航空导线耐湿电弧标准的比较与试验分析

吴 旼，郭汉洋

(1.上海交通大学，上海200240;2.上海电缆研究所，上海200093)

0 引言

由于高空和地面间温差很大，飞机内会凝结很多湿气，所以航空导线一旦受损，湿气就会进入绝缘之中，在导线之间形成通路，引起电弧。这种电弧就称为湿电弧，因其较小，在暴露处反复出现的时间可能很短，不能使断路器跳闸，故很难被发现，但随着时间的推移，最终可能造成电线短路，引发火灾。

1994年，美国军用标准主要针对聚酰亚胺/聚四氟乙烯复合绝缘线，首先提出了耐电弧试验的要求，因为此电线是通过绕包后烧结的方式，将两种材料组合在一起的，以便性能互补，但其内层的聚酰亚胺易被电弧中产生的原子氧侵蚀，耐电弧能力差，而外层的聚四氟乙烯的抗电弧能力非常好。近年来，航空导线耐电弧性能越来越受到重视，2011年，美国航空导线新的产品标准中，辐照交联乙烯-四氟乙烯共聚物绝缘线也引入了耐电弧试验的性能要求。

我国航空导线标准主要是参照美国航空导线相关标准而制定的。在目前的美国标准中，航空导线湿电弧试验主要涉及的有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基础上的延续，试验方法差别不大;ASTM D 3032和SAE AS 4373E对湿电弧试验条件的规定差异较大。本文将对这两个标准中的耐湿电弧试验方法进行比较，并分析其试验结果。

1 试验标准

1.1 试验原理

耐湿电弧试验的试样是7根电线以六包一的方式组成的线束。把其中两根电线的绝缘层割出一个凹槽，置于线束的最上层，两个凹槽之间有一定间距;将电解液滴落到两根电线的凹槽之间，模拟开裂电线绝缘处在潮湿环境或表面有可电离污染物情况;滴落的电解液集聚在线束中，形成通路，产生电弧。

试验电源为三相电源，线束中相同相位的电线不相邻。当线束中产生电弧时，剧烈火花会对其他相邻电线的绝缘表面产生烧蚀。一旦相邻电线的绝缘被烧穿，可能引起相间短路，产生更加强烈的电弧，进一步对线束产生破坏。

1.2 标准差异

SAE AS 4373E和MIL-STD-2223这两个标准中的耐湿电弧试验，除电解液的滴落高度不同外，其余要求基本相同，而ASTM D 3032中的耐湿电弧试验与其存在较大差异。这就导致试验现象和试验结果完全不同。表1为SAE AS 4373E、MIL-STD-2223和ASTM D 3032湿电弧试验条件的对比。

表1 不同标准中湿电弧试验条件对比

2 试验准备

试验选取3个不同厂家生产的、型号为M22759/87-20(20AWG)的聚酰亚胺复合薄膜/聚四氟乙烯复合绝缘电线进行测试。

为了使试验结果有可比性，考虑到ASTM D 3032与SAE AS 4373E标准之间的差异，电路中串联电阻均选用1.0Ω，通过每根电线的电流设定为(1.0±0.2)A，除非断路器出现跳闸，试验最长持续时间为8 h。

线束起弧时，可能会对附近的材料产生损伤。为直观对比两种试验方法中线束产生电弧的情况，试验过程中在线束的两侧5 cm处贴上铝箔，记录电弧对两侧铝箔的损伤。试验结束后，对除A1、B1以外的所有电线进行1 000 V、1 min的浸水电压试验，用以评估电弧对电线的破坏情况。

3 试验结果

3.1 SAE AS 4373E

试验8 h后，3个试样的断路器均未出现跳闸的情况，除A1、B1两相的导体被烧断外(见图1)，其余5根电线均能通过浸水电压试验。A1、B1两相的破坏长度如表2所示。

图1 SAE AS 4373E湿电弧试验后的试样

表2 按SAE AS 4373E进行的湿电弧试验结果

试验过程发现，由于试样平行放置，电解液集聚在A1、B1两相电线之间的凹槽中，在两相电线裸露的导体之间形成通路，产生的电弧比较剧烈。由于毛细作用，电解液会渗透到导体的内部，从电线的内部烧蚀导体和聚酰亚胺薄膜。试验持续4 h左右，3个试样的A1相、B1相的导体均被烧短，导致断路，外层的聚四氟乙烯绝缘并未出现明显的损伤，对内层的聚酰亚胺薄膜和导体仍产生保护，从而阻止了电弧的进一步产生和蔓延。

图2 SAE AS 4373E湿电弧试验后铝箔的烧蚀情况

水平放置的试样所产生的电弧，平均分布在A1相、B1相暴露的导体之间，因此，在铝箔上留下的烧蚀点相对较为分散，大小也相对均匀(见图2)。由于产生的电弧比较剧烈，单个烧蚀点的直径较大。当A1、B1两相出现断路后，由于聚四氟乙烯的保护，产生的电弧主要存在于绝缘层内侧，不会对铝箔产生损伤。对试验后的样品检查发现，样品3的试样破坏长度最大，但对铝箔的破坏却最小。由此可见，产生电弧的大小及对外界的破坏程度，与电线的抗湿电弧能力没有必然的关系。

3.2 ASTM D 3032

样品1、样品2试验均持续了8 h，所有的电线均未出现断路。A1、B1两相导体未被烧断，其余5根电线均能通过浸水电压试验。试样3在试验持续4 h后，C1相断路器跳闸。A1、B1、C2相断路，C1、N相绝缘被电弧烧蚀破坏，露出导体(见图3)。仅A2、B2两相电线通过浸水电压试验。记录导体露出的最大长度如表3所示。

图3 ASTM D 3032湿电弧试验后的样品3

试验过程中发现，由于试样倾斜放置，电解液基本上受重力作用而顺着A1、B1两相电线之间的凹槽流下，所以线束中集聚的电解液比较少。此外因两个环形凹槽间距较大，故产生的电弧较小，且主要集中于烧蚀电线外层的聚四氟乙烯绝缘(见图4)。

图4 ASTM D 3032湿电弧试验后的试样

表3 按ASTM D 3032进行的湿电弧试验结果

图5 ASTM D 3032湿电弧试验后铝箔的烧蚀情况

倾斜放置的试样所产生的电弧，主要集中在两个环形凹槽较低点的位置，因此，电弧在铝箔上留下的烧蚀点较为集中。虽然试验所产生的电弧相对较小，但因位置集中，故对铝箔的损伤较为明显。样品1、样品2经过8 h持续的电弧试验后，铝箔上出现集中的大面积损坏(见图5)。样品3由于试验时间仅4 h，并未出现如前两个试样所产生的大面积损坏，但还是可以看出铝箔上的烧蚀点集中。直径较大的烧蚀点，主要是由A1、B1两相短路时产生的大电弧所造成的。

4 结论

(1)按SAE AS 4373E进行湿电弧试验，电弧较大，且均匀分布在两暴露导体之间，故对周围环境破坏的范围较大。而按ASTM D 3032进行湿电弧试验，电弧主要集中在两个环形凹槽较低点的位置，虽然电弧较小，但是比较集中，长期作用对电弧附近区域破坏严重。

(2)SAE AS 4373E中的耐湿电弧试验，原本主要是针对聚酰亚胺/聚四氟乙烯复合绝缘线，电弧主要产生在绝缘内侧，仅对导体和内层绝缘进行烧蚀。若外层绝缘抗电弧性能优越，则能防止电弧的进一步蔓延和扩散。而按ASTM D 3032进行的湿电弧试验，电弧主要产生在电线外部，对外层绝缘进行烧蚀。由于该试验方法对时间没有限制，所以试验最终引起大电弧导致断路器跳闸。

［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］.