История электротехники - Коллектив авторов

АПЛ, вступившие в строй в 1967 г., имеют ЭЭС переменного тока частотой 50 Гц и напряжением 380 В с ТГ типа ТМВ с водяным охлаждением статора и ротора генераторов, ГЭД и резервными ДГ. Зарядка АБ, а также питание от них потребителей сети частотой 50 Гц обеспечивается при помощи обратимых преобразователей переменно-постоянного тока. Сеть распределения фидерно-групповая. На лодках третьего поколения в большей степени применены автоматизированное управление ЭЭС и статические преобразователи.

Параллельно с созданием атомного флота судостроительная промышленность вела и ведет по настоящее время работу по созданию дизель-электрических ПЛ.

Следует выделить подводную лодку, вступившую в строй в 1971 г. В создании ее был впервые реализован ряд новых технических решений, в том числе комплексная автоматизация управления работой всех технических средств и корабля в целом из единого командного пункта и внедрение ЭЭС с использованием переменного тока повышенной частотой 400 Гц.

На надводных кораблях ЭЭС имеют автономные генераторы переменного тока частотой 50 Гц и напряжением 380 В. Причем на них предусмотрено не менее двух электростанций, располагаемых в удалении друг от друга для обеспечения живучести ЭЭС.

В каждой электростанции расположено по два или три генератора с обеспечением их параллельной работы. Электростанции НК в эксплуатационных режимах могут соединяться при помощи перемычек по типу «лесенка» или «кольцо» без обеспечения их длительной параллельной работы. Не менее одного из приводных двигателей генераторов электростанций надводных кораблей автономные и не зависят от работы паропроизводящей установки. Сочетания генераторных агрегатов в электростанциях этих кораблей: турбогенератор — газотурбогенератор, турбогенератор — два дизель-генератора, турбогенератор — дизель-генератор, газотурбогенератор — газотурбогенератор, дизель-генератор — дизель-генератор. Мощности генераторов 500, 750, 1000, 1250, 1500 и 3000 кВт. Схема распределения электроэнергии фидерно-групповая. От проекта к проекту происходило повышение степени автоматизации и качества электрооборудования. Последние проекты имеют автоматизированные ЭЭС.

Все катера с динамическими принципами поддержания (ДПП) имеют ЭЭС переменного тока частотой 400 Гц, напряжением 220 В. Для кораблей с ДПП промышленностью были созданы электрооборудование и механизмы небольшой мощности частотой 400 Гц, такие как дизель-генераторы ДГР-30, турбогенераторы ГТГ-100, электродвигатели, электронасосы, преобразователи и другое электрооборудование.

В связи с созданием кораблей с ДПП, оборудованных ЭЭС с частотой 400 Гц, и строительством подводных лодок с ЭЭС частотой 400 Гц у головных институтов (1 ЦНИИ МО РФ и ЦНИИСЭТ) сложилось убеждение о повсеместном переходе на частоту 400 Гц с обеспечением электроснабжения радиоэлектронного вооружения (РЭВ) от групповых преобразователей 50/400 Гц (централизованное питание) или от общесудовых ЭЭС на частоту тока 400 Гц.

Для обеспечения создания подобных систем в задания на новые разработки РЭВ вписывались требования по их питанию током частотой 400 Гц, что в конечном счете приводило к увеличению количества преобразователей в ЭЭС НК и ПЛ. Было начато проведение работ по созданию серийных образцов электрооборудования на частоту 400 Гц.

Попытка внедрить на больших кораблях групповое питание РЭВ показала несовместимость работы систем РЭВ и привела к переводу в период постройки питания РЭВ от индивидуальных преобразователей.

В связи с принципиальными разногласиями по применению частоты 400 Гц на НК и ПЛ Северное ПКБ и ЦКБ МТ «Рубин» в 70-х годах выполнили детальные проектные проработки ЭЭС на напряжение 380 В и частоту 400 Гц, которые показали практическое отсутствие выигрыша в массогабаритных показателях в целом.

По результатам рассмотрения всего комплекса вопросов было принято совместное решение о прекращении работ по созданию серийных образцов электрооборудования на частоту 400 Гц и разработке вторичных источников электропитания в системах РЭВ, обеспечивающих их работу от общесудовой ЭЭС. В стандарт были включены положения о применении на кораблях всех классов ЭЭС на переменном токе напряжением 380 В частотой 50 Гц и рекомендовано применение частоты тока 400 Гц в ЭЭС кораблей с динамическими принципами поддержания.

Первый отечественный боевой надводный корабль с АЭУ, разрабатывался с середины 60-х годов, сначала как атомный сторожевой корабль, и облик тяжелого атомного ракетного крейсера он приобрел лишь в ходе длившегося в течение 10 лет проектирования, сопровождавшегося широкими военно-экономическими исследованиями по оптимизации его тактико-технических характеристик. ЭЭС корабля состоит из четырех электростанций, которые в эксплуатационных режимах могут соединяться при помощи перемычек в «кольцо» без длительной их параллельной работы.

Для обеспечения параллельной работы генераторных агрегатов большой мощности в одной электростанции, превышающих допустимую мощность по условиям обеспечения коммутационной способности и динамической стойкости автоматических выключателей, предусмотрено ограничение тока короткого замыкания путем повышения сверхпереходного индуктивного сопротивления генератора (с приводом от паровой турбины) по продольной оси и установки между параллельно работающими генераторами токоограничивающего устройства.

С целью сокращения габаритов ГРЩ электростанций и числа магистральных кабелей на корабле для канализации энергии большой мощности впервые в практике судостроения были применены бортовые подстанции с размещением в них основной части распределительных секций ГРЩ.

Такое решение позволило получить дополнительный эффект: выделить электростанции и подстанции в отдельные технологические электромонтажные участки (энергокольцо), в которых электромонтажные работы могут выполняться с опережением по отношению к другим помещениям и обеспечить более раннюю подачу электроэнергии в отсеки корабля, что не может выполняться на кораблях с традиционными принципами распределения электроэнергии.

Тяжелые атомные ракетные крейсеры воплощают все новейшие достижения отечественной техники и не имеют аналогов в иностранных флотах. Автоматизированная ЭЭС этих кораблей является на сегодняшний день непревзойденной в Российском ВМФ как по принципам ее построения, так и по мощности каждой электростанции. Крейсеры вступили в строй:

«Киров» (ныне «Адмирал Ушаков») в 1980 г.;

«Фрунзе» («Адмирал Лазарев») в 1984 г.;

«Калинин» («Адмирал Нахимов») в 1988 г.;

«Юрий Андропов» («Петр Великий») в 1998 г.;

Развитие зарубежных корабельных ЭЭС [8.19, 8.20, 8.23]. В зарубежных странах с развитым судостроением ЭЭС переменного тока начали внедряться в 30-е годы, а в послевоенный период происходил активный перевод ЭЭС на переменный ток. В соответствии со стандартами НАТО на военных кораблях стран — членов НАТО применяются ЭЭС напряжением 440 В частотой 60 Гц. На судах гражданского флота европейских стран, как правило, применяются ЭЭС напряжением 400 В частотой 50 Гц.

В послевоенный период развитие зарубежных корабельных ЭЭС (как и отечественных) сопровождалось увеличением их мощности, которое определялось в основном ростом водоизмещения кораблей, применением атомных энергетических установок, новых видов вооружения.

Так, например, на кораблях, построенных в 60–80-е годы в США, Великобритании, Франции, Италии, ФРГ, Нидерландах, энерговооруженность (отношение установленной мощности генераторов ЭЭС к водоизмещению корабля) находится в пределах 0,58–1,42 кВт/т.

Важное значение имеют структуры ЭЭС, которые в определенной степени зависят от мощности генераторных агрегатов (ГА) и ЭЭС в целом. Максимальная единичная мощность генераторов напряжением 440 В была принята равной 2500 кВт (по условиям коммутационной способности и динамической стойкости автоматических выключателей (АВ)). При такой единичной мощности длительная параллельная работа не применяется и в каждой электростанции располагается, как правило, один ГА (в частности, на атомных кораблях).

Так, на авианосце «Enterprise» установлено 16 ТГ мощностью по 2500 кВт, расположенных в 16 бортовых помещениях в районах электрических нагрузок. Все 16 щитов электростанций могут быть соединены перемычками в «кольцо». Четыре резервных дизель-генератора мощностью по 1000 кВт расположены в четырех электростанциях, близких к диаметрали. Всего на корабле 20 самостоятельных электростанций. Такая система расположения по живучести несколько выше принятой в соответствии с обычными требованиями, но увеличение количества электростанций сверх определенного предела повышает живучесть так незначительное, что совсем не оправдывает затрат и потерь, обусловливаемых большим количеством электростанций.