Апаратура захисту і управління авіаційних генераторів

Призначення різних захистів, що встановлюються в СЕП ЛА, полягає в тому, щоб попередити тяжкі наслідки, до яких можуть привести виниклі аварійні режими, пов'язані з відмовою окремих елементів обладнання СЕП і споживачів. Крім того, захист повинен виключати тривалу роботу споживачів при ненормальній якості електроенергії, що виникає при різних пошкодженнях елементів енерговузла (ІЕЕ – генератори і акумуляторні батареї, перетворювачі ЕЕ, РН і РЧ, апаратура захисту і управління). Під ненормальною якістю електроенергії розуміється, наприклад:

1. В системах змінного струму:

– відхилення напруги і частоти струму за допустимі межі;

– виникнення неприпустимих модуляцій напруги і частоти;

– спотворення зірки фазної напруги;

– неповнофазний режим роботи генераторів.

2. В системах постійного струму:

– відхилення напруги за допустимі межі;

– підвищення пульсацій напруги більше заданих значень.

Для захисту джерел і споживачів при порушенні нормального режиму в СЕП застосовуються різні захисти, що відключають пошкоджені елементи системи. Обов'язковими видами захисту, що входять до складу захисту енерговузлів практично всіх літаків, є:

а) захист енерговузла постійного струму:

– від зворотного струму;

– від включення генератора з неправильною полярністю;

– від підвищення напруги;

– від коротких замикань. Ці функції виконуються диференціально-мінімальними реле (ДМР), автоматами захисту від перенапруги (АЗП) і апаратами захисту від коротких замикань і перевантажень.

б) захист енерговузла змінного струму постійної частоти:

– від підвищення і пониження напруги;

– від пониження і підвищення частоти;

– від нерівномірного розподілу навантажень;

– від розносу генератора і ППЧО;

– від коротких замикань усередині генератора і на його фідері;

– від підвищеного моменту на вхідному валу ППЧО. Ці завдання вирішуються за допомогою спеціальних блоків (коробок) захисту і управління типу КРЛ, БЗУ, КЗУ, БРЗУ та ін., побудованих в основному на базі реле і контакторів.

Окрім вказаних видів захисту, на деяких ЛА додатково встановлюється захист: від несиметрії напруги, обриву фідерів, втрати стійкості регулювання напруги, перевантажень генераторів та ін.

Окрім звичайних вимог до електрообладнання, до захисту є спеціальні вимоги: селективність роботи, швидкодія і забезпечення незалежності роботи пристроїв, що захищаються, від відмов самого захисту.

Під селективністю роботи захисту розуміється така її дія, при якій вона відключає агрегат, що тільки відмовив, ділянку мережі або окремий канал СЕП (при паралельній роботі декількох генераторів).

Швидкодія захиступотрібна для зменшення розмірів руйнування окремих пристроїв, зменшення часу перерви живлення споживачів і збереження стійкої роботи генераторів. Останнє особливо важливе при паралельній роботі генераторів змінного струму стабільної частоти. При двофазних і трифазних коротких замиканнях генератори змінного струму можуть вийти з синхронізму та їх включення на паралельну роботу після відключення короткого замикання може супроводжуватися зрівняльними струмами що перевищують струми короткого замикання. Швидке відключення металевих коротких замикань, що перемежаються, попереджає також виникнення пожежі на ЛА.

В той же час захист не повинен спрацьовувати при нормальних комутаційних режимах, коли можливі короткочасні підвищення і пониження напруги і частоти, значні збільшення струму. До таких режимів відносяться, зокрема, включення і відключення потужних споживачів, включення генераторів змінного струму на паралельну роботу. Значні коливання напруги і частоти можуть виникнути після відключення коротких замикань.

Незалежність роботи пристроїв, що захищаються, від відмов елементів захисту забезпечує їх високу надійність. Несправності в самому захисті не повинні призводити до помилкового відключення справних каналів СЕП і пристроїв.

Окрім апаратури захисту, потрібна апаратура управління енерговузлом – апаратура для включення і виключення окремих генераторів, та апаратура, що показує екіпажу стан окремих джерел енерговузла. Виходячи з вимог мінімальної маси і надійності апаратура захисту, де це можливо, об'єднується з апаратурою управління, головним чином в частині виконавчих органів. Ця об'єднана апаратура і називається апаратурою захисту і управління. Одна і та ж апаратура часто забезпечує різні види захисту, тобто є апаратурою комплексного призначення.

Роботу конкретної апаратури регулювання, захисту і управління розглянемо на практичних заняттях при вивченні СЕП магістрального/регіонального літака.

На рис. 2.21 наведена структурна схема взаємодії елементів захисту та управління енерговузла змінного струму постійної частоти з двома генераторними каналами.

Рис. 2.21. Структурна схема взаємодії елементів захисту енерговузла змінного струму постійної частоти з двома генераторними каналами:

1, 1' – трифазні генератори змінного струму; 2, 2' – збудники; 3, 3' – підзбудники; 4, 4' – обгінні муфти; 5, 5' – ППЧО; 6, 6' – розчіпляючи пристрої; 7, 7' – зрізуючи секції; 8, 8' – коробки приводів авіадвигунів; 9, 9' – блоки трансформаторів струму диференціального захисту фідера і генератора від коротких замикань;
10, 10' – блоки трансформаторів струму диференціального захисту і фазових струмів генераторів; 11, 11' – контактори підключення генераторів до шин навантаження;
12, 12 – шини генераторів і їх навантаження; 13, 13' – контактори включення генераторів на паралельну роботу; 14, 14' – струмові автомати захисту; 15, 15' – вимикачі включення енерговузлів; 16, 16' – вимикачі включення генераторів на паралельну роботу; 17 – шина паралельної роботи; 18, 18' – вимикачі аварійного розчеплення ППЧО; 19, 19' – сигнали рівня напруги генераторів; 20, 20' – сигнали диференціального захисту від коротких замикань генераторів і фідерів; 21, 21' – сигнали наявності напруги на шинах паралельної роботи; 22, 22' – сигнали захисту по несиметрії напруги на шинах генераторів; 23 – трансформатори струму і зрівняльний контур небалансу реактивних струмів генераторів; 24 – трансформатори струму і зрівняльний контур небалансу повних струмів генератора; 25 – трансформатори і зрівняльний контур розподілу реактивної потужності; 26 – трансформатори струму і зрівняльний контур розподілу активної потужності; 27, 27' – ланцюги включення контакторів генераторів; 28, 28' – ланцюги включення контакторів паралельної роботи генераторів;
29, 29' – ланцюги включення систем розподілу навантажень генераторів при паралельної роботі й пристроїв селективності захисту; 30, 30' – сигнали ненормальної роботи ППЧО; 31, 31' – ланцюги регулювання збудження генераторів; 32, 32' – ланцюги частотних захистів енерговузла; 33, 33' – ланцюги корекції частоти і управління розподілом активної потужності; 34, 34' – ланцюги включення і зняття збудження генераторів; 35, 35' – ланцюги автоматичного розчеплення ППЧО при аварії;
БЗУ і БЗУ' – блоки захисту і управління енерговузлами; РЧ і РАМ, РЧ' і РАМ' – блоки корекції частоти і розподілу активної потужності; РН і РРМ, РН' і РРМ' – блоки регуляторів напруги і розподілу реактивної потужності.