防斷線器的研制與應(yīng)用

摘要：文章探討了架空線路防雷擊斷線的措施，分析了各種防雷措施的優(yōu)缺點，其中穿刺防雷絕緣子具有較好的防雷作用，但刺針對絕緣導(dǎo)線有刺傷情況，降低了絕緣導(dǎo)線的強(qiáng)度。文章所述的防斷線器不僅保留了穿刺防雷絕緣子的優(yōu)點，而且使防斷線器內(nèi)部的導(dǎo)線不受外部作用力，起到了加強(qiáng)導(dǎo)線的作用，保證了電力線路的安全可靠運行。

關(guān)鍵詞：防斷線器；導(dǎo)線強(qiáng)度；波浪弧面；線夾握力；架空線路；防雷措施 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TM451 文章編號：1009-2374（2015）23-0009-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.23.005

由于城市森林出現(xiàn)，10（6）kV電力線路附近樹木較多，防雷設(shè)施缺乏，雷擊電弧電流泄流路徑少，造成雷電流經(jīng)常通過絕緣線與樹木放電，在一檔內(nèi)的絕緣線就有多處擊穿小孔。這些導(dǎo)線的小孔缺陷即使在不打雷、下雨時也可能與樹木放電，造成線路斷路器跳閘故障，影響電力系統(tǒng)供電，所以探討防雷措施并完善其性能已經(jīng)到了刻不容緩的地步。

1 預(yù)防雷擊斷線的方法及措施

第一，移動弧根至防雷設(shè)備，降低絕緣導(dǎo)線放電處溫度，使電弧燃燒熔斷導(dǎo)線的時間延長到超過斷路器跳閘的時間，通過斷路器跳閘來滅弧。

通常防雷設(shè)備有防雷驗電接地環(huán)、穿刺防護(hù)金具、懸垂閃絡(luò)保護(hù)器、穿刺防雷絕緣子等。優(yōu)點是保護(hù)范圍長，缺點是造成線路跳閘。

第二，利用閥片的導(dǎo)電性能，雷電能量迅速釋放而使電弧在熔斷導(dǎo)線前瞬間熄滅。

通常防雷設(shè)備有避雷器及其相關(guān)設(shè)備。優(yōu)點是線路不停電，缺點是保護(hù)范圍窄。

為此我們通常選擇防雷驗電接地環(huán)、穿刺防護(hù)金具、懸垂閃絡(luò)保護(hù)器、穿刺防雷絕緣子四種作為架空絕緣線路防雷措施，而防雷驗電接地環(huán)、穿刺防護(hù)金具、懸垂閃絡(luò)保護(hù)器這三種線路防雷措施存在放電距離不固定的缺陷，這種缺陷是自然環(huán)境因素造成的，不宜控制，在實際應(yīng)用中起輔助防雷作用。穿刺防雷絕緣子放電距離固定，防雷效果好，在實際運用中起主要防雷作用。但是刺針刺穿導(dǎo)線絕緣層時，對導(dǎo)線有一定的傷害，降低了導(dǎo)線強(qiáng)度，運行中尤其是線路受風(fēng)等環(huán)境因素的影響會發(fā)生振動，當(dāng)達(dá)到共振頻率時，易造成絕緣線強(qiáng)度低的地方（受傷部位）斷裂。但是，我們可以想辦法研制一套裝置來控制這種缺陷，完善其功能。

2 防斷線器設(shè)計與制作

防斷線器對絕緣導(dǎo)線的應(yīng)力分布應(yīng)均勻，不損傷導(dǎo)線，提高絕緣導(dǎo)線的抗振能力，延長絕緣導(dǎo)線的使用壽命；安裝簡單，便于施工。防斷線器的安裝質(zhì)量要有保證，用肉眼即可進(jìn)行直接檢驗，不需專門訓(xùn)練。耐腐蝕性好，選用優(yōu)質(zhì)材料。

防斷線器設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)：功能參數(shù)參考行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是防斷線器單側(cè)握力強(qiáng)度不小于22%～24% CUTS（絕緣導(dǎo)線計算拉斷力），安全參數(shù)參考國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 700-2006，材料選擇抗拉強(qiáng)度為375～460MPa，屈服強(qiáng)度70℃時為245N/mm2，牌號為Q235A的普通碳素鋼。

技術(shù)參數(shù)：（1）防斷線器的固定導(dǎo)線的R15凹槽和132°拱邊采用15噸的模具沖壓機(jī)沖壓而成，在每個U型螺栓固定處的上線夾的導(dǎo)線槽面用R12的銑刀在CNC數(shù)控加工中心加工成波浪凹面，軌跡的半徑R77，弧度為30°=0.5236rad，弧弦長40mm，弧拱高3mm。大弧面軌跡半徑為R9，弧度為38°=0.663rad，以增加線夾對絕緣導(dǎo)線的摩擦力，倒角半徑R5，能容納50mm2、70mm2、95mm2、120mm2等型號的絕緣導(dǎo)線；（2）防斷線器的兩端分別采用兩個U型螺栓與兩個馬鞍墊固定導(dǎo)線。防斷線器單側(cè)握緊導(dǎo)線的力預(yù)計達(dá)到2.00T力，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于完好絕緣導(dǎo)線的計算拉斷力的22%～24%。

根據(jù)實際情況，10（6）kV架空絕緣線最大截面積不超過150平方，型號為JKLYJ，其線芯外徑D=1.7cm。防斷線器用材料為Q235A公稱直徑為4M11的U形螺栓固定，鋁股直徑d=0.259cm，截面積：鋁FA=1.47cm2，鋼FB=0.276cm2，總截面積F=1.746cm2；鋁股絲的破壞應(yīng)力σAB=15000N/cm2；鋼股絲的破壞應(yīng)力σBB=100000N/cm2；防斷線與絕緣導(dǎo)線之間的摩擦系數(shù)f=0.25。

計算防斷線器對導(dǎo)線的單側(cè)握力T，并驗算。

對導(dǎo)線的單側(cè)握力T將由馬鞍墊對導(dǎo)線壓力P1、P2在防斷線器上產(chǎn)生的摩擦力T2以及導(dǎo)線的牽引力T1在防斷線器導(dǎo)線槽的小圓弧面上產(chǎn)生的摩擦力t1、t2和大圓弧上產(chǎn)生的摩擦力△T組成。

2.1 計算導(dǎo)線剛度

2.5 效驗

由于防斷線器兩端受力，根據(jù)線路金具設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)單側(cè)握力不小于導(dǎo)線計算額定拉斷力的22%～24%。

而防斷線器最小抗拉力F=370×70×8=207200N=21.1噸力，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于導(dǎo)線的額定拉斷力，而防斷線器最小抗彎力F=245×70×8=137200N=14.0噸力，最大檔距100m、150mm2的絕緣鋼芯鋁絞線的重量為60kg[查表LGJ-150/20（GB1179-83）的重量為549.4kg/km]，所以不會造成防斷線器的損壞，防斷線器的設(shè)計達(dá)到要求。

為了保證防斷線器的質(zhì)量，我們選擇有專業(yè)資質(zhì)的廊坊正禹機(jī)械加工廠按照加工圖紙中的要求施工，過程中嚴(yán)格監(jiān)管加工質(zhì)量。加工完畢進(jìn)行鍍鋅處理，增加防斷線器的抗氧化能力。

3 防斷器現(xiàn)場應(yīng)用及改進(jìn)

3.1 使用方法

將穿刺絕緣子固定到金具上，用上刺針壓板將絕緣線壓在下刺針壓板上，然后套入上防斷線器上壓板、圓墊片、彈簧墊，并用螺帽擰緊固定，再用四個馬鞍墊、四條Φ11的U型螺栓分別與防斷線器壓板固定，套入防水罩即可投入運行。

3.2 北熔公司實驗

2013年3月，對防斷線器樣品進(jìn)行了專業(yè)拉力實驗。對帶鋼芯的70mm2絕緣導(dǎo)線分別用穿刺接觸、不用穿刺接觸、用防斷線器加強(qiáng)，三種情況進(jìn)行拉力試驗：（1）刺傷時導(dǎo)線的拉斷力為1.4～1.7噸力；（2）完好導(dǎo)線的拉斷力為1.8～1.9噸力；（3）安裝防斷線器后的刺傷導(dǎo)線的拉斷力達(dá)到1.8～1.9噸力。實驗說明加防斷線器后受傷導(dǎo)線強(qiáng)度得到加強(qiáng)。

3.3 現(xiàn)場應(yīng)用

2013年6～9月間，在6kV線路進(jìn)行了試用，效果如下：結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便。實用性強(qiáng)，避免長期運行進(jìn)水腐蝕絕緣線線芯而斷線。對絕緣導(dǎo)線受傷部位的強(qiáng)度進(jìn)行加強(qiáng)，達(dá)到了防斷線的目的，避免一些運行中斷線事故的發(fā)生。6～9月間，加防斷線器的刺針式防雷絕緣子無一起斷線事故。

3.4 改進(jìn)

2013年9月25日，對幾個月投入使用后的結(jié)果進(jìn)行總結(jié)：發(fā)現(xiàn)對于大弧垂檔距的使用，防斷線器上壓板有變形現(xiàn)象，通過討論和實驗，將防斷線器上壓板導(dǎo)線槽軌跡加工成R4557mm的弧面，避免了弧垂大對壓板的受力影響，使壓板不受垂直于其橫截面方向的導(dǎo)線的重力的分力。為了適應(yīng)更大的導(dǎo)線，將小波浪弧面半徑為R17，軌跡改為R60、角度改為39°和大圓弧軌跡改為R9，角度為43°，以增加線夾的握力。

4 結(jié)語

綜合上述，架空配電線路的防雷擊斷線措施有多種多樣，各有優(yōu)缺點，經(jīng)過細(xì)心分析，可以找到適合我們解決缺陷的方法。我們根據(jù)自身實際情況，采取了在架空配電線路安裝配帶防斷線器的防斷線穿刺防雷絕緣子，作為主要防雷擊斷線保護(hù)措施，以其他作為輔助防雷措施配合使用，有效地防止了雷擊斷線事故的發(fā)生，保證配電網(wǎng)安全運行。

參考文獻(xiàn)

[1] 徐穎，許士珩.交流電力系統(tǒng)過電壓防護(hù)及絕緣配合[M].北京：中國電力出版社，2006.

[2] 朱德恒，嚴(yán)璋.高電壓絕緣[M].北京：清華大學(xué)出版社，1992.

作者簡介：陳德兵（1975-），供職于中國石油華北油田公司第四采油廠，研究方向：機(jī)械。

（責(zé)任編輯：周 瓊）