УСТРОЙСТВО ВЫРАВНИВАНИЯ ОПОРНОГО ПОТЕНЦИАЛА (ВАРИАНТЫ)
DEVICE FOR BALANCING REFERENCE POTENTIAL (VERSIONS)

Устройство выравнивания опорного потенциала относится к электронике и предназначено для выравнивания опорного потенциала подвижных объектов, фюзеляж, кузов или корпус которых изготовлен из материалов, имеющих низкую электропроводимость. Выравнивание опорного потенциала необходимо для качественного и надежного функционирования электронных и радиоэлектронных систем подвижных объектов. Устройство может быть использовано в авиастроении, автомобилестроении и судостроении.
Известны устройства выравнивания электрических потенциалов для различных применений, например, по патенту РФ №2328837, опубл. 10.07.2008 «Устройство выравнивания электрических потенциалов на электромеханизированных фермах крупного рогатого скота» (аналог), состоящее из находящихся в районе стойла металлических электродов, электрически присоединенных к доступным для прикосновения животным металлоконструкциям, отличающееся тем, что электроды выполнены в виде двух стальных дисков для каждого животного и пристрелены к бетонному полу стойла, причем первый диск-электрод размещен на расстоянии 0,2-0,3 м от переднего фронта стойла до центра диска, т.е. в районе передних ног животного, а второй диск-электрод пристрелен на расстоянии 1,8-2,1 м от переднего фронта стойла до центра диска в районе задних ног животного, при этом первый диск-электрод имеет электрическую связь с доступной для прикосновения животных металлоконструкцией полосовой сталью толщиной, а второй диск-электрод присоединен такой же полосовой сталью к стальному уголку навозоуборочного транспортера, причем диски-электроды выполнены толщиной не менее 2,5 и не более 3,0 мм и диаметром в пределах не менее 3,5 и не более 4,0 см, а для пристреливания использованы стальные гвозди длиной 3,5-4,0 см. В данном случае осуществлено обеспечение электробезопасности крупного рогатого скота путем выравнивания электрических потенциалов всех металлоконструкций фермы доступных для прикосновения животных. При этом все металлоконструкции фермы соединены посредством проводника (диск-электрод) с опорным потенциалом (в данном случае с землей).
В качестве аналога может быть также выбран фюзеляж летательного аппарата, изготовленный из металлических материалов, который соответствует требованиям ОСТ 101025-82 «Экранирование проводов, жгутов, кабелей и металлизация самолетов (вертолетов)», когда все металлические элементы и корпуса блоков бортового оборудования посредством проводников (шпилек, кабелей) соединяются в единую металлоконструкцию, а роль опорного потенциала выполняет сам фюзеляж.
В качестве прототипа для обоих вариантов устройства выравнивания опорного потенциала может быть выбран проводник, обеспечивающий выравнивание опорного потенциала для обеспечения заданного качества функционирования электронного оборудования посредством его заземления, например, описанный в книге «Электромагнитная совместимость технических средств подвижных объектов. Учебное пособие / Н.В. Балюк, В.Г. Болдарев, В.П. Булеков и др. / Под ред. В.П. Булекова. - М.: Изд-во МАИ, 2004. с. 551». Заземление - это соединение одного или нескольких проводящих тел с землей для устранения разности потенциалов между телом и землей. Под соединением понимается связь двух проводящих тел посредством проводника, которая используется для уравнивания электрических потенциалов между двумя телами. Для выравнивания опорного потенциала все электронное оборудование посредством заземлителей (проводник или совокупность металлически соединенных проводников) должно быть соединено с землей. В случае выравнивания опорного потенциала на подвижном объекте данный проводник применен быть не может ввиду отсутствия физического контакта металлоконструкций с землей.
В свою очередь в настоящее время в конструкциях подвижных объектов нашло применение новое поколение материалов, в частности композитов с низкой электрической проводимостью, что привело к появлению фюзеляжей, кузовов и корпусов подвижных объектов с иными механическими и электрофизическими характеристиками, обусловленными свойствами данных материалов. При этом, улучшив механические характеристики подвижных объектов (масса, прочность), ухудшились их электрофизические характеристики, в частности электропроводность. Данный факт привел к невозможности применения фюзеляжей, кузовов и корпусов подвижных объектов, изготовленных из композитов для обеспечения выравнивания опорного потенциала. Отсутствие надлежащего выравнивания опорного потенциала на подвижном объекте может привести к существенным и критическим отказам бортового электронного оборудования. Данные отказы могут быть обусловлены, например, рассогласованием потенциалов каждого в отдельности электронного блока, что послужит возникновению посторонних токов и напряжений в линиях связи чувствительных элементов электронных и радиоэлектронных систем. Отсутствуют пути для протекания возвратных токов, что приводит к искажениям, задержкам и появлениям перекрестных помех в линиях связи бортовых систем летательного аппарата.
Недостатком прототипа является невозможность его применения для выравнивания опорного потенциала подвижного объекта ввиду отсутствия электрического контакта с землей.
Решаемая техническая задача заключается в создании такого устройства, которое обеспечивало бы надежное функционирование бортового электронного оборудования подвижных объектов, изготовленных из композитных материалов. При этом техническим результатом является:
- выравнивание опорного потенциала, что необходимо для отсчета напряжений питания и сигналов, когда потенциал эквивалента земли принимается равным нулю;
- образование пути для протекания возвратных питающих и сигнальных токов;
- обеспечение металлизации подвижного объекта, когда необходимо соединить все металлические части, включая двигатель и агрегаты в одну электрически целостную конструкцию с очень низким переходным сопротивлением;
- обеспечение экранирования бортового электронного оборудования и линий связи при внешних электромагнитных воздействиях.
Предлагаемое техническое решение применимо для любой конструкции подвижных объектов, выполненных из материала с низкой электропроводностью.
Решаемая техническая задача в устройстве выравнивания опорного потенциала по его первому варианту, содержащем проводник, один конец которого предназначен для соединения с электронным оборудованием, достигается тем, что устройство содержит металлические замкнутые профили, обеспечивающие эквивалент опорного потенциала, имеющие металлические ответвления с металлическими шпильками, являющимися проводниками, предназначенными для соединения с электронным оборудованием, причем металлические профили посредством металлических ответвлений соединены между собой в единственном месте без образования замкнутых электрических контуров.
Решаемая техническая задача в устройстве выравнивания опорного потенциала по его второму варианту, содержащем проводник, один конец которого предназначен для соединения с электронным оборудованием, достигается тем, что устройство содержит металлические замкнутые профили, обеспечивающие эквивалент опорного потенциала, имеющие металлические ответвления с металлическими шпильками, являющимися проводниками, предназначенными для соединения с электронным оборудованием, причем к оконцовкам металлических замкнутых профилей подключены электростатические разрядники, а металлические замкнутые профили посредством металлических ответвлений соединены между собой в единственном месте без образования замкнутых электрических контуров.
На фиг. 1 приведена конструкция устройства выравнивания опорного потенциала по его первому варианту; на фиг. 2 приведена конструкция устройства выравнивания опорного потенциала по его второму варианту при его размещении на объекте установки; на фиг. 3 приведена конструкция устройства выравнивания опорного потенциала по его второму варианту в разрезе при его размещении на объекте установки.
Устройство выравнивания опорного потенциала по его первому варианту содержит эквивалент опорного потенциала, который выполнен в виде металлических замкнутых профилей 1, которые в примере конкретной реализации могут быть встроены в конструкцию объекта установки (например, склеиванием), имеющих металлические ответвления 2 с металлическими шпильками 3. Металлические замкнутые профили 1 в примере конкретной реализации могут иметь прямоугольную форму. Конкретный размер металлического замкнутого профиля 1 выбирается по двум основным критериям: размер объекта установки и количество линий связи, соединяющих электронное оборудование в функционально законченную систему. Металлические ответвления 2 преимущественно располагаются в отсеках, где расположено бортовое электронное оборудование и имеют тот же размер, что и металлические замкнутые профили 1. Для обеспечения экранирования линии связи прокладываются внутри замкнутых металлических профилей 1, а для облегчения прокладки линий связи в замкнутых металлических профилях 1 делаются технологические отверстия 4, которые закрываются металлическими крышками 5. Металлические замкнутые профили 1 объединены между собой посредством металлических ответвлений 2 в единственном месте, например в центральной точке объекта установки. Как пример конкретной реализации металлические ответвления 2 и их соединения могут быть двух видов. Металлические ответвления 2 могут быть расположены взаимно ортогонально с металлическими замкнутыми профилями 1, либо в виде дуг, например по стенке фюзеляжа, в случае с летательным аппаратом.
Устройство выравнивания опорного потенциала по его второму варианту содержит эквивалент опорного потенциала, который выполнен в виде металлических замкнутых профилей 1, которые в примере конкретной реализации могут быть встроены в конструкцию объекта установки (например, склеиванием), имеющих металлические ответвления 2 с металлическими шпильками 3. Металлические замкнутые профили 1 в примере конкретной реализации могут иметь прямоугольную форму и при их установке, например, в фюзеляжах летательных аппаратах располагаются по бокам и (или) сверху, и снизу. Конкретный размер металлического замкнутого профиля 1 выбирается по двум основным критериям: размер объекта установки и количество линий связи, соединяющих электронное оборудование в функционально законченную систему. Металлические ответвления 2 преимущественно располагаются в отсеках, где расположено бортовое электронное оборудование и имеют тот же размер, что и металлические замкнутые профили 1. Для обеспечения экранирования линии связи прокладываются внутри замкнутых металлических профилей 1, а для облегчения прокладки линий связи в замкнутых металлических профилях 1 делаются технологические отверстия 4, которые закрываются металлическими крышками 5. Металлические замкнутые профили 1 объединены между собой посредством металлических ответвлений 2 в единственном месте, например в центральной точке объекта установки. Как пример конкретной реализации, металлические ответвления 2 и их соединения могут быть двух видов. Металлические ответвления 2 могут быть расположены взаимно ортогонально с металлическими замкнутыми профилям либо в виде дуг, например по стенке фюзеляжа, как в случае с летательным аппаратом. К оконцовкам 6 металлических замкнутых профилей 1 подключены электростатические разрядники 7.
Для обоих рассматриваемых вариантов металлические ответвления 2 представляют собой замкнутый профиль, электрически соединенный (например, посредством сварки) с металлическими замкнутыми профилями 1. В замкнутых профилях металлических ответвлений 2 выполняются технологические отверстия для прокладки линий связи, при этом в месте соединения металлических ответвлений 2 с металлическими замкнутыми профилями 1 имеются отверстия для прокладки линий связи. Металлические шпильки 3 представляют собой электрически соединенные (например, посредством сварки) с металлическими ответвлениями 2 стержни с нарезанной резьбой. Металлическая шпилька 3 предназначена для подсоединения посредством металлической шины (например, кабель или гибкая плетеная медная шина) корпуса электронного оборудования к металлическому ответвлению 2 в отсеке.
Рассмотрим устройство выравнивания опорного потенциала по его первому варианту в работе. При включении электронного оборудования подвижного объекта возникают паразитные токи и напряжения, которые накапливаются на корпусах электронного оборудования. Все корпуса электронного оборудования присоединены при помощи шпилек 3 к металлическим ответвлениям 2, а металлические ответвления 2 присоединены к металлическим замкнутым профилям 1, которые выполняют роль эквивалента опорного потенциала, выравнивая его. Таким образом, все паразитные токи, вызванные работой электронного оборудования, стекают в металлические замкнутые профили 1, образуя опорный потенциал. Единая система металлических замкнутых профилей 1 обеспечивает единую металлизацию подвижного объекта, а расположение внутри металлических замкнутых профилей 1 силовых и сигнальных линий связи позволяет обеспечить пути для протекания возвратных токов. При воздействии внешних электромагнитных полей металлические замкнутые профили 1 не пропускают электромагнитные поля к линиям связи бортового оборудования.
Рассмотрим устройство выравнивания опорного потенциала по его второму варианту в работе. При включении электронного оборудования подвижного объекта возникают паразитные токи и напряжения, которые накапливаются на корпусах электронного оборудования. Все корпуса электронного оборудования присоединены при помощи шпилек 3 к металлическим ответвлениям 2, а металлические ответвления к металлическим замкнутым профилям 1, которые выполняют роль эквивалента опорного потенциала, выравнивая его, причем к оконцовкам 6 замкнутых металлических профилей 1 подключаются электростатические разрядники 7. Таким образом, все паразитные токи, вызванные работой электронного оборудования, стекают в металлические замкнутые профили 1, образуя опорный потенциал. Единая система металлических замкнутых профилей 1 обеспечивает единую металлизацию подвижного объекта, а расположение внутри замкнутых металлических профилей 1 силовых и сигнальных линий связи обеспечивает пути для протекания возвратных токов. При воздействии внешних электромагнитных полей металлические замкнутые профили 1 не пропускают электромагнитные поля к линиям связи бортового оборудования. Накопленный электрический потенциал устраняется посредством электростатических разрядников 7.
По сравнению с прототипом в предлагаемом техническом решении по его двум вариантам обеспечивается:
- выравнивание опорного потенциала на подвижном объекте, не имеющем электрического контакта с землей;
- образовываются пути для протекания возвратных питающих и сигнальных токов;
- обеспечивается металлизация подвижного объекта;
- обеспечивается экранирование линий связи бортового электронного оборудования при внешних электромагнитных воздействиях.