电气火灾故障电弧检测方法的研究

朱炎俊

[摘 要]飞机电气系统中由于绝缘老化等问题而引发的故障电弧是威胁航行安全的重大隐患。本文以航空故障电弧为研究对象，结合航空电弧的特点以及产生的波形展开研究，对可能产生的波形进行仿真分析，及时发现航空电气系统中的故障，更好的保障航空事业的安全发展。

[关键词]航空电气系统故障 电弧探析

中图分类号：V242 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）19-0124-01

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，长期以来，航空电气系统的安全问题都是航空事业最为重视的一项工作，电弧作为电缆运行过程中最容易出现故障的源头。下面文章就对航空电气系统中故障电弧相关知识进行简要探讨。

一、航空电气系统故障

一般来说，航空电气系统主要由供电系统和用电设备两大部分构成；而供电系统由电源和配电线路组成，用电设备则是指一切使用电能的设备。各种装置与设备之间通过不同的电缆连接，结构复杂，加上航空电缆长期处于高温、高辐射的环境下，电缆老化现象普遍存在，电缆一旦老化，在其绝缘老化部位就容易发生击穿现象，进而产生断断续续的电弧，这些故障电弧的存在严重威胁着飞行器的飞行安全。

二、电弧分析

（一）电弧产生的原因

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。

（二）电弧产生的途径

研究电弧当中，了解电弧发生的一些条件具有很强的实用性。通常，电弧的产生主要来源于以下几个方面：1.在真空和气体之间的间隙进行击穿，这种电弧称之为真空电弧，可以在真空的两个电极之间发生。2.在火花放电到电弧放电的转换瞬间，往往产生有比较大的电压跃变冲击波，这时候可以引发电弧的产生。3.当触头闭合时产生电弧，连接电压源的两个触头在闭合前的一瞬间发生电击穿，形成电弧放电。4.当电路开断时发生电弧，由于触头在分离时，作用在其之间的接触压力和面积都会减少，从而接触处的电流密度就会逐渐增大，使得接触电阻和触头上发出的热量增加，在放电稳定的情况下就会形成开断电弧。

三、航空电弧故障探析

目前，航空电弧故障分为串联和并联两大类型。串联类型：串联电路当中的电弧数量与负载具有一定的线性相关关系，当电路中加载电气设备时，串联载流就容易导致电弧故障的出现，并且在断开的电缆线之间的空隙内也可能产生电弧。电弧容易造成线路局部热量增加而引发多种电气事故，具有很高的危害性。并联类型：一般认为并联电弧只受源头故障电流值和故障电抗值两个因素影响。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，故障电弧主要发生在相反的电极之间。常见的电线间的电弧故障就是一种并联电弧故障。

四、航空电弧故障仿真设计

（一）搭建故障电弧模型

建立一个故障电弧模型，可以更好的对故障电弧进行研究，以便制定出一系列预防电弧故障或减少故障电弧所带来的危害的措施与对策。现阶段，采用MATLAB对电弧电路进行研究，通过从简单的电路入手展开仿真分析是值得提倡的一种研究方式。这种模型尽管还不能百分之百对航空电气系统的电弧故障进行模拟试验，但是它可以最大程度地反映出电弧故障的电流与电压的特性，再借助数学知识，通过求取微分的方法就可以很好的对电弧非线性关系进行分析。

（二）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。

总结：航空电气系统是一个庞大且复杂的系统，电力系统的安全与稳定直接决定了整个航空的安全。电力系统中的故障电弧问题是一个普遍存在的问题。本文紧紧围绕故障电弧相关知识展开论述，介绍了航空故障电弧的一般特点与类型、电弧的产生途径及原因、电弧故障断路器以及建立故障电弧模型进行仿真试验研究等方面的知识，突出表现了电弧故障不容忽视的危害性。现如今，航空事故频发，航空安全面临着巨大的挑战，确保航空电力系统的稳定与可靠，学习与研究电弧故障相关的内容符合发展的需求，搞好电弧故障的研究工作对促进航空电力系统的不断优化具有积极地推动作用，通过不断的试验，不断的研究，航空电力系统甚至整个航空事业的未来定将越来越好。

参考文献：

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【2】周伟；；航空电气系统中故障电弧的分析[J]；科技与创新；2014年4月5日

【3】王丽君；；低压配电系统串联故障电弧诊断方法的研究[D]；沈阳工业大学； 2013年2月27日

【4】林章；；故障电弧检测的关键技术研究及断路器开发[D]；中国计量学院；2013年6月1日