Электрическая бортовая сеть: авиационные провода, аппаратура защиты и управления

1 2 3 4 5 6 7

ВВЕДЕНИЕ

Электрическую энергию на воздушных судах (ВС) применяют

для приведения в действие системы запуска авиадвигателя,

органов управления и специального оборудования, питания радиотех-

нических устройств, вычислительных и счетно-решающих машин,

электрических пилотажно-навигационных систем и приборов, для

наружного и внутреннего освещения и обогрева.

Электрооборудование современных ВС — сложный комплекс

различных приборов, машин и устройств. Элементы электрообору-

дования обладают большой эксплуатационной надежностью, име-

ют высокие технические показатели и обеспечивают высокое каче-

ство работы, постоянно готовы к действию, удобны в установке и

обслуживании, имеют сравнительно небольшую массу и габарит-

ные размеры.

Идея широкого использования электроэнергии на ВС была вы-

двинута нашим соотечественником, выдающимся электротехником и

изобретателем А. Н. Лодыгиным. В 1869 г. им был спроектирован

электролет с приводом двух воздушных винтов от электродвигате-

ля, питание которого предполагалось от специальных аккумуля-

торных батарей, предусматривалось и освещение в ночное время.

Впоследствии на самолетах начали устанавливать фары для

освещения взлетно-посадочной полосы. Установка светового обору-

дования позволила осуществить полеты в ночное время. В качест-

ве источников электроэнергии начали применять генераторы пере-

менного тока мощностью до 200 В-А с приводом от ветряного дви-

3гателя, работающего от встречного потока воздуха или от вала

авиадвигателя через ременную или цепную передачу.

Электрооборудование ВС по назначению отдельных его элемен-

тов подразделяют на три основные группы: 1) источники, преобра-

зователи электроэнергии и их пускорегулирующие устройства;

2) системы передачи и распределения электроэнергии; 3) потреби-

тели электроэнергии.

В первую группу входят: генераторы постоянного и переменно-

го токов; химические источники тока; преобразователи электриче-

ской энергии; выпрямители, трансформаторы, умножители напря-

жения и другие устройства; устройства для защиты генераторов

Состав второй группы включает в себя: электрическую сеть

(различные провода и жгуты); аппаратуру управления, защиты и

коммутации; аппаратуру распределительных устройств; монтаж-

но-установочное оборудование (разъемы, распределительные уст-

ройства, пульты и др.); контрольно-измерительную аппаратуру.

В третью группу входят: осветительные и светосигнальные уст-

ройства; электропривод (электродвигатели, электромагниты и дру-

гие устройства, предназначенные для приведения в действие раз-

личных исполнительных механизмов ВС); противообледенительные

и обогревательные устройства, холодильные установки; пусковые

устройства для запуска авиационных двигателей; установки авто-

матического управления, вычислительные машины; средства связи

и радиоаппаратура (навигационная и локационная); аппаратура

аэрофотосъемки; электроприборы; системы электрозажигания.

Бортовые системы электроснабжения ВС разделяются на пер-

вичные, вторичные и резервные (аварийные). Система электро-

снабжения называется первичной, если генераторы приводятся во

вращение маршевыми двигателями, вторичной—если электрическая

энергия в ней получается преобразованием электрической энергии

первичной системы. Резервной (аварийной) системой электроснаб-

жения называется такая, в которой электрическая энергия получа-

ется от резервных источников; аккумуляторных батарей, генерато-

ра с приводом от вспомогательной силовой установки или ветря-

ного двигателя.

Системы электроснабжения разделяются на следующие виды:

постоянного тока; переменного трехфазного (однофазного) токапостоянной частоты; переменного трехфазного (однофазного) тока

переменной частоты. Выбор той или иной системы обусловлен

многими факторами: назначением ВС, требованиями к качеству

электрической энергии, требованиям по надежности, удобством

эксплуатации, технико-экономическими показателями и др.

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ БОРТОВАЯ СЕТЬ: АВИАЦИОННЫЕ ПРОВОДА, АППАРАТУРА ЗАЩИТЫ И УПРАВЛЕНИЯ.

Электрооборудование ВС по назначению отдельных его элементов подразделяют на три основные группы:

1) источники, преобразователи электроэнергии и их пускорегулирующие устройства;

2) системы передачи и распределения электроэнергии;

3) потребители электроэнергии.

В первую группу входят: генераторы постоянного и переменного токов; химические источники тока; преобразователи электрической энергии; выпрямители, трансформаторы, умножители напряжения и другие устройства; устройства для защиты генераторов

от перенапряжений, перегрузок и обратных токов; устройства,

обеспечивающие равномерное распределение активных и реактивных мощностей между параллельно работающими генераторами;

регулирующая аппаратура, в которую входят регуляторы напряжения и частоты.

Состав второй группы включает в себя: электрическую сеть

(различные провода и жгуты); аппаратуру управления, защиты и

коммутации; аппаратуру распределительных устройств; монтажно-установочное оборудование (разъемы, распределительные устройства, пульты и др.); контрольно-измерительную аппаратуру.

В третью группу входят: осветительные и светосигнальные устройства; электропривод (электродвигатели, электромагниты и другие устройства, предназначенные для приведения в действие раз-

личных исполнительных механизмов ВС); противообледенительные

и обогревательные устройства, холодильные установки; пусковые

устройства для запуска авиационных двигателей; установки автоматического управления, вычислительные машины; средства связи

и радиоаппаратура (навигационная и локационная); аппаратура

аэрофотосъемки; электроприборы; системы электрозажигания.

Бортовые системы электроснабжения ВС разделяются на первичные, вторичные и резервные (аварийные). Система электро-

снабжения называется первичной, если генераторы приводятся во

вращение маршевыми двигателями, вторичной—если электрическая

энергия в ней получается преобразованием электрической энергии

первичной системы. Резервной (аварийной) системой электроснабжения называется такая, в которой электрическая энергия получается от резервных источников; аккумуляторных батарей, генератора с приводом от вспомогательной силовой установки или ветряного двигателя.

Системы электроснабжения разделяются на следующие виды:

постоянного тока; переменного трехфазного (однофазного) тока

постоянной частоты; переменного трехфазного (однофазного) тока

переменной частоты. Выбор той или иной системы обусловлен

многими факторами: назначением ВС, требованиями к качеству

электрической энергии, требованиям по надежности, удобством

эксплуатации, технико-экономическими показателями и др.

На всех летательных аппаратах широкое применение находит электрическая энергия. Достаточно указать, что мощность, потребная для одновременного приведения в действие электрооборудования современного тяжелого самолета, достигает нескольких сот киловатт, общая длина проводов — до 100 км, а общий вес — нескольких тонн.

Широкое применение электрической энергии вызвано тем, что ее легко передавать на расстояние и распределять между потребителями, легко преобразовывать в другой вид энергии, например в энергию тепла, света, механическую. Электропривод позволяет легко решать вопросы дистанционного управления и автоматизации, дает возможность бесступенчато и ступенями регулировать скорость электропередач в значительных диапазонах. Эксплуатационная живучесть проводки высокая, можно просто локализовать повреждения отдельных участков системы путем установки предохранителей.

Провод БПВЛ состоит из токоведущей жилы, изоляции из винипласта и хлопчатобумажной оплетки, покрытой лаком. Винипласт нерастворим в воде и плохо растворяется даже в самых лучших органических растворителях, не боится кислот и щелочей, обладает хорошими диэлектрическими свойствами и механической прочностью, на него не действуют бензин и смазочные масла, газы и растворы солей, он выдерживает температуру до 130°. Хлопчатобумажная оплетка, покрытая нитроцеллюлозным лаком, защищает основную изоляцию провода от воздействия окружающей среды. Пленки нитролаков механически прочны, имеют хороший блеск и устойчивы к действию влаги, масла, бензина и керосина.

Провода радиооборудования — экранированные, марки БПВЛЭ, имеют луженую медную оплетку, которая играет роль экрана, защищающего от внешних электрических помех и предохраняющего от механических повреждений.

Сечением провода называется суммарная площадь поперечного разреза токоведущей жилы. Выбор сечения провода зависит от тока нагрузки, протекающего по проводу.

Все провода объединены в жгуты и имеют буквенно-цифровую маркировку. Буква или индекс обозначает место расположения жгута, а цифра — его порядковый номер в своей группе по месторасположению. Маркировка Ц-1, Л-21 читается так: первый жгут центроплана, 21-й жгут кабины летчика. Маркировка наносится на жгуты металлическими или винипластовыми бирками через каждые 1,5—2 м.

Аппаратура защиты и управления, предназначенная для предохранения потребителей и участков электросети от перегрузок и последствий короткого замыкания, обеспечивает автоматическое отключение потребителя или поврежденного участка сети. Аппаратура защиты характеризуется избирательностью действия и чувствительностью.

Избирательность действия аппаратуры защиты необходима для того, чтобы обеспечить отключение только поврежденного участка, оставив включенными исправные участки сети. Критический ток аппаратов защиты, стоящих ближе к источнику электрической энергии, должен быть большим.

Под чувствительностью аппаратов защиты понимают их способность реагировать на небольшие длительные перегрузки, которые могут привести к опасным последствиям, но в то же время не реагировать на кратковременные значительные перегрузки, например на пусковые токи электродвигателей. Для выполнения этого требования должно быть выдержано соответствие тепловой характеристики защищаемого объекта и ампер-секундной характеристики аппарата защиты. Тепловой характеристикой защищаемого объекта, например электродвигателя, называется зависимость времени его нагрева до допустимой температуры от протекающего тока. Ампер-секундной характеристикой аппарата защиты называется зависимость времени его срабатывания от тока нагрузки (перегрузки). Качество защитного аппарата, а также пригодность его для защиты того или иного объекта в основном определяется его ампер-секундной характеристикой. Сравнивая характеристики различных предохранителей, можно сказать, что плавкие предохранители срабатывают через меньшее время, чем инерционные, т. е. автоматы защиты сети и инерционные предохранители обладают большей чувствительностью, чем плавкие предохранители. Аппарат защиты должен сработать раньше, чем может быть поврежден какой-либо элемент электрооборудования в защищаемой цепи. В самолетной сети применяются плавкие и инерционные предохранители и автоматы защиты сети.

Плавкие предохранители СП предназначены для защиты участков сети со спокойной нагрузкой. Плавкий предохранитель, показанный на рис., состоит из стеклянной трубки, в которую запаян плавкий элемент, представляющий легкоплавкий металл. Плавкие предохранители устанавливаются в цепях переменного тока и питания радиоустройств. Прохождение тока по плавкому элементу предохранителя сопровождается выделением тепла. Количество тепла пропорционально квадрату протекающего тока и времени. При определенном токе плавкий элемент плавится и разрывает цепь.

Рисунок 1. Плавкие предохранители

Инерционные предохранители (ИП) применяют в цепях с индуктивной нагрузкой (преобразователи, электродвигатели, генератор и т. д.). Инерционный предохранитель состоит из фибровой трубки, медного тела, нагревательного элемента (константановая калиброванная спираль), скобы, легкоплавкого припоя, пружины, оттягивающей скобу, латунной пластины, гипсового порошка и наконечников.

При небольших перегрузках нагревается калиброванная спираль, которая нагревает медное тело, обладающее большой теплоемкостью и тепловой инерцией. Когда медное тело нагревается до температуры плавления припоя, то припой расправляется и пружина оттягивает скобу от латунной пластины, цепь при этом размыкается. При кратковременной перегрузке предохранитель не срабатывает, так. как медное тело не успевает нагреться до температуры плавления, припоя. При коротком замыкании плавится латунная пластина.

Рисунок 2. Инерционные предохранители

Автоматы защиты сети являются предохранителями многократного действия и выполняют функции защитного аппарата и выключателя.

Чувствительным элементом АЗС является биметаллическая пластина, состоящая из двух слоев: инвара и хромомолибденоникелевой стали сваренных между собой по всей поверхности соприкосновения. Биметаллическая пластина при прохождении электрического тока нагревается и вследствие разности коэффициентов линейного теплового расширения изгибается. К биметалической пластине приварен уголок. Когда контакты замкнуты, то колодка находится в крайнем положении. Уголок входит в зацепление с фиксатором и удерживает возвратную пружину в сжатом состоянии, при этом можно замыкать и размыкать контакты вручную.