Лекция 2.3. Раздел 2. Бортовая электрическая сеть воздушного

Лекция 2.3. Раздел 2. Бортовая электрическая сеть воздушного судна.
Тема 2.3. Защита и резервирование бортовой электрической сети ВС.
План лекции:
1. Аппараты тепловой защиты.
2. Защита фидеров потребителей.
3. Защита шин распределительных устройств постоянного тока.
4. Блокировка аккумуляторных батарей и аэродромного питания.
5. Автоматическое резервирование электрических сетей постоянного тока.
Литература:
[5] с. 473-518
1
В целях обеспечения надежной работы системы электроснабжения ВС применяется
целый ряд аппаратов защиты, автоматически отключающих поврежденные участки сети,
поврежденные источники или потребители и этим обеспечивающих нормальную работу
остальной сети и бесперебойность электроснабжения исправных потребителей. Потребители
должны отключаться аппаратами защиты только в тех случаях, когда дальнейшая работа
может привести к выходу их из строя. Некоторые особо важные потребители требуют
повышенной надежности электроснабжения, что может достигаться их питанием по
нескольким линиям с различных сторон. В таких случаях также требуются особые виды
защиты, которые отключали бы только аварийную линию. В применении особых видов
защиты требует также питательная и первичная распределительная сети, несиправность
которых может привести к прекращению электроснабжения всех потребителей.
Наиболее распространенным видом защиты, которая применяется в системах
электроснабжения ВС, является тепловая - отключающая защищаемый объект в тех случаях,
когда его температура приближается к предельно допустимой. Однако эта защита имеет
большое время срабатывания. Аварийный режим в этих случаях успевает за время
срабатывания защиты настолько разрастись, что совершенно выводит из строя защищаемый
объект, а иногда и питающую линию. Поэтому для мощных объектов целесообразно
применять иногда, кроме тепловх, и другие виды защитных устройств.
Рис.1. Плавкие предохранители.
Для защиты борсети ВС применяют следующие аппараты тепловой защиты:
1) плавкие предохранители (рис.1) — их принцип действия основан на том, что плавкая
вставка в предохранителе включается последовательно в защищаемую цепь и
нагревается проходящим током. Если ток в цепи превысит допустимую величину,
плавкая вставка нагревается до температуры плавления, плавится и разрывает цепь
(чем больше будет перегрузка плавкой вставки, тем быстрее она нагреется и тем
меньше будет время срабатывания предохранителя).
2) биметалические аппараты защиты (ЗАР, АЗС, АЗР — рис.2) — чувствительным
элементом в них является биметалическая пластинка, нагреваемая током нагрузки;
при нагревании биметалическая пластинка прогибается и, если ток нагрузки
превышает критическое значение, она освобождает отключающий механизм автомата,
происходит его срабатывание и цепь тока автоматически разрывается. Величина
прогиба биметаллической пластинки зависит от ее температуры, а последняя зависит
от величины и длительности прохождения тока. Следовательно, время отключения
автомата защиты зависит от величины и длительности прохождения тока.
Рис.2. Авиационные автоматы защиты
сети биметаллические.
2
Для защиты фидеров маломощных потребителей применяются простейшие схемы
(рис.3) с применением предохранителей 1 или тепловых автоматом защиты 3. Аппараты
защиты выбираются в соответствии с тепловыми характеристиками потребителей. В схемах
рис.3, а и рис.3, в с предохранителем или автоматом защиты типа ЗАС (защитный автомат
самолетный) в качестве аппарата управления должен применяться выключатель 2. В схеме с
автоматом защиты, имеющим ручное управление включением и отключением (рис.3,б),
последний одновременно выполняет функции аппарата управления (выключателя).
Рис.3. Простейшие принципиальные электрические схемы защиты фидеров маломощных
потребителей: 1- плавкий предохранитель, 2 — выключатель, 3 — тепловой автомат защиты, Д —
электродвигатели, П — потребитель.
Недостатком схемы с предохранителем является трудность или невозможность замены
его в полете и иногда несовпадение характеристик предохранителя и потребителя.
Защита фидеров мощных потребителей осуществляется обычно по схеме рис.4,а.
Мощный потребитель (например, электродвигатель Д) питается обычно от ближайшего к
нему распределительного устройства (РУ- 2) через предохранитель 2 и контакты контактора
К. Цепь управления такого потребителя (обмотка контактора К) питается обычно от другого
распределительного устройства (РУ-1), находящегося вблизи от членов экипажа. Питается
она через предохранитель 1 и выключатель 3. Предохранитель 1 выбирается
малоинерционный, а предохранитель 2 — в соответствии с характеристикой электодвигателя
обычно инерционный.
(а)
(б)
(в)
Рис.4. Простейшие принципиальные электрические схемы защиты фидеров мощных потребителей:
1 и 2- плавкие предохранители, 3 — выключатель, АЗ-1 — выносной тепловой автомат защиты, АЗ-2 —
встроенный тепловой автомат защиты, Д — электродвигатели, К — контактор, К1 и К2 — контакты
автоматов защиты АЗ-1 и АЗ-2, РУ-1 и РУ-2 — распределительные устройства, (в) ДР —
дифференциальное реле, К1 — контакты реле ДР.
Недостатком такой схемы является трудность замены предохранителей в полете.
Несколько лучшие результаты можно получить путем применения автоматов защиты и
предохранителей (рис.4,б). Эта схема отличается от предыдущей тем, что помимо
предохранителей, применяются два тепловых автомата защиты, которые размыкают свои
контакты при перегрузке и автоматически замыкают их, когда биметалл охлаждается ниже
определенной температуры. Автоматы выбираются таким образом, чтобы при малых
перегрузках работал автомат АЗ-2, при больших — АЗ-1. Предохранитель 2 в этой схеме
служит для защиты линии, питающей двигатель.
Схемы защиты на рис.4,а и б все же недостаточно быстро реагируют на повреждения
внутри защищаемого объекта. Поэтому до момента отключения двигателя повреждение
внутри его успевает настолько разрастись, что двигатель совершенно выходит из строя и во
многих случаях не может быть отремонтирован. В связи с этим для двигателей большой
мощности иногда целесообразно устранавливать специальную защиту от внутренних
повреждений, действующую почти мгновенно после возникновения аварии. Такой защитой
является дифференциальная (рис.4,в). Дифференциальное реле ДР имеет одинаковые
обмотки, действующие навстречу друг другу и обтекаемые током нагрузки. Если в двигателе
повреждения нет, тогда токи в этих обмотках одинаковы, результирующие ампервитки равны
нулю и реле не работает. В случае возникновения аварии внутри двигателя на корпус,
следовательно, часть тока внутри двигателя ответвится прямо на корпус и не попадет на
вторую обмотку ДР. За счет разницы ампервитков обмоток реле ДР сработает, контакты его
К1 разомкнутся и двигатель почти мгновенно будет отключен. Очевидно, если аварии внутри
двигателя нет, тогда при любом токе перегрузки реле ДР работать не будет.
Защита фидеров ответственных жизненно-важных
потребителей, является бесперебойность их питания. Для чего
необходимо
обеспечить
подвод
энергии
от
разных
распределительных устройств по нескольким линиям Тогда при
выходе из строя одной из линий питание потребителей будет
осуществляется по другим линиям. В качестве примера приведена
схема (рис.5.) с применением автоматического включения
резервной линии. Потребитель Д в нормальном режиме питается
по линии 1, так как при наличии на ней напряжения в автомате
включения резерва АВР правые контакты замкнуты. При аварии в
основной линии (обрыв, которкое замыкание) напряжение на
обмотке АВР исчезает и под действием пружины он замыкает
Рис.5.
левые контакты. В этом случае потребитель будет получать
питание по левой линии. В качестве АВР в таких схемах может быть использован обычный
переключающий контактор. Недостатком схемы с АВР является перерасход проводникового
материала и недостаточно надежная работа некоторых схем АВР при перемежающихся
котортких замыканиях.
3
Установка защиты источников электроэнергии первичной распределительной сети и
фидеров потребителей не решает до конца задачу обеспечения живучести системы
электроснабжения, если шины распределительных устройств остаются без защиты. При
кототком замыкании на них возможен выход из строя всей системы электроснабжения и
прекращение работы всех потребителей.
На рис. 6 приведены некоторые примеры возможных схем защиты шин
распределительных устройств. В схеме рис.6, а примененены поляризованные реле ПР1 и
ПР2, обмотки которых соеденены последовательно и включены между шинами достаточно
удаленных друг от друга РУ-1 и РУ-2. В нормальных условиях напряжения на шинах РУ-1 и
РУ-2 одинаковы и реле ПР-1 и ПР-2 не работают. При которком замыкании, например, на
шинах РУ-2, ток в обмотках поляризованных реле течет в направлении от РУ-1 к РУ-2,
срабатывает реле ПР-1 и, замыкая свои контакты, посылает сигнал на отключение линий,
питающих РУ-2. Недостатком такой защиты является возможность ложного срабатывания
при котортком замыкании в линии или на соседнем РУ, когда напряжение на шинах
кратковременно понижается.
(а)
(б)
Рис.6. Схемы защиты РУ.
В схеме импульсной защиты на рис.6,б все провода, присоединенные к шине РУ,
пропускаются сквозь ферромагнитный тороид, вторичная обмотка которого присоединяется к
реле. В нормальных условиях скорость изменения суммарного первичного тока всегда равна
нулю и защита не работает. При коротком замыкании на шинах РУ появляется импульс ЭДС
во вторичной обмотке тороида, срабатывает реле и посылает сигнал на отключение
питающих линий. Питание отключающей цепи осуществляется от конденсатора С, который в
нормальных условиях заряжается от шин через вентиль, а во время аварии этот вентиль
отделяет конденсатор от аварийной шины.
4
Вопрос блокировки бортовых аккумуляторных батарей и источников аэродромного
питания является вопросом их защиты, защиты сети и потребителей от аварийных
последствий включения при неправильной полярности. При включении бортовой
аккумуляторной батареи с неправильно полярностью на параллельную работу с
генераторами получаются броски тока, превышающие максимальный ток короткого
замыкания генератора. Обычно в таких случаях дифференциально-минимальное реле
генератора вступает в режим «звонка», который может закончиться привариванием контактов
контактора и выходом из строя генератора, а иногда и аккумуляторной батареи. Типовая
схема блокировки бортовых аккумуляторных батарей приведена на рис.7,а. При включении
аккумуляторной батареи с неправильной полярностью реле 2, поляризованное вентилем,
сработает и разорвет цепь включения контактора 3, что не даст возможность включить
батарею.
Блокировка
аэродромных
источников
электроэнергии
(постоянного
тока)
предотвращает включение их в бортовую сеть при неправильной полярности, а также не
допускает параллельного включения аэродромного источника и бортовой аккумуляторной
батареи во избежание разряда последней. Одна из схем включения аэродромного питания
приведена на рис.7,б. Аэродромный источник присоединеняется к бортовой сети с помощью
специального трехцепевого штепсельного разъема. Реле 5, поляризованное ветилем, при
неправильной полярности не замыкает свои контакты и не дает возможности включить
аэродромный источник в бортовую сеть. Реле 6 разрывает цепь включения бортовой
аккумуляторной батареи при включении аэродромного питания. Вилка штепсельного разъема
аэродромного питания имеет укороченный штырь вспомогательной цепи, благодаря чему
аэродромный источник может быть включен только тогда, когда главные цепи будут иметь
хороший контакт. По этой же причине, если розетку аэродромного питания выдернуть под
нагрузкой, то в процессе размыкания сначала разорвется вспомогательная цепь и
выключается реле 5 и контактор 2, а затем уже без нагрузки произойдет размыкание главных
контактов.
Принципы блокировки в других схемах, нашедших применение на ВС, остаются
примерно такими же. А для систем переменного тока имеют свои особенности.
Рис.7. Принципиальная электрическая схема (а) блокировки бортовой аккумуляторной батареи: 1выключатель, 2 — вспомогательное реле, 3-контактор, 4 - аккумуляторная батарея; (б) включения
аэродромного питания: 1 — ШРАП, 2 и 7 — контакторы, 5 и 6 — вспомогательные реле, 3 и 4 —
выключатели аэродромного питания и бортовой аккумуляторной батареи, 8 — бортовая аккумуляторная
батарея, В — вентиль.
5
Существующие виды защит первичных распределительных сетей неполностью
удовлетворяют требованиям бесперебойности электроснабжения, надежности, малого веса и
габаритов, простоты обслуживания и т.д., поэтому часто на ВС используют простейшую
защиту этих сетей с помощью плавких предохранителей, одновременно применяя
автоматическое включение резервного питания. В такой системе при аварии в основной сети
и прекращении подачи энергии к шинам распределительного устройства последние
автоматически переключаются на резервную сеть, чем обеспечивается бесперебойность
электроснабжения.
Рис.8. Схемы автоматического включения резерва: (а) без выдержки времени, (б) с выдержкой
времени.
Наиболее широкое применение получили две схемы автоматического включеия резерва,
приведенные на рис.8. Первая схема состоит из одного переключающего контактора, обмотка
которого присоединяется к основной сети. При наличия напряжения в основной сети
контактор замыкает нижние контакты и подает его на распределительное устройство РУ.
Если в основной сети происходит авария и напряжение падает почти до нуля, то контактор
отпускает, под действием пружины замыкаются верхние контакты, и распределительное
устройство получает питание от резервной сети. Схема (рис.8,а) хорошо работает в случае
металлического короткого замыкания в основной сети, однако при перемежающихся
коротких замыкания, когда напряжение то падает, то восстанавливается, контактор
осуществляет частые переключения, что нарушает нормальную работу потребителей и может
привести к выходу контактора из строя.
Лучшие результаты дает вторая схема (рис.8,б). В нее, кроме контактора К, входит
вспомогательное реле ВР и реле времени РВ. При наличии напряжения в основной сети
контакты реле ВР замкнуты, обмотка реле времени находится под током, цепь обмотки
контактора разомкнута и распределительное устройство получает питание через его врехние
контакты. Если в основной сети происходит авария и напряжение падает почти до нуля, то
контакты вспомогательного реле размыкаются и разрывают цепь обмотки реле времени.
Последнее по истечении выдержки времени (обычно порядка 0,3 сек.) замыкает свои верхние
контакты и подает напряжения на обмотку контактора, который, перекладываясь в нижнее
положение, включает распределительное устройство на питание от резервной сети.