吳 旼，郭漢洋

(1.上海交通大學(xué)，上海200240;2.上海電纜研究所，上海200093)

0 引言

由于高空和地面間溫差很大，飛機內(nèi)會凝結(jié)很多濕氣，所以航空導(dǎo)線一旦受損，濕氣就會進(jìn)入絕緣之中，在導(dǎo)線之間形成通路，引起電弧。這種電弧就稱為濕電弧，因其較小，在暴露處反復(fù)出現(xiàn)的時間可能很短，不能使斷路器跳閘，故很難被發(fā)現(xiàn)，但隨著時間的推移，最終可能造成電線短路，引發(fā)火災(zāi)。

1994年，美國軍用標(biāo)準(zhǔn)主要針對聚酰亞胺/聚四氟乙烯復(fù)合絕緣線，首先提出了耐電弧試驗的要求，因為此電線是通過繞包后燒結(jié)的方式，將兩種材料組合在一起的，以便性能互補，但其內(nèi)層的聚酰亞胺易被電弧中產(chǎn)生的原子氧侵蝕，耐電弧能力差，而外層的聚四氟乙烯的抗電弧能力非常好。近年來，航空導(dǎo)線耐電弧性能越來越受到重視，2011年，美國航空導(dǎo)線新的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中，輻照交聯(lián)乙烯-四氟乙烯共聚物絕緣線也引入了耐電弧試驗的性能要求。

我國航空導(dǎo)線標(biāo)準(zhǔn)主要是參照美國航空導(dǎo)線相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)而制定的。在目前的美國標(biāo)準(zhǔn)中，航空導(dǎo)線濕電弧試驗主要涉及的有ASTM D 3032—2010［1］、SAE AS 4373E—2012［2］、MIL-STD-2223 Notice 1:1994［3］。其中，SAE AS 4373E是MIL-STD-2223基礎(chǔ)上的延續(xù)，試驗方法差別不大;ASTM D 3032和SAE AS 4373E對濕電弧試驗條件的規(guī)定差異較大。本文將對這兩個標(biāo)準(zhǔn)中的耐濕電弧試驗方法進(jìn)行比較，并分析其試驗結(jié)果。

1 試驗標(biāo)準(zhǔn)

1.1 試驗原理

耐濕電弧試驗的試樣是7根電線以六包一的方式組成的線束。把其中兩根電線的絕緣層割出一個凹槽，置于線束的最上層，兩個凹槽之間有一定間距;將電解液滴落到兩根電線的凹槽之間，模擬開裂電線絕緣處在潮濕環(huán)境或表面有可電離污染物情況;滴落的電解液集聚在線束中，形成通路，產(chǎn)生電弧。

試驗電源為三相電源，線束中相同相位的電線不相鄰。當(dāng)線束中產(chǎn)生電弧時，劇烈火花會對其他相鄰電線的絕緣表面產(chǎn)生燒蝕。一旦相鄰電線的絕緣被燒穿，可能引起相間短路，產(chǎn)生更加強烈的電弧，進(jìn)一步對線束產(chǎn)生破壞。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)差異

SAE AS 4373E和MIL-STD-2223這兩個標(biāo)準(zhǔn)中的耐濕電弧試驗，除電解液的滴落高度不同外，其余要求基本相同，而ASTM D 3032中的耐濕電弧試驗與其存在較大差異。這就導(dǎo)致試驗現(xiàn)象和試驗結(jié)果完全不同。表1為SAE AS 4373E、MIL-STD-2223和ASTM D 3032濕電弧試驗條件的對比。

表1 不同標(biāo)準(zhǔn)中濕電弧試驗條件對比

2 試驗準(zhǔn)備

試驗選取3個不同廠家生產(chǎn)的、型號為M22759/87-20(20AWG)的聚酰亞胺復(fù)合薄膜/聚四氟乙烯復(fù)合絕緣電線進(jìn)行測試。

為了使試驗結(jié)果有可比性，考慮到ASTM D 3032與SAE AS 4373E標(biāo)準(zhǔn)之間的差異，電路中串聯(lián)電阻均選用1.0Ω，通過每根電線的電流設(shè)定為(1.0±0.2)A，除非斷路器出現(xiàn)跳閘，試驗最長持續(xù)時間為8 h。

線束起弧時，可能會對附近的材料產(chǎn)生損傷。為直觀對比兩種試驗方法中線束產(chǎn)生電弧的情況，試驗過程中在線束的兩側(cè)5 cm處貼上鋁箔，記錄電弧對兩側(cè)鋁箔的損傷。試驗結(jié)束后，對除A1、B1以外的所有電線進(jìn)行1 000 V、1 min的浸水電壓試驗，用以評估電弧對電線的破壞情況。

3 試驗結(jié)果

3.1 SAE AS 4373E

試驗8 h后，3個試樣的斷路器均未出現(xiàn)跳閘的情況，除A1、B1兩相的導(dǎo)體被燒斷外(見圖1)，其余5根電線均能通過浸水電壓試驗。A1、B1兩相的破壞長度如表2所示。

圖1 SAE AS 4373E濕電弧試驗后的試樣

表2 按SAE AS 4373E進(jìn)行的濕電弧試驗結(jié)果

試驗過程發(fā)現(xiàn)，由于試樣平行放置，電解液集聚在A1、B1兩相電線之間的凹槽中，在兩相電線裸露的導(dǎo)體之間形成通路，產(chǎn)生的電弧比較劇烈。由于毛細(xì)作用，電解液會滲透到導(dǎo)體的內(nèi)部，從電線的內(nèi)部燒蝕導(dǎo)體和聚酰亞胺薄膜。試驗持續(xù)4 h左右，3個試樣的A1相、B1相的導(dǎo)體均被燒短，導(dǎo)致斷路，外層的聚四氟乙烯絕緣并未出現(xiàn)明顯的損傷，對內(nèi)層的聚酰亞胺薄膜和導(dǎo)體仍產(chǎn)生保護(hù)，從而阻止了電弧的進(jìn)一步產(chǎn)生和蔓延。

圖2 SAE AS 4373E濕電弧試驗后鋁箔的燒蝕情況

水平放置的試樣所產(chǎn)生的電弧，平均分布在A1相、B1相暴露的導(dǎo)體之間，因此，在鋁箔上留下的燒蝕點相對較為分散，大小也相對均勻(見圖2)。由于產(chǎn)生的電弧比較劇烈，單個燒蝕點的直徑較大。當(dāng)A1、B1兩相出現(xiàn)斷路后，由于聚四氟乙烯的保護(hù)，產(chǎn)生的電弧主要存在于絕緣層內(nèi)側(cè)，不會對鋁箔產(chǎn)生損傷。對試驗后的樣品檢查發(fā)現(xiàn)，樣品3的試樣破壞長度最大，但對鋁箔的破壞卻最小。由此可見，產(chǎn)生電弧的大小及對外界的破壞程度，與電線的抗?jié)耠娀∧芰]有必然的關(guān)系。

3.2 ASTM D 3032

樣品1、樣品2試驗均持續(xù)了8 h，所有的電線均未出現(xiàn)斷路。A1、B1兩相導(dǎo)體未被燒斷，其余5根電線均能通過浸水電壓試驗。試樣3在試驗持續(xù)4 h后，C1相斷路器跳閘。A1、B1、C2相斷路，C1、N相絕緣被電弧燒蝕破壞，露出導(dǎo)體(見圖3)。僅A2、B2兩相電線通過浸水電壓試驗。記錄導(dǎo)體露出的最大長度如表3所示。

圖3 ASTM D 3032濕電弧試驗后的樣品3

試驗過程中發(fā)現(xiàn)，由于試樣傾斜放置，電解液基本上受重力作用而順著A1、B1兩相電線之間的凹槽流下，所以線束中集聚的電解液比較少。此外因兩個環(huán)形凹槽間距較大，故產(chǎn)生的電弧較小，且主要集中于燒蝕電線外層的聚四氟乙烯絕緣(見圖4)。

圖4 ASTM D 3032濕電弧試驗后的試樣

表3 按ASTM D 3032進(jìn)行的濕電弧試驗結(jié)果

圖5 ASTM D 3032濕電弧試驗后鋁箔的燒蝕情況

傾斜放置的試樣所產(chǎn)生的電弧，主要集中在兩個環(huán)形凹槽較低點的位置，因此，電弧在鋁箔上留下的燒蝕點較為集中。雖然試驗所產(chǎn)生的電弧相對較小，但因位置集中，故對鋁箔的損傷較為明顯。樣品1、樣品2經(jīng)過8 h持續(xù)的電弧試驗后，鋁箔上出現(xiàn)集中的大面積損壞(見圖5)。樣品3由于試驗時間僅4 h，并未出現(xiàn)如前兩個試樣所產(chǎn)生的大面積損壞，但還是可以看出鋁箔上的燒蝕點集中。直徑較大的燒蝕點，主要是由A1、B1兩相短路時產(chǎn)生的大電弧所造成的。

4 結(jié)論

(1)按SAE AS 4373E進(jìn)行濕電弧試驗，電弧較大，且均勻分布在兩暴露導(dǎo)體之間，故對周圍環(huán)境破壞的范圍較大。而按ASTM D 3032進(jìn)行濕電弧試驗，電弧主要集中在兩個環(huán)形凹槽較低點的位置，雖然電弧較小，但是比較集中，長期作用對電弧附近區(qū)域破壞嚴(yán)重。

(2)SAE AS 4373E中的耐濕電弧試驗，原本主要是針對聚酰亞胺/聚四氟乙烯復(fù)合絕緣線，電弧主要產(chǎn)生在絕緣內(nèi)側(cè)，僅對導(dǎo)體和內(nèi)層絕緣進(jìn)行燒蝕。若外層絕緣抗電弧性能優(yōu)越，則能防止電弧的進(jìn)一步蔓延和擴(kuò)散。而按ASTM D 3032進(jìn)行的濕電弧試驗，電弧主要產(chǎn)生在電線外部，對外層絕緣進(jìn)行燒蝕。由于該試驗方法對時間沒有限制，所以試驗最終引起大電弧導(dǎo)致斷路器跳閘。

［1］ASTM D 3032—2010 Standard test methods for hookup wire insulation［S］.

［2］MIL-STD-2223 Notice 1:1994 Test methods for insulated electric wire［S］.

［3］SAE AS 4373E—2012 Test methods for insulated electric wire［S］.