ABB VD4 Devre Kesici Çalışma Mekanizmasının Yapısı ve Prensibi

The VD4ABB'nin ünlü orta gerilim devre kesicisi, dünya çapında yaklaşık bir milyon adet satıldı. Güvenilirliğine rağmen, özellikle çalışma mekanizmasında arızalar meydana gelebiliyor. Bakım personeli ABB'nin kullanım kılavuzuna güveniyor, ancak ayrıntılı kılavuzlar nadir bulunuyor. Yazar, hurdaya ayrılmış bir VD4'ü inceleyerek pratik çalışmalara yardımcı olacak bilgiler sunuyor.

VD4 mekanizması, konum bakımı ve dönüşümü için çok aşamalı tetikleme özelliğine sahip düzlemsel bir kaydırma yayı ve ana şafta sahiptir ve bir kam kolu aracılığıyla çıkış verir.

1.Enerji Depolama:

VD4, geleneksel yaylara kıyasla mekanizma verimliliğini artıran, stabil düzlemsel kaydırma yayları kullanır.

Düzenlenmiş Metin:

Şekil 1: Düzlem Sarmal Yay

Şekil 1'de gösterildiği gibi, düzlem sarmal yayın bir ucu ana şafta, diğer ucu ise yay gövdesine sabitlenmiştir. Enerji depolama sırasında, sarmal yayın ana şaft ucu sabit kalır ve enerji depolama motoru veya enerji depolama rocker'ı, mandal, zincir ve büyük dişli aracılığıyla yay gövdesini saat yönünde (mekanizmanın sol tarafından bakıldığında; aynı yönelim her yerde geçerlidir) döndürerek sarmal yayını gerer.

Açma-kapama işlemlerinde spiral yayın kabuk ucu sabittir ve tetik mekanizmasının serbest bırakılmasıyla ana mil spiral yayın tahriki altında saat yönünde dönerek depoladığı enerjiyi dışarı verir.

VD4'ün düzlemsel bir sarmal yay kullandığı göz önüne alındığında, yayın "yüksüz" ve "depolanmış" durumları arasındaki geçiş, çoğu yayla çalışan mekanizmadan farklıdır. Bu geçiş, sarmal yay gövdesi üzerinde, bir diskin, ana şafta sabitlenmiş bir yardımcı kamın ve enerji depolama bağlantı çubuğuna monte edilmiş bir makaralı milin koordinasyonuyla kolaylaştırılan, boşluk sabitli bir düzenleme içerir. Daha basit bir ifadeyle, enerji depolama tamamlandığında, enerji depolama bağlantı çubuğu tarafından tahrik edilen makaralı mil, disk üzerindeki bir çentiğe geçer. Sonuç olarak, enerji depolama bağlantı çubuğu belirli bir açıyla döner ve ilgili enerji depolama yardımcı kontağı ile enerji depolama mekanik göstergesinin "Enerji Depolanmış" durumuna geçmesini sağlar. Tersine, devre kesicinin kapanma işlemi sırasında, yardımcı kamın maksimum yarıçapı diskin boşluğunu geçerek makaralı mili diskin dış kenarına doğru iter. Bu eylem, enerji depolama bağlantı çubuğunu orijinal açısına geri döndürür ve enerji depolama yardımcı kontağı ile enerji depolama mekanik göstergesinin "Enerji Depolanmamış" durumuna geri dönmesine neden olur.

Şekil 2: Enerji Depolama Durum Geçişinin Şematik Diyagramı

Enerji depolaması olmayan geleneksel bir VD4 anahtarının açık konumda olması durumunda, düzlemsel sarmal yay içinde önemli miktarda enerji depolandığını unutmamak önemlidir. Bu nedenle, yine de güvenlik önlemleri alınmalıdır.

2. Gezi Modülü

VD4 anahtarlama çalışma mekanizmasının tetikleme modülü, şık ve özgün bir tasarıma sahiptir. Görünüşteki karmaşıklığına rağmen, sökülüp analiz edildiğinde, tüm tetikleme modülü üç temel tetikleme yapısına ayrılabilir:

Birinci kademe tetikleme yapısı, özel bir "mandal + silindir" tetikleme yapısı işlevi gören büyük yelpaze şeklindeki plakanın ön silindiri ve fren diskinden oluşur. İkinci kademe, büyük yelpaze şeklindeki plaka ve büyük yarım şafttan oluşur ve tipik bir "yarım şaft + yelpaze şeklindeki plaka" tetikleme yapısı oluşturur. Üçüncü kademe, açılan yarım şaft, açılan yelpaze şeklindeki plaka, kapanan yarım şaft ve kapanan yelpaze şeklindeki plakayı içerir ve bunlar birlikte iki set "yarım şaft + yelpaze şeklindeki plaka" tetikleme kelepçesi kombinasyonunu oluşturur.

Şekil 3: Gezi Modülünün Yapısal Diyagramı

VD4 şalter çalışma mekanizmasının tetikleme modülü hem tutma hem de tetikleme işlevi görür. Bu işlevleri ayrıntılı olarak inceleyelim.

Tutma Fonksiyonu:

Örneğin, kapanma pozisyonunu ele alırsak, kapanma işlemi tamamlandığında, büyük yelpaze şeklindeki plakanın ön silindiri fren diski üzerindeki ilgili yuvaya düşer. Bu noktada, büyük yarım mil, açma ve kapama sektör plakalarının oluşturduğu kıskaç yapısı tarafından güvenli bir şekilde yerinde tutulur. Bu, büyük sektör plakalarının ön silindirlerinin kalkmasını önleyerek fren diskini etkili bir şekilde kilitler ve ana mili kapanma pozisyonunda tutar.

Tetikleme Fonksiyonu:

Şimdi, açma eylemini örnek olarak kullanarak tetikleme fonksiyonunu ele alalım. Mekanizma bir açma komutu aldığında, açma yarım ekseni belirli bir açıyla saat yönünde döner. Bu hareket, açılan fan plakasının geçici dayanağını kaybetmesine ve saat yönünde dönmesine neden olarak, açılıp kapanan fan şeklindeki plakaların oluşturduğu kıskaç şeklindeki destek yapısının parçalanmasına neden olur. Sonuç olarak, büyük yarım eksen, geri dönüş yayının etkisiyle saat yönünün tersine dönerek büyük fan şeklindeki plakayı serbest bırakır. Büyük fan şeklindeki plaka daha sonra geri dönüş yayının etkisiyle ön silindiri kaldırarak fren diskini serbest bırakır. Fren diski, sarmal yayının etkisiyle saat yönünde dönerek açma eylemini başlatır.

Açma işlemi sırasında, açma ve kapama pozisyonundaki yardımcı şaft üzerindeki bağlantı çubuğu (Şekil 4'te gösterildiği gibi), açma sektörü plakasını sıfır konumuna iter ve açma yarım şaftıyla yeniden birleşir. Bu, açma ve kapama sektörü plakalarının oluşturduğu kelepçe şeklindeki destek yapısını yeniden oluşturur ve büyük yarım şaftı orijinal açısına geri iter. Aynı anda, fren diskinin her iki tarafındaki yardımcı diskler, ana şaftla birlikte dönerken büyük yelpaze şeklindeki plakanın arka silindirleri üzerinde etki eder. Bu, büyük yelpaze şeklindeki plakanın arka kısmını kaldırır ve ön kısmını alçaltarak ön silindirin fren diskine bir sonraki kilitlenmesine hazırlar.

Şekil 4: Yardımcı Mil Bağlantı Çubuğunun Açma ve Kapama Pozisyonu

Yardımcı mil bağlantı çubuğu, VD4 şalter mekanizmasının çalışmasında önemli bir rol oynar. Açma ve kapama sektör plakalarını birbirine bağlayarak ve hareketlerini kolaylaştırarak açma ve kapama konumları arasında sorunsuz geçiş sağlar.

3. Çıkış Modülü

VD4 çalışma mekanizmasının çıkış modülü, ana şaftın dönme hareketini devre kesicinin açılıp kapanması için gereken doğrusal harekete dönüştüren hayati bir bileşendir. Ana şafta monte edilmiş üç kam diski ve mekanizmanın alt kısmında bulunan üç çift kollu hareketli bağlantıdan oluşur.

Çift kollu hareketli bağlantı, dayanak noktası ortada bulunan bir kaldıraç görevi görür. Kaldıracın ön ucu ana şaft üzerindeki kam diskinden etkilenirken, arka ucu vakum kabarcığının yalıtım çekme çubuğuna ve açma yayına bağlıdır.

Kapanma işlemi sırasında, kam diski ana şaftla birlikte dönerek çift kollu hareketli bağlantının ön ucundaki silindirlere baskı uygular. Bu hareket, bağlantının arka ucunu kaldırarak yalıtım çekme çubuğunu yukarı iter ve vakum kabarcığı içindeki dinamik ve statik kontakları kapatır. Aynı anda, açma yayı sıkıştırılarak sonraki açma işlemi için enerji depolanır.

Öte yandan, açma işlemi sırasında kam diski ters yönde dönerek çift kollu hareketli bağlantının ön ucundaki silindirleri serbest bırakır. Bu, açma yayının genişlemesini sağlayarak dinamik ve statik kontakları ayırır ve devreyi açar.

4. Kilitleme Fonksiyonu

VD4 çalışma mekanizması, güvenliği ve güvenilirliği artıran kapsamlı bir kilitleme fonksiyonuna sahiptir. Kilitleme özelliklerinin her birine daha yakından bakalım:

1. El Arabası Orta Pozisyondayken Kapatmanın Yasaklanması:
   • Kapanma kilitleme elektromıknatısı (Y1) takılmıştır.
   • Kapanma kilitleme elektromıknatısına paralel olarak limit anahtarları (S8 ve S9) bağlanarak kapanma kilitleme devresi oluşturulur.
   • El arabası test pozisyonunda veya çalışma pozisyonunda olduğunda, S8 veya S9 kapama kilitleme devresine bağlanır, kapama kilitleme elektromıknatısını şarj eder ve kapama yarı ekseninin mekanik kilitlemesini serbest bırakır.
   • Devre kesicinin kapama devresindeki yardımcı şalter (S2), kapama kilitleme elektromıknatısının hareketli demir çekirdeğine seri olarak bağlanarak, devrenin kapama komutunu yürütmesini sağlar. Yukarıda belirtilen önlem, mekanik kilitleme ile elektriksel kilitlemeyi birleştirerek kapsamlı bir kilitleme şeması oluşturur.

Açıklamada, el arabası tipi bir devre kesicinin VD4 elektrik kontrol kablo şemasının kapatma devresindeki yardımcı anahtar S2'nin önemi ve işlevselliği ayrıntılı olarak açıklanmaktadır. İşte temel noktaların kısa bir özeti ve açıklaması:

Kapatma Devresindeki Yardımcı Anahtar S2

1. Gelişmiş Kilitleme Güvenilirliği:
   • Yardımcı şalter S2, kapama kilitleme elektromıknatısı Y1 tarafından sağlanan mekanik kilitlemeyle birlikte kullanılır.
   • Bu çift kilitleme mekanizması devre kesicinin kilitleme fonksiyonunun güvenilirliğini artırır.
2. Aşırı Isınma ve Hasarın Önlenmesi:
   • Eğer S2 kapama devresine dahil değilse ve devre kesici el arabası orta konumda iken kapama komutu alırsa kapama devresi enerjilenecektir.
   • Kapatma kilitleme elektromıknatısı Y1'in blokaj etkisi nedeniyle, kapatma yarım ekseni dönemez ve devre kesicinin kapanması engellenir.
   • Bu durum, kapanan elektromıknatısın uzun süre enerjilenmesine, aşırı ısınmasına ve potansiyel olarak yanmasına yol açacaktır.
3. Yardımcı Anahtar Rolü:
   • S2'nin devreye dahil edilmesiyle, devre kesicinin kapanma için doğru pozisyonda olması durumunda kapama elektromıknatısının enerjilenmesi sağlanır.
   • Bu sayede gereksiz enerjilenme ve elektromıknatısın hasar görmesi önlenir.

Kapanış Kilit Mekanizması

1. Mekanik Kilitleme:
   • Kapatma kilitleme mekanizması, devre kesici kilitleme plakası, kilitleme kolu ve kilitleme kolundan oluşan dört bağlantılı bir yapı kullanan tamamen mekanik bir sistemdir.
   • Bu mekanizma, şasi arabasının vidalı mili ile devre kesicinin kapanan yarım mili arasına yerleştirilmiştir.
2. İşlevsellik:
   • Devre kesici el arabası test veya çalışma pozisyonundayken, şasideki devre kesici kilitleme plakası yatay konumdadır ve bu sayede kapanma yarım milinin serbestçe dönmesine olanak sağlar.
   • El arabası orta konumdayken, kilitleme plakası kılavuz vida tarafından kaldırılır ve kilitleme kolu, kapama yarım milinin plastik kamıyla temas ederek dönüşünü kilitler.

Sonuç olarak, kapatma devresindeki yardımcı anahtar S2 ve kapatma kilitleme mekanizması, devre kesici el arabasının güvenli ve güvenilir çalışmasını sağlayan önemli bileşenlerdir. Yetkisiz veya güvenli olmayan kapatma işlemlerini önlemek ve ekipmanı olası hasarlardan korumak için birlikte çalışırlar.

Şekil 6 Kapanış Kilit Mekanizması

Sunulan açıklama, özellikle güvenlik mekanizmaları ve operasyonel kısıtlamalara odaklanarak, VD4 el arabası şasi bileşenlerine ve işlevlerine dair ayrıntılı bir genel bakış sunmaktadır. İşte temel noktaların özeti ve açıklaması:

1. Şasi Deformasyonu ve Bakımı:
   • Yapılan çalışmada, şasi deformasyonu veya sıkışmasının mekanik kilidin düzgün bir şekilde açılmasını engellediği ve bunun sonucunda da kapama bobininin yanmasına yol açtığı ortaya çıktı.
   • Bunu önlemek için şasinin iyi çalışma koşullarında olduğundan emin olmak amacıyla ilgili bileşenlerin düzenli olarak kontrol ve bakımı yapılmalıdır.
2. Devre Kesici Kapalıyken El Arabası Hareketinin Engellenmesi:
   • VD4 şalteri, devre kesici kapalıyken el arabasının içeri veya dışarı hareket etmesini önlemek için mekanik bir kilitleme mekanizması kullanır.
   • Bu, kilitleme plakası üzerindeki kilitleme çerçevesi ile B fazlı çift kollu hareketli bağlantının ön silindirleri arasındaki işbirliği sayesinde sağlanır.
   • Devre kesici kapatıldığında, ön silindirler aşağı doğru bastırılır ve kilitleme çerçevesiyle arasında küçük bir boşluk oluşur. El arabasını hareket ettirmeye çalışmak, kılavuz vidanın kilitleme plakasına baskı yapmasına ve bunun sonucunda kılavuz vidaya tepki vererek hareketi engellemesine neden olur.
3. Enerji Depolaması Olmadan Blokaj Kapatma Anahtarı:
   • Devre kesicinin kapatılabilmesi için yeterli enerjinin depolanmış olması çok önemlidir.
   • Enerji depolaması olmadan veya eksik enerji depolaması durumunda, kapanma hızı ve kuvveti azalacak ve bu da potansiyel olarak kapanma arızasına yol açacaktır.
   • VD4 anahtarı, enerji depolaması olmadığında kapanmayı engellemek için enerji depolama kilitleme plakası ile kapanan yelpaze şeklindeki plakanın uzatma plakası arasındaki işbirliğini kullanır.
   • Enerji depolama tamamlandığında, enerji depolama bağlantı çubuğundaki silindir diske geçerek devre kesicinin normal şekilde kapanmasına olanak sağlar.

Özetle, VD4 el arabası şasi bileşenleri, devre kesici kapalıyken hareketi engellemek ve yeterli enerji depolaması olmadan kapanmayı önlemek gibi hatalı çalışmayı önlemek için güvenlik mekanizmaları içerir. Ekipmanın güvenli ve güvenilir çalışmasını sağlamak için bu bileşenlerin düzenli bakımı ve denetimi şarttır.

Şekil 8 a Enerji depolandığında enerji depolama kilit plakasının konumu

Gözden Geçirilmiş Metin:

Şekil 8(b), enerji depolanmadığında enerji depolama kilitleme plakasının konumunu göstermektedir.

Yukarıda belirtilen mekanik kilitleme mekanizmasını tamamlamak için, VD4 anahtarı, Şekil 5'te gösterildiği gibi, kapama devresi içindeki enerji depolama yardımcı anahtarı S1 ile seri olarak bağlanmıştır. Bu düzenleme, elektriksel kilitleme işlevini artırır ve kapama elektromıknatısının olası yanmasına karşı koruma sağlar.