Struktura a princip ovládání jističe ABB VD4

Ten/Ta/To VD4, renomovaný jistič středního napětí od společnosti ABB, se po celém světě prodal téměř milion kusů. Navzdory jeho spolehlivosti se vyskytují závady, zejména v ovládacím mechanismu. Údržbářský personál se spoléhá na manuál od společnosti ABB, ale podrobných návodů je málo. Autor na základě analýzy sešrotovaného jističe VD4 poskytuje poznatky, které mu pomohou v praktické práci.

Mechanismus VD4 je vybaven planární spirálovou pružinou a hlavní hřídelí s vícestupňovým vypínáním pro udržování a konverzi polohy, výstup je přes vačkovou páku.

1. Skladování energie:

VD4 používá stabilní planární spirálové pružiny, což ve srovnání s tradičními pružinami zlepšuje účinnost mechanismu.

Upravený text:

Obrázek 1: Rovinná spirálová pružina

Jak je znázorněno na obrázku 1, jeden konec spirálové pružiny je připevněn k hlavní hřídeli, zatímco druhý konec je připevněn k pouzdru pružiny. Během akumulace energie zůstává konec hlavní hřídele spirálové pružiny v klidu a motor akumulace energie nebo kolébka akumulace energie otáčí pouzdrem pružiny ve směru hodinových ručiček (při pohledu z levé strany mechanismu; stejná orientace platí v celém rozsahu) pomocí západky rohatky, řetězu a velkého ozubeného kola, čímž napíná spirálovou pružinu.

Při otevírání a zavírání je konec spirálové pružiny pevný a po uvolnění spouštěcího mechanismu se hlavní hřídel otáčí ve směru hodinových ručiček pod pohonem spirálové pružiny a uvolňuje svou uloženou energii.

Vzhledem k tomu, že jistič VD4 využívá planární spirálovou pružinu, liší se přechod mezi „nenabitým“ a „uloženým“ stavem pružiny od většiny pružinových mechanismů. Zahrnuje uspořádání s pevnou mezerou na plášti spirálové pružiny, které je usnadněno koordinací disku, pomocné vačky připevněné k hlavní hřídeli a válečku namontovaného na spojovací tyči akumulace energie. Jednoduše řečeno, jakmile je akumulace energie dokončena, váleček poháněný spojovací tyčí akumulace energie zapadne do zářezu na disku. V důsledku toho se spojovací tyč akumulace energie otočí o určitý úhel, což způsobí, že příslušný pomocný kontakt akumulace energie a mechanický indikátor akumulace energie přejdou do stavu „Energie uložena“. Naopak během procesu zapínání jističe maximální poloměr pomocné vačky prochází mezerou disku a tlačí váleček zpět k vnějšímu okraji disku. Tato akce vrátí spojovací tyč akumulace energie zpět do původního úhlu, což způsobí, že se pomocný kontakt akumulace energie a mechanický indikátor akumulace energie vrátí do stavu „Neuložena energie“.

Obrázek 2: Schéma přechodu stavu ukládání energie

Je důležité si uvědomit, že v případě tradičního spínače VD4, který je v otevřené poloze bez akumulace energie, zůstává v planární spirálové pružině uloženo značné množství energie. Proto je i nadále nutné dodržovat bezpečnostní opatření.

2. Modul výjezdu

Vypínací modul ovládacího mechanismu spínače VD4 se pyšní elegantním a osobitým designem. Navzdory zdánlivé složitosti lze po demontáži a analýze celý vypínací modul rozdělit na tři základní vypínací struktury:

První stupeň vybavovací struktury se skládá z přední kladky a brzdového kotouče velké vějířovité desky, která funguje jako specializovaná vybavovací struktura „aretace + kladka“. Druhý stupeň zahrnuje velkou vějířovitou desku a velkou poloos, které tvoří typickou vybavovací strukturu „polosos + vějířovitá deska“. Třetí stupeň zahrnuje otevírací poloos, otevírací vějířovitou desku, uzavírací poloos a uzavírací vějířovitou desku, které dohromady tvoří dvě sady kombinací vybavovacích svěrek „polosos + vějířovitá deska“.

Obrázek 3: Strukturální schéma vypínacího modulu

Vypínací modul ovládacího mechanismu spínače VD4 slouží jak k přidržení, tak k vypnutí. Pojďme se na tyto funkce podívat podrobněji.

Funkce přidržení:

Vezměme si jako příklad uzavírací polohy. Jakmile je uzavírací akce dokončena, přední kladka velké vějířovité desky spadne do odpovídající drážky na brzdovém kotouči. V tomto bodě je velká poloos bezpečně držena na místě klešťovou strukturou tvořenou otevíracími a zavíracími sektorovými deskami. To zabraňuje zvednutí předních kladek velkých sektorových desek, čímž se účinně zablokuje brzdový kotouč a hlavní hřídel se udržuje v uzavírací poloze.

Vypínací funkce:

Nyní se podívejme na vypínací funkci na příkladu otevírání. Když mechanismus obdrží povel k otevření, otevírací poloosa se otočí ve směru hodinových ručiček o určitý úhel. Tento pohyb způsobí, že otevírací vějířová deska ztratí svůj dočasný bod otáčení a začne se otáčet ve směru hodinových ručiček, čímž se rozpadne klešťová nosná struktura tvořená otevíracími a zavíracími vějířovými deskami. V důsledku toho se velká poloosa působením vratné pružiny otáčí proti směru hodinových ručiček a uvolňuje velkou vějířovou desku. Velká vějířová deska poté působením vratné pružiny zvedne přední válec a uvolní brzdový kotouč. Brzdový kotouč se působením spirálové pružiny otáčí ve směru hodinových ručiček a zahájí otevírání.

Během procesu otevírání ojnice na pomocném hřídeli v otevírací a zavírací poloze (jak je znázorněno na obrázku 4) tlačí na otevírací sektorovou desku, aby se znovu nastavila a znovu se zapojila do otevírací poloosy. Tím se obnoví nosná konstrukce ve tvaru svorky tvořená otevíracími a zavíracími sektorovými deskami a velká poloos se zatlačí zpět do původního úhlu. Současně pomocné kotouče na obou stranách brzdového kotouče působí na zadní válečky velké vějířovité desky, které se otáčejí s hlavní hřídelí. Tím se zvedne zadní část velké vějířovité desky a spustí se přední část, čímž se připraví na další zablokování předního válečku k brzdovému kotouči.

Obrázek 4: Otočná tyč pomocného hřídele v otevírací a zavírací poloze

Ojnice pomocného hřídele hraje klíčovou roli v činnosti spínacího mechanismu VD4. Zajišťuje plynulý přechod mezi otevírací a zavírací polohou tím, že spojuje otevírací a zavírací sektorové desky a usnadňuje jejich pohyb.

3. Výstupní modul

Výstupní modul ovládacího mechanismu VD4 je klíčovou součástí, která převádí rotační pohyb hlavní hřídele na lineární pohyb potřebný pro vypínání a zapínání jističe. Skládá se ze tří vačkových kotoučů namontovaných na hlavní hřídeli a tří dvouramenných pohyblivých článků umístěných ve spodní části mechanismu.

Dvouramenný pohyblivý článek funguje jako páka s otočným bodem uprostřed. Přední konec páky je ovlivněn vačkovým kotoučem na hlavní hřídeli, zatímco zadní konec je spojen s izolační táhlem vakuové bubliny a otevírací pružinou.

Během zavírání se vačkový kotouč otáčí s hlavní hřídelí a tlačí dolů na válečky na předním konci dvouramenného pohyblivého článku. Tato akce zvedá zadní konec článku, tlačí izolační táhlo nahoru a uzavírá dynamické a statické kontakty ve vakuové bublině. Současně se stlačuje otevírací pružina, která ukládá energii pro následné otevírání.

Naopak, během otevírání se vačkový kotouč otáčí v opačném směru a uvolňuje válečky na předním konci dvouramenného pohyblivého článku. To umožňuje roztažení otevírací pružiny, oddělení dynamických a statických kontaktů a otevření obvodu.

4. Funkce uzamčení

Ovládací mechanismus VD4 zahrnuje komplexní funkci zamykání, která zvyšuje bezpečnost a spolehlivost. Zde je bližší pohled na jednotlivé funkce zamykání:

1. Zákaz zavírání, když je ruční vozík ve střední poloze:
   • Je instalován zavírací blokovací elektromagnet (Y1).
   • Koncové spínače (S8 a S9) jsou zapojeny paralelně s elektromagnetem zavírání a vytvářejí tak obvod zavírání aretace.
   • Když je ruční vozík v testovací nebo pracovní poloze, buď S8, nebo S9 se připojí k obvodu zavíracího blokování, čímž se nabije elektromagnet zavíracího blokování a uvolní se mechanické blokování zavírací poloosy.
   • Pomocný spínač (S2) v zapínacím obvodu jističe je zapojen sériově s pohyblivým železným jádrem zapínacího blokovacího elektromagnetu, čímž připravuje obvod k provedení zapínacího povelu. Výše ​​uvedené opatření kombinuje mechanické a elektrické blokování, což představuje komplexní blokovací schéma.

Uvedený popis podrobně popisuje důležitost a funkci pomocného spínače S2 v zapínacím obvodu schématu zapojení elektrického ovládání VD4 pro jistič s ručním vozíkem. Zde je stručné shrnutí a vysvětlení klíčových bodů:

Pomocný spínač S2 v uzavíracím obvodu

1. Zvýšená spolehlivost zamykání:
   • Pomocný spínač S2 se používá ve spojení s mechanickým blokováním, které zajišťuje zavírací blokovací elektromagnet Y1.
   • Tento dvojitý blokovací mechanismus zvyšuje spolehlivost blokovací funkce jističe.
2. Prevence přehřátí a poškození:
   • Pokud S2 není zahrnut v zapínacím obvodu a ruční vozík s jističem obdrží zapínací povel, když je ve střední poloze, zapínací obvod bude pod napětím.
   • V důsledku blokovacího působení zapínacího blokovacího elektromagnetu Y1 se nemůže zapínací poloosa otáčet, což brání zapnutí jističe.
   • To by vedlo k prodlouženému napájení uzavíracího elektromagnetu, což by způsobilo jeho přehřátí a potenciální spálení.
3. Úloha pomocného spínače:
   • Zahrnutím S2 do obvodu se zajistí, že zapínací elektromagnet bude napájen pouze tehdy, když je jistič ve správné poloze pro zapnutí.
   • Tím se zabrání zbytečnému napájení a možnému poškození elektromagnetu.

Zavírací mechanismus blokování

1. Mechanické zamykání:
   • Zapínací blokovací mechanismus je čistě mechanický systém, který využívá čtyřčlánkovou strukturu složenou z blokovací desky jističe, blokovací páky a zajišťovací páky.
   • Tento mechanismus je instalován mezi vodicím šroubem podvozku vozu a zapínací poloosou jističe.
2. Funkčnost:
   • Když je ruční vozík s jističem v testovací nebo pracovní poloze, je blokovací deska jističe v podvozku vodorovná, což umožňuje volné otáčení zapínací poloosy.
   • Když je ruční vozík ve střední poloze, blokovací deska se zvedne vodicím šroubem, což způsobí, že se blokovací páka dostane do záběru s plastovou vačkou uzavírací poloosy a zablokuje její otáčení.

Závěrem lze říci, že pomocný spínač S2 v zapínacím obvodu a mechanismus blokování zapínání jsou klíčové komponenty, které zajišťují bezpečný a spolehlivý provoz ručního vozíku s jističem. Spolupracují, aby zabránily neoprávněným nebo nebezpečným zapínacím operacím a chránily zařízení před potenciálním poškozením.

Obrázek 6 Zavírací blokovací mechanismus

Uvedený popis poskytuje podrobný přehled součástí podvozku ručního vozíku VD4 a jejich funkcí, se zvláštním zaměřením na bezpečnostní mechanismy a provozní omezení. Zde je shrnutí a vysvětlení klíčových bodů:

1. Deformace a údržba podvozku:
   • Studie odhalila, že deformace nebo zaseknutí podvozku může zabránit správnému uvolnění mechanického zámku, což vede ke spálení zavírací cívky.
   • Aby se tomu zabránilo, měla by se provádět pravidelná kontrola a údržba souvisejících součástí, aby se zajistil dobrý provozní stav podvozku.
2. Blokování pohybu ručního vozíku při sepnutí jističe:
   • Spínač VD4 používá mechanický blokovací mechanismus, který zabraňuje zasunutí nebo vysunutí ručního vozíku, když je jistič sepnutý.
   • Toho je dosaženo spoluprací mezi zajišťovacím rámem na zajišťovací desce a předními válci pohyblivého článku s dvojitým ramenem ve fázi B.
   • Když je jistič zapnutý, přední válečky jsou stlačeny dolů a vytvářejí malou mezeru s blokovacím rámem. Pokus o pohyb ručního vozíku způsobí, že vodicí šroub zatlačí na blokovací desku, která následně reaguje na vodicí šroub a blokuje pohyb.
3. Blokovací zavírací spínač bez akumulace energie:
   • Je zásadní, aby jistič měl dostatek energie nahromaděné předtím, než jej lze sepnout.
   • Bez akumulace energie nebo s neúplnou akumulací energie se rychlost a síla zavírání sníží, což může vést k selhání zavírání.
   • Spínač VD4 využívá součinnost mezi blokovací deskou pro ukládání energie a prodlužovací deskou vějířovité zavírací desky k zablokování zavírání, když nedochází k ukládání energie.
   • Po dokončení akumulace energie se váleček na ojnici akumulace energie dostane do záběru s kotoučem, což umožní jističi normální sepnutí.

Stručně řečeno, komponenty podvozku ručního vozíku VD4 zahrnují bezpečnostní mechanismy, které zabraňují nesprávnému provozu, jako je blokování pohybu při sepnutí jističe a zabránění sepnutí bez dostatečného ukládání energie. Pravidelná údržba a kontrola těchto komponent jsou nezbytné pro zajištění bezpečného a spolehlivého provozu zařízení.

Obrázek 8a Poloha zamykací desky akumulace energie při akumulaci energie

Revidovaný text:

Obrázek 8(b) znázorňuje polohu blokovací desky pro ukládání energie, když není žádná energie ukládána.

Pro doplnění výše zmíněného mechanického blokovacího mechanismu je spínač VD4 zapojen sériově s pomocným spínačem S1 pro akumulaci energie (jak je znázorněno na obrázku 5) v rámci zapínacího obvodu. Toto uspořádání vylepšuje funkci elektrického blokování a chrání před potenciálním spálením zapínacího elektromagnetu.