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民用飞机电线电缆电弧隔离度设计及实验研究

发表时间：2021/6/22 来源：《基层建设》2021年第6期作者：马素钊张巍

[导读] 摘要：本文用实验的方法研究了了电线电缆在发生电弧的情况下隔离距离的影响趋势。

        西飞民机陕西西安 710089
        摘要：本文用实验的方法研究了了电线电缆在发生电弧的情况下隔离距离的影响趋势。从航空领域电线电缆敷设的实际工程中，将线缆敷设环境简化为不同线束材料和不同电流值，并根据电弧发生的原理设计了实验装置。通过实验方法掌握线束与机体结构发生电弧的距离。
        关键词：电弧；刀割损伤；碳化损伤；距离
        一、引言
        中国民用航空规章在第25部《运输类飞机适航标准》第4修正版中增加了H分部电气线路互联系统（EWIS）条款的内容。第25.1707条要求“每个EWIS的设计和安装必须与其他EWIS和飞机系统具有足够的物理分离，以使EWIS部件的失效不会产生危险状况。除非另有说明，本条的目的是通过分开一定的距离，或通过与分开距离等效的隔离保护来实现物理分离”。
        目前国内民机的EWIS设计处于起步阶段，由于缺乏民机EWIS安装隔离度的相关经验，因此本文基于实验测量的手段，探索电流/电压、材料对电弧的影响，为民用飞机线束安装间距提出建议。
        二、试验台及实验电路介绍
        根据电弧发生的原理设计出实验平台，如图1所示。

        图1
        包括电源设备（28VDC，115VAC），电路保护装置，负载，电弧试验台，试验线束，盐雾发生设备，录像设备，电压测试设备，电流测试设备。
        根据民用飞机机上线束状态，设计不同电路进行测试。见图2。同时使用刀割损伤导线绝缘层模拟真实环境下由机械损伤造成的故障电弧。碳化损伤导线绝缘皮模拟真实环境下由自然老化或高温环境形成碳化通道。

        图2“多芯”线束电路连接图和试验构型
        具体方法为使用机械支撑，让测试线束自由转动。调节电解液的流量为每分钟8-10滴，其中，电解液为5%氯化钠溶液。调整滴液装置或测试线束位置，使电解液能够滴入于预破坏线束刀割部位或碳化部位的中间位置。闭合所有断路器，打开电源，开始试验。通过录像设备和测设备观察并记录周围电线、结构件的损伤情况。
        三、实验结果与分析
        直流的线间和线-机体间电路发生故障电弧时，电压、电流值都发生明显波动，而交流的线间和线-机体间电路发生故障电弧时除了电压、电流波动外，波形的峰值和峰谷也出现了明显的毛刺，故障电弧波形变动持续单个至数十个周期不等。
        18#铜线-28VDC线间/线-机体电弧在2mm时损伤不明显。18#铜线-115VAC线间/线-机体电弧在3mm时损伤不明显。12#铜线-28VDC-线间/线-机体电弧在2mm时损伤不明显。4#铜线-115VAC线间/线-机体电弧在2mm时损伤不明显。00#铜线-28VDC线-机体电弧在2mm时损伤不明显。4#铝线-115VAC线间/线-机体电弧在2mm时损伤不明显。00#铝线-28VDC线-机体电弧在2mm时不明显。损伤如图3所示。

        （a）试验前状态

        （b）试验后状态
        图3损伤对比
        在28VDC电源下，线束与结构件、线束与线束的产弧距离见表1。
        表1

在115VAC电源下，线束与结构件、线束与线束的产弧距离见表2。
表2

        线束电弧的诱发与损伤受很多因素影响，可能会因试验的安装及控制带来差异。但通过对比试验，基本可以确定隔离间距。此外，在碳化试验预处理过程中，电缆碳化变黑，电阻由无穷大变成千欧级别。因绝缘材料碳化收缩可能出现细小孔洞和裂纹，不能很好识别，所以在实验过程中碳化处理方式的电弧损伤会有些波动。试验数据可以确定碳化的产弧要比刀割形式困难，但损伤程度并不减弱，主要由于前处理过程中电缆绝缘已经被较大范围损伤，相对只需较少的能量即可造成损伤。
        四、结论
        试验获得28VDC电源条件下，线束和结构件的产弧安全距离为大于2mm，考虑到实际工程因素影响，按照防护设计裕量的要求，建议安全距离大于4mm；试验获得115VAC电源条件下，线束与结构件的产弧安全距离为大于3mm，考虑到实际工程因素影响，按照防护设计裕量的要求，建议安全距离大于6mm。
        参考文献：
        1.RTCA DO-160G：Environmental conditions and test procedures for airborne equipment.2010
        2.EN-3475-603-2018：Aerospace series- Cables，electrical，aircraft use-Test methods-Part 603：Resistance to wet arc tracking.2018
        3.EN-3475-604-2018：Aerospace series- Cables，electrical，aircraft use-Test methods -Part 604：Resistance to dry arc propagation.2018
        4.EN-3475-605-2018：Aerospace series- Cables，electrical，aircraft use-Test methods -Part 604：Wet short circuit test.2018