Thiết kế thiết bị đóng từ xa cho cầu chì chân không điện áp cao trong nhà
Việc đi dây và chôn cáp lưới điện thành phố đã trở thành xu hướng không thể đảo ngược trong xây dựng mạng phân phối. Thiết bị đóng cắt điện áp cao, như là thiết bị cốt lõi của hệ thống phân phối, đã trở thành đối tượng chính của hoạt động và bảo dưỡng hàng ngày cho nhân viên bảo trì. Trong quá trình thay thế thiết bị, việc thay thế toàn diện và đưa vào sử dụng thiết bị mới có chu kỳ dài, và một loại thiết bị đóng cắt điện áp cao bằng tay quay cũ vẫn đang được sử dụng.
Do hoạt động trong thời gian dài, thiết bị đóng cắt này dễ gặp rủi ro phát sinh hồ quang trong quá trình đóng mở. Trong các tình huống bảo dưỡng thực tế, khi vận hành điện không thành công, cần phải đóng bằng tay, khiến nhân viên trực tiếp đối mặt với mối đe dọa an toàn từ hồ quang. Do đó, việc phát triển thiết bị đóng từ xa để thay thế cho việc vận hành bằng tay như một biện pháp an toàn phụ trợ trong quá trình chuyển đổi thiết bị là cấp bách.
Đối với vấn đề này, như một người tham gia dự án, bài viết này thiết kế một thiết bị vận hành đóng từ xa bằng cách phân tích đặc điểm hoạt động của các thiết bị đóng cắt bằng tay quay cũ để tránh rủi ro an toàn trong quá trình vận hành bằng tay.
Phương pháp đóng truyền thống của thiết bị đóng cắt bằng tay quay
Trên bảng điều khiển và cấu trúc tay quay của thiết bị đóng cắt bằng tay quay (như hình 1), thanh quay tay nằm ở bên trái của bảng với mặt cắt ngang hình lục giác đều. Tay cầm có dạng Z, được kết nối với thanh quay thông qua khớp nối hình lục giác đều ở cuối dưới. Trong quá trình vận hành, sau khi cắm tay cầm vào thanh quay, quay phần trên theo chiều kim đồng hồ khoảng 24 vòng để hoàn thành hành động đóng thiết bị.
Căn cứ tính toán mô-men xoắn và tiêu chí thiết kế
Dựa trên đặc điểm cấu trúc của tay cầm liên kết, yêu cầu mô-men xoắn cho việc đóng bằng tay của thiết bị đóng cắt có thể được xác định bằng cách xác định độ dài cánh tay lực và các tham số lực kéo. Theo công thức cơ học
Qua phân tích đặc điểm hoạt động, sức cản xoay của thiết bị đóng cắt vận hành bằng tay đạt đỉnh tại chu kỳ quay thứ 15. Dữ liệu mô-men xoắn tối thiểu tại điểm này có thể bao phủ toàn bộ quá trình đóng. Thiết kế mô-men xoắn của thiết bị đóng từ xa phải vượt quá giá trị giới hạn này với một biên độ an toàn để phù hợp với sự biến đổi mô-men xoắn giữa các mẫu thiết bị đóng cắt khác nhau. Dữ liệu thử nghiệm chi tiết sẽ được trình bày trong các phần sau.
Cấu trúc cơ bản của thiết bị đóng từ xa
Như hình 2, thiết bị bao gồm thanh cố định, các bộ phận di chuyển, thiết bị điện và khớp nối đóng. Thanh cố định được thiết kế để có thể thu ngắn, với các tấm đỡ hàn ở cả hai bên. Trong quá trình lắp đặt, thanh được thu ngắn trước và đặt thẳng đứng vào tủ, sau đó được kéo dài để các tấm đỡ chống lại tủ để cố định ngang. Các bộ phận di chuyển được điều chỉnh theo chiều dọc để căn chỉnh khớp nối đóng của thiết bị điện với đầu quay của thiết bị đóng cắt bằng tay. Sau khi cấu hình, người vận hành có thể rút lui đến khu vực an toàn và gửi tín hiệu quay theo chiều kim đồng hồ thông qua bộ truyền tín hiệu từ xa để hoàn thành hành động đóng.
Thực hiện điều khiển và vận hành từ xa
Lựa chọn và thông số động cơ
Khi lựa chọn mô-đun động cơ cốt lõi, động cơ DC không chổi than nam châm vĩnh cửu và động cơ có chổi than đã được so sánh. Động cơ không chổi than có lợi thế đáng kể về tuổi thọ và mức độ tiếng ồn (≤55dB), nhưng có mạch điều khiển phức tạp và chi phí cao hơn (40% so với loại có chổi than). Do yêu cầu điều khiển động cơ của thiết bị không nghiêm ngặt, động cơ DC có chổi than nam châm vĩnh cửu XD-3420 đã được chọn vì tính đơn giản trong điều khiển và chi phí thấp. Các thông số chính:
Để cho phép nhân viên bảo trì vận hành từ khoảng cách an toàn, thiết bị sử dụng công tắc điều khiển từ xa không dây Qichip QA-R-010 để quản lý nguồn điện không dây. Mô-đun bao gồm bộ phát và bộ nhận: bộ nhận hỗ trợ đầu vào DC từ 3.6V đến 24V, với dây đỏ/dây đen cho cực dương/cực âm và dây xanh dương/dây xám cho đầu ra tương ứng (điện áp đầu ra khớp với đầu vào). Bộ phát hai nút cung cấp ba chế độ đầu ra: tạm thời, giữ và liên kết. Dự án sử dụng chế độ tạm thời, nơi mô-đun công tắc chỉ dẫn điện khi nút được nhấn, đảm bảo ngắt kết nối ngay lập tức khi thả nút để đáp ứng yêu cầu kiểm soát tạm thời trong quá trình đóng.
Thử nghiệm điều khiển từ xa tại hiện trường
Chúng tôi đã sử dụng máy đo lực kéo để đo lực kéo cần thiết cho việc đóng bằng tay của thiết bị đóng cắt bằng tay quay đã ngừng hoạt động. Như bảng 1, khi đóng bằng tay quay đạt khoảng 15 vòng, lực kéo tối thiểu cần thiết để đóng bằng tay quay đạt giá trị tối đa. Sử dụng lực kéo này, chúng tôi tính toán rằng mô-men xoắn tối thiểu cần thiết cho toàn bộ quá trình đóng bằng tay quay là 1.75 N·m.
Chúng tôi đã so sánh thời gian vận hành của phương pháp đóng bằng tay truyền thống và thiết bị đóng từ xa. Bảng 2 cho thấy việc sử dụng thiết bị đóng từ xa không chỉ tránh được rủi ro mà còn cải thiện nhẹ hiệu quả vận hành so với vận hành hoàn toàn bằng tay. Không tăng chi phí thời gian, nó giảm đáng kể rủi ro an toàn cho người vận hành.
Để giải quyết rủi ro an toàn của nhân viên bảo trì cần phải vận hành thiết bị đóng cắt bằng tay quay cũ gần thiết bị trong mạng phân phối hiện tại, chúng tôi đã đề xuất và phát triển một thiết bị hỗ trợ. Nó cho phép nhân viên bảo trì giữ khoảng cách từ thiết bị và điều khiển từ xa việc đóng thiết bị. Chúng tôi đã mô tả chi tiết các thành phần phần mềm và phần cứng cơ bản của nguyên mẫu và cách sử dụng. Các thử nghiệm mô-men xoắn cho thấy thiết bị hỗ trợ đóng từ xa này đáp ứng yêu cầu mô-men xoắn đóng của thiết bị đóng cắt bằng tay quay. So với phương pháp vận hành truyền thống, thời gian vận hành tương tự. Nó tránh được rủi ro cho nhân viên bảo trì vận hành thiết bị này gần mà không tăng chi phí thời gian, và thiết bị có giá trị ứng dụng kỹ thuật tốt.
