KR20170118686A - 경화 유도 디바이스 및 비극적 사건으로부터 유도 디바이스를 보호하기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents
경화 유도 디바이스 및 비극적 사건으로부터 유도 디바이스를 보호하기 위한 시스템 및 방법 Download PDFInfo
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Abstract
유도 디바이스를 충격으로부터 보호하기 위한 강화된 유도 디바이스 및 시스템 및 방법이 제공된다. 유도 디바이스는 보호 코팅 및/또는 아머 강 하우징으로 강화된다. 강화된 유도 디바이스는 탄환과 같은 물체에 의한 충격으로부터 보호되며, 유전체 유체의 누출이 방지된다. 음향 및 진동 센서들은 각각 유도 디바이스 하우징과 관련하여 물체의 존재 및 충격을 검출하도록 제공된다. 음향 및 진동 센서들의 측정값은 경보를 네트워크 제어 센터에 전송하고 활성부를 보호하도록 정지 및 다른 시퀀스를 개시하기 위한 임계값들과 비교된다. 음향 센서 결과는 발사체의 원점 위치를 결정하도록 사용된다.
Description
본 출원은 비극적 사건에 견딜 수 있는 유도 디바이스에 관한 것이다.
전력 변압기 및 기타 전기 설비와 같은 유도 디바이스는 종종 실외에 위치되며, 환경, 동물 및 인간에 영향을 받는다. 특히 인간에 의한 사악한 행위 및 극단적인 기후는 실외(건물 내가 아닌)에 위치된 전기 설비에 대해 손상을 유발할 수 있다. 심지어 지진 발생시에도 변압기가 손상될 수 있다. 이러한 손상은 점검 시에 전기 설비를 수리하고 다시 시작하는데 상당한 시간이 걸릴 수 있으며, 잠재적으로 정전을 유발한다.
본 발명의 목적은 강화 유도 디바이스 및 비극적 사건으로부터 유도 디바이스를 보호하기 위한 시스템 및 방법을 제공하는데 있다.
유도 디바이스는 상부벽, 저부벽 및 측벽들을 구비한 탱크를 가지며, 상부 및 측벽들의 각각은 외부 기재 표면(outer substrate surface)을 가진다. 한 쌍의 요크 사이에서 연장되는 적어도 하나의 코어 돌출부(core limb), 적어도 하나의 코어 돌출부에 장착된 적어도 하나의 코일 조립체, 및 절연 매체를 가지는 코어는 탱크의 내부 용적부에 배치된다. 코팅층은 탱크 측벽의 외부 기재 표면에 접착된다. 코팅은 반응 시에 폴리우레아 코팅(polyurea coating)이며, 반응 전에 제1 및 제2 성분들로 형성된다. 제1 성분은 방향족 이소시아네이트 혼합물, 방향족 디이소시아네이트, 지방족 이소시아네이트 혼합물 또는 지방족 디이소시아네이트이다. 제2 성분은 아민 혼합물 또는 폴리아민이다.
상부벽, 저부벽 및 적어도 하나의 측벽의 하우징을 가지는 전기 설비 상의 물체에 대한 접근 및/또는 충격을 검출하는 시스템이 제공된다. 시스템은 전기 설비, 전기 설비에 접근하는 물체의 음압(sound pressure)을 측정하기 위한 적어도 하나의 음향 센서, 하우징을 타격하는 물체에 의해 유발된 전기 설비 하우징 표면의 가속도를 측정하기 위한 적어도 하나의 진동 센서, 적어도 하나의 프로세서, 및 적어도 하나의 컴퓨터 프로세서에 의해 실행될 때, 전기 설비에 대한 물체에 의한 충격이 일어났는지를 결정하도록 음압 및 가속도를 위한 임계값과 음향 및 진동 센서들로부터 수신된 신호들을 적어도 하나의 컴퓨터 프로세서가 비교하게 하는 복수의 기계 판독 가능 명령을 가지는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체를 가진다. 적어도 하나의 음향 센서는 하우징과 접촉하지 않는 사전 결정된 위치에 있으며, 적어도 하나의 진동 센서는 전기 설비 하우징과 접촉하는 사전 결정된 위치에 있다.
전기 설비의 적어도 하나의 벽에 대한 물체의 충격 위치를 결정하기 위한 시스템이 제공된다. 전기 설비는 상부벽, 저부벽, 및 적어도 하나의 측벽의 하우징을 가진다. 시스템은 전기 설비, 하우징을 타격하는 물체에 의해 유발되는 전기 설비 하우징 표면의 가속도를 측정하기 위한 적어도 2개의 진동 센서, 적어도 하나의 프로세서, 및 적어도 하나의 컴퓨터 프로세서에 의해 실행될 때, 적어도 하나의 벽에서 전기 설비에 대한 물체 충격 위치를 결정하도록 가속도를 위한 임계값과 진동 센서들로부터 수신된 신호를 적어도 하나의 컴퓨터 프로세서가 비교하도록 하는 복수의 기계 판독 가능 명령을 가지는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체를 가진다. 적어도 2개의 진동 센서는 전기 설비 하우징과 접촉하고 전기 설비 하우징의 단일 벽에서 서로로부터 이격된다.
전기 설비에 대한 물체의 원점 위치(location of origin)를 결정하기 위한 시스템이 제공된다. 시스템은 상부벽, 저부벽 및 적어도 하나의 측벽으로 구성된 하우징, 전기 설비에 접근하는 물체의 음압을 측정하기 위한 4면체 구성(tetrahedral configuration)으로 배열된 음향 센서들, 적어도 하나의 프로세서, 및 적어도 하나의 컴퓨터 프로세서에 의해 실행될 때, 물체 원점(object origin)에 관하여 방위각 및 상향각들(azimuth and elevation angles) 중 하나가 알려질 때 다음의 단계들을 적어도 하나의 컴퓨터 프로세서가 수행하도록 하는 복수의 기계 판독 가능 명령을 가지는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체를 포함한다: 음향 센서들의 각각에 관하여 물체와 관련된 머즐 블래스트(muzzeblast) 및 쇼크웨이브(Shockwave)의 도달 시간에 기초하여 알려지지 않은 방위각 및 상향각들 중 하나를 결정하는 단계; 및 물체 원점까지의 거리를 결정하도록 방위각 및 상향각들을 사용하는 단계. 음향 센서들은 전기 설비 하우징과 접촉하지 않도록 배열된다.
유도 디바이스에 대한 충격의 검출시에 유도 디바이스를 보호하는 방법이 제공된다. 방법은 다음의 단계를 가진다: a. 유도 디바이스의 음압, 진동, 절연 매체 온도, 절연 매체 압력, 및 절연 매체 레벨 중 적어도 하나가 실행 가능한 레벨에 있는지를 검출하는 단계; b. 유도 디바이스의 1차 냉각 시스템으로의 밸브들을 폐쇄하는 단계; 및 c. 2차 냉각 시스템으로의 밸브를 개방하는 단계.
유도 디바이스에 2차 냉각을 제공하는 시스템은 한 쌍의 요크 사이에서 연장되는 적어도 하나의 코어 돌출부, 적어도 하나의 코어 돌출부에 장착된 적어도 하나의 코일 조립체, 상부벽, 저부벽 및 측벽들 탱크의 내부 용적부에 배치된 절연 매체를 가지는 코어를 가지는 유도 디바이스; 절연 매체 온도, 절연 매체 압력, 및 절연 매체 레벨 중 적어도 하나를 측정하기 위한 디바이스; 적어도 하나의 팬, 라디에이터 또는 냉각기, 및 절연 매체의 유동을 제어하는 적어도 하나의 밸브를 각각 가지는 1차 및 2차 냉각 시스템들; 및 적어도 하나의 컴퓨터 프로세서에 의해 실행될 때, 절연 매체 온도, 절연 매체 압력, 및 절연 매체 레벨 측정값들 중 적어도 하나를 위한 사전 결정된 임계값과 측정 디바이스에 의해 측정된 바와 같은 오일 온도, 오일 압력, 및 오일 레벨 중 적어도 하나를 적어도 하나의 컴퓨터 프로세서가 비교하도록 하는 복수의 기계 판독 가능 명령을 가지는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체를 가진다.
첨부 도면에서, 다음에 제공된 상세한 설명과 함께 강화된 유도 디바이스의 예시적인 실시예 및 비극적 사건으로부터 유도 디바이스를 보호하기 위한 시스템 및 방법을 설명하는 구조적 실시예들이 도시된다. 당업자는 구성요소가 다수의 구성요소로서 설계될 수 있거나 다수의 구성요소가 단일 구성요소로서 설계될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
또한, 첨부 도면 및 다음의 설명에서, 동일한 부분은 도면 전반에 표시되고, 동일한 부분에 동일한 도면부호가 부여된다. 도면은 축척으로 그려진 것이 아니며, 특정 부분의 비율은 설명의 편의를 위해 과장된다.
도 1은 본 발명에 따라서 구현된 유도 디바이스의 사시도;
도 2는 콘서베이터(conservator) 주위에 차폐물을 가지는 유도 디바이스의 측면도;
도 3은 보강된 맨홀 커버를 도시하는 유도 디바이스의 측면도;
도 4a는 탱크 벽들에 대한 코팅 및 강화의 적용 후에 유도 디바이스의 내충격성을 테스트하는데 사용되는 예시적인 탱크의 평면도;
도 4b는 도 4a의 탱크의 정면도;
도 4c는 도 4a의 탱크의 측면도;
도 5a는 탄도 테스트(ballistic testing)에 사용된 개조 적용(retrofit applications)을 위한 플레이트 조립체의 평면도;
도 5b는 도 5a의 개조 적용을 위한 플레이트 조립체의 저면도;
도 5c는 도 5a의 개조 적용을 위한 플레이트 조립체의 측면도;
도 6은 유도 디바이스의 가스 릴레이(gas relay)를 보호하기 위한 브래킷에 고정된 강화 강재 플레이트들을 도시한 도면;
도 7a는 탄도 충격(ballistic impact)으로부터 오일 및 압력 레벨 센서를 보호하도록 설치된 탄도 차폐물(ballistic shield)을 가지는 오일 및 압력 레벨 센서를 도시한 도면;
도 7b는 탄도 차폐물을 위한 장착 브래킷들을 도시한 도면;
도 7c는 부분적으로 조립된 탄도 차폐물을 도시한 도면;
도 7d는 오일 및 압력 레벨 센서 주위에 조립된 탄도 차폐물을 도시한 도면;
도 8a는 유도 디바이스의 탱크에 장착되고 탄도 플레이트(ballistic plate)들을 가지는 OFAF(forced oil/forced air heat exchanger) 냉각기를 도시한 도면;
도 8b는 OFAF 냉각기 수직 배향 팬들을 도시한 도면;
도 9는 탄도 플레이트들에 의해 보호되는 이동식 냉각기들을 가지는 유도 디바이스의 사시도;
도 10은 코팅이 코팅된 작동 유도 디바이스에 관하여 다양한 측정 지점들에서 취해진 음향 측정값들의 차트;
도 11은 코팅된 변압기에 대한 전체 코어 소음(total core noise)를 계산하도록 사용된 측정값들을 도시한 도면;
도 12a는 유도 디바이스의 밸브를 둘러싸는 탄도 장벽(ballistic barrier)을 도시한 도면;
도 12b는 탭 절환기(tap changer)를 둘러싸는 탄도 장벽를 도시한 도면;
도 13은 본 발명에 따른 전기 설비를 위한 센서 기반 탄도 충격 검출 시스템의 한 실시예의 개략도;
도 14는 경보를 발생시키거나 또는 센서 데이터의 상세한 기록을 기동할지를 결정하기 위하여 센서 데이터를 획득, 처리 및 분류하는 방법의 흐름도;
도 15는 전기 설비에 대한 물체의 충격 및/또는 접근을 감지하고 전기 설비에 대한 충격이 실행 가능한지를 결정하는 시스템을 도시한 도면;
도 16은 탱크 근처에 또는 이와 접촉하여 설치된 원 진동(raw vibration), 제곱 평균(RMS, root mean square) 진동, 및 음향 센서들을 가지는 변압기 탱크를 사용하는 탄도 테스트 시연의 설정을 도시한 도면;
도 17은 탱크에 대한 발사체(projectile)들의 충격시에 테스트 시연에서 발사체의 타격 위치를 도시한 도면;
도 18은 탄환 시연(bullet trial) 4의 원 진동 및 RM 센서의 가속 대 시간 결과의 도표;
도 19는 탄환 시연 4의 음향 센서 음압 테스트 결과의 도표;
도 20은 파스칼에서 얻은 음압 측정값을 데시벨로 변환한 차트;
도 21은 쇼크웨이브 및 머즐 블래스트를 포함하는 시연 4의 음향 특징(acoustic signature)의 도표;
도 22는 쇼크웨이브 및 충격을 포함하는 시연 4의 음향 특징의 도표;
도 23은 원 진동 및 음향 센서들에 의해 측정된 암석 시연 가속도(rock trial acceleration) 대 시간의 도표;
도 24는 암석 시연 1을 위한 음향 센서에 의해 측정된 바와 같은 암석 시연 음향 특징의 도표;
도 25는 원 진동 및 RMS 센서들에 의해 측정된 바와 같은 해머 시연(hammer trial) 2 가속도 대 시간의 도표;
도 26은 해머 시연 2 음향 특징의 도표;
도 27은 원 진동 및 RMS 센서들에 의해 측정된 바와 같은 탄환 시연 4 가속도 대 시간의 도표;
도 28은 원 진동 센서들에 의해 측정된 바와 같은 최대 원 가속도(max raw acceleration) 대 암석 대 해머의 구경(caliber)의 도표;
도 29는 원 진동 센서들에 의해 측정된 바와 같은 최대 원 가속도 대 암석 대 해머 대 탄환의 구경의 도표;
도 30은 음향 센서에 의해 측정된 바와 같은 최대 압력 대 암석 대 해머의 구경의 도표;
도 31은 신호의 시간 감쇠(time decay)를 나타내는 변압기 탱크에 대한 탄환 대 비탄환(non-bullet) 충격에 대한 RMS 가속도 대 시간의 도표;
도 32a는 변압기 탱크에 대한 탄환 대 비탄환에 대한 음압 대 시간의 도 32b의 확대된 도표;
도 32b는 변압기 탱크에 대한 탄환 대 비탄환 충격에 대한 음압 대 시간의 도표;
도 33은 평균 탄도 테스트(시연 4와 같은)에 대한 적어도 4개의 측정값들에 걸친 평균 압력 대 시간의 도표;
도 34는 제2 해머 시연 대 평균 탄도 테스트를 위해 해머 충격에 위에 겹친 머즐 블래스트를 도시한 도면;
도 35는 다수의 발포 시간(gunshot time)의 도달 측정값을 발생시키는데 사용될 수 있는 사면체 배열(tetrahedral array)을 도시한 도면;
도 36은 발사체의 원점에 대한 잔차 검색 방법(method for residual search)의 결과를 도시한 도면;
도 37은 직사각형 사면체(rectangular tetrahedron)로서 음향 센서들의 가능한 배열을 도시한 도면;
도 38은 다양한 위치 및 수의 음향 센서들이 사용될 때 발포 원점 검출(shot origin detection)을 위한 파라미터들을 제공하는 도면;
도 39는 원 진동 및 RMS 센서들에 의해 측정된 바와 같은 시연 5의 탄환 충격에 대한 가속도 대 시간의 도표;
도 40은 원 진동 및 RMS 센서들에 의해 측정된 바와 같은 시연 12의 탄환 충격에 대한 가속도 대 시간의 도표;
도 41은 발사체 시연 6에 대한 발포 충격 위치의 도표;
도 42는 발사체 시연 12에 대한 발포 충격 위치의 도표;
도 43은 실행 가능한 사건 동안 유도 디바이스에서 낮은 오일 레벨 및/또는 낮은 오일 압력 시에 반응 시퀀스의 개략도;
도 44는 착탈식 탄도 패널들을 구비한 유도 디바이스의 평면도;
도 45는 탄도 장벽을 가지는 유도 디바이스의 평면도;
도 46은 콘서베이터, 부싱 및 서지 피뢰기(surge arrester)들을 보호하는 방탄 블랭킷(ballistic resistant blanket)을 가지는 유도 디바이스의 측면도;
도 47은 탄도 강화 플레이트(ballistic-hardened plate)들이 연결되는 보강재들을 가지는 유도 디바이스의 평면도;
도 48은 콘서베이트, 부싱들, 서지 피뢰기들 및 유도 디바이스의 설비를 덮는 방탄 블랭킷을 가지는 유도 디바이스의 평면도; 및
도 49는 유도 디바이스를 둘러싸는 탄도 장벽을 가지는 유도 디바이스의 측면도.
또한, 첨부 도면 및 다음의 설명에서, 동일한 부분은 도면 전반에 표시되고, 동일한 부분에 동일한 도면부호가 부여된다. 도면은 축척으로 그려진 것이 아니며, 특정 부분의 비율은 설명의 편의를 위해 과장된다.
도 1은 본 발명에 따라서 구현된 유도 디바이스의 사시도;
도 2는 콘서베이터(conservator) 주위에 차폐물을 가지는 유도 디바이스의 측면도;
도 3은 보강된 맨홀 커버를 도시하는 유도 디바이스의 측면도;
도 4a는 탱크 벽들에 대한 코팅 및 강화의 적용 후에 유도 디바이스의 내충격성을 테스트하는데 사용되는 예시적인 탱크의 평면도;
도 4b는 도 4a의 탱크의 정면도;
도 4c는 도 4a의 탱크의 측면도;
도 5a는 탄도 테스트(ballistic testing)에 사용된 개조 적용(retrofit applications)을 위한 플레이트 조립체의 평면도;
도 5b는 도 5a의 개조 적용을 위한 플레이트 조립체의 저면도;
도 5c는 도 5a의 개조 적용을 위한 플레이트 조립체의 측면도;
도 6은 유도 디바이스의 가스 릴레이(gas relay)를 보호하기 위한 브래킷에 고정된 강화 강재 플레이트들을 도시한 도면;
도 7a는 탄도 충격(ballistic impact)으로부터 오일 및 압력 레벨 센서를 보호하도록 설치된 탄도 차폐물(ballistic shield)을 가지는 오일 및 압력 레벨 센서를 도시한 도면;
도 7b는 탄도 차폐물을 위한 장착 브래킷들을 도시한 도면;
도 7c는 부분적으로 조립된 탄도 차폐물을 도시한 도면;
도 7d는 오일 및 압력 레벨 센서 주위에 조립된 탄도 차폐물을 도시한 도면;
도 8a는 유도 디바이스의 탱크에 장착되고 탄도 플레이트(ballistic plate)들을 가지는 OFAF(forced oil/forced air heat exchanger) 냉각기를 도시한 도면;
도 8b는 OFAF 냉각기 수직 배향 팬들을 도시한 도면;
도 9는 탄도 플레이트들에 의해 보호되는 이동식 냉각기들을 가지는 유도 디바이스의 사시도;
도 10은 코팅이 코팅된 작동 유도 디바이스에 관하여 다양한 측정 지점들에서 취해진 음향 측정값들의 차트;
도 11은 코팅된 변압기에 대한 전체 코어 소음(total core noise)를 계산하도록 사용된 측정값들을 도시한 도면;
도 12a는 유도 디바이스의 밸브를 둘러싸는 탄도 장벽(ballistic barrier)을 도시한 도면;
도 12b는 탭 절환기(tap changer)를 둘러싸는 탄도 장벽를 도시한 도면;
도 13은 본 발명에 따른 전기 설비를 위한 센서 기반 탄도 충격 검출 시스템의 한 실시예의 개략도;
도 14는 경보를 발생시키거나 또는 센서 데이터의 상세한 기록을 기동할지를 결정하기 위하여 센서 데이터를 획득, 처리 및 분류하는 방법의 흐름도;
도 15는 전기 설비에 대한 물체의 충격 및/또는 접근을 감지하고 전기 설비에 대한 충격이 실행 가능한지를 결정하는 시스템을 도시한 도면;
도 16은 탱크 근처에 또는 이와 접촉하여 설치된 원 진동(raw vibration), 제곱 평균(RMS, root mean square) 진동, 및 음향 센서들을 가지는 변압기 탱크를 사용하는 탄도 테스트 시연의 설정을 도시한 도면;
도 17은 탱크에 대한 발사체(projectile)들의 충격시에 테스트 시연에서 발사체의 타격 위치를 도시한 도면;
도 18은 탄환 시연(bullet trial) 4의 원 진동 및 RM 센서의 가속 대 시간 결과의 도표;
도 19는 탄환 시연 4의 음향 센서 음압 테스트 결과의 도표;
도 20은 파스칼에서 얻은 음압 측정값을 데시벨로 변환한 차트;
도 21은 쇼크웨이브 및 머즐 블래스트를 포함하는 시연 4의 음향 특징(acoustic signature)의 도표;
도 22는 쇼크웨이브 및 충격을 포함하는 시연 4의 음향 특징의 도표;
도 23은 원 진동 및 음향 센서들에 의해 측정된 암석 시연 가속도(rock trial acceleration) 대 시간의 도표;
도 24는 암석 시연 1을 위한 음향 센서에 의해 측정된 바와 같은 암석 시연 음향 특징의 도표;
도 25는 원 진동 및 RMS 센서들에 의해 측정된 바와 같은 해머 시연(hammer trial) 2 가속도 대 시간의 도표;
도 26은 해머 시연 2 음향 특징의 도표;
도 27은 원 진동 및 RMS 센서들에 의해 측정된 바와 같은 탄환 시연 4 가속도 대 시간의 도표;
도 28은 원 진동 센서들에 의해 측정된 바와 같은 최대 원 가속도(max raw acceleration) 대 암석 대 해머의 구경(caliber)의 도표;
도 29는 원 진동 센서들에 의해 측정된 바와 같은 최대 원 가속도 대 암석 대 해머 대 탄환의 구경의 도표;
도 30은 음향 센서에 의해 측정된 바와 같은 최대 압력 대 암석 대 해머의 구경의 도표;
도 31은 신호의 시간 감쇠(time decay)를 나타내는 변압기 탱크에 대한 탄환 대 비탄환(non-bullet) 충격에 대한 RMS 가속도 대 시간의 도표;
도 32a는 변압기 탱크에 대한 탄환 대 비탄환에 대한 음압 대 시간의 도 32b의 확대된 도표;
도 32b는 변압기 탱크에 대한 탄환 대 비탄환 충격에 대한 음압 대 시간의 도표;
도 33은 평균 탄도 테스트(시연 4와 같은)에 대한 적어도 4개의 측정값들에 걸친 평균 압력 대 시간의 도표;
도 34는 제2 해머 시연 대 평균 탄도 테스트를 위해 해머 충격에 위에 겹친 머즐 블래스트를 도시한 도면;
도 35는 다수의 발포 시간(gunshot time)의 도달 측정값을 발생시키는데 사용될 수 있는 사면체 배열(tetrahedral array)을 도시한 도면;
도 36은 발사체의 원점에 대한 잔차 검색 방법(method for residual search)의 결과를 도시한 도면;
도 37은 직사각형 사면체(rectangular tetrahedron)로서 음향 센서들의 가능한 배열을 도시한 도면;
도 38은 다양한 위치 및 수의 음향 센서들이 사용될 때 발포 원점 검출(shot origin detection)을 위한 파라미터들을 제공하는 도면;
도 39는 원 진동 및 RMS 센서들에 의해 측정된 바와 같은 시연 5의 탄환 충격에 대한 가속도 대 시간의 도표;
도 40은 원 진동 및 RMS 센서들에 의해 측정된 바와 같은 시연 12의 탄환 충격에 대한 가속도 대 시간의 도표;
도 41은 발사체 시연 6에 대한 발포 충격 위치의 도표;
도 42는 발사체 시연 12에 대한 발포 충격 위치의 도표;
도 43은 실행 가능한 사건 동안 유도 디바이스에서 낮은 오일 레벨 및/또는 낮은 오일 압력 시에 반응 시퀀스의 개략도;
도 44는 착탈식 탄도 패널들을 구비한 유도 디바이스의 평면도;
도 45는 탄도 장벽을 가지는 유도 디바이스의 평면도;
도 46은 콘서베이터, 부싱 및 서지 피뢰기(surge arrester)들을 보호하는 방탄 블랭킷(ballistic resistant blanket)을 가지는 유도 디바이스의 측면도;
도 47은 탄도 강화 플레이트(ballistic-hardened plate)들이 연결되는 보강재들을 가지는 유도 디바이스의 평면도;
도 48은 콘서베이트, 부싱들, 서지 피뢰기들 및 유도 디바이스의 설비를 덮는 방탄 블랭킷을 가지는 유도 디바이스의 평면도; 및
도 49는 유도 디바이스를 둘러싸는 탄도 장벽을 가지는 유도 디바이스의 측면도.
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 그 전체에 있어서 참조에 의해 본원에 통합되는 2014년 10월 24일 출원된 미국 가출원 제62/068,495호 및 2015년 10월 7일 출원된 미국 가출원 제62/238,196호에 대해 우선권을 주장한다.
도 1을 참조하여, 60 MVA 이상의 정격의 변압기와 같은 유도 디바이스(10)가 도시되어 있다. 유도 디바이스(10)가 전력 변압기, 분배 변압기, 또는 분로 리액터(shunt reactor)로서 구현될 수 있으며, 적용에 의존하여 단상 또는 다상(poly-phase), 예를 들어 3상인 것을 이해하여야 한다. 유도 디바이스(10)는, 새로 제조된 변압기에 적용 가능할 뿐만 아니라 기존의 수리 및 사용 중인 변압기에 새로 설치될 수 있는 본 명세서에 설명된 강화 특징부들을 가진다.
유도 디바이스(10)는 탄도 발사체(ballistic projectile)들 및 다른 침입체(intrusions)의 결과로서 고장나기 쉬운 영역을 다루도록 설계되었다. 유도 디바이스(10)의 특정 영역이 발사체에 의한 것과 같은 직접적인 부딪힘을 방지하기 위한 보호 물질을 구비하는데 반하여, 다른 영역들은 손상을 검출하고 코어 및 코일 권선들을 보호하도록 백업 시스템으로 전환하도록 센서들을 이용한다. 또한 변압기의 활성부로서 알려진 코어 및 코일 권선들은 수리 및/또는 교체의 관점에서 가장 긴 리드 타임(lead time)을 가진다. 변압기 탱크(20)에 적용될 때 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이 코팅은 탱크를 형성하는데 사용되는 다양한 등급의 강과 결합될 때 탱크 벽이 탄환 관통에 대하여 불침투성이 되도록 한다. 탱크(20) 및 코팅 물질 및 두께는 물체 또는 다른 침입체에 의한 충격 및 침칩으로부터 유도 디바이스(10)를 보호하도록 본 발명에서 최적화된다.
유도 디바이스(10)는 탱크(20), 한 쌍의 요크들 사이에 수직으로 배치된 적어도 하나의 돌출부를 가지는 코어(20), 및 적어도 하나의 돌출부에 장착된 적어도 하나의 코일 조립체를 가진다. 코일 조립체는 고전압 코일과 저전압 코일을 가진다. 적어도 하나의 코일 조립체의 제1 단부는 탱크(20)의 커버로부터 연장되는 고전압 부싱(14)에 연결된다. 코어와 적어도 하나의 코일 조립체는 유전체 유체 또는 황화 헥사플루오라이드(SF6), 질소 또는 공기와 같은 가스와 같은 절연 매체와 함께 탱크(20)의 내부 용적부에 배치된다. 특히, 절연 매체는 미네랄 오일, 천연 또는 합성 에스테르 액체일 수 있다. 천연 에스테르 및 합성 액체와 같은 유체는 미네랄 오일의 2배 이상의 화재 및 인화점을 제공하여, 유도 디바이스가 물체에 의한 충격 또는 또는 다른 사건을 겪는 경우에 화재의 위험을 감소시킨다.
유도 디바이스(10)가 분로 리액터로서 구현될 때, 분로 리액터는 무효 전력(reactive power)을 보상하도록 사용되며, 일반적으로 적어도 하나의 돌출부에 있는 하나 이상의 비자성 갭을 구비한 코어를 가진다. 분로 리액터 코어의 적어도 하나의 돌출부에 있는 비자성 갭들은 절연 물질로 채워질 수 있다. 적어도 하나의 돌출부에 장착된 대응하는 권선 조립체 내측 또는 외측에 위치된 비자성 갭들을 구비한 코어의 적어도 하나의 돌출부에 비자성 갭이 있을 수 있다.
권선의 제1 단부는 탱크(20)의 상부벽(21)으로부터 연장되는 부싱(12, 14)에 연결된다. 한 실시예에서, 부싱(12, 14)은 건식 부싱이며, 유전성 유체로 채워지지 않는다. 그 동일한 실시예에서, 부싱은 소수성 지환족 에폭시 수지, 실리콘 절연체 또는 적용을 위한 다른 적절한 물질로 형성된다. 이러한 방식으로, 부싱(12, 14)이 발사체로부터 충격을 받으면, 부싱들은 통상적인 자기 부싱(porcelain bushing)들에서와 같이 산산조각나서 오일을 방출하기 쉽지 않다.
추가적으로, 전위 모니터링 디바이스는 부싱(12, 14)들을 구비할 수 있다. 자기 또는 건식 부싱에 대한 임의의 손상은 부싱(12, 14)들의 정전 용량의 검출된 변화 및/또는 누출 전류 측정값에서의 변화로 인해 전위 모니터링 디바이스에 의해 검출된다. 부싱(12, 14)들이 겪는 충격의 검출을 작업자에게 경고하기 위한 경보가 제공된다.
계속해서 도 1을 참조하여, 탱크(20)는, 용접에 의한 이음매(26)들에서 연결되거나 또는 체결구들을 사용하여 서로 나사 고정되는 시트 금속 플레이트들로 형성된다. 다음에 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 폴리우레아의 코팅은 탱크 벽(23)들의 외부 표면들 뿐만 아니라 탱크(20)의 금속 플레이트들 사이의 용접부들 및 경계면들에 도포되었다. 대안적으로, 탱크(20)는 모서리들 및 측벽(23)들을 형성하도록 금속을 구부리는 것에 의해 시트 금속의 단일편으로 형성되고, 만곡부들에는 코팅이 도포된다. 탱크(20)는 저부벽, 측벽(23) 및 상부벽(21)을 가지는 직사각형이다. 대안적으로, 탱크는 원통형의 측벽, 저부벽 및 커버 또는 상부벽을 가지는 원통형이다.
유도 디바이스(10)는, 그 외부를 강화하고 탱크(20) 벽(23)들의 충격 또는 관통으로 인한 손상으로부터 코어 및 적어도 하나의 코일 조립체를 보호하도록 측벽(23)들의 외부 표면에 도포된 코팅을 가진다. 회전 기계, 스위치 기어 및 회로 차단기와 같은 변전소에 있는 임의의 전기 설비가 본 명세서에 설명된 유도 디바이스(10)와 동일한 방식으로 코팅에 의해 보호되는 외부 표면을 가지는 외부 또는 인클로저(enclosure)를 가질 수 있다. 또한, 전기 설비 하우징은 다음에 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이, 유도 디바이스(10)와 동일한 방식으로 탄도 강화 플레이트로 개조될 수 있다.
전기 설비가 개폐 장치 또는 접지 탱크 접지 탱크 회로 차단기(dead tank circuit breaker)로 구현될 때, 절연 매체는 황화 헥사플루오라이드(SF6), 공기 또는, 적용에 적절한 다른 형태의 절연 매체일 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
유도 디바이스(10)는 탄도 발사체 및 기타 침입체와 같은 물체의 충격의 결과로서 고장나기 쉬운 영역을 다루도록 강화된다. 유도 디바이스의 특정 영역들은 발사체 또는 다른 물체에 의한 직접적인 충격에서 탱크의 관통을 방지하는 코팅을 구비한다. 예를 들어, 탱크(20)는 탱크(20)가 유도 디바이스의 활성부로서 또한 알려진 코어 및 코일 조립체를 수용하기 때문에 강화된다. 코어 및 코일 조립체는 수리 및/또는 교체의 관점에서 가장 긴 리드 타임을 가진다.
또한 저전압 부싱(12)들 및 저전압 서지 피뢰기들, 고전압 서지 피뢰기(16)들, 압력 방출 디바이스(26), 제어 캐비넷(28), 하우징(38), 급격 압력 방출 밸브(30), 오일 충전 피팅(oil fill fitting)(37), 오일 드레인 밸브(39), 및 상부 오일 레벨과 탱크(20) 커버 사이의 탱크의 내부 용적부 내측인 유도 디바이스(10)의 가스 공간에서 정압 질소 가스 블랭킷을 유지하기 위해 조절된 질소 가스 공급부(40)가 도 1에 도시된다.
상부 라디에이터 밸브(34), 하부 라디에이터 밸브(36) 및 팬(18)을 가지는 라디에이터 냉각 시스템(22)은 작동 동안 유도 디바이스(10)를 냉각시키고, 오일 레벨 및 압력 게이지(24)들은 유도 디바이스(10)를 냉각시키도록 백업 냉각 시스템(33)과 함께 작동한다. 유도 디바이스 냉각 라디에이터가 발사체와 같은 물체에 의해 천공되는 경우에, 오일 레벨 및 압력 센서(24)는 오일 압력의 강하를 검출하고, 유도 디바이스의 활성부를 손상되는 것으로부터 보호하도록 설계된 밸브 작동의 시퀀스를 규정한다. 오일 레벨 및 압력 센서(24)는 결합 센서 또는 개별 센서로서 제공될 수 있다. 비제한적인 예로서, 본 발명과 함께 사용될 수 있은 오일 레벨 센서는 Italy, Montebello Vicento에 소재한 Comem으로부터 입수 가능한 오일 레벨 표시기(oil level indicator) eOLI이다. 또한 비 한정적인 예로서, 본 발명과 함께 사용될 수 있은 압력 센서는 NY, Fairport에 소재한 Qualitrol로부터 입수 가능한 QUALITROL 032/042/045 및 AKM 44712/34725 대형 오일 레벨 표시기이다.
유도 디바이스 탱크(20)를 형성하는데 사용되는 강의 형태는, 비록 다른 형태의 강이 사용될 수 있다는 것을 이해할지라도, CSA G40.21 등급의 50W 강, ASTM A36 표준을 충족시키는 연강(mild steel), ASTM 504 표준을 충족시키는 연강 및 A572 등급 50 표준을 충족시키는 연강과 같은 연강이다. 탱크(20)에 사용되는 연강의 두께는 약 0.375 인치에서 약 1.25 인치의 두께이다.
A36 및 A572 등급 50 연강의 총 중량에 기초하는 중량%로의 화학 조성은 하기 표 1 및 표 2에 비제한적인 예로서 제공된다:
| 원소 | 최소 | 최대 |
| 탄소 | - | 0.29 |
| 망간 | 0.85 | 1.35 |
| 인 | - | 0.04 |
| 황 | - | 0.05 |
| 규소 | - | 0.4 |
| 구리 | 0.2 | - |
| 원소 | 최소 | 최대 |
| 탄소 | - | 0.23 |
| 망간 | - | 1.35 |
| 인 | - | 0.04 |
| 황 | - | 0.05 |
| 규소 | - | 0.4 |
| 구리 | 0.2 | - |
| 니오븀 | 0.005 | 0.05 |
탱크(10)를 구성하는데 사용되는 ASTM 36 및 ASTM A572 등급 50 연강은 총 중량에 기초하여 중량%로 다음의 조성을 가진다:
0% ≤ 탄소 ≤ 0.29%;
0.85% ≤ 망간 ≤ 1.35%;
0% ≤ 인 ≤ 0.04%;
0% ≤ 황 ≤ 0.05%;
0% ≤ 규소 ≤ 0.4%;
적어도 0.2% 구리;
그리고 잔부는 철로 구성된다. 추가적으로, 다른 원소들이 미량으로 존재할 수 있다. ASTM A36 표준 및 ASTM 표준 A572 등급 50을 충족시키는 연강은 원소 C, Mn, P, S 및 Si에 대하여 나열된 범위 외에, 적어도 0.2 중량% 이상의 구리를 가진다. 또한, 원소 C, Mn, P, S, Cu 및 Si를 가지는 것 더하여, ASTM 표준 A572 등급 50의 연강은 그 조성이 총 중량에 기초하여 0.005 내지 0.05 중량%의 니오븀을 포함한다.
본 발명의 발명자들은 이전에 언급된 연강 및 AR 500 강(500의 브리넬 경도를 가지는 내마모성(AR) 강)을 포함하는 다양한 금속 기재와 함께 코팅을 사용하여 테스트를 수행하였다. 본 발명자들은 테스트를 통해 관통하는, 표 6에 제공된 총탄(ammunition)과 같은 발사체들이 유도 디바이스 탱크(20) 벽(23)을 관통하는 것을 코팅이 방지한다는 것을 알았다. 금속 기재들이 유도 디바이스 탱크(20) 벽들의 외부 표면 및 변압기 부품을 위해 제공된 임의의 차폐부(48, 56, 52, 78, 92)를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
AR 500강의 1/2 인치의 최적화된 탱크 벽 두께와 함께 사용된 최적화된 코팅 두께는 UL 752 레벨 8 및 탄도 보호의 UL 752 레벨 10을 달성하는 것으로 밝혀졌다. 탱크(20)를 제조하는데 사용될 수 있는 AR 500강의 예는 OH, Maple Heights에 소재한 Clifton로부터 입수 가능한 Tensalloy® Blue AR 500이다.
총 중량에 기초한 중량%로 하는 Tensalloy® Blue AR 500(0.236 인치 내지 2.5 인치의 두께를 가지는)의 전형적인 화학 조성은 다음의 표 3에 제공된다:
| 탄소 | 0.31 |
| 망간 | 1.50 |
| 인 | 0.025 |
| 황 | 0.015 |
| 규소 | 0.50 |
| 크롬 | 0.87 |
| 니켈 | 0.70 |
| 몰리브덴 | 0.35 |
| 붕소 | 0.003 |
대안적으로, 총 중량에 기초한 중량%로 유도 디바이스를 구성하는데 사용될 수 있는 AR 500 강의 표준 조성은 다음의 표 4에 제공된다.
| 탄소 | 0.30 |
| 망간 | 1.70 |
| 규소 | .70 |
| 크롬 | 1.00 |
| 니켈 | 0.8 |
| 몰리브덴 | 0.50 |
| 붕소 | 0.004 |
한 실시예에서, 3/8 인치 두께를 가지는 AR 500 강으로 형성되고 코팅이 없는 변압기 탱크(20)는 추후에 상세히 설명되는 바와 같이 UL 752 탄도 레벨 8 보호를 달성하는 것으로 밝혀졌다. 추가적으로, AR 500 강은 제어 캐비닛(28), 수냉 백업 시스템(33), 장벽, 및 차폐물을 강화하는데 사용된다. 코팅은 발사체의 충격의 결과로서 금속 조각 "파편"의 양을 감소시킨다. 코팅은 측벽들 및 커버, 제어 캐비넷(38), 라디에이터(22), 콘서베이터(46), 밸브, 하우징, 및 부싱(12, 14)들과 같은 탱크(20)의 모든 외부 표면에서 사용될 수 있다.
코팅의 예들은 순수 폴리우레아 코팅, 2-성분 폴리우레아 및 폴리우레탄 스프레이 시스템, 및 휘발성 유기화합물이 낮거나 전혀 없는 방향족 폴리우레아 스프레이 엘라스토머 시스템을 포함하지만 이에 한정되지 않는다. 코팅은 부식성 화학 물질 및 환경 요인의 내성을 위하여 내구성이 있는 스킨 조성물을 제공한다. 다른 형태의 코팅들이 발명자들에 의해 고려되고, 코팅 형태들이 비제한적인 예로서 제공되었다는 것이 이해되어야 한다.
코팅이 휘발성 유기 화합물을 전혀 가지지 않는 2-성분의 폴리우레아 스프레이 엘라스토머 시스템으로서 구현될 때, 제1 성분, "A"측은 방향족 또는 지방족 이소시아네이트(또는 디이소시아네이트)와, 제2 성분, "B"측은 아민 혼합물 또는 폴리아민을 포함한다. 방향족 이소시아네이트 혼합물은 총 중량에 기초하여 약 0.1 중량% 내지 약 50 중량%의 이소시아네이트를 함유한다. 특히, 이소시아네이트 혼합물은 총 중량에 기초하여 약 0.1 중량% 내지 약 45 중량%의 디페닐메탄-4,4'-디이소시아네이트 및 약 0.1 중량% 내지 약 5 중량%의 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트를 함유한다. 아민 혼합물은 약 70 내지 약 99 중량%의 아민, 예를 들어 디에틸메틸벤젠디아민 및 알파-(2-아미노메틸에틸)-오메가-(2-아미노메틸에톡시)-폴리(옥시(메틸-1,2-에탄디일))을 함유한다. 특히, 아민 혼합물은 약 50 중량% 내지 약 75 중량%의 알파-(2-아미노메틸에틸)-오메가-(2-아미노메틸에톡시)-폴리(옥시(메틸-1,2-에탄디일)) 및 20 중량% 내지 25 중량%의 디에틸메틸벤젠디아민을 함유한다.
안료는 코팅의 필요한 색상을 제공하도록 약 0.1 중량% 내지 약 20 중량%로 아민 혼합물에 첨가될 수 있다. 한 실시예에서, 코팅은 코팅에 추가의 강도를 제공하도록 기재 상으로의 스프레이 공정 동안 기재 상에 분무 공정 중에 폴리우레아 코팅으로 분산된 폴리(p-페닐렌 테레프탈아미드)를 기재로 하는 p-아라미드 섬유를 가진다. 여기에서 '약'의 사용은 ± 1 %를 의미한다.
제1 및 제2 성분들은 예열되고, 1:1 비율의 이중 성분 스프레이 설비를 사용하여 고압으로 도포된다. 예열된 이소시아네이트 및 아민은 결합되고, 도포된 기재 물질 상에 폴리우레아 코팅을 형성하도록 고압으로 스프레이 건으로부터 반응한다. 제1 및 제2 성분의 반응 생성물인 폴리우레아 코팅제는 도포시에 수분 내에 경화되고, 기판 물질, 본 경우에 연강 또는 AR 500 강에 결합한다.
대안적으로, 코팅은 총 중량에 기초하여 약 30 중량% 내지 약 60 중량%의 이소시아네이트 및 약 5 중량% 내지 약 15 중량%의 프로필렌 카보네이트를 함유하는 방향족 이소시아네이트 혼합물을 포함하는 제1 성분을 가지는 2-성분 폴리우레아 스프레이 엘라스토머 시스템으로서 구현된다. 이소시아네이트는 폴리올과 메틸렌디페닐디이소시아네이트의 반응 생성물이다. 제2 성분은 총 중량에 기초하여 약 61 중량% 내지 약 89 중량%의 폴리옥시프로필렌디아민을 함유하는 아민 혼합물이다.
제1 및 제2 성분들은 예열되며, 1:1 비율로 이중 성분 스프레이 설비를 사용하여 고압으로 도포된다. 예열된 이소시아네이트 및 아민 성분은 결합하고 도포된 기재 물질 상에 폴리우레아 코팅을 형성하도록 고압으로 스프레이 건으로부터 반응한다. 폴리우레아 코팅은 제1 및 제2 성분들의 반응 생성물이며, 도포시에 수분 내에 경화되고 기재 물질, 본 경우에 연강 또는 AR 500 강에 결합한다.
본 발명을 수행하는데 사용하기 위한 코팅의 예는 AL, Huntsville에 소재한 Line-X Protective Coatings로부터 입수 가능한 XS-350이다. 본 발명의 교시를 수행하도록 사용될 수 있는 코팅의 다른 예는 Washington, Lakewood에 소재한 Specialty Products, Inc.로부터 입수 가능한 Dragonshield-BC, 및 California, San Diego에 소재한 Rhino Linings로부터 입수 가능한 RhinoArmor PPFR 1150이다. 다양한 코팅이 발명자에 의해 고려되고 코팅 형태가 비제한적인 예로서 제공된다는 것을 이해하여야 한다.
코팅은 약 45 내지 약 70의 ASTM D2240 쇼어 D 듀로미터 경도를 가진다. 특히, 쇼어 D 듀로미터 경도는 약 50 내지 약 61이다.
본 발명의 발명자들은 이전에 점검된 69kV, 12/16/20 MVA(ONAN/ONAF/ONAF) 변압기에 코팅을 적용했다. 유도 디바이스(10)는 전원이 차단되고 탱크(20)에 있는 유전체 유체는 배수되었으며, 라디에이터들과 도관 및 배선과 같은 모든 외부 액세서리들은 코팅의 도포 전에 제거되었다.
코팅은 각각의 탱크 벽들 상에 적어도 1/2 인치의 두께를 달성하도록 각각의 코팅에 대해 약 20 mils 내지 약 40 mils(0.5 mm 내지 1 mm)의 습윤 막 두께를 달성하기 위하여 스프레이 건을 사용하여 도포되었다.
본 발명자들에 의해 수행된 탄도 테스트의 제1 시리즈는 강 플레이트 기재의 한쪽 측면에 도포되고 결합된 다양한 두께(1/8", 1/4", 및 1/2")의 코팅으로 다양한 두께(1/8", 5/16", 3/8" 및 1/2")의 연강 플레이트들의 성능을 조사하였다. 테스트는 ASTM-F1233에 따라서 총탄 -7.62 mm(.308 구경) NATO M80 Ball, 완전 금속 자켓(FMJ, full metal jacket) 및 30-06, 자켓 연질 지점(JSP) 탄환의 2개의 형태를 사용하여 수행되었다. 플레이트 샘플들 상에서의 ASTM 테스트의 설명은 표 5에 나타낸다.
| 코팅 두께 | ||||
| 플레이트 두께 | NA(블랭크) | 1/8 인치 (3.175 ㎜) |
1/4 인치 (6.35 ㎜) |
1/2 인치 (12.7 ㎜) |
| 1/8 인치(3.175 ㎜) | 1A | 1B | 1C | 1D |
| 5/16 인치(7.9 ㎜) | 2A | 2B | 2C | 2D |
| 3/8 인치(9.5 ㎜) | 3A | 3B | 3C | 3D |
| 1/2 인치(12.7 ㎜) | 4A | 4B | 4C | 4D |
| 등급 | 총탄 | 중량 (그레인) |
최소 속도 (ft/s) |
최대 속도 (ft/s) |
# 발사 | 타겟에 대한 범위(ft) |
| ASTM-F1233 R3. 30cal, 7.62, NATO M80 | 7.62 ㎜ (.308 구경) M80, Ball |
149 | 2700 | 2800 | 3 | 25 |
| ASTM-F1233 R2, 30cal, 30-06 JSP | 30-06, 스프링필드, JSP |
180 | 2850 | 3000 | 3 | 25 |
| UL 레벨 8 | 7.62 ㎜, Rifle Lead Core Full Metal Copper Jacket Military Ball(.308 Caliber) | 150 | 2750 | 3025 | 5 | 15 |
3/8 인치 이하의 강 두께를 가지는 모든 샘플들은 도포된 코팅의 두께에 관계없이 모든 테스트에서 실패했다. 규정된 총탄에 의해 충격을 받은 표면의 한 번 이상의 관통이 있었으면 샘플은 특정 탄도 등급에 실패한다. 1/2 인치 두께의 코팅, 1/4 인치 두께의 코팅 및 이 값보다 작은 두께를 가지는 샘플들은 각각 ASTM-F1233 R3 테스트를 통과하였지만, ASTM-F1233 R2 테스트는 실패했다. 1/2 인치 두께의 강 샘플은 ASTM-F1233 R2 및 ASTM-F1233 R3 탄도 테스트를 모두 통과하였다.
ASTM-F1233 테스트와 UL 752 레벨 8 테스트의 특성 비교는 표 6에 나타냈다. ASTM-F1233 R2는 타겟의 보다 양호한 관통을 위하여 연질 팁을 구비한 보다 무거운 총탄을 사용하며, 총탄은 UL 레벨 8 총탄보다 충격시에 더 높은 속도로 진행한다. UL 752 레벨 8은 ASTM 테스트보다 타겟에 근접한 범위를 요구한다.
물질에 관통하는 능력은 물질의 경도와 두께, 탄환의 구조와 중량, 및 물질에 대한 탄환의 충격 속도 등 몇몇 인자에 의존한다. 충격의 강도와 물질을 파괴하는 그 능력은 탄환의 운동 에너지에 의존하며, 이러한 것은 그 질량과 속도의 제곱의 곱에 비례한다. 예를 들어, UL 752 레벨 8 탄도 및 ASTM F1233 R2 탄도에 대한 충돌시에 평균 운동 에너지는 각각 2805 ft-lbs 및 3436 ft-lbs이다.
ASTM F1233 테스트의 결과는 테스트 시리즈 1에 대해 다음에 제공된다:
| 강 형태 (AS-철갑 MS-연강) |
강 두께(인치) | 코팅 두께(인치) | 벽 뒤의 매체 | ASTM F1233 사양 | 관통 |
| MS | 3/8 | 0 | 공기 | R2 | 예 |
| MS | 3/8 | 1/8 | 공기 | R2 | 예 |
| MS | 3/8 | 1/4 | 공기 | R2 | 예 |
| MS | 3/8 | 0 | 공기 | R2 | 예 |
| MS | 3/8 | 1/8 | 공기 | R2 | 예 |
| MS | 3/8 | 1/4 | 공기 | R2 | 예 |
| MS | 3/8 | 1/2 | 공기 | R2 | 예 |
| MS | 3/8 | 0 | 공기 | R3 | 예 |
| MS | 3/8 | 1/8 | 공기 | R3 | 예 |
| MS | 3/8 | 1/4 | 공기 | R3 | 예 |
| MS | 3/8 | 1/2 | 공기 | R3 | 예 |
| MS | 1/2 | 0 | 공기 | R2 | 예 |
| MS | 1/2 | 1/8 | 공기 | R2 | 예 |
| MS | 1/2 | 1/4 | 공기 | R2 | 예 |
| MS | 1/2 | 1/2 | 공기 | R2 | 아니오 |
| MS | 1/2 | 0 | 공기 | R3 | 아니오 |
| MS | 1/2 | 1/8 | 공기 | R3 | 아니오 |
| MS | 1/2 | 1/4 | 공기 | R3 | 아니오 |
| MS | 1/2 | 1/2 | 공기 | R3 | 아니오 |
지금 도 4a, 도 4b 및 도 4c를 참조하여, 테스트 시리즈 2의 테스트 샘플들은 변압기 탱크의 일반적인 형상을 모방하도록 정육면체의 형상으로 형성되었다. 샘플들은 표 8에 표시된 바와 같이 3/8 인치 및 1/2 인치의 두께를 가지는 연강 또는 AR 500 강으로 구성되었다. 2개의 리프팅 후크(73)들은 후크들을 통하여 기둥으로 두 사람에 의해 운반되는 것을 허용하도록 각 정육면체의 상부에 제공되었다. 2개의 포트(71)들은 물로 채우고 정육면체로부터 공기를 밖으로 배출하기 위해 정육면체의 상부에 제공되었다. 정육면체들 중 전부, 그러나 2개는 변압기 내부에서 유전체 유체를 모방하도록 물로 채워졌다.
물이 정육면체들을 채우고 유전체 유체와 같은 비압축성 유체를 모방하도록 사용되었지만, 유전체 유체가 물보다 큰 점도를 가지는 것을 유의하여야 한다. 그러므로, 유전체 유체는 물보다 누출될 가능성이 적을 것이다. 그러나, 안전 및 환경 문제로 인해, 물이 유전체 유체 대신에 테스트에 사용되었다. 유전체의 점도와 물의 점도의 비교는 아래의 표에 나타냈다:
각각의 정육면체의 한쪽 측면은 나금속(bare metal)으로 형성된 한편, 다른 3개의 측면은 다음의 표들에 나타난 바와 같이 상이한 두께를 달성하도록 폴리우레아 코팅으로 코팅되었다. 정육면체의 상부 커버는 볼트로 정육면체 상부 주위의 개스킷 플랜지에 고정되었다. 정육면체들은 모든 코팅 두께와 금속 두께 조합이 각각의 테스트를 위해 사수와 마주하도록 회전되었다.
UL 752 탄도 테스트를 위한 샘플들은 아래 표와 같이 준비되었다:
샘플 #1 - 물로 채워진 3/8" 일반 강 정육면체
샘플 #2 - 물로 채워진 3/8" 아머 강(Armor steel) 정육면체
샘플 #3 - 물로 채워진 1/2" 아머 강 정육면체
지금 도 5a, 도 5b 및 도 5c를 참조하여, 개조 적용을 위한 평행 플레이트들을 가지는 표 8의 테스트 샘플 번호 4 및 5가 준비되었다. 개조 적용을 테스트하는데 있어서, 3/8 두께의 연강 플레이트는 변압기 탱크(20)를 모방하도록 사용되었으며, 8 인치 폭 브레이스 29를 사용하여 3/8 인치 AR 500 아머 강 플레이트(31)로부터 8 인치까지 편심되었다. 테스트 시퀀스는 UL 752 레벨 8 및 UL 752 레벨 9에서 수행되었다. 8 인치의 편심은 8 인치 폭의 보강재(54)들에 의해 탱크 벽으로부터 탄도 보호 플레이트의 편심을 모방하도록 사용되었다. 벽 보강재(54)들은 서로 동일한 간격으로 탱크 벽 상에 용접되는 개방면을 가지는 직사각형 프리즘이다. 벽 보강재는 탱크(20)의 저부벽의 평면에 대해 수직 또는 수평으로 배치될 수 있다. 보강재(54)들은 탱크(20) 벽에 대해 갭을 형성할 수 있으며, 케블라(Kevlar) 또는 모래와 같은 방탄 물질(74)로 채워질 수 있다.
이전에 설명된 바와 같이, 서로 다른 표준 협회가 타겟으로부터 특정 거리에서 발사된 특정 총탄들에 의한 관통을 방지하는 물질 및 구조에 대한 등급을 개발하였다. 본 발명의 발명자에 의해 수행된 제2 시리즈의 테스트는 다양한 두께의 코팅으로 코팅된 연강 및 AR 500 강 탱크 두께의 조합을 평가한다. 탱크 물질, 탱크 두께 및 코팅 두께의 조합은 UL 752 표준인 UL 752 레벨 8, 9 및 10의 3개의 최상위 레벨에 따라서 테스트되었다.
UL 752 표준 레벨 8, 9 및 10의 사양은 다음과 같이 설명된다:
UL 레벨 8은 초당 2,750-3,025 피트의 속도로 진행하는 166 그레인으로, 30 구경의 M80 Ball Full Metal Jacket(FMJ)을 사용하여 테스트된다. 5발의 발포가 총의 총구로부터 15 피트 떨어진 샘플로 발사된다.
UL 레벨 9는 초당 2715-2986 피트의 속도로 진행하는 166 그레인으로, 30 구경, Armor Piecing(AP), M2 총탄을 사용하여 테스트된다. 1발의 발포가 총의 총구로부터 15 피트 떨어진 샘플에 발사된다.
UL 레벨 10은 초당 2810-3091 피트의 속도로 진행하는 708 그레인으로, 50 구경, 볼을 사용하여 테스트된다. 1발의 발포가 총의 총구로부터 15 피트 떨어진 샘플에 발사된다.
모든 샘플은 수직 평면에 위치된 변압기 탱크(20) 벽들에 직교하는 수평 평면을 따라서 발사된 필요한 수의 발포를 사용하여 테스트되었다.
UL 레벨 10에 대한 최적의 코팅 및 탱크 벽 두께 조합은 XS-350 2-성분 폴리우레아 스프레이가 코팅으로서 사용되었을 때 표 8에 나타낸 바와 같이 1/2 인치 두께를 가지는 AR 500 강으로 형성된 탱크 벽들에 도포된 1/2 인치 두께의 코팅인 것으로 밝혀졌다. 적어도 1/2 인치의 코팅이 적어도 1/2 인치 두께를 가지는 AR 500 강 탱크에 도포되었을 때, 탄도 충격으로 인한 파편은 대부분 코팅 내부에 박혔으며 AR 500 강 탱크(20)를 관통하지 못하였다. 코팅은 상당한 양의 파편을 흡수하여, 탱크 표면으로부터의 파편의 양을 감소시킨 것으로 나타났다. 아울러, AR 500 강철 벽은 탄환이 탱크 벽을 관통하여 탱크 내부에 도달하는 것으로부터 보호되었다.
UL 752 표준에 따라서 발명자들에 의해 수행된 탄도 테스트의 결과는 표 8에 제시되어 있다.
| 샘플 ID |
강 형태(AS-Armor MS-Mild) | 강 두께 (인치) |
코팅 두께 (인치) |
벽 뒤의 매체 | 테스트된 UL 등급 | 관통 |
| 5 | AS | 3/8 | 0 | 물 | 8 | 아니오 |
| 1A | MS | 3/8 | 0 | 물 | 8 | 예 |
| 1B | MS | 3/8 | 1/2 | 물 | 8 | 예 |
| 1C | MS | 3/8 | 3/4 | 물 | 8 | 예 |
| 1D | MS | 3/8 | 1 | 물 | 8 | 예 |
| 1E | MS | 1/2 | 1/2 | 물 | 8 | 예 |
| 2A | AS | 3/8 | 0 | 물 | 8 | 아니오 |
| 2B | AS | 3/8 | 1/4 | 물 | 9 | 예 |
| 2C | AS | 3/8 | 1/2 | 물 | 9 | 예 |
| 2D | AS | 3/8 | 3/4 | 물 | 9 | 예 |
| 3A | AS | 1/2 | 0 | 물 | 9 | 아니오 |
| 4 | AS | 3/8 | 1/4 | 공기 | 9 | 아니오 |
| 3B | AS | 1/2 | 1/2 | 물 | 10 | 아니오 |
| 3C | AS | 1/2 | 3/4 | 물 | 10 | 아니오 |
| 3D | AS | 1/2 | 1 | 물 | 10 | 아니오 |
요약하면, 표 8은 다음과 같은 결과를 제공한다. 3/8 인치 두께를 가지는 AR 500 강은 어떠한 코팅도 없이 UL 레벨 8 탄도 요구 조건을 충족시키며, 탱크(20)의 충격 부위에서 약간의 손상을 초래한다. 코팅이 없는 1/2 인치 두께를 가지는 AR 500 강은 UL 레벨 9 탄도 요구 조건을 충족시키지만, 충격 부위에 심각한 손상을 입는다. 1/2 인치 두께를 가지며 폴리우레아 코팅이 1/2 인치 도포된 AR 500 강은 UL 레벨 10 탄도 요구 조건을 충족시킨다.
또한, 3/8 인치 두께와 적어도 1/2 인치 두께로 도포된 코팅을 가지는 연강으로 형성된 샘플에서, 탱크 벽들은 UL 752 레벨 8 총탄에 의해 관통되어 탱크에서 적어도 1/2 인치 지름의 구멍을 경험한다. 그러나, 단지 소량의 물이 코팅을 통과한다. 그러므로, 코팅이 도포된 탱크(20)는 임의의 작은 구멍들을 통해 유전체 유체를 누출하는 가능성이 적다.
예를 들어, 탱크 벽에서 약 0.5mm 내지 약 12.7mm의 지름을 가지는 개구는 탱크로부터 유전체 유체가 누출하는 것이 방지된다. 유도 디바이스의 측벽(23)들을 연결하는 조인트에서 용접부의 결함은 핀홀의 크기일 수 있으며, 지름이 약 0.5 mm내지 약 1 mm에 가까울 수 있는 반면에, 탄환 구멍의 크기는 약 5 mm 내지 약 12.7 mm이다. 핀홀의 경우에, 핀홀들이 폴리우레아 코팅층에 의해 채워지거나 덮여져, 유전체 유체의 누출이 방지된다. 탄환 구멍의 경우에, 유전체 유체는 한 번에 단순한 물방울로만 누출되어, 유전체 누출에 의한 환경에 미치는 영향을 방지한다.
또한, 폴리우레아 코팅은 내부 아크의 경우에 제어된 파열을 방지할 수 있으며, 아크로부터의 압력은 탱크 벽을 따라서 코팅에 의해 수직으로 흡수되고, 코팅이 도포되지 않은 탱크 커버(21) 경계면(27)에서의 가장 약한 조인트를 노출시킨다. 제어된 파열 특성은 코팅을 가지는 탱크들에서 높은 에너지 아크를 시뮬레이션하고 벽들에 도포된 코팅 없이 테스트될 수 있다. 탱크 커버(21) 경계면(27)에서 제어된 파열은 측벽(23) 용접부(25)들에서의 파열보다 바람직하며, 이러한 것은 오일 누출, 및 점화의 경우에 불에 대한 연료 공급을 제어하기 때문이다.
탱크에서의 단락 회로는 탱크 내부에 약 1인치 이격되어 고정된 2개의 전극 사이에 얇은 와이어를 연결하는 것에 의해 시뮬레이션될 수 있다. 고 에너지 아크는 2개의 전극과 와이어에 고전류를 통과시키는 것에 의해 시뮬레이션될 수 있다. 단락 회로를 통과하는 고전류는 탱크에 높은 압력을 수반하는 아크를 생성할 것이다. 아크 에너지가 충분히 높으면, 압력은 탱크를 파열시킬 수 있다. 탱크 파열의 경우에, 파열은 탱크 벽들을 따라서 수직으로 압력을 흡수하는 폴리우레아 코팅으로 인하여 탱크 커버(21) 경계면(27)에서 제어된 파열일 것이다.
요약하면, 다음의 표 9, 표 10 및 표 11에 나타낸 바와 같이, 본 발명자들은, 적어도 1/2 인치의 최적화된 코팅 두께가 UL 752 레벨 10 보호까지 달성된 1/2 인치 두께의 AR 500 강의 최적화된 탱크 두께에 도포되고 금속 조각들의 파열을 제한하는 것을, 연강 및 AR 500 강 플레이트 및 탱크(20)의 탄도 테스트를 통하여 발견하였다. 그러나, 일부 보호 이점은 본 명세서에 언급된 모든 다양한 금속 및 두께와 조합하여 적어도 0.25 인치(6.35 mm) 코팅 두께 및 적어도 1 인치(25.4 mm)까지의 코팅 두께를 사용하여 결정되었다. 오늘날 대부분의 유도 디바이스 탱크들이 연강으로 형성됨에 따라서, 오직 새로 제조된 유도 디바이스들만이 AR 500 강 탱크들로 형성될 수 있다. 기존의 유도 디바이스들은 두께가 적어도 1/2 인치 이상인 폴리우레아 코팅을 가지는 AR 500 강 플레이트들로 개조될 수 있다.
또한, 탄도 충격에 견디기 위해 개량된 연강 탱크를 가지는 유도 디바이스에서, 유도 디바이스는, 0.5 인치까지의 두께를 가지는 AR 500 강 플레이트들이 보호 벽을 제공하도록 또한 볼트 체결되거나 용접되는 탱크(20)의 측벽에 용접된 스터드를 가진다. 대안적으로, 0.5 인치까지의 두께를 가지는 AR 500 강 플레이트들은 탱크의 측벽들에 길이 방향으로 부착된 보강재(54)들에 용접 또는 볼트 체결된다. 코팅은 적어도 0.5 인치의 두께가 달성될 때까지 AR 500 강 플레이트들에 추가로 도포된다. UL 레벨 8 탄도 보호를 제공하기 위하여, AR 500 강 플레이트들은 3/8 인치 두께로 제공되고, 적어도 0.5 인치 두께의 폴리우레아 코팅이 금속 조각들 파열을 방지하기 위해 도포된다.
신규 및 개조 유도 디바이스들을 강화하기 위한 해결책이 다음에 제공된다.
| UL 탄도 레벨 | 구성 |
| 8 | 3/8 인치 아머 강 탱크 + 1/2 인치 코팅의 도포 |
| 9-10 | 1/2 인치 아머 강 탱크 + 1/2 인치 코팅의 도포 |
| UL 탄도 레벨 | 구성 |
| 8 | 탱크 벽들에 부착된 3/8 인치 아머 강 패널들 |
| 9 | 1/2 인치 코팅이 도포되고 탱크 벽들에 부착된 3/8 인치 아머 강 패널들 |
| 10 | 1/2 인치 코팅이 도포되고 탱크 벽들에 부착된 1/2 인치 아머 강 |
| UL 탄도 레벨 | 구성 |
| 8 | 탱크 벽들에 1/2 인치 코팅의 필드 적용 또는 탱크 벽들에 부착된 3/8 인지 아머 강 패널들 |
| 9 | 1/2 인치 코팅이 도포되고 탱크 벽들에 부착된 3/8 인치 아머 강 패널들 |
| 10 | 1/2 인치 코팅이 도포되고 탱크 벽들에 부착된 1/2 인치 아머 강 패널들 |
한 실시예에서, 코팅의 제1 층은 탱크 벽들에 결합되고, 강 플레이트는 제2 층으로서 제공된다. 코팅의 제3 층이 제공된다. 탱크(20), 코팅의 제1 층, 강 플레이트의 제2 층 및 코팅의 제3 층은 서로 결합된다. 코팅의 제1 층 및 제3 층은 약 0.25 인치(6.35 mm) 내지 약 0.75 인치(19.05 mm)의 두께로 제공된다. 본 명세서에서 언급된 AR 500 또는 연강으로 형성된 강 플레이트는 약 0.25 인치(6.35 mm)로부터 약 0.75 인치(19.05 mm)까지이다.
지금 도 2를 참조하여, 오일 콘서베이터(46)는 여기에 부착된 방탄 차폐물(48)을 가지는 것으로 도시된다. 콘서베이터 차폐물(48)은 신규 및 개조 설비에서 상기된 형태의 AR 500 강 또는 연강으로 형성된다. AR 500 강이 콘서베이터 차폐물을 형성하도록 이용될 때, AR 500이 UL 752 탄도 레벨 8을 충족시키도록 단독으로 사용되면, 강의 두께는 적어도 3/8 인치이다. 그렇지 않으면, 0.5 인치(12.7 mm) 두께의 AR 500 강은 UL 752 탄도 레벨 9 및 10을 충족시키도록 0.5 인치(12.7mm)의 코팅 두께와 함께 사용된다. ASTM F1233 표준은 0.5 인치(12.7mm) 두께의 연강과 0.5 인치(12.7mm) 두께의 코팅으로 충족될 수 있다.
방탄 차폐물(48)은 착탈 가능하거나 또는 콘서베이터(46) 지지부 및/또는 탱크(20)에 고정된다. 방탄 차폐물(46)은 또한 잠재적인 타겟이 보이지 않고 발사체를 굴절시키는 형상으로 형성될 수 있음에 따라서 콘서베이터(46)의 위장(camouflage)으로서 역할을 한다. 한 실시예에서, 콘서베이터(48) 오일 레벨 게이지는 강 플레이트에 의해 보호되고 시야로부터 숨겨지며, 접지 레벨 만으로 또는 유도 디바이스(10)가 설치되는 변전소로부터 멀리 또는 부근의 전력망 제어 센터에서 판독될 수 있다. 다른 실시예에서, 콘서베이터(48)는 ASTM F1233 R2 또는 R3 탄도 레벨을 충족시키기 위해 1/2 인치의 두께를 가지는 연강으로 형성되고 1/2 인치 두께를 가지는 코팅이 코팅된다.
탱크(20) 및 콘서베이터(46)가 새로운 용도로 AR 500 강 또는 헤비 게이지 강(heavy gauge steel)으로 형성될 수 있으며, 밸브, 게이지 및 냉각 시스템들이 보호될 헤비 게이지 또는 서브마린 강(submarine steel)으로 형성된 다양한 차폐물에 의해 보호되도록 중앙 위치/뱅크(bank)들에 배치될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 그런 다음, 모든 표면을 코팅이 코팅될 수 있으며, 차폐물들과 장벽들은 탱크(20) 및 콘서베이터(46) 보강 강재 인클로저들 대신에 또는 이에 추가하여 이용될 수 있다. 또한, 본 명세서에 기술된 물질 및 배열들로 만들어진 임의의 조합이 유도 디바이스 탱크를 강화하고, 발사체들로부터 유도 디바이스(10)를 차폐하는 층이진 이종의 접근법을 제공하고, 특정 배열이 비제한적인 예의 방식에 의해 제공된다는 것을 이해하여야 한다.
지금 도 3을 참조하여, 맨홀 커버(58)의 상부에서 탱크(20)에 볼트 체결된 맨홀 커버와 동일한 형상의 3/8 인치 AR 500 강 맨홀 차폐물(56)을 가지는 맨홀 커버(58)가 도시되어 있다. 맨홀 차폐물(56)은 발사체 또는 기타 외부 침입체와 접촉할 경우에 맨홀 커버(58)를 강화한다. 맨홀 차폐물(56)은 맨홀 커버(58)보다 작은 체결구 개구들을 가지며, 맨홀 커버(58)를 고정하는 기존의 체결구를 수용하는 형상으로 절단된다.
지금 도 6을 참조하여, Buchholz 릴레이와 같은 가스 릴레이(50)를 둘러싸는 프레임(52)이 도시되어 있다. 프레임(52)은 강화되고, 신규 및 개조된 유도 디바이스(10) 설비 모두에 있는 가스 릴레이(50)를 둘러싸고, 클램프(82) 및 장착 브래킷(84)에 의해 가스 릴레이에 고정된다. 클램프(82)들은 파이프(51)의 굴곡을 보상하기 위해 아치형 측면(86)들을 가진다. 한 실시예에서, 연강 또는 AR 500 강 프레임(52)은 콘서베이터 차폐물(48)에 대해 이전에 설명된 것과 동일한 두께로 코팅이 코팅된다. 또한, 테스트되는 다양한 조합의 연강 및 AR 500이 탄도 충격으로부터 보호를 필요로 하는 탱크(20)의 임의의 부분에 적용되고 고정될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
한 실시예에서, 강 프레임(52)은 각각의 밸브(30, 39)의 출력 나사와 착탈식으로 결합되거나 또는 밸브 자체와 동일한 볼트를 사용하여 볼트로 고정되는 밸브 차폐물로서 제공된다. 프레임(52)은 프레임(52)의 각각의 측면에 고정되는 탄도 강화 플레이트들을 가진다. 프레임(52)의 적어도 하나의 측면은 각각의 밸브(30, 39)의 나사부와 결합하는 나사를 가진다. 각각의 밸브를 발사체들로부터 보호하는 것에 더하여, 프레임(52)은 시야로부터 또한 밸브를 숨길 수 있다. 한 실시예에서, 유도 디바이스(10)는, 모든 밸브들이 탱크(20) 상의 단일 위치로 보내지고 공통 프레임(52)이 탱크(20)에 용접되거나 볼트로 고정된 밸브들을 둘러싸도록 설계된다.
지금 도 7a를 참조하여, 착탈식 차폐물(78)은 오일 및 압력 레벨 게이지(24)뿐만 아니라, 유도 디바이스(10)를 구비한 임의의 다른 게이지, 온도계 또는 분석기 위에 배치될 수 있다. 착탈식 차폐물은 동일한 물질로 형성되고, 콘서베이터 차폐물(48)에 대하여 상기된 바와 같이 도포된 코팅을 가진다.
모든 기기, 게이지, 라디에이터(22) 뱅크들 및 다양한 밸브들은 중앙 위치에서 착탈식 차폐물(78)에 의한 보호를 위해 유도 디바이스(10) 상의 단일 위치에 배치될 수 있다. 기기, 온도계 및 게이지들은 네트워크 제어 센터, 서비스 요원 모바일 디바이스 및/또는 제어 캐비닛(28)과 같은 원격 판독 기능(유도 디바이스 또는 변전소 위치로부터 멀리 떨어진 것을 의미함)을 제공하는 디바이스들로서 구현된다. 오일 레벨(24) 표시기는 지면 레벨 근처의 각도로 또한 위치되어서, 게이지(24)는 커버 근처에서 일정 각도가 아닌 탱크(20)의 측벽 상의 전형적인 위치 선정과는 반대로 지면 레벨로부터 판독될 수 있다. 게이지(24)의 판독이 패널(80) 상에서 보이도록, 판독 패널(80)이 또한 제공될 수 있다.
도 7b, 도 7c, 및 도 7d는 차폐물(78)의 구성 요소들의 조립체를 도시한다. 도 7b는 오일 레벨 게이지(24)의 대향 측면 상의 콘서베이터(46)의 저부에 용접된 장착 브래킷(77)들을 도시한다. 도 7c는 체결구들에 의해 브래킷(77)에 고정되는 2개의 금속 패널(75)들 중 하나를 도시한다. 금속 패널(75)들은 45°의 각도로 용접된 AR 500 강으로 형성된다. 차폐물(78)의 최종 조립체는 오일 레벨 게이지(24)가 시야뿐만 아니라 탄도 충격으로부터 보호되는 것을 도시하는 도 7d에 도시되어 있다.
도 12a 및 도 12b에 도시된 국부화된 장벽(120, 122, 124)들과 같은 다른 강화 특징들은 각각 밸브 및 탭 변경 모터 구동부와 같은 액세서리들 또는 유도 디바이스 탱크 벽의 표면으로부터의 임의의 다른 돌출부 주위에 구성될 수 있다. 장벽(120, 122, 124)들은 액세서리를 둘러싸는 경화 강재 플레이트(126)로 형성된다. 요구된 보호 레벨에 의존하여, 강 플레이트들은 유도 디바이스 적용에 의존하여 표 9, 표 10 또는 표 11에 열거된 물질 및 두께에 따라서 강화된다. 이러한 방식으로 보호될 수 있는 기타 액세서리의 예로는 콘서베이터, Buchholz 릴레이, 충전 밸브, CT 단자 블록, 흡습 호흡기(dehydrating breather), 로드 탭 절환기, 게이지를 구비한 제어 캐비닛, 질소 병 캐비닛, 드레인 밸브, 원 진동 센서, RMS 센서 및 맨홀 커버들을 포함하지만 이에 한정되지 않는다.
국부화된 장벽(120, 122, 124)들은 보호 플레이트를 풀거나, 일측에서 볼트를 풀고, 존재한다면 유지 보수 및 기기 판독을 위한 액세서리에 대한 사용자 접근을 제공하도록 장벽 도어(128)를 개방하는 것에 의해 분해된다. 사용자에 의해 제거되도록 강화 플레이트들을 설계할 때, 각각의 착탈식 플레이트의 수동 취급 중량은 23㎏ 미만이다.
외부 액세서리들은 탱크 벽, 커버 또는 임의의 적절한 표면에 직접 용접될 수 있는 프레임에 적용된 강화 플레이트를 가지는 일반적인 장벽 설계를 사용하여 보호될 수 있다. 강화 플레이트는 보호를 제공하도록 프레임에 볼트 고정된다. 더욱 작은 디바이스들에 대한 접근을 위하여, 전면 장벽이 제거될 수 있다. 소형 및 대형 액세서리의 경우에, 전면 장벽은 도 12b에 도시된 바와 같은 도어를 생성하도록 힌지로 설계된다.
장벽의 형상은 액세서리의 위치에 의해 결정될 것이다. 예를 들어, 도 10a 및 도 10b는 탱크 벽(23)에 장착되고 노출된 3개의 측면을 가지는 장벽을 도시하지만, 유도 디바이스(10)의 상부벽에 장착된 액세서리는 모든 4개의 측면들로부터의 보호를 요구할 것이다.
지금 도 44를 참조하여, 제어 캐비넷(28)을 보호하기 위한, 착탈식 및 슬라이딩 탄도 저항 패널(42, 44)을 가지는 유도 디바이스(10)가 도시되어 있다. 탭 절환기는 제어 캐비닛(28) 내에 또는 별도의 캐비닛 내에 제공될 수 있으며, 보호를 위해 착탈식 및 슬라이딩 방탄 패널(42, 44)들을 이용한다는 것을 이해하여야 한다. 전형적인 제어 캐비닛(28)들은 제어 캐비닛(28) 내부에 있는 전자 설비를 보기 위한 유리창이 제공된다. 그러므로, 착탈식 및 슬라이딩 방탄 패널(42, 44)들은 제어 캐비닛(28)의 다른 노출된 부분에 대한 보호를 제공한다.
도 44의 유도 디바이스 탱크(20)는 새로운 변압기로서 제공되면 아머 강 또는 연강 및 상기된 두께의 코팅으로 형성된다. 연강 또는 아머 강 탱크(20)를 가지는 신형 유도 디바이스(10)는 단순한 판독 접근을 위해 탱크(20) 외부에 설치된 계량기들과 표시기를 구비할 수 있으며, 그러나, 제어 캐비닛(28)의 전자 기기는 AR 500 강 및/또는 제어 캐비닛(28)의 외부 표면에 도포된 코팅에 의해 보호된다.
신규 및 개조된 유도 디바이스들에 대하여, 탱크(20)는 아머 강 또는 연강으로 형성되고, 탱크(20)의 외부 표면에 코팅이 도포된다. 대안적으로, 탱크(20)는 연강으로 형성되고, E. I. Du Pont De Nemours and Company의 등록 상표인 상표명 KEVLAR®으로서 시판되는 폴리에스테르, 폴리아미드 또는 방향족 아라미드와 같은 섬유로 형성된 3축 방향족 아라미드의 블랭킷 또는 코팅으로 둘러싸인다. 특히, 3축 방향족 아라미드 직물은 폴리(p-페닐렌 테레프탈아미드)를 기재로 한 p-아라미드 섬유로 형성된다. 한 실시예에서, 콘서베이터(48)는 직물로 싸이거나 3축 방향족 아라미드의 외부 코팅을 구비할 수 있다.
신규 및 개조된 유도 디바이스(10)에는 AR 500 강으로 형성된 고정식, 탈착식 및/또는 슬라이딩 도어 탄도 패널(42, 44)들이 제공된다. 한 실시예에서, 고정식, 탈착식 및/또는 슬라이딩 도어 탄도 패널(42, 44)들은 접촉 표면으로부터 탄도 발사체를 편향시키거나 튕겨내기 위해 가공된 특수한 형상 또는 조성을 가지는 강 플레이트를 구비한다.
지금 도 45를 참조하여, 라디에이터 차폐물(70)이 제공된다. 라디에이터 차폐물(70)은 라디에이터를 발사체로부터 보호할 뿐만 아니라 공기 순환을 강제하는 것에 의해 냉각 공기가 빠져나가는 것을 방지하는 이중 목적을 위해 라디에이터(22)들의 뱅크의 전면으로부터 착탈 가능하고 이격되어 있다. 차폐물은 다중 벽 구조를 형성하도록 서로 용접되는 아머 강 또는 아머 강의 플레이트들과 같은 단일 금속 시트로 형성될 수 있다.
한 실시예에서, 라디에이터 차폐물(70)의 금속 시트 또는 플레이트들은 주름형(corrugated) 14-게이지 또는 16-게이지 강으로 형성된다. 그 동일한 실시예에서, 라디에이터 차폐물(70)은 작은 각도의 고속 조각, 파편, 및 즉석의 폭발 장치로부터 유도 디바이스(10)를 보호하는 한편, 안티 램 차량 장벽(anti-ram vehicle barrier)으로서의 보호를 제공한다. 라디에이터 차폐물(70)은 들어오는 침입체에 대해 라디에이터 차폐물(70)을 더욱 강화하도록 모래로 채워지는 빈(bin)으로 설계될 수 있다.
한 실시예에서, 3축 방향족 아라미드 직물의 블랭킷은 여분의 보호층을 제공하도록 커튼으로서 라디에이터 차폐물(70) 위에 배치된다. 라디에이터(22)와 백업 수냉 시스템을 동일한 뱅크에 위치시키고 라디에이터 차폐물(70)에 의해 전체 뱅크를 보호하는 것은 뱅크를 집중화시키고, 탄도 보호를 위한 단일 라디에이터 차폐물(70)를 허용한다.
지금 도 46을 참조하여, 유도 디바이스(10)는 폴리에스테르, 폴리아미드 또는 방향족 아라미드와 같은 섬유로 형성된 3축 방향족 아라미드 직물로 형성된 블랭킷(62)에 의해 덮여진다. 블랭킷(62)은 부싱(12, 14) 및 콘서베이터(46)를 보호하도록 유도 디바이스(10)의 저전압 측에 위치된다. 한 실시예에서, 블랭킷(62)이 트랩처럼 로드 위에 배치될 수 있도록, 지지체(48)들은 2개의 지지체 사이를 연결하는 로드와 함께 변압기 탱크의 각각의 단부에 제공될 수 있다. 대안적으로, 방탄 블랭킷(62)은 탱크(20) 및/또는 콘서베이터(46) 둘레에 감싸지고, 타이-랩핑(tie-wrapping) 또는 체결구들을 사용하여 고정된다. 방탄 블랭킷(62)은 변압기를 보호하고, 또한 유도 디바이스(10)에서 잠재적인 타겟을 숨기는 역할을 한다.
블랭킷(62)은 부싱(12, 14) 및 콘서베이터(46)의 외부 표면에 도포된 코팅과 함께, 발사체가 블랭킷(62)을 천공하고 블랭킷(62)이 부싱(12, 14)의 표면 및/또는 콘서베이터(46)를 접촉하는 경우에 보호의 이중층을 제공한다. 추가로, 방탄 블랭킷(62)은 유도 디바이스(10)의 커버에 제공된 다른 디바이스들을 보호한다.
급격한 압력 상승 릴레이가 또한 제공되며, 탱크(20)가 겪는 압력의 급격한 변화를 검출한다. 급격한 압력 상승 릴레이는 허용 가능한 레벨에 도달할 때까지 압력을 방출하도록 압력 방출 디바이스와 함께 작동한다. 압력 방출 디바이스는 급격한 압력 상승 릴레이가 허용 가능한 작동 압력 레벨을 감지할 시에 자동으로 다시 밀봉된다. 압력 방출 디바이스는 오일을 지면으로 안내하도록 오일 드레인 파이프(39)와 통합된다.
지금 도 47을 참조하여, 벽 및/또는 보강재(54)의 약한 부분을 보강하도록 벽 차폐물(72)들을 가지는 유도 디바이스(10)가 도시되어 있다. 모래와 같은 방탄 물질은 탱크(20) 및 활성부를 보호하기 위하여 보강재(54) 내부에 배치될 수 있다. 벽 차폐물(72)은 측벽들 및 그 위에 장착된 임의의 액세서리, 게이지 및 밸브들을 보호하도록 사용된다. 또한, 모래 주머니들이 탱크(20) 또는 커버에 부착되어서, 주머니들은 활성부, 또는 위태롭게 되었을 때 활성부에 대한 손상을 유발할 수 있는 유도 디바이스(10)의 다른 구성 요소에 대응하는 탱크(20)의 표면을 덮는다.
한 실시예에서, 전체 변압기(10) 및 모든 주변 기기들은 도 48 및 도 49에 도시된 바와 같이 콘크리트 벽(76) 또는 방탄 블랭킷(62)에 의해 완전히 둘러싸인다.
지금 도 8a 및 도 8b를 참조하여, OFAF(강제 오일/강제 공기 열 교환기 냉각기) 탱크 장착 냉각기(92)의 형태를 하는 유도 디바이스를 위한 탄성 냉각 보호가 도시된다. 탄도 플레이트(92)들은 모든 수직 가장자리들과 표면들이 탄도 플레이트들에 의해 보호되도록 팬(94)을 제외하고 OFAF 냉각기들의 수직 측면들 주위에 고정된다. OFAF 냉각기들은 팬(94)을 사용하여 수직으로 공기를 안내하도록 설계된다. 탄도 플레이트(92)의 배치는 도 8b에 도시된 바와 같이 OFAF 냉각기(92)들의 팬(94)들의 공기 유동을 방해하지 않는다.
냉각기(90)들을 보호하기 위한 플레이트(92)들은 스터드 또는 용접을 통해 탱크에 추가로 장착된 프레임에 부착된다. 공기 유입구 또는 배출구를 가지는 냉각기(90)의 측면들은 덮이거나 냉각 비효율성을 초래하지 않아야만 한다. 발사체의 충격으로부터 냉각기(90)를 보호하는 것에 더하여, 탄도 플레이트들은 탄환의 조준선에 있는 냉각기(90)들의 가장자리들을 보호하고 냉각기(90)를 위장하도록 사용된다.
플레이트(92)들은 콘서베이터 차폐물(48) 및 탄도 플레이트(92)에 의해 보호되는 다른 유도 디바이스 구성 요소에 대해 상기된 바와 같은 금속 및/또는 코팅으로 형성된다. OFAF 열 교환기들을 사용하는 이점은 크기 및 중량이 동등한 라디에이터/팬 냉각의 단지 25%인 것이다.
탄도 강화 플레이트(92)들은 ONAF 냉각 설비(팬을 가지는 라디에이터)의 탄환 관통을 방지하도록 라디에이터(22) 또는 ONAF 냉각기(90) 가장자리들의 측면에 대해 개조될 수 있다. 한 실시예에서, 냉각 시스템은 도 8a에 도시된 바와 같이 유도 디바이스 탱크의 2개의 마주한 측벽(23)들의 각각에 근접한 라디에이터(22) 또는 ONAF 냉각기(90)를 구비하며, 오직 라디에이터(22) 또는 ONAF 냉각기(90)들의 대향 측벽들에는 팬(94)들이 방해받지 않도록 플레이트(92)들이 끼워진다.
각각의 라디에이터(22) 또는 ONAF 냉각기(90)는 상부벽, 저부벽 및 측벽 및 적어도 하나의 팬(94)을 가진다. 플레이트(92)는 냉각 시스템의 각각의 대향 측벽에 부착되고, 코팅은 플레이트들의 외부 표면에 결합된다. ONAF 냉각 설비는 OFAF 냉각기들과 동일한 방식으로 탄도 플레이트(92)들로 개조될 수 있다. 탄도 보호 플레이트(92)의 설치로 인한 냉각 용량의 어떠한 감소도 보완하기 위해 추가의 또는 더욱 큰 팬이 필요할 수 있다.
탄도 플레이트(92)들은 탱크 장착 프레임에 매달리며, 테스트 결과에서 상기된 바와 같은 두께 및 코팅을 갖고 유도 디바이스(10)가 설치된 다른 탄도 플레이트들을 위한 탄도 코팅을 갖는 AR 500 강 또는 경량 연강이다.
냉각은 유도 디바이스에 필수적이며, 유도 디바이스는 손상되거나 감소된 냉각으로 단시간 동안만 작동할 수 있다. 탄도 사건 동안 냉각 탄력성에 대해 필요한 결과는 서비스의 손실없이 전체 예방일 것이다(탄도는 유도 디바이스를 관통하지 않으며 온라인으로 제공되는 2차 냉각이 존재한다). 대안적으로, 선택적인 사전 계획된 냉각 교체로, 강제 종료에 의한 유도 디바이스 고장 방지는 가동 중단 시간을 최소화하도록 이용된다.
유도 디바이스의 탄환 관통은 부하 또는 주변 온도 변화와 일치하지 않는 오일 레벨의 급격한 저하에 의해 검출된다. 검출은 전자식 오일 레벨 센서를 통해 이루어진다. 데이터 획득 유닛(106)은 프로세서(108), 및 적어도 하나의 컴퓨터 프로세서(108)에 의해 실행될 때 측정값이 실행 가능한지를 결정하도록 측정값들 중 하나에 대하여 사전 결정된 임계값들과 온도, 오일 압력 및 오일 레벨 측정값들을 적어도 하나의 컴퓨터 프로세서(108)가 비교하도록 하는 복수의 기계 판독 가능 명령(112)을 가지는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(110)를 가진다.
부하 및 주변 온도에 대한 예상 온도와 유도 디바이스 부하 및 주변 온도의 비교는 탄도 사건 또는 다른 사건으로 인하여 측정이 실행 가능한지를 결정하도록 사용된다. 측정이 실행 가능하다고 판단되면, 유도 디바이스는 유도 디바이스의 유전체 고장을 유발하는 탄도 사건으로부터 금속 오염을 방지하도록 즉시 오프라인 상태가 된다. 그러므로, 유도 디바이스 코어/코일의 완전성이 보존되지만, 오일(환경 사건)의 심각한 손실 및 상당한 수리 비용이 발생할 수 있다.
콘서베이터(46)을 구비한 유도 디바이스들은 궁극적으로 유도 디바이스를 경고하고 및/또는 전환하는 콘서베이터 배관에서 최소의 오일 레벨 검출을 통상 가진다. 조합된 오일 레벨 및 압력 센서는 급격한 압력 강하를 신속하게 검출하고, 사전 결정된 임계값 아래의 오일 레벨 및/또는 압력을 통지한다.
임계값 아래로 압력 또는 오일 레벨의 강하의 경우에, 수리 작업은 탱크 수리, 냉각기(90, 96)들이 탄환 관통된 경우에 냉각 교체, 파편 또는 다른 충격 발생 조각들에 의한 오염에 대하여 탱크의 내부 검사, 새로운 오일 및 진공 충전을 제공하는 것을 포함할 수 있다. 이동식 냉각기(96)들은 도 9에 도시된 바와 같이 새로운 냉각이 공급되어야만 하면 감소된 오일 및 압력 레벨에서 유닛을 작동 상태로 유지하도록 또한 사용될 수 있다. 이동식 냉각기(96)들은 유도 디바이스(10)에 이웃하여 냉각기(90)의 배치를 허용하는 지지체(98)들을 가진다.
냉각 밸브들은 금속 오염물이 권선들로 들어가는 것을 추가로 방지하고 오일 손실을 제한하기 위하여 즉시 폐쇄되도록 데이터 획득 유닛(106)에 의해 기동된다. 그러므로, 탄환이 냉각기(90)들을 관통하였으면, 오일의 손실은 냉각 오일 용적으로만 제한될 것이다.
기존의 유도 디바이스들에 탄력적인 냉각 해결책을 적용하도록, 전기적으로 작동되는 냉각 밸브들이 제공된다. 전기적으로 작동되는 냉각 밸브들은 기존의 밸브(각각의 냉각기에 또는 원격 냉각을 위한 냉각기 배관에 있는)들을 폐쇄하고, 냉각 오일을 콘서베이트에 드레인하고, 모든 냉각 설비를 제거하고, 기존의 밸브들에 이웃하여 새로운 전기 작동식 냉각 밸브를 설치하고, 냉각 설비를 재설치하고, 냉각 오일을 재충전하는 것에 의해 설치된다(선택적으로 냉각 오일로 재충전하는 동안 진공은 빼내질 수 있다). 정지 시간은 1 내지 3일 또는 진공이 사용되면 단 몇 시간일 수 있다. 또한, 탄도 사건을 검출한 경우에, 데이터 획득 유닛(106)은 1차 냉각이 폐쇄되고 유도 디바이스 오일 유동으로부터 제거되도록 한다. 동시에, 데이터 획득 유닛(106)은 작동되도록 2차 냉각을 기동한다.
본 발명과 함께 사용될 수 있는 전기식 작동 냉각 밸브들의 예는 TX, Houston에 소재한 Forum Energy Technologies로부터 입수 가능한 ABZ 고성능 버터 플라이 밸브들이다.
지금 표 12를 참조하여 상기된 냉각 선택들이 요약된다.
| 선택 | 서비스 손실 시간(탄도 사건이면) | 코멘트 |
| 탄도 사건 센서 및 변압기 차단 | 수 주 | 오직 변압기 고장 방지 |
| 자동 밸브 차단 | 수 주 | 오직 변압기 고장 방지 |
| 라디에이터 교체 | 1-2일 | 오직 변압기 고장방지 |
| 탄도 보호 플레이트로 ONAF 개조 | 0 | 전체 보호 - 서비스 손실 없음 |
| 방탄 플레이트들로 ONAF 개조 | 0 | 전체 보호 - 서비스 손실 없음 |
| 새로운 ABB 설계된 탄도 안전 OFAF 냉각기들로 기존의 냉각기 교체 | 0 | 전체 보호 - 서비스 손실 없음 |
| 2차 냉각기 설치 | 0 | 전체 보호 - 서비스 손실 없음 |
지금 도 43을 참조하여, 유도 디바이스(10)의 활성부를 보호하기 위한 차단 시퀀스가 도시된다. 차단 시퀀스는 유도 디바이스(10)가 유전체 유체의 손실을 유발하는 발사체와 같은 물체에 의해 부딪힐 때 일어날 수 있는 것과 같이 사전 결정된 임계값에서 또는 그 위에서 오일 압력 및/또는 오일 레벨에서의 강하가 검출될 때 활성화된다. 정상적인 작동에서, 상부 라디에이터 밸브(34), 하부 라디에이터 밸브(36) 및 팬(18)들을 가지는 라디에이터 냉각 시스템(22)은 작동 동안 유도 디바이스(10)를 냉각시키고, 오일 레벨 및 압력 게이지(24)는 유도 디바이스(10)를 냉각시키도록 백업 수냉 시스템(33)과 함께 작동한다. 냉각 라디에이터들이 탄환과 같은 발사체에 의해 천공되는 경우에, 오일 레벨 및 압력 게이지(24)는 오일 압력의 강하를 검출하며, 도 43에 도시된 바와 같이 밸브 작동의 시퀀스를 수행한다. 특히, 시퀀스는 변압기(10)의 활성부가 손상되는 것으로부터 보호하도록 설계된다.
밸브 시퀀스는 손상된 라디에이터(22) 냉각 섹션을 격리시키고, 냉각 작동을 백업 수냉 시스템(33)에 전달하도록 설계된다. 먼저, 단계 1에서, 결합된 오일 레벨 및 압력 게이지(24)는 천공되고 절연 유체가 누출되는 라디에이터 패널들에 의해 유발되는 절연 유체 압력 및 레벨에서의 변화를 검출하고 신속하게 응답한다. 다음으로, 단계 2 및 3에서, 밸브(34, 36)들 모두 액튜에이터를 가지는 상부 라디에이터 밸브(34) 및 하부 라디에이터 밸브(36)는, 오일 레벨의 하한값 이하와 같은 임계의 낮은(critical low) 오일 레벨 검출시에 신호가 오일 레벨 및 압력 게이지(24)로부터 전송될 때 동시에 폐쇄된다.
상부 및 하부 라디에이터 밸브(34, 36)들이 폐쇄된 후에, 도 2에 도시된 바와 같이 단계 4에서, 펌프를 포함하는 수냉 백업 시스템(33)은 오일 레벨 게이지에 의한 임계의 낮은 오일 레벨 검출시에 오일 레벨 및 압력 게이지(24)로부터 신호가 전송될 때 작동된다. 백업 수냉 시스템은 표준 물 공급부에 연결되고, 변압기(10)의 냉각 시스템 내로 물을 연속적으로 흡인한다. 대안적으로, 백업 수냉 시스템은 절연 유체를 냉각시키도록 변압기(10)로 펌핑되는 물을 수용하는 저장조 또는 탱크이다. 수냉 백업 시스템(33) 및 펌프는 탄도 발사체 및 다른 침입체에 대한 보호를 위해 용기 내에 수용된다.
유도 디바이스(10)는 충격을 감지하기 위한 진동 센서들과, 변압기(10)가 탄도 발사체로부터와 같이 충격 또는 진동을 받을 때 이를 통지하기 위한 경보가 장비된다. 충격, 진동 또는 소음 레벨이 유도 디바이스(10)의 정상 작동 동안 겪은 충격 또는 진동에 대한 임계값을 초과하면, 안전 모드가 활성화된다. 변압기가 탄도 발사체만큼의 충격과 같은 충격을 받거나 또는 사전 결정된 임계값 이상의 음향 신호가 측정될 때 일어나는 안전 모드는 탭 절환기 메커니즘을 정지시키고, 차단된 라디에이터(22)의 경우에 모든 팬들을 시동한다. 변압기의 순차적인 안전 차단은 예를 들어 압력 릴리프 밸브(30)의 개방시 일어날 수 있다. 이러한 경우에, 유도 디바이스(10)를 보호하는 회로 차단기와 같은 전력 차단 디바이스는 밸브(30) 및/또는 오일 레벨 및 압력 게이지(24)와 통신하는 릴레이에 의해 개방되는 접점들을 가진다. 대안적으로, 백업 수냉 시스템(33)은 라디에이터(22)가 차단되는 경우에 활성화된다.
지금 도 10 및 도 11 및 다음의 표 13을 참조하여, 일련의 테스트가 유도 디바이스의 소음 레벨에서 도포된 코팅의 효과를 결정하도록 발명자들에 의해 수행되었다. 테스트들은 이전에 설명된 방식으로 XS-350이 코팅된 69kV, 12/16/20 MVA 변압기를 사용하는 IEEE C57.12.90 2010 "액체 주입 배전, 전력 및 조정 변압기에 대한 표준 테스트 코드"에 따라서 수행되었다. 테스트 동안 변압기의 소음 레벨이 동일한 구성의 미코팅 변압기와 비교하여 적어도 4 데시벨만큼 감소되었다는 것을 발견하였다.
코팅 및 미코팅된 변압기에서 수행된 소음 측정은 전체 코어 소음 측정 테스트였다. 전체 코어 소음 테스트의 비교는 아래의 표 13에 제공된다.
| 주파수 | 코어 소음, dB(기준) | 코어 소음, dB (w/코팅) | 코팅의 효과, dB |
| 전체 | 65 | 60.7 | -4.3 |
소음 데이터의 분석은 코팅이 없는 유도 디바이스와 비교하여 코팅이 있는 유도 디바이스에 대해 전체 코어 소음 레벨의 최대 4.3 dB 감소를 보인다. 그러므로, 코팅이 도포된 유도 디바이스는 미코팅 유도 디바이스와 비교하여 코어 소음 레벨에서 약 0.1 dB 내지 약 4.3 dB까지의 감소를 가진다. 소음 레벨 테스트 시리즈에서 사용된 유도 디바이스는 3/8 인치 두께를 가지는 ASTM A36 연강으로 형성된 탱크를 가졌다. 추가적으로, XS-350은 1/2 인치 두께로 탱크 측벽(23)들에 도포되었다.
지금 도 10을 참조하여, XS-350으로 코팅된 유도 디바이스를 둘러싸는 26개의 음향 센서를 사용하여 26개의 측정 지점에서 측정이 수행되었다. 각각의 음향 센서는 탱크의 베이스 또는 지면 레벨로부터 유도 디바이스 탱크 총 높이(도 10에서 Ht)의 1/3 또는 2/3의 높이에서 스탠드에 장착되었다. 12.5 내지 2,000 헤르츠의 지시된 주파수에서 음압 레벨 측정값(Li)은 도 10에 기록되었다.
에너지 평균의 유도 디바이스 음압 레벨은 방정식(34): Lp = 10 × log10 
을 사용하여 각각의 마이크(음향 센서) 위치에서 각각의 주파수 대역(A-가중치, 1/3 옥타브 밴드 또는 이산 주파수)에 대하여 주위 보정 음압 레벨을 평균하여 계산된다.
여기에서:
Li는 A-가중 사운드 레벨, 1/3 옥타브 주파수 대역 또는 이산 주파수(dB)에 대하여 i 번째 위치에서 측정된 음압 레벨이며;
N은 전체 소리 측정 횟수이다.
측정된 음압 레벨의 산술적 평균은 측정 레벨의 변화가 3dB 이하이거나 또는 평균 유도 디바이스 사운드 레벨의 근사값이 필요할 때 평균 유도 디바이스 음압 레벨을 결정하도록 사용될 수 있다.
"AVG"의 명칭의 도 11의 제1 컬럼은 컬럼 명칭 "Freq"에서 주파수에 대하여 
의 모든 측정값의 평균이다. 컬럼 "Lp"은 10 * log(AVG)의 값을 제공한다. Lp는 상기된 코팅된 유도 디바이스의 테스트에 대해 60.67과 동일하다. 65dB 코어 소음을 측정한 미코팅 유도 디바이스에 대한 테스트 결과와 비교하여, 코팅된 유도 디바이스는 4.3dB의 전체 코어 소음 레벨에서의 감소를 경험하였다.
코어, 코일 및 탱크의 설계 및 구성과 소음 레벨 측정 시스템의 측정 정확도를 포함하지만 이에 한정되지 않는 다양한 인자가 코어 소음 레벨 측정에 영향을 미친다는 것을 이해하여야 한다. 이러한 인자들로 인하여, 상기의 4.3 dB의 전체 코어 소음 레벨 감소가 달성될 것으로 예상된다.
XS-350 폴리우레아 코팅은 옥외 적용이 시간 경과에 따라서 코팅을 열화시킬 수 있는 공해, 비, 눈, 바람, 분진 및 자외선과 같은 인자들에 유도 디바이스 하우징을 노출시킴에 따라서 환경적 완전성을 테스트하였다. 특히, 습도, 자외선 가속 풍화(QUV) 및 시뮬레이션된 부식 대기 분해(SCAB) 테스트가 수행되었다. ASTM 표준 D3363-11에 따라서 수행된 습도 테스트는 코팅이 도포된 2개의 테스트 패널을 사용하여 수행되었다. 테스트 패널은 부풀음(blistering) 및 연화에 대해 평가되었으며, ASTM 표준 D3363-11 규격을 충족시키는 것으로 밝혀졌다.
자외선 가속 내후 시험(QUV)은 ASTM 표준 D523-14에 따라서 수행되었으며, 코팅의 광택은 테스트 전후에 평가되었다. 테스트 패널은 ASTM 표준 D523-14 사양을 충족시켰다. QUV 샘플의 균열 및 잔금(crazing)에 대한 시각적 테스트 평가도 마찬가지로 사양을 충족시켰다.
시뮬레이션된 부식 대기 파열(SCAB) 테스트는 504시간의 자외선 노출, 스크라이브 및 섹션(a 내지 d)들에 대하여 3주에 걸쳐서 15번의 노출 주기 동안 IEEE 표준 C57.12.28-2014에 따라서 수행되었다. 모든 테스트는 IEEE 표준 C57.12.28-2014에 따라서 사양을 충족시켰다.
탄도 충격 감지
대규모 전력 변압기와 같은 유도 디바이스들은 최종 사용자에게 대량 전력의 신뢰 가능한 전송 및 배전을 위하여 중요한 전력 시스템 구성 요소이다. 고의적인 손상이나 조작으로 인한 변압기 고장은 중대한 단전으로 이어지거나 정전을 유발할 수 있는 중요한 사건이다. 대형 전력 변압기의 설계 및 제조 사이클은 적어도 1년 이상 걸릴 수 있다. 때때로, 변전소 변압기의 손실로부터 야기되는 결과적인 손상은 변압기 교체 비용을 초과할 수 있으며, 그러므로 변속기 및 변전소에서 변압기를 안전하게 유지하는 것은 NERC CIP(Critical Infrastructure Protection) 요구 조건이다.
그 물리적인 완전성을 위태롭게 하는 변압기는 잠재적인 정전을 포함하는 유도 디바이스가 고장의 결과로서 손상의 규모(magnitude)를 수용하고 상당한 손실을 피하도록 즉시 처리될 필요가 있다. 본 발명자들에 의해 개발되고 본원에 개시된 센서 기반 해결책은 변전소 변압기와 같은 유도 디바이스의 물리적 안전성을 지속적으로 평가하고, 유도 디바이스의 동작의 완전성을 위태롭게 하는 공격의 경우에 시정 및/또는 방지 조치를 취하도록 적시에 운영자에게 경고한다. 시정 조치는 유도 디바이스가 지속적인 손상을 입었다는 결정이 만들어질 때 개시된다. 예방 조치는 즉각적인 손상이 의심되지 않는 경우에 개시될 수 있지만, 목표는 미래의 사고를 예방하고 초기 고장의 가능성을 감소시키는 것이다.
센서 기반 해결책은 변전소 유도 디바이스들 및 다른 전기 설비에 대한 가능한 공격을 검출하고 대응하며, 유틸리티 제어 센터의 130명의 직원 및 기타 운영자에게 자동 손상 평가 및 인식을 제공한다.
테스트는 총포, 던진 암석 및 해머 타격을 포함하는 위험하거나 위험하지 않은 잠재적인 사고를 나타내도록 데이터를 사용하여 수행되었다. 유도 디바이스에 대한 공격 및 비탄환 타격으로서 특징되는, 변압기(또는 다른 전기 설비)와 같은 고정식 유도 디바이스에 대한 충격을 검출하고, 유도 디바이스 탱크(20)에 대한 탄환의 충격을 식별하는 시스템 및 방법이 제공된다.
센서 기반 전기 설비 물리적 안전 시스템의 고 레벨의 실시예가 도 13에 도시되어 있다. 시스템의 주요 구성 요소들은 다양한 센서(102, 104), 센서 데이터 처리 유닛(106), 원격 통신을 위한 원격 단말기 유닛(RTU)(132), 및 제어 센터(130)에 대한 인터페이스를 포함할 수 있다. 센서들은 동작을 위하여 전원을 요구하지 않는 전력 수집 특징부들을 가지는 유선, 무선 또는 자율 센서들일 수 있다. 센서들은 운동, 소리, 광도 및 기타 환경 인자들과 관련된 다양한 물리적 양을 측정한다. 예를 들어, 센서들은 3개의 축과 음파를 따르는 가속도를 측정할 수 있다.
센서들은 유도 디바이스 주위에 독립형으로 설치되거나, 유도 디바이스 탱크(20)에 부착되거나, 또는 탱크 내부에 설치될 수 있다. 이러한 센서들로부터의 데이터는 센서 데이터 처리 유닛(106)에 의해 수집된다. 프로세서는 센서 데이터를 수신하고 기록에 타임 스탬프를 찍는다. 센서 데이터 처리 유닛(106)은 또한 원 데이터를 필터링하고 평균하는 것과 같은 예비 데이터 처리 작업을 수행한다. 한 실시예에서, 센서 데이터 처리 유닛(106)은 또한 국부적인 경고 및 예고를 위한 검출 알고리즘을 실행한다. 센서 데이터 처리 유닛(106)으로부터의 출력은 RTU(132)에 의해 수신되고, 바람직한 통신 매체를 통해 유틸리티 제어 센터(130) 인터페이스 시스템으로 통신된다.
한 실시예에서, 인터페이스 시스템은 RTU로부터 데이터를 수신하고, 손상 평가 및 상세한 완전성 검사를 위해 데이터 세트 상의 알고리즘을 실행할 수 있다. 최종 결과는 조치를 가능하게 하도록 운영자 대시 보드에 실시간으로 디스플레이된다. 다른 실시예에서, 센서들로부터의 출력은 다른 수단에 의해 검출된 오일의 손실의 경우에 냉각 시스템 밸브의 폐쇄를 제어하도록 사용된다. 그 동일한 실시예에서, 센서들로부터의 출력은 또한 밸브를 개방하여, 유도 디바이스를 위한 중복 냉각 시스템의 적용을 가능하게 한다.
센서 시스템은 변전소 모니터링 및 감시 시스템(136)들과 같은 다른 보안 시스템을 활성화하기 위한 트리거 시스템으로 주로 사용된다. 예를 들어, 유도 디바이스 또는 변전소 주변의 특정 발포를 촬영하도록 카메라를 안내하는데 사용될 수 있다. 적기(just-in-time) 수집된 이러한 증거는 법의학 분석에 사용될 수 있다.
이러한 경우에, 데이터 처리 유닛은 일련의 알고리즘을 실행하여, 충격의 발단을 결정하고, 충격 사건의 상세한 측정 및 기록을 위하여 적절한 모니터링 및 감시 시스템들에 트리거 신호를 전송한다. 감시 시스템은 특정 각도 및 자산(assets)에 고정되거나 또는 느린 속도로 움직이는 감시 설비(즉, 카메라)를 이용하고 공격의 시작을 놓칠 가능성이 있는 종래의 시스템과는 반대로 충격이 일어나기 직전에 충돌을 검출하도록 충분히 유연하다.
지금 도 14를 참조하여, 충격을 검출하고 검출된 충격에 작용을 취하는 단계들이 제공된다. 단계들은 데이터 처리 유닛(106) 또는 제어 센터(130)의 컴퓨터들에서 다양한 레벨의 복잡도로 이행될 수 있다.
단계(138)에서, 센서 데이터가 수신된다. 센서 데이터는 그런 다음 단계(140)에서 버퍼링되고 사전 처리된다. 사전 처리는 후속 단계에서 분석을 위해 데이터를 준비하고 일소한다. 사전 처리에 의해 커버되는 전형적인 기능들은 측정으로부터 노이즈 제거, 필터링/리샘플링, 세그먼트화 및/또는 집계(aggregation)를 포함할 수 있다. 필터링은 측정으로부터 원치않는 성분을 제거한다. 세그먼트화는 데이터 세트에서 관심 기간을 복귀시키며, 집계는 다수의 소스로부터의 데이터를 결합하거나, 또는 다른 시간 간격으로 도착하는 상이한 데이터에 균일성을 제공하는 기술이다.
단계(142)에서, 시간, 주파수 또는 시간-주파수 도메인에 있을 수 있는 유익한 특징들이 추출된다. 상기 특징들은 단계(144)에서 분류기로 공급되고, 분류기는 차례로 단계(146)에서 로직 체크를 위해 사용되는 데이터 세트에 대한 라벨을 할당한다. 검출 로직의 결과에 의존하여, 흐름은 단계(138)에서 데이터 처리의 다음 기간으로 복귀하거나 또는 단계(148)에서 경보 블록으로 전달되어, 운영자 또는 조작자 또는 변전소 감시 시스템에 의한 추가 동작을 기동한다.
발명자에 의해 수행된 일련의 시연에 의해 발생된 데이터는 초음속 탄환으로부터의 쇼크웨이브 신호 뿐만 아니라 머즐 블래스트로부터 신호의 존재와 같은 신호 파형 특징들을 사용하여 발포(gunshot)와 미발포 사이의 구별하는 능력을 제안한다. 그러나, 모든 발포가 이러한 특징들을 갖지 않는다는 것을 유의하는 것은 중요하고, 일부 발포들이 아음속임에 따라서, 머즐 블래스트 신호는 억제기(suppressor)로 제한될 수 있으며, 폭발과 센서 사이에는 물리적 간섭이 있을 수 있다. 동일하지는 않을지라도, 가장 강한 해머 타격의 가속 응답은 발포들 중 일부의 가속 응답과 유사하다. 다른 파형 특징들은 발포와 미발포 충격들을 식별하도록 사용될 수 있다.
예를 들어, 초음속 발사체는 쇼크웨이브와 머즐 블래스트의 음향 에너지의 2개의 형태를 가진다. 쇼크웨이브는 도 21에 도시된 바와 같이 시간적으로 머즐 블래스트 전에 일어난다. 쇼크웨이브와 머즐 블래스트는 총기에 고유한 것이며, 그러므로 탄환이 총기로부터 방출되었다는 것은 명확하다.
변전소에서의 유도 디바이스 및 다른 설비에 대한 충격을 검출하기 위한 시스템(100)의 개략도가 도 15에 도시되어 있다. 시스템(100)은 적어도 하나의 음향 센서(104), 적어도 하나의 진동 센서/가속도계(102), 및 프로세서(108) 및 복수의 기계 판독 가능 명령(112)를 가지는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(110)를 가지는 데이터 획득 유닛(106)을 가지며, 복수의 기계 판독 가능 명령은 적어도 하나의 컴퓨터 프로세서(108)에 의해 실행될 때, 충격이 발포 발사체 또는 미발포 발사체와 같은 물체로부터인지를 결정하도록 음압 및 가속도를 위한 임계값과 음향(104) 및 진동 센서(102)들로부터 수신된 신호들을 적어도 하나의 컴퓨터 프로세서(108)가 비교하도록 한다. 발포가 관련되었는지 아닌지를 검출하도록 최소한 하나의 가속도계가 요구될 수 있다. 또한, 측정된 음압 및 가속도값들 중 어느 하나가 사전 결정된 임계값을 초과하면, 경보가 운영자 또는 유틸리티 제어 센터로 전송된다. 추가적으로, 측정된 음압 및 가속도값들 중 어느 하나가 오일 온도에서의 증가 또는 오일 레벨 또는 오일 압력의 강하와 함께 사전 결정된 임계값을 초과하거나 충족시키면, 음압 및 가속도 데이터는 데이터 획득 유닛의 데이터베이스 및/또는 네트워크 제어 센터에 있는 컴퓨터에 기록된다.
충격이 발포 발사체로 인한 것으로 결정되면, 변전소에 있는 감시 카메라를, 타격을 받았거나 또는 발사체의 경로 및 유도 디바이스 주변 부근에 있는 유도 디바이스로 향하게 하는 것과 같은 다양한 조치가 취해질 수 있다. 사수의 위치가 다음에 설명되는 센서 데이터에 기초하여 결정될 때, 감시 카메라는 사수의 위치로 향하게 될 수 있으며, 안면 인식 시퀀스가 개시될 수 있다. 또한, 백업 냉각 시퀀스는 유도 디바이스가 공격받고 있는 것으로 결정될 때 유도 디바이스를 위해 개시될 수 있으며, 밸브들은 유도 디바이스로부터 유전체 유체의 누출을 방지하도록 폐쇄될 수 있다.
적어도 하나의 진동 센서와 적어도 하나의 음향 센서는 각각 데이터 획득 유닛에 유선 연결된다. 적어도 하나의 진동 센서는 유도 디바이스 탱크(20)와 접촉하고, 적어도 하나의 음향 센서는 유도 디바이스 탱크(20)에 위치되거나 또는 분리된다. 다음에 상세하게 설명되는 표 15에 나타낸 바와 같이 필요한 결과에 의존하여 각각의 형태의 하나의 센서가 다양한 조합으로 사용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
일련의 센서 기반 탄도 테스트 동안, 사수는 탱크(20)로부터 약 60 미터 떨어져 직각으로 늘어선다. 테스트들은 물이 그 높이의 약 2/3까지 채워지고 테스트 전에 XS-350 코팅이 1/2 인치 코팅된 유도 디바이스 탱크(20)에서 수행되었다.
지금 도 16을 참조하여, 진동 센서들은 탱크 벽의 저부에 근접하여 부착되었다. 음향 센서는 플랫폼(150)의 가장자리에 부착됨에 따라서 센서들의 나머지보다 사수에 약 1미터 더 가깝다.
표 14에 설명된 테스트 시연 동안, 데이터는 2개의 원 진동 센서들, 1개의 RMS 가속도계 및 1개의 음향 센서를 포함하는 4개의 센서로부터 수집되었다. RMS 가속도계는 유선 가속도계이며, 0.0 내지 10g rms의 측정 범위, 4-20 mA의 출력, 및 분당 180 사이클로부터 분당 600000 사이클(cpm)까지의 주파수 범위(+-3 dB)를 가진다. 센서 장착 위치들은 도 8에서 좌측으로부터 우측으로 도시되고, 맨 우측 센서(RV2)가 사수에 가장 가깝다.
12발의 발포는 도 17에 도시된 물 라인에 관련하여 표시된 지점들에서 다양한 총과 총탄을 사용하여 발사되었다. 물 라인은 물이 테스트에서 사용될지라도 불구하고 유전체 유체의 유체 레벨을 나타내는 것을 의미한다.
| 케이스 # | 탄환 정보 |
| 1 | 223; 55 그레인; FMJ |
| 2 | 223; 55 그레인; FMJ |
| 3 | 223A; 55 그레인; FMJ |
| 4 | 270; 140 그레인; 탄도 팁 |
| 5 | 308, 167 그레인; FMJ |
| 6 | 30-06; 150 그레인; 코어 록 팁 |
| 7 | 300 WBY MAG; 150 그레인; InterBond 탄도 팁 |
| 8 | 300 WBY MAG; 180 그레인; SpirePoint 소프트 리드 팁 |
| 9 | 300 WBY MAG; 180 그레인; SpirePoint 소프트 리드 팁 |
| 10 | 325 WSM; 200 그레인; red AccuBond 팁 |
| 11 | 270; 140 그레인; 탄도 팁 |
| 12 | 270; 140 그레인; 탄도 팁 |
지금 도 17을 참조하여, 유도 디바이스 정면 상의 탄환 접촉점들이 보이며, 탄환들은 표 14의 테스트 시연에 따라서 넘버링된다. 테스트 시연 11 외에 모든 시연들은 탱크(20)의 중심선 위에 있었다.
4개의 충격 테스트들은 상기된 12 가지의 테스트 시연에 추가하여 수행되었으며, 탱크(20)의 우측 벽면에서 집행되었다. 추가의 4번의 테스트 중에서, 2개는 암석의 충격을 기록하였으며, 2개는 해머의 충격을 기록하였다.
지금 도 18을 참조하여, 제1 및 제2 원 진동 센서들뿐만 아니라 RMS 센서에 의해 측정된 바와 같은 가속도 대 시간의 발포 진동 응답은 시연 4에서 테스트된 바와 같은 탄환 팁을 가지는 0.270 구경(140 그레인) 총탄에 대해 나타낸다. 시연 4는 도 18, 도 19, 도 21 및 도 22와 관련하여 다른 충격 시나리오에 대한 예로서 사용된다.
시연 4로부터의 탄환은 RV2보다 RV1의 위치에 더욱 가깝다. 그러므로, RV1은 충격과 진동을 먼저 처리했다. 마이너스 가속도 반동은 도 18에서의 RV1에 대해 지연된 반면에, 마이너스 가속도 반동은 RV2에 대해 계속된다.
지금 도 19를 참조하여, 시연 4의 발포의 음향 응답이 도시되어 있다. 음향 센서는 파스칼 단위로 측정하고, 데시벨로의 변환은 최저 가청 소음을 나타내는 기준 압력을 기초한다. 공기 중에서, 최저 가청 소음에 대응하는 기준 압력은 약 20 μPa이다. 데시벨과 파스칼 사이를 변환하는 방정식은 
이다. 데시벨로의 파스칼에 대한 변환 차트가 도 20에 도시된다.
지금 도 21을 참조하여, 시연 4에 대한 쇼크웨이브 및 머즐 블래스트가 도시되어 있다. 탄환으로부터의 쇼크웨이브는 2.82초 후에 바로 일어난다. 머즐 블래스트는 2.92초 직전에 일어난다. 쇼크웨이브와 머즐 블래스트는 모두 음속으로 진행한다. 음향 센서에 의해 기록되는 쇼크웨이브의 부분은 탄환이 탱크(20)에 접근할 때까지 생성되지 않는다. 머즐 블래스트는 발사 순간에 관하여 유리한 출발을 가지며, 초음속 탄환은 쇼크웨이브가 진행하여야만 하는 짧은 거리만큼 시간 지연을 보상한다. 대략적인 계산은 또한 거의 정확하게 0.1 초의 머즐 블래스트와 쇼크웨이브 사이의 시간차를 예측했다.
계속해서 도 21을 참조하여, 피크의 진폭을 고려하는 것은 중요하다. 쇼크웨이브가 더욱 큰 피크간(peak-to-peak) 압력을 생성하는 것처럼 보이지만, 이러한 것은 실제로는 그렇지 않다. 음압은 진행된 거리에 반비례하며, 머즐 블래스트는 약 60m 떨어진 일어난 반면에, 쇼크웨이브는 훨씬 더 가까이에서 일어났다. 거리를 조정하면, 머즐 블래스트의 크기(피크간의 폭의 절반)는 조정되지 않은 143 dB와는 대조적으로 사수로부터 1m 떨어져서 178 dB일 것이다. 마찬가지로, 조정된 쇼크웨이브 레벨은 150dB 대신에 161dB이다. 계산자(scale)에 대하여, 정상적인 음성 대화는 60dB 주위에서 일어난다. 대수 계산자(logarithmic scale)에 기초하여, 이러한 것은 0.02 Pa에 해당한다. 쇼크웨이브 신호의 포화 부분에 대해 보수적인 추정이 만들어졌다.
신호의 지속 시간은 탄환 크기와 속도에 기초하여 쇼크웨이브의 이론적 시간 간격을 계산하도록 아래에 제공된 근사 공식을 사용하여 분석되었다:
여기에서, d는 탄환 지름, I는 탄환 길이, c는 음속, M은 마하 수(탄환 속도/c), x는 가장 가까운 지점에서 탄환 궤적과 마이크로폰 사이의 거리이다. 이러한 것은 대략 0.16 밀리초의 시간을 산출한 한편, 도표의 피크간 시간은 대략 0.098 밀리초이다. 약 2 밀리초의 머즐 블래스트 지속 시간만큼이나 다른 신호는 이러한 시간 차수에 있지 않다.
지금 도 22를 참조하여, 2.823초에 일어난 제1 사건 직후에 여백을 확대하면, 쇼크웨이브를 나타내는 깨끗한 신호가 나타난다. 그러나, 2.825초에서, 신호의 평온 감쇠 턴(calm decay turn)들은 다수의 진동으로 만연한다. 이러한 것은 충격으로부터의 소리에 의해 설명되며, 이러한 것은 쇼크웨이브 신호가 도달한 후에 2 밀리초 후에 일어나는 것으로 계산되었다. 쇼크웨이브 신호의 많은 진동은 충격으로부터의 소리가 센서에 걸릴 수 있는 상이한 경로, 특히 플랫폼(150)으로부터의 반사에서 비롯된 것일 수 있다.
지금 도 23 내지 도 26을 참조하여, 암석 및 해머 시연들이 수행되었으며, 데이터는 이러한 시연으로부터 수집되었다. 암석 시연들은 발포 시연들보다 훨씬 적은 성분을 가졌다. 제1 성분은 도 23의 암석 시연 1로부터의 가속도이다. RV2로부터의 신호가 RV1의 신호를 크게 좌우하도록, 암석이 탱크의 우측면으로 투척되는 것을 유의하는 것은 중요하다. RV2는 훨씬 낮은 힘에도 불구하고 포화에 도달한다. 그러나, RMS 센서에는 훨씬 느리게 상승하고 훨씬 낮은 최대값을 가지는 명확한 차이가 있다. RV 신호는 이러한 것이 접촉의 위치로 인하여 부분적일 수 있을지라도 발포보다 훨씬 더욱 진동적이며 x-축에서 중심에 머무른다. 이러한 관찰은 미발포 사건과 발포 사건 사이를 구별하기 위한 파형 특징의 사용을 지원한다.
지금 도 24를 참조하여, 암석 투척의 음향 신호는 진폭이 발포의 진폭보다 상당히 낮고 어떤 종류의 특징 파형(signature waveform)도 존재하지 않음에 따라서 더욱 많은 차이를 제공한다. 음파의(acoustic) 암석 투척은 발포 데이터만큼은 아닐지라도 마이너스 압력측을 향한다.
제1 해머 시연이 실시되었으며, 암석 투척만큼 인상적이지 않은 것으로 판명되었다. 그러나, 제2 해머 시연은 더욱 강력하였으며, 도 25에 도시된다. 원 진동 센서들은 발포들의 프로파일들과 매우 유사한 해머 타격 시간 프로파일을 가졌으며, RMS는 해머 타격에 대해 발포와 유사한 형상을 취한다. 여기에서, 최대 RMS 값이 발포들에 대한 최저값보다 낮지만, 이러한 데이터 세트는 가정용 해머에 의해 하단의 발포와 동일한 RMS 값에 도달하는 것이 가능하다는 것을 제시한다. 이러한 관찰은 RMS 값의 진폭이 단독으로 미발포 사건과 발포 사건을 구별하는데 충분하지 않을 수 있다는 발상을 지지한다. 시간 도메인, 주파수 도메인 및 시간-주파수 도메인에서의 다른 파형 특징은 미발포 사건이 발포 사건으로서 태그될 때와 같은 거짓 경보를 감소시키도록 사용될 수 있다.
시간 도메인 특징의 예는 도 31과 같은 감쇠 시정수(decay time constant)이다. 도 31은 탄환 시연(~ 5.5g)들로부터 가장 낮은 최대 RMS를 취하고, 비탄환 시연(~ 4.9g)들로부터 가장 높은 최대 RMS와 비교하며, 여기에서 g는 중력으로 인한 가속도이며, 미터/(초)2으로 표현된다. 비화기 공격은 유도 디바이스에 관통할 가능성이 훨씬 적지만 충분히 큰 규모라면 여전히 손상을 초래할 수 있다고 생각하여야 한다. 이러한 것은 또한 변전소의 물리적 안전에 관한 다른 문제를 의미하며 표시되어야(flagged) 한다.
계속 도 31을 참조하여, 라인(150)은 탄환대 비탄환의 감쇠 시정수에서의 차이를 나타내도록 4g 가속시에 그려진다. 비탄환 신호는 탄환 신호보다 빠르게 감소한다. 예를 들어, 비탄환 진동 신호의 지점(152)은 4g 가속 및 초기 진동 검출 후 0.35 초에 일어난다. 대조적으로, 탄환 진동 신호의 지점(154)은 4g 가속 및 0.41 초에서 일어난다. 이러한 것은 진동 데이터가 탱크에 대한 탄환 충격의 확실성을 위해 음향 데이터를 교차 점검하도록 사용될 수 있다는 것을 의미한다.
지금 도 26을 참조하여, 해머 시연 2의 음향 데이터는 또한 발포들과 일부 유사성을 가진다. 그러나, 해머 시연 2의 음향 데이터는 더욱 낮은 최대 진폭을 가지며, 식별 가능한 사건들이 전혀 없다. 신호는 긍정적인 실행을 하기 전에 진동 동안 여전히 음의 경향이지만, 더 자세히 보면 고립될 수 있는 단일 사건을 보이지 않는다.
원 진동 센서(RV1 및 RV2)들은 빠르게 포화되어, 이러한 측정의 최대값에 기초한 탄환 구경들 중에서 구별하는 것이 불가능하게 한다. 도 28은 최대 가속도를 구경 크기와 비교하는 그래프이며, 여기에서, 암석은 0.35 인치의 구경 크기로 취급되고, 해머는 0.40 인치의 구경 크기로 취급되어 그래프에 포함된다. 모든 발포들이 도 28에서 동일한 것으로 보이며, 암석 시연 신호들은 충격으로부터 더욱 멀리 센서 상에서 단지 하강한다. 마찬가지로, 해머 시연들은 다른 3개의 측정(시연 1(RV2), 시연 2(RV2), 시연 2(RV1))이 그래프 상의 동일 위치에서 처하는 동안 포화가 아닌 원거리 센서(far sensor)의 하나의 발생을 보인다. 대부분의 경우에, RV2로부터의 데이터는 그래프의 동일 위치에 있음에 따라서 RV1로부터의 데이터 위에 그려졌다.
지금 도 29를 참조하여, RMS 측정은 일정한 포화를 피했다. 그러나, 구경 크기와 최대 RMS 값 사이에 강한 상관 관계가 없는 것 같다.
지금 도 30을 참조하여, 음향 시연들은 압력파가 500 Pa 이상에서 가장 충격적인 타격들의 대부분과 관련되는 것을 보여주었지만, 암석 충격은 100 Pa 미만의 압력 레벨을 보였다.
발포들 대 암석 및 해머의 타격을 구분하는 특징은 발포들의 쇼크웨이브 및 머즐 블래스트의 존재였다. 시연 1-12들에서 사용된 모든 총탄은 아음속이 아니지만, 쇼크웨이브를 생성하는 것을 피하도록 더 크고 더 느린 탄환을 적극적으로 선택하는 것은 부당하지 않다. 시간 및/또는 주파수 도메인에서의 상이한 신호 속성은 상기된 바와 같이 이러한 차이를 설명하기 위해 사용될 수 있다.
머즐 블래스트에 대하여, 억제기의 사용은 고려될 필요가 있다. 이러한 것은 신호를 더 조용하게 만들지만, 상업용 억제기는 추정될 수 있는 것처럼 발포를 조용하게 하지 못한다. 오히려, 상업용 억제기들은 발포의 소음을 평균 20-35 dB까지 감소시키며, 이는 귀마개 또는 귀덮개와 거의 동일하다.
그러나 머즐 블래스트의 가장 큰 관심사는 폭발과 센서 사이의 "시선(line of sight)"과 각도이다. 폭발과 센서 사이에 물리적인 장애물이 존재하면, 신호가 크게 감소될 것이다. 관심 전기 설비 가까이의 센서 배치가 이러한 문제를 처리해야할지라도, 발포가 센서에 대해 큰 각도로 진행하면 이러한 것이 또한 마찬가지이다. 추가적으로, 대기 조건은 음속, 그러므로 음향 신호에 영향을 준다.
탄도 충격을 감지하고 변압기를 보호하기 위해 즉각적인 조치가 취해져야 하는지를 결정하기 위한 가능한 해결책 및 시스템의 2개의 카테고리들은 발명자들에 의해 개발되었다. 제1 카테고리 해결책은 하나의 RMS 가속도계와 하나의 음향 센서를 이용하고, 가속도계를 통해 변압기에서의 큰 충격을 감지하는 한편, 음향 센서를 통한 발포와 무딘 힘 공격 사이를 구별할 수 있는 시스템이다. 제2 카테고리 해결책은 더욱 복잡한 시스템이며 추후에 취급될 것이다.
제1 카테고리 해결책은 지금 상세히 설명될 것이다. 가속도계가 임계값 탐지에만 기여하여서, 실제 파형이 중요한 것이 아니기 때문에, RMS 센서는 원 진동 센서에서 선택되었다. 또한, RMS 센서는 특정의 사전 결정된 윈도우에 대한 진동 신호의 평균임에 반하여, 원 진동 센서는 순간 측정값을 산출한다. 전류 기반 출력은 전형적으로 변전소 환경에서의 소음에 대해 보다 강함에 따라서 바람직하다.
비제한적인 예로서, 본 발명에서 개괄된 해결책과 함께 사용될 수 있는 PLC는 본 발명의 양수인으로부터 입수 가능한 AC500 PLC이다. 제1 카테고리 해결책은 또한, 적어도 하나의 컴퓨터 프로세서에 의해 실행될 때, 적어도 하나의 컴퓨터 프로세서가 유도 디바이스에 상당한 충격이 존재하는지를 검출하기 위한 방법을 수행하도록 하는 복수의 기계 판독 가능 명령을 가지는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체를 가진다.
유도 디바이스에 대한 충격을 검출하는 제1 카테고리 해결책은 원 진동 가속도계, RMS 가속도계, 음향 센서 및 프로그램 가능한 로직 컨트롤러를 가진다. 프로그램 가능한 로직 컨트롤러는 기본 모듈, 아날로그 입력(AI) 모듈, 및 검출 및 평가 모듈을 가진다. 원 진동 가속도계는 +/- 50g으로부터의 측정 범위에 대응하는 +/- 5V의 출력을 가질 수 있다. 원 진동 센서는 2-핀 MIL-C 5015 전기 커넥터일 수 있다. 비제한적인 예로서, 사용될 수 있는 원 진동 가속도계는 NY, Depew에 소재한 PCB Piezotronics로부터 입수 가능한 PCB 662B01이다.
RMS 유선 가속도계는 0 내지 10g의 측정 범위에 대응하는 4-20mA의 출력을 가질 수 있다. RMS 가속도계는 2-핀 MIL-C 5015 전기 커넥터일 수 있다. 비제한적 예로서, RMS 센서는 NY, Depew에 소재한 PCB Piezotronics로부터 입수 가능한 PCB 646B02이다. 도 27은 상기된 바와 같이 RMS 가속도계(RMS) 및 원 진동 가속도계(RV1 및 RV2)들의 출력의 예를 도시한다.
유선 음향 센서는 비제한적인 예로서 Denmark, Holte에 소재한 G. R.A.S. Sound and Vibration A/S로부터 입수 가능한 40PP CPP Free-field QC Microphone일 수 있다. 유선 음향 센서는 적어도 135 dB의 동적 범위 상한을 가질 수 있다. 유선 음향 센서는 BNC 전기 커넥터이다.
가속도계의 장점은 변압기와의 어떠한 접촉도 감지하여 신호를 생성한다는 것이다. 그러나, 가속도계의 진폭 신호만을 사용하는 것은 총기 기반 충격과 다른 충격 사이를 파악하는데 적합하지 않을 수 있다. 이러한 것은 하나의 해머 타격이 전형적인 탄환 타격과 유사한 양의 시간 동안 원 진동 센서를 포화시킬 수 있는 경우에 시연들에서 지지된다.
음향 센서는 총기와 다른 형태의 충격을 구별하는 데 훨씬 좋다. 상이한 임계값들이 1) 주목할만한 사건들과 2) 발포에 의해 유발되는 사건에 대해 설정된다고 가정한다. 발포를 확인하는 것은 이전에 언급된 바와 같이 초음속 탄환, 쇼크웨이브 및 머즐 블래스트의 축출의 2개의 고유한 음향 특징의 존재를 검출하는 것에 의해 통상적으로 수행된다.
어떠한 경우에도, 발포로부터 음향 신호는 다른 시연들보다 일관적으로 더욱 많은 음향 파워(sound power)를 가졌다. 그러므로, 알고리즘은 적은 수의 연속 데이터 지점들의 이동 평균에 기초하고, 그러므로 RMS 시스템을 달성할 수 있다.
시연 데이터는 해머와 발포로부터 음향 신호가 최대 진폭에 대하여 유사하다는 것을 보인다. 상세한 알고리즘은 쇼크웨이브(0.196초)와 해머 신호(0.197 초)에서 초기 스파이크 사이를 구별할 수 있다. 그러나, 단 하나의 부등식을 사용하는 것에 의한 간단한 임계값 검출은 탄환과 비탄환의 차이를 결정하도록 사용될 수 있다.
가장 약한 발포와 가장 강한 미발포에 대한 절대 최대값은 9% 이내이다. 그러나, 탄환의 충격음(0.198초에서 시작하는)의 높은 진폭 특성으로, 화기 기반 공격은 해머 시연보다 더욱 많은 음향 파워를 발생시킨다. 한편, 해머 타격은 충격시 가장 높은 진폭을 경험하고, 즉시 감쇠하기 시작한다.
샘플링 속도에 주어지는 더욱 많은 고려에 의해, 발포가 특히 시간 경과에 따라서 더욱 큰 상대적 음향값을 가지는 것으로 예상됨에 따라서 평균 기반 임계값이 제안될 수 있다. 도 33은 도 32a에 도시된 최대 해머 충격 및 최소 발포 충격의 음속 특성들을 사용하는 방법의 예이다. 도 33은 PLC에 의해 수집된 4개의 데이터 지점들의 움직임 평균을 기반으로 발생되었다.
즉시, 초기 방해 후 3초까지 동안 발포에 대해 상당히 높은 값을 가지는 PLC 움직임 평균의 효과는 뚜렷하다. 여기에서, 단지 4개의 값을 저장하고 평균하는 것에 의해, 명확한 평균 기반 임계값은 화기와 무딘 공격 사이를 구별하도록 설정될 수 있다. 그래프가 여기에 도시되지 않았을지라도, 69.85 Pa의 최소 총 탄환 평균과 24.94 Pa의 최대 해머 평균에 의해, 0으로부터 0.05, 0.1 및 0.15 초로 이동할 때(t0) 결과는 유사하였다.
이러한 차별화는 RMS 전압을 전달하는 음향 센서를 사용하여 또한 달성될 수 있다. 다시 한번, 알고리즘이 더욱 긴 시간 기간을 포함하는 정보를 수신하기 때문에, 평균 기반 임계값(RMS 포함)은 단일 지점 임계값보다 양호하다. RMS 센서는 정보를 사전 처리하여, 단일 지점 검출을 가능하게 한다.
이러한 방법의 하나의 명확한 결점은 탄환이 아무것도 타격하지 않을 가능성이어서, 충격음이 발생되지 않는다는 것이다. 진동이나 음향 센서 어느 것도 발포가 발사되었다는 것을 아는 것의 중요성에도 불구하고 이러한 사건(아마도 PLC가 쇼크웨이브 또는 머즐 블래스트를 완벽하게 포착하지 않으면)을 표시하지 않는다. 이러한 것은, 쇼크웨이브 또는 머즐 블래스트가 고립된 스냅샷을 취할 때 이러한 사건들을 완전히 건너뛰는 PLC에 대비되는 것으로서 PLC가 읽는 것에 영향을 줌에 따라서, RMS 음향 센서가 에지(edge)를 가지게 되는 상황이다.
가속도계 센서들 또는 음향 센서들만을 사용하는 단점 중 일부를 다룰 수 있는 옵션은 각각 중 하나를 포함하는 것이다. 가속도계가 화기와 상이한 형태의 충격 사이를 항상 구별할 수 있지는 않지만, 가속도계와 음향 센서의 조합은 압력 레벨을 픽업하고 탄환 충격을 식별하도록 사용될 수 있다. 음향 센서는 유도 디바이스와 관련이 없고 근처에 있는 사건들을 포착할 수 있지만, 가속도계와의 상호 참조는 유도 디바이스로부터 수신된 동시 진동 신호를 나타낼 수 있다.
한 실시예에서, 추가의 가속도계들은 센서를 유도 디바이스의 각각의 면에 제공하기 위해 이용된다. 그 동일한 실시예에서, 어느 측면이 타격을 받았는지를 결정할 수 있고, 손상될 수 있는 유도 디바이스 구성 요소에 대한 초기 추측을 산출한다. 탄환이 가장 근접하였던 센서는 RMS 가속도계의 상대적인 규모를 비교하는 것에 의해 결정될 수 있다.
특정 규모에 의존하여(예를 들어, 가장 큰 것 및 두 번째로 큰 것이 근접하면), 이러한 2개의 센서 사이의 모서리에 다소 가까운 곳으로 위치가 더욱 좁혀 질 수 있다. 이러한 방법은 충격의 위치를 결정하도록 상대적인 신호 감쇠를 사용한다. 신호 전파 거리에서 정확한 차이를 결정하도록 상대 도착 시간 또는 절대 진폭을 사용하는 것이 또한 이론적으로 가능하다.
센서 배치는, 신호가 그 호스트 매체를 통해 전파됨에 따라서 감쇠 효과를 고려할 때 가속도계에 대해 중요하다. 유도 디바이스의 한쪽 측면에 주어진 충동(impulse)의 충격은 신호가 유도 디바이스의 임의의 다른 쪽 측면에 있음에 따라서 기본 센서와 동일한 방식으로 등록하여야 한다. 그러므로, 단일 센서를 사용하면, 센서는 프리즘의 상부면 중앙에 배치되어야 한다. 이러한 것이 기하학적 형태의 단순화이지만, 지면에 수직인 4개의 측벽들에 대해 대칭에 가장 가까운 배열을 제공한다.
보다 전체적인 대칭은 모든 면의 중심에 센서를 배치하는 것에 의해 4개의 가속도계 해결책에서 얻어질 수 있다. 이러한 것은 충돌측 결정을 가능하게 하고, 신호 감쇠는 가장 가까운 센서까지의 진동에 대한 평균 진행 거리가 감소됨에 따라서 최소화될 것이다. 상부면과 다른 면들 중 임의의 면 사이에서 대칭이 이루어지기는 어렵지만, 상부면에서의 충격은 거의 없을 것으로 예상된다. 대안적으로, 하나의 센서는 설치의 용이성을 위해 한쪽 측면에 배치될 수 있다. 이러한 배치는 파(wave)들이 유도 디바이스 주위에서 진행하기 때문에 가속도계에 의해 가능하다.
음향 센서는 탱크(20)의 상부벽 또는 커버의 중심과 같은 대칭 유도 위치에 유사하게 배치될 수 있다. 축 방향 진동이 음향 센서에서 원치않는 소음을 유발할 수 있기 때문에, 음향 센서를 유도 디바이스로부터 물리적으로 고립시키는 것은 유익할 수 있다.
제2 카테고리 해결책은 사수 방향과 위치, 뿐만 아니라 탄환 궤적, 속도, 구경 및 발포 수와 같은 실행 가능한 정보를 제공하도록 다수의 센서와 더욱 복잡한 알고리즘을 사용한다. 충격이 실시간으로 감지될 때, 경보 신호는 제어 스테이션으로 전송되고, 변전소의 카메라는 그런 다음 관심 위치로 향할 수 있다.
센서들이 유도 디바이스의 모든 측벽에 대한 공격에 응답할 필요가 있어서, 센서들은 지면에 수직인 면들과 대응하는 방향으로부터 신호를 균등하게 수신하도록 유도 디바이스의 상부벽, 덮개 또는 커버에 배치된다. 이러한 배열은 유도 디바이스의 상부에서의 타격을 증폭시킬 수 있지만, 상기 배열은 최상의 대칭을 제공하여, 유도 디바이스의 다른 벽들로부터의 임계값 검출을 가능하게 한다. 이러한 시나리오에서, 음향 센서는 진동이 음향 데이터에서 원치않는 신호로서 나타날 수 있음에 따라서 이상적으로 유도 디바이스 진동으로부터 물리적으로 고립된다.
추가 가속도계들은 또한 일부 이점을 가질 수 있다. 가장 확실한 것은 임계값 기반 플래그를 대칭화하기 위하여 센서로 유도 디바이스의 모든 면을 덮는 기능이다. 이러한 것이 발포 방향 추정을 가능하게 하지만, 한층 더욱 많은 가속도계들의 사용은 정확한 접촉점 삼각 측량(contact point triangulation)을 또한 가능하게 할 수 있다. 접촉점 삼각 측량은 신호가 시스템을 통해 전파된 후에 상대 진폭과 도달 시간을 사용한다. 모든 경우에, 원 진동 센서들 및/또는 음향 센서들은 추후에 설명되는 바와 같이 설치에 의존하여 탱크(20) 또는 전기 설비 인클로저/하우징상의 사전 결정된 위치에 배치된다.
음향 및 진동 기반 시스템들은 독립적이어서, 다양한 버전이 설치에 의존하고 아래의 표 15에 제시된 바와 같이 상호 교환될 수 있으며, 여기에서,
V = 진동 센서
RV = 진동 센서
A = 음향 센서
PLC = 프로그램 가능한 로직 컨트롤러
AI0 = 아날로그 I/O 어댑터, 8개의 채널
DAQ = 데이터 수집 디바이스 및 로직
AI1 = 아날로그 입력 모듈
AI2 = 아날로그 입력 모듈
| 제1 카테고리 해결책 구성 요소들 | ||||||
| 센서들 | 로직 | 장점 | 단점 | |||
| V | PLC + AIO | 충격을 검출하는 가장 확실한 방법 | 화기와 다른 충격 사이의 구별이 거의 어렵고; 신호 감쇠는 비대칭 비교를 어렵게 하고; 유도 디바이스의 상부에서의 설치 | |||
| A | PLC + AIO | 화기 및 기타 충격을 구별할 수 있는 가능성이 있음; 거의 확실한 충격 감지 | 가긍정적 판단(false positives의 가능성; 유도 디바이스 위의 설치 | |||
| V + A | PLC + AIO | 상기에 더하여: V의 상호 참조에 의해 A로부터 가긍정적 판단 제거 | 유도 디바이스 상부/위에 설치 | |||
| 4V + A | PLC + AIO | 상기에 더하여: 어떤 유도 디바이스의 면이 타격받았는지 결정할 가능성, 거친 사격 방향을 산출하고; 진동 센서의 설치 용이성 | 유도 디바이스의 위 상부에서의 음향 센서의 설치 | |||
| 제2 카테고리 해결책 구성 요소 | ||||||
| V + A | DAQ + AI1 | 음향 시그니처를 사용하여 개선된 화기 검출; 충격을 감지하는 확실한 방법; V로 상호 참조하는 것에 의해 A의 가긍정적 판단을 제거 | 유도 디바이스의 위 상부에서의 설치 | |||
| 4A | DAQ + AI2 | 방위각과 상향각에 대한 예측; 화기와 다른 영향을 구별하는 것이 거의 확실함. 거의 확실한 충격 감지 | 여전한 가긍정적 판단의 잠재성; 유도 디바이스 위의 가능한 설치 | |||
| V + 4A | DAQ + AI1 + AI2 | 상기에 더하여: V의 상호 참조에 의해 A로부터 가긍정적 판단을 제거 | 유도 디바이스 위의 상부에서의 설치 | |||
| V + 8A | DAQ + AI1 + 2AI2 | 상기에 더하여: 범위의 가능성있는 예측, 전체 사수 위치를 산출; 고정밀 방위각 및 상향각; 탄환 궤도, 속도, 구경의 가능한 예측 | 유도 디바이스 위의 상부에서의 설치 | |||
| 12 RV- 16 RV |
DAQ + (34)AI2 |
충돌 위치를 결정할 높은 가능성, 거친 사격 방향을 산출, 설치의 용이성 | 화기와 다른 충격을 구분할 수 있는 시스템 | |||
| 16A | DAQ + 4AI2 |
방위각, 상향각, 범위, 탄환 궤적, 속도, 구경에 대한 매우 높은 정밀도 추정치. 음향 장치를 위한 설치 용이성; 가긍정적 판단에 대한 보호를 개발할 가능성 | ||||
제1 및 제2 카테고리 해결책의 구성 요소가 비제한적인 예로서 제공되며, 발명자들이 유도 디바이스 및 다른 전기 설비에 대한 충격을 검출하기 위한 시스템에 사용될 수 있는 다른 조합 및 구성 요소를 고려한다는 것을 이해하여야 한다. 또한 표 15의 각 열은 제1 및 제2 카테고리에 대한 별도의 해결책과 각 해결책의 장점과 단점을 나타낸다. 비제한적인 예로서, DAQ는 TX, Austin에 소재한 National Instruments Corporation로부터 입수 가능한 cDAQ-9132(Compact DAQ) data acquisition chassis and logic일 수 있다.
DAQ 새시와 컨트롤러들은 다수의 I/O 모듈과 외부 또는 통합 컴퓨터 사이의 타이밍, 동기화 및 데이터 전송을 제어한다. 단일 DAQ 새시 또는 컨트롤러는 동일한 시스템에서 서로 다른 샘플 속도로 몇몇 별개의 하드웨어 타이밍의 I/O 작업을 실행하도록 다수의 타이밍 엔진을 관리할 수 있다. PC 기반 DAQ 시스템에 요구되는 소프트웨어는 하드웨어 드라이버와 개발 환경으로 이루어진다. 하드웨어 드라이버는 PC와 DAQ 디바이스 사이의 통신을 제공하여, 하드웨어의 소프트웨어 제어를 가능하게 한다. 드라이버는 프로그래밍 환경 내로부터 하드웨어를 제어하는 능력을 제공하는 애플리케이션 프로그래밍 인터페이스(API, Application Programming Interface)로 지칭되는 내장 규칙 세트(built-in set of rules)를 포함한다. 프로그래밍 환경으로부터, 데이터를 사용하는 테스트, 경보 및 출력 파형에 더하여, 데이터가 제시되고 일지에 기록될 수 있다.
증가된 샘플링 속도는 더욱 세분화된(granular) 음향 데이터를 수집하도록 사용될 수 있다. 3개의 센서를 사용하는 센서들의 사면체 배열이 제공될 수 있으며, 그런 다음 향상된 정확도를 위해 승산될 수 있다(총 6개의 센서들을 가지는 2개의 어레이 또는 총 9개의 센서들의 3개의 어레이). 여전히 다른 분포된 무선 센서 네트워크들은 노드를 가질 수 있으며, 각 센서는 노드 또는 센서 어레이이다.
앞서 설명된 바와 같이, 쇼크웨이브, 충격음, 머즐 블래스트 및 모든 반사음으로부터의 음향 신호가 존재한다. 쇼크웨이브와 머즐 블래스트는 화기 사용법에 고유하여서, 양쪽의 존재는 총이 사용되었다는 것을 보장한다. 그러나, 이러한 신호들의 양자는 분리 지점과 센서 사이의 물리적 물체에 의해 차단될 수 있다. 가능한 장애물은 개별 변전소 레이아웃뿐만 아니라 센서의 배치 모두에 의존한다.
센서가 충격 소음을 포착한다는 것은 거의 확실하다. 그러나, 도 21 및 도 22에 도시된 쇼크웨이브와 머즐 블래스트, 충격과 달리, 이러한 소음은 특정 파형을 가지는 것이 보장되지 않는다. 예를 들어 충격음만이 포획되는 발포와 불꽃놀이 또는 역화 차량(backfiring car) 사이에는 명백한 차이가 없을 수 있다. 또한, 유도 디바이스 부근의 구조적 지지체를 맞고 튀어나오지만 실제 손상을 유발하지 않는 발포와 전자를 비교할 때 동일한 문제가 일어난다. 그러나, 이러한 것은 여전히 보고하는 것이 중요할 수 있다.
지금 도 32a를 참조하여, 400 Pa 초과의 값의 단순 절대 임계값 검사는 쇼크웨이브 및 머즐 블래스트 모두에 의해 기동될 것이다. 임계값은 비탄환 신호를 제외하도록 상승될 수 있다. 대안적으로, 2개의 인접한 데이터 지점들 사이의 가장 큰 차이는 탄환 신호를 비탄환 신호와 구별할 수 있다는 것이다. 예를 들어, 탄환에 대해 인접 데이터 지점들에 대한 가장 큰 압력 변화는 900 Pa(쇼크웨이브의 저부에서 마지막 포화 지점으로부터 제2 피크의 상부까지)인 한편, 해머에 대해 가장 큰 단일 지점 점프는 신호의 최대값으로부터 최소값까지의 경로의 하향 경사에서 단지 120 Pa이다.
탄환 신호 추세는 도 32a에 도시된 바와 같은 결과적인 충격음 차트에서 큰 스파이크를 가진다. 차트에 있는 스파이크들은 도 32a의 시연에서 약 500 Pa이다. 그러나, 다른 시연에서, 탄환 신호 추세는 한쪽 단부에서의 포화로부터 다른 쪽 단부에서의 포화로 진행한다. 이러한 것은 1kPa 스파이크이며, 전형적으로 이러한 특정 시연들을 위한 쇼크웨이브에서 보이는 점프들보다 크다. 그러므로, 쇼크웨이브로부터 오는지 강렬한 충격음으로부터 오는지 간에, 1kPa 부근의 어떠한 점프도 "화기 충격"의 결론으로 이어져야 한다. 반대로, 해머 신호는 초기 타격 후에 현저하게 약해져서, 해머 신호의 최대 델타는 0.197초에서 초기 타격에 포함된다.
지금 도 34를 참조하여, 음향 데이터는 대략 2 내지 3 밀리초인 이러한 신호의 전형적인 기간 때문에, 머즐 브래스트를 식별하도록 사용될 수 있다. 그러나, 머즐 블래스트 신호는 종종 충격음으로부터의 소음이 연타되어서(peppered), 훨씬 매끄럽고 분리하는 것이 훨씬 어렵다. 이러한 것을 극복하는 하나의 방법은 임계 압력에 도달한 후 200 데이터 지점(4 ms)들을 보고, 그 벡터에서 최대 및 최소 위치들을 찾는 것이다.
데이터 지점들이 2 밀리초 이상 떨어져 있으면, 머즐 블래스트가 발생되었을 가능성이 높다. 이러한 방법은 감쇠로 인해 해머 시연 신호로부터 발포를 식별하도록 튼튼하지만, 충격 소음에 의해 또한 기동될 수 있다. 시스템은 검출 시의 부정확성으로부터 보호하고 머즐 블래스트와 충격음 사이를 구별하도록 기울기 한계를 가질 수 있으며, 충격음은 임의의 2개의 지점들이 특정 압력보다 큰 차이를 가지면 머즐 블래스트로부터 신호를 무력화한다.
또한, 단일 센서로부터의 발포 신호의 상대 도달 신호는 사건에 대해 더욱 많은 정보가 알려지지 않으면 이용될 수 있다. 그러나, 다수의 센서 및 교차 상관(cross-correlation)을 사용하면 발포 신호의 도달 횟수(TOA)를 결정할 수 있다.
지금 도 35를 참조하여, 사면체 배열은 다수의 TOA 측정을 발생시키도록 사용될 수 있다. 각 개별 센서에 도달하는 정보에 의존하여, 상대 측정은 사수 방위각 및 상향각들의 계산을 허용한다. 도 35의 규모(cm)는 스케일을 나타내도록 제공된다.
전형적으로, 교차 상관 방법은 데이터로부터 TOA 측정을 발생시키도록 사용된다. 다음의 시뮬레이션된 시나리오에서, TOA 측정은 사수 위치로부터 센서로 직접 음속으로 진행하는 머즐 블래스트로부터의 4개의 센서들 TOA에서의 차이이다.
머즐 블래스트(TOA)들은 각각의 센서까지의 진행 거리에서의 차이로 변환될 수 있다. 3차원 격자는 그런 다음 검색 범위를 좁히도록 파라미터로서 사용되는 방향으로 생성될 있다. 사용자 또는 컴퓨터가 어떠한 방향 표시도 가지지 못하면, [0 0 0]이 취해질 수 있다. 이러한 것은 원점을 포함하는 10x10x10m 박스를 발생시키며, 여기에서, 각각의 지점은 계산된 상대 거리와 비교된다. 이러한 비교는 차이점을 기반으로 각 지점의 스코어를 산출한다. 낮은 스코어는 보다 양호한 결과를 나타낸다.
기존 박스를 반복한 후에, 코드는 허용 가능한 레벨에 대해 스코어를 검사한다. 임의의 소코어가 허용 오차 아래이면, 성공한 지점은 사수 위치로서 복귀된다. 그렇지 않으면, 가장 낮은 스코어는 다음 검색 방향을 발생시키도록 사용되며, 그 함수가 다시 호출된다. 이번에는 새로운 검색 박스가 방향에 기초하여 발생될 것이며, 프로세스는 성공한 지점이 발견될 때까지 반복된다. 비제한적인 예로서, 스코어는 원점으로부터 사수 위치까지 이어지는 화살표로 3D 그래프 상에 도시된다. 이 방법을 사용하여 도시된 그래프의 예는 도 36에 도시되며, 이론적인 사수 위치는 [48 -67 12]인 것으로 결정되었다. 당업자는 측정 에러와 같은 실제 양태가 알고리즘으로 통합될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
초기 검색 방향은 어레이를 약간 수정하여 결정할 수 있다. 첫째로, 정사면체 대신에, 센서들은 도 37에 도시된 바와 같이 직각각형 사면체로 배열될 수 있다.
방위각 및 상향각들은 각각 △TXY가 센서(X 및 Y)들 사이의 도달 시간 차이인 하나의 방정식으로 계산될 수 있다. 방위각은 방정식으로부터 계산된다:
상향각은 다음 방정식으로 계산된다:
이러한 방정식들은 X-Y 및 Z-θ 평면으로의 투사를 기반으로 하며, 작은 수학적 근사치를 만든다. 무차별 대입 비교(Brute force comparison)들은 실제 방향과 이러한 방정식으로부터의 방향 사이에 매우 작은 차이를 설명하였다.
사면체 설정의 개선은 측정 에러와 같은 실제 측면을 고려한 것으로 간주될 수 있다. 센서들이 서로 가까울수록, 빈약하게 이산되고 동일한 시간 샘플로 집적되는 것에 의해 정보를 상실할 가능성이 크게 된다. 센서들이 더욱 멀리 떨어져 있으면, 알고리즘은 특히 소리의 방향이 당해 2개의 마이크로폰들 사이의 벡터에 거의 평행할 때 TOA들의 더욱 정확한 판독치를 얻는다.
역으로, 직사각형 사면체 시스템은 센서들 사이에서 0.39 미터의 최대 거리를 초과하지 않아야 한다. 이러한 상한은 기하학적 근사 모드에 기인할 가능성이 높고, 센서들이 더욱 멀리 움직임에 따라서 유효성을 상실한다. 상기 방정식들의 단순함을 잃지 않고 센서들 사이의 거리를 증가시키는 하나의 방법은 제2 어레이를 추가하는 것이다. 그런 다음, 방정식들은 TOA 값들이 어레이들 사이의 거리에 대해 상호 참조될 수 있는 동안 여전히 국부적으로 사용될 수 있다.
센서 어레이에 의한 쇼크웨이브 검출은 불확실한 방위각 예측만을 산출한다. 그러나, 머즐 블래스트 검출과 관련하여, 이러한 정보는 방위각, 상향각 및 거리를 산출할 수 있다.
4개의 음향 센서를 사용하는 이점은 많다. 2세트의 방위각 및 상향각들을 가지는 것에 의해, 시스템은 교차 지점들을 발견하고, 단지 머즐 블래스트 검출을 사용하여 사수의 절대 위치를 확인할 수 있다. 한편, 쇼크웨이브 정보는 그 자체로 더욱 관련성이 많게 된다. 탄환이 2개의 배열 사이를 통과하면, 시스템은 방위각, 상향각, 거리, 탄환 궤적, 및 탄환 속도를 결정할 수 있다.
쇼크웨이브 및 머즐 블래스트 데이터는 함께 도 38에서 설명된 바와 같이 이러한 모든 값의 예측의 정확도를 증가시킨다. 2개의 배열로부터 3개의 배열로의 점프는 개선된 정확도를 산출한다. 마찬가지로, 위의 증가는 동일하다. 그럼에도 불구하고, 이러한 어레이가 확산되고 수가 증가함에 따라서, 위치 측정이 계속 개선될 것이다.
임의의 음향 센서(또는 어레이)에 대하여, 머즐 블래스트와 쇼크웨이브의 조준선(line-of-sight)은 필수적이다. 이러한 것은 이러한 압력파가 변압기를 통해 전파하지 않고 간단히 반사됨에 따라서 지면에 직각인 유도 디바이스 면에 센서 또는 어레이를 놓는 것을 제거한다. 그러므로, 해결책은 유도 디바이스 위에 센서 또는 어레이를 배치하는 것이다. 그러나, 추가의 기하학적 고려 사항이 만들어질 필요가 있다. 예를 들어, 가장 낮은 센서가 단지 유도 디바이스의 상부 위에 2인치 여유를 가지면, 머즐 블래스트 및 쇼크웨이브는 정확하게 이에 도달하도록 극히 얕은 각도로 도달하여야만 하며, 짧은 범위 검출을 제한한다.
머즐 블래스트가 항상 발포 위치로부터 착수하지만, 이것은 구형파여서, 신호는 개의치않고 총기로부터 센서 방향으로 보내질 것이다. 이러한 신호가 전형적으로 사선(line of fire)으로부터 떨어져 훨씬 약하다는 점에 유의하여야 하지만, 그 방향은 덜 관련된다. 한편, 쇼크웨이브는 항상 사선에 대해 동일한 각도로 전개할 것이다. 이러한 것은 센서로 안내되는 쇼크웨이브의 부분을 위한 쇼크웨이브 분리 지점이 탱크로부터 훨씬 멀리 떨어져 일어나서, 신호가 장애물을 제거하는데 필요한 높이를 얻을 수 있다는 것을 의미한다.
또한, 다수의 센서 또는 센서 어레이의 위치를 위해 고려될 필요가 있다. 제2 센서가 추가되면, 가장 명백한 응답은 상기된 바와 동일한 이유 때문에 2개의 센서를 상부면의 마주한 모서리들 위에 배치하는 것이다. 그러나, 또 다른 선택은 각각의 센서(어레이)가 탱크의 2개의 측벽을 점검하도록 센서들을 유도 디바이스의 마주한 모서리들에 있는 지면에 놓는 것이다. 이러한 것은 보다 양호한 쇼크웨이브와 머즐 블래스트 검출을 가능하게 하지만, 단지 하나의 센서(어레이)가 신호를 수신할 것이라는 것을 거의 보장할 것이다.
마지막으로, 4개의 어레이들이 사용되면, 유도 디바이스의 4개의 모서리에서 지면에 배치하는 것이 좋다. 지금, 모든 면들은 이를 점검하는 2개의 어레이를 가지며, 이는 타격받는 면에 관계없이 모든 정보가 얻어질 수 있다는 것을 의미한다. 이러한 것은 또한 탄환이 2개의 어레이 사이를 통과할 것이라는 것을 보장한다.
4개의 개별 센서가 사용되면, 이것들은 어떠한 기하학적 형태가 이것들에 주어지더라도 사면체 배열로서 효과적으로 기능한다. 단일 어레이에 대한 배치 아이디어를 따르는 것이 가장 좋은 한편, 센서들이 더욱 멀리 분산되는 이점을 고려하여야 한다.
가속도계 기반 시스템의 복잡성의 다음 레벨은 충격이 다른 센서에 도달할 때를 기반으로 발포 위치 삼각 측량을 가지는 것이다. 이러한 것은 충격으로부터의 진동이 모든 방향으로 고르게 전파할 것이라는 사실에 기초한다. 가장 간단한 경우에 대해, 전기 설비 인클로저 또는 하우징이 기하학적 불규칙성이 없는 균일한 물질로 만들어지는 것을 가정할 수 있다.
먼저, 센서들의 모든 쌍 사이의 시간 지연이 결정된다. 이러한 위상 지연 계산은 교차 상관을 통해 행해질 수 있지만, 이는 임계값 검출과 함께 행하는 것이 더욱 간단하다. 이러한 것은 RMS 센서의 사용을 제안할 수 있지만, 정밀 시간 데이터는 손실될 수 없으며, 이러한 파형의 불규칙성은 원 진동 센서를 사용하는 교차 상관에 의해 더욱 잘 나타난다.
예로서 및 도 39 및 도 40을 참조하여, 시연 5 및 12는 0.01g의 임계값에서 분석될 수 있다. 시연 5에 대하여, 신호는 동시에 양 센서에 도달한다(또는 이러한 것이 임계값 검사가 산출된 것임에 따라서, 정확히 한 사이클 뒤에서). 결과는 충격 위치가 2개의 센서의 위치로부터 등거리에 있다는 것을 제시한다. 시연 12에 대하여, 임계값은 RV1보다 RV2에 대해 늦게 8개의 데이터 지점들에 도달된다. 이러한 것은 156μs의 시간 지연이며, 신호가 그 지연에 비례하는 양만큼 RV2에 도달하도록 보다 긴 거리를 진행하여야만 하는 것을 제시한다.
시간 지연은 전기 설비의 물질에서 음속을 고려하여 거리 차이로 변환될 수 있다. 예를 들어, 강에서의 음속은 4512m/s이며, 이는 156μs의 시간 지연이 0.70m의 거리 차이에 대응하는 것을 의미한다. 그런 다음 알고리즘은 유도 디바이스 상의 모든 지점에 대한 테스트 격자를 발생시킨다. 이러한 것이 각각의 지점을 반복함에 따라서, 각각의 센서까지의 거리를 계산하고, 그런 다음 2개의 거리 사이의 차이를 계산한다. 그 차이가 계산된 차이의 일정한 허용 오차 이내이면, 컴퓨터가 계속 반복함에 따라서 지점이 저장된다.
단지 2개의 센서만으로, 달성되는 최상의 정밀도는 단지 단일 지점 대신에 원뿔 섹션이다. 시연 5 및 12로부터의 결과는 도 41 및 도 42에 도시된다. 도 41 및 도 42의 X'는 41 및 42는 센서 위치(160)를 나타내며, O 및 정사각형은 실제 발포 원 위치(162)를 나타낸다(도면으로부터의 추정에 기초하여). 이러한 특정 구현에서, 격자는 탱크의 기하학적 형태를 고려하는 대신에 센서들 주위에서 대칭으로 생성된다.
예상대로, 시연 5로부터의 0 ms의 시간 지연은 2개의 센서를 양분하는 직선에 대응한다(이론적으로, 이러한 것은 무한 편심을 가지는 원뿔 섹션이다). 한편, 시연 12는 RV2보다 RV1에 0.70m 더욱 근접한 모든 지점을 설명하는 훨씬 더욱 한정된 곡선을 가진다. 곡선은 궁극적으로 특정 지점이 제시될 수 없을지라도 (대략적인) 충돌 위치에 접근한다. 이러한 것은 제3 RV 센서를 가지는 것에 의해 해결될 것이며, 이는 2개의 원뿔 섹션을 더욱 산출할 것이다. 이러한 3개의 곡선의 교차점은 충격 지점을 나타낼 것이다. 이론적으로, 이러한 것은 여전히 2개의 가능한 지점을 산출할 수 있으며; 그러나, 유도 디바이스의 공지된 기하학적 형태가 주어지면, 이는 용이하게 제거될 수 있다. 제4 센서는 불확실성의 영역을 좁히도록 도입될 수 있다.
용어 "구비하다" 또는 "구비하는"이 명세서 또는 청구항에서 사용되는 범위까지, 청구항에서 전이어(transitional word)로서 이용될 때 이 용어가 해석됨에 따라서 용어 "포함하는"과 유사한 방식으로 포함되는 것으로 의도된다. 또한, 용어 "또는"(예를 들어, A 또는 B)이 이용되는 범위까지, "A 또는 B 또는 양자 모두"를 의미하도록 의도된다. 출원인들이 "오직 A 또는 B, 그러나 양자 모두 아님"을 나타내도록 의도할 때, 용어 "오직 A 또는 B, 그러나 양자 모두 아님"가 이용될 것이다. 그러므로, 본 명세서에서 용어 "또는"의 사용은 배타적인 것이 아니라 포괄적 인 것이다. Bryan A. Garner, A Dictionary of Modern Legal Usage 624(2d. Ed. 1995) 참조. 또한, 용어 "에서" 또는 "내로"가 명세서 또는 청구 범위에서 사용되는 범위까지, 이는 "상에" 또는 "상으로"를 추가적으로 의미하도록 의도된다. 또한, 명세서 또는 청구항에서 용어 "연결하다"가 사용되는 범위까지, 이러한 것은 "~에 직접 연결된"뿐만 아니라 다른 구성 요소 또는 구성 요소를 통해 연결되는 것과 같은 "~에 간접적으로 연결된"을 의미하도록 의도된다.
본 출원이 다양한 실시예를 예시하고 이러한 실시예들이 일부 상세히 설명되었지만, 첨부된 청구항들의 범위를 제한하거나 제한하거나 또는 임의의 방식으로 한정하는 것은 본 출원인의 의도가 아니다. 추가의 장점 및 변형은 당업자에게 용이하게 보일 것이다. 그러므로, 본 발명은 보다 넓은 양태에서, 도시되고 설명된 특정 세부 사항, 대표적인 실시예 및 예시적인 실시예로 제한되지 않는다. 따라서, 출원인의 일반적인 발명 개념의 사상 또는 범위를 벗어나지 않고 이러한 세부 사항으로부터 출발할 수 있다.
Claims (39)
- 유도 디바이스로서,
상부벽, 저부벽, 및 외부 기재 표면을 각각 가지는 측벽들을 구비한 탱크;
한 쌍의 요크 사이에서 연장되는 적어도 하나의 코어 돌출부, 상기 적어도 하나의 코어 돌출부에 장착된 적어도 하나의 코일 조립체, 및 상기 탱크의 내부 용적부에 배치되는 절연 매체를 가지는 코어;
상기 탱크 측벽 외부 기재 표면들에 접착되는 코팅층으로서, 상기 코팅은 반응 시에 폴리우레아 코팅이며, 상기 폴리우레아 코팅은 반응 전에 제1 및 제2 성분들로 형성되는, 상기 코팅층을 포함하며,
상기 제1 성분은 방향족 디이소시아네이트 및 지방족 디이소시아네이트로 이루어진 그룹으로부터 선택된 부재(member)를 포함하고;
상기 제2 성분은 폴리아민을 포함하는, 유도 디바이스. - 제1항에 있어서, 상기 코어는 상기 적어도 하나의 코어 돌출부(core limb)에 있는 비자성 갭을 가지는, 유도 디바이스.
- 제1항에 있어서, 상기 코팅 제1 성분은 0.1 중량% 내지 50 중량%의 이소시아네이트를 포함하며, 상기 코팅층 제2 성분은 약 50 중량% 내지 약 75 중량%의 아민을 포함하며, 상기 코팅 제2 성분은 약 50 중량% 내지 약 75 중량%의 아민을 포함하는, 유도 디바이스.
- 제1항에 있어서, 상기 코팅 제1 성분은 0.1 중량% 내지 45 중량%의 디페닐메탄-4,4'-디이소시아네이트 및 약 0.1 중량% 내지 5 중량%의 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트를 포함하는, 유도 디바이스.
- 제1항에 있어서, 상기 코팅 제2 성분은 디에틸메틸벤젠디아민 및 알파-(2-아미노메틸에틸)-오메가-(2-아미노메틸에톡시)-폴리(옥시(메틸-1,2-에탄디일))을 포함하는, 유도 디바이스.
- 제1항에 있어서, 상기 코팅 제1 성분은 약 30 중량% 내지 약 60 중량%의 이소시아네이트 및 약 5 중량% 내지 약 15 중량%의 프로필렌 카보네이트를 포함하며, 상기 코팅 제2 성분 아민 혼합물은 약 61 중량% 내지 약 89 중량%의 폴리옥시프로필렌디아민을 포함하는, 유도 디바이스.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 성분들은 1:1 체적비로 상기 탱크 벽 표면에 도포되는, 유도 디바이스.
- 제1항에 있어서, 상기 탱크 벽들은
0 중량% < 탄소 < 0.29 중량%;
0.85 중량% < 망간 < 1.35 중량%;
0 중량% < 인 < 0.04 중량%;
0 중량% < 황 < 0.05 중량%;
0 중량% < 규소 < 0.4 중량%;
적어도 0.2 중량%의 구리; 및
철로 구성되는 잔부를 포함하는 화학 조성을 가지는 금속으로 형성되는, 유도 디바이스. - 제1항에 있어서, 상기 탱크 물질은 총 중량에 기초하여,
0.30 중량%의 탄소;
1.70 중량%의 망간;
0.70 중량%의 규소;
1.00 중량%의 크롬;
0.8 중량%의 니켈;
0.5 중량%의 몰리브덴; 및
0.004 중량%의 붕소의 화학 조성으로 구성되는, 유도 디바이스. - 제1항에 있어서, 상기 코팅 두께는 약 0.25 인치 내지 약 0.75 인치인, 유도 디바이스.
- 제1항에 있어서, 상기 측벽들의 두께는 약 0.375 인치 내지 약 1.25 인치인, 유도 디바이스.
- 제1항에 있어서, 미코팅 유도 디바이스와 비교하여 상기 폴리우레아 코팅의 층을 가지는 유도 디바이스는 상기 유도 디바이스의 작동 동안 코어 소음 레벨에서 약 0.1 dB 내지 약 4.3 dB까지 감소되는, 유도 디바이스.
- 제1항에 있어서, 상기 폴리우레아 코팅층은 약 0.001 mm 내지 약 12.7 mm 지름의 개구들을 통한 유전체 유체의 누출을 방지하는, 유도 디바이스.
- 제1항에 있어서, 상기 코팅은 ONAN 냉각기, OFAF 냉각기, 라디에이터, 콘서베이터, 밸브, 호스, 탭 절환기, 게이지, 센서, 설비 및 제어 패널로 이루어진 그룹으로부터 선택된 부재를 둘러싸는 연결 플레이트들로 형성된 장벽의 외부 표면들에 도포되는, 유도 디바이스.
- 제1항에 있어서, 상기 코팅은 물체에 의한 관통으로부터 상기 탱크 벽들을 보호하는, 유도 디바이스.
- 전기 설비 상의 물체에 대한 접근 및/또는 충격을 검출하기 위한 시스템으로서,
상부벽, 저부벽 및 적어도 하나의 측벽을 구비한 하우징을 가지는 전기 설비;
상기 전기 설비에 접근하는 물체의 음압(sound pressure)을 측정하기 위한 적어도 하나의 음향 센서로서, 상기 적어도 하나의 음향 센서는 상기 하우징에 접촉하지 않는 사전 결정된 위치에 배열되는, 상기 적어도 하나의 음향 센서;
상기 하우징을 타격하는 물체에 의해 유발된 전기 설비 하우징 표면의 가속도를 측정하기 위한 적어도 하나의 진동 센서로서, 상기 적어도 하나의 진동 센서는 상기 전기 설비 하우징에 접촉하는 사전 결정된 위치에 배치되는, 상기 적어도 하나의 진동 센서;
적어도 하나의 프로세서, 및
적어도 하나의 컴퓨터 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 전기 설비에 대한 물체에 의한 충격이 일어났는지를 결정하도록 음압 및 가속도를 위한 임계값들과 상기 음향 및 진동 센서들로부터 수신된 신호들을 적어도 하나의 컴퓨터 프로세서가 비교하게 하는 복수의 기계 판독 가능 명령을 가지는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체를 포함하는, 시스템. - 제16항에 있어서, 상기 프로세서는,
a. 원 진동 신호의 최대 진폭 및 감쇠 기간을 결정하는 단계;
b. 상기 원 진동 신호의 진폭 및 기간을 위한 임계값과 상기 원 진동 신호의 최대 진폭 및 감쇠 기간을 비교하는 단계; 및
c. 상기 임계값이 충족 또는 초과되면 경보를 전달하는 단계를 수행하도록 지시를 실시하는, 시스템. - 제16항에 있어서, 상기 프로세서는,
a. 음압을 위한 임계값과 상기 음향 센서의 음압 측정값을 비교하는 단계; 및
b 상기 임계값이 충족 또는 초과되면 경보를 전달하는 단계를 수행하도록 지시를 실시하는, 시스템. - 제16항에 있어서, 상기 적어도 하나의 진동 센서는 RMS 가속도계인, 시스템.
- 제16항에 있어서, 상기 적어도 하나의 진동 센서는 원 진동 센서인, 시스템.
- 제16항에 있어서, 상기 음향 센서의 사전 결정된 위치는 상기 하우징 상부벽의 외부 표면 위에 있으며, 상기 진동 센서의 사전 결정된 위치는 상기 하우징 상부벽 외부 표면과 접촉하는, 시스템.
- 제16항에 있어서, 상기 적어도 하나의 진동 센서는 4개의 센서로 구성되며, 상기 적어도 하나의 진동 센서의 각각은 상기 전기 설비 하우징의 각각의 측벽의 중심의 사전 결정된 위치에 배치되는, 시스템.
- 제16항에 있어서, 상기 적어도 하나의 음향 센서 어레이는 2개의 센서로 구성되며, 상기 적어도 하나의 음향 센서의 각각은 상기 전기 설비 하우징의 베이스의 마주한 모서리들의 사전 결정된 위치에 배치되는, 시스템.
- 제16항에 있어서, 상기 적어도 하나의 음향 센서 어레이는 2개의 센서로 구성되며, 상기 적어도 하나의 음향 센서의 각각은 상기 전기 설비 하우징의 상부벽의 마주한 모서리들의 사전 결정된 위치에 근접하여 배치되는, 시스템.
- 제16항에 있어서, 상기 적어도 하나의 음향 센서 어레이는 4개의 센서로 구성되며, 상기 적어도 하나의 음향 센서의 각각은 상기 전기 설비 하우징의 상부벽의 마주한 모서리들의 사전 결정된 위치에 근접하여 배치되는, 시스템.
- 제16항에 있어서, 상기 전기 설비는 유도 디바이스, 스위치기어, 및 회전 기계로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 부재인, 시스템.
- 전기 설비 하우징의 적어도 하나의 벽에 대한 물체의 충격 위치를 결정하기 위한 시스템으로서,
상기 전기 설비 하우징은 상부벽, 저부벽, 및 적어도 하나의 측벽으로 구성되며;
상기 하우징을 타격하는 물체에 의해 유발되는 상기 전기 설비 하우징 표면의 가속도를 측정하기 위한 적어도 2개의 진동 센서로서, 상기 적어도 2개의 진동 센서의 각각이 상기 전기 설비 하우징과 접촉하여 배치되고 상기 전기 설비 하우징의 단일 벽에서 서로로부터 이격되는, 상기 적어도 2개의 진동 센서;
적어도 하나의 프로세서; 및
적어도 하나의 컴퓨터 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 적어도 하나의 벽에서 상기 전기 설비에 대한 물체 충격 위치를 결정하도록 가속도를 위한 임계값과 상기 진동 센서들로부터 수신된 신호를 상기 적어도 하나의 컴퓨터 프로세서가 비교하도록 하는 복수의 기계 판독 가능 명령을 가지는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체를 포함하는, 시스템. - 전기 설비에 대하여 물체의 원점 위치를 결정하기 위한 시스템으로서,
상부벽, 저부벽 및 적어도 하나의 측벽으로 구성된 하우징을 가지는 상기 전기 설비;
상기 전기 설비에 접근하는 물체의 음압을 측정하기 위한 4면체 구성으로 배열된 음향 센서들로서, 상기 음향 센서들은 상기 전기 설비 하우징과 접촉하지 않도록 배열되는, 상기 음향 센서;
적어도 하나의 프로세서; 및
적어도 하나의 컴퓨터 프로세서에 의해 실행될 때, 물체 원점에 관하여 방위각 및 상향각들 중 하나가 알려졌을 때,
상기 음향 센서들의 각각에 관하여 물체와 관련된 머즐 블래스트 및 쇼크웨이브의 도달 시간에 기초하여 알려지지 않은 방위각 및 상향각들 중 하나를 결정하는 단계; 및
상기 물체 원점까지의 거리를 결정하도록 상기 방위각 및 상향각들을 사용하는 단계를 적어도 하나의 컴퓨터 프로세서가 수행하도록 하는 복수의 기계 판독 가능 명령을 가지는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체를 포함하는, 시스템. - 제28항에 있어서, 상기 음향 센서 어레이는 상기 전기 설비 하우징과 관련하여 단일의 사면체 배열의 구성으로 배열되는 3개의 음향 센서를 포함하는, 시스템.
- 제28항에 있어서, 상기 음향 센서 어레이는 상기 전기 설비 하우징과 관련하여 각각 3개의 센서의 2개의 사면체 배열로 배열되는 6개의 센서를 포함하는, 시스템.
- 제30항에 있어서, 상기 2개의 어레이에 있는 센서들의 각각과 관련하여 물체와 관련된 쇼크웨이브의 도달 시간만이, 한번 알려지고 계산된 방위각 및 상향각들로부터 알려지지 않은 방위각 및 상향각들 중 하나를 계산하도록 사용되며, 값은 물체 원점까지의 거리, 물체 궤적 및 물체 속도로 이루어진 그룹으로부터 선택된 부재를 위해 계산되는, 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 코팅의 쇼어 D 듀로미터 경도는 약 50 내지 약 61인, 유도 디바이스.
- 제1항에 있어서, 상기 탱크는 상기 측벽들의 각각에 부착된 적어도 하나의 보강재와, 상기 보강재들의 각각에 부착된 플레이트들을 가지며, 상기 플레이트들은 상기 유도 디바이스 탱크를 둘러싸도록 배열된, 유도 디바이스.
- 제33항에 있어서, 상기 코팅은 각각의 플레이트의 외부 표면에 층으로 도포되는, 유도 디바이스.
- 유도 디바이스에 대한 충격의 검출시에 유도 디바이스의 구성 요소들을 보호하는 방법으로서,
a. 상기 유도 디바이스의 음압, 진동, 절연 매체 온도, 절연 매체 압력, 및 절연 매체 레벨 중 적어도 하나가 실행 가능한 레벨에 있는지를 검출하는 단계;
b. 상기 유도 디바이스의 1차 냉각 시스템으로의 밸브들을 폐쇄하는 단계; 및
c. 2차 냉각 시스템으로의 밸브들을 개방하는 단계를 포함하는, 방법. - 제35항에 있어서, 상기 유도 디바이스의 2차 냉각 시스템의 팬들을 작동시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
- 유도 디바이스에 2차 냉각을 제공하는 시스템으로서,
유도 디바이스를 포함하며, 상기 유도 디바이스는:
한 쌍의 요크 사이에서 연장되는 적어도 하나의 코어 돌출부, 적어도 하나의 코어 돌출부에 장착된 적어도 하나의 코일 조립체, 및 탱크의 내부 용적부에 배치된 절연 매체를 가지는 코어;
상부벽, 저부벽 및 측벽들을 구비한 탱크;
절연 매체 온도, 절연 매체 압력, 및 절연 매체 레벨 중 적어도 하나를 측정하기 위한 디바이스;
적어도 하나의 팬, 라디에이터 또는 냉각기, 및 절연 매체의 유동을 제어하는 적어도 하나의 밸브를 각각 가지는 1차 및 2차 냉각 시스템들; 및
적어도 하나의 컴퓨터 프로세서에 의해 실행될 때, 절연 매체 온도, 절연 매체 압력, 및 절연 매체 레벨 측정값들 중 적어도 하나를 위한 사전 결정된 임계값과 측정 디바이스에 의해 측정된 바와 같은 오일 온도, 오일 압력, 및 오일 레벨 중 적어도 하나를 적어도 하나의 컴퓨터 프로세서가 비교하도록 하는 복수의 기계 판독 가능 명령을 가지는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체를 포함하는, 시스템. - 제37항에 있어서, 상기 프로세서는,
절연 매체 온도, 절연 매체 압력, 및 절연 매체 레벨 측정값들 중 적어도 하나가 실행 가능한지를 결정하는 단계, 실행 가능하면;
상기 1차 냉각 시스템으로의 적어도 하나의 밸브를 폐쇄하는 단계; 및
2차 냉각 시스템으로의 적어도 하나의 밸브를 개방하는 단계를 수행하도록 지시를 실시하는, 시스템. - 제1항에 있어서, 상기 유도 디바이스 탱크의 2개의 마주한 측벽들의 각각에 근접한 라디에이터 뱅크를 포함하는 냉각 시스템을 가지며, 각각의 라디에이터 뱅크는 상부벽, 저부벽 및 측벽들과 적어도 하나의 팬을 가지며, 플레이트는 상기 냉각 시스템의 마주한 측벽들의 각각에 부착되며, 코팅은 상기 플레이트들의 외부 기재 표면들에 접착되는, 유도 디바이스.
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