atelier sur lavionique ottawa (ontario) 2004 ahmed el goueli

Atelier sur lrsquoavionique Ottawa (Ontario) 2004

Ahmed El Goueli

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Avionique DISJONCTEURS DrsquoARC EacuteLECTRIQUE

La question de la seacutecuriteacute du cacircblage dans les aeacuteronefs a fait lrsquoobjet de beaucoup drsquoattention au cours des derniegraveres anneacutees en particulier suite aux regrettables trageacutedies des vols TWA 800 et Swissair 111 Agrave la suite de ces incidents et compte tenu drsquoautres preacuteoccupations les constructeurs de mateacuteriel (OEM) les organismes de reacuteglementation et lrsquoarmeacutee ont deacutecideacute de srsquooccuper de la seacutecuriteacute du cacircblage Cette question est examineacutee par le Comiteacute consultatif sur la reacuteglementation relative aux systegravemes de transport vieillissants (Aging Transport Systems Rulemaking Advisory Committee [ATSRAC])

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Protection contre les arcs eacutelectriques

1048766 Seacutelection des cacircbles

1048766 Installation des cacircbles

1048766 Entretien des cacircbles

1048766 Disjoncteur drsquoarc eacutelectrique

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Deacutefinition

Les disjoncteurs ont toujours eacuteteacute consideacutereacutes comme la meilleure protection disponible pour le cacircblage en aeacuterospatiale Ces interrupteurs de circuit protegravegent le cacircblage des aeacuteronefs de la surchauffe voire de la fusion Pendant lrsquoamorccedilage drsquoun arc les courants creacuteeacutes sont souvent peu intenses et de courte dureacutee et ils sont infeacuterieurs aux valeurs de la courbe temps-courant de surcharge conccedilue pour les disjoncteurs

Le disjoncteur de deacutefaut darc (AFCI) est un dispositif qui protegravege des effets des arcs eacutelectriques Il reconnaicirct les caracteacuteristiques uniques agrave lrsquoamorccedilage drsquoun arc et coupe lrsquoalimentation du circuit lorsqursquoun arc eacutelectrique est deacutetecteacute

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Temps de deacuteclenchement en secondes

Courbe temps-courant type de surcharge thermique qui montre les plages de lrsquoamorccedilage drsquoun arc

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Comment ccedila fonctionne

La technologie AFCI surveille les circuits eacutelectriques afin de deacutetecter lrsquoamorccedilage drsquoun arc qui pourrait indiquer la preacutesence de conditions de cacircblage dangereuses pouvant causer un incendie ou arrecircter le fonctionnement drsquoun circuit eacutelectrique

Le disjoncteur drsquoarc eacutelectrique (AFCB) se deacuteclenche en cinq millisecondes environ ce qui diminue de beaucoup les risques de dommages au reste du cacircblage agrave la structure ou agrave drsquoautre eacutequipement

Des essais en laboratoire ont deacutemontreacute que les disjoncteurs AFCI deacutetectent un arc et se deacuteclenchent plus rapidement que les disjoncteurs drsquoaeacuteronef Ils sont nettement plus rapides pour deacutetecter lrsquoamorccedilage drsquoun arc dans le cacircblage drsquoaeacuteronef

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CONCEPTION

Un algorithme AFCI robuste ne devrait pas se fier au niveau du courant pour deacuteterminer srsquoil y a amorccedilage drsquoun arc Il devrait ecirctre capable de reconnaicirctre lrsquoamorccedilage drsquoun arc drsquoapregraves le contenu du signal

Le disjoncteur de deacutefaut darc (AFCI) doit ecirctre conccedilu pour

1 pouvoir distinguer une grande varieacuteteacute de caracteacuteristiques de charge en reacutegime permanent normal ou en reacutegime transitoire2 pouvoir distinguer les conditions de charge en reacutegime permanent normal ou en reacutegime transitoire 3 ecirctre emboicircteacute dans un dispositif inteacutegreacute et pouvoir remplacer les disjoncteurs en place ou ecirctre installeacute conjointement avec eux

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Amorce drsquoarc

Courant drsquoarc

Circuit ouvertDeacutetection drsquoarc

Tension drsquoarc

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CONCEPTION

On a identifieacute un certain nombre de conditions indeacutesirables qui peuvent causer lrsquoamorccedilage drsquoun arc Lrsquoalgorithme de deacutetection drsquoarc eacutelectrique devrait ecirctre en mesure de les deacutetecter Ces conditions peuvent se manifester dans lrsquoamorccedilage drsquoun arc entre des conducteurs parallegraveles vers la masse ou en seacuterie le long du conducteur

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Arc parallegravele

Un arc parallegravele est un arc qui se produit entre deux cacircbles ou entre un cacircble et une structure Le courant produit est limiteacute par lrsquoimpeacutedance de la source de tension du cacircble et de lrsquoarc lui-mecircme En geacuteneacuteral lrsquoarc parallegravele est plus dangereux que lrsquoarc seacuterie Lrsquoeacutenergie deacutegageacutee par lrsquoarc parallegravele est nettement plus eacuteleveacutee les tempeacuteratures geacuteneacutereacutees deacutepassant les 10 000 oF Lrsquoarc peut causer la pyrolyse ou la carbonisation de lrsquoisolant ce qui creacutee des chemins carboniseacutes conducteurs et expose du meacutetal chaud qui risque drsquoentrer en contact avec des mateacuteriaux inflammables

Arc seacuterie

Un arc seacuterie peut ecirctre causeacute par la corrosion dans les connexions broche-douille ou par des connexions mal serreacutees en seacuterie avec les charges eacutelectriques Des cosses mal serreacutees des fiches eacutelectriques mal brancheacutees ou endommageacutees et des fils conducteurs (torons) deacutechireacutes agrave lrsquointeacuterieur drsquoun cacircble peuvent aussi causer un arc seacuterie Lrsquoeacutenergie produite par un arc seacuterie est nettement moins eacuteleveacutee que celle produite par un arc parallegravele Lrsquoarc seacuterie est particuliegraverement perfide parce que le courant drsquoarc demeure bien au-dessous des valeurs de la courbe de deacuteclenchement du disjoncteur drsquoaeacuteronef de speacutecification militaire Ces arcs causent des chutes de tension de la charge et lrsquoeacutechauffement du cacircble des broches et des douilles ou des cosses Cet eacutechauffement peut causer la deacutefaillance des composants et peut ecirctre source drsquoinflammation

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Cacircbles endommageacutes favorables agrave lrsquoamorccedilage drsquoun arc

Disjoncteur grilleacute en raison drsquoeacutechauffement exteacuterieur ducirc agrave une vis-borne mal serreacutee

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Surchauffe due agrave un raccordement de bornes mal serreacute

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Validation de concept

1 Simulation de raccordement de bornes mal serreacute

2 Essai de la guillotine ou essai de contact ponctuel

3 Simulation de chemin carboniseacute

4 Simulation drsquoun arc en milieu humide ou en preacutesence de gouttes drsquoeau saleacutee

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Disjoncteur AFCI deacuteclencheacute avec indication de surcharge thermique

Disjoncteur AFCI deacuteclencheacute avec indication drsquoarc eacutelectrique

Disjoncteur thermique

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Cacircble C Cacircble no 3

Disjoncteur thermique 10 A deacuteclencheacute Disjoncteur AFCI deacuteclencheacute par un arc en milieu humide

Figure 1 Eacutechantillons de cacircble en polyimide soumis agrave un arc en milieu humide Deux fissures radiales ont eacuteteacute faites agrave 025 po de distance et plusieurs gouttes de solution saline ont eacuteteacute deacuteposeacutees sur les fissures lorsque le systegraveme eacutetait alimenteacute par une tension triphaseacutee de 115 V400 Hz Le cacircble agrave gauche montre des dommages types dans le cas des disjoncteurs thermiques actuels et le cacircble agrave droite montre des dommages types dans le cas de protection par un disjoncteur drsquoarc eacutelectrique

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Avantages des disjoncteurs drsquoarc eacutelectrique

1 Les disjoncteurs drsquoarc eacutelectrique sont un moyen simple drsquoatteacutenuer les effets de lrsquoamorccedilage drsquoun arc eacutelectrique avant que lrsquoarc ne prenne des proportions graves empecircchant que les faisceaux de cacircbles eacutelectriques ne soient endommageacutes agrave un niveau qui pourrait ecirctre catastrophique

2 Les disjoncteurs drsquoarc eacutelectrique limitent lrsquoeacutenergie de lrsquoarc reacuteduisant ainsi les risques drsquoinflammation des mateacuteriaux agrave proximiteacute (isolant de cacircble peluches liquides de nettoyage etc) et drsquoincendie et de deacutegagement de fumeacutee qui pourraient en reacutesulter

3 Un disjoncteur drsquoarc eacutelectrique deacuteclencheacute identifie le cacircble sur lequel lrsquoarc srsquoest produit

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SUJETS DE PREacuteOCCUPATION

1 Les prototypes actuels de disjoncteurs drsquoarc eacutelectrique ne permettent pas la surveillance de leur eacutetat de fonctionnement En lrsquoabsence drsquoune indication drsquoeacutetat il est peut-ecirctre neacutecessaire drsquoavoir certains programmes de surveillance des disjoncteurs pour confirmer que ces derniers sont pleinement opeacuterationnels

2 Le taux de deacuteclenchement des disjoncteurs drsquoarc eacutelectrique compareacute agrave celui des disjoncteurs thermiques Apregraves lrsquoinstallation des disjoncteurs drsquoarc eacutelectrique le taux de deacuteclenchement sera plus grand qursquoavec les disjoncteurs thermiques

3 Le problegraveme de deacuteterminer lrsquoemplacement de lrsquoarc eacutelectrique le long du circuit

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Reacutesumeacute Pendant que le deacuteveloppement technologique se poursuit pour les applications de types ca et cc la technologie AFCI pour aeacuteronef a besoin drsquoun algorithme robuste capable

1 de fournir une reacuteponse rapide agrave lrsquoamorccedilage drsquoarcs eacutelectriques

2 drsquoeacuteviter les deacuteclenchements intempestifs

3 de distinguer entre les signatures de charge en reacutegime normal ou en reacutegime transitoire et lrsquoamorccedilage drsquoun arc eacutelectrique

4 de deacutetecter lrsquoamorccedilage drsquoun arc eacutelectrique malgreacute la preacutesence de charges agissant comme un masque

5 de rester laquo immuniseacute raquo contre les filtres le brouillage eacutelectromagneacutetique le pheacutenomegravene de diaphonie et drsquoautres types de laquo bruit raquo de circuit

6 de deacutetecter les arcs eacutelectriques de niveau bas

Un grand nombre de questions doivent ecirctre abordeacutees pour satisfaire aux exigences relatives agrave lrsquoinstallation et agrave la protection des reacuteseaux de cacircblage sur les aeacuteronefs commerciaux et militaires De plus les exigences relatives aux niveaux de deacutetection et au rendement doivent ecirctre telles que les nouveaux produits offrent une fonction de protection des circuits reacuteellement ameacutelioreacutee dans le reacuteseau de cacircblage drsquoaeacuteronef

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Proceacutedure agrave Transports Canada

En attendant un stade plus avanceacute de deacuteveloppement de produit on traite des projets speacutecifiques au Canada qui utilisent des disjoncteurs drsquoarc eacutelectrique dans des documents de fond Ces documents clarifient les critegraveres et la politique de Transports Canada pour assurer la conformiteacute attendue par rapport aux regraveglements applicables

Prochaines eacutetapes importantes

bull Eacutelaboration par un comiteacute de SAE drsquoune norme de lrsquoindustrie sur les speacutecifications de fonctionnement minimales visant les disjoncteurs drsquoarc eacutelectrique bull Preacuteparation par la FAA de normes techniques (TSO) et drsquoune circulaire consultative parallegravelement aux activiteacutes de SAEbull Adoption de la politique de la FAA ou publication drsquoune circulaire consultative au Manuel de navigabiliteacute par Transports Canada si crsquoest neacutecessaire

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Peacuteriode de questions

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La question de la seacutecuriteacute du cacircblage dans les aeacuteronefs a fait lrsquoobjet de beaucoup drsquoattention au cours des derniegraveres anneacutees en particulier suite aux regrettables trageacutedies des vols TWA 800 et Swissair 111 Agrave la suite de ces incidents et compte tenu drsquoautres preacuteoccupations les constructeurs de mateacuteriel (OEM) les organismes de reacuteglementation et lrsquoarmeacutee ont deacutecideacute de srsquooccuper de la seacutecuriteacute du cacircblage Cette question est examineacutee par le Comiteacute consultatif sur la reacuteglementation relative aux systegravemes de transport vieillissants (Aging Transport Systems Rulemaking Advisory Committee [ATSRAC])

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