עיצוב של מכשיר סגירה מרוחק עבור מפסק חשמל גבוה תחת לחץ ריק בתא פנימי

הטיפוח והטמיעה של קווי רשת חשמל עירונית הפכו לטרנד בלתי הפיך בבניית רשתות התפוצה. ציוד המפסקים בעומס גבוה, כציוד הליבה של מערכת התפוצה, הפך לעצם העיקרי של תפעול ותחזוקה יומיומית עבור אנשי התחזוקה. במהלך תהליך החלפת הציוד, ההחלפה והתקנת הציוד החדש דורשים זמן רב, וסוג מסוים של מפסקים בעומס גבוה ביד ישן עדיין בשימוש.

בשל פעילות ממושכת, מפסקים כאלה נוטים לסיכונים של פיצוץ במהלך פעולות פתיחה וסגירה. בסצנריות תחזוקה מעשיות, כאשר הפעולה החשמלית נכשלת, נדרשת סגירה ידנית על ידי אנשי צוות, מה שחשוף אותם לסיכונים בטיחותיים ישירים מהפיצוץ. לכן, לפיתוח מכשיר סגירה מרחוק כדי להחליף פעולה ידנית כאמצעי בטיחות עזר במהלך המעבר בהחלפת הציוד ישנה חשיבות דחופה.

בהתייחס לשאלה זו, כמשתתף פרויקט, מאמר זה מתכנן מכשיר פעולה מרחוק לסגירת מפסקים באמצעות ניתוח מאפייני הפעולה של מפסקים ישנים ביד כדי להימנע מסיכונים בטיחותיים במהלך פעולות ידניות.

שיטת הסגירה המסורתית של מפסקים ביד

בלוח הפעולה ובמבנה הציר של מפסקים ביד (כמתואר בתמונה 1), הציר הסיבובי לסגירה ידנית נמצא בצד שמאל של הלוח עם חתך משושה סדיר. יד הפעולה היא בצורת ז', מחוברת לציר הסיבוב באמצעות גליל משושה סדיר בקצה התחתון לקישור פלוגי. במהלך הפעולה, לאחר הכנסת היד לתוך הציר, סיבוב הקצה העליון שעון חכם בערך 24 סיבובים משלים את פעולה הסגירה של המפסק.

בסיס חישוב המומנט קריטריונים לעיצוב

מבוסס על מאפייני המבנה של יד הפעולה המקושרת, ניתן להסיק את דרישת המומנט לסגירה ידנית של המפסק על ידי קביעת אורך זרוע הכוח ופרמטרי הגרירה. לפי הנוסחה המכנית 

• L→ הוא וקטור המרחק מציר הסיבוב של יד הפעולה עד נקודת הפעלת הכוח, עם ערך ממוצע מדוד של 14 ס"מ;

• F→min הוא וקטור הכוח המינימלי הנדרש כדי לדרבן את הציר הסיבובי;

• M→min הוא המומנט המינימלי הנדרש כדי להתחיל את הסיבוב של הציר.

בניתוח מאפייני הפעולה, ההתנגדות הסיבובית של המפסק הפעולה הידנית מגיעה לשיא שלה במחזור הסיבוב ה-15. נתוני המומנט המינימלי בנקודה זו יכולים לכסות את כל תהליך הסגירה. עיצוב המומנט של מכשיר הסגירה מרחוק חייב לעבור את ערך זה עם שולי בטיחות כדי להתאים לשינויים במומנט בין מודלים שונים של מפסקים. נתוני מבחן מפורטים יוצגו בפרקים הבאים.

מבנה בסיסי של מכשיר הסגירה מרחוק

כמתואר בתמונה 2, המכשיר מורכב מציר קבוע, מרכיבים נעים, מכשיר חשמלי וקופסה לסגירה. הציר הקבוע תוכנן להיות מתיחה, עם לוחות תמיכה מ捍接上文，以下是翻译结果的继续：

כמתואר בתמונה 2, המכשיר מורכב מציר קבוע, מרכיבים נעים, מכשיר חשמלי וקופסה לסגירה. הציר הקבוע תוכנן להיות מתיחה, עם לוחות תמיכה מחוברים משני הצדדים. במהלך התקנה, הציר מתקצר קודם ונכניס אנכית לתוך המדף, ואז מתרחב כך שהלוחות לתמיכה תומכים במכבסה לתיקוף אופקי. המרכיבים הנעים מתואמים בכוון האנכי כדי למזער את קופסת הסגירה של המכשיר החשמלי עם ראש הסיבוב של המפסק הנייד. לאחר התצורה, המפעילים יכולים לסגת לאזור בטוח ולשלוח אות השעון החכם דרך המשדר הרחוק כדי לסיים את פעולה הסגירה.

המימוש של בקרה מרחוק ופעולה
בחירת מנוע ופרמטרים

בבחירת המודול המנוע המרכזי, השווינו בין מנועים חשמליים ללא מברשות ומנועים עם מברשות. מנועים ללא מברשות מציעים יתרונות משמעותיים בתקופת חיים וברמת רעש (≤55dB), אך הם כוללים מעגלים שליטה מורכבים ומחיר גבוה יותר (40% מעל למברשות). בהתחשב בדרישות פחות מכריעות של המכשיר לשליטה במנוע, נבחר מנוע XD-3420 חשמלי עם מברשות בשל השליטה הפשוטה והמחיר הנמוך. פרמטרים עיקריים:

• מתח נומינלי: 12V; זרם נומינלי: 2.42A;

• עוצמה נומינלית: 30W; מומנט נומינלי מחושב: 11.9N·m (1.19kgf·cm), המקיים את דרישות הפעולה.

כדי לאפשר לצוותי תחזוקה לפעול ממרחק בטוח, המכשיר משתמש במשדר רוחבי Qichip QA-R-010 לחשמל אלחוטי. המודול כולל משדר ומקבל: המקבל תומך בקלט DC מ-3.6V עד 24V, עם חוטים אדומים/שחורים לכניסה חיובית/שלילית וחוטים כחולים/אפורים ליציאות מתאימות (מתח היציאה מתאים למתח הכניסה). המשדר הדו-לחצני מציע שלושה מצבים יציאה: רגע, עמידה, ומיתאר. הפרוייקט משתמש במצב הרגע, שבו המודול של הלחצן מוביל רק בזמן שנלחץ, מבטיח ניתוק מיידי עם שחרור כדי לעמוד בדרישות של שליטה קצרת טווח במהלך פעולת הסגירה.

ניסוי בקרה מרחוק באתר

השתמשנו במכשיר מדידת גרירה למדוד את כוח הגרירה הנדרש לסגירה ידנית של מפסק נייד ביד שהוצא משירות. כפי שמוצג בטבלה 1, כאשר הסגירה ביד מגיעה לכ-15 סיבובים, כוח הגרירה המינימלי הנדרש לסגירה ביד מגיע לערך מקסימלי. באמצעות כוח הגרירה הזה, חישבנו שהמומנט המינימלי הנדרש לכל תהליך הסגירה ביד הוא 1.75 N·m.

השוונו את זמני הפעולה של שיטת הסגירה הידנית המסורתית ומכשיר הסגירה מרחוק. בטבלה 2 מוצג כי שימוש במכשיר הסגירה מרחוק לא רק מונע סיכונים אלא גם משפר מעט את יעילות הפעולה בהשוואה לפעולה ידנית טהורה. מבלי להוסיף עלויות זמן, הוא מפחית באופן משמעותי את הסיכונים הבטיחותיים של המפעילים.

כדי להתמודד עם הסיכון הבטיחותי של צוותי תחזוקה שצריכים להפעיל מפסקים ישנים ביד בקרבת מקום ברשת התפוצה הנוכחית, הציגנו ופיתחנו מכשיר עזר. הוא מאפשר לצוותי תחזוקה לשמור מרחק מהמפסק ולהפעיל אותו מרחוק. אישרנו את המרכיבים הבסיסיים של התוכנה והחומרה של הפרוטוטיפ ואופן השימוש בו. מבחני מומנט מראים שהמכשיר העזר לסגירה מרחוק עומד בדרישות המומנט לסגירת מפסקים ביד. בהשוואה לשיטת הפעולה המסורתית, זמן הפעולה דומה. הוא מונע את הסיכונים של מפעילים עוברים קרוב למפסקים כאלה מבלי להוסיף עלויות זמן, והמכשיר בעל ערך יישומי הנדסי טוב.