Desenvolupament d'un dispositiu d'elevació per a interruptors de gran tensió en entorns complexos

En sistemes d'energia elèctrica, els seccionadors d'alta tensió en subestacions han patit envejament de la infraestructura, corrosió severa, augment dels defectes i capacitat insuficient de conducció de corrent del circuit conductor principal, comprometent significativament la fiabilitat de l'abastament elèctric. Hi ha una necessitat urgent de realitzar reformes tècniques en aquests seccionadors de llarga durada. Durant aquestes reformes, per evitar interrompre l'alimentació als clients, la pràctica habitual és posar només el compartiment de reforma en manteniment mentre es mantenen energitzats els compartiments adjacents. Tanmateix, aquest mode operatiu sovint provoca distàncies insuficients entre l'equipament en reforma i els components vius propers, no complint els requisits de distància de seguretat per a les operacions de pujada in situ, cosa que suposa reptes importants per al treball normal de manteniment. Especialment quan els compartiments adjacents no poden desconnectar-se, grans grues no poden realitzar tasques de pujada degut a restriccions espacials.

Per permetre la instal·lació i el manteniment de seccionadors en aquests entorns complexos, hem analitzat els reptes in situ i proposem el disseny i desenvolupament d'un dispositiu especialitzat de pujada adaptat per manipular seccionadors en condicions limitades, proporcionant així un suport sòlid per al manteniment d'equips elèctrics.

A partir dels requisits de disseny i després d'examinar diverses configuracions de petites grues, i considerant l'entorn específic d'instal·lació del seccionador d'alta tensió de 110 kV, hem determinat que muntar directament la màquina de pujada sobre l'estructura base del seccionador ofereix una estabilitat superior, elimina les limitacions de les condicions del terreny, s'adapta millor a indrets complexos i permet un muntatge i desmuntatge ràpid per part d'un equip de tres persones (tal com es mostra a continuació).

I. Disseny dels mecanismes de la grua

Segons les diferències funcionals, els mecanismes de la grua es classifiquen en quatre sistemes principals: elevació, desplaçament, gir i inclinació.

(1) Mecanisme d'elevació
El mecanisme d'elevació comprèn una unitat motriu, un dispositiu de manipulació de càrrega, un sistema de cablejat de cable d'acer i dispositius auxiliars/seguretat. Les fonts d'energia inclouen motors elèctrics o motors de combustió interna. El sistema de cable d'acer consta de cables d'acer, conjunts de tambors i una combinació de politges mòbils i fixes. Els dispositius de manipulació de càrrega tenen diverses formes, com anelles de suspensió, bigues repartidores, ganxos, elevadors electromagnètics i pinces. Tenint en compte els requisits de disseny i l'entorn de pujada del seccionador, i fent referència a petites grues comercials disponibles, hem seleccionat un malacate compacte com a unitat motriu i un ganxo com a dispositiu de manipulació de càrrega.

(2) Mecanisme de desplaçament
El mecanisme de desplaçament ajusta la posició horitzontal de la grua per optimitzar la col·locació de treball. Normalment inclou un sistema de suport de desplaçament i un sistema motriu. El nostre disseny utilitza un sistema de suport guiador per rals, on rodes de ferro recorren l'acer canal de la base del seccionador. Aquest enfocament ofereix baixa resistència a la rodolament, alta capacitat de càrrega, forta adaptabilitat ambiental i facilitat de fabricació i manteniment. Donada la distància limitada de desplaçament horitzontal, el sistema motriu és operat manualment per simplicitat.

(3) Mecanisme de gir
El mecanisme de gir consta d'un conjunt de rodament de gir i una unitat motriu de gir. El rodament de gir suporta l'estructura superior giratòria sobre la columna vertical fixa, assegurant un moviment rotatiu estable i evitant capcades o desenganxaments. La unitat motriu de gir proporciona parell per a la rotació i contraresta les forces resistents durant el gir.

(4) Mecanisme d'inclinació
En grues de ploma, la distància horitzontal entre l'eix central de gir i l'eix central del dispositiu de manipulació de càrrega s'anomena "radi". El mecanisme d'inclinació ajusta aquest radi. Segons les característiques operatives, els mecanismes d'inclinació es classifiquen com operatius o no operatius.

L'inclinació operativa es produeix amb càrrega i s'utilitza per ajustar el radi durant la pujada, per exemple, per evitar col·lisions entre múltiples grues o per alinear amb precisió amb estacions de treball, requerint velocitats d'inclinació més altes per millorar l'eficiència.

L'inclinació no operativa es produeix sense càrrega, principalment per posicionar el ganxo abans de la pujada o per plegar la ploma per al transport. Aquestes operacions són poc freqüents i utilitzen velocitats d'inclinació més baixes.

II. Consideracions de pes dels components de l'equip de pujada
Com que aquest dispositiu de pujada és una grua petita modular i portàtil, el pes dels components és crític. Un pes excessiu dificultaria la instal·lació per part d'un equip de 2–3 persones, podent impedir el desplegament amb èxit. Per tant, els components clau es van fabricar en aliatge de titani, sent el pes de la peça individual més pesada només de 46 kg, permetent un muntatge i desmuntatge ràpid per un petit equip.

III. Procediment de pujada
El procés de pujada del seccionador d'alta tensió mitjançant aquest dispositiu és el següent:
Primer, els treballadors col·loquen una escala aïllant contra l'acer canal de la base del seccionador. Des de l'escala, fixen la placa base de la grua a l'acer canal mitjançant conjunts de suports amb rodetes, amb les rodetes encaixades dins el canal per evitar capcades o caigudes.

Després de la instal·lació de la base, dos treballadors muntaran el suport de la ploma de la grua sobre el rodament de gir SE7, i després fixaran el malacate compacte sota aquest. A continuació, muntaran seqüencialment la ploma principal, la ploma auxiliar i el cilindre hidràulic. La bomba hidràulica i els botons de control es troben a nivell del terra. Un cop engegat, els operadors poden realitzar operacions de pujada completament des del terra.

A més, la grua incorpora un sistema triple de protecció de seguretat:

• Avís de proximitat a alta tensió: un sensor de camp elèctric a la punta de la ploma activa alarmes acústiques i frenada automàtica si es viola la distància de seguretat respecte a equips vius adjacents.

• Protecció contra sobrecàrrega: un sensor de deformació a la connexió del cable del ganxo monitoritza contínuament el pes de la càrrega i l'angle de pujada; les infraccions activen alarmes i frenada automàtica.

• Protecció contra pèrdua d'alimentació: en cas de fallada sobtada d'alimentació durant la pujada, el sistema es bloqueja automàticament per evitar la caiguda de la càrrega.

IV. Avantatges del dispositiu d'elecció dissenyat

• Integra sensors de camp elèctric i de deformació per proporcionar avisos de veu en temps real sobre proximitat a alta tensió i sobrecàrrega amb frenat automàtic.

• Disposa d'una base de rodaments giratoris elèctrics fixada a l'estructura trencall, assegurant un moviment estable i controlat de la fusta.

• Els components estructurals principals (fusta, columna, placa de base) utilitzen alli tàctic—ofereixen resistència a la corrosió i una reducció significativa de pes.

• El disseny modular permet una adaptació fàcil a diverses plataformes, establint les bases per a futurs desenvolupaments i aplicacions més àmplies.

En resum, aquest dispositiu d'elecció utilitza alli tàctic per als components crítics per reduir drasticament el pes, presenta una zonificació funcional raonable per facilitar el muntatge/desmuntatge, i només necessita tres persones per operar-lo. Soluciona eficientment els reptes presents en entorns amb limitacions de seguretat i complexitat durant la manteniment dels interruptors de alta tensió, demostrant una forta practicabilitat i potencial per a una ampla adopció.