Monitorowanie izolacji w systemach elektrycznych statków powietrznych
Dzisiejsze duże samoloty pasażerskie polegają na systemach dystrybucji niskiego napięcia do zasilania wszystkiego, od awioniki i sterowania po rozrywkę podczas lotu i oświetlenie. Jednak w miarę jak samoloty stają się coraz bardziej elektryczne, wzrasta również zapotrzebowanie na wyższe napięcia. „Wraz ze wzrostem przewidywanego zapotrzebowania na energię elektryczną wysokiego napięcia w dużych samolotach pasażerskich i innych koncepcjach bardziej elektrycznych samolotów, wymagane będą nowe systemy dystrybucji energii elektrycznej, aby umożliwić bezpieczne, lekkie i wysoce wydajne elektryczne układy napędowe” — wyjaśnia Antonio Griffo, profesor energoelektroniki i napędów elektrycznych na Uniwersytecie w Sheffield. Jednak wyższe napięcie oznacza zwiększone oddziaływania na izolację elektryczną kabli, maszyn elektrycznych i komponentów. Oznacza to również, że monitorowanie stanu izolacji i wykrywanie usterek staje się kluczowe w systemach o krytycznym znaczeniu dla bezpieczeństwa, takich jak systemy zasilania samolotów. Przejdź do finansowanego ze środków UE projektu IMITAES. W ramach projektu, który otrzymał wsparcie ze strony Wspólnego Przedsięwzięcia „Czyste Niebo 2”, zaprojektowano, zademonstrowano i dostarczono innowacyjne systemy monitorowania izolacji specjalnie w oparciu o wymagania sektora lotniczego.
Uziemienie Isolation Terra
Systemy dystrybucji zasilania stosowane obecnie w większości konwencjonalnych samolotów wykorzystują metalowy płatowiec samolotu jako układ uziemienia, ale elektryczne samoloty przyszłości będą wymagały czegoś nieco bardziej wytrzymałego. Jedną z alternatyw jest uziemienie Isolation Terra (IT). Konfiguracje tego uziemienia charakteryzują się brakiem celowego połączenia przewodzącego z ziemią. System uziemienia to zestaw przewodów i elektrod, które zapewniają niskooporową ścieżkę przepływu prądu elektrycznego do masy w przypadku usterki lub awarii. W ten sposób pomaga zapewnić bezpieczeństwo pasażerów i załogi oraz ciągłe funkcjonowanie wyposażenia pokładowego samolotu. „Systemy elektryczne o dużej mocy w zastosowaniach o wysokiej niezawodności często wykorzystują uziemienie typu IT, które oferuje takie korzyści, jak zarządzanie prądem zwarciowym i ciągłość działania po awarii” — mówi Griffo, który był koordynatorem projektu IMITAES. Jednak uziemienie tego typu stwarza również nowe wyzwania, w tym możliwość monitorowania i prawidłowego określania, kiedy wystąpiła usterka izolacji.
Monitorowanie systemów elektrycznych opartych na uziemieniu IT
Pomimo niezwykle ważnej roli, jaką technologie monitorowania izolacji odgrywają w zapewnianiu bezpieczeństwa samolotów, nie zostały one przetestowane, sprawdzone, zoptymalizowane ani udostępnione komercyjnie do zastosowań lotniczych. Tak było przynajmniej do teraz. Dzięki pracy wykonanej w ramach projektu IMITAES taka technologia może wkrótce być gotowa do wprowadzenia na rynek. „Współpracowaliśmy z firmą Rolls Royce, zajmującą się opracowywaniem i dostarczaniem złożonych rozwiązań w zakresie zasilania i napędu do zastosowań lotniczych o krytycznym znaczeniu dla bezpieczeństwa, aby zrozumieć specyficzne wymagania sektora lotniczego” — zauważa Griffo. W oparciu o te specyfikacje i we współpracy z firmą Bender, wiodącym dostawcą rozwiązań w zakresie bezpieczeństwa elektrycznego w ramach projektu opracowano szereg modeli i prototypów do monitorowania systemów elektrycznych opartych na uziemieniu IT. Każde rozwiązanie zostało zweryfikowane i zatwierdzone za pomocą obszernego zestawu eksperymentów przeprowadzonych w warunkach reprezentatywnych dla systemu zasilania samolotu.
Elektryfikacja samolotów przyszłości już dziś
Zespół projektu IMITAES pracuje obecnie nad dalszym podnoszeniem poziomu gotowości technologicznej swoich rozwiązań monitorujących i przygotowuje je do testów w locie. Współpracuje również z komitetami normalizacyjnymi, aby zapewnić, że ich urządzenia monitorujące izolację staną się standardowym wyposażeniem przyszłych samolotów. „Wszystkie te prace będą wspierać wdrażanie systemów uziemienia IT, a ostatecznie dalszą elektryfikację przyszłych samolotów” — podsumowuje Griffo.
Słowa kluczowe
IMITAES, izolacja elektryczna, statki powietrzne, systemy elektryczne statków powietrznych, awionika, statki powietrzne z napędem elektrycznym, elektryczne układy napędowe, systemy zasilania statków powietrznych, Wspólne Przedsięwzięcie "Czyste Niebo 2", uziemienie Isolation Terra
