1航空电气电弧故障特性及危害
1.1航空电气电弧故障特性
（1）电弧放电时会产生很强的亮度和巨大的能量，属于是强功率放电现象，会产生很高的温度，进而致使绝缘材料和金属材料发生气化现象，对其具有很强的破坏力[1]，情况最为严重时，若壳体强度不够而遭到破坏时，可能会危及工作人员的生命安全。
（2）电弧放电与电晕和辉光等放电特性不同，它属于是自持放电现象，因为其弧柱区正、负带电离子的粒子数相同，所以也属于是一种等离子体，正因如此，弧柱的电场强度很低，只要一旦电弧形成，便不需要在很高的电压下就可以稳定燃烧。
（3）因电弧弧柱区具有数目相等的正负电荷，电场强度低，带电粒子的移动基本不需要消耗能量，所以弧柱区呈电中性[2]。在高温和强电场作用下，阴极区具备发射电子的能力，极大影响着电弧的稳定性。阳极的作用就是不发射电子只接受电子，消耗能量小，在整个电弧过程中影响最小。
（4）电弧是一束轻质量的游离态气体，故而在电动力或其他外力作用下电弧很容易发生伸长、弯曲和变形等现象[3]。电弧受洛伦兹力的作用会沿着壳体轴向方向移动，移动过程中电弧会在有限长度下拉长，由于阴极区不稳定性，弧方位角会围绕内部导体发生转动，电弧最终呈现的运动方式为轴向移动叠加方位旋转。
航空电气内部电弧故障的过程可分为四个阶段来描述：
第一阶段为压缩。电弧发生，大量电弧能量的释放使得起弧室内的温度升高，进而导致电弧室内部气体压强升高，与电弧室外部的压强产生压力差，在压力差的作用下，防爆膜破裂，SF6气体会穿过防爆膜并带走大量的能量。起弧室内部的压力骤增和温度的升高是压缩阶段的特点[4]。
第二阶段为膨胀排放。防爆膜破裂，气压达到最大值后随SF6气体和电弧产物的排放而降低，起弧室内气体压力开始下降。
第三阶段为喷射。电弧仍然继续，设备气室内SF6气体会以接近恒定的超高压力被释放。
第四阶段为热效应。当大多数SF6通过防爆膜释放出后，电弧室内部温度会渐渐地接近电弧温度，一直持续到电弧熄灭。电弧室中周围的绝缘和金属材料受到高温的影响会出现熔化、变形等现象，电弧室存在被烧穿的危险。
1.2航空电气电弧故障危害
内部电弧是一个包含了物理和化学的复杂过程，涉及到微观和宏观两种尺度。若飞机发生内部电弧故障，故障电弧会在内部导体与壳体之间燃烧，流经电弧的电流会产生电磁场。在电磁力的作用下，电弧会偏移故障点而不能稳定在故障处，它会迅速地沿着飞机壳体轴线的方向进行移动，设备中绝缘子的存在可以阻滞电弧的轴向移动，最终被绝缘子阻滞，在壳体端部绝缘子附近的电弧并非是完全静止不动的，它将会沿着内部导体作圆周方向转动并且持续地燃烧。此外，由于故障电弧轴向运动的方向是由洛伦兹力决定的，所以电弧不一定会移动到离其故障点最近的绝缘子上[5]。内部电弧因为发生轴向移动和转动的两种行为，导致电弧对飞机壳体某固定处的作用时间大大延长，所以电弧最终造成飞机壳体烧穿的实际时间比完全静止时造成烧穿的时间要长一些。
飞机内部一旦发生电弧故障，在短时间内会产生高温，会以声、光、电、热等形式释放出巨大的热量，释放的能量加热并压缩周围气体，使得起弧室内压强骤增，同时也会产生强烈的压力波与声波[6]。电弧中心区域等离子体的温度非常高，将会烧蚀与其接触的相关设备，如果电弧在某一固定的位置长时间燃烧，则存在烧穿飞机壳体的危险，严重情况下可形成火灾，由高温高压产生的热、力效应使飞机设备中较薄弱的地方存在被烧穿甚至爆裂的可能，使飞机壳体毁坏甚至引起爆炸现象，同时向外喷射大量高温高压气体甚至金属熔融物质，破坏飞机内部设备附近环境，甚至影响工作人员安全。
（1）内部电弧故障导致气室内气体压强升高继而引发飞机壳体发生爆炸。电弧故障发生时释放出的大量能量使得电弧室内SF6气体和其他材料温度升高，不但会导致飞机壳体内气体压强变大，还会使得SF6气体及其分解物与从电极蒸发铝之间发生化学反应，这种化学反应是放热反应，其过程中所释放出来的能量又会加热内部气体，从而加剧压强的升高[6]。假若设计者不能够合理选择飞机壳体和绝缘子的机械强度，而且飞机的防爆膜又不能及时可靠动作，高温高压的SF6气体得不到及时且迅速地释放，最终将会导致壳体发生爆炸。
（2）内部电弧故障引起高温导致壳体发生熔融甚至烧穿现象。由于飞机发生内部电弧故障时的电弧电流（可达几十kA）和电弧电压都非常高，所以会产生十分巨大的热量，该热量会熔融电弧根部的金属而形成金属蒸汽现象，伴随着持续不断的电弧电流，壳体甚至可能会被烧穿。
2电弧检测和保护方法
2.1时域检测方法
时域检测方法通过监测电弧电压与电流波形实现。由于电弧电流波形畸变，可以选取电弧电流的平均值或者峰值作为特征值进行比较；发生直流电弧故障时，可用分流器测得电弧电流突变的特性。选取电弧检测判据为电流变化率判据与电流峰值判据，每检测到一次电弧事件时，检测结果输出高电平。
2.2域检测方法
频域检测方法通过分析电压电流谐波含量实现，最常用的是傅里叶变换。一个典型的故障电弧电流与正常电流的FFT分析结果可以看出：故障电弧电流直流分量与谐波含量明显高于正常电流，且基波含量有所下降。
2.3时-频域检测方法
时-频域检测方法通过小波变换研究电弧电压、电流的瞬态特性，实现对故障电弧的检测。小波变换能同时兼顾信号在时域与频域的信息。
3总结
综上所述，航空电气电弧产生的原因多种，也有可能是电气短路造成的，故障过程中，电弧在导体和金属壳体之间燃烧，弧根灼烧引起壳体融化使得设备存在一定的安全风险。电弧的轴向运动留下了熔铝的痕迹，深度不到1毫米，在实际的气体绝缘设备壳体厚度有几毫米的情况下，在电弧运动时烧穿的可能性几乎为零。在气体绝缘设备中，因为相对地故障而导致的烧穿，这故障绝大多数情况下来自静止电弧（静止电弧绕轴旋转），静止电弧必须维持足够长的时间，使金属局部熔化，并最终烧穿壳体。在航空电气电弧故障预防过程中，需要采用合理的预防措施，避免对电气电弧故障对飞机造成不可挽回的故障，发现航空电气电弧并及时进行隔离保护，是一项非常重要的措施,对于航空事业的发展有重要推动作用。
参考文献
[1]石云,赵志斌,骆彬,唐婷.航空电气设备的故障预测与健康管理探析[J].电子测试,2020(18):98-99+112.
[2]吕亚楠.航空电气故障预测与管理的研究[J].石河子科技,2020(04):8-9.
[3]刘志军,曲鸣飞.航空电气设备故障检测与处理对策[A].香港新世纪文化出版社有限公司.2019年国际科技创新与教育发展学术会议论文集[C].香港新世纪文化出版社有限公司:香港新世纪文化出版社有限公司,2019:3.
[4]彭雷明.航空电气中电缆故障与对策[J].科技风,2018(20):198.
[5]张栋善,陈沛树.航空电气系统中故障电弧的分析[J].电子制作,2017(22):27-28.
[6]骆彬,唐婷,司剑飞.夏季航空电气设备故障多发的原因及预防[J].现代职业教育,2016(27):156-157.
