تصميم جهاز الإغلاق عن بعد لقاطع الدائرة عالي الجهد ذو الفراغ للعربة الداخلية

باتجاه توصيل الكابلات ودفن خطوط شبكة الطاقة الحضرية أصبح اتجاهاً لا رجعة فيه في بناء شبكة التوزيع. المعدات الكهربائية ذات الجهد العالي، كونها المعدات الأساسية لنظام التوزيع، أصبحت الكائن الرئيسي للعمليات اليومية والصيانة للمحافظين. خلال عملية تحديث المعدات، تكون دورة الاستبدال الشامل وتثبيت المعدات الجديدة طويلة، وما زالت نوع من المعدات القديمة ذات الجهد العالي التي تعمل باليد في الخدمة.

بسبب التشغيل لفترة طويلة، تكون هذه المعدات عرضة لمخاطر الشرارة أثناء عمليات الفتح والإغلاق. في سيناريوهات الصيانة العملية، عند فشل التشغيل الكهربائي، يتطلب الأمر إغلاقًا يدويًا من قبل العاملين، مما يعرضهم مباشرة لتهديدات الأمان من الشرارة. لذلك، فإن تطوير جهاز إغلاق عن بعد لاستبدال التشغيل اليدوي كإجراء مساعد للأمان أثناء فترة التحويل بين المعدات أمر ملح.

مع التركيز على هذه المسألة، كمشارك في المشروع، يقوم هذا البحث بتصميم جهاز تشغيل إغلاق عن بعد من خلال تحليل خصائص التشغيل للمقاطع الكهربائية القديمة التي تعمل باليد لتجنب مخاطر الأمان أثناء العمليات اليدوية.

الطريقة التقليدية لإغلاق المقاطع الكهربائية التي تعمل باليد

في لوحة التشغيل وهياكل المقابض للمقاطع الكهربائية التي تعمل باليد (كما هو موضح في الشكل 1)، يقع قضيب الدوران اليدوي على الجانب الأيسر من اللوحة بقطر مقطع عرضي سداسي منتظم. المقابض لها شكل حرف Z، متصلة بقضيب الدوران عبر أكمام سداسية منتظمة في النهاية السفلية للتوصيل القابل للفصل. أثناء التشغيل، بعد إدخال المقبض في قضيب الدوران، يتم إغلاق المقاطع الكهربائية من خلال دوران النهاية العليا بشكل عقارب الساعة حوالي 24 دورة.

أساس حساب عزم الدوران ومعايير التصميم

بناءً على خصائص الهيكل للمقابض المتصلة، يمكن استنتاج متطلبات عزم الدوران لإغلاق المقاطع الكهربائية يدويًا من خلال تحديد طول ذراع القوة ومتغيرات قوة السحب. وفقًا للصيغة الميكانيكية 

• L→ هو متجه المسافة من محور دوران المقبض إلى نقطة تطبيق القوة، مع قيمة متوسطة قياسية تبلغ 14 سم؛

• F→min هو القوة المتجهة الدنيا المطلوبة لدفع قضيب الدوران؛

• M→min هو عزم الدوران الدنيا المطلوب لبدء دوران القضيب.

من خلال تحليل خصائص التشغيل، يصل مقاومة الدوران للمقاطع الكهربائية التي تعمل يدويًا إلى ذروتها في الدورة الدورانية الخامسة عشر. يمكن أن تغطي بيانات عزم الدوران الدنيا في هذه النقطة العملية الكاملة لإغلاق المقاطع. يجب أن يتجاوز تصميم عزم الدوران للجهاز عن بعد هذه القيمة الحرجة بمقدار هامش أمان لتلبية التباينات في عزم الدوران بين نماذج مختلفة للمقاطع الكهربائية. سيتم تقديم البيانات التجريبية التفصيلية في الأقسام اللاحقة.

الهيكل الأساسي للجهاز عن بعد لإغلاق المقاطع

كما هو موضح في الشكل 2، يتكون الجهاز من قضيب ثابت، مكونات متحركة، جهاز كهربائي، وموصل الإغلاق. تم تصميم القضيب الثابت ليكون قابل للتمدد، مع لوحات داعمة ملحومة على الجانبين. أثناء التثبيت، يتم تقليص القضيب أولاً وضعه رأسيًا داخل الخزانة، ثم تمديده لجعل لوحات الدعم تدعم الخزانة للثبات أفقيًا. يتم تعديل المكونات المتحركة في الاتجاه الرأسي لتعادل موصل الإغلاق للجهاز الكهربائي مع رأس الدوران للمقاطع الكهربائية التي تعمل باليد. بعد التكوين، يمكن للعاملين الانسحاب إلى منطقة آمنة وإرسال إشارة عقارب الساعة عبر المرسل عن بعد لإكمال عملية الإغلاق.

تحقيق التحكم والتشغيل عن بعد
اختيار المحرك والمعلمات

في اختيار الوحدة المركزية للمحرك، تم مقارنة المحركات الكهربائية ذات التيار المستمر بدون فرشاة والمحركات ذات الفرشاة. تقدم المحركات بدون فرشاة مزايا كبيرة في عمر الخدمة ومستوى الضوضاء (≤55dB)، ولكنها تتميز بدوائر التحكم المعقدة وتكلفتها الأعلى (40٪ أكثر من النوع ذو الفرشاة). نظرًا لأن الجهاز ليس له متطلبات صارمة للتحكم في المحرك، تم اختيار المحرك XD-3420 ذو التيار المستمر والفراشي لسهولة التحكم وتكلفته المنخفضة. المعلمات الرئيسية:

• جهد التحمل: 12V؛ تيار التحمل: 2.42A؛

• قوة التحمل: 30W؛ عزم الدوران المحسوب: 11.9N·m (1.19kgf·cm)، مما يلبي متطلبات التشغيل.

 لتمكين العاملين من العمل من مسافة آمنة، يستخدم الجهاز مفتاح تحكم عن بعد لاسلكي Qichip QA-R-010 لإدارة الطاقة اللاسلكية. يتكون الوحدة من مرسل ومستقبل: يدعم المستقبل إدخال التيار المستمر من 3.6V إلى 24V، مع أسلاك حمراء / سوداء لإدخالات موجبة / سالبة وأسلاك زرقاء / رمادية لإخراجات متناظرة (يتطابق جهد الإخراج مع الإدخال). يقدم المرسل ذو الزرين ثلاثة أوضاع للإخراج: مؤقت، قابض، ومتداخل. يستخدم المشروع الوضع المؤقت، حيث يوصل وحدة التحكم فقط أثناء الضغط على الزر، مما يضمن القطع الفوري عند الإفراج عنه لتلبية متطلبات التحكم المؤقت أثناء عمليات الإغلاق.

تجربة التحكم عن بعد على الموقع

استخدمنا جهاز اختبار الشد لقياس قوة الشد اللازمة لإغلاق المقاطع الكهربائية القديمة التي تعمل باليد. كما هو موضح في الجدول 1، عندما يصل الإغلاق اليدوي إلى حوالي الدورة الخامسة عشر، تصل القوة الدنيا المطلوبة لإغلاق المقاطع الكهربائية اليدوية إلى قيمتها القصوى. باستخدام هذه القوة، حسبنا أن عزم الدوران الدنيا المطلوب للعملية الكاملة لإغلاق المقاطع الكهربائية اليدوية هو 1.75 N·m.

قمنا بمقارنة أوقات التشغيل للطريقة التقليدية لإغلاق المقاطع الكهربائية اليدوية وجهاز الإغلاق عن بعد. يظهر الجدول 2 أن استخدام جهاز الإغلاق عن بعد لا يتجنب المخاطر فحسب، بل يحسن أيضًا كفاءة التشغيل مقارنة بالتشغيل اليدوي الخالص. دون زيادة تكاليف الوقت، فإنه يقلل بشكل كبير من مخاطر الأمان للعاملين.

لمعالجة مخاطر الأمان للعاملين الذين يحتاجون إلى تشغيل المقاطع الكهربائية القديمة التي تعمل باليد عن قرب في شبكة التوزيع الحالية، اقترحنا وطورنا جهازًا مساعدًا. يسمح هذا الجهاز للعاملين بالحفاظ على مسافة من المقاطع الكهربائية والتحكم عن بعد في إغلاقها. قدمت تفاصيل مكونات البرمجيات والعتاد الأساسية للنموذج الأولي وكيفية استخدامه. أظهرت اختبارات عزم الدوران أن هذا الجهاز المساعد لإغلاق المقاطع الكهربائية عن بعد يلبي متطلبات عزم الدوران لإغلاق المقاطع الكهربائية التي تعمل باليد. مقارنة بالطريقة التقليدية للتشغيل، تكون وقت التشغيل مشابهة. يتجنب الجهاز مخاطر تشغيل مثل هذه المقاطع الكهربائية عن قرب للعاملين دون زيادة تكاليف الوقت، ولذا فإن الجهاز يمتلك قيمة تطبيقية هندسية جيدة.