การออกแบบอุปกรณ์ปิดทางไกลสำหรับเบรกเกอร์วิญญาณความดันสูงแบบรถเข็นภายในอาคาร

การติดตั้งสายไฟและฝังสายไฟใต้ดินในระบบส่งกำลังเมืองได้กลายเป็นแนวโน้มที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ในการสร้างโครงข่ายการกระจายพลังงาน IEE-Business อุปกรณ์สวิตช์แรงดันสูง ซึ่งเป็นอุปกรณ์หลักของระบบการกระจายกำลัง ได้กลายเป็นวัตถุประสงค์หลักของการดำเนินงานและการบำรุงรักษาประจำวันสำหรับพนักงานบำรุงรักษา ในระหว่างกระบวนการเปลี่ยนแปลงอุปกรณ์ การแทนที่และทดสอบอุปกรณ์ใหม่อย่างครบวงจรใช้เวลานาน และมีสวิตช์แรงดันสูงแบบหมุนด้วยมือชนิดเก่าอยู่ในบริการอยู่

เนื่องจากการทำงานมาเป็นระยะเวลานาน สวิตช์ประเภทนี้มีความเสี่ยงในการเกิดอาร์กไฟฟ้าระหว่างการเปิด-ปิด ในสถานการณ์บำรุงรักษาจริง เมื่อการควบคุมด้วยไฟฟ้าล้มเหลว จะต้องมีการปิดด้วยมือโดยพนักงาน ทำให้พวกเขาเผชิญกับภัยคุกคามทางความปลอดภัยจากการอาร์กไฟฟ้า ดังนั้น การพัฒนาอุปกรณ์ปิดระยะไกลเพื่อแทนที่การปิดด้วยมือเป็นมาตรการเสริมความปลอดภัยระหว่างการเปลี่ยนแปลงอุปกรณ์จึงเป็นเรื่องที่จำเป็นอย่างยิ่ง

เน้นที่ปัญหานี้ โดยในฐานะผู้เข้าร่วมโครงการบทความนี้ออกแบบอุปกรณ์ปิดระยะไกลโดยวิเคราะห์ลักษณะการทำงานของสวิตช์วงจรป้องกันเก่าแบบหมุนด้วยมือ เพื่อหลีกเลี่ยงความเสี่ยงด้านความปลอดภัยระหว่างการทำงานด้วยมือ

วิธีปิดแบบดั้งเดิมของสวิตช์วงจรป้องกันแบบหมุนด้วยมือ

ในแผงควบคุมและโครงสร้างแกนหมุนของสวิตช์วงจรป้องกันแบบหมุนด้วยมือ (ดังแสดงในภาพที่ 1) แกนหมุนปิดด้วยมือตั้งอยู่ทางด้านซ้ายของแผง มีหน้าตัดเป็นรูปหกเหลี่ยมปกติ ที่จับทำงานเป็นรูป Z ต่อเชื่อมกับแกนหมุนผ่านปลอกหกเหลี่ยมที่ปลายล่างสำหรับการเชื่อมต่อแบบปลั๊ก ในระหว่างการทำงาน หลังจากใส่ที่จับเข้ากับแกนหมุน หมุนปลายบนตามเข็มนาฬิกาประมาณ 24 รอบจะทำให้การปิดสวิตช์วงจรป้องกันเสร็จสมบูรณ์

ฐานการคำนวณแรงบิดและเกณฑ์การออกแบบ

ตามลักษณะโครงสร้างของที่จับควบคุมแบบเชื่อมโยง ความต้องการแรงบิดสำหรับการปิดสวิตช์วงจรป้องกันด้วยมือสามารถคำนวณได้โดยกำหนดความยาวแขนแรงและพารามิเตอร์แรงดึง ตามสูตรกลศาสตร์

• L→ เป็นเวกเตอร์ระยะทางจากแกนหมุนของที่จับควบคุมไปยังจุดที่ใช้แรง มีค่าเฉลี่ยที่วัดได้ 14 ซม.

• F→min เป็นเวกเตอร์แรงขั้นต่ำที่จำเป็นในการขับเคลื่อนแกนหมุน

• M→min เป็นแรงบิดขั้นต่ำที่จำเป็นในการเริ่มการหมุนของแกน

จากการวิเคราะห์ลักษณะการทำงาน แรงต้านทานจากการหมุนของสวิตช์วงจรป้องกันที่ควบคุมด้วยมือสูงสุดที่รอบที่ 15 ข้อมูลแรงบิดขั้นต่ำที่จุดนี้สามารถครอบคลุมกระบวนการปิดทั้งหมด การออกแบบแรงบิดของอุปกรณ์ปิดระยะไกลต้องเกินค่าสำคัญนี้ด้วยช่องว่างความปลอดภัยเพื่อรองรับความแตกต่างของแรงบิดระหว่างโมเดลสวิตช์วงจรป้องกันที่แตกต่างกัน ข้อมูลทดสอบรายละเอียดจะนำเสนอในส่วนต่อไป

โครงสร้างพื้นฐานของอุปกรณ์ปิดระยะไกล

ดังแสดงในภาพที่ 2 อุปกรณ์ประกอบด้วยแกนคงที่ ส่วนที่เคลื่อนที่ เครื่องมือไฟฟ้า และข้อต่อปิด แกนคงที่ถูกออกแบบให้สามารถยืดหดได้ พร้อมแผ่นรองทั้งสองข้าง ในระหว่างการติดตั้ง แกนถูกย่อลงและวางลงไปในตู้ จากนั้นขยายออกเพื่อให้แผ่นรองประคองตู้เพื่อการยึดแนวนอน ส่วนที่เคลื่อนที่ปรับในแนวตั้งเพื่อให้ข้อต่อปิดของเครื่องมือไฟฟ้าตรงกับศีรษะหมุนของสวิตช์รถเข็น หลังจากกำหนดค่าแล้ว ผู้ปฏิบัติงานสามารถย้ายไปยังพื้นที่ปลอดภัยและส่งสัญญาณตามเข็มนาฬิกาผ่านเครื่องส่งสัญญาณระยะไกลเพื่อทำการปิด

การควบคุมและดำเนินงานระยะไกล
การเลือกมอเตอร์และการกำหนดพารามิเตอร์

ในการเลือกโมดูลมอเตอร์หลัก มอเตอร์กระแสตรงไร้แปรงถ่านและมอเตอร์แปรงถ่านถูกเปรียบเทียบกัน มอเตอร์ไร้แปรงถ่านมีข้อได้เปรียบอย่างมากในอายุการใช้งานและความดัง (≤55dB) แต่มีวงจรควบคุมที่ซับซ้อนและราคาสูงกว่า (40% มากกว่ามอเตอร์แปรงถ่าน) ด้วยความต้องการควบคุมมอเตอร์ที่ไม่เข้มงวดของอุปกรณ์ XD-3420 มอเตอร์กระแสตรงแปรงถ่านถาวรถูกเลือกเนื่องจากควบคุมง่ายและมีต้นทุนต่ำ พารามิเตอร์สำคัญ:

• แรงดันไฟฟ้าที่กำหนด: 12V; กระแสไฟฟ้าที่กำหนด: 2.42A;

• กำลังที่กำหนด: 30W; แรงบิดที่คำนวณได้: 11.9N·m (1.19kgf·cm) ซึ่งตอบสนองความต้องการในการดำเนินงาน

 เพื่อให้พนักงานบำรุงรักษาสามารถดำเนินงานจากระยะปลอดภัย อุปกรณ์ใช้สวิตช์ควบคุมระยะไกลแบบไร้สาย Qichip QA-R-010 สำหรับการจัดการพลังงานแบบไร้สาย โมดูลประกอบด้วยเครื่องส่งและเครื่องรับ: เครื่องรับรองรับการป้อนไฟ DC จาก 3.6V ถึง 24V ด้วยสายสีแดง/ดำสำหรับการป้อนไฟบวก/ลบ และสายสีน้ำเงิน/เทาสำหรับการป้อนออก (แรงดันไฟฟ้าที่ป้อนออกตรงกับแรงดันไฟฟ้าที่ป้อนเข้า) เครื่องส่งแบบสองปุ่มมีสามโหมดการป้อนออก: ชั่วขณะ, ล็อค, และเชื่อมโยง โครงการใช้โหมดชั่วขณะ ซึ่งโมดูลสวิตช์จะทำงานเฉพาะเมื่อปุ่มถูกกด ทำให้การตัดการเชื่อมต่อทันทีเมื่อปล่อยปุ่มเพื่อตอบสนองความต้องการในการควบคุมชั่วขณะระหว่างการปิด

การทดลองควบคุมระยะไกลในสถานที่

เราใช้เครื่องทดสอบแรงดึงเพื่อวัดแรงดึงที่ต้องการสำหรับการปิดด้วยมือของสวิตช์รถเข็นแบบหมุนด้วยมือที่ถูกปลดประจำการ ดังแสดงในตารางที่ 1 เมื่อการปิดด้วยมือถึงประมาณรอบที่ 15 แรงดึงขั้นต่ำที่ต้องการสำหรับการปิดด้วยมือจะสูงสุด ใช้แรงดึงนี้ เราคำนวณว่าแรงบิดขั้นต่ำที่ต้องการสำหรับกระบวนการปิดด้วยมือทั้งหมดคือ 1.75 N·m

เราเปรียบเทียบเวลาดำเนินงานของวิธีปิดด้วยมือแบบดั้งเดิมและอุปกรณ์ปิดระยะไกล ตารางที่ 2 แสดงว่าการใช้อุปกรณ์ปิดระยะไกลไม่เพียงแค่หลีกเลี่ยงความเสี่ยง แต่ยังเพิ่มประสิทธิภาพในการดำเนินงานเล็กน้อยเมื่อเทียบกับการดำเนินงานด้วยมืออย่างเดียว โดยไม่เพิ่มค่าใช้จ่ายในแง่ของเวลา แต่ลดความเสี่ยงด้านความปลอดภัยของผู้ปฏิบัติงานอย่างมาก

เพื่อแก้ไขความเสี่ยงด้านความปลอดภัยของพนักงานบำรุงรักษาที่ต้องดำเนินงานใกล้ชิดกับสวิตช์วงจรป้องกันแบบหมุนด้วยมือที่เก่าในโครงข่ายการกระจายพลังงานปัจจุบัน เราเสนอและพัฒนาอุปกรณ์ช่วยเหลือ ซึ่งช่วยให้พนักงานบำรุงรักษาสามารถอยู่ห่างจากสวิตช์วงจรป้องกันและควบคุมการปิดสวิตช์วงจรป้องกันจากระยะไกล เราอธิบายส่วนประกอบซอฟต์แวร์และฮาร์ดแวร์พื้นฐานของต้นแบบและวิธีการใช้งาน ผลทดสอบแรงบิดแสดงว่าอุปกรณ์ช่วยเหลือการปิดระยะไกลนี้ตอบสนองความต้องการแรงบิดในการปิดสวิตช์วงจรป้องกันแบบหมุนด้วยมือ เมื่อเทียบกับวิธีการดำเนินงานแบบดั้งเดิม เวลาดำเนินงานคล้ายคลึงกัน หลีกเลี่ยงความเสี่ยงในการดำเนินงานใกล้ชิดกับสวิตช์วงจรป้องกันโดยไม่เพิ่มค่าใช้จ่ายในแง่ของเวลา และอุปกรณ์มีคุณค่าในการประยุกต์ใช้งานทางวิศวกรรมที่ดี