CN112467715A - 一种航天器分布式配电与接地方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及航天器供配电技术领域，具体涉及一种航天器分布式配电与接地方法。本发明的方法，解决了大型或多舱段航天器供配电设计复杂、耦合程度高、电缆重量代价大、舱段分离难度大等问题。也为配电设备的通用化设计提供了便利。为大型或多舱段航天器的复杂供配电和接地提供技术支持，具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及航天器供配电技术领域，具体涉及一种航天器分布式配电与接地方法。
背景技术
航天器供配电设计是保障航天器各分系统和设备正常运行的首要任务，而接地设计则是保证整器结构等电位、形成安全电流回路的重要保障，同时对航天器的电磁兼容性也产生重要影响。
航天器系统一般只有一套电源系统，通过配电设备为器上其他所有仪器设备分配供电。对于大型航天器来说，由于其体积庞大、受电设备多，布局复杂，要通过集中配电的方式进行供电分配，往往会造成设计十分复杂，配电器方案与整器所有受电设备需求紧密耦合。且供电电缆十分庞杂，给电缆敷设带来困难，也会增加整器重量负担。而对多舱段航天器来说，如果采用集中配电的方式进行供电分配，除了带来上述问题外，还会大大增加舱间耦合，且使穿舱电缆的导线数量激增，不利于舱间连接。特别是当某些舱段还面临飞行过程中与主舱分离的情况，舱间连接的分离插头芯数越多越不利于分离。
采用分布式配电技术，可以极大地减少各个分区(或舱段)之间的耦合，甚至实现各区或各舱段独立设计。且由于从中心供电区向各配电分区输送供电仅需要一条主干道，而没有纷繁的支路，故非常有利于电缆网减重。而与之相配合的局域式接地技术，也起到了同样的作用。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种航天器分布式配电与接地方法，该方法为了解决大型或多舱段航天器供配电设计复杂、设计耦合程度高、电缆重量代价大、舱段分离难度大等问题，提供一种易于实施的分布式配电和局域式接地方法，是为大型或多舱段航天器提供一种易于实施的分布式配电和局域式接地方法。
本发明为解决其上述技术问题，提出以下方法：
一种航天器分布式配电与接地方法，该方法包括：
将航天器划分为N个配电分区，多个配电分区包括一个主配电分区和(N-1)个二级配电分区；N为自然数，N不小于3；
主配电分区设1台主配电单元，(N-1)个二级配电分区各设1台二级配电单元，主配电单元主要负责为各二级配电单元配电，也可为自身所在的分区进行一次电源配电；
二级配电单元负责为该二级配电单元所在的二级配电分区进行一次电源配电，并通过DC/DC转换为二次电源后配电；
各分区二级配电单元的一次地和二次地在该二级配电单元内部通过汇流条进行一次汇流，最终回到主配电单元进行二次汇流，主配电单元接至整器壳地；
根据飞行器的设备布局，划分配电分区，可以按照舱段或者象限进行划分，同一舱段或同一象限划分为一个分区，其中主配电分区的划分应使主配电设备尽量靠近航天器的电源系统，其他各二级配电单元应尽量布局在各分区中心位置；
主配电单元根据二级配电单元所在分区的供电需求，确定为二级配电单元进行配电的方式，若该二级配电单元所在分区的最终受电设备有常供电需求，则采取直供电方式分配，若出于安全保护、舱段分离等原因有整体断电需求，则必须使用配电开关达到控制供电的要求；主配电单元根据主配电分区内受电设备的具体供电需求，确定对主配电分区内受电设备进行直供电输出或控制供电输出；
二级配电单元根据各自配电对象的具体供电需求，确定对各自配电对象进行直供电输出或控制供电输出；
任何配电单元中用于控制供电输出的开关电路，均应具有自保持功能，即在加电/断电指令发送后，能够保持接通/断开状态，直至发送断电/加电指令，则转换为断开/接通状态继续保持；
较佳的，所有二级配电单元的DC/DC电路，均应该对二级配电单元的一次电源供电输入采取限流保护措施，防止异常短路情况下对一次电源母线产生损伤；所有受电设备均应对该受电设备的供电输入采取限流保护措施，防止异常短路情况下对一次电源母线或二次电源母线产生损伤；
主配电单元对外进行一次电源配电时供电正线和地线均成对出线，一次电源供电对应的地线为一次地；
各二级配电单元对外进行配电时供电正线和地线均成对出线，其中一次电源对应一次地，二次电源对应二次地；
较佳的，各受电设备内部一次地与二次地隔离(有特殊要求的电路除外)，地线与受电设备的壳体隔离；
较佳的，各二级配电单元设置区域地汇流条，来自主配电单元的一次地、该二级配电单元对外配电的一次地和DC/DC电路的二次地，全部接至区域地汇流条进行一次汇流，地线与二级配电单元的壳体隔离；
较佳的，主配电单元设置地线主汇流条，来自航天器电源系统的一次地和该主配电单元对外配电的一次地，全部接至汇流条进行二次汇流，地线与主配电单元的壳体隔离。
较佳的，主配电单元设置接地桩，接地桩为导体，且与主配电单元壳体绝缘。地线在主配电单元二次汇流后通过导线连接至接地桩，接地桩通过导线连接到航天器整器壳地；
航天器指大型或多舱段航天器。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
(1)本发明的方法，其主要内容如下：将航天器划分为多个配电分区，主配电分区设1台主配电单元，其他多个配电分区各设1台二级配电单元。主配电单元主要负责为各二级配电单元配电，也可为自身所在的分区进行一次电源配电；二级配电单元负责为某一分区进行一次电源配电，并通过DC/DC转换为二次电源后配电。各分区二级配电单元的一次地和二次地在该配电单元内部通过汇流条进行一次汇流，最终回到主配电单元进行二次汇流，然后接至整器壳地。
(2)本发明的方法，解决了大型或多舱段航天器供配电设计复杂、耦合程度高、电缆重量代价大、舱段分离难度大等问题。也为配电设备的通用化设计提供了便利。为大型或多舱段航天器的复杂供配电和接地提供技术支持，具有广泛的应用前景。
附图说明
图1为本发明所提出的配电方法和接地方法示意图。
具体实施方式
将航天器划分为多个配电分区，主配电分区设1台主配电单元，其他多个配电分区各设1台二级配电单元。主配电单元主要负责为各二级配电单元配电，也可为自身所在的分区进行一次电源配电；二级配电单元负责为某一分区进行一次电源配电，并通过DC/DC转换为二次电源后配电。各分区二级配电单元的一次地和二次地在该配电单元内部通过汇流条进行一次汇流，最终回到主配电单元进行二次汇流，然后接至整器壳地。
根据飞行器的设备布局，划分配电的分区。可以按照舱段或者象限进行划分，同一舱段或同一象限划分为一个分区，其中主配电分区的划分应使主配电设备尽量靠近航天器的电源系统，其他各二级配电单元应尽量布局在各分区中心位置。
主配电单元根据二级配电单元所在分区的供电需求，确定为其配电的方式。若该分区最终受电设备有常供电需求，则采取直供电方式分配，若出于安全保护、舱段分离等原因有整体断电需求，则必须使用配电开关达到控制供电的要求。主配电单元根据其分区内受电设备的具体供电需求，确定对其进行直供电输出或控制供电输出。
二级配电单元根据各自配电对象的具体供电需求，确定对其进行直供电输出或控制供电输出。
如权利要求1所述的航天器分布式配电与接地技术，其特征在于：
任何配电单元中用于控制供电输出的开关电路，均应具有自保持功能，即在加电/断电指令发送后，能够保持接通/断开状态，直至发送断电/加电指令，则转换为断开/接通状态继续保持。
所有二级配电单元的DC/DC电路，均应该对其一次电源供电输入采取限流保护措施，防止异常短路情况下对一次电源母线产生损伤；所有受电设备均应对其供电输入采取限流保护措施，防止异常短路情况下对一次电源母线或二次电源母线产生损伤。
主配电单元对外进行一次电源配电时供电正线和地线均成对出线，一次电源供电对应的地线为一次地。
各二级配电单元对外进行配电时供电正线和地线均成对出线，其中一次电源对应一次地，二次电源对应二次地。
各受电设备内部一次地与二次地隔离(有特殊要求的电路除外)，地线与壳体隔离。
各二级配电单元设置区域地汇流条，来自主配电单元的一次地、本配电单元对外配电的一次地和DC/DC电路的二次地，全部接至区域地汇流条进行一次汇流，地线与壳体隔离。
主配电单元设置地线主汇流条，来自航天器电源系统的一次地和本配电单元对外配电的一次地，全部接至主汇流条进行二次汇流，地线与壳体隔离。
如权利要求1所述的航天器分布式配电与接地技术，其特征在于：
主配电单元设置接地桩，接地桩为导体，且与主配电单元壳体绝缘。地线在主配电单元二次汇流后通过导线连接至接地桩，接地桩通过导线连接到航天器整器壳地。
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。附图中包含了本发明所要利用的相关配电设备装置及其各自的受电设备装置。以下通过较佳实施例对本发明的技术方案进行说明，但下述实施例并不能限制本发明的保护范围。
实施例
如图1所示，本发明基于分布式配电和局域式接地方法，解决了大型或多舱段航天器供配电设计复杂、耦合程度高、电缆重量代价大、舱段分离难度大等问题。具体实施方式包括：
将航天器划分为四个配电分区，四个配电分区分别为主配电分区、二级配电分区A、二级配电分区B和二级配电分区C；
主配电分区内有主配电单元、受电设备1和受电设备2；
二级配电分区A内有二级配电单元A、A区受电设备1、A区受电设备2和A区受电设备3；
二级配电分区B内有二级配电单元B、B区受电设备1、B区受电设备2和B区受电设备3；
二级配电分区C内有二级配电单元C、C区受电设备1、C区受电设备2和C区受电设备3；
主配电分区设1台主配电单元，其他三个配电分区各设1台二级配电单元，例如，划分为1个主配电区和3个二级配电分区，配置1台主配电单元和3台二级配电单元；
主配电单元主要负责为各二级配电单元配电，也可为自身所在的主配电分区进行一次电源配电；
二级配电单元A负责为二级配电分区A中的A区受电设备1、A区受电设备2和A区受电设备3通过一次电源正线和一次地进行一次电源配电，并通过DC/DC转换为二次电源并通过二次电源正线和二次地进行配电，二级配电单元A的一次地和二次地在二级配电单元A内部通过汇流条进行一次汇流，最终回到主配电单元进行二次汇流，然后接至整器壳地。
二级配电单元B负责为二级配电分区B中的B区受电设备1、B区受电设备2和B区受电设备3通过一次电源正线和一次地进行一次电源配电，并通过DC/DC转换为二次电源并通过二次电源正线和二次地进行配电，二级配电单元B的一次地和二次地在二级配电单元B内部通过汇流条进行一次汇流，最终回到主配电单元进行二次汇流，然后接至整器壳地。
二级配电单元C负责为二级配电分区C中的C区受电设备1、C区受电设备2和C区受电设备3通过一次电源正线和一次地进行一次电源配电，并通过DC/DC转换为二次电源并通过二次电源正线和二次地进行配电，二级配电单元C的一次地和二次地在二级配电单元C内部通过汇流条进行一次汇流，最终回到主配电单元进行二次汇流，然后接至整器壳地。
根据飞行器的设备布局，划分配电的分区，可以按照舱段或者象限进行划分，同一舱段或同一象限划分为一个分区，其中主配电分区的划分应使主配电设备尽量靠近航天器的电源系统，其他各二级配电单元应尽量布局在各分区中心位置。在本例中，假设电源系统设备布局在I象限，则主配电单元布局在I象限，其他3台二级配电单元可分别布局在II、III、IV象限。
主配电单元根据二级配电单元所在分区的供电需求，确定为其配电的方式。若该分区最终受电设备有常供电需求，则采取直供电方式分配，若出于安全保护、舱段分离等原因有整体断电需求，则必须使用配电开关达到控制供电的要求。主配电单元根据其分区内受电设备的具体供电需求，确定对其进行直供电输出或控制供电输出。
二级配电单元根据各自配电对象的具体供电需求，确定对其进行直供电输出或控制供电输出。
任何配电单元中用于控制供电输出的开关电路，均应具有自保持功能，即在加电/断电指令发送后，能够保持接通/断开状态，直至发送断电/加电指令，则转换为断开/接通状态继续保持。例如使用磁保持继电器作为配电开关。
较佳的，所有二级配电单元的DC/DC电路，均应该对其一次电源供电输入采取限流保护措施，防止异常短路情况下对一次电源母线产生损伤；所有受电设备均应对其供电输入采取限流保护措施，防止异常短路情况下对一次电源母线或二次电源母线产生损伤。例如采用在供电输入接口使用熔断器进行保护。
主配电单元对外进行一次电源配电时供电正线和地线均成对出线，一次电源供电对应的地线为一次地。
各二级配电单元对外进行配电时供电正线和地线均成对出线，其中一次电源对应一次地，二次电源对应二次地。
较佳的，各受电设备内部一次地与二次地隔离(有特殊要求的电路除外)，地线与壳体隔离。低频设备严格做到一次地与二次地隔离、地线与壳体隔离。
较佳的，各二级配电单元设置区域地汇流条，来自主配电单元的一次地、本配电单元对外配电的一次地和DC/DC电路的二次地，全部接至区域地汇流条进行一次汇流，地线与壳体隔离。
较佳的，主配电单元设置地线主汇流条，来自航天器电源系统的一次地和本配电单元对外配电的一次地，全部接至汇流条进行二次汇流，地线与壳体隔离。
较佳的，主配电单元设置接地桩，接地桩为导体，且与主配电单元壳体绝缘。地线在主配电单元二次汇流后通过导线连接至接地桩，接地桩通过导线连接到航天器整器壳地。
上述仅为本发明的具体实施例，该实施例只为更清楚的说明本发明所用，而并非对本发明的限定，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在保护范围内。
Claims (10)
1.一种航天器分布式配电与接地方法，其特征在于该方法包括：
将航天器划分为N个配电分区，多个配电分区包括一个主配电分区和(N-1)个二级配电分区；N为自然数；N不小于3；
主配电分区设1台主配电单元，(N-1)个二级配电分区各设1台二级配电单元，主配电单元主要负责为各二级配电单元配电，也为主配电分区进行一次电源配电；
二级配电单元负责为该二级配电单元所在的二级配电分区进行一次电源配电，并通过DC/DC转换为二次电源后配电；
各分区二级配电单元的一次地和二次地在该二级配电单元内部通过汇流条进行一次汇流，最终回到主配电单元进行二次汇流，主配电单元接至整器壳地。
2.根据权利要求1所述的一种航天器分布式配电与接地方法，其特征在于：根据飞行器的设备布局，划分配电分区，按照舱段或者象限进行划分，同一舱段或同一象限划分为一个分区，其中主配电分区的划分应使主配电设备靠近航天器的电源系统，各二级配电单元应布局在各分区中心位置。
3.根据权利要求2所述的一种航天器分布式配电与接地方法，其特征在于：主配电单元根据二级配电单元所在分区的供电需求，确定为二级配电单元进行配电的方式，若该二级配电单元所在分区的最终受电设备有常供电需求，则采取直供电方式分配，若有整体断电需求，则使用配电开关达到控制供电的要求；主配电单元根据主配电分区内受电设备的具体供电需求，确定对主配电分区内受电设备进行直供电输出或控制供电输出。
4.根据权利要求1所述的一种航天器分布式配电与接地方法，其特征在于：二级配电单元根据各自配电对象的具体供电需求，确定对各自配电对象进行直供电输出或控制供电输出。
5.根据权利要求1所述的一种航天器分布式配电与接地方法，其特征在于：任何配电单元中用于控制供电输出的开关电路，均具有自保持功能，即在加电/断电指令发送后，能够保持接通/断开状态，直至发送断电/加电指令，则转换为断开/接通状态继续保持。
6.根据权利要求1所述的一种航天器分布式配电与接地方法，其特征在于：所有二级配电单元的DC/DC电路，均对二级配电单元的一次电源供电输入采取限流保护措施，所有受电设备均对该受电设备的供电输入采取限流保护措施。
7.根据权利要求1所述的一种航天器分布式配电与接地方法，其特征在于：主配电单元对外进行一次电源配电时供电正线和地线均成对出线，一次电源供电对应的地线为一次地，各二级配电单元对外进行配电时供电正线和地线均成对出线，其中一次电源对应一次地，二次电源对应二次地。
8.根据权利要求1所述的一种航天器分布式配电与接地方法，其特征在于：各受电设备内部一次地与二次地隔离，地线与受电设备的壳体隔离；各二级配电单元设置区域地汇流条，来自主配电单元的一次地、该二级配电单元对外配电的一次地和DC/DC电路的二次地，全部接至区域地汇流条进行一次汇流，地线与二级配电单元的壳体隔离。
9.根据权利要求1所述的一种航天器分布式配电与接地方法，其特征在于：主配电单元设置地线主汇流条，来自航天器电源系统的一次地和该主配电单元对外配电的一次地，全部接至汇流条进行二次汇流，地线与主配电单元的壳体隔离。
10.根据权利要求1所述的一种航天器分布式配电与接地方法，其特征在于：主配电单元设置接地桩，接地桩为导体，且与主配电单元壳体绝缘，地线在主配电单元二次汇流后通过导线连接至接地桩，接地桩通过导线连接到航天器整器壳地。
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |