19865

۱۹۸۶۵

پاك سازي رباتيكي آلودگي هاي محيطي مقره هاي شبكه انتقال برق مبتني بر فن آوري هوشمند

دكتري

برق

۱۳۸۸

۱۳۹۵/۰۹/۱۴

دكتر حسين حيدري

برق

مقره ها و تجهيزات عايقي نصب شده در محيط بيرون به مرور زمان دچار آلودگي مي شوند. براي جلوگيري از بروز تلفات دائم و كاهش مقاومت عايقي مقره ها پاك سازي دوره اي اين تجهيزات ضرورت دارد. با توجه به خطرات عمليات پاك سازي توسط نيروي انساني با استفاده از شيوه هاي مرسوم به ويژه در مورد خط گرم استفاده از فن آوري رباتيكي يك رهيافت نوين در اين زمينه مي باشد. در اين رساله ربات جديدي براي پاك سازي زنجيره مقره سراميكي آويزي در خطوط انتقال طراحي و ساخته شده است. اين ربات از روي دكل توسط اپراتور بر روي زنجيره مقره سوار شده و قادر است به صورت خودكار از زنجيره مقره پايين رفته و به پاك سازي مقره هاي آلوده بپردازد و سپس به محل اوليه خود بازگردد. در طراحي اين ربات از روش پاك سازي خشك مبتني بر فرچه براي رفع آلودگي مقره ها استفاده شده است. مزاياي اين ربات نسبت به ربات مشابه عبارت است از نصب ساده تر، نياز به نيروي انساني كمتر براي نصب يا پياده سازي، تعداد عناصر محرك كمتر و عملكرد بهتر در شرايط اضطراري. در اين رساله ابتدا طرح كلي ربات جديد كه واجد ويژگيهاي مذكور مي باشد، ارائه شده است. سپس به طراحي جزييات تك تك سازوكارهاي اين ربات پرداخته شده است. اين جزييات شامل سينماتيك ربات، جنس بخشهاي مختلف و نوع اتصالات آنها مي‌باشد. در طراحي اين ربات سعي شده وزن و حجم ربات كمينه بوده و در عين حال اجزا از سادگي و دوام بالايي برخوردار باشند. سپس براي حصول اطمينان از طراحي ارائه شده تحليل نيروها و تنشهاي مكانيكي بخشهاي مهم ربات انجام پذيرفته است. در بخش طراحي الكتريكي ربات، محرك ها با توجه به گشتاور و سرعت لازم (با توجه به زمان ماموريت كلي ربات) انتخاب شده‌اند. همچنين طراحي سخت‌افزار كنترل ربات شامل انتخاب ميكروكنترلر، مدارات درايور موتورها، انتخاب باتري و سيستم مخابراتي بي‌سيم جهت ارتباط ربات با ايستگاه زميني ارائه شده است. علاوه بر اين نرم افزاري كارآمد براي كنترل ربات و ايستگاه زميني طراحي شده است. با توجه به اينكه اين ربات قرار است در خط گرم مورد استفاده قرار گيرد، اثرات حضور ربات در ميدان الكتريكي زنجيره مقره و دكل مورد مطالعه قرار گرفته است. در اين مطالعه شرايط مختلف عملكرد ربات اعم از حضور در نقاط مختلف زنجيره مقره و حركتهاي مختلف آن مورد ارزيابي قرار گرفته تا بحراني ترين وضعيت حضور ربات روي زنجيره مقره بدست آيد. همچنين در اين رساله مراحل ساخت ربات بيان شده و نتايج آزمايشگاهي حاكي از موفق بودن ربات در انجام ماموريت تعريف شده است. اين ربات طي زمان يك دقيقه از يك واحد مقره بالا يا پايين رفته و براي گردش به دور مقره به منظور پاك سازي، يك دقيقه ديگر زمان نياز دارد. بنابراين در مجموع براي يك زنجيره مقره 15 واحدي در خط انتقال kV230 مدت زمان 45 دقيقه جهت انجام يك ماموريت كامل نياز است. از طرف ديگر براي انجام ماموريتهاي طولاني ربات نياز به يك منبع انرژي با ظرفيت بالا دارد. حضور ربات در كنار خط انتقال اين مزيت را به وجود مي آورد تا بتوان با دريافت انرژي نسبت به شارژ باتري ربات اقدام نمود. در اين رساله طراحي بهينه سيستم دريافت انرژي القايي با در نظر گرفتن بيشينه بازدهي و كمينه حجم و وزن ارائه شده است.

1397/10/11

Smart Robotic Cleaning of Environmental Contaminants of Insulators in Power Transmission Networks

1/1/2019 12:00:00 AM

High voltage outdoor insulators are subject to pollution and therefore inevitable deposition of contamination source is a major concern. Periodic cleaning is a necessity in order to prevent permanent loss and reduction of insulation resistance. Considering sever risks operators are facing while cleaning insulators using conventional approaches adapting a robotic system is an innovative approach. In this dissertation a novel robotic system is developed to clean ceramic suspension insulator string in power transmission line. This robot is installed on insulator string by an operator through tower and is able to autonomously climb down the insulator string while cleaning contaminated insulator units. Dry cleaning approach using brush is used to clean insulator units. The distinguishing features of the purposed robot over existing ones include easier installation, fail safety, higher reliability and simplicity. In this dissertation first a conceptual design of the robot is presented and then details of mechanism adapted in each subassembly of the robot are specified. The details include cinematic, type of material and mechanical connections between different parts. The weight and volume of the proposed robot are minimum whilst at the same time simple and durable structures are deployed. In order to confirm the design, mechanical force and tension analysis of major parts of the robot is presented. In the electrical design chapter, robot actuators are selected according to torque and speed. Furthermore, in this chapter, design of robot control hardware including motor drivers, microcontroller, battery and communication system to connect robot with ground station is presented. As the robot is deemed to work in liveline condition, distortions of electric field and potential distribution around the live maintenance robot meandering along an insulator string in power transmission lines is studied. In this study various operating conditions of the robot is investigated in order to discover the most critical condition of the robot in insulator string. Also, in this dissertation, process steps of robot fabrication is reported and finally experimental results of deploying robot in real working condition of insulator string confirms the effectiveness of the developed robot. The robot requires one minute to climb down/up one unit of insulator and needs another one minute to revolve around insulator string for cleaning the insulator. Therefore for an insulator string of 230 kV power transmission line, consisting 15 units, the robot complete mission duration is 45 minute. Hence for lengthy robot missions a high capacity power storage system is required. However, closeness of the robot to the hot power line provides the opportunity to charge robot batteries by harvesting power from live conductors. In this dissertation, an optimal inductive power harvesting system is presented with maximum efficiency, minimum volume and minimum wieght.