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浅析航空交流电弧特性及检测算法

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楚至濮张涛

摘要：航空电气系统容易产生电弧，这是非常危险的，有关研究表明，很多航空空難、故障都是由于电气系统供电线路表面产生持续的电弧造成的。为了提高航空运输的安全性，必须加强这方面的研究。对电弧检测非常重要，当前的方法都是利用电弧的特点进行检测，保证检测的准确性，进行判断航空系统运行的安全性。下面就对这些方面进行分析，希望给有关人士一些借鉴。

关键词：交流电弧;特性;检测算法

当电弧放电时有一些特点，例如产生电磁辐射、噪声、热量、强光等，电弧的温度很高，对其他设备器件带来一定的危害，除此之外，电弧还会造成短路，最终出现大面积停电的情况。

1 分析航空交流电弧特性

1.1 分析故障电弧的特点

一般电弧在几微秒的时间内就可以达到4000k-50000k，触头、绝缘材料被烧毁，直接导致不安全问题的发生;如果周围放置了易燃易爆的物品，电弧很可能会将其点燃，进而引发爆炸和火灾。针对飞机而言，这种电弧将会导致飞机局部出现故障，不能正常起飞和降落，甚至酿成机毁人亡的悲剧。一般故障电弧存在以下特征：因为航空电缆具备绝缘性特点，所以当出现航空故障后，电弧持续的时间不会很长，在对其捕捉的过程中会存在一定的难度;与短路电流相比，故障电弧电流强度比较低，在过零点时容易发生熄灭情况，在短时间内可以穿插到正常电流中;实际电弧频率是400HZ，而电力系统中的电弧频率则是50HZ，两者有很大的差距。[1]

1.2 分析电弧发生的原理

电弧的产生尤其原理，在两个电极之间，电弧会在两个绝缘介质间穿越，同时一直保持放点状态，在这一整个环节中电弧会发生局部挥发的情况，电弧的产生过程是一种较为复杂的电磁反应。比较常见的电弧都是在阴极和阳极之间产生的。带有电弧的位置，会存在比较高的电离气压，从而使得电弧有所限制，在带有电弧的区域会释放出气体及电极物质，两者都会有较高的热度，通常电弧有两种类型，一种是串型电弧，另一种是并型电弧。

1.3 分析电弧的发生装置

可以参考下图分析电弧的发生装置，这一设备的规格时根据我国标准条款中规定的要求设置的，主要由移动电极和固定电极构成，移动电极是由铜杆构成的，固定电极是由碳石墨构成的。要求两个电极的末端必须是尖锐的，当电极互相接触过程中，必须要完全封闭，接通电路之后进行滑块的移动，这样两个电极就可以保持一定的距离，最终就会形成电弧。

1.4 分析电弧、电压、电流的特点

相关人员在分析这方面内容时，可以参考相关的波形图分析。技术人员研究了大量的电弧波，发现这类电弧波都有一些特点，下面就具体进行分析。第一点，发现在电压和电流波形中存在高频噪声;第二点，顺着电弧会有电压降产生;第三点，在缺少补偿设备时，在电弧方向上回存在着电压降，电弧电流在同一条线的一点上时，会比非电弧电流低，所以可将其看为非线性负载;第四点，和正常电流相比，电弧电流上升的速度比较快;第五点，对于电弧电流来说，在经过半周波时，过零点前会熄灭一个电流，但在经过零点后会立刻复燃，从这一情况可以看出，经过每半个周波内都会形成一个零电流区。

2 分析检测电弧的方法

2.1 频域检测方法研究

所存在的电弧电流平稳，电流中会存在较大的谐波，利用相关软件将电弧电流数据导入到软件中之后，可以看到电流频谱特点。当产生电弧之后，在某一段频率上会出现较大的谐波。根据现有电弧硬件检测设计方法，针对其谐波大的特点，在电弧事件的检测上，可通过触发信号进行，主要是电弧较为集中的频段。例如提取谐波比较集中的一段，将这一段放大处理，在电弧产生后，对电路输出进行放大，得到一个比较大的值，随后将其输入到比较器的正端位置。

2.2 时域检测方法研究

当产生电弧后，电流峰值要比正常的电流小，根据这一特点进行检测。峰值电流每半波就可以送入CPU，在CPU采样率上，应设置合适的值，从而检测到交流信号中各个半波电流的最大值，通过TCA算法进行其他半波的计算，如果TCA算法计算数值都比电弧检测阀值大，就可以判断是一次电弧事件。

在电弧事件发生后，相应的电弧波形会产生不规则的变化，这是产生的电流值随机性较大，采样电流平均值不会近似于零，因此可以应用平均值检测方法的进行检测。对四个半波采样值的平均值实施相加处理，在与前四个半波的平均值实施相减处理，经过计算得出的值大于设定的阀值之后，就可以判断为是电弧事件。

3 结语

综上所述，本文研究航空交流电弧特性与检测算法，发现检测方法比较多，但是频域检测方法不适于应用在嵌入式系统中，所以，在航空系统方面，需要通过平均值检测算法以及电流变化率检测算法进行检测。

参考文献：

[1]王禹，郑先成，何国华.航空交流电弧特性及检测算法研究[J].机电一体化，2012，18（03）：57-60.

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