Диссертация (Транзисторное устройство защиты авиационных систем распределения электроэнергии от аварийных электрических разрядов), страница 12

Недостатки методов – ложные отключения нагрузокпри наличии в системе процессов, схожих с дугой: неаварийных дуговыхразрядов, работе коллекторных электродвигателей, неустойчивой работеИВЭ РЭА, а также в условиях электромагнитных наводок из цепей,содержащих дугу.Характерные признаки дуги перечислены в главе 1: наличие интенсивного широкополосного шума; хаотические и одновременные изменения параметров шума; рекурсивность; сплошной непрерывный спектр шума.Оценим эффективность методов, базирующихся на обнаруженииперечисленныхинекоторыхдругихпризнаковдугивусловияхнизковольтных авиационных СЭС.4.1Свойстванизковольтныхавиационныхэлектросетейипотребителей их энергии.При выборе метода индикации дуги приходится учитывать свойствасети конкретного объекта и свойства электрических нагрузок системы.

Нижеперечислены типовые нагрузки традиционных низковольтных авиационныхсистем электроснабжения: нерегулируемые резистивные нагрузки систем освещения и обогревас нелинейными сопротивлениями;80 нерегулируемыеиндуктивно-резистивныенагрузки(электромагнитные механизмы и мощные контакторы); нерегулируемые электродвигательные механизмы с коллекторнымиэлектродвигателями постоянного тока; радиоэлектроннаяаппаратурасвнутреннимиисточникамивторичного электропитания различных поколений, содержащими LCфильтры с различной удельной реактивной мощностью; нерегулируемые вентиляторы с приводом от бесколлекторныхэлектродвигателей постоянного тока (БДПТ); импульсно-периодическиенагрузкисчастотамиповторенияимпульсов 0,5…400 Гц;С появлением на борту транзисторной коммутационно-защитнойаппаратуры и полупроводниковых центров управления нагрузками возникаетвозможность возложить на транзисторные АЗК дополнительные функциинесложного широтно-импульсного управления некоторыми нагрузками: обогревателями кабин и стёкол на частотах 15…30 Гц; устройствами освещения с лампами накаливания и светодиодами начастотах 80…120 Гц; регуляторами насосов и вентиляторами на частотах 30…200 Гц.Кроме свойств нагрузок необходимо учитывать влияние сетевых помех[46]: увеличения и уменьшения сетевых напряжений в переходныхрежимах СЭС (продолжительностью до 0,1 секунды в нормальных идо одной секунды в ненормальных режимах); пульсаций напряжения сети в диапазоне частот 0,01…15 кГц смаксимальной амплитудой до 2 В; импульсных напряжений с максимальной амплитудой до ± 600 В,продолжительностью до 10 мкс и высокочастотным наполнением;81 неаварийныхконтактнойдуговыхразрядов,аппаратуры,возникающихпродолжительностьюприработевдесяткимиллисекунд; «перекрёстных» помех из соседних проводов общего жгута; импульсов напряжений, наводимых молниями; обесточивания исправных фидеров на время ликвидации аварий вмагистральных цепях со временем перерыва в питании до 7 секунд; воздействиянапряжениямизвуковогодиапазонавцепиэлектропитания в ходе проверок оборудования на устойчивость ккондуктивным помехам.Рассмотрим вначале нормированные помехи.I ,mA/A46,718,76,70,1110f,кГцРис.

4.1. Допустимый уровень помех в системах постоянного токанапряжением 27 В.На рис. 4.1 приведена зависимость допустимого уровня помех(действующие значения) от частоты помех в системах электропитанияпостоянным током при номинальном напряжении 27 В (ГОСТР 54073-2010),пересчитанная к одному амперу номинального тока нагрузки. Уровень помехопределяют в основном два фактора: пульсации на выходе трансформаторновыпрямительных блоков и наличие высших гармоник в первичномнапряжении переменного тока.

Выпрямление переменного напряжения счастотой 400 Гц традиционно осуществляется двумя трёхфазными мостамиот обмоток трёхфазного трансформатора со сдвигом в 30 электрическихградусов ипоэтому частота пульсацийвыпрямленногонапряжения82оказывается в 12 раз выше основной частоты, которая в свою очередь можетбыть стабилизированной, либо переменной (360….800 Гц). Может иметьместо также модуляция основной частоты низкой частотой до 4 Гц из-закрутильных колебаний приводных валов генераторов. Наличие в спектренапряжения сети помех в области частот ниже 400 Гц можно объяснитьвлиянием других устройств с циклическим режимом работы, в частностиимпульсно-периодических нагрузок.

В диапазоне частот 1…15 кГц уровеньпомех, приведённый к амперу тока, соизмерим с уровнем пульсаций токадуги и поэтому может существенно осложнить её индикацию. Напротив, вдиапазоне частот 10…200 Гц уровень помех в 4…10 раз меньше типовыхпульсаций в токе дуги, что казалось бы, даёт возможность исключить ихвлияние низкочастотными фильтрами и пороговыми устройствами. Однакоздесь дополнительно следует принять во внимание нормативы на уровеньпомех,искусственноэлектромагнитнуючастотногосоздаваемыхсовместимость.распределенияприНаиспытанийрис.4.2испытательногоустройствприведенауровнянадиаграммапомехзвуковогодиапазона по данным КТ-160В [47].

В диапазоне частот 10…200 Гц уровеньпомехи оказывается соизмеримым с пульсациями тока дуги. Попыткаиспользовать диапазон выше 15 кГц также оказывается несостоятельной,поскольку наряду со значительным уменьшением помехи ослабляются ипульсации тока дуги. Так, например, на частоте 100 кГц уровни помехи ипульсаций дуги составляют соответственно 0,33 мА/А и 0,15 мА/А.I ,mA/A133,353,3200,130,20,115110200100f,кГцРис. 4.2. Испытательный уровень помех в системах постоянного токанапряжением 27 В.83Рассмотримтеперьнормированныепомехи,возникающиеприотключении индуктивных нагрузок контактными устройствами.На рис.4.3 приведен график огибающей высокочастотного напряженияимпульсной помехи.

Процесс начинается с отрицательной полуволнынапряжения в соответствии со знаком ЭДС самоиндукции, возникающей назажимах отключаемой индуктивной нагрузки. При контактном отключениимежду контактами возникает дуга, а процесс приобретает колебательныйхарактер. Несмотря на ограничение по внутреннему сопротивлениюисточника перенапряжения (50 Ом), сила тока в начальной фазе процессаможет составить 12 А, а сам процесс представляет угрозу безопасностиэлектронных устройств. Между тем существует возможность его полнойликвидации с помощью диода, включённого катодом к распределительнойшине. Исследования, проведённые авторами совместно со специалистамиавиационной промышленности в 1980…1987 годах на стендах авиационныхСЭС подтвердили действенность этого способа.UАМПЛ,В600110100500t,мкс-600Рис.

4.3. График импульсной помехи в авиационных СЭС.Отклонения питающего напряжения в переходных режимах СЭСнормируютсяГОСТР54073-2010.Переходныережимыцепейэлектропитания чаще всего возникают при резких изменениях нагрузкисистемы. Сплошная кривая на рис. 4.4 иллюстрирует переходную формукривой напряжения в сети 27 В при включении мощной нагрузки. Заотносительно резким спадом напряжения в миллисекундном диапазоне84следует колебательный процесс, заканчивающийся по нормам ГОСТ за 0,1 св нормальных режимах и за 1 с – в ненормальных.

Кривая пунктиромсоответствует процессу отключения мощной нагрузки. Максимальныенапряжения при отключении нагрузок могут достигать 80 В, минимальныенапряжения при включении нагрузок могут составлять 10…12 В.Uc,B2701t, cРис. 4.4. Переходные отклонения напряжения в сети 27 В прикоммутации мощной нагрузки.При испытаниях аппаратуры, предназначенной для установки наавиационный борт, реальные переходные напряжения сети, приведённые нарис.4.4,заменяютсяиспытательнымицикламивсоответствиисруководством КТ-160. Циклы состоят из ряда последовательных воздействийимпульсами напряжения сети прямоугольной формы с вариацией ихамплитудыипродолжительности.Амплитудаипродолжительностьимпульсов синтезируется из реальных кривых. Метод синтеза был изложен в«Приложении» к однойиз раннихверсийстандарта на качествоэлектропитания в авиационных системах.Поскольку реальныеииспытательные напряжениянеподобны,приходится проектировать любую новую аппаратуру, предназначенную дляустановки в традиционные системы, с учётом обоих видов воздействиясетевыми переходными напряжениями.

Таблица 4.1 обобщает свойстванагрузок и сети, затрудняющие индикацию аварийных дуговых разрядов.85Таблица 4.1Признакиаварийной дугиИсточники помехАвар. Неавар.Пульсации Импульс. Перех.КДПТИВЭ ИПН ШИМдуга дугисетипомех проц.Изменение+++–––+–среднего токаРезкий спад тока+++–++++Наличие шума в++++++++токеШирокий спектр++++++++шумаРекурсивность+++–––––Хаотичностьразмаха+++–––––пульсаций токаХаотичностьинтервалов+++–––––пульсаций токаПродолжительное+–++––++действиеСвойства нагрузок и сети, затрудняющие индикацию аварийных дуговых–+++–––+разрядов.Анализ данных таблицы позволяет наметить способы ликвидацииложных срабатываний защиты при кратковременных помехах: введение задержек срабатывания защиты, начиная от моментавключения АЗК на время, достаточное для завершения пусковыхпроцессов в нагрузках; введение задержек срабатывания защиты, либо блокировок поуровням в переходных режимах СЭС; выбор интервала индикации дуги более продолжительным, нежеливремя коротких неаварийных дуговых процессов; использование циклических алгоритмов индикации.Приняв во внимание наличие перечисленных средств борьбы скратковременными сетевыми помехами, оценим применимость основныхметодов индикации последовательной дуги в авиационных условиях.864.2.