Desenvolvimento de um Dispositivo de Elevação para Desconectores de Alta Tensão em Ambientes Complexos

Nos sistemas de energia, os disjuntores de alta tensão em subestações têm sofrido com infraestrutura envelhecida, corrosão severa, aumento de defeitos e capacidade de condução de corrente insuficiente no circuito principal, comprometendo significativamente a confiabilidade do fornecimento de energia. Há uma necessidade urgente de realizar retrofit técnico nesses disjuntores em longo uso. Durante esses retrofits, para evitar interrupção do fornecimento de energia ao cliente, a prática comum é colocar apenas a seção em manutenção, mantendo as seções adjacentes energizadas. No entanto, esse modo operacional frequentemente resulta em espaço insuficiente entre o equipamento em retrofit e componentes próximos sob tensão, não atendendo aos requisitos de distância de segurança para operações de içamento no local—o que apresenta desafios significativos para o trabalho de manutenção normal. Especialmente quando as seções adjacentes não podem ser desenergizadas, guindastes grandes são incapazes de realizar tarefas de içamento devido a restrições espaciais.

Para permitir a instalação e manutenção de disjuntores em tais ambientes complexos, analisamos os desafios no local e propomos o design e desenvolvimento de um dispositivo de içamento especializado adaptado para o manuseio de disjuntores em condições restritas, fornecendo assim suporte robusto para a manutenção de equipamentos de energia.

Com base nos requisitos de design e após revisar várias configurações de pequenos guindastes, e considerando o ambiente específico de instalação de disjuntores de alta tensão de 110 kV, determinamos que montar a máquina de içamento diretamente na estrutura de base do disjuntor oferece superior estabilidade, elimina limitações de condições do solo, adapta-se melhor a locais complexos e permite montagem e desmontagem rápida por uma equipe de três pessoas (como ilustrado abaixo).

I. Design dos Mecanismos do Guindaste

De acordo com as diferenças funcionais, os mecanismos do guindaste são categorizados em quatro sistemas principais: içamento, deslocamento, giro e inclinação.

(1) Mecanismo de Içamento
O mecanismo de içamento compreende uma unidade motriz, dispositivo de manuseio de carga, sistema de reeving de cabo de aço e dispositivos auxiliares/segurança. As fontes de energia incluem motores elétricos ou motores a combustão interna. O sistema de cabo de aço consiste em cabos de aço, conjuntos de tambor e uma combinação de polias móveis e fixas. Os dispositivos de manuseio de carga vêm em várias formas—como olhais, vigas de espalhamento, ganchos, elevadores eletromagnéticos e garfos. Considerando os requisitos de design e o ambiente de içamento do disjuntor—and referenciando guindastes pequenos comercialmente disponíveis—selecionamos uma winch compacta como unidade motriz e um gancho como dispositivo de manuseio de carga.

(2) Mecanismo de Deslocamento
O mecanismo de deslocamento ajusta a posição do guindaste horizontalmente para otimizar o posicionamento de trabalho. Geralmente inclui um sistema de suporte de deslocamento e um sistema de acionamento. Nosso design utiliza um sistema de suporte guiado por trilhos, onde rodas de aço correm ao longo do aço canal do base do disjuntor. Essa abordagem oferece baixa resistência ao rolagem, alta capacidade de carga, forte adaptabilidade ambiental e facilidade de fabricação e manutenção. Dada a distância de deslocamento horizontal limitada, o sistema de acionamento é manual para simplicidade.

(3) Mecanismo de Giro
O mecanismo de giro consiste em um conjunto de rolamento de giro e uma unidade de acionamento de giro. O rolamento de giro suporta a estrutura superior rotativa no pilar vertical fixo, garantindo movimento rotativo estável e prevenindo tombamento ou desprendimento. A unidade de acionamento de giro fornece torque para a rotação e contrabalanceia as forças de resistência durante o giro.

(4) Mecanismo de Inclinação
Em guindastes de braço, a distância horizontal entre a linha central de giro e a linha central do dispositivo de manuseio de carga é chamada de "raio". O mecanismo de inclinação ajusta esse raio. Com base nas características operacionais, os mecanismos de inclinação são classificados como operacionais ou não operacionais.

A inclinação operacional ocorre sob carga e é usada para ajustar o raio durante o içamento—por exemplo, para evitar colisões entre vários guindastes ou para alinhar precisamente com estações de trabalho—requerendo velocidades de inclinação mais altas para melhorar a eficiência.

A inclinação não operacional ocorre sem carga, principalmente para posicionar o gancho antes do içamento ou para dobrar o braço para transporte. Tais operações são infreqüentes e usam velocidades de inclinação mais baixas.

II. Considerações de Peso dos Componentes do Equipamento de Içamento
Como este dispositivo de içamento é um guindaste pequeno modular e portátil, o peso dos componentes é crucial. Um peso excessivo impediria a instalação por uma equipe de 2-3 pessoas, potencialmente impedindo a implantação bem-sucedida. Portanto, os componentes-chave foram fabricados em liga de titânio, com a peça mais pesada pesando apenas 46 kg—permitindo montagem e desmontagem rápidas por uma pequena equipe.

III. Procedimento de Içamento
O processo de içamento do disjuntor de alta tensão usando este dispositivo é o seguinte:
Primeiro, os trabalhadores colocam uma escada isolada contra o aço canal da base do disjuntor. Da escada, eles fixam a placa de base do guindaste ao aço canal usando conjuntos de presilha de roda-guia, com as rodas-guia engatadas dentro do canal para prevenir tombamento ou queda.

Após a instalação da base, dois trabalhadores montam o suporte do braço do guindaste no rolamento de giro SE7, então fixam a winch compacta abaixo dele. Em seguida, montam sequencialmente o braço principal, o braço auxiliar e o cilindro hidráulico. A bomba hidráulica e os botões de controle estão localizados no nível do solo. Uma vez alimentado, os operadores podem realizar operações de içamento inteiramente do solo.

Além disso, o guindaste incorpora um sistema de proteção tripla:

• Alerta de proximidade de alta tensão: Um sensor de campo elétrico na ponta do braço dispara alarmes sonoros e travamento automático se a distância segura para o equipamento próximo sob tensão for violada.

• Proteção contra sobrecarga: Um sensor de tensão na conexão do cabo de aço do gancho monitora continuamente o peso da carga e o ângulo de içamento; violações disparam alarmes e travamento automático.

• Proteção contra perda de energia: Em caso de falha súbita de energia durante o içamento, o sistema trava automaticamente para prevenir a queda da carga.

IV. Vantagens do Dispositivo de Elevação Projetado

• Integra sensores de campo elétrico e de deformação para fornecer avisos sonoros em tempo real de proximidade de alta tensão e sobrecarga com frenagem automática.

• Possui uma base de rolamento slewelétrica presa à estrutura treliçada, garantindo movimento estável e controlável do braço.

• Os componentes estruturais principais (braço, coluna, placa de base) utilizam liga de titânio—oferecendo resistência à corrosão e redução significativa de peso.

• O design modular permite adaptação fácil a várias plataformas, estabelecendo uma base para o desenvolvimento futuro e aplicações mais amplas.

Em resumo, este dispositivo de elevação utiliza liga de titânio para componentes críticos para reduzir drasticamente o peso, apresenta zonas funcionais racionais para facilitar a montagem/desmontagem e requer apenas três pessoas para operação. Ele resolve eficazmente os desafios impostos por limitações de distâncias de segurança e ambientes complexos durante a manutenção de disjuntores de alta tensão, demonstrando forte praticidade e potencial para adoção generalizada.