Projekt zdalnego urządzenia zamykającego dla wewnętrznej wózkowej wysokonapięciowej próżniowej przekaźnika obwodowego
Przewodowanie i ukrywanie linii energetycznych w miastach stało się nieodwracalną tendencją w budowie sieci dystrybucyjnej. Wyposażenie wysokiego napięcia, jako kluczowy element systemu dystrybucji, stało się głównym obiektem codziennej eksploatacji i konserwacji dla personelu obsługi. W trakcie procesu modernizacji sprzętu, kompleksowa wymiana i wprowadzenie do eksploatacji nowego sprzętu jest długotrwały, a pewien typ starego ręcznie napędzanego sprzętu wysokiego napięcia nadal jest w użyciu.
W wyniku długotrwałej eksploatacji takie wyposażenie jest podatne na ryzyko powstawania łuków elektrycznych podczas operacji otwierania i zamykania. W praktycznych scenariuszach konserwacji, gdy automatyczna obsługa zawodzi, wymagana jest ręczna operacja zamknięcia przez personel, co bezpośrednio naraża ich na zagrożenia bezpieczeństwa związane z powstawaniem łuków elektrycznych. Dlatego rozwój urządzenia zdalnego zamknięcia, które zastąpi ręczną operację jako dodatkową miarę bezpieczeństwa podczas przejścia na nowe wyposażenie, jest pilnie potrzebny.
Skupiając się na tym problemie, jako uczestnik projektu, niniejsza praca projektuje urządzenie do zdalnej operacji zamknięcia poprzez analizę charakterystyki działania starych ręcznie napędzanych wyłączników, aby uniknąć ryzyka bezpieczeństwa podczas ręcznych operacji.
Tradycyjna Metoda Zamknięcia Ręcznie Napędzanych Wyłączników
W panelu sterowania i strukturze dźwigni ręcznie napędzanych wyłączników (jak pokazano na Rysunku 1), obracana ręcznie rękojeść znajduje się po lewej stronie panelu z przekrojem sześciokątnym. Uchwyt ma kształt litery Z, połączony z osią obrotową za pomocą sześciokątnej obudowy na dolnym końcu, umożliwiającej montaż zapinany. Podczas operacji, po włożeniu uchwytu do osi obrotowej, obrót górnej części o około 24 okrążenia zegodzinowo kończy działanie zamknięcia wyłącznika.
Baza Obliczeń Momentu Obrotowego i Kryteria Projektowe
Na podstawie charakterystyki konstrukcyjnej uchwytu łączącego, wymagania dotyczące momentu obrotowego do ręcznego zamknięcia wyłącznika można wywnioskować określając długość ramienia siły i parametry siły ciągnącej. Na podstawie wzoru mechanicznego
Analiza charakterystyk operacyjnych pokazuje, że opór obrotowy ręcznie napędzanego wyłącznika osiąga swoje maksimum w 15. cyklu obrotowym. Minimalne dane dotyczące momentu obrotowego w tym momencie mogą obejmować cały proces zamknięcia. Projekt momentu obrotowego urządzenia do zamknięcia zdalnego musi przekraczać tę krytyczną wartość z marginesem bezpieczeństwa, aby uwzględnić zmiany momentu obrotowego między różnymi modelami wyłączników. Szczegółowe dane testowe zostaną przedstawione w kolejnych sekcjach.
Podstawowa Struktura Urządzenia do Zdalnego Zamknięcia
Jak pokazano na Rysunku 2, urządzenie składa się z stałej osi, komponentów ruchomych, urządzenia elektrycznego i złącz zamknięcia. Stala oś jest zaprojektowana jako rozsuwana, z płytami podporowymi spawanymi po obu stronach. Podczas montażu oś najpierw skracana jest i umieszczana pionowo w szafie, następnie rozszerzana, aby płyty podporowe wspierały się o szafę, zapewniając poziome utrzymanie. Komponenty ruchome są dostosowywane w kierunku pionowym, aby złącz zamknięcia urządzenia elektrycznego był wyrównany z głowicą obrotową wózka ręcznego. Po konfiguracji operatorzy mogą wycofać się do bezpiecznej strefy i wysłać sygnał zgodny z kierunkiem ruchu wskazówek zegara za pomocą zdalnego nadajnika, aby zakończyć operację zamknięcia.
Realizacja Sterowania i Operacji Zdalnej
Wybór i Parametry Silnika
Podczas wyboru modułu silnika centralnego porównano silniki prądu stałego bez szczotek i ze szczotkami. Silniki bez szczotek oferują istotne zalety w zakresie żywotności i poziomu hałasu (≤55dB), ale mają skomplikowane obwody sterujące i wyższe koszty (o 40% wyższe niż silniki ze szczotkami). Biorąc pod uwagę brak surowych wymagań dotyczących sterowania silnikiem, wybrano silnik prądu stałego z magnesami trwałymi XD-3420 ze względu na prostotę sterowania i niski koszt. Kluczowe parametry:
Aby umożliwić personelowi konserwacyjnemu pracę z bezpiecznej odległości, urządzenie wykorzystuje zdalny przełącznik Qichip QA-R-010 do zarządzania energią bezprzewodowo. Moduł składa się z nadajnika i odbiornika: odbiornik obsługuje zasilanie DC w zakresie od 3,6V do 24V, z czerwonymi/czarnymi przewodami dla wejść dodatnich/ujemnych i niebieskimi/szarymi przewodami dla odpowiadających im wyjść (napięcie wyjściowe odpowiada napięciu wejściowemu). Dwuprzyciskowy nadajnik oferuje trzy tryby wyjściowe: chwilowy, blokujący i zaczepiający. Projekt wykorzystuje tryb chwilowy, gdzie moduł przełącznika przepuszcza prąd tylko podczas naciśnięcia przycisku, zapewniając natychmiastowe rozłączenie po jego zwolnieniu, co spełnia wymagania kontrolowania przejściowego podczas operacji zamknięcia.
Eksperyment z sterowaniem zdalnym na miejscu
Użyliśmy tensometrycznego testeru, aby zmierzyć siłę ciągnąca niezbędną do ręcznego zamknięcia wyłącznika ręcznie napędzanego, który został wycofany z użytku. Jak pokazano w Tabeli 1, gdy ręczne zamknięcie dochodzi do około 15. okrążenia, minimalna siła ciągnąca potrzebna do ręcznego zamknięcia osiąga swoją maksymalną wartość. Korzystając z tej siły, obliczono, że minimalny moment obrotowy niezbędny do całego procesu ręcznego zamknięcia wynosi 1,75 N·m.
Porównaliśmy czasy operacji tradycyjnej metody ręcznego zamknięcia i urządzenia do zamknięcia zdalnego. Tabela 2 pokazuje, że korzystanie z urządzenia do zamknięcia zdalnego nie tylko eliminuje ryzyko, ale również nieznacznie poprawia efektywność operacji w porównaniu z czystą ręczną operacją. Bez zwiększenia kosztów czasowych znacznie redukuje ryzyko bezpieczeństwa dla operatorów.
Aby rozwiązać problem bezpieczeństwa personelu konserwacyjnego, który musi blisko operować staromodnymi ręcznie napędzanymi wyłącznikami w obecnej sieci dystrybucyjnej, zaproponowaliśmy i opracowaliśmy pomocnicze urządzenie. Pozwala ono personelowi konserwacyjnemu utrzymywać odległość od sprzętu i zdalnie kontrolować zamknięcie wyłącznika. Szczegółowo opisaliśmy podstawowe komponenty oprogramowania i sprzętu prototypu oraz jego użycie. Testy momentu obrotowego pokazują, że to pomocnicze urządzenie do zamknięcia zdalnego spełnia wymagania dotyczące momentu obrotowego ręcznie napędzanych wyłączników. W porównaniu z tradycyjną metodą operacji, czas operacji jest podobny. Unika ono ryzyka związane z bliskim operowaniem takimi wyłącznikami przez personel konserwacyjny, bez zwiększania kosztów czasowych, a urządzenie ma dobrą wartość inżynieryjną.
