CC BY
8
УДК 621.31
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-5-354-358
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНИКО-ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СИСТЕМЫ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭНЕРГИИ БОРТОВОЙ СЕТИ ЛЕГКОВОГО АВТОМОБИЛЯ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ УРОВНЯХ НОМИНАЛЬНОГО
НАПРЯЖЕНИЯ
У.В. Брачунова, В.Н. Козловский, М.В. Шакурский, К.В. Киреев
В работе представлены результаты расчетного исследования технико-эксплуатационных характеристик системы распределения энергии бортовой сети легкового автомобиля при различных уровнях номинального напряжения бортовой сети.
Ключевые слова: легковой автомобиль, бортовой электротехнический комплекс, система распределения электроэнергии.
В качестве базового объекта при определении влияния номинального напряжения бортсети на параметры системы распределения электроэнергии (СРЭ) была выбрана электросеть современного легкового автомобиля.
Анализ СРЭ автомобиля проводился при следующих допущениях:
- конфигурация сети неизменна,
- мощность источников и потребителей электроэнергии не зависит от номинального напряжения бортсети.
Как известно [1], в автомобильной электросети существуют провода, расчет которых ведется:
1. По допустимой температуре изоляции проводов.
2. По допустимым потерям напряжения в проводах.
Исходя из этого, рассмотрим, как повлияет изменение номинального напряжения бортсети на провода СРЭ. Очевидно, что эксплуатационные показатели СРЭ ухудшатся при этом не должны, т.е. не должна меняться тепловая загруженность провода и потеря напряжения в проводах не должна оказывать отрицательное воздействие на потребителей электроэнергии. Исходя из условия постоянства мощности электропотребителей, можно записать:
Р = 11^и1 = 12^и2, (1)
где Р - мощность электропотребителей; ¡1, ¡2 - токи потребителей соответственно при номинальном напряжении и и Ц2.
Из (1) получаем:
(2)
Как показано в [2], температура провода определяется из выражения:
т 2 .р
<3>
где Т - установившаяся температура провода; I - ток нагрузки провода; Я - сопротивление провода; р - удельное сопротивление материала проводника; I - длина проводника; £ - сечение проводника; К - коэффициент теплоотдачи провода; 5П = п ■ й ■ КИЗ - поверхность охлаждения провода; где ё - диаметр проводника; КИЗ - отношение диаметра изолированного провода к диаметру проводника.
Исходя из условия равенства температуры проводника при изменении номинального напряжения, имеем:
Р-I _ ¡1 р-1 <4)
Откуда, полагая, что условия охлаждения неизменны, и принимая Кш = сот^ [3], после несложных преобразований, подставляя (3), получаем:
ч, = • °1ф2,
(5)
где - диаметр проводника при напряжении и.; ё2 - диаметр проводника при напряжении и2.
В этом случае масса проводов, рассчитанных исходя из тепловой загрузки, при изменении напряжения будет равна:
М2=М1-ф)1 (6)
и2
Расчет коэффициентов изменения массы теплонагруженных проводов в предположении непрерывности сечений проводников для различных номиналов напряжения сведен в таблице.
Для проводов, рассчитанных по допустимому падению напряжения, коэффициент потери напряжения
Кп = (7)
где Кп - коэффициент потери напряжения, равный (2,5...4)% [4]; ДЦ - потеря напряжения в проводах; и - номинальное напряжение бортсети.
При переходе от напряжения и.1 к напряжению и2 можно записать:
(8)
диЛ
р-1
ДЦ2
и2 .
Подставляя в (8) (2) и И= —, получаем после преобразования, что масса про-
водов, рассчитанных по допустимому значению напряжения, обратно пропорциональна квадрату изменения номинального напряжения [5].
М2=М1-ф)2, (9)
и2
где М2 - масса проводов, рассчитанных для и2 по допустимому падению напряжения; М.1 - масса проводов, рассчитанных для и.1 по допустимому падению напряжения.
Таким образом, общая масса проводов СРЭ при изменении напряжения меняется следующим образом:
М2 =М1 - (А + В • + С '(тт1)2),
(10)
где А - отношение массы проводов с минимальным сечением к общей массе проводов; В - отношение массы проводов, рассчитанных по допустимой температуре, к общей массе проводов; С - отношение массы проводов, рассчитанных по допустимому падению напряжения, к общей массе проводов.
и.п 4.5 4.11
3.11 2.5 2.0 1,5 1.П
0.5 •
в, мм2 \
\
\
\ \
\ \
\ \
\ \
\ \ \
\ \ \
\ \ \
1 II. в
6 12 14 24 }и ЗГр 42
Рис. 1. Изменения сечений проводов СРЭ при повышении номинального
напряжения бортовой сети
Вследствие того, что протяженность автомобильных проводов относительно невелика, большинство проводов рассчитываются исходя из условия максимальной тепловой нагрузки [6, 7, 8]. Поэтому не будет большой ошибкой предположение, что коэффициент С много меньше коэффициента В, к тому же это условие предполагает уменьшение Кп (7), что положительно скажется на потребителях электроэнергии. Тогда (10) можно переписать:
М2=мх • (¿ + (1-4)- (11)
и2
Результаты расчета массы проводов СРЭ автомобиля по формуле (11) сведены в таблицу, изменение сечений и массы проводов СРЭ в зависимости от номинального напряжения электросистемы показаны на рис. 1, 2.
Рис. 2. Зависимость конструктивной массы проводов М СРЭ и относительной массы проводов с минимальным сечением А от номинального напряжения
бортсети автомобиля
Зависимость параметров распределительной сети автомобиля _ от номинального напряжения__
Напряжение бортсети (В) Наименование 12 18 24 30 36 42 48
параметра
Коэф. А 0,16 0,48 0,62 0,75 0,78 0,93 0,94
1-А 0,84 0,52 0,38 0,25 0,22 0,07 0,06
(12/и1)4/3 1 0,58 0,40 0,29 0,23 0,19 0,16
Масса меди проводов (кг) 3,57 2,58 2,22 1,96 1,88 1,77 1,74
Общая масса проводов (кг) 5,90 4,50 4,05 3,75 3,64 3,61 3,45
Исходя из результатов расчета, можно сделать следующие выводы:
1. Повышение номинального напряжения бортсети автомобиля позволяют значительно снизить конструктивную массу проводов СРЭ.
2. Увеличение номинала напряжения дает возможность уменьшить тепловую загруженность проводов, коэффициент падения напряжения и, следовательно, потери энергии в проводах.
3. Наибольшее снижение конструктивной массы проводов наблюдается при повышении напряжения до 18 Вольт. Значение ёМ/ёи достигает 4,7 % на Вольт.
4. Рост напряжения выше 18 Вольт ведет к уменьшению скорости снижения
массы.
5. Повышение номинального напряжения позволяет уменьшить номенклатуру применяемых проводов.
6. При изменении напряжения в рассматриваемом диапазоне (12...48 Вольт) требования к электрической прочности изоляции не изменяются.
Список литературы
1. Акимов С.В., Боровских Ю.И., Чижков Ю.П. Электрическое и электронное оборудование автомобилей. М., Машиностроение, 1988. 280 с.
2. Морозовский В.Г., Синдеев И.М., Рунов К.А. Системы электроснабжения летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1973. 420 с.
3. Брускин Д.Э., Синдеев И.М. Электроснабжение летательных аппаратов: Учебник для энерг. и авиац. спец. вузов. М.: Высш. шк., 1988. 263 с.
4. Боровских Ю.И., Гутенев Н.И. Электрооборудование автомобилей: Учебник пособие для втузов. Киев: Выща школа, 1988. 166 с.
5. Морозовский В.Г., Синдеев И.М., Рунов К.А. Системы электроснабжения летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1971. 376 с.
6. Злочевский В.С. Системы электроснабжения пассажирских самолетов. М.: Машиностроение, 1971. 376 с.
7. Козловский В.Н., Строганов В.И., Дебелов В.В., Пьянов М.А. Комплекс электронных систем управления движением легкового автомобиля с комбинированной силовой установкой. Часть 2 // Электротехнические и информационные комплексы и системы. 2014. Т. 10. № 2. С. 19-28.
8. Kozlovski V.N., Petrovski A.V., Skripnuk D.F., Schepinin V.E., Telitsyna E. Intelligent diagnostic complex of electromagnetic compatibility for automobile ignition systems // Reliability, Infocom Technologies and Optimization (Trends and Future Directions). 6th International Conference ICRITO. 2017. С. 282-288.
Брачунова Ульяна Викторовна, аспирант, [email protected], Россия, Самара, Самарский государственный технический университет,
Козловский Владимир Николаевич, д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой, [email protected], Россия, Самара, Самарский государственный технический университет,
Шакурский Максим Викторович, канд. техн. наук, доцент, vigorsilentium@,mail.ru, Россия, Самара, Самарский государственный технический университет,
Киреев Кирилл Владимирович, канд. техн. наук, доцент, cir-cir@,lenta.ru, Россия, Самара, Самарский государственный технический университет
STUDY OF THE PERFORMANCE CHARACTERISTICS OF THE ENERGY DISTRIBUTION SYSTEM OF THE ON-BOARD NETWORK OF A PASSENGER CAR AT DIFFERENT
LEVELS OF RATED VOLTAGE
U.V. Brachunova, V.N. Kozlovsky, M.V. Shakursky, K.V. Kireev
The paper presents the results of a computational study of the technical and operational characteristics of the power distribution system of the on-board network of a car at various levels of the rated voltage of the on-board network.
Key words: passenger car, on-board electrical complex, power distribution system.
357
Brachunova Uliana Viktorovna, postgraduate, [email protected], Russia, Samara, Samara State Technical University,
Kozlovsky Vladimir Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, head of the department, [email protected], Russia, Samara, Samara State Technical University,
Shakursky Maxim Viktorovich, candidate of technical sciences, docent, vigorsilenti-um@,mail.ru, Russia, Samara, Samara State Technical University,
Kireev Kirill Vladimirovich, candidate of technical sciences, docent, cir-cir@,lenta.ru, Russia, Samara, Samara State Technical University
УДК 621.316.925.1
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-5-358-372
ПОВЫШЕНИЕ СЕЛЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ ФИДЕРОВ КОНТАКТНОЙ СЕТИ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ
ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
М.В. Востриков, А.В. Данеев, К.В. Менакер, В.Н. Сизых
Алгоритмы современных микропроцессорных устройств железнодорожной релейной защиты основаны на алгоритмах их релейных предшественников. Релейные устройства того времени имели технические ограничения по реализации защитных функций, функций визуализации, контроля и диагностики. Современные аппаратные и программные средства позволяют в значительной мере расширить функционал микропроцессорных устройств релейной защиты. В данной статье, с целью повышения селективности железнодорожных микропроцессорных устройств релейной защиты, предложена частичная модернизация их алгоритмов работы на основе прогнозирования анализируемых сигналов тока и напряжения на фидерах контактной сети, а также использование дополнительных систем визуализации и программных средств.
Ключевые слова: микропроцессорное устройство релейной защиты, унифицированный шаблон, график исполненного движения, хеш-код, направленная дистанционная защита, устройство фазовой автоподстройки частоты, методика прогнозирования, сплайны, алгоритм, осциллограмма.
В настоящее время на Забайкальской железной дороге среди микропроцессорных устройств релейной защиты фидеров контактной и тяговой сети нашли применение устройства нескольких фирм-производителей, среди которых следует отметить устройство цифровой защиты и автоматики фидера контактной и тяговой сети ЦЗА-27,5-ФКС(ФТС) [1, 2] и БМРЗ-ФКС(ФТС) [3]. Алгоритмы работы указанных микропроцессорных устройств релейной защиты во многом схожи и имеют условное разделение на ступени, которые получили развитие еще в период применения устройств на релейной основе. Возможности микропроцессорных систем позволяют значительно расширить функционал современных устройств релейной защиты, особенно при условии комплексного подхода к их автоматизации.
Основная часть. Одной из основных функций современных микропроцессорных устройств релейной защиты (МУРЗ) является токовая отсечка по действующему и мгновенному значениям тока. Токовая отсечка формально не является ступенью МУРЗ и является двойной защитой с мгновенным действием на отключение по действующему и амплитудному значениям первой гармонической составляющей тока [1, 2].
358
