Значение систем электроснабжения для безопасности полетов

Основные технические требования, предъявляемые к системам электроснабжения

Классификация систем электроснабжения

СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ. НАЗНАЧЕНИЕ, ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ, КЛАССИФИКАЦИЯ

Необходимость непрерывного совершенствования летательных аппаратов и их бортового оборудования вызваны усложнением и расширением задач, решаемых авиацией. Это приводит к росту числа и мощности бортовых приемников электроэнергии, повышению требовании к надежности их электроснабжения электроэнергией высокого качества.

Организация электроснабжения приемников самолетов и вертолетов зависит от многих факторов (назначения и типа летательных аппаратов; требований к надежности электроснабжения, качеству электроэнергии и др.) и поэтому на них применяются различные типы систем электроснабжения.

Для работы многих приемников требуется электроэнергия как постоянного, так и переменного тока, вследствие этого на летательных аппаратах устанавливаются источники этих видов электроэнергии. В качестве основных источников электроэнергии используются генераторы постоянного и переменного тока. В ряде случаев на летательных аппаратах устанавливаются генераторы одного вида энергии, а ее преобразование в другой вид осуществляется с помощью трансформаторно-выпрямительных устройств, электромашинных или статических преобразователей.

Системами электроснабжения (СЭС) называют комплекс устройств, предназначенных для производства, передачи и распределения электрической энергии. К таким устройствам относят: генераторы, преобразователи рода тока; регуляторы напряжения и частоты; аппараты управления, защиты, контроля и сигнализации; аппараты включения на параллельную работу генераторов и равномерного распределения нагрузки между ними; совокупность устройств, обеспечивающих передачу электроэнергии от источников к приемникам; аккумуляторные батареи и др.

Систему электроснабжения можно разбить на две самостоятельные подсистемы, это можно выразить следующей формулой:

СЭС = СГЭЭ + СРЭЭ,

где: СГЭЭ – совокупность источников или преобразователей электроэнергии (ЭЭ), устройств стабилизации их напряжения и частоты, устройств параллельной работы, защиты, управления и контроля, обеспечивающих производство ЭЭ и поддержание характеристик в заданных пределах в точках регулирования при всех режимах работы системы;

СРЭЭ – совокупность устройств, передающих ЭЭ от СГЭЭ к распределительным устройствам (РУ) и от РУ к приемникам.

Известно много типов систем электроснабжения, их выбор при проектировании новых ЛА зависит от ряда факторов: назначения ЛА, установленной мощности и графика нагрузок, приемников постоянного и переменного тока, требований к качеству электроэнергии и т.д.

Бортовые системы электроснабжения обычно классифицируются по следующим признакам (рис. 1.1):

– по назначению;

– по виду источника энергии;

– по виду генерируемой электроэнергии;

– по уровню напряжения;

– по числу проводов системы распределения электроэнергии.

Исходя из назначения, системы электроснабжения подразделяют:

– на основные, источники электроэнергии которых, например генераторы каналов, питают все или большинство приемников в течение всего времени полета ВС;

– вспомогательные (резервные), источники электроэнергии которых обеспечивают питание ограниченного числа приемников при неработающих авиационных двигателях на земле или в воздухе, например генераторы, приводимые во вращение вспомогательной силовой установкой;

– аварийные, предназначенные для питания ограниченного числа жизненно важных приемников при отказе основных и резервных источников электроэнергии.

По виду источника энергии системы электроснабжения делят на первичные и вторичные.

К первичным системам относят те, генераторы которых приводятся во вращение непосредственно от редуктора авиационного двигателя или с помощью привода постоянной скорости.

К вторичным системам относят те, в которых производимая ими электроэнергия получается путем преобразования энергии первичной системы.

По роду генерируемой электроэнергии системы электроснабжения подразделяют на системы электроснабжения постоянного тока, системы электроснабжения переменного тока постоянной частоты и системы электроснабжения переменного тока переменной частоты. Системы электроснабжения переменного тока, в свою очередь, разделяют на трехфазные и однофазные.

По уровню напряжения, исходя из принятой шкалы номинальных напряжении генераторов, системы электроснабжения делят на системы напряжением 28,5; 37; 120; 208 В и т. д.

Рисунок 1.1 ‒ Классификация СЭС

В зависимости от числа проводов, используемых для передачи электроэнергии в бортовой электрической сети, системы электроснабжения делятся на однопроводные, двухпроводные, трехпроводные и т. д.

Название системе электроснабжения ВС обычно присваивается по типу ее первичной системы.

Установленное на ВС многочисленное оборудование, требующее для своего функционирования электрической энергии, по-разному влияет на боевую эффективность и безопасность полета. Это позволяет дифференцировать требования к надежности электроснабжения. Поэтому согласно ГОСТ 19702-89 все приемники электроэнергии условно разбивают на три группы (рис. 1.2):

– приемники 1-й категории, необходимые для завершения полета и безопасной посадки;

– приемники 2-й категории, обеспечивающие безопасное продолжение полета, выполнение задания и посадку;

– приемники 3-й категории, отказ которых не влияет на безопасность полета.

Рисунок 1.2 ‒ Приемники электроэнергии

Для обеспечения высокой надежности электроснабжения приемников 1-й категории они подключаются к шинам специальных распределительных устройств постоянного и переменного тока (аварийным шинам). Их схема коммутации предусматривает возможность подключения к источникам как первичных (вторичных), так и аварийных систем электроснабжения.

При эксплуатации систем электроснабжения возможно возникновение отказов. В ряде случаев они могут привести к тому, что система будет не в состоянии отдавать необходимую мощность, вследствие чего возникает необходимость отключения части приемников и перехода на электропитание от резервных или аварийных источников электроэнергии.

Учитывая указанную специфику работы системы электроснабжения ЛА, различают следующие режимы ее работы: нормальный, частичный, аварийный и ненормальный (рис. 1.3).

При нормальной работе системы ее элементы исправны и обеспечивается электроснабжение всех приемников, необходимых для выполнения полета.

К частичной работе системы относят режим ее работы в полете, при котором система не в состоянии отдавать необходимую мощность, вследствие этого происходит отключение части приемников, а питание остальных продолжается oт исправных источников первичных систем электроснабжения.

Аварийный режим работы системы обусловлен отказами, приводящими к отключению всех каналов и переходу к электроснабжению от аварийных источников электроэнергии только приемников 1-й категории.

Рисунок 1.3 ‒ Режимы работы СЭС

К ненормальной работе системы относят кратковременный режим работы, возникающий из-за внезапных отказов в системе (короткие замыкания, отказы аппаратов управления и регулирования, отключение части генераторов и др.). Режим ненормальной работы прекращается в случае отключения отказавших элементов аппаратами защиты. При этом обычно восстанавливается нормальная или частичная работа системы.

Технические требования, предъявляемые к системам электроснабжения, обычно подразделяют на две группы. К первой группе относят требования, характерные для всех систем авиационного оборудования, например указывающие на необходимость обеспечения максимальной надежности, высокой боеготовности и живучести, минимальной массы, малых эксплуатационных расходов, безопасности обслуживания, максимальной стандартизации и унификации, минимальной стоимости и т. д.

Ко второй группе требований относят те, которые определяют особенности функционирования системы, ее структуру, параметры качества электроэнергии и т. д.

Одним из основных документов при разработке технических заданий на проектируемую систему электроснабжения для конкретного типа ВС является ГОСТ 19705-89. Согласно этому ГОСТу на проектируемом ВС разрешается использовать следующие типы первичных и вторичных систем электроснабжения:

– переменного трехфазного тока постоянной частоты;

– постоянного тока.

В технически обоснованных случаях в виде исключения допускается использование первичной системы электроснабжения переменного трехфазного тока переменной частоты и вторичной системы переменного однофазного тока постоянной частоты.

Применяемые системы должны быть соединены с корпусом ВС:

– в трехфазных системах переменного тока – силовой нейтралью;

– в системе постоянного тока – минусовым проводом:

– в однофазной системе – одним из проводов.

При неэлектропроводящей конструкции ЛА допускается прокладка нулевого, минусового, обратного или общего провода.

Электроснабжение приемников должно обеспечиваться электроэнергией высокого качества.

К параметрам, характеризующим качество электроэнергии, относят:

– отклонения напряжения и частоты от номинальных значении в установившихся и переходных режимах работы системы при воздействии внешних возмущений (нагрузки, частоты вращения генераторов);

– длительность переходных режимов;

– модуляцию напряжения и частоты;

– форму кривой напряжения переменного тока;

– пульсацию напряжения постоянного тока.

Качество электроэнергии во многом определяется степенью неравномерности нагрузки фаз из-за неравномерного включения в сеть однофазных приемников. Поэтому однофазные приемники по возможности равномерно распределяют между фазами источника электроэнергии. Допустимая неравномерность нагрузки фаз при нормальной или частичной работе не должна превышать 5 % номинальной мощности канала.

Кроме перечисленных требований, системы электроснабжения должны:

– иметь необходимый срок службы;

– невысокую стоимость в производстве и эксплуатации;

– малое время для подготовки к действию;

– минимальные габариты и полетную массу;

– высокую контролепригодность, т. е. иметь возможность осуществления автоматического контроля, а также поиска неисправностей;

– быть удобными и безопасными в эксплуатации, малоуязвимыми (обладать высокой живучестью), унифицированными;

– не создавать помех в работе радиосвязного, радиолокационного, навигационного и другого оборудования;

– быть пожаробезопасным, т. е. при возникновении аварийных режимов не должны возникать условия, приводящие к недопустимому повышению температуры и пожару.

Надежностью функционирования систем электроснабжения в значительной степени предопределяется безопасность полетов. Это связано в первую очередь с тем, что работа всех ответственных агрегатов, в том числе и авиадвигателей, и органов управления ЛА, невозможна без потребления электрической энергии. Поскольку практически ни один комплекс авиационного оборудования, радиооборудования, вооружения и оборудования авиадвигателя не может работать без потребления электрической энергии, надежность систем электроснабжения должна быть выше надежности всех других систем ЛА. В целях повышения безопасности полетов на самолетах и вертолетах в соответствии с существующими требованиями должны предусматриваться две независимые системы электроснабжения. Для потребителей электрической энергии, без которых невозможно обеспечить безопасность полетов, необходимо предусматривать двух- и трехкратное резервирование питания.

Питание потребителей переменного тока в случае отказа обеих систем электроснабжения осуществляется от аварийной системы, источниками которой служат электромашинные или статические преобразователи. На некоторых типах самолетов в качестве аварийных источников устанавливаются автономные генераторы, приводимые во вращение от специальных воздушных турбин. Резервирование питания потребителей постоянного тока чаще всего осуществляется от химических источников тока.

Таким образом, система электроснабжения является наиболее универсальной и может быть использована для приведения в действие почти всех потребителей энергии на ЛА. Помимо универсальности система электроснабжения обладает следующими преимуществами:

– легко трансформируется в другие виды энергии, передача ее на расстояние осуществляется просто;

– позволяет максимально автоматизировать управление;

– дает возможность создавать системы с большой живучестью и высокой надежностью.

В связи с тем, что на современных типах ВС мощность приемников переменного тока стабильной частоты продолжает возрастать и поскольку 85 % приемников электроэнергии можно перевести на питание переменным током, в настоящее время все большее распространение получают системы электроснабжения переменного тока стабильной частоты.

Для обеспечения высоких требований к надежности электроснабжения приемников первичные (вторичные) системы электроснабжения должны состоять не менее чем из двух независимых каналов. При этом структура системы должна быть построена так, чтобы отказ любого из каналов не влиял на работоспособность остальных источников электрической энергии, т.е. на электроснабжение приемников.

Выполнение этих условий требует, чтобы число основных каналов системы электроснабжения было равно или кратно числу авиационных двигателей ВС.

Дата добавления: 2017-01-13