低壓導電線接頭臨時絕緣防護層替代方案研究

劉奇聰　雷二濤　林笑玫　趙江帥　黃輝虎

摘 要：文章對現(xiàn)有的低壓導電線接頭臨時絕緣防護層方案開展研究，其具有風險高、效率低、不環(huán)保等缺陷。根據(jù)臨時絕緣防護層的需求與上述缺陷設計了一套帶電線頭快速封閉工具作為替代方案，并對該替代方案進行試驗。試驗證明該替代方案在安全性、工作效率、環(huán)保性等方面優(yōu)于原方案?？蛇M行替代。

關鍵詞：絕緣防護；低壓設備；安全；工具設計；絕緣測試

中圖分類號：TM21 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）03-0128-02

Abstract： This paper studies the existing scheme of temporary insulation protective coating for low voltage conductive wire joints， which has the defects of high risk， low efficiency and no environmental protection. According to the requirements of the temporary insulation protection layer and the defects mentioned above， a set of quick sealing tools for the live line head is designed as an alternative scheme， and the alternative scheme is tested. The experiment proves that the alternative scheme is superior to the original one in safety， working efficiency and environmental protection.

Keywords： insulation protection； low voltage equipment； safety； tool design； insulation test

1 研究背景

電氣檢修維護工作者在低壓電源線上的不停電工作時，存在接地短路、相間短路、人身觸電等風險[1，2]。防范這類風險的方案為：使用絕緣膠帶進行包扎。具體而言，是將膠帶緊貼導線金屬部分纏繞包裹，完全包裹住以后的狀態(tài)應無金屬部分露出，且膠布包裹部分厚度相對均勻[3]。該方案存在以下問題：（1）使用絕緣膠布包扎帶電線頭時，手指與帶電線頭距離很近。戴上絕緣手套操作時，因操作精度降低，難以完成包扎作業(yè)。不戴絕緣手套進行包扎，則存在人身觸電的安全風險點[4]。（2）絕緣膠布不一定妥善包裹帶電金屬線頭，某些情況下內(nèi)層粘合度不足，從而發(fā)生脫落?？煽啃暂^低[5]。（3）絕緣膠布的絕緣性能與包裹層數(shù)有關。在實際操作中，為保證包裹層數(shù)達標，或仔細均勻地纏繞并計算層數(shù)，或消耗額外的膠布包裹。均存在各自不適宜之處。（4）絕緣膠布是消耗品，無法回收再利用。造成一定資源浪費。（5）絕緣膠布上的黏膠可能殘留在金屬導體上，致使其導電性能下降，重新接回原接線以后有接觸不良的隱患。（6）絕緣膠布不宜存放在炎熱和潮濕的環(huán)境中，否則很快會老化，沾染灰塵并失去粘性。使用老化的絕緣膠布無法有效給帶電部分進行絕緣處理[6]。

2 替代方案需求與實現(xiàn)

總結(jié)原方案的缺陷與功能，提出替代方案設計需求如下：（1）替代方案絕緣層絕緣電阻不低于原方案絕緣層絕緣電阻。（2）絕緣處理以后安全可靠，不發(fā)生絕緣失效，絕緣物脫落等情況。（3）進行絕緣處理操作的過程無人身觸電風險。（4）用于絕緣處理的器具可重復使用，避免浪費。（5）在解除了絕緣物以后，在金屬導體上無殘留物質(zhì)。避免重新接線后接觸不良。（6）用于絕緣處理的工器具不易損壞。易于保管，方便運輸，可承受更惡劣的保存環(huán)境。（7）制造成本應足夠低，有推廣使用的價值。

根據(jù)以上總結(jié)的技術需求，并考慮成本與占據(jù)空間問題，提出替代方案為：設計一種可以反復插拔的絕緣外殼，使用時套于帶電線頭外形成絕緣層。依靠簡單的彈性力咬合，帶來摩擦力實現(xiàn)絕緣層穩(wěn)固。盡可能減少復雜結(jié)構(gòu)和體積過大的結(jié)構(gòu)，全部材料統(tǒng)一使用高性能尼龍通過3D打印一次成型，以此降低制造成本[7]。

要確保該工具實現(xiàn)它的主要功能，技術研究的細節(jié)包括：（1）使用此工具封閉完成后，帶電金屬裸露部分不再容易碰觸到外界。這要求絕緣工具的內(nèi)腔應該能包裹住帶電金屬的全部部分。（2）使用彈性尼龍板本身的彈性來保證對需封閉金屬導體的足夠壓力。纖維板的形狀為半水滴狀，前半段為較高曲率下彎部分，后半段為豎直的長尾，以保證可以對包裹的帶電金屬施加足夠壓力與摩擦力，避免松脫。（3）使用兩個不同曲率弧形板組合的方式，組成受力弓結(jié)構(gòu)，提高對腔內(nèi)金屬導體的按壓彈性力，進一步避免松脫。這一點也是與市面已有相似產(chǎn)品[8]的不同之處，相比相似產(chǎn)品，該工具用于提供摩擦力的結(jié)構(gòu)體積更小。（4）在開口前端裝有絕緣帽，用以保護操作者。絕緣帽可使操作者在操作時與帶電部位有隔離，而不會觸電。（5）使用質(zhì)地較軟材料以避免損傷金屬線頭，并且表面粗糙，保證摩擦力。

圖1-圖2是研發(fā)樣品結(jié)構(gòu)圖，圖3是實物照片。命名為帶電線頭快速封閉工具，已申請相關專利。

3 性能測試

本文對研發(fā)樣品進行了以下幾項性能測試：絕緣電阻測試、運動穩(wěn)定性測試、平均可使用次數(shù)測試。

3.1 絕緣電阻測試

為保證替代方案能實現(xiàn)原有方案的絕緣效果，應測試替代方案中帶電線頭快速封閉工具的絕緣電阻，以確定替代方案可保證絕緣處理妥當[9，10]。

測試方法：使用500V絕緣電阻表，一端插入到工具內(nèi)腔，另一端用夾子夾住工具外殼。測試二者之間的絕緣電阻大小。全部測試樣本的絕緣電阻均遠大于2000MΩ，即絕緣電阻表可顯示的絕緣電阻范圍。

3.2 運動穩(wěn)定性測試

運動穩(wěn)定性測試的測試目的是試驗該工具抵抗脫落的能力。工具脫落將造成絕緣失效。

測試方法：（1）將導線的一端插入快速封閉工具，固定另一端，以200轉(zhuǎn)每分鐘的速度旋轉(zhuǎn)60秒。所有測試樣本均未脫落。（2）進行跌落測試。將導線兩端插入快速封閉工具，從2米高處自由跌落。重復200次。所有測試樣本均未脫落。

3.3 平均可使用次數(shù)測試

由于尼龍材料在多次使用后易產(chǎn)生磨損，需測試其平均可使用次數(shù)。平均可使用次數(shù)是衡量該工具耐用性的指標，該指標用作評價本工具使用價值。

測試方法：（1）將測試樣本在相應尺寸的金屬導體柱上反復插拔，計算次數(shù)。（2）每10次插拔以后，進行一次運動穩(wěn)定性測試當中用到的跌落測試。（3）規(guī)定在跌落測試不合格時視作不能繼續(xù)使用。此時的插拔次數(shù)即為可使用次數(shù)。

試驗結(jié)果如表1所示。

試驗結(jié)果當中，最低可使用次數(shù)為290次，平均為320次。因試驗方法影響，結(jié)果數(shù)字存在+10以內(nèi)誤差。

4 結(jié)束語

本文所研究的低壓導電線接頭臨時絕緣防護層替代方案：帶電線頭快速封閉工具比之原有方案：絕緣膠布包裹，其優(yōu)點如下：（1）可自由安裝拆卸，可重復使用，更加環(huán)保。（2）使用方法方便快捷，易用性高。（3）無黏膠殘留，對金屬線頭無不良影響。（4）使用過程無人身觸電風險。

作為替代絕緣膠布進行絕緣處理的新型工具，帶電線頭快速封閉工具在多種應用場景使用，可提高作業(yè)安全，降低資源浪費。給社會與行業(yè)帶來一定效益。可在更廣闊領域推廣應用，降低其制造成本，獲取實用數(shù)據(jù)改善設計。

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