航空电气系统中故障电弧的研究

王继光 槐宇超 赵浩然

摘要：航空飞行器在空飞行时须依靠动力设备，即发电机。但是电负荷传递及其输送则需利用线路来进行。在实际中，普通飞机内部的线路长度多于上千米，在运行时间过长的情况下，一旦线路质量不符合，就极易产生故障，且工作人员维修工作难度也增加。电弧是线路运行中极易产生故障的关键位置，所以对电气产生的电弧做深入分析，提高故障检测水平，确保航空的安全可靠。本文主要分析探讨了航空电气系统中故障电弧方面内容，以供参阅。

关键词：航空;电气系统;故障电弧

飞行器在空中飞行时离不开运行动力设备-发电机，飞机的飞行、各种仪表的显示等都是发电机提供的动力，而电负荷的传递和输送要靠线路来完成，在现实中，一架普通的飞机，体内线路的长度高达上千米，一旦运行时间长，线路的质量不达标，非常容易出现故障，如影响各种数据的显示、操作不稳和传递的信号不正常等问题，同时出现线路故障电气时维修人员很难查找，因此首先要对电气产生的电弧及电磁辐射进行分析，逐步查找隐患，避免飞行事故的发生。

1电弧产生的缘由

经过长时间无数的实践经验可知，若要在真正意义上将电弧故障进行彻底的解决，我们研究人员第一步就要去对电弧的特点和故障原因做详细准确的探究。通常而言，电弧为两个电极彼此所发生的连续且非间断的放电过程，在这个时期内将会发生部分电气材料出现挥发状况，实际上该电磁反应过程十分繁琐复杂。除此之外，因为导电系数自己就充当变量，因此不能利用欧姆定律进行线性描述彼此间的关系。而且电路自己的参数性质及其电气系统周围的环境条件也会在某个程度上影响电弧的产生。

2产生电弧的路途径分析

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。

3航空电弧的故障分析以及相应的防护措施

3.1飞机故障电弧的类型和特点

到现在为止，我们可以把电弧故障分成两种基本的类型：串联和并联。（1）串联电路中的电弧故障。当串联载流加载电气设备时发生串联电弧故障，这一般都是一种无息识的破坏。电弧可能会通过断掉的线之间的空隙产生，这会导致局部的热量增加。在串联电弧中电流的数量是根据负荷而定的。如果串联电弧电流是在传统电路阻断器的载流容量的额定值之下，那这个串联电弧电流就不会造成危害，因此在这种情况下，传统的电路阻断器、热量阻断器、磁性阻断器都不会跳闸。串联电弧能导致局部过热，这有很大的危害。（2）并联电路中的电弧故障。并联电弧的发生是一种相反电极的导体之间的一种无意识的导通。并联电弧仅汉受到源头故障电流值和故障电抗值的影响。电线到地面的弧故障是另外一种并联电弧故障，它的发生，是由于无接地线的导体和周围和大地这个导体相联接的金属护栏或是其它的金属结构体发生电弧故障。

3.2电弧故障的仿真分析

3.2.1合理有效的进行故障电弧模型的搭建

必须建立电弧的动态数学模型，目前研究故障电弧的动态模型主要有兩类。第一种是“物理—数学模型”，即是详细研究电弧的物理过程，根据能量守恒之律和弧柱等离子体特性写出方程式组，并经一系列运算建立电弧数学模型。第二种电弧模型是“黑盒模型（black-box-model）”，即将电弧作为一个两端元件，用某个数学方式来决定传递函数。只对故障电弧引发电压或电流变化进行研究，而对内部因素不做研究。Cassie与Mayr是“黑盒模型”的典型代表。这两种模型既简单由实用，常被引入交流电路中进行建模和仿真，但在要求较高的仿真要求中有不足之处。随着电弧模型研究的深入，适于低压故障电弧模型还有MatteWS模型、Stokes和Fisher模型。其中Stokes和Fisher模型比Mattews模型对实际情况分析和解决，更有说服力，更符合故障电弧的特性。在此选择Stokes为电弧数学模型进行仿真。

3.2.2实现电弧故障模型

在以MATLAB软件为基础的条件下，通过电力系统模块库中的元件建立起通用型的电弧故障模型，这种电弧模型由电压控制的电流源、微分方程编辑器、定值检测等模块组成，具有更高的普遍性和更强的实用性。在进行故障电弧的仿真试验过程当中，只需要借助此模型对基本波形进行仿真试验就可以得到电弧断路器在断开时的故障电弧的电流变化：电弧电压从零点开始升高直至不变，电弧电流则一直下降直至零点不再发生改变。具体电弧模型如图1所示。

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：

[1]金洪峰.航空电气系统中故障电弧研究[J].城市建设理论研究（电子版）.2018（04）.

[2]张栋善，陈沛树.航空电气系统中故障电弧的分析[J].电子制作.2017（22）.

[3]墙博林.故障电弧在航空电气系统中的分析[J].军民两用技术与产品.2017（06）.

（作者单位：中国人解放军95926部队）