Conception d'un dispositif de fermeture à distance pour disjoncteur à vide haute tension sur chariot intérieur
La câblage et l'enterrage des lignes de réseau électrique urbain sont devenus une tendance irréversible dans la construction des réseaux de distribution. Les interrupteurs haute tension, en tant qu'équipements centraux du système de distribution, sont devenus l'objet principal des opérations quotidiennes et de la maintenance pour le personnel de maintenance. Au cours du processus d'itération de l'équipement, le remplacement complet et la mise en service de nouveaux équipements prennent un long cycle, et un type d'interrupteur haute tension manuel à manivelle est toujours en service.
En raison de son fonctionnement à long terme, cet interrupteur est susceptible de présenter des risques d'arc électrique lors des opérations d'ouverture et de fermeture. Dans les scénarios de maintenance pratiques, lorsque l'opération électrique échoue, une fermeture manuelle par le personnel est requise, les exposant directement aux menaces de sécurité liées aux arcs électriques. Par conséquent, il est urgent de développer un dispositif de fermeture à distance pour remplacer l'opération manuelle en tant que mesure de sécurité auxiliaire pendant la transition de mise à jour de l'équipement.
En se concentrant sur cette question, en tant que participant au projet, ce document conçoit un dispositif d'opération de fermeture à distance en analysant les caractéristiques opérationnelles des anciens disjoncteurs manuels à manivelle pour éviter les risques de sécurité lors des opérations manuelles.
Méthode de Fermeture Traditionnelle des Disjoncteurs Manuels à Manivelle
Dans le panneau de commande et la structure de manivelle des disjoncteurs manuels (comme illustré dans la Figure 1), la tige de rotation manuelle est située sur le côté gauche du panneau avec une section transversale hexagonale régulière. La poignée de commande est en forme de Z, connectée à la tige de rotation via une douille hexagonale régulière à l'extrémité inférieure pour une connexion amovible. Lors de l'opération, après avoir inséré la poignée dans la tige de rotation, tourner l'extrémité supérieure dans le sens horaire environ 24 tours complète l'action de fermeture du disjoncteur.
Base de Calcul du Couple et Critères de Conception
Sur la base des caractéristiques structurelles de la poignée de commande, le couple nécessaire pour la fermeture manuelle du disjoncteur peut être dérivé en déterminant la longueur du bras de levier et les paramètres de force de traction. Selon la formule mécanique
Par l'analyse des caractéristiques opérationnelles, la résistance rotative du disjoncteur manuellement opéré atteint son pic au 15ème cycle de rotation. Les données de couple minimum à ce stade peuvent couvrir l'ensemble du processus de fermeture. La conception du couple du dispositif de fermeture à distance doit dépasser cette valeur critique avec une marge de sécurité pour s'adapter aux variations de couple entre différents modèles de disjoncteurs. Des données de test détaillées seront présentées dans les sections suivantes.
Structure de Base du Dispositif de Fermeture à Distance
Comme indiqué dans la Figure 2, le dispositif est composé d'une tige fixe, de composants mobiles, d'un dispositif électrique et d'un joint de fermeture. La tige fixe est conçue pour être télescopique, avec des plaques de support soudées sur les deux côtés. Lors de l'installation, la tige est d'abord raccourcie et placée verticalement dans le boîtier, puis étendue pour que les plaques de support soutiennent le boîtier pour une fixation horizontale. Les composants mobiles sont ajustés dans le sens vertical pour aligner le joint de fermeture du dispositif électrique avec la tête de rotation du disjoncteur à chariot. Après la configuration, les opérateurs peuvent se retirer dans une zone sûre et envoyer un signal horaire via l'émetteur à distance pour compléter l'opération de fermeture.
Réalisation de la Commande et de l'Opération à Distance
Sélection et Paramètres du Moteur
Dans la sélection du module de moteur central, les moteurs DC sans balais à aimants permanents et les moteurs à balais ont été comparés. Les moteurs sans balais offrent des avantages significatifs en termes de durée de vie et de niveau de bruit (≤55dB), mais comportent des circuits de commande complexes et un coût plus élevé (40% de plus que les types à balais). Étant donné que le dispositif n'a pas de exigences strictes pour la commande du moteur, le moteur DC à aimants permanents et à balais XD-3420 a été choisi pour sa simplicité de commande et son faible coût. Paramètres clés :
Pour permettre au personnel de maintenance de fonctionner à distance, le dispositif utilise un commutateur de contrôle à distance sans fil Qichip QA-R-010 pour la gestion de l'alimentation sans fil. Le module se compose d'un émetteur et d'un récepteur : le récepteur prend en charge une entrée DC de 3,6V à 24V, avec des fils rouges/noirs pour les entrées positives/négatives et des fils bleus/gris pour les sorties correspondantes (la tension de sortie correspond à l'entrée). L'émetteur à deux boutons offre trois modes de sortie : momentané, bloquant et verrouillé. Le projet utilise le mode momentané, où le module de commutation ne conduit que pendant que le bouton est enfoncé, assurant une déconnexion instantanée à la libération, répondant aux besoins de contrôle transitoire lors des opérations de fermeture.
Expérience de contrôle à distance sur site
Nous avons utilisé un tensiomètre pour mesurer la force de traction requise pour la fermeture manuelle d'un disjoncteur à manivelle désaffecté. Comme indiqué dans le Tableau 1, lorsque la fermeture manuelle atteint environ le 15ème tour, la force de traction minimale nécessaire pour la fermeture manuelle atteint sa valeur maximale. En utilisant cette force de traction, nous avons calculé que le couple minimum requis pour l'ensemble du processus de fermeture manuelle est de 1,75 N·m.
Nous avons comparé les temps d'opération de la méthode de fermeture manuelle traditionnelle et du dispositif de fermeture à distance. Le Tableau 2 montre que l'utilisation du dispositif de fermeture à distance non seulement évite les risques, mais améliore également légèrement l'efficacité opérationnelle par rapport à l'opération purement manuelle. Sans augmenter les coûts de temps, il réduit considérablement les risques de sécurité pour les opérateurs.
Pour répondre au risque de sécurité du personnel de maintenance devant opérer des disjoncteurs manuels à manivelle obsolètes de près dans le réseau de distribution actuel, nous avons proposé et développé un dispositif auxiliaire. Il permet au personnel de maintenance de rester à distance du disjoncteur et de contrôler la fermeture du disjoncteur à distance. Nous avons détaillé les composants logiciels et matériels de base du prototype et son utilisation. Les tests de couple montrent que ce dispositif auxiliaire de fermeture à distance répond aux exigences de couple de fermeture des disjoncteurs manuels à manivelle. Comparé à la méthode d'opération traditionnelle, le temps d'opération est similaire. Il évite les risques pour le personnel de maintenance de manipuler de tels disjoncteurs de près sans augmenter les coûts de temps, et le dispositif a une bonne valeur d'application en ingénierie.
