복잡한 환경에서 고압 차단기용 리프팅 장치 개발

전력 시스템에서 변전소의 고압 차단기는 노후 인프라, 심각한 부식, 증가하는 결함, 주 전도 회로의 부족한 전류 용량으로 인해 공급 전력의 신뢰성에 크게 영향을 미치고 있습니다. 이러한 장기 사용 중인 차단기에 대한 기술적 개조가 시급하게 필요합니다. 이러한 개조 과정에서 고객의 전력 공급이 중단되지 않도록 하는 일반적인 방법은 개조 베이만 유지 관리 상태로 두고 인접 베이는 전력을 유지하는 것입니다. 그러나 이 운영 모드는 종종 개조 중인 장비와 근처의 실시간 구성 요소 사이의 충분한 간격이 없어 현장 리프팅 작업에 필요한 안전 거리를 충족하지 못하여 정상적인 유지 관리 작업에 큰 도전을 제기합니다. 특히 인접 베이를 전력 차단할 수 없는 경우 공간 제약으로 인해 대형 크레인이 리프팅 작업을 수행할 수 없습니다.

이러한 복잡한 환경에서 차단기의 설치 및 유지 관리를 가능하게 하기 위해, 우리는 현장의 문제점들을 분석하고 제한된 조건 하에서 차단기를 다루기 위한 특수 리프팅 장치의 설계 및 개발을 제안합니다. 이를 통해 전력 설비 유지 관리에 강력한 지원을 제공할 수 있습니다.

설계 요구 사항을 바탕으로 다양한 소형 크레인 구성을 검토하고, 특정 110 kV 고압 차단기 설치 환경을 고려한 결과, 리프팅 머신을 차단기의 기초 구조물에 직접 장착하면 우수한 안정성을 제공하며, 지면 조건의 제한을 없애고, 복잡한 현장에 더 잘 적응하며, 3인 팀이 빠르게 조립 및 해체할 수 있음을 확인했습니다(아래 그림 참조).

I. 크레인 메커니즘 설계

기능의 차이에 따라 크레인 메커니즘은 다음 네 가지 주요 시스템으로 분류됩니다: 리프팅, 이동, 회전, 각도 조절 메커니즘입니다.

(1) 리프팅 메커니즘
리프팅 메커니즘은 구동 장치, 하중 처리 장치, 와이어 로프 시스템, 보조/안전 장치로 구성됩니다. 동력원으로는 전기 모터나 내연기관이 사용됩니다. 와이어 로프 시스템은 와이어 로프, 드럼 어셈블리, 그리고 이동 가능한 풀리와 고정 풀리의 조합으로 이루어져 있습니다. 하중 처리 장치는 다양한 형태로 나옵니다—예를 들어, 리프트 아이, 스프레더빔, 후크, 전자자기 리프터, 그리고 그랩 등입니다. 설계 요구 사항과 차단기 리프팅 환경을 고려하고, 상용 소형 크레인을 참고하여, 컴팩트 윈치를 구동 장치로, 후크를 하중 처리 장치로 선택하였습니다.

(2) 이동 메커니즘
이동 메커니즘은 크레인의 위치를 수평으로 조정하여 작업 배치를 최적화합니다. 일반적으로 이동 지지 시스템과 구동 시스템으로 구성됩니다. 우리의 설계에서는 철강 바퀴가 차단기 기초의 채널 강철을 따라 움직이는 레일 가이드 지지 시스템을 사용합니다. 이 접근 방식은 낮은 굴주 저항, 높은 하중 용량, 강한 환경 적응성, 그리고 제작 및 유지 관리의 용이성을 제공합니다. 수평 이동 거리가 제한적이므로, 구동 시스템은 단순성을 위해 수동으로 작동합니다.

(3) 회전 메커니즘
회전 메커니즘은 회전 베어링 어셈블리와 회전 구동 장치로 구성됩니다. 회전 베어링은 고정된 수직 기둥 위에 회전하는 상부 구조를 지지하여 안정적인 회전 운동을 보장하고 뒤집힘이나 탈락을 방지합니다. 회전 구동 장치는 회전을 위한 토크를 제공하고 회전 중 저항력을 상쇄합니다.

(4) 각도 조절 메커니즘
보통 크레인에서 회전 중심선과 하중 처리 장치 중심선 사이의 수평 거리를 "반경"이라고 합니다. 각도 조절 메커니즘은 이 반경을 조정합니다. 작동 특성에 따라 각도 조절 메커니즘은 작동 또는 비작동으로 분류됩니다.

하중이 걸린 상태에서 발생하는 작동 각도 조절은 리프팅 중 반경을 조정하는데 사용되며—예를 들어, 여러 크레인 간의 충돌을 피하거나 작업대와 정확히 맞추는데 사용되며—효율성을 높이기 위해 더 높은 각도 조절 속도가 필요합니다.

하중이 없는 상태에서 발생하는 비작동 각도 조절은 리프팅 전 후크를 위치시키거나 보머를 접어서 운송하기 위해 주로 사용됩니다. 이러한 작업은 빈번하지 않고, 더 낮은 각도 조절 속도를 사용합니다.

II. 리프팅 장비 구성 요소의 무게 고려사항
이 리프팅 장치는 모듈형, 이동 가능한 소형 크레인으로, 구성 요소의 무게가 중요합니다. 과도한 무게는 2-3인 팀의 설치를 방해하여 성공적인 배치를 방지할 수 있습니다. 따라서 주요 구성 요소는 티타늄 합금으로 제작되었으며, 가장 무거운 단일 부품의 무게는 46kg에 불과하여 소규모 팀이 빠르게 조립 및 해체할 수 있습니다.

III. 리프팅 절차
이 장치를 사용한 고압 차단기의 리프팅 절차는 다음과 같습니다:
먼저, 작업자는 차단기 기초의 채널 강철에 절연 사다리를 대고, 사다리에서 크레인의 베이스 플레이트를 가이드휠 클램핑 어셈블리를 사용하여 채널 강철에 고정합니다. 가이드휠은 채널 내부에 맞춰져 있어 뒤집힘이나 떨어짐을 방지합니다.

베이스 설치 후, 두 작업자가 크레인의 보머 지지대를 SE7 회전 베어링에 장착한 다음, 그 아래에 컴팩트 윈치를 고정합니다. 그 다음, 순차적으로 메인 보머, 보조 보머, 그리고 유압 실린더를 조립합니다. 유압 펌프와 제어 버튼은 지상에 위치합니다. 전원이 공급되면 작업자는 지상에서 모든 리프팅 작업을 수행할 수 있습니다.

또한, 크레인은 삼중 안전 보호 시스템을 포함하고 있습니다:

• 고압 근접 경고: 보머 끝의 전기장 센서가 인접한 실시간 장비와의 안전 거리를 위반할 경우 음성 경보와 자동 제동을 트리거합니다.

• 과부하 보호: 후크의 와이어 로프 연결부에 있는 스트레인 센서가 지속적으로 하중 무게와 리프팅 각도를 모니터링하며, 위반 시 경보와 자동 제동을 트리거합니다.

• 전력 손실 보호: 리프팅 중 갑작스러운 전력 실패 시, 시스템은 자동으로 잠금하여 하중이 떨어지는 것을 방지합니다.

IV. 설계된 리프팅 장치의 장점

• 전기장 및 변형 센서를 통합하여 실시간 고압 근접 및 과부하 음성 경고와 자동 제동을 제공합니다.

• 트러스 구조에 고정되는 전기 회전 베어링 기반으로 안정적이고 조절 가능한 보움 움직임을 보장합니다.

• 주요 구조 부품(보움, 기둥, 바닥판)은 부식 저항과 유의미한 무게 감소를 제공하는 티타늄 합금을 사용합니다.

• 모듈식 설계로 다양한 플랫폼에 쉽게 적응할 수 있으며, 미래 개발과 더 넓은 적용을 위한 기초를 마련합니다.

요약하면, 이 리프팅 장치는 주요 부품에 티타늄 합금을 사용하여 무게를 크게 줄였으며, 합리적인 기능 분구를 통해 조립/해체가 용이하고 3명의 인력만으로 운영이 가능합니다. 고압 차단기 유지 관리 시 제한된 안전 거리와 복잡한 환경에서 발생하는 문제를 효과적으로 해결하며, 강력한 실용성과 널리 채택될 잠재력을 보여줍니다.