تطوير جهاز رفع لفصلات الجهد العالي في بيئات معقدة

في أنظمة الطاقة، عانت المفاتيح العازلة عالية الجهد في محطات التحويل من تقادم البنية التحتية، والتآكل الشديد، وزيادة العيوب، وضعف القدرة الحاملة للتيار في الدائرة الموصلة الرئيسية، مما أثر بشكل كبير على موثوقية إمدادات الطاقة. هناك حاجة ملحة لتنفيذ ترقيات تقنية على هذه المفاتيح العازلة التي تعمل منذ فترة طويلة. أثناء مثل هذه الترقيات، ولتجنب انقطاع إمدادات الطاقة عن العملاء، فإن الممارسة الشائعة هي وضع الرقعة المراد ترقيتها فقط قيد الصيانة مع بقاء الرقع المجاورة مشغّلة. ومع ذلك، غالبًا ما يؤدي هذا النمط التشغيلي إلى عدم كفاية المسافة بين المعدات قيد الترقية والمكونات المشغّلة القريبة، مما لا يستوفي متطلبات المسافة الآمنة لعمليات الرفع في الموقع – ما يشكل تحديات كبيرة أمام أعمال الصيانة العادية. وخصوصًا عندما لا يمكن فصل التيار عن الرقع المجاورة، فإن الرافعات الكبيرة غير قادرة على أداء مهام الرفع بسبب القيود المكانية.

لكي يتمكن من تركيب وصيانة المفاتيح العازلة في مثل هذه البيئات المعقدة، قمنا بتحليل التحديات الميدانية واقترحنا تصميم وتطوير جهاز رفع متخصص مخصص لمناولة المفاتيح العازلة في ظروف مقيدة، وبالتالي توفير دعم قوي لصيانة معدات الطاقة.

استنادًا إلى متطلبات التصميم وبعد مراجعة تشكيلات مختلفة من الرافعات الصغيرة، ومع الأخذ بعين الاعتبار بيئة تركيب المفتاح العازل العالي الجهد 110 كيلو فولت، تبين أن تركيب آلة الرفع مباشرة على هيكل قاعدة المفتاح العازل يوفر استقرارًا متفوقًا، ويُلغي قيود حالة الأرض، ويوائم بشكل أفضل مع المواقع المعقدة، وتمكّن من التجميع والتفكيك السريع بواسطة طاقم مكوّن من ثلاثة أشخاص (كما هو موضح أدناه).

أولًا: تصميم آليات الرافعة

وفقًا للاختلافات الوظيفية، تصنف آليات الرافعة إلى أربعة أنظمة رئيسية: نظام الرفع، نظام التنقل، نظام الدوران، ونظام تغيير البعد الأفقي.

(1) نظام الرفع
يتكون نظام الرفع من وحدة دفع، وجهاز مناورة الحمولة، ونظام سلك حديدي، وأجهزة مساعدة وآمنة. وتتضمن مصادر الطاقة المحركات الكهربائية أو محركات الاحتراق الداخلي. يتكون نظام السلك الحديدي من أسلاك فولاذية، ومجموعات أسطوانات، ومزيج من بكرات متحركة وثابتة. وتتخذ أجهزة مناولة الحمولة أشكالًا مختلفة—مثل حلقات الرفع، والأعمدة الموزعة، والخطاطيف، ورافعات المغناطيس الكهربائي، والمقابض. وبأخذ متطلبات التصميم وبيئة رفع المفتاح العازل بعين الاعتبار، وبعد الرجوع إلى الرافعات الصغيرة التجارية المتاحة، اخترنا winch صغير الحجم كوحدة دفع، واستخدمنا خطافًا كجهاز مناولة الحمولة.

(2) نظام التنقل
يقوم نظام التنقل بتعديل موقع الرافعة أفقيًا لتحقيق أفضل وضعية عمل. ويشمل عادةً نظام دعم للتنقل ونظام دفع. يستخدم تصميمنا نظام دعم موجه بالسكك الحديدية، حيث تسير عجلات فولاذية على الفولاذ القنوي لهيكل قاعدة المفتاح العازل. ويتميز هذا الأسلوب بمقاومة دحرجة منخفضة، وقدرة تحمل عالية، ومرونة قوية في التكيف مع البيئة، وسهولة في التصنيع والصيانة. وبالنظر إلى المسافة الأفقية المحدودة للتنقل، تم تشغيل نظام الدفع يدويًا لتبسيط العملية.

(3) نظام الدوران
يتكون نظام الدوران من مجموعة محمل دوران ووحدة دفع الدوران. يقوم محمل الدوران بدعم الهيكل العلوي الدوار على العمود الرأسي الثابت، ويضمن حركة دورانية مستقرة ويمنع الانقلاب أو الانفصال. وتُزوّد وحدة دفع الدوران عزم الدوران اللازم وتعمل على مقاومة القوى المعاكسة أثناء الدوران.

(4) نظام تغيير البعد الأفقي
في الرافعات ذات الذراع، تُسمى المسافة الأفقية بين الخط المركزي للدوران وخط وسط جهاز مناولة الحمولة "نصف القطر". ويقوم نظام تغيير البعد الأفقي بتعديل هذا نصف القطر. بناءً على الخصائص التشغيلية، يُصنف نظام تغيير البعد الأفقي إما إلى تشغيلي أو غير تشغيلي.

يحدث تغيير البعد الأفقي التشغيلي تحت الحمولة ويستخدم لتعديل نصف القطر أثناء الرفع — على سبيل المثال، لتجنب التصادمات بين عدة رافعات أو لمحاذاة دقيقة مع محطات العمل — ويحتاج إلى سرعات أعلى لتغيير البعد الأفقي لتحسين الكفاءة.

أما تغيير البعد الأفقي غير التشغيلي فيحدث بدون حمولة، ويستخدم أساسًا لوضع الخطاف في الموضع قبل الرفع أو لطي الذراع بهدف النقل. وتكون مثل هذه العمليات نادرة الحدوث وتستخدم سرعات منخفضة لتغيير البعد الأفقي.

ثانيًا: اعتبارات وزن مكونات معدات الرفع
بما أن جهاز الرفع هذا هو رافعة صغيرة قابلة للنقل وذات تصميم وحداتي، فإن وزن المكونات أمر بالغ الأهمية. فالوزن الزائد قد يعيق التركيب من قبل طاقم مكوّن من شخصين إلى ثلاثة أشخاص، وقد يمنع عمليًا عملية النشر بنجاح. لذلك، تم تصنيع المكونات الأساسية من سبائك التيتانيوم، حيث لا يتجاوز وزن أثقل جزء واحد 46 كجم — مما يتيح التجميع والتفكيك السريع بواسطة طاقم صغير.

ثالثًا: إجراءات الرفع
تتمثل عملية رفع المفتاح العازل العالي الجهد باستخدام هذا الجهاز فيما يلي:
أولاً، يضع العمال سلمًا معزولًا مائلًا على الفولاذ القنوي لقاعدة المفتاح العازل. ومن على السلم، يثبتون لوحة قاعدة الرافعة على الفولاذ القنوي باستخدام تجميعات تثبيت عجلات التوجيه، مع إدخال عجلات التوجيه داخل القناة لمنع الانقلاب أو السقوط.

بعد تركيب القاعدة، يركّب عاملان دعامة ذراع الرافعة على محمل الدوران SE7، ثم يثبتون الـwinch الصغير الحجم أسفلها. بعد ذلك، يقومون بتجميع الذراع الرئيسي، والذراع المساعد، والأسطوانة الهيدروليكية بالتتابع. ويقع المضخة الهيدروليكية وأزرار التحكم على مستوى الأرض. وبمجرد تشغيل النظام، يمكن للمشغلين تنفيذ عمليات الرفع كاملة من على الأرض.

بالإضافة إلى ذلك، تتضمن الرافعة نظام حماية ثلاثي الأمان:

• إنذار الاقتراب من الجهد العالي: يستخدم مستشعر المجال الكهربائي الموجود في طرف الذراع إنذارًا صوتيًا والتوقف التلقائي عند انتهاك المسافة الآمنة مع المعدات المشغّلة المجاورة.

• حماية من الحمل الزائد: يستخدم مستشعر الإجهاد الموجود عند نقطة اتصال سلك الحبل بالخطاف مراقبة مستمرة لوزن الحمولة وزاوية الرفع؛ وفي حال حدوث انتهاك، يتم تفعيل الإنذار والتوقف التلقائي.

• حماية من فقدان الطاقة: في حالة انقطاع التيار المفاجئ أثناء عملية الرفع، يقوم النظام بالقفل التلقائي لمنع سقوط الحمولة.

IV. مزايا الجهاز المصمم للرفع

• يجمع بين أجهزة استشعار المجال الكهربائي وأجهزة استشعار الشد لتوفير تحذيرات صوتية فورية عن القرب من الجهد العالي والحمولة الزائدة مع الفرملة التلقائية.

• يتميز بقاعدة محمل دوار كهربائي مثبتة على هيكل التروس، مما يضمن حركة ذراع مستقرة ومتحكم بها.

• تستخدم المكونات الهيكلية الرئيسية (الذراع، العمود، اللوحة الأساسية) سبيكة التيتانيوم - مما يوفر مقاومة للتآكل وتقليل كبير في الوزن.

• تصميم معياري يسمح بالتكيف السهل مع منصات مختلفة، مما يضع الأساس لتطوير مستقبلي وتطبيقات أوسع.

باختصار، يستخدم هذا الجهاز الرافع سبيكة التيتانيوم للمكونات الحرجة لتقليل الوزن بشكل كبير، ويتميز بتقسيم الوظائف بشكل منطقي لتسهيل التجميع / الفك، ويحتاج فقط إلى ثلاثة أشخاص للتشغيل. إنه يحل بشكل فعال التحديات الناجمة عن المسافات الأمنية المحدودة والبيئات المعقدة أثناء صيانة الفاصل الكهربائي عالي الجهد، مما يظهر قابلية تطبيق قوية وإمكانية انتشار واسعة.