目前,由于对军机民机性能要求的提高而大量使用了先进的机载设备,飞机正朝着多电、全电方向发展。270 V高压直流电源系统以其可靠性高、效率高、结构简单、易于实现不中断供电等优点,因此被更多飞机所使用。
某飞机高压直流配电系统框图
随着新的供电体制的应用,线缆电弧问题需要重新被评估,以便了解新供电体制下电弧的潜在危害。
为了收集电弧波形数据,了解电弧对不同材料的破坏效果,可以进行电弧模拟试验,本文介绍了一种常见的电弧试验方法,用来模拟270VDC线缆与飞机主结构之间发生的并联电弧。
270VDC与飞机结构并联电弧试验配置
与传统的电弧试验方法类似,电源替换为270VDC,通过断路器或保险丝控制电弧持续的时间,在电路中安装特定电阻以获取期望的电流值。
电弧发生方法是传统的“摆动法”,即将线缆绝缘层割裂使得导体暴露在外,线缆两端接到电路中,接通电源后将线缆拉到远离飞机结构的位置,然后松开导线,让他自由的摆动到与飞机结构发生接触的位置,以产生电弧。这个方法在FAA试验室中经常使用。
测试者发现,与115VAC电弧试验相比,270VDC试验中电弧弧光更亮,产生的声音也更大。
下面通过记录的电弧波形进一步分析。
摆幅测试的波形示例如下所示,可以分成三个组成部分:
第一部分是导线摆动到与结构距离足够产生电弧的时段,此时电压瞬间趋近于0,电流瞬间超过1000A,但是此时段只持续了不到1ms,随着导线与结构接触面积的增大,过度到第二阶段。
第二部分波形中,导线继续靠近目标表面时,产生了更大的接触面积,电弧电流趋于稳定,电路发生短路。
第三部分波形为保险丝熔断时的电弧波形状态,电流迅速变为0,此电弧试验中保险丝约在电弧发生后60ms发生熔断。
更换不同的电阻、保险丝、断路器,在不同的电路保护时间、电路配置下进行了几十次测试。仔细观察每一种结构的电弧波形,就会发现270VDC的电弧波形与28VDC的电弧波形相似,只是能量更大。
摆动测试还用于评估电弧对特定间距下物体的损伤,主要来自电弧羽流(电弧火焰)的潜在损伤。虽然测试和电弧持续时间是有限的(小于200ms),但有足够的电弧能量在0.5 "之外造成可测量的破坏。
对于此时电弧安全隔离距离的探究,需要考虑目标物的材料属性、电弧的发生方式和位置、电弧类型等。