Diseño de Dispositivo de Cierre Remoto para Interruptor de Vacío de Alta Tensión con Carro Interior
La cableado y enterramiento de las líneas de la red eléctrica urbana se ha convertido en una tendencia irreversible en la construcción de redes de distribución. El equipo de conmutación de alta tensión, como el equipo central del sistema de distribución, se ha convertido en el objeto principal de operación y mantenimiento diario para el personal de mantenimiento. Durante el proceso de iteración de equipos, la sustitución integral y la puesta en marcha de nuevos equipos tienen un ciclo largo, y un tipo de equipo de conmutación de alta tensión antiguo con manivela manual sigue en servicio.
Debido a su larga operación, este equipo es propenso a riesgos de arco eléctrico durante las operaciones de apertura y cierre. En escenarios de mantenimiento práctico, cuando la operación eléctrica falla, se requiere que el personal realice el cierre manual, exponiéndose directamente a amenazas de seguridad por los arcos. Por lo tanto, es urgente desarrollar un dispositivo de cierre remoto para reemplazar la operación manual como medida auxiliar de seguridad durante la transición de actualización del equipo.
Centrándonos en este problema, como participante del proyecto, este documento diseña un dispositivo de operación de cierre remoto analizando las características operativas de los interruptores antiguos con manivela manual para evitar riesgos de seguridad durante las operaciones manuales.
Método de Cierre Tradicional de Interruptores con Manivela Manual
En el panel de operación y la estructura de la manivela de los interruptores con manivela manual (como se muestra en la Figura 1), la varilla de rotación manual está ubicada en el lado izquierdo del panel con una sección transversal hexagonal regular. La manija de operación tiene forma de Z y se conecta a la varilla de rotación mediante una manga hexagonal regular en el extremo inferior para una conexión desmontable. Durante la operación, después de insertar la manija en la varilla de rotación, girar el extremo superior en sentido horario aproximadamente 24 vueltas completa la acción de cierre del interruptor.
Base de Cálculo de Par y Criterios de Diseño
Basándose en las características estructurales de la manija de operación, se puede derivar el requisito de par para el cierre manual del interruptor determinando la longitud del brazo de fuerza y los parámetros de tracción. Según la fórmula mecánica
A través del análisis de las características operativas, la resistencia rotacional del interruptor operado manualmente alcanza su punto máximo en el ciclo de rotación número 15. Los datos de par mínimo en este punto pueden cubrir todo el proceso de cierre. El diseño de par del dispositivo de cierre remoto debe superar este valor crítico con un margen de seguridad para acomodar las variaciones de par entre diferentes modelos de interruptores. Se presentarán datos de prueba detallados en las secciones siguientes.
Estructura Básica del Dispositivo de Cierre Remoto
Como se muestra en la Figura 2, el dispositivo consta de una varilla fija, componentes móviles, un dispositivo eléctrico y una junta de cierre. La varilla fija está diseñada para ser telescópica, con placas de soporte soldadas en ambos lados. Durante la instalación, primero se acorta la varilla y se coloca verticalmente en el gabinete, luego se extiende para que las placas de soporte se apoyen contra el gabinete para una fijación horizontal. Los componentes móviles se ajustan en la dirección vertical para alinear la junta de cierre del dispositivo eléctrico con la cabeza rotativa del interruptor de carrito. Después de la configuración, los operadores pueden retirarse a un área segura y enviar una señal en sentido horario a través del transmisor remoto para completar la operación de cierre.
Realización del Control y Operación Remota
Selección y Parámetros del Motor
Al seleccionar el módulo de motor central, se compararon motores de corriente continua sin escobillas de imán permanente y motores con escobillas. Los motores sin escobillas ofrecen ventajas significativas en durabilidad y nivel de ruido (≤55dB), pero presentan circuitos de control complejos y costos más altos (40% más que los tipos con escobillas). Dado que los requisitos de control del motor para el dispositivo no son estrictos, se eligió el motor de corriente continua con escobillas XD-3420 de imán permanente por su control simple y bajo costo. Parámetros clave:
Para permitir que el personal de mantenimiento opere desde una distancia segura, el dispositivo utiliza un interruptor de control remoto inalámbrico Qichip QA-R-010 para la gestión de energía inalámbrica. El módulo consta de un transmisor y un receptor: el receptor admite entrada DC de 3.6V a 24V, con cables rojo/negro para entradas positivas/negativas y azul/gris para salidas correspondientes (el voltaje de salida coincide con la entrada). El transmisor de dos botones ofrece tres modos de salida: momentáneo, retentivo e interbloqueo. El proyecto utiliza el modo momentáneo, donde el módulo de conmutación conduce solo mientras se presiona el botón, asegurando la desconexión instantánea al liberarlo para cumplir con los requisitos de control transitorio durante las operaciones de cierre.
Experimento de control remoto en sitio
Utilizamos un probador de tracción para medir la fuerza de tracción necesaria para el cierre manual de un interruptor de carrito con manivela manual dado de baja. Como se muestra en la Tabla 1, cuando el cierre manual llega alrededor de la vuelta número 15, la fuerza de tracción mínima necesaria para el cierre manual alcanza su valor máximo. Utilizando esta fuerza de tracción, calculamos que el par mínimo necesario para todo el proceso de cierre manual es de 1.75 N·m.
Comparamos los tiempos de operación del método tradicional de cierre manual y el dispositivo de cierre remoto. La Tabla 2 muestra que el uso del dispositivo de cierre remoto no solo evita riesgos, sino que también mejora ligeramente la eficiencia operativa en comparación con la operación puramente manual. Sin aumentar los costos de tiempo, reduce significativamente los riesgos de seguridad para los operadores.
Para abordar el riesgo de seguridad de que el personal de mantenimiento tenga que operar interruptores de carrito con manivela manual antiguos de cerca en la red de distribución actual, propusimos y desarrollamos un dispositivo auxiliar. Permite al personal de mantenimiento mantenerse a distancia del equipo de conmutación y controlar de manera remota el cierre del interruptor. Detallamos los componentes básicos de software y hardware del prototipo y su uso. Las pruebas de par muestran que este dispositivo auxiliar de cierre remoto cumple con los requisitos de par de cierre de los interruptores de carrito con manivela manual. En comparación con el método de operación tradicional, el tiempo de operación es similar. Evita los riesgos de que el personal de mantenimiento opere estos interruptores de cerca sin aumentar los costos de tiempo, y el dispositivo tiene un buen valor de aplicación ingenieril.
