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Atelier sur lavionique Ottawa (Ontario) 2004 Ahmed El Goueli.

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1 Atelier sur lavionique Ottawa (Ontario) 2004 Ahmed El Goueli

2 2 Avionique DISJONCTEURS DARC ÉLECTRIQUE La question de la sécurité du câblage dans les aéronefs a fait lobjet de beaucoup dattention au cours des dernières années, en particulier suite aux regrettables tragédies des vols TWA 800 et Swissair 111. À la suite de ces incidents et compte tenu dautres préoccupations, les constructeurs de matériel (OEM), les organismes de réglementation et larmée ont décidé de soccuper de la sécurité du câblage. Cette question est examinée par le Comité consultatif sur la réglementation relative aux systèmes de transport vieillissants (Aging Transport Systems Rulemaking Advisory Committee [ATSRAC]).

3 3 Avionique DISJONCTEURS DARC ÉLECTRIQUE Protection contre les arcs électriques Sélection des câbles Installation des câbles Entretien des câbles Disjoncteur darc électrique

4 4 Avionique DISJONCTEURS DARC ÉLECTRIQUE Définition Les disjoncteurs ont toujours été considérés comme la meilleure protection disponible pour le câblage en aérospatiale. Ces interrupteurs de circuit protègent le câblage des aéronefs de la surchauffe, voire de la fusion. Pendant lamorçage dun arc, les courants créés sont souvent peu intenses et de courte durée, et ils sont inférieurs aux valeurs de la courbe temps-courant de surcharge conçue pour les disjoncteurs. Le disjoncteur de défaut d'arc (AFCI) est un dispositif qui protège des effets des arcs électriques. Il reconnaît les caractéristiques uniques à lamorçage dun arc et coupe lalimentation du circuit lorsquun arc électrique est détecté.

5 5 Avionique DISJONCTEURS DARC ÉLECTRIQUE 165 % 138 % 165 % 138 % Temps de déclenchement en secondes Courbe temps-courant type de surcharge thermique qui montre les plages de lamorçage dun arc

6 6 Avionique DISJONCTEURS DARC ÉLECTRIQUE Comment ça fonctionne? La technologie AFCI surveille les circuits électriques afin de détecter lamorçage dun arc qui pourrait indiquer la présence de conditions de câblage dangereuses pouvant causer un incendie ou arrêter le fonctionnement dun circuit électrique. Le disjoncteur darc électrique (AFCB) se déclenche en cinq millisecondes environ, ce qui diminue de beaucoup les risques de dommages au reste du câblage, à la structure ou à dautre équipement. Des essais en laboratoire ont démontré que les disjoncteurs AFCI détectent un arc et se déclenchent plus rapidement que les disjoncteurs daéronef. Ils sont nettement plus rapides pour détecter lamorçage dun arc dans le câblage daéronef.

7 7 Avionique DISJONCTEURS DARC ÉLECTRIQUE CONCEPTION Un algorithme AFCI robuste ne devrait pas se fier au niveau du courant pour déterminer sil y a amorçage dun arc. Il devrait être capable de reconnaître lamorçage dun arc daprès le contenu du signal. Le disjoncteur de défaut d'arc (AFCI) doit être conçu pour : 1. pouvoir distinguer une grande variété de caractéristiques de charge en régime permanent normal ou en régime transitoire; 2. pouvoir distinguer les conditions de charge en régime permanent normal ou en régime transitoire; 3. être emboîté dans un dispositif intégré et pouvoir remplacer les disjoncteurs en place ou être installé conjointement avec eux.

8 8 Avionique DISJONCTEURS DARC ÉLECTRIQUE Amorce darc Courant darc Circuit ouvertDétection darc Tension darc

9 9 Avionique DISJONCTEURS DARC ÉLECTRIQUE CONCEPTION On a identifié un certain nombre de conditions indésirables qui peuvent causer lamorçage dun arc. Lalgorithme de détection darc électrique devrait être en mesure de les détecter. Ces conditions peuvent se manifester dans lamorçage dun arc entre des conducteurs parallèles, vers la masse ou en série le long du conducteur.

10 10 Avionique DISJONCTEURS DARC ÉLECTRIQUE Arc parallèle Un arc parallèle est un arc qui se produit entre deux câbles ou entre un câble et une structure. Le courant produit est limité par limpédance de la source de tension, du câble et de larc lui-même. En général, larc parallèle est plus dangereux que larc série. Lénergie dégagée par larc parallèle est nettement plus élevée, les températures générées dépassant les o F. Larc peut causer la pyrolyse ou la carbonisation de lisolant, ce qui crée des chemins carbonisés conducteurs et expose du métal chaud qui risque dentrer en contact avec des matériaux inflammables. Arc série Un arc série peut être causé par la corrosion dans les connexions broche-douille ou par des connexions mal serrées en série avec les charges électriques. Des cosses mal serrées, des fiches électriques mal branchées ou endommagées et des fils conducteurs (torons) déchirés à lintérieur dun câble peuvent aussi causer un arc série. Lénergie produite par un arc série est nettement moins élevée que celle produite par un arc parallèle. Larc série est particulièrement perfide parce que le courant darc demeure bien au-dessous des valeurs de la courbe de déclenchement du disjoncteur daéronef de spécification militaire. Ces arcs causent des chutes de tension de la charge et léchauffement du câble, des broches et des douilles ou des cosses. Cet échauffement peut causer la défaillance des composants et peut être source dinflammation.

11 11 Avionique DISJONCTEURS DARC ÉLECTRIQUE Câbles endommagés favorables à lamorçage dun arc Disjoncteur grillé en raison déchauffement extérieur dû à une vis-borne mal serrée

12 12 Avionique DISJONCTEURS DARC ÉLECTRIQUE Surchauffe due à un raccordement de bornes mal serré

13 13 Avionique DISJONCTEURS DARC ÉLECTRIQUE Validation de concept 1.Simulation de raccordement de bornes mal serré 2.Essai de la guillotine ou essai de contact ponctuel 3.Simulation de chemin carbonisé 4.Simulation dun arc en milieu humide ou en présence de gouttes deau salée

14 14 Avionique DISJONCTEURS DARC ÉLECTRIQUE Disjoncteur AFCI déclenché avec indication de surcharge thermique Disjoncteur AFCI déclenché avec indication darc électrique Disjoncteur thermique MS 3320

15 15 Avionique DISJONCTEURS DARC ÉLECTRIQUE Câble C Câble n o 3 Disjoncteur thermique 10 A déclenché Disjoncteur AFCI déclenché par un arc en milieu humide Figure 1 : Échantillons de câble en polyimide soumis à un arc en milieu humide. Deux fissures radiales ont été faites à 0,25 po de distance, et plusieurs gouttes de solution saline ont été déposées sur les fissures lorsque le système était alimenté par une tension triphasée de 115 V/400 Hz. Le câble à gauche montre des dommages types dans le cas des disjoncteurs thermiques actuels, et le câble à droite montre des dommages types dans le cas de protection par un disjoncteur darc électrique.

16 16 Avionique DISJONCTEURS DARC ÉLECTRIQUE Avantages des disjoncteurs darc électrique 1.Les disjoncteurs darc électrique sont un moyen simple datténuer les effets de lamorçage dun arc électrique avant que larc ne prenne des proportions graves, empêchant que les faisceaux de câbles électriques ne soient endommagés à un niveau qui pourrait être catastrophique. 2.Les disjoncteurs darc électrique limitent lénergie de larc, réduisant ainsi les risques dinflammation des matériaux à proximité (isolant de câble, peluches, liquides de nettoyage, etc.) et dincendie et de dégagement de fumée qui pourraient en résulter. 3.Un disjoncteur darc électrique déclenché identifie le câble sur lequel larc sest produit.

17 17 Avionique DISJONCTEURS DARC ÉLECTRIQUE SUJETS DE PRÉOCCUPATION 1.Les prototypes actuels de disjoncteurs darc électrique ne permettent pas la surveillance de leur état de fonctionnement. En labsence dune indication détat, il est peut-être nécessaire davoir certains programmes de surveillance des disjoncteurs pour confirmer que ces derniers sont pleinement opérationnels. 2.Le taux de déclenchement des disjoncteurs darc électrique comparé à celui des disjoncteurs thermiques. Après linstallation des disjoncteurs darc électrique, le taux de déclenchement sera plus grand quavec les disjoncteurs thermiques. 3.Le problème de déterminer lemplacement de larc électrique le long du circuit.

18 18 Avionique DISJONCTEURS DARC ÉLECTRIQUE Résumé Pendant que le développement technologique se poursuit pour les applications de types c.a. et c.c., la technologie AFCI pour aéronef a besoin dun algorithme robuste capable : 1. de fournir une réponse rapide à lamorçage darcs électriques; 2. déviter les déclenchements intempestifs; 3. de distinguer entre les signatures de charge en régime normal ou en régime transitoire et lamorçage dun arc électrique; 4. de détecter lamorçage dun arc électrique malgré la présence de charges agissant comme un masque; 5. de rester « immunisé » contre les filtres, le brouillage électromagnétique, le phénomène de diaphonie et dautres types de « bruit » de circuit; 6. de détecter les arcs électriques de niveau bas. Un grand nombre de questions doivent être abordées pour satisfaire aux exigences relatives à linstallation et à la protection des réseaux de câblage sur les aéronefs commerciaux et militaires. De plus, les exigences relatives aux niveaux de détection et au rendement doivent être telles que les nouveaux produits offrent une fonction de protection des circuits réellement améliorée dans le réseau de câblage daéronef.

19 19 Avionique DISJONCTEURS DARC ÉLECTRIQUE Procédure à Transports Canada En attendant un stade plus avancé de développement de produit, on traite des projets spécifiques au Canada, qui utilisent des disjoncteurs darc électrique, dans des documents de fond. Ces documents clarifient les critères et la politique de Transports Canada pour assurer la conformité attendue par rapport aux règlements applicables. Prochaines étapes importantes Élaboration par un comité de SAE dune norme de lindustrie sur les spécifications de fonctionnement minimales visant les disjoncteurs darc électrique. Préparation par la FAA de normes techniques (TSO) et dune circulaire consultative parallèlement aux activités de SAE. Adoption de la politique de la FAA ou publication dune circulaire consultative au Manuel de navigabilité par Transports Canada, si cest nécessaire.

20 20 Avionique DISJONCTEURS DARC ÉLECTRIQUE Période de questions


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