Istraktura at Prinsipyo ng ABB VD4 Circuit Breaker Operating Mechanism

Ang VD4, ang kilalang medium-voltage circuit breaker ng ABB, ay nakabenta ng halos isang milyong unit sa buong mundo. Sa kabila ng pagiging maaasahan nito, nangyayari ang mga pagkakamali, lalo na sa mekanismo ng pagpapatakbo. Umaasa ang mga tauhan sa pagpapanatili sa manwal ng ABB, ngunit kakaunti ang mga detalyadong gabay. Sa pamamagitan ng pag-dissect sa isang na-scrap na VD4, nagbibigay ang may-akda ng mga insight para tumulong sa praktikal na gawain.

Nagtatampok ang mekanismo ng VD4 ng planar scroll spring at main shaft, na may multi-stage tripping para sa pagpapanatili ng posisyon at conversion, na naglalabas sa pamamagitan ng cam lever.

1. Imbakan ng Enerhiya:

Gumagamit ang VD4 ng mga stable na planar scroll spring, na pinapabuti ang kahusayan ng mekanismo kumpara sa mga tradisyunal na spring.

Na-edit na Teksto:

Larawan 1: Plane Scroll Spring

Gaya ng inilalarawan sa Figure 1, ang isang dulo ng plane scroll spring ay naka-secure sa pangunahing shaft, habang ang kabilang dulo ay nakakabit sa spring casing. Sa panahon ng pag-iimbak ng enerhiya, ang pangunahing shaft na dulo ng volute spring ay nananatiling nakatigil, at ang energy storage motor o ang energy storage rocker ay umiikot sa spring casing clockwise (tulad ng tinitingnan mula sa kaliwang bahagi ng mekanismo; ang parehong oryentasyon ay nalalapat sa kabuuan) sa pamamagitan ng ratchet pawl, chain, at malaking gear, at sa gayon ay pinaigting ang scroll spring.

Pagdating sa pagbubukas at pagsasara ng mga operasyon, ang dulo ng shell ng scroll spring ay naayos, at sa paglabas ng tripping mechanism, ang pangunahing shaft ay umiikot nang clockwise sa ilalim ng drive ng scroll spring, na naglalabas ng nakaimbak nitong enerhiya.

Dahil ang VD4 ay gumagamit ng isang planar scroll spring, ang paglipat sa pagitan ng "uncharged" at "stored" na estado ng spring ay naiiba sa karamihan ng mga spring-operated na mekanismo. Ito ay nagsasangkot ng isang gap-fixed arrangement sa scroll spring shell, na pinadali ng koordinasyon ng isang disk, isang auxiliary cam na nakakabit sa pangunahing shaft, at isang roller na naka-mount sa energy storage connecting rod. Sa mas simpleng mga termino, kapag nakumpleto na ang pag-iimbak ng enerhiya, ang roller, na hinimok ng energy storage connecting rod, ay napupunta sa isang bingaw sa disk. Dahil dito, ang energy storage connecting rod ay umiikot sa isang partikular na anggulo, na nag-uudyok sa nauugnay na energy storage auxiliary contact at ang energy storage mechanical indicator na lumipat sa "Energy Stored" na estado. Sa kabaligtaran, sa panahon ng proseso ng pagsasara ng circuit breaker, ang pinakamataas na radius ng auxiliary cam ay dumadaan sa puwang ng disk, na itinutulak ang roller pabalik sa panlabas na gilid ng disk. Ang pagkilos na ito ay nagtutulak sa energy storage connecting rod pabalik sa orihinal nitong anggulo, na nagiging sanhi ng energy storage auxiliary contact at ang energy storage mechanical indicator na bumalik sa "Non-Energy Stored" na estado.

Figure 2: Schematic Diagram ng Energy Storage State Transition

Mahalagang tandaan na, sa kaso ng isang tradisyonal na switch ng VD4 na nasa bukas na posisyon na walang imbakan ng enerhiya, isang malaking halaga ng enerhiya ang nananatiling nakaimbak sa loob ng planar scroll spring. Samakatuwid, ang mga pag-iingat sa kaligtasan ay dapat pa ring gawin.

2. Trip Module

Ipinagmamalaki ng trip module ng VD4 switch operating mechanism ang makinis at natatanging disenyo. Sa kabila ng maliwanag na pagiging kumplikado nito, sa pag-dismantle at pagsusuri nito, ang buong tripping module ay maaaring hatiin sa tatlong pangunahing tripping structures:

Ang first-stage tripping structure ay binubuo ng front roller at ang brake disc ng malaking fan-shaped plate, na gumagana bilang isang espesyal na "detent + roller" tripping structure. Ang ikalawang yugto ay binubuo ng malaking plate na hugis fan at ang malaking kalahating baras, na bumubuo ng isang tipikal na istraktura ng "kalahating baras + hugis fan na plato." Kasama sa ikatlong yugto ang pambungad na kalahating baras, ang pambungad na plato na hugis fan, ang pagsasara ng kalahating baras, at ang pagsasara na hugis fan, na magkakasamang bumubuo ng dalawang hanay ng "kalahating baras + hugis fan na plato" na tripping clamp na mga kumbinasyon.

Larawan 3: Structural Diagram ng Trip Module

Ang trip module ng VD4 switch operating mechanism ay parehong nagsisilbing holding at tripping function. Suriin natin ang mga pag-andar na ito nang detalyado.

Holding Function:

Isinasaalang-alang ang posisyon ng pagsasara bilang halimbawa, kapag nakumpleto na ang pagsasara, ang front roller ng malaking plate na hugis fan ay mahuhulog sa kaukulang puwang sa disc ng preno. Sa puntong ito, ang malaking kalahating baras ay ligtas na hawak sa lugar ng pincer na istraktura na nabuo ng pagbubukas at pagsasara ng mga plate ng sektor. Pinipigilan nito ang pag-angat ng mga front roller ng malalaking sector plate, na epektibong mai-lock ang brake disc at mapanatili ang pangunahing shaft sa posisyong pagsasara.

Tripping Function:

Ngayon, isaalang-alang natin ang tripping function gamit ang opening action bilang isang halimbawa. Kapag ang mekanismo ay nakatanggap ng isang pambungad na utos, ang pagbubukas ng kalahating axis ay umiikot sa clockwise sa pamamagitan ng isang tiyak na anggulo. Ang paggalaw na ito ay nagdudulot ng pagkawala ng pansamantalang fulcrum ng pagbubukas ng fan plate at pag-ikot ng clockwise, na nagwa-disintegrate sa pincer-shaped na istruktura ng suporta na nabuo ng pagbubukas at pagsasara ng mga plate na hugis fan. Bilang resulta, ang malaking kalahating axis ay umiikot nang pakaliwa sa ilalim ng pagkilos ng return spring, na naglalabas ng malaking plate na hugis fan. Pagkatapos ay itinataas ng malaking fan-shaped plate ang front roller sa ilalim ng pagkilos ng return spring, na naglalabas ng brake disc. Ang brake disc ay umiikot pakanan sa ilalim ng pagkilos ng scroll spring, na nagsisimula sa pagbubukas ng aksyon.

Sa panahon ng proseso ng pagbubukas, ang connecting rod sa auxiliary shaft ng opening at closing position (tulad ng ipinapakita sa Figure 4) ay itinutulak ang opening sector plate upang i-reset at muling i-engage ito sa opening half-shaft. Ito ay muling itinatatag ang hugis-clamp na istruktura ng suporta na nabuo ng pagbubukas at pagsasara ng mga plate ng sektor at itinutulak ang malaking kalahating baras pabalik sa orihinal nitong anggulo. Sabay-sabay, ang mga auxiliary disc sa magkabilang gilid ng brake disc ay kumikilos sa mga rear rollers ng malaking fan-shaped plate habang umiikot ang mga ito kasama ang main shaft. Inaangat nito ang likurang bahagi ng malaking plate na hugis fan at ibinababa ang harap na bahagi, inihahanda ito para sa susunod na pagsasara ng front roller sa brake disc.

Figure 4: Pagbubukas at Pagsasara ng Posisyon ng Auxiliary Shaft Connecting Rod

Ang auxiliary shaft connecting rod ay gumaganap ng isang mahalagang papel sa pagpapatakbo ng mekanismo ng switch ng VD4. Tinitiyak nito ang maayos na paglipat sa pagitan ng pagbubukas at pagsasara ng mga posisyon sa pamamagitan ng pagkonekta sa pagbubukas at pagsasara ng mga plate ng sektor at pagpapadali sa kanilang paggalaw.

3. Output Module

Ang output module ng VD4 operating mechanism ay isang mahalagang bahagi na nagko-convert sa rotational motion ng main shaft sa linear motion na kinakailangan para sa pagbubukas at pagsasara ng circuit breaker. Binubuo ito ng tatlong cam disc na naka-mount sa main shaft at tatlong double-arm moving links na matatagpuan sa ilalim ng mekanismo.

Ang double-arm moving link ay gumagana bilang isang lever, na ang fulcrum nito ay matatagpuan sa gitna. Ang harap na dulo ng pingga ay naiimpluwensyahan ng cam disc sa pangunahing baras, habang ang hulihan ay konektado sa insulating pull rod ng vacuum bubble at ang opening spring.

Sa panahon ng pagsasara ng operasyon, ang cam disc ay umiikot gamit ang pangunahing baras, na pinindot pababa ang mga roller sa harap na dulo ng double-arm na gumagalaw na link. Inaangat ng pagkilos na ito ang likurang dulo ng link, itinutulak ang insulating pull rod pataas at isinasara ang mga dynamic at static na contact sa loob ng vacuum bubble. Kasabay nito, ang pambungad na tagsibol ay naka-compress, na nag-iimbak ng enerhiya para sa kasunod na pagbubukas ng operasyon.

Sa kabaligtaran, sa panahon ng pagbubukas ng operasyon, ang cam disc ay umiikot sa tapat na direksyon, na naglalabas ng mga roller sa harap na dulo ng double-arm moving link. Nagbibigay-daan ito sa pagbubukas ng spring na lumawak, na naghihiwalay sa mga dynamic at static na contact at pagbubukas ng circuit.

4. Locking Function

Ang mekanismo ng pagpapatakbo ng VD4 ay may kasamang komprehensibong pag-lock ng function na nagpapahusay sa kaligtasan at pagiging maaasahan. Narito ang isang mas malapit na pagtingin sa bawat isa sa mga tampok sa pag-lock:

1. Pagbabawal sa Pagsara Kapag ang Handcart ay nasa Gitnang Posisyon:
   • Naka-install ang closing locking electromagnet (Y1).
   • Ang mga switch ng limitasyon (S8 at S9) ay konektado sa parallel sa closing locking electromagnet upang mabuo ang closing locking circuit.
   • Kapag ang handcart ay nasa test position o working position, ang S8 o S9 ay kumokonekta sa closing locking circuit, nagcha-charge ng closing locking electromagnet at naglalabas ng mechanical locking ng closing semi-axis.
   • Ang isang auxiliary switch (S2) sa closing circuit ng circuit breaker ay konektado sa serye na may gumagalaw na iron core ng closing locking electromagnet, na inihahanda ang circuit para sa pagpapatupad ng closing command.Nabanggit sa itaas, pinagsasama ng panukala ang mechanical locking at electrical locking, na isang komprehensibong locking scheme.

Ang paglalarawan ay nagbigay ng mga detalye sa kahalagahan at functionality ng auxiliary switch S2 sa closing circuit ng isang VD4 electrical control wiring diagram para sa isang handcart-type na circuit breaker. Narito ang isang maikling buod at paliwanag ng mga pangunahing punto:

Auxiliary Switch S2 sa Closing Circuit

1. Pinahusay na Pagkakaaasahan sa Pag-lock:
   • Ang auxiliary switch S2 ay ginagamit kasabay ng mechanical locking na ibinigay ng closing locking electromagnet Y1.
   • Ang mekanismo ng dual locking na ito ay nagdaragdag sa pagiging maaasahan ng pag-lock ng function ng circuit breaker.
2. Pag-iwas sa Overheating at Pinsala:
   • Kung ang S2 ay hindi kasama sa pagsasara ng circuit, at ang circuit breaker handcart ay nakatanggap ng pagsasara ng utos habang nasa gitnang posisyon, ang pagsasara ng circuit ay magiging energized.
   • Dahil sa pagkilos ng pagharang ng closing locking electromagnet Y1, ang pagsasara ng half-axis ay hindi maaaring iikot, na pumipigil sa circuit breaker mula sa pagsasara.
   • Ito ay hahantong sa matagal na pag-energize ng pagsasara ng electromagnet, na magiging sanhi ng sobrang init nito at posibleng masunog.
3. Pantulong na Papel na Lumipat:
   • Sa pamamagitan ng pagsasama ng S2 sa circuit, tinitiyak nito na ang pagsasara ng electromagnet ay pinapagana lamang kapag ang circuit breaker ay nasa tamang posisyon para sa pagsasara.
   • Pinipigilan nito ang hindi kinakailangang energization at potensyal na pinsala sa electromagnet.

Pagsasara ng Interlock Mechanism

1. Mechanical Locking:
   • Ang mekanismo ng pagsasara ng interlock ay isang purong mekanikal na sistema na gumagamit ng four-link na istraktura na binubuo ng circuit breaker interlock plate, interlock lever, at locking lever.
   • Ang mekanismong ito ay itinatag sa pagitan ng lead screw ng chassis car at ang closing half-shaft ng circuit breaker.
2. Pag-andar:
   • Kapag ang circuit breaker handcart ay nasa test o working position, ang circuit breaker interlock plate sa chassis ay pahalang, na nagpapahintulot sa pagsasara ng half-shaft na malayang umikot.
   • Kapag ang handcart ay nasa gitnang posisyon, ang interlock plate ay itinataas ng lead screw, na nagiging sanhi ng locking lever na makisali sa plastic cam ng closing half-shaft, na nagla-lock sa pag-ikot nito.

Sa konklusyon, ang auxiliary switch S2 sa closing circuit at ang closing interlock na mekanismo ay parehong mahalagang bahagi na nagsisiguro sa ligtas at maaasahang operasyon ng circuit breaker handcart. Nagtutulungan sila upang maiwasan ang hindi awtorisado o hindi ligtas na pagsasara ng mga operasyon at protektahan ang kagamitan mula sa posibleng pinsala.

Figure 6 Closing Interlock Mechanism

Ang ibinigay na paglalarawan ay nagbibigay ng isang detalyadong pangkalahatang-ideya ng mga bahagi ng chassis ng handcart ng VD4 at ang kanilang mga pag-andar, partikular na nakatuon sa mga mekanismo ng kaligtasan at mga hadlang sa pagpapatakbo. Narito ang isang buod at paliwanag ng mga pangunahing punto:

1. Pagpapangit at Pagpapanatili ng Chassis:
   • Ang pag-aaral ay nagsiwalat na ang chassis deformation o jamming ay maaaring pigilan ang mekanikal na lock mula sa pagpapakawala ng maayos, na humahantong sa pagkasunog ng pagsasara ng coil.
   • Upang maiwasan ito, ang regular na inspeksyon at pagpapanatili ng mga kaugnay na bahagi ay dapat isagawa upang matiyak na ang tsasis ay nasa mabuting kondisyon sa pagtatrabaho.
2. Hinaharang ang Paggalaw ng Handcart Kapag Nakasara ang Circuit Breaker:
   • Gumagamit ang switch ng VD4 ng mekanikal na mekanismo ng pagla-lock upang maiwasan ang pagpasok o paglabas ng handcart kapag nakasara ang circuit breaker.
   • Ito ay nakakamit sa pamamagitan ng pakikipagtulungan sa pagitan ng locking frame sa interlocking plate at ng mga front roller ng B-phase dual-arm moving link.
   • Kapag ang circuit breaker ay sarado, ang mga front roller ay pinindot pababa, na lumilikha ng isang maliit na puwang sa locking frame. Ang pagtatangkang ilipat ang handcart ay magiging sanhi ng pagtutulak ng lead screw sa interlock plate, na kung saan ay tumutugon sa lead screw, na humaharang sa paggalaw.
3. Hinaharang ang Pansaradong Switch Nang Walang Imbakan ng Enerhiya:
   • Napakahalaga na ang circuit breaker ay may sapat na enerhiya na nakaimbak bago ito maisara.
   • Kung walang pag-iimbak ng enerhiya o hindi kumpletong pag-iimbak ng enerhiya, bababa ang bilis at puwersa ng pagsasara, na posibleng humantong sa pagkabigo sa pagsasara.
   • Ang switch ng VD4 ay gumagamit ng kooperasyon sa pagitan ng energy storage locking plate at ng extension plate ng closing fan-shaped plate upang harangan ang pagsasara kapag walang energy storage.
   • Kapag kumpleto na ang pag-imbak ng enerhiya, ang roller sa energy storage connecting rod ay nakikipag-ugnayan sa disc, na nagpapahintulot sa circuit breaker na magsara nang normal.

Sa buod, ang mga bahagi ng chassis ng handcart ng VD4 ay may kasamang mga mekanismong pangkaligtasan upang maiwasan ang hindi tamang operasyon, tulad ng pagharang sa paggalaw kapag nakasara ang circuit breaker at pinipigilan ang pagsasara nang walang sapat na imbakan ng enerhiya. Ang regular na pagpapanatili at inspeksyon ng mga bahaging ito ay mahalaga upang matiyak ang ligtas at maaasahang operasyon ng kagamitan.

Figure 8 a Energy storage lock plate na posisyon kapag ang enerhiya ay nakaimbak

Binagong Teksto:

Ang Figure 8(b) ay naglalarawan ng posisyon ng lockout plate ng imbakan ng enerhiya kapag walang enerhiya na nakaimbak.

Upang makadagdag sa nabanggit na mekanikal na mekanismo ng locking, ang switch ng VD4 ay konektado din sa serye kasama ang imbakan ng enerhiya na auxiliary switch S1 (tulad ng inilalarawan sa Figure 5) sa loob ng closing circuit. Pinahuhusay ng kaayusan na ito ang pagpapaandar ng electrical locking at mga pananggalang laban sa potensyal na pagkasunog ng pagsasara ng electromagnet.