航空电气电弧短路危害及保护研究

1、航空电气电弧短路危害及保护研究摘要：国内外对航空电弧和短路做了大量的研究，但大多是理论方法和软件仿真。利用MATLAB软件对电弧进行了研究。研究了电路中电弧产生的原因及防护方法。研究了电弧的数学模型黑箱模型和磁流体动力学模型，选择了简化的Schavemaker模型进行分析。基于此，下面就航空电弧短路的危害及防护进行探讨，以供参考。关键词：航空电气；电弧短路危害；保护研究引言随着经济社会的不断进步和国民经济的快速发展，人们对电力和能源的需求越来越大，各种电气设备的安装要求已经成为整个社会经济发展不可缺少的一部分。然而，在实际的电气工程设备安装和技术操作过程中，由于各种因素的影响，往往给整个电气工

2、程的生产质量和安全发展带来许多隐患。1电弧短路起火机理在短路火灾中，接地故障是最常见、最容易引起火灾的危险。电流导体与质量之间存在短路，以电弧作为通路的电弧弯曲接头。这是因为，虽然电路设计时通常在线路的头上安装过电流保护，以避免火灾危险，但这类装置以电流过载为触发点，当接地短路时，局部接触点似乎断了，阻抗大，电流小，因此不足以触发过电流保护，电弧的高温达到30004000度，容易点燃周围介质并引起火灾。因此，接地电弧短路火灾有很大的隐患和灾害。从电弧短路火灾的机理出发，提出了如何在建筑电气测量中防止它从根本上科学地防止危险的发生。当前，建筑电气测量中实际使用的防护装置有两种:漏电断路器和电气火

3、灾监测系统。第一种是结合故障电流监测和断路器的装置。工作原理是差动电流监测器负责监测分流电流并记录其尺寸。当达到显示器设定值时，会传送讯号来触发断路器，或发出夏天的声音来触发警示。后者是一个独立的电气火灾监测系统，故障电流监测器也用于监测和记录旁路电流。达到装置的设定值后，通过通信总线发送信号通知后端电气火灾监测系统。2电弧、电路原理及分类电弧是一种气体放电现象，表现为电流通过某些绝缘介质（如空气）所产生的瞬间火花。根据电流类型，可分为交流弧、直流弧和脉冲弧。电弧的特点是能量集中、温度高、亮度高，是强光高温电离现象4。民用飞机线束的电弧通常发生在导线之间或导线与金属结构之间，属于平行电弧。释放

4、的能量巨大，超过5500C，可能导致电线绝缘层开裂和碳化，形成导电通道，金属导体过热，引起火灾。根据故障光弧的位置，可将其分为串联弧和并联弧两类，如图1所示。串联故障光弧是电极之间松散连接或接触不良造成的。串联电弧通常在接插或串联负载时发生。腐蚀和氧化、连接损坏、电缆绝缘恶化、内部金属导体断裂等。均可引起串联故障层弧。并联故障层弧发生在相位线和中性线之间，或相位线和相位线之间，原因是导体绝缘损坏等。是两导体之间的短路，还是导体和结构之间的瞬时短路，是短路弧。例如，在航空器中，冲压孔形成的金属薄片被嵌入电缆中，飞机的长期飞行振动磨损了电缆，导致导线之间平行短路。如果这种短路现象持续下去，就会形成

5、短路。本文研究了飞机金属过剩引起的三相交流电路任意两个阶段短路和短路对线路、设备和结构的损坏。寻找保护线路电弧和短路的新技术。3航空电气电弧短路危害的保护措施3.1电弧故障识别及验证实际工作中，难以对每一条连接电器的线路电流实时测量，因此选择依据实验室整体电流构建识别方法，定义该电流为系统电流，从3个方面提取系统电流时频信息后依据突变理论进行融合以判断电弧故障。首先在时域上提取系统电流的周期平均值极差、变量极大值以及峰度系数3个特征，其次经过傅里叶变换计算系统电流的谐波因数以及总谐波畸变率，然后提取系统电流的小波峰度极值、小波Shannon能量熵以及小波Tsallis奇异熵，最后利用突变理论燕

6、尾型规格化公式融合信息辨识实验室是否发生电弧故障并进行仿真验证。3.2遗传算法优化BP神经网络传统的神经网络存在收敛速度慢、容易陷入局部极值等缺点，因此采用遗传算法优化的BP神经网络对电弧故障进行诊断，以提高算法精度。遗传算法优化（genetic algorithms）BP神经网络模拟了自然界生物遗传的规律。其基本原理是将神经网络输入层、中间层和输出层的阈值和权值作为一条染色体，随机产生若干组这样的染色体，称它们为一个种群。对种群中的染色体进行选择、交叉和变异的操作，并进行网络训练，记录所产生的误差和，称这些误差和为适应度。每一次训练称为一次进化，若干次进化后，找出适应度最好，即误差和最小的染

7、色体作为神经网络的阈值和权值，用于进行神经网络预测。3.3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。3.4基于突变理论的时频信息融合突变理论是通过势函数对一个光滑系统中随机、偶然的突变过程作出适当的数学描述。变理论需对

8、系统的状态和势函数作如下假设：假设系统的状态可以通过状态变量描述，同时系统的状态又受到控制变量控制，即可能出现突变的变量为状态变量，引起突变的变量为控制变量；假设存在一个光滑的势函数可以描述系统的突变，而该势函数描述的方法就是通过状态变量和控制变量。3.5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

9、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。3.6合理有效的进行故障电弧模型的搭建就如今的模型实际情况而言，在进行数学扫描时，黑盒电弧的模型容易受到研究人员的关注。即便是研究结果中指出，这类模型并不能够对航空系统的电气故障进行准确的分析，但是能够对故障电弧进行准确的仿真，分析出故障电弧、电压特征以及电流特征等。在此过程中，借助描绘电流以及标准电压得到的微分等式参数，可以对正确测量法下的电弧非线性阻抗进行准确的分析。结束语供电系统短路故障进行分析研究，主要