3.7. Контроль і діагностування підсистем сса в процесі технічної експлуатації

Основною вимогою, що ставиться до ССА в процесі експлуатації є забезпечення нормованих рівнів безпеки польотів на етапі візуального пілотування у СМУ вдень і вночі, саме тому до ССА та її підсистем ставляться певні вимоги щодо надійності.

Основним заходом забезпечення надійності ССА в процесі експлуатації є своєчасне проведення технічного обслуговування і ремонту (ТО і Р) з боку обслуговуючого персоналу. В процесі То і Р проводяться заходи з технічного контролю і діагностування обладнання ССА: регуляторів яскравості, кабелю, аеродромних вогнів, тощо, відповідно до затверджених стратегій ТО і Р.

Аналіз складу та структури обладнання ССА, а також його характеристик надійності демонструє, що найбільш важливою та складною задачею є контроль технічного стану аеродромних вогнів, адже вони є найбільш поширеними і найменш надійними елементами ССА, які виконують головну функцію ССА – формування візуальної картини для пілоту ПС.

В разі, якщо ССА не обладнана системами автоматизованого контролю технічного стану (САК) аеродромних вогнів, контроль проводиться візуально через певні проміжки часу (найчастіше 12 год.). Такий контроль вимагає виїзду обслуговуючого персоналу на ЗПС та включення ССА на деякий час (2-3 год.), що є складною задачею у осінньо-зимовий період (коли переважають СМУ) і приводить до додаткових витрат електроенергії та швидкого виробітку ресурсу джерел світла аеродромних вогнів.

Крім того, на даний час в аеропортах України експлуатуються застарілі ССА, що перебувають за межами гарантованого заводом-виробником терміну служби, які без застосування САК аеродромних вогнів об’єктивно не в змозі забезпечити нормований рівень безпеки польотів.

Існують різні принципи побудови САК аеродромних вогнів, однак найпоширенішими є САК, побудовані на принципі виміру та контролю електричних параметрів КЛ. З переліку електричних параметрів КЛ (активний, реактивний, повний опір, постійна часу, тощо) обирається один – визначальний параметр, до якого ставиться ряд вимог:

• максимальна відносна зміна значення параметру порівняно з іншими параметрами, при відмові джерел світла аеродромних вогнів;

• можливість відносно простого перетворення у контрольований сигнал;

• можливість використання контрольованої системи за прямим призначенням в процесі функціонування САК;

• незалежність значення визначального параметру від зміни режиму роботи системи, коливання напруги джерела живлення, температури, тощо.

На підставі аналізу сформульованих вище вимог з переліку параметрів КЛ обирається визначальний, відповідно до значення якого можна зробити висновок щодо технічного стану підсистеми ССА (кількості аеродромних вогнів, що відмовили).

Після вибору та обґрунтування визначального параметру можна зробити висновок щодо контрольованого сигналу – сигналу, що подається на вхід пристрою контролю, по значенню якого можна зробити висновок про технічний стан підсистеми ССА.

Таким чином буде вирішена основна теоретична задача побудови САК аеродромних вогнів.

Основною вимогою, що ставиться до ПЕАВ є стабільність діючого значення струму у КЛ незалежно від впливу таких основних дестабілізуючих чинників, як коливання напруги у мережі та зміна електричних параметрів КЛ, спричинена відмовами аеродромних вогнів [9].

До складу електричної схеми ПЕАВ, що представлена на рис.* входять КЛ та РЯ, в якому система автоматичного керування струмом в КЛ об’єднана у один функціональний блок.

Кабельна лінія являє собою електричний ланцюг з розподіленими параметрами, яка має погонний активний опір, індуктивність та розподілену ємність кабелю С_к та ізолювальних трансформаторів – С_ІТ відносно землі (рис.*). Активний опір КЛ складається з активних опорів ниток розжарювання джерел світла аеродромних вогнів, ділянок з’єднувального кабелю та первісних обмоток ізолювальних трансформаторів.

Індуктивність КЛ визначається лінійною власною індуктивністю кабелю, індуктивністю розсіювання ІТ, які працюють в режимі холостого ходу, тобто з джерелом світла, що відмовило. Для зручності аналізу, КЛ можна розглядати, як електричний ланцюг з зосередженими параметрами, нехтуючи розподіленою ємністю кабелю та ІТ відносно землі та хвильовими процесами, що характеризують змінне електромагнітне поле. Така інтерпретація припустима, оскільки значення розподіленої ємності кабелю та ІТ невеликі (десь біля 2 мкФ для кабелю, довжиною 10 км та сотнею ІТ), є ємнісний опір струму РЯ на два порядки вище активного опору і практично не має впливу на значення і характер зміни струму у КЛ, а швидкості зміни струму та напруги в ланцюзі в даному режимі в сотні раз менше швидкості розповсюдження електромагнітних хвиль в ланцюзі [10].

Беручи до уваги, також те, що індуктивність контуру намагнічування ІТ в режимі холостого хода в багато разів перевищує індуктивність розсіювання його обмоток, індуктивностями розсіювання можна знехтувати.

Активний опір ниток розжарювання джерел світла не є постійним, а має нелінійну залежність від температури розігріву, яка в свою чергу визначається струмом, що протікає по ниті. Однак, при фіксованому значенні струму, активний опір ниті розжарювання можна вважати постійним, оскільки він практично не змінюється в межах періоду зміни струму через значну теплову інерцію ниті.

Розглянуті припущення значно спрощують задачу, при збереженні прийнятної точності її вирішення, і дозволяють розглядати КЛ, як електричний ланцюг з зосередженими параметрами, що складається з послідовно з’єднаних активного опору – R_ек, еквівалентної лінійної індуктивності кабелю – L_ек та еквівалентної нелінійної індуктивності ІТ – L_{е ІТ} та, що перебуває у режимі холостого ходу (рис.**).

Таким чином, КЛ являє собою активно-індуктивне навантаження на РЯ, причому співвідношення між активним опором і індуктивністю може бути досить різним і залежить від довжини КЛ, кількості та потужності включених в неї джерел світла, від режиму їх роботи, а також від кількості ІТ з джерелами світла, що відмовили. Розглянуті параметри визначають значення повного опору КЛ - Z_КЛ. При відмові джерела світла, яке супроводжується руйнуванням ниті розжарювання або порушенням контакту в цоколі, відповідний ІТ переходить у режим холостого хода, що вносить до повного опору КЛ значну нелінійну індуктивність. Еквівалентна індуктивність КЛ при цьому збільшується, а еквівалентний активний опір зменшується на значення активного опору ниті розжарювання джерела світла, що приведене до кількості витків первинної обмотки ІТ.

Регулятор яскравості автоматично стабілізує діюче значення струму в КЛ шляхом зміни своєї вихідної напруги, яка залежить від кута керування силовими тиристорами РЯ _у . Значення кута керування формується автоматично САК струмом. Зміна електричних параметрів КЛ в процесі роботи приводить до того, що кут керування також змінюється у великих або менших межах, а тому саме він і вважається основним вихідним параметром РЯ, від якого залежить його вихідна напруга і струм у КЛ. Форми вихідної напруги РЯ та струму в КЛ відрізняються від синусоїдальних і також змінюються в залежності від кута керування.

Від електричної схеми на рис. ** , використовуючи спрощену схему заміщення силового трансформатора Т1 РЯ (враховуючи його лінійний індуктивний опір розсіювання в члені L_ек), та замінивши силові тиристори ідеальними ключами, можна перейти до еквівалентної схеми на рис. ***** [9]. Замінюючи силові тиристори ідеальними ключами, фактично нехтують їх таким параметрами, як час ввімкнення, прямим падінням напруги в відкритому стані та прямим струмом витоку в закритому стані, які мають певні значення, однак, ці величини настільки мали, що таке припущення майже не впливає на точність результатів.

Аналітичні співвідношення, що встановлюють залежність між миттєвими, діючими значеннями струму в КЛ та електричними параметрами КЛ з урахуванням зміни кута керування силовими тиристорами РЯ виглядають наступним чином.

Процес, що протікає у ланцюзі на рис. *****, при підключенні її до джерела синусоїдальної напруги, описується нелінійним диференціальним рівнянням:

, (25)

де  - потокозчеплення еквівалентної нелінійної індуктивності ланцюга; L_ек – еквівалентна лінійна індуктивність ланцюга; R_екк еквівалентний активний опір ланцюга; i – миттєве значення струму в ланцюзі; U_m – амплітудне значення синусоїдальної напруги;  - кругова частота; _у – начальна фаза синусоїдальної напруги.

Залежність  = L_еІТ i є нелінійною, оскільки L_еІТ є функція струму i.

У ланцюзі на рис. ***** послідовно з лінійною та нелінійними індуктивностями ввімкнено великий активний опір, а отже, можна припустити, що член в рівнянні (25) є другорядним, порівняно з членом , а це означає, що максимальне значення члена під час перехідного процесу значно менше максимальних значень, що досягаються іншими членами.

Застосовуючи метод розрахунку перехідних процесів, у нелінійному ланцюзі , оснований на умовній лінеаризації рівняння ланцюга [9], і вважаючи, що

, (26)

де L_екк – еквівалентна індуктивність ланцюга,

рівняння (25) прийме вигляд:

. (27)

За умови L_екк = const, рівняння (27) стає лінійним і має рішення у вигляді:

. (28)

Постійна А визначається з умови, що струм до ввімкнення дорівнював нулю, отже рівняння (28) набуде кінцевого вигляду

, (29)

де I_m – амплітудне значення струму, що дорівнює

(30)

(31)

(32)

Формула (28) дозволяє визначити миттєві значення струму в будь-якому ланцюзі в будь-який момент часу в межах півперіоду і пов’язує ці значення з електричними параметрами ланцюга та моментом його підключення до джерела.

Далі визначено електричні параметри КЛ – еквівалентні активний, та повний опори КЛ, індуктивність КЛ.

Еквівалентний активний опір КЛ визначається за наступною формулою

, (33)

де R₀ –погонний активний опір кабелю, Ом/км; l – загальна довжина кабелю, км; Р_ДС – потужність джерела світла аеродромного вогню; І_ДС – діюче значення струму, що протікає через нить розжарювання ДС; n_ІТ - коефіцієнт трансформації ІТ; N_АВ – загальна кількість аеродромних вогнів підсистеми ССА; m – кількість аеродромних вогнів підсистеми ССА, що відмовили.

Еквівалентний реактивний опір КЛ визначається за формулою (26), в якій L_ек, [Гн], визначається за формулою

, (34)

де l – загальна довжина кабелю, м; r – радіус струмопровідної жили кабелю, м.

Повний еквівалентний опір КЛ визначається за формулою

. (35)

Приклади графіків залежності електричних параметрів КЛ від кількості аеродромних вогнів, що відмовили, зображені на рис. 4 – рис.7.

Рис. 4. Приклад побудови графіку функції R_екл = f(m).

Рис. 5. Приклад побудови графіку функції L_екл = f(m).

Рис. 6. Приклад побудови графіку функції Z_екл = f(m).

Рис. 7. Приклад побудови графіку функції = f(m).

Далі необхідно провести порівняльний аналіз зміни різних параметрів КЛ та вибрати визначальний параметр.

На базі обраного визначального параметру розроблюється пристрій для автоматизованого контролю технічного стану КЛ.