طراحی دستگاه بستن دوردست برای قطع کننده خلاء پر فشار داخل ساختمان با وسیله نقلیه دستی

کابل‌کشی و زیرزمینی کردن خطوط شبکه برق شهری به روند غیرقابل برگشتی در ساخت شبکه توزیع تبدیل شده است. دستگاه‌های قطع و جریان‌رسانی ولتاژ بالا، به عنوان تجهیزات اصلی سیستم توزیع، به اصلی‌ترین مورد عملیات روزمره و نگهداری توسط پرسنل نگهداری تبدیل شده‌اند. در طول فرآیند تجدید تجهیزات، جایگزینی کامل و راه‌اندازی تجهیزات جدید دوره‌ای طولانی دارد و نوعی از دستگاه‌های قطع و جریان‌رسانی ولتاژ بالا با دست‌باز هنوز در خدمت هستند.

به دلیل عملکرد بلندمدت، این دستگاه‌ها در حین عملیات باز و بسته شدن مشمول خطر القای قوس الکتریکی هستند. در سناریوهای نگهداری واقعی، وقتی عملیات الکتریکی شکست می‌خورد، نیاز به بسته شدن دستی توسط پرسنل وجود دارد که آن‌ها را مستقیماً به تهدیدات ایمنی ناشی از القای قوس الکتریکی مواجه می‌کند. بنابراین، توسعه یک دستگاه بسته شدن دوردست برای جایگزینی عملیات دستی به عنوان یک اقدام ایمنی کمکی در طول انتقال به روزرسانی تجهیزات ضروری است.

با تمرکز بر این موضوع، به عنوان یک شرکت‌کننده در پروژه، این مقاله یک دستگاه عملیات بسته شدن دوردست را طراحی می‌کند با تحلیل ویژگی‌های عملیاتی دستگاه‌های قطع و جریان‌رسانی دست‌باز قدیمی برای جلوگیری از خطرات ایمنی در عملیات دستی.

روش بسته شدن سنتی دستگاه‌های قطع و جریان‌رسانی دست‌باز

در صفحه کنترل و ساختار دستگاه‌های قطع و جریان‌رسانی دست‌باز (همان‌طور که در شکل ۱ نشان داده شده)، میله چرخشی دستی بر روی سمت چپ صفحه با مقطع مربعی منظم قرار دارد. دسته عملیاتی شکل Z دارد و از طریق یک بدنه شش‌ضلعی منظم در پایین به میله چرخشی متصل می‌شود. در حین عملیات، پس از وارد کردن دسته به میله چرخشی، چرخاندن سر بالایی آن به صورت ساعتگرد حدود ۲۴ دور، عملیات بسته شدن دستگاه را تکمیل می‌کند.

پایه محاسبه گشتاور و معیارهای طراحی

براساس ویژگی‌های ساختاری دسته عملیاتی، نیاز گشتاور برای بسته شدن دستی دستگاه قطع و جریان‌رسانی می‌تواند با تعیین طول بازوی نیرو و پارامترهای کششی مشتق شود. بر اساس فرمول مکانیکی

• L→ فاصله برداری از محور چرخش دسته عملیاتی تا نقطه اعمال نیرو، با مقدار میانگین اندازه‌گیری شده ۱۴ سانتی‌متر؛

• F→min کمترین بردار نیروی مورد نیاز برای حرکت میله چرخشی؛

• M→min کمترین گشتاور مورد نیاز برای شروع چرخش میله.

از طریق تحلیل ویژگی‌های عملیاتی، مقاومت چرخشی دستگاه قطع و جریان‌رسانی دستی در دور چرخش ۱۵ام به حداکثر می‌رسد. داده‌های گشتاور کمینه در این نقطه می‌تواند کل فرآیند بسته شدن را پوشش دهد. طراحی گشتاور دستگاه بسته شدن دوردست باید از این مقدار بحرانی با یک حاشیه ایمنی فراتر رود تا تغییرات گشتاور بین مدل‌های مختلف دستگاه‌های قطع و جریان‌رسانی را پوشش دهد. داده‌های آزمایشی دقیق در بخش‌های بعدی ارائه خواهد شد.

ساختار اساسی دستگاه بسته شدن دوردست

همان‌طور که در شکل ۲ نشان داده شده، دستگاه شامل میله ثابت، قطعات متحرک، دستگاه الکتریکی و اتصال بسته شدن است. میله ثابت طراحی شده‌است تا قابل تنظیم باشد، با صفحات پشتیبانی لحیم شده در دو طرف. در حین نصب، میله ابتدا کوتاه شده و عموداً به داخل کابین قرار داده می‌شود، سپس بسط داده می‌شود تا صفحات پشتیبانی بر کابین تکیه کرده و آن را به صورت افقی ثابت کنند. قطعات متحرک در جهت عمودی تنظیم می‌شوند تا اتصال بسته شدن دستگاه الکتریکی با سر چرخش دستگاه قطع و جریان‌رسانی دستی همسو شود. پس از تنظیم، اپراتورها می‌توانند به منطقه ایمن عقب‌نشینی کرده و از طریق فرستنده دوردست سیگنال ساعتگرد برای تکمیل عملیات بسته شدن ارسال کنند.

اجرای کنترل و عملیات دوردست
انتخاب و پارامترهای موتور

در انتخاب ماژول موتور اصلی، موتورهای DC بدونブラシとブラシ付きの永久磁石DCモーターを比較しました。ブラシレスモーターは寿命と騒音レベル（≤55dB）で大きな利点がありますが、制御回路が複雑でコストが高い（ブラシ付きタイプより40%高くなります）。デバイスのモータ制御に対する要求が厳しくないことを考慮し、シンプルな制御と低コストのXD-3420永久磁石DCブラシ付きモーターを選択しました。主なパラメータ：

• نامزد شده ولتاژ: ۱۲V؛ نامزد شده جریان: ۲.۴۲A؛

• نامزد شده توان: ۳۰W؛ محاسبه شده نامزد شده گشتاور: ۱۱.۹N·m (۱.۱۹kgf·cm)، که نیازهای عملیاتی را برآورده می‌کند.

 برای اجازه دادن به پرسنل نگهداری برای عملیات از فاصله ایمن، دستگاه از یک کلید کنترل دوردست Qichip QA-R-010 برای مدیریت توان بی‌سیم استفاده می‌کند. ماژول شامل یک فرستنده و یک گیرنده است: گیرنده ورودی DC از ۳.۶V تا ۲۴V را پشتیبانی می‌کند، با سیم‌های قرمز/سیاه برای ورودی مثبت/منفی و سیم‌های آبی/خاکستری برای خروجی متناظر (ولتاژ خروجی با ولتاژ ورودی مطابقت دارد). دو دکمه فرستنده سه حالت خروجی را ارائه می‌دهد: موقت، حفظ وضعیت و متقابل. پروژه از حالت موقت استفاده می‌کند، که در آن ماژول کلید فقط در حالی که دکمه فشرده شده است، رسانا می‌شود و با رها کردن فوراً قطع می‌شود تا نیازهای کنترل موقت در طول عملیات بسته شدن را برآورده کند.

آزمایش کنترل دوردست محلی

ما از یک دستگاه تست کشش برای اندازه‌گیری نیروی کششی مورد نیاز برای بسته شدن دستی یک دستگاه قطع و جریان‌رسانی دست‌باز خارج از خدمت استفاده کردیم. همان‌طور که در جدول ۱ نشان داده شده، وقتی بسته شدن دستی به حدود ۱۵ دور می‌رسد، کمترین نیروی کششی مورد نیاز برای بسته شدن دستی به حداکثر مقدار خود می‌رسد. با استفاده از این نیروی کششی، محاسبه کردیم که کمترین گشتاور مورد نیاز برای کل فرآیند بسته شدن دستی ۱.۷۵ N·m است.

ما زمان عملیات روش بسته شدن دستی سنتی و دستگاه بسته شدن دوردست را مقایسه کردیم. جدول ۲ نشان می‌دهد که استفاده از دستگاه بسته شدن دوردست نه تنها خطرات را اجتناب می‌کند بلکه کمی به بهبود کارایی عملیاتی نسبت به عملیات دستی خالص کمک می‌کند. بدون افزایش هزینه‌های زمانی، به طور قابل توجهی خطرات ایمنی اپراتورها را کاهش می‌دهد.

برای رسیدگی به خطر ایمنی پرسنل نگهداری که نیاز دارند تا به صورت نزدیک با دستگاه‌های قطع و جریان‌رسانی دست‌باز قدیمی در شبکه توزیع فعلی عملیات انجام دهند، ما یک دستگاه کمکی پیشنهاد و توسعه دادیم. این دستگاه به پرسنل نگهداری اجازه می‌دهد تا از دستگاه قطع و جریان‌رسانی فاصله بگیرند و بسته شدن دستگاه را به صورت دوردست کنترل کنند. ما اجزای نرم‌افزاری و سخت‌افزاری اصلی پروتاتیپ و نحوه استفاده از آن را به طور دقیق توضیح دادیم. آزمایش‌های گشتاور نشان می‌دهد که این دستگاه کمکی بسته شدن دوردست نیازهای گشتاور بسته شدن دستگاه‌های قطع و جریان‌رسانی دست‌باز را برآورده می‌کند. در مقایسه با روش عملیاتی سنتی، زمان عملیات مشابه است. این دستگاه خطرات عملیات نزدیک با دستگاه‌های قطع و جریان‌رسانی دست‌باز را بدون افزایش هزینه‌های زمانی اجتناب می‌کند و دارای ارزش کاربردی مهندسی خوبی است.