КОРПУС ТРАНСФОРМАТОРНОЙ ПОДСТАНЦИИ

Заявляемая полезная модель относится к строительству сооружений специального назначения, а именно к корпусам трансформаторных, распределительных подстанций наружной установки, которые предлагается выполнять из стеклопластиковых (стеклокомпозитных) материалов.
В настоящее время трансформаторные подстанции (ТП) и распределительные пункты (РП) среднего напряжения (до 24 кВ), отдельно стоящие (наружной установки) делятся на следующие виды:
- построенные по «зональному» проекту, имеющие отдельный проект на строительную часть здания, требующие длительного процесса проектирования, строительства, ввода в эксплуатацию здания, установки и монтажа оборудования после завершения строительства здания и передачи помещений под монтаж оборудования;
- комплектные КТП (блочные БКТП), изготовленные в цеховых условиях, требующие минимальных затрат при строительстве и монтаже, что значительно сокращает сроки ввода объекта.
Корпуса КТП (модулей КТП) традиционно изготавливаются из:
- металла (металлические КТП);
- «сэндвич» панелей на основе металлического профиля;
- железобетона.
К недостаткам указанных традиционных корпусов относятся:
1) риски возникновения нештатных ситуаций, связанных с замыканиями электрической цепи на корпус;
2) коррозионная уязвимость и, как следствие, необходимость периодического обновления внешнего защитного антикоррозионного покрытия;
3) технологические потери на обогрев / охлаждение оборудования в силу высокой теплопроводности материала корпуса (кроме корпусов, изготовленных из «сэндвич» панелей);
4) сложность и затратность транспортировки и монтажа / демонтажа корпуса на месте установки с применением спецтехники высокой грузоподъемности в силу большого удельного веса материала корпуса.
Наиболее близким (прототипом) к заявляемому техническому решению является пластиковый корпус комплектной трансформаторной подстанции (КТП-10-П), разработанной институтом Сельэнергопроект и Азовским электромеханическим заводом Главсельэлектросетьстрой (http://leg.co.ua/info/poclstancii/ktp-10-p.html прилагается распечатка интернет-страниц).
Корпус КТП-10-П состоит из металлического каркаса, на котором крепятся пластиковые панели. Габариты, мм: 2100×1700×1500; масса корпуса (стеклопластиковая часть): 87 кг.
Детали корпуса КТП-10-П (пластиковые панели) изготавливались контактным формованием 3-4 слоев стеклоткани, пропитанной компаундом (поверхность формы предварительно смазывалась, после чего накладывалось защитно-декоративное покрытие и на него - указанные слои стеклоткани); полимеризацию деталей производили при комнатной температуре и атм. давлении.
Для осмотров и других эксплуатационных работ в торцах корпуса имеются двери. Под крышкой предусмотрено кольцевое отверстие для вентиляции в жаркое время года. Края крышки снабжены напусками, чтобы предотвратить попадание влаги. В районах с загрязненной атмосферой кольцевое отверстие закрывается сеткой. Крышка снабжена четырьмя отверстиями для демонтажа. В качестве основного фундамента предусматривается железобетонная плита. Однако, как и для обычной подстанции с металлическим корпусом, возможно использование тавровых балок. Сборку корпуса выполняют на болтах и др. крепежных элементах.
Опытный образец КТП-10-Π был смонтирован в 1989 г. в совхозе «Борец» Раменского района Московской области. За время эксплуатации замечаний не было. Внутри КТП-10-П равные температурно-влажностные условия: зимой тепло, а летом, в жаркое время - прохладно, росы не бывает, что в целом благоприятно для функционирования оборудования и аппаратуры.
Недостатки корпуса-прототипа обусловлены недостатками металлического каркаса, к ним относятся:
1) риски возникновения нештатных ситуаций, связанных с замыканиями электрической цепи на металлический каркас корпуса;
2) коррозионная уязвимость и, как следствие, необходимость периодического обновления внешнего защитного антикоррозионного покрытия;
3) наличие мостиков холода в силу высокой теплопроводности металлического материала каркаса корпуса;
4) значительный вес металлического каркаса корпуса.
Решаемая задача заключается в разработке корпуса трансформаторной, распределительной подстанции наружной установки; комплектной трансформаторной, распределительной подстанции наружной установки (КТПН) (корпуса каждого модуля ТП, если ТП не одномудульная), полностью выполняемого из стеклопластиковых материалов. Ожидаемый технический результат заключается в повышении надежности и эффективности корпуса за счет исключения рисков возникновения нештатных ситуаций, связанных с замыканиями электрической цепи на металлический каркас корпуса; исключения коррозионной уязвимости и, как следствие, необходимости периодического обновления внешнего защитного антикоррозионного покрытия; отсутствия мостиков холода в конструкции корпуса в силу низкой теплопроводности стеклопластиковых материалов; снижения общего веса корпуса.
Поставленная задача решается тем, что предлагаемый корпус трансформаторной подстанции, включающий каркас и стеклопластиковые стеновые панели, отличается тем, что каркас выполнен из стеклопластикового профиля.
Использован стеклопластиковый профиль, предпочтительно изготовленный методом пултрузии.
Каркас корпуса имеет заполнение пространств между профилями стеклопластиковыми стеновыми панелями или внедрен в тело стеновой панели.
Каркас крыши имеет заполнение пространств между профилями стеклопластиковыми панелями или внедрен в тело колпака крыши.
Согласно техническим справочникам, в частности, согласно данным сайта о химии http://XuMuK.ru/, синонимом термина «стеклопластик» является «стеклокомпозит». Поэтому все материалы настоящей заявки, включая заявляемую совокупность признаков, касаются корпусов трансформаторных, распределительных подстанций наружной установки, которые предлагается выполнять из стеклопластиковых или - что то же самое - стеклокомпозитных материалов.
Одним из российских производителей стеклопластиков и изделий из них является Самарский Завод Полимер-Композитных Изделий (http://szpkk.ru). Стеклопластики - полимерные композиционные материалы, армированные стеклянными волокнами, которые формуют из расплавленного неорганического стекла. В качестве матрицы чаще всего применяют как термореактивные синтетические смолы (фенольные, эпоксидные, полиэфирные и т.д.), так и термопластичные полимеры (полиамиды, полиэтилен, полистирол и т.д.). Эти материалы обладают достаточно высокой прочностью, низкой теплопроводностью, высокими электроизоляционными свойствами, кроме того, они прозрачны для радиоволн. Если в первых армированных стеклопластиках (период окончания Второй мировой войны) количество волокон было небольшим, волокно вводилось, главным образом, чтобы нейтрализовать грубые дефекты хрупкой матрицы, то со временем назначение матрицы изменилось - она стала служить только для склеивания прочных волокон между собой, содержание волокон во многих стеклопластиках достигает 80% по массе.
Стеклопластики (стеклокомпозиты) - достаточно дешевые материалы, их широко используют в строительстве, судостроении, радиоэлектронике, производстве бытовых предметов, спортивного инвентаря, оконных рам для современных стеклопакетов и т.п.
Согласно (http://szpkk.ru). Самарский Завод Полимер-Композитных Изделий специализируется на проектировании, разработке технологии и изготовлении изделий из композиционных материалов, включая стеклопластики (стеклокомпозиты), на основе полиэфирных и эпоксидных смол для различных отраслей, в том числе автомобилестроения, городского хозяйства, строительства, медицинского оборудования и др. Предприятием освоены современные технологии изготовления изделий из композиционных материалов, в частности:
- изготовление изделий методом горячего формования в прессах;
- изготовление изделий методом напыления с гелькоутным покрытием различной цветовой гаммы;
- изготовление изделий методом контактного формования (без ограничения размеров и форм);
- изготовление деталей вакуум- и RTM-методами, позволяющими повысить производительность и стабильность качества изделий (RTM (Resin Transfer Moulding) - метод инжекции ненасыщенной полиэфирной смолы в закрытую форму).
Что касается производства каркаса корпуса из стеклопластиковых (стеклокомпозитных) профилей, предпочтительным является метод пултрузии, изначально разработанный для производства профилей постоянного сечения. К настоящему времени пултрузия - процесс, при котором армирующие стекловолокна в форме прутков, сеток или матов пропитываются термически затвердевающей смолой в специальной ванне, а затем протягиваются сквозь нагретую фильеру, придающую форму изделию. Признанным лидером в разработке процессов пултрузии, а также в проектировании и изготовлении данным методом изделий различного назначения является CREATIVE PULTRUSIONS INC., товарная марка Pultex (http://www.creativepultrusions.com, The Pultex Pultrusion Design Manual of Standard and Custom Fiber Reinforced Polymer Structural Profiles, 2004).
Конкретные механические параметры каркаса КТПН: несущая способность, жесткость, требуемая прочность, - выбираются исходя из снеговой, ветровой, сейсмической и других нагрузок, действующих в условиях установки КТПН. Именно пултрузионная технология (в отличие от других известных способов формирования стеклопластиков (стеклокомпозитов) позволяет получать изделия с гарантированными механическими характеристиками, а следовательно позволяет обеспечить необходимую несущую способность каркаса корпуса путем выбора соответствующего стеклопластикового профиля исходя из нагрузок, действующих на корпус КТПН в конкретных условиях района установки и с учетом типа оборудования КТПН. Практическое проектирование предлагаемого корпуса с расчетом необходимых характеристик стеклопластиковых стеновых панелей, профильного несущего каркаса и других элементов корпуса КТПН, изготовляемых методом пултрузии, исходя в том числе из обеспечения несущей способности конструкции каркаса и корпуса в целом, с учетом района установки, осуществляется, например, по методикам The Pultex Pultrusion Design Manual (http://www.creativepultrusions.com) или с помощью автоматизированной системы расчета характеристик пултрузионного профиля (http://fibrolux.com/fileadmin/downloads/BendIT.exe).
Таким образом, заявляемый корпус ТП промышленно применим, так как имеются доступные средства / материалы для его проектирования и изготовления.
Корпус единичного модуля КТПН или одномодульной ТП в целом состоит из крыши; стенового контура, оснащенного при необходимости дверями, воротами, проемами, жалюзийными решетками; пола/настила, который при необходимости входит в состав корпуса КТПН (т.к. оборудование ТП может быть смонтировано на несущей конструкции, не входящей в состав корпуса КТПН, и впоследствии закрыто/ограждено корпусом КТПН от внешних воздействий).
Корпуса единичных модулей могут быть состыкованы между собой при необходимости увеличения площади КТПН для размещения необходимого оборудования ТП.
Форма корпуса единичного модуля КТПН или одномодульной ТП в целом может варьироваться в зависимости от конкретных условий:
- параллелепипед с плоской/скатной/арочной крышей;
- призма;
- цилиндр (в виде афишной тумбы) с плоской/скатной/сферической крышей.
Для создания декоративно-защитного покрытия стеклопластиковых (стеклокомпозитных) изделий может наноситься защитно-декоративное покрытие (гелькоат/гелькоут). Также при формовании стеклопластик (стеклокомпозит) может быть окрашен в массе добавлением в компаунд красящего пигмента.
Стеновой контур предлагаемого корпуса может выполняться, по крайней мере, в двух вариантах:
1) несущий каркас КТПН, изготовленный из стеклопластикового (стеклокомпозитного) пултрузионного профиля, имеет заполнение пространств между профилями стеклопластиковыми (стеклокомпозитными) панелями (глухими, с жалюзи, с дверью, с воротами, с проемом и т.д.); при этом стеновые стеклопластиковые (стеклокомпозитные) панели для заполнения пространств между профилями могут быть изготовлены любым известным методом: пултрузии, вакуумного формования (RTM, RFI), контактного формования, напыления, препрегов и др.;
2) несущий каркас КТПН, изготовленный из стеклопластикового (стеклокомпозитного) пултрузионного профиля, интегрируется (вклеивается) в стеновые стеклопластиковые (стеклокомпозитные) панели; при этом последние могут быть изготовлены любым из следующих методов: ручного (контактного) формования; напыления; вакуумного формования; препрегов; намотки (с последующим вырезанием проемов и технологических отверстий, что приводит к дополнительному расходу материала).
Более детально способы внедрения (интегрирования, вклеивания) профильного стеклопластикового (стеклокомпозитного) каркаса в тело стеновой стеклопластиковой (стеклокомпозитной) панели выглядят следующим образом.
Способ внедрения методом ручного формования:
1. подготовка формы, нанесение разделительного слоя;
2. нанесение на форму гелькоата (опционально);
3. выкладывание стеклоткани (2 слоя), пропитка смолой, с прикатыванием валиком;
4. укладка каркаса стеновой панели из профиля и других закладных элементов на непросохшие слои по п. 3;
5. выкладывание стеклоткани (2 слоя), пропитка смолой, с прикатыванием валиком;
6. высыхание (отвердевание) стеновой панели с каркасом; снятие изделия с формы.
Способ внедрения методом напыления:
1. подготовка формы, нанесение разделительного слоя;
2. нанесение на форму гелькоата (опционально);
3. выполнение прохода напыления смолы с рубленным ровингом, с прикатыванием валиком;
4. укладка каркаса стеновой панели из профиля и других закладных элементов на непросохшие слои по п. 3;
5. выполнение второго и последующего (при необходимости) проходов напыления смолы с рубленным ровингом, с прикатыванием валиком;
6. высыхание (отвердевание) стеновой панели с каркасом; снятие изделия с формы.
Способ внедрения методом намотки:
1. подготовка вращающейся остнастки для намотки с пазами для вкладывания каркаса КТПН из пултрузионного профиля, нанесение разделительного слоя;
2. вкладывание профиля каркаса КТПН в пазы, а также др.закладных;
3. начало вращения оснастки с каркасом, с нанесением смолы по всей поверхности каркаса;
4. намотка необходимого количества слоев (3-5) стеклоткани (ровинга) с пропиткой смолой в процессе намотки;
5. окончание намотки и вращения; процесс высыхания изделия;
6. снятие изделия с оснастки;
7. при необходимости возможно нанесение изнутри корпуса слоя смолы с рубленным ровингом методом напыления;
8. при необходимости нанесение гелькоата.
Способ внедрения методом вакуумного формования:
1. подготовка формы, нанесение разделительного слоя;
2. укладывание слоя стекловолокна;
3. укладывание профиля каркаса стены корпуса и др. закладных элементов;
4. укладывание слоя стекловолокна;
5. процесс вакуумирования с подачей смолы;
6. снятие изделия с формы.
Крыша единичного модуля КТПН или одномодульной ТП в целом выполняется в виде колпака с каркасом («скелетом»), например, из пултрузионного профиля из стеклопластика (стеклокомпозита); методами: пултрузии; вакуумного формования; ручного формования; напыления. При необходимости осуществляется интегрирование (вклеивание) каркаса в тело колпака крыши, аналогично интегрированию (вклеиванию) каркаса в тело стеновой панели.
Скатность крыши, углы ее ската, требуемая прочность выбираются исходя из снеговой, ветровой, сейсмической и других нагрузок, действующих в условиях установки КТПН. В крыше могут быть выполнены технологические отверстия для вводов/выводов, клапан сброса избыточного давления и др. Крыша имеет напуски в целях предотвращения попадания влаги, может иметь вентиляционный зазор между крышей и стенами для вентиляции ТП, закрытый сеткой в соответствии с требованиями нормативной документации (ПУЭ), при установке дополнительного оборудования (срывного троса и петель) может выполнять функцию клапана для сброса избыточного давления при локализации дуги.
Пол/настил при необходимости может входить в состав корпуса КТПН и в этом случае изготавливается, например, из пултрузионного стеклопластикового (стеклокомпозитного) профиля. Если пол/настил не входит в состав корпуса КТПН, он изготавливается из иных материалов (бетон со стеклокомпозитным или металлическим армированием, металл и др.), с учетом конкретных весовых, вибрационных и др. характеристик устанавливаемого в КТПН оборудования, а также требований прочности, несущей способности и др. нагрузок, действующих в условиях установки КТПН. Кроме того, оборудование может быть смонтировано на отдельное основание и закрыто корпусом КТПН с креплением последнего к основанию.
В случае применения в конструкции корпуса элементов, выполненных из фанеры или материалов на основе ориентированных стружечных волокон (OSB), данные элементы в обязательном порядке во избежание разбухания из-за влаги внедряются в стеклопластик (стеклокомпозит) (полностью покрываются стеклопластиком (стеклокомпозитом)) по аналогии с авиа- и судостроением.
Корпус КТПН, изготовленный по предлагаемой полезной модели, подлежит сертификационным испытаниям, включая испытания на локализацию дуги, в соответствии с государственными стандартами, относящимися к КТПН.
Полезной моделью решена задача разработки корпуса трансформаторной, распределительной подстанции наружной установки (корпуса каждого модуля ТП, если ТП не одномудульная), полностью выполняемого из стеклопластиковых (стеклокомпозитных) материалов. Предлагаемый корпус обеспечивает технический результат, заключающийся в повышении надежности и эффективности корпуса за счет исключения рисков возникновения нештатных ситуаций, связанных с замыканиями электрической цепи на металлический каркас корпуса; исключения коррозионной уязвимости и, как следствие, необходимости периодического обновления внешнего защитного антикоррозионного покрытия; отсутствия мостиков холода в конструкции корпуса в силу низкой теплопроводности стеклопластиковых (стеклокомпозитных) материалов; снижения общего веса корпуса.