Atelier sur l’avionique

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1 Atelier sur l’avionique
Ottawa (Ontario) 2004 Ahmed El Goueli

2 Avionique DISJONCTEURS D’ARC ÉLECTRIQUE
La question de la sécurité du câblage dans les aéronefs a fait l’objet de beaucoup d’attention 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 d’autres préoccupations, les constructeurs de matériel (OEM), les organismes de réglementation et l’armée ont décidé de s’occuper 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 Avionique DISJONCTEURS D’ARC ÉLECTRIQUE
Protection contre les arcs électriques 􀂾 Sélection des câbles 􀂾 Installation des câbles 􀂾 Entretien des câbles 􀂾 Disjoncteur d’arc électrique

4 Avionique DISJONCTEURS D’ARC 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 l’amorçage d’un 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 l’amorçage d’un arc et coupe l’alimentation du circuit lorsqu’un arc électrique est détecté.

5 Avionique DISJONCTEURS D’ARC ÉLECTRIQUE
Wet/Dry Arc Range = Plage de l’arc en milieu humide/sec +121 oC MINIMUM TRIP CURVE = courbe de déclenchement minimale +121 oC -54 oC MAXIMUM TRIP CURVE = courbe de déclenchement maximale -54 oC +25 oC TRIP BAND = bande de déclenchement +25 oC Series & Low Level Arc Range = Plage de l’arc de niveau bas et de l’arc série 165  % 138  % 165  % 138   % Temps de déclenchement en secondes Courbe temps-courant type de surcharge thermique qui montre les plages de l’amorçage d’un arc

6 Avionique DISJONCTEURS D’ARC ÉLECTRIQUE
Comment ça fonctionne? La technologie AFCI surveille les circuits électriques afin de détecter l’amorçage d’un arc qui pourrait indiquer la présence de conditions de câblage dangereuses pouvant causer un incendie ou arrêter le fonctionnement d’un circuit électrique. Le disjoncteur d’arc 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 d’autre équipement. Des essais en laboratoire ont démontré que les disjoncteurs AFCI détectent un arc et se déclenchent plus rapidement que les disjoncteurs d’aéronef. Ils sont nettement plus rapides pour détecter l’amorçage d’un arc dans le câblage d’aéronef.

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

8 Avionique DISJONCTEURS D’ARC ÉLECTRIQUE
Courant d’arc Tension d’arc Amorce d’arc Détection d’arc Circuit ouvert

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CONCEPTION On a identifié un certain nombre de conditions indésirables qui peuvent causer l’amorçage d’un arc. L’algorithme de détection d’arc électrique devrait être en mesure de les détecter. Ces conditions peuvent se manifester dans l’amorçage d’un arc entre des conducteurs parallèles, vers la masse ou en série le long du conducteur.

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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 l’impédance de la source de tension, du câble et de l’arc lui-même. En général, l’arc parallèle est plus dangereux que l’arc série. L’énergie dégagée par l’arc parallèle est nettement plus élevée, les températures générées dépassant les 10 000 oF. L’arc peut causer la pyrolyse ou la carbonisation de l’isolant, ce qui crée des chemins carbonisés conducteurs et expose du métal chaud qui risque d’entrer 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 l’intérieur d’un câble peuvent aussi causer un arc série. L’énergie produite par un arc série est nettement moins élevée que celle produite par un arc parallèle. L’arc série est particulièrement perfide parce que le courant d’arc demeure bien au-dessous des valeurs de la courbe de déclenchement du disjoncteur d’aéronef de spécification militaire. Ces arcs causent des chutes de tension de la charge et l’échauffement du câble, des broches et des douilles ou des cosses. Cet échauffement peut causer la défaillance des composants et peut être source d’inflammation.

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Câbles endommagés favorables à l’amorçage d’un arc Disjoncteur grillé en raison d’échauffement extérieur dû à une vis-borne mal serrée

12 Avionique DISJONCTEURS D’ARC ÉLECTRIQUE
Surchauffe due à un raccordement de bornes mal serré

13 Avionique DISJONCTEURS D’ARC ÉLECTRIQUE
Validation de concept Simulation de raccordement de bornes mal serré Essai de la guillotine ou essai de contact ponctuel Simulation de chemin carbonisé Simulation d’un arc en milieu humide ou en présence de gouttes d’eau salée

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Disjoncteur AFCI déclenché avec indication d’arc électrique Disjoncteur thermique MS 3320 Disjoncteur AFCI déclenché avec indication de surcharge thermique

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Câble C Câble no 3 Disjoncteur AFCI déclenché par un arc en milieu humide Disjoncteur thermique 10 A déclenché 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 d’arc électrique.

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Avantages des disjoncteurs d’arc électrique Les disjoncteurs d’arc électrique sont un moyen simple d’atténuer les effets de l’amorçage d’un arc électrique avant que l’arc ne prenne des proportions graves, empêchant que les faisceaux de câbles électriques ne soient endommagés à un niveau qui pourrait être catastrophique. Les disjoncteurs d’arc électrique limitent l’énergie de l’arc, réduisant ainsi les risques d’inflammation des matériaux à proximité (isolant de câble, peluches, liquides de nettoyage, etc.) et d’incendie et de dégagement de fumée qui pourraient en résulter. Un disjoncteur d’arc électrique déclenché identifie le câble sur lequel l’arc s’est produit.

17 Avionique DISJONCTEURS D’ARC ÉLECTRIQUE
SUJETS DE PRÉOCCUPATION Les prototypes actuels de disjoncteurs d’arc électrique ne permettent pas la surveillance de leur état de fonctionnement. En l’absence d’une indication d’état, il est peut-être nécessaire d’avoir certains programmes de surveillance des disjoncteurs pour confirmer que ces derniers sont pleinement opérationnels. Le taux de déclenchement des disjoncteurs d’arc électrique comparé à celui des disjoncteurs thermiques. Après l’installation des disjoncteurs d’arc électrique, le taux de déclenchement sera plus grand qu’avec les disjoncteurs thermiques. Le problème de déterminer l’emplacement de l’arc électrique le long du circuit.

18 Avionique DISJONCTEURS D’ARC 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 d’un algorithme robuste capable : de fournir une réponse rapide à l’amorçage d’arcs électriques; d’éviter les déclenchements intempestifs; de distinguer entre les signatures de charge en régime normal ou en régime transitoire et l’amorçage d’un arc électrique; de détecter l’amorçage d’un arc électrique malgré la présence de charges agissant comme un masque; de rester « immunisé » contre les filtres, le brouillage électromagnétique, le phénomène de diaphonie et d’autres types de « bruit » de circuit; de détecter les arcs électriques de niveau bas. Un grand nombre de questions doivent être abordées pour satisfaire aux exigences relatives à l’installation 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 d’aéronef.

19 Avionique DISJONCTEURS D’ARC 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 d’arc 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 d’une norme de l’industrie sur les spécifications de fonctionnement minimales visant les disjoncteurs d’arc électrique. Préparation par la FAA de normes techniques (TSO) et d’une circulaire consultative parallèlement aux activités de SAE. Adoption de la politique de la FAA ou publication d’une circulaire consultative au Manuel de navigabilité par Transports Canada, si c’est nécessaire.

20 Avionique DISJONCTEURS D’ARC ÉLECTRIQUE
Période de questions