Desarrollo de un Dispositivo de Elevación para Interruptores de Alta Tensión en Entornos Complejos

En los sistemas de energía, los interruptores de alta tensión en las subestaciones han sufrido por la infraestructura envejecida, la corrosión severa, el aumento de defectos y la capacidad de conducción insuficiente del circuito principal, comprometiendo significativamente la confiabilidad del suministro de energía. Existe una necesidad urgente de llevar a cabo retrofits técnicos en estos interruptores de larga duración. Durante tales retrofits, para evitar interrumpir el suministro de energía al cliente, la práctica común es colocar solo el bay de retrofit en mantenimiento mientras se mantienen energizados los bays adyacentes. Sin embargo, este modo operativo a menudo resulta en un espacio insuficiente entre el equipo bajo retrofit y los componentes cercanos en vivo, no cumpliendo con los requisitos de distancia de seguridad para las operaciones de elevación en el sitio, lo que plantea desafíos significativos para el trabajo de mantenimiento normal. Especialmente cuando los bays adyacentes no pueden ser desenergizados, las grúas grandes no pueden realizar tareas de elevación debido a las restricciones espaciales.

Para permitir la instalación y el mantenimiento de interruptores en tales entornos complejos, hemos analizado los desafíos en el sitio y proponemos el diseño y desarrollo de un dispositivo de elevación especializado adaptado para el manejo de interruptores en condiciones restringidas, proporcionando así un soporte robusto para el mantenimiento de equipos de energía.

Basándonos en los requisitos de diseño y después de revisar varias configuraciones de grúas pequeñas, y considerando el entorno específico de instalación de interruptores de alta tensión de 110 kV, determinamos que montar la máquina de elevación directamente en la estructura base del interruptor ofrece mayor estabilidad, elimina las limitaciones de las condiciones del terreno, se adapta mejor a sitios complejos y permite un ensamblaje y desensamble rápidos por un equipo de tres personas (como se ilustra a continuación).

I. Diseño de mecanismos de grúa

Según las diferencias funcionales, los mecanismos de grúa se categorizan en cuatro sistemas principales: elevación, desplazamiento, giro y balanceo.

(1) Mecanismo de elevación
El mecanismo de elevación comprende una unidad de accionamiento, un dispositivo de manejo de carga, un sistema de rodamiento de cable y dispositivos auxiliares/sistemas de seguridad. Las fuentes de energía incluyen motores eléctricos o motores de combustión interna. El sistema de cable consiste en cables, conjuntos de tambores y una combinación de poleas móviles y fijas. Los dispositivos de manejo de carga vienen en diversas formas—como ojales, vigas de expansión, ganchos, elevadores electromagnéticos y garfios. Considerando los requisitos de diseño y el entorno de elevación del interruptor—and referenciando grúas pequeñas comerciales—seleccionamos un cabrestante compacto como unidad de accionamiento y un gancho como dispositivo de manejo de carga.

(2) Mecanismo de desplazamiento
El mecanismo de desplazamiento ajusta la posición de la grúa horizontalmente para optimizar la ubicación de trabajo. Generalmente incluye un sistema de soporte de desplazamiento y un sistema de accionamiento. Nuestro diseño emplea un sistema de soporte guiado por rieles, donde las ruedas de acero corren a lo largo del acero en canal de la base del interruptor. Este enfoque ofrece baja resistencia al rodaje, alta capacidad de carga, fuerte adaptabilidad ambiental y facilidad de fabricación y mantenimiento. Dada la limitada distancia de desplazamiento horizontal, el sistema de accionamiento es manual para simplificar.

(3) Mecanismo de giro
El mecanismo de giro consta de un conjunto de rodamientos de giro y una unidad de accionamiento de giro. El rodamiento de giro soporta la estructura superior rotativa en la columna vertical fija, asegurando un movimiento rotatorio estable y evitando volcamientos o desprendimientos. La unidad de accionamiento de giro proporciona torque para la rotación y contrarresta las fuerzas de resistencia durante el giro.

(4) Mecanismo de balanceo
En las grúas de jib, la distancia horizontal entre la línea central de giro y la línea central del dispositivo de manejo de carga se llama "radio". El mecanismo de balanceo ajusta este radio. Según las características operativas, los mecanismos de balanceo se clasifican como operativos o no operativos.

El balanceo operativo ocurre bajo carga y se utiliza para ajustar el radio durante la elevación—por ejemplo, para evitar colisiones entre múltiples grúas o para alinear con precisión con las estaciones de trabajo—requiriendo velocidades de balanceo más altas para mejorar la eficiencia.

El balanceo no operativo ocurre sin carga, principalmente para posicionar el gancho antes de la elevación o para plegar el brazo para el transporte. Estas operaciones son infrecuentes y utilizan velocidades de balanceo más bajas.

II. Consideraciones de peso de los componentes del equipo de elevación
Dado que este dispositivo de elevación es una grúa pequeña modular y portátil, el peso de los componentes es crítico. Un peso excesivo impediría la instalación por un equipo de 2-3 personas, potencialmente impidiendo una implementación exitosa. Por lo tanto, los componentes clave se fabricaron con aleación de titanio, con la pieza más pesada individual pesando solo 46 kg—permitiendo un ensamblaje y desensamble rápidos por un pequeño equipo.

III. Procedimiento de elevación
El proceso de elevación para el interruptor de alta tensión utilizando este dispositivo es el siguiente:
Primero, los trabajadores colocan una escalera aislada contra el acero en canal de la base del interruptor. Desde la escalera, aseguran la placa base de la grúa al acero en canal usando conjuntos de guías de ruedas, con las ruedas guía enganchadas dentro del canal para prevenir vuelcos o caídas.

Después de la instalación de la base, dos trabajadores montan el soporte del brazo de la grúa en el rodamiento de giro SE7, luego fijan el cabrestante compacto debajo de él. A continuación, ensamblan secuencialmente el brazo principal, el brazo auxiliar y el cilindro hidráulico. La bomba hidráulica y los botones de control están ubicados a nivel del suelo. Una vez alimentado, los operadores pueden realizar operaciones de elevación completamente desde el suelo.

Además, la grúa incorpora un sistema de triple protección de seguridad:

• Advertencia de proximidad a alta tensión: Un sensor de campo eléctrico en la punta del brazo activa alarmas de voz y frenado automático si se viola la distancia segura a equipos en vivo adyacentes.

• Protección contra sobrecarga: Un sensor de tensión en la conexión del cable del gancho monitorea continuamente el peso de la carga y el ángulo de elevación; las violaciones activan alarmas y frenado automático.

• Protección contra pérdida de energía: En caso de falla repentina de energía durante la elevación, el sistema se bloquea automáticamente para prevenir la caída de la carga.

IV. Ventajas del dispositivo de elevación diseñado

• Integra sensores de campo eléctrico y de deformación para proporcionar advertencias de voz en tiempo real sobre la proximidad a alta tensión y sobrecarga, con frenado automático.

• Cuenta con una base de rodamiento giratorio eléctrico sujeta a la estructura de celosía, garantizando un movimiento de brazo estable y controlable.

• Los componentes estructurales principales (brazo, columna, placa base) utilizan aleación de titanio, lo que ofrece resistencia a la corrosión y una reducción significativa de peso.

• El diseño modular permite una fácil adaptación a diversas plataformas, sentando las bases para el desarrollo futuro y aplicaciones más amplias.

En resumen, este dispositivo de elevación utiliza aleación de titanio en los componentes críticos para reducir drásticamente el peso, presenta una zonificación funcional racional para facilitar el montaje/desmontaje, y requiere solo tres personas para su operación. Resuelve eficazmente los desafíos planteados por los limitados márgenes de seguridad y los entornos complejos durante el mantenimiento de interruptores de alta tensión, demostrando una fuerte practicidad y potencial para su adopción generalizada.