CC BY
45<Тешетневс^ие чтения. 2016
Среднеквадратическая погрешность измеренной дальности составила 0,10 м и 0,11 м для дальностей БС-ОС1 и БС-ОС2 соответственно, что с запасом перекрывает требования технического задания. Для сравнения по результатам испытаний, проводимых ранее, можно отметить тенденцию в снижении погрешности измерения основного радионавигационного параметра [1].
Библиографические ссылки
1. Феоктистов Д. С., Алешечкин А. М. Использование морской радионавигационной системы «Кра-бик» для координатного обеспечения наземных объектов // Материалы XVII Междунар. науч. конф., по-свящ. памяти генер. конструктора ракет.-космич. систем акад. М. Ф. Решетнева : в 2 ч. / под общ. ред. Ю. Ю. Логинова ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск. 2013. Ч. 1. С. 157-159.
2. Алешечкин А. М., Гейман В. Н. Система посадки вертолетов // Актуальные вопросы исследований в авионике: теория, обслуживание, разработки: сб. тезисов докл. Всерос. науч.-практ. конф. «Авиатор». Воронеж, 2013. С. 87-88.
3. Кокорин В. Радионавигационные системы и устройства : учеб. пособие. Красноярск : ИПЦ КГТУ, 2006. 175 с.
References
1. Feoktistov D. S., Aleshechkin A. M. Ispol'zovanie morskoy radionavigatsionnoy sistemy «Krabik» dlya koordinatnogo obespecheniya nazemnykh ob"ektov // Materialy XVII Mezhdunar. nauch. konf., posvyashch. pamyati gener. konstruktora raket.-kosmich. sistem akad. M. F. Reshetneva : v 2 ch. / pod obshch. red. Yu. Yu. Loginova ; Sib. gos. aerokosmich. un-t. Krasnoyarsk, 2013. Ch.1. Р. 157-159.
2. Aleshechkin A. M., Geyman V. N. Sistema posadki vertoletov // Aktual'nye voprosy issledovaniy v avionike: teoriya, obsluzhivanie, razrabotki : sb. tezisov dokl. Vseross. nauch.-prakt. konf. «Aviator». Voronezh, 2013. Р. 87-88.
3. Kokorin V. I. Radionavigatsionnye sistemy i ustroystva : ucheb. posobie. Krasnoyarsk : IPTs KGTU, 2006. 175 р.
© Феоктистов Д. С., Доронин К. Н., Коновалова А. И., Громова А. А., 2016
УДК 621.311.69
СИСТЕМА КОНТРОЛЯ ТОКОВ УТЕЧКИ И СОПРОТИВЛЕНИЯ изоляции ДЛЯ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА
Н. В. Штабель, Е. А. Мизрах, А. В. Ушаков
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: shtabnik@gmail.com
Авторами разработана и исследована система, позволяющая определять снижение сопротивления изоляции в процессе наземных испытаний системы электропитания космического аппарата.
Ключевые слова: ток утечки, сопротивление изоляции, аварийное отключение, система электропитания, датчики тока утечки.
LEAKAGE CURRENT DETECTION AND INSULATION RESISTANCE MEASUREMENT SYSTEM FOR SPACECRAFT POWER SUPPLY SYSTEM
N. V. Shtabel, E. A. Mizrah, A. V. Ushakov
Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: shtabnik@gmail.com
This paper considers the system, which provides detection of the insulation resistance in DC circuits with multiple sources; this is important during ground tests of spacecraft power system.
Keywords: leakage current, insulation resistance, emergency shutdown, power supply system, sensor leakage currents.
В ходе испытаний электрооборудования космиче- корпус. Это может угрожать жизни и здоровью пер-ского аппарата (КА) возможно нарушение целостно- сонала, а также привести к аварийной ситуации и по-сти изоляции токоведущих шин и замыкание их на вреждению дорогостоящего оборудования.
*Работа проводилась при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации (Соглашение № 14.577.21.0082). Уникальный идентификатор RFMEFI57714X0082.
контроль и испытания ракетно-космической техники
Поэтому обнаружение токов утечки и нарушения целостности изоляции необходимо для обеспечения безопасности жизни персонала и предотвращения сбоя или аварии системы электропитания КА.
Для обнаружения токов утечки в сетях переменного тока давно и успешно используется устройство защитного отключения (УЗО), а также реле контроля изоляции (РКИ), основанные на хорошо отработанных методах [1; 2], однако для сетей постоянного тока с большим количеством источников и потребителей защитные устройства мало распространены из-за сложности обнаружения и измерения токов утечки. К недостаткам указанных методов также относится гальваническая связь между силовыми и измерительными цепями.
Структура системы электропитания с установленной СКТУ показана на рис. 1.
Предлагаемая система измерения и контроля токов утечки и сопротивления изоляции (СКТУ) основана на применении бесконтактных датчиков малых токов на основе эффекта Холла [3] и позволяет обнаруживать снижение сопротивления изоляции на нескольких линиях, работать в сетях с объединенными минусовыми шинами, защищать источники при коротком замыкании шин на корпус.
СКТУ состоит из датчиков напряжения и тока утечки (ДНТУ1... ДНТУ9), прерывателя тока короткого замыкания (ПТКЗ), блока управления, контроля и сигнализации (БУКС). ЭСКМТ включает в себя имитатор солнечной батареи (ИБС1...ИБС4), имитатор аккумуляторной батареи (ИАБ), нагрузочное устройство (Н1...Н3).
Энергопреобразующая аппаратура СЭП КА (ЭПА) может работать в двух режимах: с гальванически развязанной от корпуса шиной «-»; с шиной «-», соединенной с корпусом. СКТУ обеспечивает измерение токов утечки и сопротивлений изоляции в обоих режимах [4].
К СКТУ предъявляются следующие требования:
- диапазон контролируемого сопротивления изоляции 5-500 кОм;
- погрешность вычисления сопротивления изоляции ±20 %;
- рабочий диапазон напряжения линий питания 5-200 В;
- количество контролируемых линий, не менее: 16.
Основными функциями ДНТУ являются измерение токов утечки, измерение напряжения контролируемой линии, подключение дополнительных сопротивлений между силовыми шинами и «корпусом» для создания контура протекания токов утечки в некоторых случаях.
ПТКЗ должен обнаруживать замыкание любой из плюсовых шин на корпус и своевременно размыкать контур протекания тока КЗ. Важно обеспечить как можно более быстрое размыкание цепи протекания тока, в связи с этим ПТКЗ должен размыкать цепь не более чем за 20 мкс.
Для ограничения тока короткого замыкания на уровне не более 100 А, а также скорости его нарастания, в ПТКЗ введены резистор R номиналом 1 Ом и катушка индуктивности L = 5 мкГн.
БУКС представляет блок сбора данных с ДНТУ (до 16 каналов) и вычисления значений сопротивления изоляции и тока утечки на каждой из контролируемых линий, которые впоследствии передаются на управляющий ПК. После получения данных оператор может увидеть снижение сопротивления изоляции на конкретной линии и своевременно принять меры по устранению аварий.
БУКС выполняет следующие функции:
- сбор данных с ДНТУ и ПТКЗ;
- вычисление сопротивления изоляции каждой линии на основе полученных данных;
- выдача данных по интерфейсу Ethernet управляющему ПК;
- проведение первичной и периодической диагностики СКТУ.
Для проверки быстродействия ПТКЗ на макете были проведены эксперименты, имитирующие возникновение тока КЗ.
Рис. 1. Структура испытательного стенда СЭП КА с УКИЗ
Решетневс^ие чтения. 2016
Рис. 2. Результаты проверки быстродействия ПТКЗ: а - быстродействие ПТКЗ на малых токах: Цип = 20 В, /макс = 6,66 А, _Кдт = 3 Ом, 7пр = 7,5 мкс; б - быстродействие ПТКЗ на больших токах: Цип = 200 В, /макс = 66 А, Rдт = 1,5 Ом, 7пр = 7,5 мкс
В ходе эксперимента через ПТКЗ искусственно создавался ток короткого замыкания, при этом снимались осциллограммы сигналов с датчика тока и сигнала на размыкание цепи. Результаты эксперимента приведены на рис. 2.
Как видно из рис. 2, время размыкания цепи не превышает допустимое значение 20 мкс.
Также в ходе разработки были произведены исследования точности ДНТУ, при этом искусственно создавался ток утечки и производился контроль сопротивления изоляции линии с заранее известным значением. Полученная средняя погрешность измерений не превышает 10 % при напряжении линии 50-200 В и находится в пределах 20 % при напряжении линии 20-50 В. Повышение погрешности при снижении напряжения линии питания объясняется пропорциональной зависимостью величины тока утечки от напряжения линии.
Разработанная система может быть использована не только при испытаниях СЭП КА, но и в рабочем режиме СЭП КА для преждевременного обнаружения и предотвращения аварийных ситуаций, а также в любых разветвленных сетях постоянного тока для обнаружения снижения сопротивления изоляции.
Библиографические ссылки
1. Новости электротехники. 2015. 6 (69). [Электронный ресурс] URL: http://www.news.elteh.ru/arh/ 2002/13/22.php (дата обращения 25.07.2016).
2. Способ измерения сопротивления изоляции в цепях постоянного тока. Пат. 2384855 РФ. MnK51G01R27/18; заявитель и патентообладатель
С. В. Романов. № 2008150009/28; заяв. 17.12.2008; опубл. 20.03.2010; Бюл. № 8. 8 с.
3. Split core Hall Effect DC current sensor. [Электронный ресурс]. URL: http://www.hallsensors.de/ CYHCT-C2TC.pdf (дата обращения 25.07.2016)
4. Способ автоматического контроля сопротивления изоляции шин источников постоянного тока на корпус: пат 2391679 Р.Ф. МПК5Ш0Ж31/02/ заявитель и патентообладатель ОАО «ИСС» (RU) № 2009103681/28 ; заявл.: 04.02.2009; опубл. : 10.06.2010.
References
1. Novosti elektrotekhniki [Electrotechnic news] 6 (69) 2015. Available at: http://www.news.elteh.ru/arh/ 2002/13/22.php (accessed 25.07.2016).
2. Romanov S. V. Sposob izmereniya soprotivleniya izolyatsii v tsepyakh postoyannogo toka [The method of insulation resistance control in DC circuits]. Patent RF, no. 2384855, 2008.
3. Split core Hall Effect DC current sensor. Available at: http://www.hallsensors.de/CYHCT-C2TC.pdf (accessed: 25.07.2016)
4. Academician M. F. Reshetnev Information Satellite Systems. Sposob avtomaticheskogo kontrolya soprotivleniya izolyatsii shin istochnikov postoyannogo toka na korpus [The method of automatic insulation resistance control for DC power sources]. Patent RF, no. 2391679, 2009.
© Штабель Н. В., Мизрах Е. А., Ушаков А. В., 2016
