Structura și principiul mecanismului de operare al întrerupătorului de circuit ABB VD4

Cel/Cea/Cei/Cele VD4, renumitul întrerupător de circuit de medie tensiune de la ABB, a vândut aproape un milion de unități în întreaga lume. În ciuda fiabilității sale, apar defecțiuni, în special la mecanismul de operare. Personalul de întreținere se bazează pe manualul ABB, dar ghidurile detaliate sunt rare. Prin disecția unui VD4 uzat, autorul oferă perspective pentru a ajuta la lucrările practice.

Mecanismul VD4 prezintă un arc planar cu spirală și un ax principal, cu declanșare în mai multe etape pentru menținerea și conversia poziției, transmisă printr-o pârghie cu came.

1. Stocarea energiei:

VD4 folosește arcuri plane spiralate stabile, îmbunătățind eficiența mecanismului în comparație cu arcurile tradiționale.

Text editat:

Figura 1: Arc de rulare plană

Așa cum este ilustrat în Figura 1, un capăt al arcului spiralat plan este fixat de arborele principal, în timp ce celălalt capăt este atașat la carcasa arcului. În timpul stocării energiei, capătul arborelui principal al arcului spiralat rămâne staționar, iar motorul de stocare a energiei sau balansierul de stocare a energiei rotește carcasa arcului în sensul acelor de ceasornic (privit din partea stângă a mecanismului; aceeași orientare se aplică pe tot parcursul) prin intermediul clichetului, lanțului și roții dințate mari, tensionând astfel arcul spiralat.

În operațiunile de deschidere și închidere, capătul carcasei arcului spiralat este fix, iar la eliberarea mecanismului de declanșare, arborele principal se rotește în sensul acelor de ceasornic sub acționarea arcului spiralat, eliberând energia stocată.

Având în vedere că VD4 utilizează un arc spiralat planar, tranziția între starea „neîncărcat” și starea „stocat” a arcului diferă de majoritatea mecanismelor acționate cu arc. Aceasta implică un aranjament cu spațiu fix pe carcasa arcului spiralat, facilitat de coordonarea unui disc, a unei camă auxiliare fixate pe arborele principal și a unei role montate pe biela de stocare a energiei. Mai simplu spus, odată ce stocarea energiei este finalizată, rola, acționată de biela de stocare a energiei, se angajează într-o crestătură de pe disc. În consecință, biela de stocare a energiei se rotește la un unghi specific, determinând contactul auxiliar de stocare a energiei asociat și indicatorul mecanic de stocare a energiei să treacă la starea „Energie stocată”. În schimb, în ​​timpul procesului de închidere a întrerupătorului, raza maximă a camei auxiliare traversează spațiul dintre disc, împingând rola înapoi spre marginea exterioară a discului. Această acțiune împinge biela de stocare a energiei înapoi la unghiul său inițial, determinând contactul auxiliar de stocare a energiei și indicatorul mecanic de stocare a energiei să revină la starea „Energie nestocată”.

Figura 2: Diagramă schematică a tranziției stării de stocare a energiei

Este important de menționat că, în cazul unui comutator VD4 tradițional care se află în poziția deschisă fără stocare de energie, o cantitate semnificativă de energie rămâne stocată în arcul planar. Prin urmare, trebuie luate în continuare măsuri de siguranță.

2. Modul de declanșare

Modulul de declanșare al mecanismului de acționare a comutatorului VD4 se mândrește cu un design elegant și distinctiv. În ciuda complexității sale aparente, la demontare și analiză, întregul modul de declanșare poate fi împărțit în trei structuri fundamentale de declanșare:

Structura de declanșare din prima etapă este formată din rola frontală și discul de frână al plăcii mari în formă de evantai, care funcționează ca o structură de declanșare specializată de tip „retenție + rolă”. A doua etapă cuprinde placa mare în formă de evantai și semiarbore mare, formând o structură de declanșare tipică de tip „semiarbore + placă în formă de evantai”. A treia etapă include semiarbore de deschidere, placa de deschidere în formă de evantai, semiarbore de închidere și placa de închidere în formă de evantai, care împreună constituie două seturi de combinații de cleme de declanșare de tip „semiarbore + placă în formă de evantai”.

Figura 3: Diagrama structurală a modulului de declanșare

Modulul de declanșare al mecanismului de operare al comutatorului VD4 îndeplinește atât funcția de menținere, cât și funcția de declanșare. Să analizăm în detaliu aceste funcții.

Funcția de menținere:

Luând ca exemplu poziția de închidere, odată ce acțiunea de închidere este finalizată, rola frontală a plăcii mari în formă de evantai cade în fanta corespunzătoare de pe discul de frână. În acest moment, semiarborele mare este fixat în siguranță de structura de clește formată de plăcile sectoriale de deschidere și închidere. Acest lucru împiedică ridicarea rolelor frontale ale plăcilor sectoriale mari, blocând eficient discul de frână și menținând arborele principal în poziția de închidere.

Funcție de declanșare:

Acum, să luăm în considerare funcția de declanșare folosind ca exemplu acțiunea de deschidere. Când mecanismul primește o comandă de deschidere, semiaxa de deschidere se rotește în sensul acelor de ceasornic cu un unghi specific. Această mișcare face ca placa de deschidere a evantaiului să-și piardă punctul de sprijin temporar și să se rotească în sensul acelor de ceasornic, dezintegrând structura de susținere în formă de clește formată de plăcile de deschidere și închidere în formă de evantai. Drept urmare, semiaxa mare se rotește în sens invers acelor de ceasornic sub acțiunea arcului de revenire, eliberând placa mare în formă de evantai. Placa mare în formă de evantai ridică apoi rola frontală sub acțiunea arcului de revenire, eliberând discul de frână. Discul de frână se rotește în sensul acelor de ceasornic sub acțiunea arcului spiralat, inițiind acțiunea de deschidere.

În timpul procesului de deschidere, biela de pe arborele auxiliar al pozițiilor de deschidere și închidere (așa cum se arată în Figura 4) împinge placa sectorului de deschidere pentru a se reseta și a o reangaja cu semiarborele de deschidere. Aceasta restabiliește structura de susținere în formă de clemă formată de plăcile sectorului de deschidere și închidere și împinge semiarborele mare înapoi la unghiul său inițial. Simultan, discurile auxiliare de pe ambele părți ale discului de frână acționează asupra rolelor din spate ale plăcii mari în formă de evantai în timp ce se rotesc odată cu arborele principal. Aceasta ridică partea din spate a plăcii mari în formă de evantai și coboară partea din față, pregătind-o pentru următoarea blocare a rolei din față pe discul de frână.

Figura 4: Poziția de deschidere și închidere a bielei arborelui auxiliar

Biela arborelui auxiliar joacă un rol crucial în funcționarea mecanismului comutatorului VD4. Aceasta asigură o tranziție lină între pozițiile de deschidere și închidere prin conectarea plăcilor sectoriale de deschidere și închidere și facilitarea mișcării acestora.

3. Modul de ieșire

Modulul de ieșire al mecanismului de operare VD4 este o componentă vitală care transformă mișcarea de rotație a arborelui principal în mișcarea liniară necesară pentru deschiderea și închiderea întrerupătorului. Acesta este format din trei discuri cu came montate pe arborele principal și trei legături mobile cu braț dublu situate în partea inferioară a mecanismului.

Legătura mobilă cu două brațe funcționează ca o pârghie, cu punctul de sprijin situat la mijloc. Capătul frontal al pârghiei este acționat de discul cu came de pe arborele principal, în timp ce capătul posterior este conectat la tija de tracțiune izolatoare a bulei de vid și la arcul de deschidere.

În timpul operațiunii de închidere, discul cu came se rotește odată cu arborele principal, apăsând pe rolele de la capătul frontal al legăturii mobile cu braț dublu. Această acțiune ridică capătul posterior al legăturii, împingând tija de tracțiune izolatoare în sus și închizând contactele dinamice și statice din interiorul bulei de vid. Simultan, arcul de deschidere este comprimat, stocând energie pentru operațiunea ulterioară de deschidere.

În schimb, în ​​timpul operațiunii de deschidere, discul cu came se rotește în direcția opusă, eliberând rolele de la capătul frontal al legăturii mobile cu braț dublu. Acest lucru permite arcului de deschidere să se extindă, separând contactele dinamice și statice și deschizând circuitul.

4. Funcția de blocare

Mecanismul de operare VD4 include o funcție completă de blocare care sporește siguranța și fiabilitatea. Iată o privire mai atentă asupra fiecăreia dintre caracteristicile de blocare:

1. Interzicerea închiderii când căruciorul manual este în poziția de mijloc:
   • Este instalat un electromagnet de blocare a închiderii (Y1).
   • Întrerupătoarele de limită (S8 și S9) sunt conectate în paralel cu electromagnetul de blocare la închidere pentru a forma circuitul de blocare la închidere.
   • Când căruciorul manual se află în poziția de testare sau în poziția de lucru, fie S8, fie S9 se conectează la circuitul de blocare la închidere, încărcând electromagnetul de blocare la închidere și eliberând blocarea mecanică a semiaxei de închidere.
   • Un comutator auxiliar (S2) din circuitul de închidere al întrerupătorului este conectat în serie cu miezul de fier mobil al electromagnetului de blocare la închidere, pregătind circuitul pentru executarea comenzii de închidere. Așa cum se menționează mai sus, măsura combină blocarea mecanică și blocarea electrică, ceea ce reprezintă o schemă completă de blocare.

Descrierea furnizată detaliază importanța și funcționalitatea comutatorului auxiliar S2 în circuitul de închidere al unei scheme de conectare a comenzii electrice VD4 pentru un întrerupător de tip cărucior manual. Iată un rezumat concis și o explicație a punctelor cheie:

Comutatorul auxiliar S2 în circuitul de închidere

1. Fiabilitate îmbunătățită a blocării:
   • Întrerupătorul auxiliar S2 este utilizat împreună cu blocarea mecanică asigurată de electromagnetul de blocare la închidere Y1.
   • Acest mecanism dublu de blocare crește fiabilitatea funcției de blocare a întrerupătorului.
2. Prevenirea supraîncălzirii și a deteriorării:
   • Dacă S2 nu este inclus în circuitul de închidere și căruciorul manual al întrerupătorului primește o comandă de închidere în timp ce se află în poziția centrală, circuitul de închidere va fi alimentat.
   • Din cauza acțiunii de blocare a electromagnetului de blocare la închidere Y1, semiaxea de închidere nu se poate roti, împiedicând închiderea întrerupătorului.
   • Acest lucru ar duce la o energizare prelungită a electromagnetului de închidere, provocând supraîncălzirea acestuia și, eventual, arderea acestuia.
3. Rolul comutatorului auxiliar:
   • Prin includerea lui S2 în circuit, se asigură că electromagnetul de închidere este alimentat doar atunci când întrerupătorul este în poziția corectă pentru închidere.
   • Acest lucru previne energizarea inutilă și potențiala deteriorare a electromagnetului.

Mecanism de blocare a închiderii

1. Blocare mecanică:
   • Mecanismul de interblocare la închidere este un sistem pur mecanic care utilizează o structură cu patru verigi compusă din placa de interblocare a întrerupătorului, maneta de interblocare și maneta de blocare.
   • Acest mecanism se stabilește între șurubul de acționare al mașinii-șasiu și semiarborele de închidere al întrerupătorului.
2. Funcționalitate:
   • Când căruciorul manual al întrerupătorului se află în poziția de testare sau de lucru, placa de interblocare a întrerupătorului din șasiu este orizontală, permițând semi-arborelui de închidere să se rotească liber.
   • Când căruciorul manual se află în poziția centrală, placa de interblocare este ridicată de șurubul de acționare, determinând pârghia de blocare să se angajeze cu cama de plastic a semi-arborelui de închidere, blocându-i rotația.

În concluzie, comutatorul auxiliar S2 din circuitul de închidere și mecanismul de blocare la închidere sunt ambele componente cruciale care asigură funcționarea sigură și fiabilă a căruciorului manual al întrerupătorului de circuit. Acestea lucrează împreună pentru a preveni operațiunile de închidere neautorizate sau nesigure și pentru a proteja echipamentul de potențiale daune.

Figura 6 Mecanism de blocare la închidere

Descrierea furnizată oferă o prezentare generală detaliată a componentelor șasiului căruciorului manual VD4 și a funcțiilor acestora, concentrându-se în special pe mecanismele de siguranță și constrângerile operaționale. Iată un rezumat și o explicație a punctelor cheie:

1. Deformarea și întreținerea șasiului:
   • Studiul a relevat că deformarea sau blocarea șasiului poate împiedica eliberarea corectă a încuietorii mecanice, ducând la arderea bobinei de închidere.
   • Pentru a preveni acest lucru, trebuie efectuată o inspecție și o întreținere regulată a componentelor aferente pentru a asigura că șasiul este în stare bună de funcționare.
2. Blocarea mișcării căruciorului manual când întrerupătorul de circuit este închis:
   • Comutatorul VD4 folosește un mecanism mecanic de blocare pentru a împiedica introducerea sau scoaterea căruciorului manual atunci când întrerupătorul este închis.
   • Acest lucru se realizează prin cooperarea dintre cadrul de blocare de pe placa de interblocare și rolele frontale ale legăturii mobile cu braț dublu în faza B.
   • Când întrerupătorul este închis, rolele frontale sunt apăsate în jos, creând un mic spațiu cu cadrul de blocare. Încercarea de a mișca căruciorul manual va face ca șurubul de acționare să împingă placa de interblocare, care la rândul său reacționează asupra șurubului de acționare, blocând mișcarea.
3. Blocarea închiderii comutatorului fără stocare de energie:
   • Este esențial ca întrerupătorul să aibă suficientă energie stocată înainte de a putea fi închis.
   • Fără stocarea energiei sau stocarea incompletă a energiei, viteza și forța de închidere vor scădea, ceea ce poate duce la eșecul închiderii.
   • Comutatorul VD4 folosește o cooperare între placa de blocare a stocării energiei și placa de extensie a plăcii de închidere în formă de evantai pentru a bloca închiderea atunci când nu există stocare de energie.
   • Când stocarea energiei este completă, rola de pe tija de conectare a stocării energiei se angajează cu discul, permițând întrerupătorului să se închidă normal.

În concluzie, componentele șasiului căruciorului manual VD4 includ mecanisme de siguranță pentru a preveni funcționarea necorespunzătoare, cum ar fi blocarea mișcării atunci când întrerupătorul este închis și prevenirea închiderii fără o stocare suficientă de energie. Întreținerea și inspecția regulată a acestor componente sunt esențiale pentru a asigura funcționarea sigură și fiabilă a echipamentului.

Figura 8 a Poziția plăcii de blocare a stocării energiei atunci când energia este stocată

Text revizuit:

Figura 8(b) ilustrează poziția plăcii de blocare a stocării energiei atunci când nu este stocată energie.

Pentru a completa mecanismul mecanic de blocare menționat anterior, comutatorul VD4 este, de asemenea, conectat în serie cu comutatorul auxiliar de stocare a energiei S1 (așa cum este ilustrat în Figura 5) în cadrul circuitului de închidere. Această configurație îmbunătățește funcția de blocare electrică și protejează împotriva potențialei arderi a electromagnetului de închidere.