CC BY
1
УДК 621.398
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-11-413-414
ОПТИМИЗАЦИЯ КОММУТАЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КАБЕЛЬНЫХ СИСТЕМ
И.В. Москаленко
В данной статье описывается методика оптимизации процесса определения состояния электрической кабельной сети на примере транзитной наземной кабельной сети космического аппарата космического ракетного комплекса «Ангара».
Ключевые слова: космический ракетный комплекс «Ангара»; транзитная наземная кабельная сеть космического аппарата; состояние электрической кабельной сети; оптимизация коммутации.
В настоящее время, своевременное наращивание и восполнение орбитальной группировки космических аппаратов лежит в основе многих процессов по поддержанию обороноспособности Российской Федерации. Для обеспечения своевременности восполнения орбитальной группировки, боевые расчеты подготовки и пуска РКН сталкиваются с необходимостью решения множества различных задач, немаловажными из которых являются задачи по определению технического состояния космических средств.
Как показывает практика, в ходе процесса подготовки к пуску и пуска РКН, длительность операций по определению технического состояния космических средств занимает до 40% от общего времени подготовки. Одними из наиболее времязатратных, являются операции по определению технического состояния электрических цепей и связей внутри приборов и агрегатов, входящих в состав космических средств, что и обуславливает необходимость сокращения времени, затрачиваемого на проведение этого вида проверок при сохранении полноты и качества проведения операций.
Основным направлением, позволяющим сократить время на проведение диагностики технического состояния электрических кабельных сетей, является модернизация существующих и разработка новых средств диагностики. Однако в настоящее время дальнейшее улучшение таких средств практически достигло своего технического предела.
Используемые в настоящее время средства диагностики технического состояния электрических кабельных систем (ЭКС) состоят из блока коммутации, измерителя электрического сопротивления и блока сравнения полученного результата изменения с эталоном (набором эталонов). Таким образом, длительность контроля технического состояния электрических цепей (Г) зависит от:
- количества коммутаций (переключений) электрических цепей (М);
- времени, затраченного на проведение одного замера электрического сопротивления между двумя точками проверяемой электрической цепи (с учетом времени, затраченного на проведение сравнения результата измерения с эталоном) ^зам)';
- времени коммутации одной цепи средством технического диагностирования (Гком);
и может быть записана в следующем виде:
Тобщ = ^Озам + О- (1)
В ходе развития средств технического диагностирования в последние десятилетия в среднем, время диагностирования сократилось на и 45% за счет снижения 1зам и и<м, но дальнейшее уменьшение этих параметров затруднено из-за близости к пределу технических возможностей средств диагностирования. Другой вариант, слабо проработанный в наше время, это сокращение N количества коммутаций электрических цепей при проведении контроля состояния ЭКС.
В состав космического ракетного комплекса «Ангара» (далее по тексту - КРК «Ангара») входит транзитная наземная кабельная сеть контрольно-проверочной аппаратуры космического аппарата (далее - ТНКС КПА КА).
ТНКС КПА КА предназначена для организации электрической связи между бортовыми транзитными кабелями КА и контрольно-проверочной аппаратурой КА, размещенной в помещениях технического (ТК) и универсального стартового комплексов (УСК). В состав ТНКС КПА КА входят:
1. Комплект кабелей;
2. Вспомогательное технологическое оборудование:
- шкафы соединительные;
- устройство контроля сопротивления изоляции (УКСИ);
- универсальный кабельный разъем (УКР).
Проведение технического обслуживания на ТНКС КПА КА, в том числе предпускового при подготовке ТК и УСК к работе со штатным изделием, а также использование его при подготовке РКН к пуску, заключается в проведении операций по определению технического состояния цепей связи между контрольно-проверочной аппаратурой и космическим аппаратом (как наземную ее часть, так и бортовые транзитные цепи КА). При этом электрические цепи проверяются на целостность, разобщенность и величину сопротивления изоляции между каждой цепью и корпусом (землей). Проведение этих проверок из-за большого количества входящий в состав ТНКС кабелей, имело большую продолжительность.
Боевым расчетом было предложено оптимизировать выполнение проверок за счет объединения отдельных кабелей в тракты посредством входящих в состав ТНКС перемычек. Предприятие-изготовитель системы, после анализа предложения, включило возможность такой работы в эксплуатационную документацию, что позволило сократить время проведения ТО на и 40%.
Анализ средства технического диагностирования, используемый на ТНКС КПА КА и представленный в виде УКСИ, позволил определить его достоинства и недостатки. В УКСИ используется метод электрической проверки исправности кабелей «точка-точка», то есть проверка значения электрического сопротивления между двумя любыми цепями.
Известия ТулГУ. Технические науки. 2023. Вып. 11
Так как при определении технического состояния кабельной сети оценивается только значение электрического сопротивления и допусковое оценивание показателей исправного состояния электрических цепей, а не точное его значение, то для оценивания сопротивления разобщения между проверяемыми цепями при проверке возможно электрическое соединение нескольких цепей в группы. При этом сопротивления разобщения между проверяемыми цепями объединяются по правилу параллельного соединения сопротивлений (2). Сопротивление разобщения между группами будет меньше или равно любому из сопротивлений разобщения цепей, входящих в проверяемые группы, то есть, если сопротивление разобщения между группами будет больше или равно минимально допустимому сопротивлению разобщения (определенному в ЭД), то сопротивление разобщения любой цепи, входящей в проверочную группу, будет однозначно больше или равно минимально допустимому сопротивлению разобщения (определенному в ЭД).
я = Я*Я2*...*Я . (2)
064 Я + Я+...+я
1 2 п
Рассмотрим на примере. На рисунке схематично изображена кабельная сеть из 6 разобщенных электрических цепей. Задача - проверить разобщенное состояние между каждой цепью. Использование метода замера «группа-группа» позволяет при объединении цепей в две группы по три цепи за один замер оценить разобщенное состояние девяти пар (32 ) цепей, тогда как метод «точка-точка» потребовал бы провести девять замеров с девятью же перекоммутациями цепей.
Если рассмотреть процесс определения технического состояния кабельной сети, состоящей из четырех разобщенных цепей, то для полного оценивания разобщенности цепей различными методами понадобится разное количество замеров (табл. 1).
Таблица 1
Количество измерений для различных методов _
№ замера «точка -точка» «точка-группа» «группа-группа»
I II I II I II
1 1 2 1 234 12 34
2 1 3 2 134 13 24
3 1 4 3 124
4 2 3 4 123
5 2 4
6 3 4
Используя методы комбинаторики (3), (4), (5), приведены оценочные расчеты предельных количеств замеров для кабельной сети, имеющей п=50 проверяемых на разобщение цепей (табл.2)
Таблица 2
Результаты расчета предельных количеств замеров для 50 цепей_
«точка-точка» «точка-группа» «группа-группа»
An Bnmin C ■ ^n min
50 25
1225 Bnmax C ^ n max
100 50
An — количество замеров; Bn min, Cn min, Bn max, Cn max — минимальное и максимальное количество замеров.
A = A = A =n>z1);
C,_ = n;
B„mi„ = n; B„ „ = 2n; n+1
(3)
(4)
(5)
С =" ' '• С = п.
— . птах
2 ™ 2 '
(при п - четное) (при п - нечетное)
Очевидно, что в общем виде в состав ЭКС входят различные электрические цепи, приборы, датчиковая и коммутационная аппаратура, а средства диагностирования могут подключаться к различным концам или участкам цепей. Исходя из этого, в ЭКС могут присутствовать несколько видов электрических цепей:
- разобщенные электрические цепи - цепи, гальванически развязанные (не имеющие сообщения между
собой);
- сообщенные электрические цепи - цепи, соединенные между собой (короткозамкнутые);
- связанные электрические цепи - цепи, между которыми есть связь, обусловленная наличием приборов, коммутационной аппаратуры.
Кроме этого, для определения технического состояния кабельной сети может использоваться дополнительное оборудования или приспособления, такие как технологические заглушки, электрические перемычки и вспомогательные приборы.
Все это приводит к усложнению поиска оптимальной последовательности коммутаций электрических цепей, при проверке ЭКС, обеспечивающую минимум количества коммутаций для обеспечения наименьшего времени прохождения проверки.
Однако в нашем конкретном случае, в состав ТНКС КПА КА входят ЭКС исключительно с разобщенными электрическими цепями, что позволяет внедрить в работу метод проверки «группа-группа».
При проведении проверок ЭКС, входящих в состав ТНКС КПА КА, кроме разобщенности цепей, проверяется так же целостность и сопротивление каждой цепи на корпус.
Для проведения проверки сопротивления изоляции между электрической цепью и корпусом, предлагается использовать технологические заглушки (входящие в состав системы), соединяющие все цепи одного кабеля в одну и проводить один замер объединенной цепи на корпус. Если результат измерения будет больше или равен минимально допустимому значению сопротивления изоляции (определенному в ЭД), это позволит сделать вывод о соответствии каждой цепи, входящей в объединенную группу критерию «норма». При получении значения, не соответствующего критерию «норма» - провести проверку по методу «точка-точка» для определения цепи, имеющей повреждение изоляции. Кроме того, в настоящее время, при проведении замеров УКСИ производит сравнение измеренного значения с набором эталонов по принципу «от меньшего к большему», что при проверке сопротивления изоляции (значения от 5 МОм и выше) приводит к увеличению tsm. Учет ожидаемой величины результата измерения при разработке (исправлении) программного обеспечения и выбора в связи с этим сверки результата измерения с набором эталонов по принципу «от меньшего к большему» или «от большего к меньшему», позволит сократит время, затраченное на проверку от 10 до 30%.
В заключение, можно сделать вывод, что внедрение рассмотренного в статье метода проведения проверки технического состояния ЭКС позволит значительно сократить время, затрачиваемое на проведение операций по подготовке ТНКС КПА КА к работе с изделием без потери качества и эффективности диагностики, что в свою очередь повысит коэффициент готовности системы и КРК в целом и повлияет на успешность выполнения целевых задач.
Москаленко Игорь Валериевич, инженер-испытатель, [email protected], Россия, Мирный, Войсковая часть 75117
OPTIMIZATION OF ELECTRICAL CIRCUIT SWITCHING TO DETERMINE THE STATE OF ELECTRICAL CABLE SYSTEMS
I.V. Moskalenko
This article describes a method for optimizing the process of determining the state of the electrical cable systems using the example of a transit ground cable network of the spacecraft of the Angara space rocket complex.
Key words: Angara space rocket complex; transit ground cable network of the spacecraft; state of the electrical cable network; switching optimization.
Moskalenko Igor Valerievich, test engineer, [email protected], Russia, Mirny, Military unit 75117
