飞机电气线路的接地设计探讨

方亚杰

【摘 要】为保障飞行的安全性，飞机的电气线路在适航规章中被视为一个独立的分系统，提出了适航要求。电气接地作为电气线路互联系统重要的一部分，其设计、安装是否合理将直接影响整个线路系统的电磁兼容性、安全性、维护性。本文基于实际的工程经验，梳理了飞机电气线路接地的类型、主要设计规则，为设计人员提供指导。

【关键词】电气线路互联系统；电气接地；设计规则

中图分类号： V242 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）11-0001-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.11.001

0 引言

在运输类飞机适航规章CCAR-25[1]第25.1701条款中，明确定义了“电气接地和搭铁装置及其相应的连接”是电气线路互联系统（EWIS）的一部分。因此，所有电气接地、搭接设备，以及之间的连接关系，是电气线路互联系统设计工作的必要部分。

电气接地的主要目的包括：提供电流回路以实现系统功能、传导故障电流避免对正常系统的破坏、消除电磁干扰电位、释放积累的静电。

合理有效的电气接地可以保证各用电设备、电气线路与飞机金属结构之间形成允许阻抗的电流通路，传导干扰电流，保护人员免遭静电、闪电、故障电流伤害，也保证系统功能正常运行。

本文基于实际的工程经验，对飞机电气线路接地的概念以及设计、安装的主要规则进行梳理和探讨。

1 接地类型

按照行业通用的标准规范如AC43.13-1B[2]、ARP1870[3]，飞机电气线路的接地根据功能可以分为以下几种：

1）电流回路地：与电路的电压线形成回路使设备达到功能要求的接地线。

· 交流电源地：交流电源回路的接地线。

· 直流电源地：直流电源回路的接地线。

· 信号地：信号类型回路的接地线。

2）机壳/机架地：从金属的设备外壳或设备安装架接地的线。若用电器件绝缘损坏导致金属外壳或安装架带电，则电流可以通过该接地线导入地，达到安全目的。

3）屏蔽地：将线路或线束的屏蔽层接地的线。若干扰信号在屏蔽层中产生了干扰电位，则可以沿屏蔽地线形成回路进而将干扰信号导入地，消除电磁干扰。

2 接地的形式

2.1 电流回路地

电流回路地线从连接器中沿线束分叉出来接至飞机金属结构。

2.2 机壳/机架地

机壳、机架地线通过搭接线（搭铁线）将设备的金属外壳或安装架接至飞机金属结构。

2.3 屏蔽地

屏蔽地可分为电缆屏蔽层和线束外屏蔽层（金属编织套）的接地，接地方式较多。

电缆屏蔽层可以通过特定的处理器件（如焊接套管、特殊尾附件）将屏蔽层连接至带屏蔽功能的尾附件，进而通过连接器-设备外壳-机壳地实现接地；也可以通过焊接套管的引线直接接地。

线束外屏蔽层可以通过搭接线直接接地。

3 主要设计规则

1）电气接地的通路，必须保证有足够低的接地电阻，以限制接地电压升高，并允许大电流的流通。因此，用于屏蔽接地的接地线长度应尽量短，尽量不超过600mm（图 4），接地点应尽量靠近需要接地处理的部位。

为保证搭接线两端接触情况相同，搭接线应尽量选用两端的端子尺寸一致，并且端子处都是预绝缘[4]。

若没有预绝缘层，则应增加绝缘层如热缩管进行保护。增加的绝缘层应可以完整覆盖端子套筒并延伸至线缆处至少13mm（0.5inch）。

如图4中，选用的搭接线长度L应尽量短，端子尺寸应D1=D2，L1=L2。

2）为保证接地线的独立性，避免因故障导致多个接地线同时失效，多个接地线不应当使用分线器件（如死接头、模块）连接到一起接到同一接地点，如图 5。

3）线径小于4的电流回路接地线，可以直接固定在飞机结构上；線径大于4（含）的电流回路地线接地时，应当通过额外的支架固定到飞机结构上[4]。

增加的支架可以降低大线径电缆对飞机结构本体的机械应力损害；同时也可以增大接地线端接部件如端子与飞机结构的接触面积，减少接地电阻，避免因为电流和电阻过大导致发热过度从而引起的电气故障。

4）接地端子安装在接地桩时应遵循以下原则：

为保证连接的可靠性，同一个接地桩不得超过4个接地端子，或者3个接地端子和1个汇流条。

接同一个接地桩时，端子的孔尺寸必须匹配接地桩尺寸的前提下，孔直径大的端子放在下面，直径小的端子放在上面。

为了确保维护性和可达性，接地桩和周围结构应至少保持25mm的距离。

铝质接线端子只能端接铝线。

材质兼容（如铜端子与铜端子）的端子接触面之间不要用垫片或垫圈隔开，材质不兼容（如铜端子和铝端子）的端子接触面之间要用垫片或垫圈隔开，见图 7。

多个接线端子连接同一接地桩时，为避免端子之间的相互干涉，可以将其“背靠背”安装，即将端子的压接筒凸起部分背靠背，见图8。

5）考虑到电磁兼容性，不同类型的接地应当有效隔离，不共享接地器件如接地铆钉、标识、接地桩、垫圈、螺母等，做到不兼容的接地路径各自独立。具体规则如下：

· 不同类型的接地线不能共用一个接地点，以防止接地线中的信号互相干扰。

· 不同类型的接地点之间的电气通路的长度应不少于0.5m，电气通路指的是在导电的接地面上两个接地点之间的最短导通路径。

例外情况：机壳/机架地和屏蔽地可以共用一个接地点（接地桩或接地模块），并且接地线可以绑扎到一起敷设。

6）接地路径的定义应当考虑正常和失效情况下的电流，并且不会破坏结构。

不同的接地路径意味着不同的接地电阻，如果失效状态下的接地电阻很大，在电路保护装置切断电路前，失效电流可能会引起严重的事故，如高电压、电阻部位过热、损伤结构等。所以接地电阻的大小是定义接地的重要内容之一。

当发生短路故障时，回路总电阻RT符合下面公式：

短路电流ISC必须足够大从而使电路保护装置可以及时动作，电气负载与接地面之间必须有良好的接触，最大搭接电阻与短路电流的关系见图 9，典型数据点如表 1。

通过计算得到短路电流进而得到最大搭接电阻，来指导接地路径的定义以保证搭接電阻不超过最大搭接电阻值。

图9 电流与最大搭接电阻的关系

表1 短路电流与最大搭接电阻的典型数据点

7）接地区域环境要求

对于必须在潮湿区进行接地的情况，应将接地位置尽量放置在较高的及较干燥的区域， 并对接地进行密封。

为防止液体泄漏对接地线路造成短路、火灾等风险，不能在流体管路下方、液体积聚区域以及可燃蒸气区域进行接地。

为防止接地线中的电能量进入油箱引起严重安全事故，如起火、爆炸等，任何形式的接地线都不能直接或间接（通过安装支架）固定到油箱部件上，包含油箱结构、壁板、设备等。

3 结语

未来多电飞机、全电飞机将成为飞机的发展方向，用电设备和用电量越来越多，相应的电气线路会越来越复杂庞大，安全可靠的电气线路设计显得越来越重要。本文探讨了飞机电气线路接地设计的关键设计要素和主要规则，在具体的工程设计工作中为一线设计人员提供指导和参考。

【参考文献】

[1]中国民用航空规章第25部-运输类飞机适航标准[CCAR-25-R4][S].北京：中国民航总局.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.