Prsentation PowerPoint

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

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• Protection contre les arcs électriques
• ?? Sélection des câbles
• ?? Installation des câbles
• ?? Entretien des câbles
• ?? Disjoncteur darc électrique

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• 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.

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165   138   
Temps de déclenchement en secondes
Courbe temps-courant type de surcharge thermique
qui montre les plages de lamorçage dun arc
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• 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.

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• 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 
• 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.

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Courant darc
Tension darc
Amorce darc
Circuit ouvert
Détection darc
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• 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.

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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 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 10 000 oF.
  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.

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Câbles endommagés favorables à lamorçage dun arc
Disjoncteur grillé en raison déchauffement
extérieur dû à une vis-borne mal serrée
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Surchauffe due à un raccordement de bornes mal
serré
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• Validation de concept
• Simulation de raccordement de bornes mal serré
• Essai de la guillotine ou essai de contact
  ponctuel
• Simulation de chemin carbonisé
• Simulation dun arc en milieu humide ou en
  présence de gouttes deau salée

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Disjoncteur AFCI déclenché avec indication darc
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 darc électrique.
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• Avantages des disjoncteurs darc électrique
• 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.
• 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.
• Un disjoncteur darc électrique déclenché
  identifie le câble sur lequel larc sest
  produit.

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• SUJETS DE PRÉOCCUPATION
• 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.
• 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.
• Le problème de déterminer lemplacement de larc
  électrique le long du circuit.

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• 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 
• de fournir une réponse rapide à lamorçage
  darcs électriques
• déviter les déclenchements intempestifs
• de distinguer entre les signatures de charge en
  régime normal ou en régime transitoire et
  lamorçage dun arc électrique
• de détecter lamorçage dun 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 dautres 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 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.

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• 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.

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• Période de questions