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电线电缆作为民用飞机电1气互联系统中最为重要的元器件之一,其重量占比可达50%以上。电线电缆作为线束的主要组件,其空间跨度较大且具备较强的连续性。当完成线束安装后,若检测到电线电缆上某点或某段的瑕疵或故障,出于安全性因素考量,在飞机制造阶段严禁切除部分电线电缆后进行更换,而应采取整段更换的方式进行维修。如果在线束安装完成后才发现问题,补救的时间和人力成本非常高,故而有必要通过过程控制手段来提高产品一次合格率,降低或避免返工返修带来的损失。
电线电缆检测,主要分为质量一致性检测和过程控制测试。质量一致性测试是对每批次产品进行抽样检测,其测试对象为抽样部分的成品线;而过程控制测试是在电线电缆制造过程的关键点进行,或者对百分之百的成品线进行。通常而言在通过了质量一致性检测和过程控制测试后的产品才会进行封装,进而运输给使用客户。
由于产品运输环节存在诸多不可控因素,存在一定概率对电线电缆的外绝缘层或护套造成损伤,典型的危险因素包括不规范的叉车运输操作、线轴的材料边缘未经打磨、搬运过程在地面拖拽等。
需要注意的是,如果在入库后的使用过程中发现问题,那么定位损伤原因很难排除操作中的人为及非人为因素干扰,这时如果需要找到问题原因,则需要在质量一致性和过程控制测试中挑选关键几项进行较为全面的检测和根原因分析,才能确定是该批次产品固有问题还是运输过程问题。
因此,为了降低风险和成本,根据最佳实践经验,需要在入库环节对最易损坏的电线绝缘层和电缆护套进行抽样或百分之百筛选检测。具体使用哪种检验方法,视用户的成本和风险控制体系来决定。但是一旦在抽样检测中发现问题,则该批次产品必须进行百分之百覆盖率的绝缘/护套瑕疵检测。
对于护套瑕疵(Jacket Flaws)检测,其测试方法从ANSI NEMA WC27500-2005到最新的ANSI NEMA WC27500-2015中,也经历了一个明显的变化。关于这一测试方法的改变,NEMA相关专家认为,其目的在于将WC27500与最新的相关标准保持一致,原有2005版本中引用的MIL-STD-2223 Method 3001或3008已经非常陈旧了。NEMA专家指出,MIL-STD-2223 Method 3001或3008在当时引入WC27500,不是为了去掉湿介电测试,而是建议使用脉冲介电测试作为更好的选择。然而当今,湿介电测试由于其对产品具备腐蚀性,在实质上已经不被各类规范所认可;另一方面,脉冲介电测试也几乎完全从各类规范中去除掉了。高频火花测试由于其对测试电线电缆不产生损伤且检测覆盖范围极高等优点,已经成为护套瑕疵和绝缘瑕疵测试方法的首选。
NEMA WC27500-2015中对于护套瑕疵测试,推荐选用SAE AS4373 Method 505,并指定了最小测试电压为1500V(RMS)。这一测试描述了如何通过火花试验来对成品线的绝缘层缺陷进行检测。这一方法也可以用来检测多层绝缘系统的内部绝缘层的缺陷。高频波形(3000Hz)是优选方法,但另一方面Method 505也提供了工频(60Hz或50Hz)下的测试方法。
此处需要特别说明的是,在绝大多数情况下,都应该遵照Method505优选高频火花测试。对于交流火花测试,其原理是通过施加在珠链电极上的交流电,使空气等离子化,一般在昏暗的测试环境下可观察到电极珠链与电线绝缘层之间有蓝色的辉光,即电晕放电现象。电晕作为良好的电介质,在即使珠链电极未与电线绝缘层完全紧密接触的情况下,也能保证较好的测试结果,这也是由高频火花放电的基本原理决定的。而电晕产生的一部分原因在于交流电压的正负切换,也正因此高频火花测试能比工频火花测试产生更多的电晕放电。既然是百分之百覆盖率测试,那么电晕越多,则覆盖率越高。在这一点上,高频火花测试具备工频火花测试无法比拟的优势。
值得注意的是,SAE AS4373 Method505中推荐的高频火花测试方法又引用了ASTM D 3032,即Standard Test Methods for Hookup Wire Insulation。在高频火花测试方法领域,ASTM D 3032 - 16经过数个版次的迭代,代表了业界最高水准,其对测试设备、设备校准方法、测试样品、测试流程、测试报告和精度偏差等方面的要求都进行了较为详细的说明,此外最为重要的优势在于其可实施性。此处对具体内容不再赘述,仅仅对测试设备的关键注意点及背景进行说明。
1)链条长度必须显著大于外壳深度,以便于珠子下垂到待测电线电缆下方。
2)移动速度和电极长度的选择,必须保证绝缘或护套每一处承受的电压在9个完整电压波形和1000个完整电压波形之间,数量太少则难以檢测出瑕疵,数量太多则会由于发热或高频放电等因素对电线电缆造成损伤。
3)由于不同规格的电线电缆的电容值不相同(一般而言,线规号越大,则单位长度的电容越小),因此漏电流也不同,所以必须保证各个规格的电线电缆测试中,电压波动在可以接受的范围。ASTM D 3032在这点上给出了明确的要求,在可实施性上相比其他标准优势明显。
4)根据高频火花测试原理,当绝缘瑕疵经过电极与接地的导体间时,会发生电弧及火花放电现象,进而将串联的故障监测电路触发。因此如何保证故障检测的灵敏度是至关重要的,ASTM D 3032也给出了明确的灵敏度检测方法。
在检测中,如果触发了故障检测电路,根据最佳实践,在保证操作人员安全的前提下,建议将该段导线撤回一部分,重新进行测试,以尽可能排除误检测的可能性。如果依然检测到瑕疵,为保证测试的连续性,建议对该段电线绝缘或电缆护套进行标记,然后继续测试直到全部线缆测试完毕。
结语
民用飞机电线绝缘和电缆护套的结构和材料种类多种多样,但作为电气互联系统最重要的部件,其绝缘和护套可能存在的瑕疵如果在安装前未被检测到,则很难在运营和常规目视检查中发现,因此,在入库阶段排除掉瑕疵部分能有效降低电弧故障发生的可能性,从而提升了整个系统的安全性等级。
作者简介:
侯福生,民用飞机EWIS设计师,专注于EWIS产品试验工作。
电线电缆检测,主要分为质量一致性检测和过程控制测试。质量一致性测试是对每批次产品进行抽样检测,其测试对象为抽样部分的成品线;而过程控制测试是在电线电缆制造过程的关键点进行,或者对百分之百的成品线进行。通常而言在通过了质量一致性检测和过程控制测试后的产品才会进行封装,进而运输给使用客户。
由于产品运输环节存在诸多不可控因素,存在一定概率对电线电缆的外绝缘层或护套造成损伤,典型的危险因素包括不规范的叉车运输操作、线轴的材料边缘未经打磨、搬运过程在地面拖拽等。
需要注意的是,如果在入库后的使用过程中发现问题,那么定位损伤原因很难排除操作中的人为及非人为因素干扰,这时如果需要找到问题原因,则需要在质量一致性和过程控制测试中挑选关键几项进行较为全面的检测和根原因分析,才能确定是该批次产品固有问题还是运输过程问题。
因此,为了降低风险和成本,根据最佳实践经验,需要在入库环节对最易损坏的电线绝缘层和电缆护套进行抽样或百分之百筛选检测。具体使用哪种检验方法,视用户的成本和风险控制体系来决定。但是一旦在抽样检测中发现问题,则该批次产品必须进行百分之百覆盖率的绝缘/护套瑕疵检测。
对于护套瑕疵(Jacket Flaws)检测,其测试方法从ANSI NEMA WC27500-2005到最新的ANSI NEMA WC27500-2015中,也经历了一个明显的变化。关于这一测试方法的改变,NEMA相关专家认为,其目的在于将WC27500与最新的相关标准保持一致,原有2005版本中引用的MIL-STD-2223 Method 3001或3008已经非常陈旧了。NEMA专家指出,MIL-STD-2223 Method 3001或3008在当时引入WC27500,不是为了去掉湿介电测试,而是建议使用脉冲介电测试作为更好的选择。然而当今,湿介电测试由于其对产品具备腐蚀性,在实质上已经不被各类规范所认可;另一方面,脉冲介电测试也几乎完全从各类规范中去除掉了。高频火花测试由于其对测试电线电缆不产生损伤且检测覆盖范围极高等优点,已经成为护套瑕疵和绝缘瑕疵测试方法的首选。
NEMA WC27500-2015中对于护套瑕疵测试,推荐选用SAE AS4373 Method 505,并指定了最小测试电压为1500V(RMS)。这一测试描述了如何通过火花试验来对成品线的绝缘层缺陷进行检测。这一方法也可以用来检测多层绝缘系统的内部绝缘层的缺陷。高频波形(3000Hz)是优选方法,但另一方面Method 505也提供了工频(60Hz或50Hz)下的测试方法。
此处需要特别说明的是,在绝大多数情况下,都应该遵照Method505优选高频火花测试。对于交流火花测试,其原理是通过施加在珠链电极上的交流电,使空气等离子化,一般在昏暗的测试环境下可观察到电极珠链与电线绝缘层之间有蓝色的辉光,即电晕放电现象。电晕作为良好的电介质,在即使珠链电极未与电线绝缘层完全紧密接触的情况下,也能保证较好的测试结果,这也是由高频火花放电的基本原理决定的。而电晕产生的一部分原因在于交流电压的正负切换,也正因此高频火花测试能比工频火花测试产生更多的电晕放电。既然是百分之百覆盖率测试,那么电晕越多,则覆盖率越高。在这一点上,高频火花测试具备工频火花测试无法比拟的优势。
值得注意的是,SAE AS4373 Method505中推荐的高频火花测试方法又引用了ASTM D 3032,即Standard Test Methods for Hookup Wire Insulation。在高频火花测试方法领域,ASTM D 3032 - 16经过数个版次的迭代,代表了业界最高水准,其对测试设备、设备校准方法、测试样品、测试流程、测试报告和精度偏差等方面的要求都进行了较为详细的说明,此外最为重要的优势在于其可实施性。此处对具体内容不再赘述,仅仅对测试设备的关键注意点及背景进行说明。
1)链条长度必须显著大于外壳深度,以便于珠子下垂到待测电线电缆下方。
2)移动速度和电极长度的选择,必须保证绝缘或护套每一处承受的电压在9个完整电压波形和1000个完整电压波形之间,数量太少则难以檢测出瑕疵,数量太多则会由于发热或高频放电等因素对电线电缆造成损伤。
3)由于不同规格的电线电缆的电容值不相同(一般而言,线规号越大,则单位长度的电容越小),因此漏电流也不同,所以必须保证各个规格的电线电缆测试中,电压波动在可以接受的范围。ASTM D 3032在这点上给出了明确的要求,在可实施性上相比其他标准优势明显。
4)根据高频火花测试原理,当绝缘瑕疵经过电极与接地的导体间时,会发生电弧及火花放电现象,进而将串联的故障监测电路触发。因此如何保证故障检测的灵敏度是至关重要的,ASTM D 3032也给出了明确的灵敏度检测方法。
在检测中,如果触发了故障检测电路,根据最佳实践,在保证操作人员安全的前提下,建议将该段导线撤回一部分,重新进行测试,以尽可能排除误检测的可能性。如果依然检测到瑕疵,为保证测试的连续性,建议对该段电线绝缘或电缆护套进行标记,然后继续测试直到全部线缆测试完毕。
结语
民用飞机电线绝缘和电缆护套的结构和材料种类多种多样,但作为电气互联系统最重要的部件,其绝缘和护套可能存在的瑕疵如果在安装前未被检测到,则很难在运营和常规目视检查中发现,因此,在入库阶段排除掉瑕疵部分能有效降低电弧故障发生的可能性,从而提升了整个系统的安全性等级。
作者简介:
侯福生,民用飞机EWIS设计师,专注于EWIS产品试验工作。