ПУЛЕНЕПРОБИВАЕМАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА
BULLET-RESISTABLE ELECTRICAL INSTALLATION

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение касается в общем и целом области техники электрических установок, в частности электрических трансформаторов, фазовращателей и дросселей большой номинальной мощности, которые обычно применяются в энергораспределительных сетях.
УРОВЕНЬ ТЕНИКИ
Электрические установки, такие как трансформаторы, дроссели или распределительные устройства, представляют собой в энергораспределительных сетях узловые точки, которые в кризисные времена могут быть потенциальными объектами атаки для разрушительных ударов извне. Такие ударами являются, например, атаки с окружающей территории путем обстрела из ручного огнестрельного оружия, с помощью разрывного заряда, который детонирует вблизи электрической установки, или же посредством гранатных или бомбовых осколков. Особенно уязвимыми при этом являются боковые стенки резервуара, наполненного текучей средой. Когда эти боковые стенки подвергаются обстрелу, в зависимости от интенсивности воздействия снаряда, может возникнуть пробоина. Но и тогда, когда резервуар остается герметичным, в наполненном жидкостью резервуаре может распространяться ударная волна, которая заставляет предохранительные устройства отключать установку. В том и другом случаях при атаке может быть ухудшено энергоснабжение.
Из DE 37 29 048 A1 известна, например, физическая защита для трансформатора, имеющего большую номинальную мощность, у которой для защиты от внешних механических воздействий боковые стенки резервуара трансформатора с внутренней стороны армированы защитными плитами. Эти защитные плиты с внутренней стороны приварены к боковым стенкам и состоят из специальной стали для перехвата осколков и снарядов. Недостаток заключается в том, что это защищающее армирование ослаблено в области сварного шва. Другой недостаток заключается в том, что в случае обстрела в наполненном жидкостью резервуаре распространяются ударные волны, что может приводить к отключению трансформатора предохранительными устройствами. Тогда энергоснабжение будет по меньшей мере временно прервано.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей настоящего изобретения является защитить электрическую установку в энергораспределительной сети, в частности трансформатор или дроссель, так, чтобы энергоснабжение не ухудшалось даже в случае атаки с помощью ручного огнестрельного оружия или с помощью разрывного заряда.
Решается эта задача с помощью электрической установки с признаками п.1 формулы изобретения. Задача решается также с помощью способа дооснащения существующей электрической установки по п.13 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления изобретения определены в соответственно зависимых пунктах формулы изобретения.
Задача, касающаяся устройства, решается с помощью электрической установки, в частности трансформатора, фазовращателя или дросселя, имеющей наполненный текучей средой резервуар, который имеет боковые стенки, при этом для защиты от огнестрельного и/или осколочного воздействия
m
- боковые стенки выполнены для предотвращения пробития из материала, который обладает прочностью R на растяжение, которая больше 1000 МПа, или
- предусмотрено пуленепробиваемое армирование из такого материала, которое покрывает боковые стенки с наружной стороны.
m
То есть пуленепробиваемость может достигаться таким образом, что по меньшей мере боковые стенки резервуара изготовлены, напр., из стали, обладающей прочностью R на растяжение больше 1000 Мпа. Но резервуар сам может быть также изготовлен из традиционно применяемой стали и с наружной стороны быть покрыт армированием, которое обладает этой прочностью на растяжение. Прочность на растяжение материалов определена в DIN EN 6892-1.
То есть, согласно основной идее изобретения, физическая защита достигается за счет пуленепробиваемого исполнения резервуара или, соответственно, армирования или бронирования. Текучая среда в резервуаре может представлять собой охлаждающую или изоляционную жидкость, напр., трансформаторное масло, или газ в системе выключателей. Под термином «пуленепробиваемый» следует понимать способность материала или конструкции противостоять проникновению снаряда при определенных условиях. Определение снарядоустойчивости от уровня 1 до уровня 10 дано, например, в американской норме UL 742 (Rating of Bullet Resistant materials) (Классификация пуленепробиваемых материалов). Соответственно этому, в общем руководстве по контролю от 2006 г. объединения контролирующих органов по защитным материалам и конструкциям (VPAM) APR 2006) определены ступени испытания с 1 по 14. Ступень испытания 1 начинается с калибра .22 Ir, массы снаряда 2,6 г и энергии заряда примерно 160 Дж (Джоулей). Ступень испытания 14 включает в себя калибр 14,5×114, массу снаряда примерно 64 г и энергию снаряда 26308 Дж (Джоулей). В европейской норме DIN EN 1063 определены соответствующие области с BR1 по BR2. Это баллистически определенная пулестойкость против ручного огнестрельного оружия или, соответственно, длинноствольного оружия в смысле изобретения аналогично относится к действию осколков подрывной шашки, детонирующей вблизи установки. Другими словами, предлагаемая изобретением защитная мера включает в себя по меньшей мере одну указанную в вышеуказанных нормах область действия. Другими словами, огнестрельное воздействие в такой области не приводит к возникновению пробоины в резервуаре электрической установки. Защитная мера в пределах этой области действия (уровень 1-10, или, соответственно, ступень испытания 1-14) может реализовываться с приемлемыми издержками. В принципе, электрическая установка может также защищаться от обстрела за пределами этой области действия.
m
В соответствии с изобретением для этой защитной меры применяется материал, который обладает прочностью R на растяжение больше 1000 МПа (Мега Паскаль). Высокая прочность на растяжение делает этот материал особенно пригодным для армирования или бронирования. Такой материал, имеющий высокую прочность на растяжение, может представлять собой металлический или же неметаллический материал, например, полимерный материал, упрочненный углеродным волокном пластик, материал на основе полиэтилена или арамидные волокна. Известными марками арамидных волокон являются, например, Номекс и Кевлар фирмы Дюпон. При этом пластиковые волокна могут быть сотканы и соединены трикотажным способом друг с другом различным образом. Сэндвичная конструкция из композита, состоящего из металла и неметалла (пластика, ваточного холста из углеродных волокон или тому подобного) также пригодна в качестве материала для пуленепробиваемого армирования. Преимущество полимера заключается в сравнительно низком весе, чему противопоставляется более высокая стоимость.
Предпочтителен один из вариантов осуществления, при котором армирование покрывает боковые стенки резервуара со всех сторон на некотором расстоянии и закреплено на резервуаре посредством нескольких крепежных элементов. Когда пуленепробиваемое армирование закреплено на установке несколькими опорными местами с соблюдением некоторого расстояния, происходит не точечное воздействие на стенку резервуара, а достигается эффект энергоемкости: энергия снаряда, которая поступает на армирование снаружи, не передается непосредственно в месте попадания на жидкость внутри резервуара, а распределяется на несколько опорных мест - на каждое только некоторая доля этой энергии. Благодаря этому ударная волна, распространяющаяся в охлаждающей и изоляционной жидкости, меньше по своей интенсивности. Когда она попадает на защитное устройство (например, защиту Бухгольца или клапан сброса давления), то риск, что эта ударная волна нежелательным образом приведет к отключению установки, снижен. Так как армирование крепится к резервуару не с внутренней стороны, а с наружной стороны, получается ряд преимуществ: защита может монтироваться дополнительным образом. Собственно, бронирование не увеличивает наружные размеры установки. Бронирующие плиты могут изготавливаться и транспортироваться отдельно. В частности, для больших силовых трансформаторов особенно предпочтительно, если бронирование монтируется только на месте эксплуатации, тогда облегчена транспортировка по городским районам и через туннели, которая уже сегодня из-за габаритных размеров ограничивается.
Другим преимуществом является, что возможно также дооснащение уже находящегося в эксплуатации трансформатора или, соответственно, дросселя со сравнительно низкими техническими издержками. Установка бронирования на наружной стороне может осуществляться просто на уже имеющихся усилениях и ребрах резервуара.
m
С точки зрения стоимости изготовления может быть предпочтителен один из вариантов осуществления, при котором пулестойкое армирование изготовлено из листа, состоящего из высокоуглеродистой закаленной стали, причем этот лист имеет прочность R > 1000 Мега Паскаль на растяжение. При этом предпочтительно, если этот лист имеет твердость 300-500 по Бринеллю. Снабженная соответствующей защитной окраской, изготовленная из листов защитная оболочка устойчива к погодным воздействиям. Результаты испытаний обстрелом показали, что у силового трансформатора с приемлемыми издержками может без затруднений реализовываться ступень испытаний 12 по VPAM, а также выше.
В одном из особенно предпочтительных вариантов осуществления пуленепробиваемое армирование может быть образовано из отдельных плит или, соответственно, панелей, при этом соседние панели перекрываются. Когда бронирование собирается из отдельных частей, уменьшаются габаритные размеры и облегчаются обращение и транспортировка. Складирование тоже проще. Когда действительно происходит обстрел или осколочное воздействие, возможна простая замена поврежденных панелей. Отдельные плиты могут иметь многослойную конструкцию и содержать металлические и неметаллические слои.
Предпочтительно эти панели могут быть смонтированы так, чтобы они в своей продольной протяженности располагались вертикально и параллельно друг другу. Благодаря этому требуется меньше крепежных элементов между панелью и установкой или, соответственно, трансформатором.
В одном из особенно предпочтительных вариантов осуществления может быть предусмотрено, чтобы каждая из панелей была выполнена с профилем, напр., в виде U-, S-, Z-, V- или C-образного профиля, при этом происходит подхватывание соседних полок. Профиль повышает момент сопротивления и инерции. В отличие от сварного шва, ослабление материала, а также коробление отсутствует. При обстреле из автоматического оружия улучшается свойство материала сохранять защитные характеристики при попадании в одно и то же место пули или снаряда. Причем этот U-, S-, Z-, V- или C-образный профиль может быть выполнен в поперечном сечении так, чтобы части полок такого профиля составляли с соединяющей средней частью тупой угол. При этом расположение панелей в смонтированном состоянии выбрано так, что соседние панели подхватывают друг друга своими полками. Благодаря этому подхватыванию достигается невозможность проникновения тел снарядов или осколков между панелями и повреждения ими стенки резервуара. Для снижения эмиссии производственных шумов при этом может быть предпочтительно, если соседние панели не прилегают прямо друг к другу, а между ними оставлен зазор.
В одном из особенно предпочтительных вариантов осуществления может быть предусмотрено, чтобы для крепления панелей применялось по консольной части на резервуаре или, соответственно, на панели, причем эти консольные части соединены соответственно посредством пружинящего элемента. Пружинящий элемент обладает упруго податливым действием, благодаря чему кинетическая энергия попадающего снаряда или осколка не направляется прямо внутрь наполненного жидкостью резервуара. Поэтому распространяющаяся в охлаждающей или изоляционной жидкости ударная волна ниже по своей амплитуде. Предотвращается невольное срабатывание предохранительного устройства.
Один из экономичных вариантов осуществления крепежного устройства может быть сконструирован так, чтобы между двумя консольными частями был расположен пружинящий элемент, напр., либо металлическая пружина, либо эластомерный материал. Резина может быть прикреплена посредством адгезии к соответствующим металлическим частям с обеих сторон путем вулканизации. Такие виброгасящие конструктивные элементы металл-резина-металл коммерчески доступны.
В зависимости от варианта осуществления трансформатора или дросселя, с целью электрического подключения на крышки резервуара могут быть расположены колпаки, снабженные высоковольтным вводом, и/или другие части установки. Чтобы защитить и эти части установки, если они находятся в области проекции или, соответственно, видимости окружающей установку территории, может быть предусмотрено, чтобы вертикально расположенные панели своим верхним концом выдавались за эти колпаки и/или части установки. Благодаря этому также эти высоко расположенные части установки защищены от обстрела и осколочного действия с окружающей территории.
Есть также варианты осуществления трансформаторов, при которых на крышке резервуара установлена сравнительно большая расширительная емкость, выдающаяся в сторону за поверхность основания резервуара. Чтобы защитить от обстрела и осколочного воздействия и эту расширительную емкость, в одном из особых вариантов осуществления изобретения предусмотрено, что поверхность этой расширительной емкости тоже окружена пуленепробиваемым армированием или, соответственно, бронированием по меньшей мере настолько, чтобы при атаке с окружающей территории не происходило повреждение.
Задача изобретения решается также с помощью способа дооснащения электрической установки, например, трансформатора, фазовращателя или дросселя. При этом боковые стенки уже находящейся в эксплуатации установки снабжены пуленепробиваемым армированием. Пуленепробиваемое армирование крепится дополнительным образом с наружной стороны к трансформатору или, соответственно, дросселю посредством крепежных элементов, при этом со всех сторон между боковыми стенками и армированием выдержано некоторое расстояние. Образованное таким образом промежуточное пространство с целью звукоизоляции производственных шумов может наполняться звукоизоляционным материалом или, соответственно, облицовываться.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР
Для дополнительного пояснения изобретения в последующей части описания делается ссылка на чертежи, на которых показаны другие предпочтительные варианты осуществления, подробности и усовершенствования изобретения на одном из не ограничивающих примеров осуществления. Показано:
фиг.1: вид в перспективе трансформатора, боковые стенки резервуара которого покрыты пуленепробиваемым армированием;
фиг.2: трансформатор в соответствии с фиг.1, под углом взгляда наискосок снизу на расположенный спереди радиатор;
фиг.3: трансформатор в соответствии с фиг.1, на виде в плане;
фиг.4: один из вариантов осуществления изобретения, при котором армирование образовано отдельными вертикально расположенные панелями, в соответствии с фрагментом X фиг.3;
фиг.5: примерный вариант осуществления крепления панелей к резервуару.
ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На фиг.1 на виде в перспективе показана пуленепробиваемая электрическая установка, изображенная на примере силового трансформатора 1. При этом силовой трансформатор 1 стоит на не изображенном более подробно фундаменте. В соответствии с изображенным примером осуществления пуленепробиваемое армирование или, соответственно, бронирование 4 покрывает боковые стенки силового трансформатора 1 и вдается в область пола. Бронирование 4 по своим характеристикам и своему габаритному размеру сконструировано так, что оно выдерживает исходящую с окружающей территории угрозу обстрела или осколков, так что все части установки защищены.
m
В изображенном примере осуществления фиг.1 это армирование или, соответственно, бронирование 4 состоит из отдельных плит или панелей 7, которые образуют вертикальную защитную стену. Эти расположенные в ряд плиты 7 охватывают установку 1 со всех сторон. Они образуют защищающую от обстрела и осколочного воздействия защитную оболочку. Эти отдельные панели 7 изготовлены из стального листа, прочность R на растяжение которой > 1000 Мега Паскаль. Толщина листа выбирается, в зависимости от желаемой классификации (UL 752) или, соответственно, в зависимости от ступени испытаний (VPAM APR 2006). При этом длина отдельных панелей 7 выбрана так, что осуществляемое с окружающей территории огнестрельное или осколочное воздействие не может причинить вреда ни трансформатору 1, ни находящимся на крышке резервуара частям установки. Поэтому, как изображено на фиг.1, отдельные панели 7 своим верхним концом выдаются за компоненты установки, расположенные не крышке резервуара, такие как нижние части высоковольтных вводов и колпак 10 или другие части установки силового трансформатора 1.
На фиг.2 показан изображенный на фиг.1 силовой трансформатор 1, тоже на виде в перспективе, но на этот раз в направлении взгляда сзади и наискосок снизу. Для отвода эксплуатационного тепла силовой трансформатор 1 имеет на продольной боковой стенке радиатор 16. Взгляд на фиг.2 направлен наискосок снизу на этот радиатор 16. Радиатор 16 с наружной стороны тоже бронирован и защищен от разрушительного бокового воздействия. Правда, с целью охлаждения оставлен открытым вертикальный канал охлаждения в области радиатора 16, но он также экранирован с наружной стороны панелями 7, пулестойким или, соответственно, непробиваемым осколками образом.
На фиг.3 показан силовой трансформатор 1 в соответствии с фиг.1 на виде сверху. Радиатор 16 находится на длинной боковой стенке трансформатора 1. Соединение с сетью энергоснабжения осуществляется через высоковольтные вводы и колпаки 10, которые расположены на крыше резервуара 2. На крышке резервуара 2 находится также расширительная емкость 15. Расширительная емкость 15 имеет форму цилиндра. Боковая поверхность расширительной емкости 15 располагается примерно параллельно плоскости крышки резервуара. Торцевая сторона цилиндра выступает в сторону от основного контура трансформаторного резервуара. Как изображено на чертеже фиг.3, не только резервуар 2, но и поверхность расширительной емкости 17, т.е. ее боковая поверхность и торцевые стороны, закрыты бронированием 4. Это бронирование 4 может также состоять из отдельных панелей 7. Панели 7 расположены здесь вертикально и горизонтально.
На фиг.4 показан фрагмент X фиг.3 в увеличенном изображении. На чертеже показано в качестве примера предпочтительное профилирование и расположение отдельных панелей 7. Панели 7 расположены вертикально, находясь рядом друг с другом. Панели 7 сбоку перекрываются. Каждая панель 7 посредством нескольких крепежных элементов 5 соединена с резервуаром 2 или, соответственно, боковой стенкой 3 резервуара 2. Крепление может быть зафиксировано либо прямо на стенке 3 резервуара, либо на ребрах или усилениях 19 резервуара 2. Отдельные панели 7 армирования 4 расположены на расстоянии 6, проходя вокруг стенки 3 резервуара. Крепежные элементы 5, которые ниже описываются еще подробнее, находятся в окружном промежуточном пространстве 18, которое ограничивается стенкой 3 резервуара и противоположной внутренней стороной панелей 9. Как изображено на фиг.4, панели 7 в одном из предпочтительных вариантов осуществления имеют форму U-образного профиля, состоящего и двух полочных частей 9 и одной соединительной части 8. Полочные части 9 согнуты вверх относительно соединяющей их соединительной части 8 и составляют с этой соединительной частью 8 по тупому углу. При этом расположение выбрано так, что находящиеся рядом друг с другом панели 7 по своему поперечному сечению располагаются зеркально друг другу. В этом расположении полочные части 9 подхватывают друг друга. При этом оставлен зазор. Размер зазора и формы изгиба полок 9 таковы, что образуется как бы лабиринт. Этот лабиринт в области места стыка делает невозможным проникновение тела пули или осколка, которым был произведен выстрел из наружного пространства 21. Если осколок или пуля попадает на одну из панелей 7, то благодаря установке крепежных элементов 5 гарантировано, что энергия снаряда будет распределяться на несколько точек крепления. Каждая панель 7 оперта на резервуар 2 с помощью нескольких мест опоры. При этом ударная волна, которая распространяется в охлаждающей или изоляционной жидкости 22 во внутреннем пространстве 20 резервуара, ниже по своей интенсивности. Тем самым может предотвращаться наступление непреднамеренного отключения установки в случае воздействия обстрела или внешнего взрывного воздействия. В случае разрушительной атаки в распределительной сети поддерживается снабжение электрической энергией. Если произойдет сильное повреждение панелей, они могут простым образом заменяться.
На изображении фиг.4 можно видеть также шарнир 14, благодаря которому панель 7ʹ может отворачиваться по стрелке от резервуара 2 трансформатора. Благодаря этой возможности поворота одной или нескольких из панелей 7ʹ имеется возможность доступа снаружи к оборудованию или навесным частям 23, которые находятся в промежуточном пространстве 18 между армированием 4 и стенкой 3 резервуара. Такое оборудование 23 может представлять собой какое-либо отображающее, переключающее или соединительное устройство.
Панель 7 может иметь ширину от 20 см до нескольких метров. Шарнир 17 может распространяться по всей высоте или только по некоторому участку высоты.
На фиг.5 показан один из возможных вариантов осуществления крепежного устройства 5 панелей 7 к резервуару 2. Панели 7 закреплены вертикально на расстоянии 6 относительно стенки 3 резервуара. Между стенкой 2 резервуара и панелью 7 есть промежуточное пространство 18. На фиг.5 в качестве примера изображено крепление с помощью двух крепежных элементов 5. При этом верхний и нижний крепежный элемент 5 состоит по существу из металло-резино-металлической детали, которая посредством консоли 10 резервуара и консоли 11 панели закреплена соответственно на стенке 2 резервуара или, соответственно, на панели 7. В изображенном примерном варианте осуществления корпус 5 верхнего крепления расположен горизонтально, корпус 5 нижнего крепления - вертикально. Это облегчает монтаж, когда панель 7 навешивается внизу и затем крепится вверху, например, с помощью винтового соединения. Тем самым панель 7 виброизолирована от резервуара 2. Вместо резины для изоляции и крепления может также применяться пружинная сталь.
Для снижения производственных шумов предлагается наполнять изображенное на чертеже фиг.4 и 5 кольцевое промежуточное пространство 18 шумоизолирующим материалом.
Хотя изобретение было детально проиллюстрировано и описано на предпочтительных примерах осуществления изобретение не ограничено раскрытыми примерами. Специалистом могут выводиться из него другие варианты без выхода из объема охраны изобретения.
Так, в зависимости от размера силового трансформатора или дросселя, может быть предпочтительно крепить каждую панель 7 к резервуару 2 несколькими точками крепления. Разумеется, для крепления могут использоваться или, соответственно, совместно использоваться уже имеющиеся на резервуаре 2 усиления или, соответственно, ребра. Надлежащие возможности крепления могут быть предпочтительно предусмотрены при изготовлении резервуара уже сварным соединением. В изображенном примере осуществления панель 7 состоит из одного единственного стального листа, обладающего высокой прочностью на растяжение. Но, чтобы не допустить огнестрельного или взрывного воздействия на резервуар, могут также применяться неметаллические материалы. Возможно, чтобы панели 7 представляли собой сэндвич-панели, или были изготовлены из пластико-металлического композитного материала. Возможно также, чтобы для бронирования 7 применялся исключительно полимерный материал, например, чтобы оно состояло из отдельных пластмассовых панелей 7. Благодаря этому бронирование 4 становится легковесным, но также более дорогим. Например, пластмассовые панели 7 изготовлены из арамидного волокна Кевлар, сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ) или другого надлежащего полимера.
Изобретение не ограничено вышеописанным силовым трансформатором, а применимо в общем и целом к электрическим установкам в сетях энергоснабжения, например, высоковольтным выключателям, работающим с защитным газом, или аналогичным установкам.
СПИСОК ПРИМЕНЯЕМЫХ ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
1 Трансформатор
2 Котел
3 Боковая стенка
4 Армирование, бронирование
5 Крепежный элемент
6 Расстояние
7, 7ʹ Панель
8 Соединительная часть U-образного профиля
9 Полка
10 Консоль для резервуара
11 Консоль для панели
12 Пружинящий элемент
13 Колпак
14 Шарнир
15 Расширительная емкость
16 Радиатор охлаждения
17 Отверстие радиатора охлаждения
18 Промежуточное пространство
19 Элемент жесткости на стенке резервуара снаружи
20 Внутреннее пространство резервуара
21 Наружное пространство
22 Охлаждающая и изоляционная жидкость
23 Оборудование, навесные части