33 Метод экономической плотности тока и экономических

интервалов при выборе сечений токопроводящих жил проводников

Каждый провод электрической сети определяется тремя конструктивными параметрами: маркой, которая определяет материал и изоляцию провода, длиной и сечением. К авиационным проводам предъявляются повышенные требования в отношении диэлектрической и механической прочности, теплостойкости, стойкости к воздействиям топлива, масла и т.п. Для авиационных электросетей используются многожильные медные и алюминиевые провода. Диапазон сечений медных проводов составляет 0,35...95 мм². Меньше сечения не применяются из-за неудов­летворительной механической прочности, а больше – из-за сложности монтажа. Марки медных проводов отличаются, в основном, изоляцией и достаточно разнообразны: БПВЛ, ПТЛ, БПД, БИФ и т.п. Алюминиевые провода применяются больших сечений (35, 50, 70 и 95 мм²) и менее разнообразны по маркам.

Выбор марки провода зависит от многих факторов: электрические нагрузки, технология монтажа, условия эксплуатации и т.п. Эти факторы, в большинстве своем, не формализованы в настоящее время. Учитывая также накопленный опыт построения самолетных электросетей и сравнительно небольшое количество марок проводов, выбор последних можно поручить проектировщику сети в диалоге с ЭВМ.

Длина проводов получает начальную, ориентировочную оценку на стадии эскизного проектирования, когда решается задача выбора конфигурации и размещения электросети на борту с помощью наиболее простых геометрических моделей летательных аппаратов типа обводных чертежей, т.е. задача структурно-топологического синтеза. В последующем, на стадиях тех­нического и рабочего проектирования, геометрические модели все более усложняются, приближаясь к реальной конфигурации летательного аппарата, и соответственно уточняются и корректируются длины электропроводных связей сети. При отсутствии достаточно точных геометрических моделей уточнение длин и размещения проводов осуществляется путем макетирования объекта проектирования.

Основными ограничениями задачи выбора сечений являются: конфигурация и неоднородность электросети; электрические нагрузки проводов, падения напряжения в проводах, условия механической прочности и номенклатура стандартных проводов. Конфигурация электросети в целом задается принципиальной схемой. Однако последнюю можно рассматривать как множество схем, в которое укладываются все реальные конфигурации, име­ющие переменный характер в зависимости от режима и времени полета. Дело в том, что большинство потребителей электроэнергии включаются и выключаются в различные моменты полета. Даже в одном и том же режиме полета, например, в крейсерском, многие потребители типа кухни, освещения, противообледенительных систем, систем управления и т.п. могут функционировать одновременно в разные периоды режима. Переменный со­став потребителей в процессе полета приводит к частым вариациям конфигурации сети в пределах принципиальной схемы. Наконец, конфигурация сети может резко измениться в ненормальных режимах функционирования (короткие замыкания, обрывы, отказы и аварии).

Дополнительные трудности для расчета токов и напряжении создает неоднородность сети, связанная с наличием первичной, вторичной, а иногда и третичной сети, преобразователей типа трансформаторов, выпрямителей, инверторов, преобразователей частоты и т.п. Эти трудности обходятся с помощью построения схем замещения и эквивалентирования соответствующих элементов сети.

Ограничения на токи и напряжения проводов формируются следующим образом. Токовые нагрузки при заданных условиях прокладки и при заданных внешних воздействиях не должны превышать допустимых значений, которые определены длительным изучением действующих электросетей, а также экспериментальным и расчетным путем для каждой марки провода. Для длительных режимов предельно допустимые значения задаются в виде таблиц, а для кратковременных режимов – в виде перегрузочных характеристик

С учётом изложенного задачу выбора оптимальных сечений проводов можно сформулировать так. Найти совокупность (множество) сечений всех проводов сети, доставляющее минимум суммарной массе (или объему металла) проводов при выполнении ограничений (5.30)...(5.32) и заданных исходных данных:

а) марки и длины всех проводов;

б) множество стандартных сечений, на котором ведется поиск оптимальных значений;

в) принципиальная схема и базовые расчетные схемы;

г) напряжения на шинах всех ЦРУ и напряжения питания всех потребителей;

д) максимально допустимые токи (или плотности токов) и минимально допустимые сечения для всех проводов.

Учитывая дискретный характер исходных данных, для решения поставленной задачи на ЭВМ можно воспользоваться методами дискретного программирования.

В общих случаях расчетные токи известны и равны номинальным тока источника или потребителя. Это позволяет использовать следующий простейший алгоритм выбора оптимального сечения:

1) принять предварительно оптимальное сечение , если – стандартное сечение. Если нет, то необходимо выбрать ближайшее большее сечение;

2) проверить ограничение по току. Если условие (5.30) удовлетворяется, то необходимо перейти к пункту 3, если нет, то по перегрузочным характеристикам (рисунок 5.1) выбрать ближайшее большее стандартное сечение, удовлетворяющее (5.30), и перейти к пункту 3;

3) рассчитать сопротивление провода и проверить ограничение по напряжению. Если условие (5.31) удовлетворяется, то найденное в пункте 2 сечение является окончательным, если нет, то поиск стандартных сечений увеличивать до тех пор, пока (5.31) будет удовлетворяться. На этом поиск закончить.

Этот алгоритм быстро сходится к оптимуму, если принадлежит множеству заданных сечений, на которых ведется поиск. В противном случае поиск останавливается, не достигнув удовлетворительного результата. Тогда необходимо расширить заданный диапазон сечений в направлении больших сечений. Дополнительно отметим, что в случае однофазного переменного тока различают два понятия:

а) потери напряжения;

б) падения напряжения.

Потеря напряжения – это алгебраическая разность величин напряжения в начале и конце линии.

Падение напряжения – это векторная разность величин напряжения в начале и конце линии.