- •Содержание
- •1 Оформление конструкторско-технической документации и Основные этапы проектировании электрооборудования
- •1. 1. Межгосударственные стандарты ескд, нормы и правила разработки технической документации
- •1. 2. Основные этапы проектировании электрооборудования
- •1. 3. Правила оформления текстовых документов
- •1. 4. Оформление графической документации
- •1. 5. Классификация электрических схем
- •5. Технологическая документация (тд)
- •2. Обобщенные задачи проектирования электрооборудования летательных аппаратов
- •2.1. Техническое задание на проектирование
- •2.2. Этапы проектирования
- •2.3. Характеристика условий эксплуатации элементов эла
- •2.4.. Методы защиты от внешних воздействий
- •2. Влияние влажности.
- •2.5. Специальные требования к эла
- •2.6. Организация процесса проектирования
- •2.7. Номенклатура конструкторской документации (кд) по гост2.102-68 (ст сэв 4768-84)
- •2.8. Испытания опытного образца. Опытное производство
- •2.9. Запуск в производство и снятие изделия с производства
- •Контрольные вопросы
- •3. Порядок проектирования электрооборудования самолетов
- •3. 1. Состав бортового оборудования летательных аппаратов
- •3. 2. Обобщенная методика проектирования электрооборудования летательных аппаратов
- •3.2 Общий порядок проектирования электрооборудования самолетов
- •3. 3. Проработка задания и требований заказчика
- •3. 4. Дестабилизирующие факторы, влияющие на работу электрооборудования летательного аппарата
- •3. 5. Специальные требования к ла
- •3. 6. Разработка эскизного проекта
- •3.7. Оборудование макета самолета
- •3.8. Рабочее проектирование
- •3. 9. Лабораторные испытания электрооборудования
- •Контрольные вопросы
- •4. Проектирование электрических сетей самолетов
- •4. 1. Основные параметры систем электроснабжения летательных аппаратов.
- •4. 2. Назначение и основные элементы электрических сетей
- •4. 3. Основные технические требования к электрическим сетям
- •4. 4. Методика расчета электрических сетей самолетов
- •4. 5. Общие положения расчета авиационных электросетей
- •I. Тепловые расчеты.
- •II. Электрические расчеты.
- •III. Специальные расчеты.
- •4. 6. Теплоотдача в условиях самолета
- •4. 7. Тепловой расчет электрических сетей
- •4. 8. Расчет на потерю напряжения разомкнутых электросетей
- •1. Простая разомкнутая сеть с одной сосредоточенной нагрузкой
- •2. Простая разомкнутая сеть с равномерно распределенной
- •4. 9. Расчет на потерю напряжения замкнутых электросетей
- •Контрольные вопросы
- •5. Обеспечение надежности при проектировании электрооборудования
- •5.1. Обеспечение надежности схем
- •5.2. Условия работы
- •5.3. Надежность производства
- •5.4. Изготовление и сборка
- •5.5. Надежность и резервирование
- •5.5.1. Методы резервирования.
- •5.6. Надежность и анализ отказов и аварийных режимов
- •5.7. Повышение надежности систем электропитания агрегатов, в состав которых входят эвм, при неисправностях первичной сети
- •Контрольные вопросы
- •Дайте определение понятия надежности.
- •Список литературы
- •Проектирование электрооборудования летательных аппаратов
- •450000, Уфа – центр, ул.К. Маркса, 12
4. 7. Тепловой расчет электрических сетей
Тепловой расчет электрических сетей представляет значительные трудности в силу сложности аналитического учета теплоотдачи в окружающую среду.
Все тепловые расчеты проводов в конечном счете сводятся к нахождению допустимого тока, исходя из допустимой температуры, определяемой теплостойкостью изоляции. Но не всегда просто аналитически учесть все факторы, влияющие на допустимую плотность тока, главными из которых являются тип, сечение, режим работы, способ монтажа и условие охлаждения провода, вид применяемой защиты, высота и скорость полета самолета и т. д.
Приведем конечные выражения температуры т и допустимой плотности тока jдоп провода в зависимости от его режима работы, конструкции и способа прокладки, высоты полета и других факторов.
При длительном режиме работы при условии k = const, легко найти закон нагрева провода:
Τ = τmax(1-exp(-t/T)) + τ0exp(-t/T),
τmax = I2R/kH; T = cGпр/kH,
где T – постоянная нагрева провода;
τmах – установившийся (максимальный) перегрев;
τ0 – начальный перегрев провода;
t – время.
Допустимый ток нагрузки при длительном режиме находится :
(4.9)
Отсюда следует, что допустимый ток зависит от сечения провода S, рода изоляции τдоп, материала провода ρ, высоты полета Н и условий охлаждения (λ, γ, μ). На фиг. 4. 3 представлены зависимости Iдоп = f(H) при различных сечениях проводов марки БПВЛ.
Рис. 4. 3. Зависимость допустимого тока нагрузки Iдоп при длительном режиме при разных сечениях S провода от высоты полета H
Из графиков следует, что до высоты 11 км допустимый ток возрастает с увеличением высоты, что объясняется возрастанием теплоотдачи за счет увеличения перепада температур τ между проводом и окружающей средой, превалирующего над снижением плотности воздуха γ.
С высоты 11 до 24 км вследствие того, что перепад температур остается постоянным (τ = const), а плотность воздуха продолжает уменьшаться, допустимый ток уменьшается.
Из семейства кривых Iдоп=f(H) при разных S вытекает, что провода, предназначенные для работы на высотах до 24 км, могут рассчитываться по наземным нормам нагрузок, а при больших высотах допустимая плотность тока должна дополнительно рассчитываться по уравнению (4. 9).
Аппроксимация этих кривых с точностью не менее 2,5 % приводит к более простой формуле допустимого тока для провода с токоведущей жилой из материала с удельным сопротивлением ρ
, (4. 10)
где S — сечение провода в мм2.
Можно аппроксимацию выполнить и в другом виде, более удобном для определения сечения по заданному току нагрузки
. (4. 11)
На основании формулы (4. 11) составляется таблица норм нагрузок для самолетных электропроводов. Из таблицы видно, что с уменьшением сечения провода S увеличивается допустимая плотность тока Iдоп .
Физически это объясняется тем, что поверхность провода с уменьшением сечения уменьшается пропорционально диаметру, в то время как сечение уменьшается пропорционально квадрату диаметра. В результате с уменьшением сечения увеличивается поверхность провода, приходящаяся на единицу поперечного сечения провода, т. е. улучшаются условия охлаждения, и поэтому увеличивается допустимая плотность тока
.
На рис. 4. 4 представлена зависимость допустимой плотности тока при длительном режиме от сечения провода. Это важное свойство позволяет в ряде случаев уменьшить вес проводов при заданном токе нагрузки.
Допустимая плотность тока для кратковременного (повторно-кратковременного) режима определяется по формуле
Jкр(п.кр)=βкр(п.кр) jдоп .
где jдоп – допустимая плотность тока при длительном режиме.
βкр(п.кр) – коэффициент токовой перегрузки кратковременного (повторно-кратковременного) режима.
Рис. 4.4. Зависимость плотности тока j при длительном режиме от диаметра провода d
Физически коэффициент токовой перегрузки кратковременного (повторно-кратковременного) режима представляет отношение тока кратковременного режима (повторно-кратковременного) к тому току длительного режима, который создает один и тот же допустимый перегрев.
Коэффициент токовой перегрузки для кратковременного режима
Если время работы провода tp значительно меньше постоянной времени нагрева Т (tp<T), то уравнение запишется:
.
Для повторно-кратковременного режима βп.кр определяется:
.
Если время работы tp и время отдыха ta значительно меньше постоянной времени нагрева Т (tр< T, t0<T), то уравнение запишется:
.
Следует заметить, что при кратковременном режиме в случае tp< Т допустимая плотность тока из уравнений представляется в следующем виде:
.
На рис. 4.4 дана зависимость допустимой плотности тока при кратковременном режиме от времени работы при tр<T.
Рис. 4. 4. Зависимость плотности тока j при кратковременном режиме от времени работы t в случае tp « T
Для проводов БПВЛ с = 0,372 Дж/г °С, γ = 8,9 г/см3, ом см, Тдоп = 70° С; тогда при tp в секундах имеем
А/мм2 .
Все указанные выше формулы справедливы, строго говоря, для оголенных (однородных) проводов.
Для изолированного провода с п слоями изоляции допустимую плотность тока в длительном режиме можно подсчитать по формуле
,
где d – диаметр токоведущей жилы (d = Di);
D – наружный диаметр провода (D = Dn+1);
Di – внутренний диаметр i-го слоя изоляции, считая от жилы провода;
λi – теплопроводность i-го слоя изоляции.
При одном слое изоляции (n = 1) допустимая плотность тока
.
Введем понятие термического сопротивления провода, характеризующего тепловые потери:
Полное термическое сопротивление провода слагается из термического сопротивления изоляции и термического сопротивления теплоотдачи в окружающую среду от поверхности пробода 1/kD.
Нетрудно видеть, что при увеличении толщины изоляции (d = const, Di = vаг) увеличивается термическое сопротивление изоляции и уменьшается термическое сопротивление теплоотдачи. Значит, имеется критический диаметр DKp, при котором имеет место минимальное термическое сопротивление провода rt min, a следовательно, и максимальная теплоотдача Qpac max
При однослойной изоляции (п=1), продифференцировав уравнение по внешнему диаметру и оставив постоянным диаметр токоведущей жилы, находим критический диаметр: Dкр=2λ/k.
Подсчеты показывают, что для авиационных изолированных проводов термическое сопротивление несколько меньше, чем для оголенных проводов. Отсюда все выводы, сделанные для оголенных проводов, справедливы для изолированных проводов.
Если расчет на нагрев одиночных проводов рассмотрен в ряде известных работ, то вопросы расчета проводов в жгуте требуют дальнейших исследований.
Опуская сложные выводы, конечное выражение для определения допустимой плотности тока в проводе, проложенного в жгуте, имеет вид
где т=n3 /no - коэффициент загрузки жгута;
n0 – общее число проводов в жгуте;
п3 – количество загруженных током проводов;
S—сечение провода (средне-арифметическое);
Dж – наружный диаметр жгута;
λиз – коэффициент теплопроводности изоляции провода;
γ – удельная проводимость токоведущей жилы провода;
k – коэффициент теплоотдачи с поверхности жгута
τдоп – допустимый перегрев жгута, определяемый классом изоляции.
По аналогии уравнения можно найти критический диаметр жгута:
.
Соотношения указывают пути формирования жгутов, при которых имеет место максимальная загрузка проводов в жгуте.
Допустимый ток нагрузки в проводе жгута зависит от типа жгута (Dж, п0, S, λиз, Тдоп), условий охлаждения (k) и от коэффициента загрузки жгута.
В практической работе сечения проводов по допустимому нагреву рекомендуется выбирать предварительно по стандартным таблицам норм нагрузок и приближенным формулам и окончательную проверку выполнять по точным аналитическим выражениям, изложенным в данной работе.