Технология бесконтактной передачи электроэнергии под водой для нужд флота от НПЦ «СЭС»

Научно-производственный центр «Судовые электротехнические системы» (НПЦ «СЭС») активно занимается разработками новых технологий в области электротехники для судов, кораблей и подводной морской техники. Одно из развивающихся направлений — это создание систем бесконтактной передачи электрической энергии. Сегодня для получения информации о рельефе дна, работы с подводной инфраструктурой добычных комплексов, выполнения спасательных, обзорно-поисковых и подледных работ применяют особый класс подводно-технических средств — автономные необитаемые подводные аппараты (АНПА).

Однако эксплуатация АНПА связана с ограниченной емкостью аккумуляторной батареи и, как следствие, лимитированным временем на выполнение задачи. Сейчас для подзарядки аппарата необходимо поднимать устройство на палубу судна-носителя. Процедура занимает время и подразумевает определенные трудозатраты со стороны экипажа. Это уменьшает автономность подводной техники и усложняет весь процесс проведения операции. Промедление при подзарядке батарей АНПА может быть критичным, когда, например, аппарат задействован в спасательных операциях.

НПЦ «СЭС» — предприятие с многолетней историей и большим опытом в области создания электротехнического оборудования для морской техники. Поэтому, оценивая перспективы применения этих наработок и устройств для подзарядки АНПА, было принято решение изучить проблемы беспроводной передачи электроэнергии под водой.

Научно-технический задел, который предприятие получило при создании электрических конструктивно-монтажных узлов и силовой электротехники для морской индустрии, позволил создать систему бесконтактной подзарядки электроэнергии для АНПА.

Предложенная НПЦ «СЭС» система

Для решения задачи центр предложил систему заряда батарей объектов морской техники, которая передает электроэнергию в подводном положении бесконтактным способом. Система способна передавать до 10 киловатт электроэнергии при токе зарядки до 110 ампер.

При использовании системы отпадает необходимость в присутствии надводного судна-носителя вблизи АНПА. Применяя транспортно-стыковочный модуль, который может располагаться как на дне океана, так и на подводном аппарате-носителе, удается избежать потерь времени на всплытие аппарата и увеличить автономность АНПА и время его полезного использования.

В основе устройства лежит принцип электромагнитной индукции. При посадке АНПА на ложемент транспортно-стыковочного модуля зарядной базы происходит сближение корпусов первичной и вторичной обмоток трансформатора. С помощью автономного инвертора из входного напряжения постоянного тока создается выходное напряжение переменного тока.

Высокочастотный трансформатор — это устройство, которое определяет эффективность передачи энергии в водной среде и обеспечивает бесконтактную передачу электроэнергии. Система сконструирована так, что позволяет избежать длительной процедуры центровки АНПА на зарядной базе.

В этом электротехническом комплексе используются инновационные решения. Так, специалисты НПЦ «СЭС» проработали вопросы выбора частоты инвертора, которая обеспечивает минимальные потери и высокий для подобных систем КПД, и уменьшения наклона падающей вольтамперной характеристики. Также специалисты подобрали высокочастотный сердечник, изготовленный с использованием аморфных и нанокристаллических сплавов, — его конфигурацию можно менять под задачу.

При создании устройства беспроводной передачи энергии на высоких частотах с напряжением около 600 вольт переменного тока было найдено техническое решение, чтобы увеличить межвитковую изоляцию в соединителе. В устройстве применены твердый и жидкий диэлектрики. При разработке блока вторичной обмотки специалисты предприятия нашли решение для герметизации ввода кабеля в корпус изделия — помог опыт НПЦ «СЭС» в создании гермовводов и гермопереходов различной конструкции.

Области применения

Новое устройство может широкое использоваться на различных объектах морской техники. Одно из направлений — это использование устройства бесконтактной зарядки АНПА на судах технического флота для осмотра нефтяных платформ, иной нефтегазовой техники, сейсморазведки, а также для подводных монтажных работ. Другое возможное направление — использование бесконтактной подзарядки АНПА в инфраструктуре подводных добычных комплексов, что позволит повысить его эффективность, автономность и экологичность.

В этом случае на дне размещается донная зарядная станция, которая работает как зарядная платформа для АНПА. Зарядку аппарата можно проводить прямо на глубине. Благодаря этому АНПА сможет находиться под водой неограниченно долго и в режиме реального времени обозревать маршруты прокладки труб и осматривать трубопроводные конструкции, контролировать состояние окружающей среды и вести общий мониторинг состояния всего добычного комплекса.

Применение бесконтактных зарядных устройств при проведении поисково-спасательных операций увеличивает шанс спасения экипажа обитаемых подводных аппаратов. Благодаря зарядке АНПА в воде бесконтактным способом от подводного аппарата-носителя либо от спасательного судна можно существенно увеличить время подводных спасательных работ, не отвлекаясь на подъем на поверхность.

Также через устройство бесконтактной зарядки можно передавать электроэнергию под водой на аварийный обитаемый подводный аппарат.