13. Автомат защиты от перенапряжения (азп)

Под перенапряжением понимают аварийный рост напряжения свыше 30÷31 В, происходящий из-за нарушений в работе регулятора напряжения (наиболее вероятны спекание угольного столба или обрыв цепи рабочей обмотки электромагнита). При росте напряжения в сети в 2÷2,5 раза согласно закона Ома во столько же возрастают токи во всех цепях, получающих это напряжение:

I = RU

Ввиду того, что на самолётах и вертолётах во всех электрических цепях сечение проводов выбирается минимально допустимым в соответствии с током в конкретной цепи, при увеличении фактически проходящего по проводу тока в 2÷2,5 раза количество тепловой энергии, выделяющейся на проводе, находится в квадратичной зависимости к току и составляет в 4÷6 раз больше расчётного, что может привести к обгоранию или оплавлению изоляции проводов, а затем – к короткому замыканию и пожару.

Для предотвращения подобных ситуаций на самолётах и вертолётах совместно с каждым генератором постоянного тока работает автомат защиты от перенапряжения (АЗП), который осуществляет контроль напряжения соответствующего генератора.

При росте Uген > 30÷31 В (для некоторых серий АЗП при Uген = 33 В) АЗП срабатывает и выполняет следующие функции:

- разрывает цепь включения генератора, что приводит к срабатыванию ДМР, как при отключении генератора с помощью его выключателя;

- расшунтирует резистор в цепи возбуждения генератора, что приводит к резкому уменьшению тока возбуждения и падению Uген < 10 В, то есть до единиц вольт;

- отключает данный генератор от цепи параллельной работы.

Состав АЗП (см. рис. 4.6.)

- Р1 – реле замедленного действия РЗД-М, – подключено на напряжение генератора и является чувствительным элементом АЗП, имеет воздушный демпфер, благодаря которому не срабатывает при кратковременных скачках напряжения. С увеличением приложенного к реле напряжения задержка срабатывания уменьшается.

- Р2 – служит для подключения генератора на параллельную работу и для отключения от неё (на одногенераторных самолётах не задействуется);

- Р3 – промежуточное реле

- R1, R2 – входной делитель напряжения; R2 является проволочным переменным сопротивлением, с помощью которого регулируется напряжение срабатывания РЗД-М - R3, R4 – дополнительные резисторы цепи лампочки или табло сигнализации

перенапряжения (срабатывания АЗП), которые используются ограниченно на некоторых самолётах;

- R5 – дополнительное сопротивление, которое при нормальной работе генератора зашунтировано контактами кнопочного контактора КНК-М, а при перенапряжении подключается последовательно с обмоткой возбуждения генератора, вызывая резкое уменьшение тока возбуждения;

- К – кнопочный контактор КНК-М – является силовым элементом схемы. Контактор имеет встроенную пружину, которая в исходном положении контактора сжата и фиксируется защёлкой. При подаче напряжения на обмотку контактора защёлка освобождает якорь, который усилием пружины перемещается, обеспечивая замыкание и размыкание связанных с ним контактов. Возврат КНК-М в исходное положение (взвод пружины) производится нажатием кнопки на корпусе контактора.

Работа автомата защиты от перенапряжения (рис. 4.6.):

В исходном положении плюс генератора поступает через шунт амперметра, угольный столб регулятора напряжения, клемму 3Ш2 АЗП, контакты 4-3 КНК-М и через клемму 3Ш1 АЗП – на шунтовую обмотку возбуждения генератора, обеспечивая возбуждение и работу генератора. Также после контактов 4-3 КНК-М плюс поступает через включенные последовательно резисторы R1, R2 на обмотку реле РЗД-М (Р1). На второй конец обмотки, а также к Р2 и к КНК-М минус поступает с клеммы 1Ш2.

При нормальной работе генератора напряжения 27 В недостаточно для срабатывания РЗД-М за счёт падения напряжения на резисторах Р1 и Р2, включенных после довательно с обмоткой реле.

Плюс с генератора также поступает через шунт амперметра, клемму «Ген» ДМР, перемычку, клемму « + », клемму1Ш1 АЗП на обмотку Р3 и через контакты 7-8 КНК-М, клемму 5Ш2 АЗП на выключатель генератора.

При включении выключателя плюс (см. рис. 4.5.) поступает через клемму «В» ДМР на реле включения, которое срабатывает, обеспечивая включение генератора в сеть аналогично рассмотренному в п.4.2. Также плюс поступает через клемму 2Ш1 АЗП на Р2, которое срабатывает и включенными параллельно контактами 2-3 и 5-6 подключает к балластному сопротивлению в минусовой цепи генератора уравнительную обмотку его регулятора напряжения, то есть подключает данный генератор к схеме параллельной работы генераторов.

Если напряжение генератора по какой-либо причине превысит 30÷31 В,

напряжения, приложенного к обмотке Р1 (РЗД-М), окажется достаточно для его срабатывания. При этом его контакты 2-1 подают минус с клеммы 1Ш2 на обмотку Р3, на которую с другой стороны уже подан плюс. Р3 срабатывает и контактами 2-3 подаёт плюс с клеммы 1Ш1 АЗП на клемму «А» кнопочного контактора КНК-М. На его клемме «Б» уже присутствует минус с клеммы 1Ш2. Контактор срабатывает и своими контактами:

- 3-4 расшунтирует резистор Р5 – если до этого момента цепь возбуждения генератора проходила через контакты 3-4 КНК-М, то есть в обход Р5, то после размыкания контактов 3-4 резистор Р5 оказался включенным последовательно с обмоткой возбуждения – ток возбуждения генератора резко уменьшается, уменьшается магнитный по ток обмотки возбуждения, что приводит к падению напряжения генератора ниже 10 В (см.формулу для U ген.).

Рис 4.6. Принципиальная схема АЗП и её связь со схемой самолёта

- 5-6 замыкает цепь включения сигнализации перенапряжения (срабатывания АЗП) – на большей части самолётов и вертолётов данная сигнализация не предусмотрена;

- 7-8 разрывает цепь подачи плюса на выключатель генератора, что приводит к снятию плюса с клеммы «В» ДМР, с его реле включения и следовательно к отключению генератора. Также снимается плюс с Р2, что приводит к размыканию его контактов и к отключению генератора от параллельной работы;

Возврат схемы АЗП в исходное положение в полёте производится нажатием кнопки на корпусе АЗП, при помощи которой взводится пружина контактора КНК-М. Если при нажатии кнопки её «выбивает», повторное нажатие на кнопку ЗАПРЕЩА-ЕТСЯ ! Перед нажатием на кнопку необходимо выключить выключатель отключившегося генератора. Если на нём в момент нажатия на кнопку сохранилось перенапряжение, то при включенном выключателе при нажатой кнопке это перенапряжение будет подано в бортсеть.

Для возможности восстановления работоспособности генераторов в полёте после срабатывания АЗП, автоматы защиты от перенапряжения размещают в легко доступных для экипажа местах: на Ми-8Т(П) – на этажерке в кабине экипажа, на Ан-24 (26, 30) – за потолочной панелью переднего багажника, на Ту-134 – в центральной распределительной панели заднего багажника и т. д. После нажатия на кнопку на корпусе АЗП, если её не выбивает, экипаж должен проверить напряжение соответствующего генератора, при необходимости отрегулировать его, после чего включить его в бортсеть.

Если после указанного произойдёт повторное срабатывание АЗП, необходимо выключить выключатель соответствующего генератора. Повторные попытки восстановления работоспособности ЗАПРЕЩАЮТСЯ!

На некоторых самолётах и вертолётах предусмотрена наземная проверка срабатывания АЗП. Для этого предусмотрены соответствующие кнопки. При нажатии на кнопку 24 В (или 27 В) подаётся через клемму 5Ш1 АЗП, минуя R1, через R2 на РЗД-М. В этих условиях напряжения, подаваемого на РЗД-М, оказывается достаточно для срабатывания АЗП, как при перенапряжении.

На самолётах Ан-24 (26, 30) предусмотрены кнопки аварийного отключения стартёр-генераторов. При нажатии на кнопку напряжение, как при проверке срабатывания АЗП, подаётся через клемму 5Ш1 АЗП, в обход R1, через R2 на РЗД-М. При этом срабатывает АЗП, отключая генератор от сети, понижая его напряжение и отключая генератор от параллельной работы.

20. Системы распределения электроэнергии постоянного тока

На самолётах и вертолётах гражданской авиации используют два вида систем распределения электроэнергии постоянного тока:

- радиальные (разомкнутые) системы;

- замкнутые (кольцевые) системы.

Радиальные (разомкнутые) системы распределения электроэнергии постоянного тока

В радиальных сетях все источники электроэнергии подключаются к одной распределительной шине (рис. 6.1.), которая находится в соответствующем распределительном устройстве (РУ, ЦРУ). К шинам других распределительных устройств

(РУ1, РУ2, РУ3) электрическая энергия подводится с одной стороны, то есть со стороны ЦРУ.

Рис. 6.1. Структурная схема разомкнутой системы электроснабжения

Такие системы имеют минимальное количество электрических проводов, минимальный вес, что делает их привлекательными для небольших самолётов, имеющих сравнительно небольшое число маломощных потребителей.

В разомкнутых системах легко осуществляется защита от коротких замыканий и перегрузок, быстро и просто находятся места обрывов и замыканий, легко может быть осуществлена автоматизация проверки их исправности. Вместе с тем радиальная система не обеспечивает высокой надежности и живучести системы электроснабжения. При перегорании защиты, или повреждении провода, ведущего к любому из РУ (РУ1, РУ2, РУ3) обесточиваются все потребители, получающие электроэнергию от этого РУ.

Рис. 6.2. Структурная схема многоканальной разомкнутой системы электроснабжения.

Для увеличения живучести и надёжности радиальных систем, то есть обеспечения бесперебойного питания потребителей при обрывах и коротких замыканиях, применяют многоканальную систему электроснабжения или резервирование питания распредели тельных устройств и отдельных наиболее ответственных потребителей (метод двойного питания).

В многоканальной системе (рис. 6.2.) между распределительными устройствами прокладывается несколько параллельно идущих проводов. Благодаря этому при обрыве части проводов, или при перегорании части плавких предохранителей электроэнергия продолжает поступать по оставшимся проводам

При резервировании отдельные распределительные устройства или потребители (например питание РК топливных насосов на самолётах Ан-24, Ан-26) в случае повреждения питающего их источника или питающей линии автоматически подключаются по резервной линии к другому источнику или другому участку сети.

Рис. 6.3. Питание РК топливных насосов на самолётах Ан-24, Ан-26 по методу двойного питания.

При наличии напряжения на РУ1 и исправной электрической цепи, ведущей к контактору «К», контактор находится в сработанном положении, подавая напряжение с шины РУ1 на шину РК топливных насосов. При исчезновении напряжения на РУ1 или повреждении электрической цепи, ведущей к контактору «К», контактор обесточивается и своими контактами переключает питание шины РК топлив насосов на шину РУ2.

Для обеспечения надёжного электропитания особо важных (жизненно важных) потребителей электроэнергии при отказе всех генераторов комплекс всех самолётных шин выполняют в виде основных и аварийных шин, которые при нормальной работе системы электроснабжения соединены между собой контактами соответствующих контакторов. При отказе всех генераторов (обесточивании шин основной сети) контакторы автоматически обеспечивают отключение основных шин и переход аварийных шин на питание от аккумуляторных батарей. Обратный переход на питание всей бортсети производится вручную после восстановлении работоспособности основных генераторов, или после запуска ВСУ и включения в работу генератора ВСУ.

Замкнутые (кольцевые) системы распределения

электроэнергии постоянного тока

- такие системы, в которых питание отдельных распределительных устройств осуществляется по крайней мере с двух сторон (рис. 6.4.)

.

Структурная схема замкнутой (кольцевой) системы электроснабжения

Замкнутые сети обладают очень большой надёжностью в работе и живучестью, так как при повреждении даже нескольких участков сети, перегорании нескольких предохранителей или при отказе части генераторов обеспечивается бесперебойное питание всех потребителей. С целью повышения живучести замкнутые сети, как и радиальные, могут выполняться многоканальными. Ввиду большего числа используемых проводов масса замкнутых систем больше, чем разомкнутых, больше сложность и трудоёмкость при определении места отказов. На рис. 6.4. приведена схема первичной распределительной сети одного из самолетов. Как видно из схемы, каждое распределительное устройство получает электропитание по двум независимым цепям – соответственно от ЦРУ левого и ЦРУ правого, чем обеспечивается высокая надёжность электроснабжения потребителей. Для большей надёжности на некоторых самолётах производят дополнительные соединения распределительных устройств. Например для схемы на рис. 6.4. возможно дополнительное соединение ЦРУ лев. с РУ2 , а ЦРУ прав. – с РУ1.

На многих магистральных самолётах основная система электроснабжения постоянного тока представляет собой сочетание радиальной и кольцевой систем электроснабжения, что обеспечивает для конкретного самолёта высокую надёжность с минимизацией массы проводов.

Монтажные и защитные устройства систем распределения электроэнергии

Для минимизации массы проводов системы постоянного тока выполняются однопроводными, то есть «минус» каждого источника электроэнергии и «минус» каждого потребителя соединены с металлическим корпусом самолёта. Соответственно для подачи электроэнергии к потребителям достаточно по одному проводу подать «плюс».

При этом не только уменьшается длина и масса проводов, но и уменьшается объём, занимаемый жгутами электропроводки.

Самолётные монтажные провода состоят из большого числа тонких, как правило, медных луженых проволок, образующих токопроводящую жилу. Провод с такой жилой проще изогнуть и распределить в соответствующем отсеке самолёта. Провод со сплошной жилой пружинит и труднее поддаётся изгибу, более ломок. В качестве основных изоляционных материалов для проводов чаще всего используется полихлорвинил, полиамидная смола, а в местах, подверженных нагреву – фторопласты (тефлон). Во многих случаях для улучшения эксплуатационных характеристик используется двойная изоляция, изготовленная из одного слоя термостабилизированного полиэтилена или полиамидной смолы и слоя тефлона.. Провода, в соответствии с назначением, объединяются в жгуты, которые могут располагаться по бортам самолёта, на потолочных конструкциях и в других местах. И провода и жгуты проводов на больших самолётах имеют буквенно-цифровую маркировку, которая наносится на специальные бирки в начале и конце провода. В соответствии с принятой на самолёте системе маркировки по бирке можно определить, к какой системе относится провод (жгут), каково его назначение и установить его положение на соответствующей принципиальной электрической схеме (на фидерной схеме).

В качестве распределительных устройств на самолётах и вертолётах используются:

- ЦРУ – центральные (основные) распределительные устройства – к ним обычно подключают генераторы;

- РУ – распределительные устройства;

- РЩ – распределительные щиты;

- шкафы с размещёнными внутри панелями;

- распределительные панели;

- щиты АЗС и АЗР;

- контрольно измерительные панели и др.

В распределительном устройстве на изолированном основании (гетинакс, текстолит и др.) крепятся шины, представляющие собой полосу из очищенной меди большого сечения, к которой с помощью болтовых соединений крепятся наконечники проводов.

Требования к аппаратам защиты

Каждый провод имеет сечение, которое соответствует мощности запитываемых от него потребителей. Для защиты проводов от перегрузки и последующего перегрева, последствий, связанных с короткими замыканиями и перегрузками электрические сети снабжаются защитой, которая автоматически отключает поврежденные участки, чем обеспечивается нормальная работа остальной сети. Чтобы защита полностью удовлетворяла предъявляемым к ней требованиям, она должна обладать:

- избирательностью (селективностью) действия;

- быстродействием;

- высокой чувствительностью и высокой надежностью работы;

- стабильностью характеристик;

- простотой устройства;

- в необходимых случаях инерционностью действия.

Под избирательностью защиты понимают её способность отключать только поврежденный участок сети или поврежденный элемент. При этом остальная сеть должна работать без изменений.. Для примера избирательности защиты приведён (рис. 6.5.) При коротком замыкании в указанной точке срабатывает лишь предохранитель Пр.4 и отключает повреждённый участок от остальной сети.

В случае отказа предохранителя Пр.4 должен сработать предохранитель Пр.2, но при этом обесточатся и потребители, получающие электропитание через предохранитель Пр.3. В случае же отказа и Пр.2 должен сработать предохранитель Пр.1., но при этом обесточатся все потребители данного генератора.

Указанная последовательность срабатывания защиты может быть достигнута только тогда, когда соответствующим образом подобраны выдержки времени их срабатывания.

Под быстродействием защиты понимают минимальное время срабатывания при возникновении аварийного режима. Быстродействие позволяет при коротких замыканиях уменьшить влияние изменения напряжения в сети на работу потребителей, уменьшить размеры разрушения участков сети и предотвратить в ряде случаев потерю устойчивости всей системы электроснабжения.

Высокая чувствительность и высокая надёжность в работе означает, что защита должна реагировать на аварийные режимы в самом начале их появления и в тоже время не должна реагировать на случайные отклонения параметров сети. При этом в случае короткого замыкания отключение должно происходить без повреждений сети.

Стабильность характеристик—это способность защиты сохранять свои характеристики при изменении условий окружающей среды и времени работы.

Инерционность действия защиты означает, что она не реагирует на кратковременные броски тока, как это, например, имеет место при пуске электродвигателей.

Аппараты защиты, используемые на воздушных судах

В качестве аппаратов защиты на самолетах и вертолетах применяют плавкие предохранители и автоматы защиты следующих серий: СП, ТП, ИП, АЗС, АЗР и АЗФ, Аз3.

Плавкие предохранители серии СП (рис. 13.3) выпускаются на токи: 1, 2, 3, 5, 10, 15, 20, 25, 30 и 40 А в малогабаритном исполнении с плавкой вставкой, запаянной в стеклянной трубке; материалом для плавких Рис. 6.6. Стеклянный плавкий предохранитель

1 – стеклянная трубка; 2 – плавкая вставка; 3 – колпачок.

вставок служит:

- до 5 А—медная проволока,

- 5—10 А—серебряная калиброванная проволока,

- 15—40 А — цинковая калиброванная пластинка.

Плавкие предохранители серии ТП (тугоплавкие предохранители) рассчитаны на номинальные токи 200, 400, 600 и 900 А. Плавкая вставка у этих предохранителей изготовляется из меди. Как правило, используются в цепях мощных электродвигателей, например в цепях питания стартёр-генераторов.

Плавкие предохранители серии ИП (инерционные) выпускаются на номинальные токи от 5 до 250 А. Эти предохранители имеют сравнительно сложную конструкцию, которая позволяет использовать их для защиты элементов электрооборудования с большими значениями пускового тока, когда при превышении тока происходит перегорание калиброванной пластины из латуни. А при относительно небольших, но длительных перегрузках, происходит расплавление легкоплавкого сплава и выдергивание запорной скобы, что приводит к разрыву электрической цепи пружиной.

Значительная тепловая инерционность ИП позволяет использовать их для защиты потребителей от перегрузок и коротких замыканий с меняющейся во времени нагрузкой (например, электродвигатели), в то время как все остальные серии плавких предохранителей обеспечивают защиту лишь от коротких замыканий.

Плавкие предохранители серии МП - малогабаритные предохранители с визуальным наблюдением. В корпусе предохранителя, готового к работе, утоплена кнопка в форме цилиндра, которая фиксируется с помощью калиброванной плавкой нити. При перегорании нити кнопка расфиксируется и под действием пружины выскакивает из его корпуса, что является сигналом о срабатывании предохранителя. Вновь кнопка в корпусе не утапливается, предохранитель подлежит замене.

Автоматы защиты

Наряду с плавкими предохранителями широко применяются автоматы защиты, что объясняется рядом существенных преимуществ, к которым относятся:

- возможность визуального определения состояния автомата (включенного или выключенного);

- многократность действия;

- лучшие характеристики по сравнению с плавкими предохранителями;

- простота повторного включения автомата и возможность проверки характеристик в процессе эксплуатации.

Чувствительным элементом всех тепловых автоматов защиты является биметаллическая пластинка, связанная конструктивно с выключающим меха-низмом. Срабатывание автомата происходит в момент, когда пластинка достигает оп-ределенной величины прогиба, пропорционального температуре нагрева, а последняя зависит от величины и длительности прохождения тока. В сетях постоянного тока наибольшее распространение получили автоматы типа АЗС и АЗР на номинальные, токи от 5 до 250 А. Все автоматы защиты имеют обозначение, которое состоит из буквенного или буквенно-цифрового обозначения типа автомата и номинального тока.

Например:

АЗ3-20(Аз3-20) – автомат защиты трёхполюсный (трёхфазный) на номинальный ток 20 Ампер.

В полёте, после срабатывания автомата защиты любого типа, экипаж имеет право один раз включить его для восстановления электропитания соответствующих потребителей. При «выбивании» автомата защиты повторное включение ЗАПРЕЩАЕТСЯ!

Автомат защиты типа АЗС(автомат защиты сети (самолетный) имеет ручное включение и возможность как ручного, так и автоматического (под действием тока перегрузки) выключения, поэтому используется не только как аппарат защиты, но и в качестве выключателя.

Bсe автоматы типа АЗС выполняются по единой кинематической и электрической схеме в одинаковых габаритах и отличаются лишь параметрами биметаллической пластины и токами срабатывания.

Автомат защиты типа АЗР(автомат защиты со свободным расцеплением) имеет относительно простую и надежную конструкцию, обладающую высокой стойкостью к воздействию вибраций, толчков, ударов и др. Особенностью этих автоматов защиты является то, что пока биметаллическая пластинка не остынет и не возвратится в первоначальное положение, включающий рычаг не войдет в зацепление с ответной частью и включить автомат, т. е. замкнуть его контакты, невозможно. Таким образом, автомат защиты со свободным расцеплением отключает при перегрузках и коротких замыканиях защищаемую сеть независимо от положения рукоятки.

Эти автоматы обладают высокой разрывной мощностью контактов и хорошо работают в сетях с большими токами.

Для обеспечения более высокой надёжности при эксплуатации самолётов и вертолётов в условиях высокой влажности воздуха автоматы защиты типа АЗС и АЗР герметизируют. Герметизированные автоматы защиты имеют обозначение АЗСГ и АЗРГ.

Для систем переменного тока разработаны автоматы защиты фазы типа АЗФ и АЗФМ (малоинерционный), а также трёхполюсные (трёхфазные) автоматы защиты

АЗ3 (автомат защиты трёхполюсный).

Автоматы АЗФ и АЗФМ используют в фазных проводах, в том числе для защиты трёх фаз особо важных устройств. Трёхфазные автоматы используют только в трёхфазных сетях, при этом срабатывание автомата и отключение соответствующего участка сети происходит при превышении допустимого тока в любой из фаз.

На самолётах и вертолётах последнего поколения для более плотной установки автоматов защиты на панелях и пультах кабины экипажа используются малогабаритные кнопочные автоматы защиты постоянного и переменного тока. Автомат состоит из корпуса прямоугольной формы и цилиндрической кнопки, которая при включении автомата утапливается в корпусе. При срабатывании автомата пружина выдвигает кнопку из корпуса, становится видным кольцо белого цвета, расположенное по окружности цилиндра, образующего кнопку. Для ручного отключения автомата необходимо вытянуть кнопку на себя, чтобы стало видимым белое кольцо на ней.