MATLAB中的SIMULINK（PSB）电力系统模块库，使用其中的库元件建立通用电弧模型，如图2所示。模型中主要由电压控制的电流源、阶跃信号、电压检测等模块组成。

通过使用电弧模型进行仿真的简单波形可知断路器在断开时的故障电路的电流变化：电弧电压在零点开始升高，最后不变；电弧的电流一直呈下降趋势，直至零点。

5 结束语

通过分析航空电弧故障的类型和特点，介绍了电弧故障断路器的设计思路。最后通过使用MATLAB软件的SIMULINK的PSB模块库建立了电弧故障仿真模型，完成了在开断过程中电压电流的仿真，显示了电弧的特性。

参考文献

[1]谈勇.飞机线路故障问题及其对策[J].航空维修与工程，2006（02）.

[2]陈德桂.低压电弧故障断路器—种新型低压保护电器[J].低压电器，2007（03）.

〔编辑：王霞〕

摘 要：运用电弧故障诊断控制器对航空电气系统在特殊环境中产生的故障电弧进行分析，包括电弧的特点和产生的波形，及时发现航空电气系统故障并予以修理，保障航空事业的安全运行。

关键词：电气系统；故障诊断；电弧；电缆

中图分类号：TM501+.1 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）07-0063-02

航空电气系统内部电缆的老化会引发很多安全隐患，因此，航空电气系统的安全问题一直是航空事业最重视的一项工作。其中，电弧作为电缆运行中最容易出现故障的源头，它的研究对提高电弧故障检测技术水平和保障航空事业的安全具有十分重要的意义。

1 航空电气系统故障

航空电气系统主要由供电系统和用电设备两大部分组成。供电系统由电源系统和配电系统组成；用电设备由航空器上所有使用电能的设备装置系统组成。多种设备之间的连接，增加了电缆数量，也增加了线路之间发生故障的概率。再加上航空电缆大多都是在高温、高辐射和高振动的环境下运行的，使得电缆的老化问题更加严重。在电缆运作初期，由于生产商对飞机内部的零部件安装不到位而导致的线路故障，通过及时的调理和整修，可以使飞机内部的零部件能够较长时间地处在稳定的工作区。但由于电缆直径较细，并且成捆地绑在一起，再加上电缆与电缆、电缆与固定框架之间长时间的摩擦会导致电缆材料的老化，此时的航空电缆绝缘老化部位很容易出现击穿现象，断续的电弧随即产生，这会严重影响飞机的运行。

2 电弧分析

2.1 电弧产生原因

要解决电弧故障，首先要对电弧的特性和故障原因进行分析。电弧是指两个电极之间跨越了绝缘介质而产生的连续放电的过程，这个过程的发生也伴随着电气材料的局部挥发，是一种复杂的电磁反应过程。由于电弧之间产生电压和电流时，其导电系数是变量，所以不能使用欧姆定律来线性地描述他们之间的关系。影响电弧之间电压和电流的因素很多，例如电气系统所处的环境状况、电路自身的参数性质等。

2.2 电弧产生的途径

研究电弧产生的途径对解决电弧的故障也是很有必要的。电弧的产生主要有以下途径：①电路开断的时候。当电路触头开始分离时，接头之间的接触压力和接触面积减少，导致接触处电流密度变大，接触电阻与触头放出热量，如果放电电流稳定，则此时就是开断电弧。②在真空与气体之间的间隙进行击穿，电弧能够在真空的正负电极之间产生，这种电弧被称之为真空电弧。③触头闭合的时候。连接的电源接头在闭合瞬间会产生电击穿现象，这种现象就是通常所说的电弧放电。④在火花放电到电弧放电的转换瞬间，容易产生较大的电压跃变冲击波。

3 航空电弧故障分析

3.1 航空电弧的故障类型和特点

现阶段航空电弧故障可分为两种类型：串联和并联。加载电器设备时，串联载流容易引发电弧故障。另外，在断开的电缆线之间的空隙内也很容易产生电弧。电弧会导致局部热量增加，这是很危险的。串联电路中的电弧数量与负荷有关。并联电路中的电弧故障主要发生在一种相反的电极之间，是导体间无意识的导通。并联电弧主要由源头故障电流值和故障电抗值两个因素决定。电线间的电弧故障也是并联电弧故障的一种形式。它是由于接电线的导体与地面相连接的导体的金属部分或其他结构体所发生的金属之间的电弧故障。

3.2 航空电弧断路器设计

根据以往航空电弧故障断路器的工作原理，设计的航空电弧断路器的工作流程如图1所示。

4 电弧故障仿真分析

4.1 建立电弧故障模型

使用MATLAB对电弧电路进行分析，从简单的电路入手进行分析。仿真分析采用的是黑盒电弧模型，此模型虽然不能完全描述航空电器系统中的故障过程，但能够最大程度地表现出电弧故障的电流和电压特性。通过标准电压和电流来求取微分等式的参数，进行电气系统的电弧非线性阻抗分析。

4.2 实现电弧故障模型

使用MATLAB中的SIMULINK（PSB）电力系统模块库，使用其中的库元件建立通用电弧模型，如图2所示。模型中主要由电压控制的电流源、阶跃信号、电压检测等模块组成。

通过使用电弧模型进行仿真的简单波形可知断路器在断开时的故障电路的电流变化：电弧电压在零点开始升高，最后不变；电弧的电流一直呈下降趋势，直至零点。

5 结束语

通过分析航空电弧故障的类型和特点，介绍了电弧故障断路器的设计思路。最后通过使用MATLAB软件的SIMULINK的PSB模块库建立了电弧故障仿真模型，完成了在开断过程中电压电流的仿真，显示了电弧的特性。

参考文献

[1]谈勇.飞机线路故障问题及其对策[J].航空维修与工程，2006（02）.

[2]陈德桂.低压电弧故障断路器—种新型低压保护电器[J].低压电器，2007（03）.

〔编辑：王霞〕