Системы распределения электроэнергии на ВС и системы защиты от токов короткого замыкания.
Бортовая электрическая сеть (БЭС) представляет собой сложную систему каналов передачи электроэнергии от источников к приёмникам и состоит из шин, электропроводки, распределительных устройств, коммутационной и защитной аппаратуры. Сети условно делятся на централизованные, децентрализованные и смешанные. В централизованной сети электроэнергия подводится вначале к шинам центральных распределительных устройств (ЦРУ), а затем к периферийным распределительным устройствам (РУ) — распределительным панелям (РП), распределительным коробкам (РК) и распределительным щиткам (РЩ), для питания всего бортового оборудования ЛА. В децентрализованной БЭС ЦРУ отсутствуют в принципе и распределение электроэнергии производится сразу по РК и РП потребителей. Также существует БЭС смешанного типа, имеющая признаки централизованной и децентрализованной сети. Для повышения надёжности применяется деление бортсети на, например, сеть постоянного тока левая и правая, или сеть первого, второго или третьего генераторов.
Сети могут питаться от параллельно (на общую нагрузку) работающих генераторов, при этом отказ одного, к примеру, генератора не приводит к обесточиванию сети. Применяется также перекрёстное питание — сеть №1 питается от генератора №1 (левый двигатель) и №3 (правый двигатель). В свою очередь, сеть №2 питается от генератора №2 (левый двигатель) и №4 (правый двигатель). Если принять, что мощности одного генератора достаточно для питания всех потребителей этой сети, тогда получается, что в случае отказа одного двигателя (любого) и, соответственно, остановки двух генераторов — это никак не отразится на электроснабжении самолётных систем.
В случае отказа генератора (генераторов) сеть автоматически (или вручную) подключится к соседней исправной сети. В случае неисправности в самой сети, например, коротком замыкании, сеть остаётся обесточенной, но часть потребителей этой сети (при условии их исправности) могут быть переключены на питание от другой сети (переключаемые шины). Небольшая часть БЭС, к которой подключены потребители первой категории, питается от аккумуляторной шины напрямую в течение всего полёта. Часть оборудования подключается к шинам двойного питания (также называемых аварийными шинами, АВШ), которые в нормальном режиме работают от генераторов/ВУ, но в случае аварии автоматически подключаются к аккумуляторной шине, либо же к АВШ постоянно подключены все источники (аккумуляторы, ВУ, генераторы...), а от АВШ питаются отключаемые шины, которые отключаются при отказе всех или почти всех основных источников (питании от аккумуляторов).
Такая сложная система коммутации сетей преследует только одну цель — максимальное повышение живучести электропитания ЛА при разнообразных отказах и повреждениях. На более современных летательных аппаратах применяется автоматический контроль параметров работы генераторов и элементов бортсети цифровыми устройствами. Экипаж имеет возможность управлять некоторыми переключениями, например, на Ту-154 — бортинженер, на Ту-134 — штурман, на Ан-22, Ил-76 — бортэлектрик, на Ан-12, Ан-24 — бортрадист, на самолётах Airbus — пилоты, на их рабочих местах установлены органы контроля и управления энергосистемы.
На самолётах с генераторами постоянного тока (Ту-134, Ан-12, Ан-24) в обязанности экипажа входит ручная подстройка их напряжения, для чего в кабине установлены выносные регуляторы, а на современных самолётах практически всё автоматизировано, требуется лишь включение источников перед полётом, выключение после полёта, а вмешательство — лишь в серьёзных аварийных ситуациях.
На летательных аппаратах может применяться смешанная схема электроснабжения, из сетей постоянного тока и сетей переменного тока стабильной или нестабильной частоты, а также дополнительные сети для питания различной сложной аппаратуры (автономные системы электроснабжения). К примеру, генератор переменного тока может работать от пневматической турбины, которая, в свою очередь, работает на отбираемом от компрессора авиадвигателя сжатом воздухе. Такой агрегат называется турбогенератором и применяется редко, в частности, на самолётах Ан-22, Ту-95/142. Более распространены турбонасосные установки (ТНУ — гидронасос, приводимый от воздушной турбины), используемые как источники давления в гидросистемах, например, на Ан-124, но к СЭС они отношения не имеют.
На больших самолётах количество РК, РП и РУ может достигать нескольких десятков (более сотни), а общая длина проводки — сотен (и даже тысяч) километров. При этом все без исключения потребители имеют защиту от токовых перегрузок и КЗ — автоматы защиты сети, плавкие предохранители различных типов и силы тока — от 0,5 до 900 ампер. Как правило, вся коммутационная и защитная аппаратура компактно сосредотачивается в распределительных устройствах, для удобства обслуживания и монтажа.
Для защиты СЭС применяются самые различные аппараты — предохранители, автоматы защиты сети, различные реле, трансформаторы тока. Из плавких предохранителей наиболее распространены СП (стеклянный плавкий, срабатывание которых проверяется визуально по перегоранию элемента), рассчитанные на токи от 0,25 до 30 А, ПМ (плавкий малоинерционный, имеющий сигнализатор срабатывания, при перегорании элемента выступающий из корпуса), выпускаемые на токи от 1 до 75 А.
Основные типы тепловых автоматов защиты:
АЗС — автомат защиты сети, выполненный без свободного расцепления, т. е. при необходимости его можно удерживать рукой от срабатывания. Бывают негерметичного и герметичного (АЗСГ) исполнения, выпускаются на токи от 1 до 40 А;
АЗР — автомат защиты с расцепителем, который при срабатывании невозможно удержать и потом восстановить до остывания, выпускаются на токи от 30 до 150 А;
АЗ3 — автомат защиты трёхфазный, предназначенный для защиты нагрузок, для которых недопустим неполнофазный режим работы (асинхронные электродвигатели, выпрямительные устройства);
АЗК — автомат защиты кнопочный, имеющий однофазное (АЗК1) и трёхфазное (АЗК3) исполнения, отличается тем, что рукоятка выполнена не в виде рычажка, а в виде кнопки. На основание кнопки нанесён белый поясок, который виден при отключенном положении автомата. Выпускаются на токи от 1 до 150 А.
Несмотря на то, что автоматы предназначены не для оперативных переключений, а только для защиты, распредустройства нередко устанавливаются в кабине, поэтому автоматы АЗС и АЗ3 выполняются под различные типы освещения — под ультрафиолетовое, со светомассой в головке рычажка, без индекса, под красное или белое, без светомассы и с удлиннённым (для АЗС) на 6 мм рычажком — с индексом К. Например, АЗСГК-5 — АЗС герметичный под красное/белое освещение, номинальный ток 5 А, АЗ3К-10 — автомат защиты трёхфазный под красное/белое освещение, номинальный ток фазы — 10 А.
Из защитных реле наиболее распространены поляризованные реле для цепей постоянного тока — дифференциально-минимальные реле ДМР-200, ДМР-400, ДМР-600, аппарат защиты и управления ВУ АЗУВУ-200, цифры означают максимальный ток в амперах. Ими защищаются источники постоянного тока — генераторы и выпрямительные устройства — от обратного тока и короткого замыкания в линии от источника до РУ. ДМР также выдаёт в цепи управления распределением электроэнергии сигнал о нормальной работе источника.
Защита генераторов переменного тока, по сути похожая на действие ДМР, обеспечивается блоками трансформаторов тока совместно с блоком защиты генератора (БЗУ-376, БРЗУ-115 и др.). Блок трансформаторов тока — объединённые в один корпус три тр-ра тока, отечественной промышленностью выпускаются БТТ-30Б, БТТ-40, БТТ-60ПМ, БТТ-120БТ для генераторов на 30, 40, 60, 120 кВА соотв., блоки датчиков тока (отличие только в названии) БДТ-16К, БДТ-90К, БДТ-120БТ для генераторов мощностью 16, 90, 120 кВА. Один БТТ в бескорпусном виде встроен прямо в генератор либо установлен на фазных проводах X, Y, Z (уходящих на корпус), второй устанавливается в распредустройстве. Одноимённые трансформаторы (стоящие на одной фазе, например, на фазе A в РУ и на проводе X от генератора) включены через блок защиты встречно, если ток, потребляемый РУ, равен току, вырабатываемому генератором, то результирующий ток обоих ТТ равен нулю.
Если в линии возникает утечка или короткое замыкание, то равновесие нарушается и блок отключает генератор. Также блок обеспечивает максимальную токовую защиту генератора, контролируя токи трансформаторов по отдельности. При любой ошибке монтажа (неправильном подключении проводов к БТТ или перепутанной укладке фаз в окна БТТ, перевёрнутой установке БТТ, когда надписи «От генератора» и «К нагрузке» на корпусе БТТ не соответствуют прокладке проводов) дифференциальная защита работает неправильно: либо не отключается при КЗ в линии, либо не отключается при перегрузке, либо наоборот — генератор «не держит нагрузку», то есть отключается даже при малой нагрузке. Неправильный монтаж явился причиной пожара самолёта Ту-154 в Сургуте — не сработала максимальная токовая защита.