Progettazione del dispositivo di chiusura remota per interruttore a vuoto ad alta tensione a carrello per interni
La cablatura e la sotterraneizzazione delle linee elettriche urbane sono diventate una tendenza irreversibile nella costruzione delle reti di distribuzione. L'apparecchiatura di commutazione ad alta tensione, come equipaggiamento centrale del sistema di distribuzione, è divenuta l'oggetto principale delle operazioni quotidiane e della manutenzione per il personale addetto. Durante il processo di iterazione dell'equipaggiamento, la sostituzione integrale e la messa in servizio di nuovi dispositivi richiedono un lungo ciclo, e un tipo di apparecchiatura di commutazione ad alta tensione a manovella manuale è ancora in servizio.
A causa di un lungo periodo di funzionamento, tale apparecchiatura è soggetta a rischi di arco durante le operazioni di apertura e chiusura. Nei contesti pratici di manutenzione, quando l'operazione elettrica fallisce, è necessario un chiusura manuale da parte del personale, esponendoli direttamente a minacce alla sicurezza dovute all'arco. Pertanto, lo sviluppo di un dispositivo di chiusura remota per sostituire l'operazione manuale come misura di sicurezza ausiliaria durante la transizione dell'aggiornamento dell'equipaggiamento è urgente.
Concentrandosi su questo problema, come partecipante al progetto, questo articolo progetta un dispositivo di operazione di chiusura remota analizzando le caratteristiche operative dei vecchi interruttori a manovella manuale per evitare i rischi di sicurezza durante le operazioni manuali.
Metodo Tradizionale di Chiusura degli Interruttori a Manovella Manuale
Nel pannello di controllo e nella struttura della manovella degli interruttori a manovella (come mostrato in Figura 1), la barra rotante per la chiusura manuale si trova sul lato sinistro del pannello con sezione trasversale esagonale regolare. Il manico di comando ha forma a Z, collegato alla barra rotante tramite una guaina esagonale regolare all'estremità inferiore per connessione staccabile. Durante l'operazione, dopo aver inserito il manico nella barra rotante, girando l'estremità superiore in senso orario per circa 24 giri si completa l'azione di chiusura dell'interruttore.
Base di Calcolo del Momento Torcente e Criteri di Progettazione
In base alle caratteristiche strutturali del manico di comando a collegamento, il requisito di momento torcente per la chiusura manuale dell'interruttore può essere derivato determinando la lunghezza del braccio di forza e i parametri di trazione. Secondo la formula meccanica
Attraverso l'analisi delle caratteristiche operative, la resistenza rotazionale dell'interruttore a manovella manuale raggiunge il suo picco al 15° ciclo di rotazione. I dati del momento torcente minimo in questo punto possono coprire l'intero processo di chiusura. La progettazione del momento torcente del dispositivo di chiusura remota deve superare questo valore critico con un margine di sicurezza per adattarsi alle variazioni del momento torcente tra diversi modelli di interruttore. I dati di test dettagliati saranno presentati nelle sezioni successive.
Struttura di Base del Dispositivo di Chiusura Remota
Come mostrato in Figura 2, il dispositivo è composto da una barra fissa, componenti mobili, dispositivo elettrico e giunto di chiusura. La barra fissa è progettata per essere telescopica, con piastre di supporto saldate su entrambi i lati. Durante l'installazione, la barra viene prima accorciata e posizionata verticalmente all'interno dell'armadio, poi estesa per far appoggiare le piastre di supporto contro l'armadio per la fissazione orizzontale. I componenti mobili vengono regolati verticalmente per allineare il giunto di chiusura del dispositivo elettrico con la testa rotante dell'interruttore a carrello. Dopo la configurazione, gli operatori possono ritirarsi in un'area sicura e inviare un segnale orario tramite il trasmettitore remoto per completare l'operazione di chiusura.
Realizzazione del Controllo e dell'Operazione Remota
Selezione e Parametri del Motore
Nella selezione del modulo motore centrale, sono stati confrontati motori a corrente continua senza spazzole e con spazzole. I motori senza spazzole offrono notevoli vantaggi in termini di durata e livello di rumore (≤55dB), ma presentano circuiti di controllo complessi e costi più elevati (40% in più rispetto ai tipi con spazzole). Considerati i requisiti non stringenti del dispositivo per il controllo del motore, è stato scelto il motore a corrente continua con spazzole XD-3420 per la sua semplicità di controllo e basso costo. Parametri chiave:
Per consentire al personale di manutenzione di operare da una distanza sicura, il dispositivo utilizza un interruttore telecomandato wireless Qichip QA-R-010 per la gestione dell'alimentazione wireless. Il modulo è composto da un trasmettitore e un ricevitore: il ricevitore supporta l'ingresso DC da 3.6V a 24V, con fili rossi/neri per gli ingressi positivi/negativi e fili blu/grigi per le uscite corrispondenti (la tensione di uscita corrisponde all'ingresso). Il trasmettitore a due pulsanti offre tre modalità di uscita: temporanea, bloccante e interbloccante. Il progetto utilizza la modalità temporanea, in cui il modulo dell'interruttore condotta solo mentre il pulsante è premuto, assicurando la disconnessione istantanea al rilascio per soddisfare i requisiti del controllo transitorio durante le operazioni di chiusura.
Esperimento di controllo remoto sul campo
Abbiamo utilizzato un tester di trazione per misurare la forza di trazione richiesta per la chiusura manuale di un interruttore a carrello a manovella fuori uso. Come mostrato nella Tabella 1, quando la chiusura a manovella raggiunge circa il 15° giro, la forza di trazione minima necessaria per la chiusura a manovella raggiunge il suo valore massimo. Utilizzando questa forza di trazione, abbiamo calcolato che il momento torcente minimo richiesto per l'intero processo di chiusura a manovella è di 1.75 N·m.
Abbiamo confrontato i tempi di operazione del metodo tradizionale di chiusura manuale e del dispositivo di chiusura remota. La Tabella 2 mostra che l'uso del dispositivo di chiusura remota non solo evita i rischi, ma migliora leggermente l'efficienza operativa rispetto all'operazione puramente manuale. Senza aumentare i costi temporali, riduce significativamente i rischi di sicurezza per gli operatori.
Per affrontare il rischio di sicurezza del personale di manutenzione che deve operare vicino a interruttori a manovella obsoleti nella rete di distribuzione attuale, abbiamo proposto e sviluppato un dispositivo ausiliario. Permette al personale di mantenere una distanza dall'armadio e di controllare l'interruttore a distanza. Abbiamo descritto in dettaglio i componenti software e hardware di base del prototipo e il suo utilizzo. I test di momento torcente dimostrano che questo dispositivo ausiliario di chiusura remota soddisfa i requisiti di momento torcente per gli interruttori a manovella. In confronto al metodo operativo tradizionale, il tempo di operazione è simile. Evita i rischi del personale di manutenzione nell'operare tali interruttori a distanza ravvicinata senza aumentare i costi temporali, e il dispositivo ha un buon valore di applicazione ingegneristica.
