Estrutura e princípio do mecanismo de funcionamento do disjuntor ABB VD4

O VD4O disjuntor de média tensão VD4 da ABB, renomado na época, já vendeu quase um milhão de unidades em todo o mundo. Apesar de sua confiabilidade, falhas ocorrem, principalmente no mecanismo de operação. Os técnicos de manutenção dependem do manual da ABB, mas guias detalhados são escassos. Ao desmontar um VD4 sucateado, o autor oferece informações que auxiliam no trabalho prático.

O mecanismo VD4 apresenta uma mola espiral plana e um eixo principal, com disparo em vários estágios para manutenção e conversão de posição, com saída através de uma alavanca de came.

1. Armazenamento de energia:

O VD4 utiliza molas helicoidais planas estáveis, melhorando a eficiência do mecanismo em comparação com as molas tradicionais.

Texto editado:

Figura 1: Mola espiral plana

Conforme ilustrado na Figura 1, uma extremidade da mola espiral plana é fixada ao eixo principal, enquanto a outra extremidade é fixada à carcaça da mola. Durante o armazenamento de energia, a extremidade da mola espiral no eixo principal permanece estacionária, e o motor de armazenamento de energia ou o balancim de armazenamento de energia gira a carcaça da mola no sentido horário (vista do lado esquerdo do mecanismo; a mesma orientação se aplica em todo o sistema) por meio da catraca, da corrente e da engrenagem grande, tensionando assim a mola espiral.

No que diz respeito às operações de abertura e fechamento, a extremidade da mola espiral na carcaça é fixa e, após a liberação do mecanismo de disparo, o eixo principal gira no sentido horário sob o acionamento da mola espiral, liberando a energia armazenada.

Dado que o VD4 utiliza uma mola espiral plana, a transição entre os estados "descarregado" e "carregado" da mola difere da maioria dos mecanismos operados por mola. Envolve um mecanismo com folga fixa na carcaça da mola espiral, facilitado pela coordenação de um disco, uma came auxiliar fixada ao eixo principal e um rolete montado na haste de conexão do armazenamento de energia. Em termos mais simples, uma vez concluído o armazenamento de energia, o rolete, acionado pela haste de conexão do armazenamento de energia, engata em um entalhe no disco. Consequentemente, a haste de conexão do armazenamento de energia gira até um ângulo específico, fazendo com que o contato auxiliar de armazenamento de energia associado e o indicador mecânico de armazenamento de energia mudem para o estado "Energia Armazenada". Por outro lado, durante o processo de fechamento do disjuntor, o raio máximo da came auxiliar percorre a folga do disco, empurrando o rolete de volta para a borda externa do disco. Essa ação faz com que a haste de conexão do sistema de armazenamento de energia retorne ao seu ângulo original, fazendo com que o contato auxiliar do sistema de armazenamento de energia e o indicador mecânico do sistema de armazenamento de energia voltem ao estado "Sem energia armazenada".

Figura 2: Diagrama esquemático da transição de estado do armazenamento de energia

É importante observar que, no caso de uma chave VD4 tradicional na posição aberta sem armazenamento de energia, uma quantidade significativa de energia permanece armazenada na mola espiral plana. Portanto, precauções de segurança ainda devem ser tomadas.

2. Módulo de Viagem

O módulo de disparo do mecanismo de operação do interruptor VD4 apresenta um design elegante e distinto. Apesar de sua aparente complexidade, ao desmontá-lo e analisá-lo, todo o módulo de disparo pode ser dividido em três estruturas de disparo fundamentais:

A estrutura de disparo do primeiro estágio consiste no rolete frontal e no disco de freio da grande placa em forma de leque, que funciona como uma estrutura de disparo especializada do tipo "retentor + rolete". O segundo estágio compreende a grande placa em forma de leque e o grande semieixo, formando uma estrutura de disparo típica do tipo "semieixo + placa em forma de leque". O terceiro estágio inclui o semieixo de abertura, a placa em forma de leque de abertura, o semieixo de fechamento e a placa em forma de leque de fechamento, que juntos constituem dois conjuntos de combinações de grampo de disparo do tipo "semieixo + placa em forma de leque".

Figura 3: Diagrama estrutural do módulo de viagem

O módulo de disparo do mecanismo de acionamento da chave VD4 desempenha funções tanto de retenção quanto de disparo. Vamos analisar essas funções em detalhes.

Função de retenção:

Tomando como exemplo a posição de fechamento, uma vez concluída a ação de fechamento, o rolete dianteiro da grande placa em forma de leque encaixa-se na ranhura correspondente no disco de freio. Nesse ponto, o grande semieixo é mantido firmemente no lugar pela estrutura de pinça formada pelas placas setoriais de abertura e fechamento. Isso impede que os roletes dianteiros das grandes placas setoriais se levantem, travando efetivamente o disco de freio e mantendo o eixo principal na posição de fechamento.

Função de disparo:

Agora, vamos considerar a função de acionamento usando a ação de abertura como exemplo. Quando o mecanismo recebe um comando de abertura, o semieixo de abertura gira no sentido horário através de um ângulo específico. Esse movimento faz com que a placa em forma de leque de abertura perca seu fulcro temporário e gire no sentido horário, desintegrando a estrutura de suporte em forma de pinça formada pelas placas em forma de leque de abertura e fechamento. Como resultado, o semieixo maior gira no sentido anti-horário sob a ação da mola de retorno, liberando a placa em forma de leque maior. A placa em forma de leque maior, então, levanta o rolete dianteiro sob a ação da mola de retorno, liberando o disco de freio. O disco de freio gira no sentido horário sob a ação da mola espiral, iniciando a ação de abertura.

Durante o processo de abertura, a biela no eixo auxiliar da posição de abertura e fechamento (como mostrado na Figura 4) empurra a placa do setor de abertura para reposicioná-la e engatá-la novamente com o semieixo de abertura. Isso restabelece a estrutura de suporte em forma de pinça formada pelas placas dos setores de abertura e fechamento e empurra o semieixo maior de volta ao seu ângulo original. Simultaneamente, os discos auxiliares em ambos os lados do disco de freio atuam sobre os roletes traseiros da placa grande em forma de leque à medida que giram com o eixo principal. Isso levanta a parte traseira da placa grande em forma de leque e abaixa a parte dianteira, preparando-a para o próximo travamento do rolete dianteiro no disco de freio.

Figura 4: Posição de abertura e fechamento da biela do eixo auxiliar

A biela do eixo auxiliar desempenha um papel crucial no funcionamento do mecanismo de comutação VD4. Ela garante a transição suave entre as posições de abertura e fechamento, conectando as placas setoriais de abertura e fechamento e facilitando seu movimento.

3. Módulo de Saída

O módulo de saída do mecanismo de acionamento VD4 é um componente vital que converte o movimento rotacional do eixo principal no movimento linear necessário para abrir e fechar o disjuntor. Ele consiste em três discos de came montados no eixo principal e três bielas móveis de braço duplo localizadas na parte inferior do mecanismo.

A haste móvel de braço duplo funciona como uma alavanca, com seu fulcro localizado no meio. A extremidade dianteira da alavanca é influenciada pelo disco de came no eixo principal, enquanto a extremidade traseira está conectada à haste de tração isolante da bolha de vácuo e à mola de abertura.

Durante a operação de fechamento, o disco da came gira com o eixo principal, pressionando os roletes na extremidade frontal da haste móvel de braço duplo. Essa ação levanta a extremidade traseira da haste, empurrando a haste isolante para cima e fechando os contatos dinâmicos e estáticos dentro da bolha de vácuo. Simultaneamente, a mola de abertura é comprimida, armazenando energia para a operação de abertura subsequente.

Em contrapartida, durante a operação de abertura, o disco da came gira na direção oposta, liberando os roletes na extremidade frontal da ligação móvel de braço duplo. Isso permite que a mola de abertura se expanda, separando os contatos dinâmicos e estáticos e abrindo o circuito.

4. Função de travamento

O mecanismo de operação do VD4 inclui uma função de travamento abrangente que aumenta a segurança e a confiabilidade. Veja a seguir uma análise mais detalhada de cada uma das características de travamento:

1. Proibição de fechamento quando o carrinho de mão estiver na posição intermediária.:
   • Um eletroímã de travamento de fechamento (Y1) está instalado.
   • Os interruptores de limite (S8 e S9) são conectados em paralelo com o eletroímã de travamento de fechamento para formar o circuito de travamento de fechamento.
   • Quando o carrinho está na posição de teste ou na posição de trabalho, S8 ou S9 se conecta ao circuito de travamento de fechamento, carregando o eletroímã de travamento de fechamento e liberando o travamento mecânico do semi-eixo de fechamento.
   • Uma chave auxiliar (S2) no circuito de fechamento do disjuntor é conectada em série com o núcleo de ferro móvel do eletroímã de travamento de fechamento, preparando o circuito para executar o comando de fechamento. Conforme mencionado acima, a medida combina travamento mecânico e travamento elétrico, o que constitui um esquema de travamento abrangente.

A descrição fornecida detalha a importância e a funcionalidade da chave auxiliar S2 no circuito de fechamento de um diagrama de fiação de controle elétrico VD4 para um disjuntor tipo carrinho. Segue um resumo conciso e uma explicação dos pontos principais:

Interruptor auxiliar S2 no circuito de fechamento

1. Confiabilidade de travamento aprimorada:
   • O interruptor auxiliar S2 é usado em conjunto com o travamento mecânico fornecido pelo eletroímã de travamento de fechamento Y1.
   • Esse mecanismo de travamento duplo aumenta a confiabilidade da função de travamento do disjuntor.
2. Prevenção de sobreaquecimento e danos:
   • Se S2 não estiver incluído no circuito de fechamento e o carrinho do disjuntor receber um comando de fechamento enquanto estiver na posição intermediária, o circuito de fechamento será energizado.
   • Devido à ação de bloqueio do eletroímã de travamento de fechamento Y1, o semieixo de fechamento não pode girar, impedindo o fechamento do disjuntor.
   • Isso levaria à energização prolongada do eletroímã em fechamento, causando seu superaquecimento e possível queima.
3. Função do interruptor auxiliar:
   • Ao incluir S2 no circuito, garante-se que o eletroímã de fechamento seja energizado somente quando o disjuntor estiver na posição correta para fechamento.
   • Isso evita energização desnecessária e possíveis danos ao eletroímã.

Mecanismo de intertravamento de fechamento

1. Travamento mecânico:
   • O mecanismo de intertravamento de fechamento é um sistema puramente mecânico que utiliza uma estrutura de quatro elos composta pela placa de intertravamento do disjuntor, alavanca de intertravamento e alavanca de travamento.
   • Este mecanismo é estabelecido entre o fuso de esferas do chassi do veículo e o semieixo de fechamento do disjuntor.
2. Funcionalidade:
   • Quando o carrinho do disjuntor está na posição de teste ou de trabalho, a placa de intertravamento do disjuntor no chassi fica na horizontal, permitindo que o semieixo de fechamento gire livremente.
   • Quando o carrinho de mão está na posição intermediária, a placa de intertravamento é levantada pelo fuso, fazendo com que a alavanca de travamento se encaixe na came de plástico do semieixo de fechamento, travando sua rotação.

Em conclusão, a chave auxiliar S2 no circuito de fechamento e o mecanismo de intertravamento de fechamento são componentes cruciais que garantem a operação segura e confiável do carrinho do disjuntor. Eles trabalham em conjunto para evitar operações de fechamento não autorizadas ou inseguras e proteger o equipamento contra possíveis danos.

Figura 6 Mecanismo de intertravamento de fechamento

A descrição fornecida oferece uma visão geral detalhada dos componentes do chassi do carrinho de mão VD4 e suas funções, com foco especial nos mecanismos de segurança e restrições operacionais. Segue um resumo e explicação dos pontos principais:

1. Deformação e manutenção do chassi:
   • O estudo revelou que a deformação ou o travamento do chassi podem impedir que a trava mecânica se solte corretamente, levando à queima da bobina de fechamento.
   • Para evitar isso, inspeções e manutenções regulares dos componentes relacionados devem ser realizadas para garantir que o chassi esteja em boas condições de funcionamento.
2. Bloqueio do movimento do carrinho de mão quando o disjuntor está fechado:
   • O interruptor VD4 utiliza um mecanismo de travamento mecânico para impedir que o carrinho seja movido para dentro ou para fora quando o disjuntor estiver fechado.
   • Isso é conseguido através da cooperação entre a estrutura de travamento na placa de intertravamento e os roletes dianteiros da ligação móvel de braço duplo da fase B.
   • Quando o disjuntor é fechado, os roletes dianteiros são pressionados para baixo, criando um pequeno espaço com a estrutura de travamento. Ao tentar mover o carrinho de mão, o fuso de esferas empurrará a placa de intertravamento, que, por sua vez, reagirá sobre o fuso de esferas, bloqueando o movimento.
3. Interruptor de bloqueio sem armazenamento de energia:
   • É crucial que o disjuntor tenha energia suficiente armazenada antes de poder ser fechado.
   • Sem armazenamento de energia ou com armazenamento incompleto, a velocidade e a força de fechamento diminuirão, podendo levar à falha no fechamento.
   • O interruptor VD4 utiliza uma cooperação entre a placa de travamento do armazenamento de energia e a placa de extensão da placa de fechamento em forma de leque para bloquear o fechamento quando não há armazenamento de energia.
   • Quando o armazenamento de energia estiver completo, o rolete na haste de conexão do sistema de armazenamento de energia engata no disco, permitindo que o disjuntor feche normalmente.

Em resumo, os componentes do chassi do carrinho VD4 incluem mecanismos de segurança para evitar operação incorreta, como o bloqueio do movimento quando o disjuntor está fechado e a prevenção do fechamento sem armazenamento de energia suficiente. A manutenção e inspeção regulares desses componentes são essenciais para garantir a operação segura e confiável do equipamento.

Figura 8a Posição da placa de bloqueio do armazenamento de energia quando a energia está armazenada

Texto revisado:

A Figura 8(b) ilustra a posição da placa de bloqueio de armazenamento de energia quando nenhuma energia está armazenada.

Para complementar o mecanismo de travamento mecânico mencionado anteriormente, a chave VD4 também está conectada em série com a chave auxiliar de armazenamento de energia S1 (conforme ilustrado na Figura 5) dentro do circuito de fechamento. Essa configuração aprimora a função de travamento elétrico e protege contra a possível queima do eletroímã de fechamento.