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前言
民用飞机电气线路互联系统（EWIS）中用于传递电信号和电能的核心组件是电线电缆，因此电线电缆的失效状态、失效成因和失效防护是EWIS失效分析中最為重要的一个部分。此外，由于飞机上大量采用线径较小的AWG22和AWG24电线，而此类电线的抗拉伸强度和电力线相比较小，绝缘层相对较薄，故而更加容易受到机械、电气、化学腐蚀等方面的影响。由于各方面影响因素并不是单独发生作用，而是彼此互相影响，加剧或减弱某一影响因素的作用效果。在所有的损伤类型中，最为常见且影响最为严重的是过热损伤，因此有必要对电线电缆的过热损伤成因及防护方法进行研究。
一.电线电缆过热损伤原因
导致电线电缆过热损伤的主要因素是过流，过流带来的发热分为短时发热与长期发热。短期发热的主要原因是电路发生短路或电弧故障，长期发热的主要原因是电线电缆选用错误导致电线电缆长期工作在超过其最大连续工作温度的工况下。发热对电线电缆的主要影响分为以下几个方面：
1.使电线电缆的绝缘性能降低或失效。
绝缘材料在高温及潮湿作用下（特别是在SWAMP区域），将逐渐老化、变色（如图1所示白色为正常导线绝缘层颜色，黄褐色为过热导线绝缘层颜色）、失去材料弹性、绝缘性能逐渐降低甚至失效。其老化速度取决于工作温度的高低，温度越高其老化速度越快。因此，航空电线电缆都根据其耐热性能和使用年限要求，规定了最大连续工作温度，若在使用中长期超过这一温度，则会加速绝缘材料老化，大大缩短电线电缆使用寿命。、
2.使电线电缆的机械强度下降。
当温度超过一定允许值后，电线电缆的金属材料（包括线芯和金属屏蔽层）都会由于退火出现机械强度显著下降的情况。使电线电缆电导体与接触件部分的接触电阻增大。当电线电缆工作温度超过额定数值时，会导致接触件与电线电缆导体接触部分的弹性元器件由于退火而压力下降，同时发热会使导体表面氧化速度急剧加快，进而使得接触电阻大大增加，又会进一步使得接触部分温升加速提高，形成恶性循环。
3.使电线电缆屏蔽层出现松散等状况，进而对电磁屏蔽效果产生了不利影响。
当电线电缆长期或短时出现过热时，热量从导体线芯传导至电线电缆的屏蔽层，从而有可能导致屏蔽层结构出现松散，进而影响转移阻抗参数，降低了电磁屏蔽效果。
二、电线电缆绝缘过热损伤特性
电线电缆主要包括导体、绝缘层和屏蔽层，当发生短路故障时，电线电缆中对温升耐受能力最差的是电线电缆绝缘层，因此电线电缆的损伤特性曲线主要由绝缘层损伤特性曲线决定。目前主要采用冒烟曲线和相对热终点时间和温度序列测试两种方法获得这一特性。
当使用冒烟曲线试验来获得绝缘层损伤特性时，采用方法通常为方法来自MIL-STD-2223 Method 4008。其原理为通过控制电压，模拟线路发生短路等过流状态时，令导体温度上升到电线电缆绝缘层发生冒烟状态，记录该时刻的时间和电流值，即可得到该电线电缆的冒烟曲线。但通常这一测试所得的损伤特性状态远远高于实际性能阈值，在实际应用中需要将断路器保护曲线降低到离冒烟曲线下方较远处。
另一种测试电线电缆损伤特性的方法来自ASTM-D-3032-04 Section 14，也是EN3475-2002 Part410：热持久性测试中推荐采用的方法。这一方法可以建立相对热终点时间与温度之间的曲线，来对柔性电气绝缘材料用作主绝缘和保护层的电线电缆建立损伤特性曲线。此方法中对绝缘失效的定义主要来自两方面，其一为绝缘层的脆化（非冒烟）；其二为介电强度。对于电压击穿测试，采用测试方法为设置各个温度点，将样品施加受力后放入水浴液体中进行耐压测试，等待其出现介电强度失效时记录该温度点下的测试时长；对于脆化失效，需要获得热终点时间数据，其原理基于阿伦尼乌斯方程（Arrhenius Equitation）建立化学反应的速率常数与温度之间的关系式，进而获得持续暴露时间和绝对温度的倒数之间的曲线。
三.电线电缆过热损伤防护措施
基于过热损伤原因分析，为了避免或降低电线电缆过热带来的影响，主要在以下两方面采取措施：
1.为避免长期过热，需准确计算电线额定载流量，确保正常工作情况下，电线电缆中传输的电流其额定值不超过电线额定载流量。根据AS50881（Rev E），在设定环境温度70℃，高度60，000英尺，由33或更多根从#26到#10的电线以及9根从#8到更大号的电线组成线束，其中不超过20%的电线长期负载工作时。电线额定载流量与导体材料、线规、最大长期工作温度之间的关系如表1所示。
为避免短期过热对电线电缆产生不可逆转的破坏性影响，通常采用热断路器进行保护。在飞机电力系统实际运行中，需要考虑在发生短路故障时，如何及时切断线路，避免短时过热对电线电缆产生的损伤。热断路器对于防止EWIS组件出现过流状态非常重要，大多数飞机上安装的热断路器都是机械式的，当电流曲线超过设定阈值时将线路断开，从而起到保护EWIS组件，特别是电线电缆的作用。
结语：
通过正确的电线电缆选型及热断路器选型，可以充分对电线电缆过热损伤进行防护，提高民用飞机电气线路互联系统的安全性。
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。原野，民用飞机EWIS设计师，从事EWIS产品设计工作。
民用飞机电气线路互联系统（EWIS）中用于传递电信号和电能的核心组件是电线电缆，因此电线电缆的失效状态、失效成因和失效防护是EWIS失效分析中最為重要的一个部分。此外，由于飞机上大量采用线径较小的AWG22和AWG24电线，而此类电线的抗拉伸强度和电力线相比较小，绝缘层相对较薄，故而更加容易受到机械、电气、化学腐蚀等方面的影响。由于各方面影响因素并不是单独发生作用，而是彼此互相影响，加剧或减弱某一影响因素的作用效果。在所有的损伤类型中，最为常见且影响最为严重的是过热损伤，因此有必要对电线电缆的过热损伤成因及防护方法进行研究。
一.电线电缆过热损伤原因
导致电线电缆过热损伤的主要因素是过流，过流带来的发热分为短时发热与长期发热。短期发热的主要原因是电路发生短路或电弧故障，长期发热的主要原因是电线电缆选用错误导致电线电缆长期工作在超过其最大连续工作温度的工况下。发热对电线电缆的主要影响分为以下几个方面：
1.使电线电缆的绝缘性能降低或失效。
绝缘材料在高温及潮湿作用下（特别是在SWAMP区域），将逐渐老化、变色（如图1所示白色为正常导线绝缘层颜色，黄褐色为过热导线绝缘层颜色）、失去材料弹性、绝缘性能逐渐降低甚至失效。其老化速度取决于工作温度的高低，温度越高其老化速度越快。因此，航空电线电缆都根据其耐热性能和使用年限要求，规定了最大连续工作温度，若在使用中长期超过这一温度，则会加速绝缘材料老化，大大缩短电线电缆使用寿命。、
2.使电线电缆的机械强度下降。
当温度超过一定允许值后，电线电缆的金属材料（包括线芯和金属屏蔽层）都会由于退火出现机械强度显著下降的情况。使电线电缆电导体与接触件部分的接触电阻增大。当电线电缆工作温度超过额定数值时，会导致接触件与电线电缆导体接触部分的弹性元器件由于退火而压力下降，同时发热会使导体表面氧化速度急剧加快，进而使得接触电阻大大增加，又会进一步使得接触部分温升加速提高，形成恶性循环。
3.使电线电缆屏蔽层出现松散等状况，进而对电磁屏蔽效果产生了不利影响。
当电线电缆长期或短时出现过热时，热量从导体线芯传导至电线电缆的屏蔽层，从而有可能导致屏蔽层结构出现松散，进而影响转移阻抗参数，降低了电磁屏蔽效果。
二、电线电缆绝缘过热损伤特性
电线电缆主要包括导体、绝缘层和屏蔽层，当发生短路故障时，电线电缆中对温升耐受能力最差的是电线电缆绝缘层，因此电线电缆的损伤特性曲线主要由绝缘层损伤特性曲线决定。目前主要采用冒烟曲线和相对热终点时间和温度序列测试两种方法获得这一特性。
当使用冒烟曲线试验来获得绝缘层损伤特性时，采用方法通常为方法来自MIL-STD-2223 Method 4008。其原理为通过控制电压，模拟线路发生短路等过流状态时，令导体温度上升到电线电缆绝缘层发生冒烟状态，记录该时刻的时间和电流值，即可得到该电线电缆的冒烟曲线。但通常这一测试所得的损伤特性状态远远高于实际性能阈值，在实际应用中需要将断路器保护曲线降低到离冒烟曲线下方较远处。
另一种测试电线电缆损伤特性的方法来自ASTM-D-3032-04 Section 14，也是EN3475-2002 Part410：热持久性测试中推荐采用的方法。这一方法可以建立相对热终点时间与温度之间的曲线，来对柔性电气绝缘材料用作主绝缘和保护层的电线电缆建立损伤特性曲线。此方法中对绝缘失效的定义主要来自两方面，其一为绝缘层的脆化（非冒烟）；其二为介电强度。对于电压击穿测试，采用测试方法为设置各个温度点，将样品施加受力后放入水浴液体中进行耐压测试，等待其出现介电强度失效时记录该温度点下的测试时长；对于脆化失效，需要获得热终点时间数据，其原理基于阿伦尼乌斯方程（Arrhenius Equitation）建立化学反应的速率常数与温度之间的关系式，进而获得持续暴露时间和绝对温度的倒数之间的曲线。
三.电线电缆过热损伤防护措施
基于过热损伤原因分析，为了避免或降低电线电缆过热带来的影响，主要在以下两方面采取措施：
1.为避免长期过热，需准确计算电线额定载流量，确保正常工作情况下，电线电缆中传输的电流其额定值不超过电线额定载流量。根据AS50881（Rev E），在设定环境温度70℃，高度60，000英尺，由33或更多根从#26到#10的电线以及9根从#8到更大号的电线组成线束，其中不超过20%的电线长期负载工作时。电线额定载流量与导体材料、线规、最大长期工作温度之间的关系如表1所示。
为避免短期过热对电线电缆产生不可逆转的破坏性影响，通常采用热断路器进行保护。在飞机电力系统实际运行中，需要考虑在发生短路故障时，如何及时切断线路，避免短时过热对电线电缆产生的损伤。热断路器对于防止EWIS组件出现过流状态非常重要，大多数飞机上安装的热断路器都是机械式的，当电流曲线超过设定阈值时将线路断开，从而起到保护EWIS组件，特别是电线电缆的作用。
结语：
通过正确的电线电缆选型及热断路器选型，可以充分对电线电缆过热损伤进行防护，提高民用飞机电气线路互联系统的安全性。
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。原野，民用飞机EWIS设计师，从事EWIS产品设计工作。