Etäohjauslaitteen suunnittelu sisäiseen kärryvaihtolevyn käyttöön tarkoitettuun korkeajännitepäällystettyyn tyhjiölleikkaimeen

Kaupunkien sähköverkkojen kaapelointi ja maanalainen asentaminen ovat tulleet käänteenvaihdoksiin johdistamisen rakenneuudistuksen väistämättömäksi trendiksi. Korkeanpaineinen kytkentälaite, joka on jakeluverkon ydinlaitteisto, on tullut huoltohenkilöstön päivittäisen operaation ja ylläpidon pääkohteeksi. Laitteiston uudistumisprosessissa uusien laitteiden kokonaisvaltainen korvaaminen ja käyttöönotto vie pitkän ajan, ja vanhaa käsin pyöräytettävää korkeanpaineista kytkentälaitetta on edelleen käytössä.

Pitkäaikaiseen käyttöön liittyen tällaiset kytkentälaitteet altistuvat arkuun riskiin avausten ja sulkemisten aikana. Käytännössä huollon tilanteissa, kun sähköinen operaatio epäonnistuu, henkilökunnan on suoritettava manuaalinen sulkeminen, mikä altistaa heidät suoraan arkujen aiheuttamaan vaaraan. Siksi on kiireellistä kehittää etäyhteydessä toimiva sulkemislaitteisto, joka korvaa manuaalisen operaation varotoimena laitteiston päivitysvalmistelujen aikana.

Tämän ongelman parissa projektin osallistujana tämä artikkeli suunnittelee etäyhteydessä toimivan sulkemislaitteiston analysoimalla vanhojen käsin pyöräytettävien katkaisijoiden toiminnallisia ominaisuuksia välttääkseen turvallisuusriskit manuaalisten operaatioiden aikana.

Perinteinen käsin pyöräytettävien katkaisijoiden sulkemismenetelmä

Käsin pyöräytettävissä katkaisijoissa (kuten kuvassa 1) manuaalinen sulkemispyörä on sijainnut paneelin vasemmalla puolella säännöllisen kuusikulmion muotoinen. Toimintakahva on Z-muotoinen ja se on yhdistetty pyörään alareunassa säännöllisen kuusikulmion muotoisen piipun kautta liittymispisteeseen. Operaation aikana kahva liitetään pyörään, ja yläpään kierrettäminen myötäpäivään noin 24 kertaa suorittaa katkaisijan sulkemistoimenpiteen.

Momenttiarvon laskennan perusteet ja suunnitteluperiaatteet

Linkitystoimintakahvan rakenteellisten ominaisuuksien perusteella katkaisijan manuaaliseen sulkemiseen tarvittava momentti voidaan johtaa määrittämällä voiman levyn pituus ja vetovoiman parametrit. Mekaanisen kaavan mukaan

• L→ on etäisyysvektori toimintakahvan kiertopisteen ja voiman soveltamispisteen välillä, keskimääräinen mitattu arvo on 14 cm;

• F→min on vähimmäisvektorivoima, joka tarvitaan pyörän ajamiseen;

• M→min on vähimmäismomentti, joka tarvitaan pyörän kiertoon aloittamiseksi.

Toiminnallisten ominaisuuksien analyysin perusteella manuaalisesti toimittavalle katkaisijalle kiertoresistenssi saavuttaa huipun 15. kierroksen aikana. Tämänhetkinen vähimmäismomentti kattaa koko sulkemisprosessin. Etäyhteydessä toimivan sulkemislaitteiston momenttisuunnittelun on oltava yli tämän kriittisen arvon turvamarginaalilla eri katkaisijamallien momenttivariaatioiden huomioon ottamiseksi. Yksityiskohtaiset testidata esitetään jatkossa.

Etäyhteydessä toimivan sulkemislaitteiston perusrakenne

Kuvassa 2 näkyvä laite koostuu kiinteästä tukesta, liikkuvista komponenteista, sähköisestä laitteesta ja sulkemiskytkentästä. Kiinteä tuke on suunniteltu venyttäväksi, sen molemmilla puolilla on tukilevyjä. Asennuksessa tuke lyhennetään ja se asetetaan pystyyn kabinetin sisään, sitten sitä venytetään, jotta tukilevyt tukisivat kabinetin horisontaalisesti. Liikkuvia komponentteja säädellään pystysuunnassa, jotta sähköisen laitteen sulkemiskytkentä vastaa käsin pyöräytettävän katkaisijan kiertopäättä. Konfiguroinnin jälkeen operaattorit voivat vetäytyä turva-alueelle ja lähettää myötäpäiväisen signaalin etätransmitterin kautta suorittaakseen sulkemistoimenpiteen.

Etähallinnan ja -toiminnan toteuttaminen
Moottorin valinta ja parametrit

Ytimen moottorimodulin valinnassa vertailtiin sähköisiä magneettisiä DC-hapsettomia moottoreita ja hapsettuja moottoreita. Hapsettomat moottorit tarjoavat merkittäviä etuja käyttöikässä ja äänitasossa (≤55dB), mutta niillä on monimutkaiset ohjauskirjaimet ja ne ovat kalliimpia (40% enemmän kuin hapsetut). Koska laitteella ei ole tiukoja vaatimuksia moottorin ohjaamiseen, valittiin XD-3420 sähköinen magneettinen DC-hapsettu moottori sen yksinkertaiseen ohjaamiseen ja alhaiseen hintaan. Avainsisältävät parametrit:

• Nominale jännite: 12V; Nominale virta: 2.42A;

• Nominale teho: 30W; Laskettu nominale momentti: 11.9Nm (1.19kgf·cm), täyttää toiminnalliset vaatimukset.

Huoltohenkilöstön pystyäkseen toimimaan turvalliselta etäisyydeltä laitteessa käytetään Qichip QA-R-010 langaton etäohjauskytkentä sähköisen voiman hallinnassa. Moduuli koostuu lähetintä ja vastaanottimesta: vastaanottimen tuki ulospanoksille on 3.6V-24V, punainen/musta johto positiiviselle/negatiiviselle syötteelle ja sininen/harmaa johto vastaavalle ulospanokselle (ulospanoksen jännite vastaa syöttöä). Kaksipainike lähetin tarjoaa kolme ulospanosmallia: hetkellinen, lukitseva ja yhtenäinen. Projekti hyödyntää hetkellistä mallia, jossa kytkentämooduli johtaa vain painikkeen painamisen aikana, mikä takaa välittömän katkaisun vapauttamisen yhteydessä täyttääksesi sulkemistoiminnon aikaisen tilapäisen ohjausvaatimuksen.

Paikan päällä suoritettu etäohjaustesti

Käytimme vedonmittaria mittaamaan käsin pyöräytettävän poistetun käsin pyöräytettävän katkaisijan sulkemiseen tarvittavaa vetovoimaa. Kuten taulukossa 1 näkyy, kun käsin pyöräytettävä sulkeminen saavuttaa noin 15. kierroksen, käsin pyöräytettävän sulkemisen vähimmäisvetovoima saavuttaa suurimman arvonsa. Tämän vetovoiman avulla laskimme, että koko käsin pyöräytettävän sulkemisprosessiin tarvittava vähimmäismomentti on 1.75Nm.

Vertasimme perinteisen manuaalisen sulkemismenetelmän ja etäyhteydessä toimivan sulkemislaitteiston toiminta-aikoja. Taulukossa 2 nähdään, että etäyhteydessä toimivan sulkemislaitteiston käyttö ei ainoastaan välttää riskejä, vaan se myös hieman parantaa toiminnan tehokkuutta puhtaasti manuaaliseen toimintaan verrattuna. Aikakustannusten lisäämistä ilman lisäämättä se merkittävästi vähentää operaattoreiden turvallisuusriskejä.

Nykyisessä jakeluverkossa huoltohenkilöstön tarpeessa toimia vanhojen käsin pyöräytettävien katkaisijoiden kanssa läheltä, ehdotimme ja kehitimme apulaitteiston. Se mahdollistaa huoltohenkilöstön pysyvän etäällä katkaisijalta ja ohjaa katkaisijan sulkemista etäyhteydellä. Käsitelimme prototyypin perusohjelmistojen ja laitteistojen sekä sen käyttötapauksia. Momenttitestit osoittavat, että tämä etäyhteydessä toimiva sulkemisaapulaitteisto täyttää käsin pyöräytettävien katkaisijoiden sulkemismomenttivaatimukset. Perinteisen operaatiomenetelmän verrattuna toiminta-aika on samankaltainen. Se välttää huoltohenkilöstön riskejä toimia tällaisilla katkaisijoilla läheltä ilman aikakustannusten lisäämistä, ja laite on hyvä insinöörityöllinen sovellusarvo.