一種戶外終端應力錐自動脫出裝置的研發(fā)

摘 要：本文介紹了一種戶外終端應力錐自動脫出裝置，該裝置主要用于電纜附件產(chǎn)品出廠例行試驗，當耐壓試驗與局部放電試驗完成后，使用該裝置將戶外終端應力錐從試驗電纜上脫出。使用時只需要一名試驗人員操作觸摸控制器，設置好參數(shù)啟動后，即可實現(xiàn)戶外終端應力錐被試品自動從試驗電纜上脫出。目前的人力拉拔脫出方式，一般需要兩到三名試驗人員同時工作，因此大大節(jié)省了人力。裝置由可編程控制器控制伺服電機驅動，各項參數(shù)如行程、力量和速度均可靈活設定，保證應力錐產(chǎn)品在脫出的過程中受力方向平衡且受力大小均勻，降低在試驗過程中形成應力錐產(chǎn)品損壞的概率。

關鍵詞：電纜附件;戶外終端;應力錐;例行試驗;自動試驗裝置

1 緒論

電纜戶外終端產(chǎn)品在電纜線路中占有重要地位，其核心組成部分戶外終端應力錐預制件質量的好壞直接影響整個電纜線路的安全運行。根據(jù)國標GB/T 11017.3-2014《額定電壓110kV交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜及其附件 第3部分：電纜附件》的要求，戶外終端應力錐預制件產(chǎn)品在出廠前要進行例行出廠試驗，包括絕緣耐壓試驗和局部放電試驗，以保證產(chǎn)品電氣性能符合運行要求。本文所述的戶外終端應力錐自動脫出裝置，主要應用于例行出廠試驗完成后將被試品從試驗電纜上脫出，整套裝置的主要執(zhí)行部分采用可編程控制器控制伺服電機驅動，因此可以保證施加在被試品上的力量穩(wěn)定，脫出速度可控，同時可通過機械結構設計保證被試品各向受力平衡，通過裝置配套的可觸摸控制器，只需要一名工作人員操作并設置參數(shù)，即可實現(xiàn)原先需要兩到三人才能完成的工作，綜上，本裝置能夠在保證被試品安全脫出的同時，節(jié)省人力。

2 現(xiàn)有技術

國標對于電纜附件產(chǎn)品出廠試驗的具體要求是，每個預制附件的主絕緣應經(jīng)受局部放電試驗和電壓試驗，試驗方法可以選擇在安裝于電纜的附件上進行，或者主絕緣部件部件裝在專供試驗的附件上進行，又或者采用模擬附件裝置進行試驗，使主絕緣部件所受的電場強度再現(xiàn)實際電場情況，進行局部放電試驗時，試驗電壓應逐漸升到1.75U0并保持10s，然后慢慢地降到1.5U0，在1.5U0下，被試品應無超過申明靈敏度的可檢測的放電。電壓試驗應在環(huán)境溫度下以工頻交流電壓進行，試驗電壓應施加在導體和金屬屏蔽/金屬套間逐漸地升到2.5U0，然后保持30min，試驗時被試品絕緣應不發(fā)生擊穿。[1]當前大多數(shù)國內(nèi)電纜附件廠家對戶外終端應力錐預制件產(chǎn)品進行例行出廠試驗的方式是，準備一根配套的試驗用電纜，該電纜按實際成套戶外終端產(chǎn)品安裝時的尺寸和要求進行處理，試驗用電纜的安裝外徑尺寸往往可以適用于幾種不同規(guī)格型號的被試品，這是因為，電纜附件產(chǎn)品在設計時，其孔徑與電纜的安裝外徑之間的過盈量是一取值范圍，而不是一固定值，事實上，在實際工程應用中也存在這種情況，即在滿足安裝過盈量以及應力錐預制件抱緊力的前提下，不同規(guī)格型號的產(chǎn)品可以替換使用。值得說明的是，試驗用電纜經(jīng)過切割、剝切、打磨等一系列處理之后將作為一件試驗工裝長期使用，直至其不再符合使用要求時報廢。準備工作完成后由兩到三名試驗人員將被試品套裝在試驗電纜上并推動到位，安裝好配套組件，檢查接線準確無誤后進行例行出廠試驗。試驗完成后，試驗人員拉拔被試品將其從試驗電纜上脫出。目前國內(nèi)設計的電纜戶外終端應力錐預制件產(chǎn)品與配套電纜套裝完成后，兩者之間界面壓力很大，一般在0.1MPa到0.3MPa之間，[2]因此無論是在試驗前安裝被試品的推入過程，還是在試驗完成后脫出被試品的拉拔過程中，被試品與試驗電纜外表面之間存在很大的摩檫力，盡管在套裝時會涂抹潤滑硅脂等輔助潤滑劑減小摩擦，但由于人力操作時，兩到三名試驗人員同時用力，力道的大小、方向、速度都不平衡且無法控制，很可能造成被試品內(nèi)表面半導電膠與絕緣膠粘合界面的剝離缺陷，這種剝離缺陷往往很細小，不易察覺，但存在這種缺陷的產(chǎn)品一旦投入使用，將為電力電纜線路的安全運行埋下巨大隱患。

3 裝置簡述

戶外終端應力錐自動脫出裝置的主要研發(fā)思路是，有一運動方向、運動速度以及推力大小可控的執(zhí)行機構沿水平方向做往復的機械運動，當該執(zhí)行機構沿脫出方向運動時，與執(zhí)行機構相連的某一零件到達被試品處，執(zhí)行機構繼續(xù)運動，將被試品推動直至從試驗電纜上脫出;當被試品進行各項電氣性能試驗時，執(zhí)行機構應該能夠收縮的盡量短，以保證不影響試驗的正常進行。因此，選擇合適的執(zhí)行機構是在研發(fā)過程中首先需要解決的問題。在市場上現(xiàn)有的符合上述要求的設備中，確定了電缸和氣缸為主要的比選對象。電缸又稱為電動缸，是實現(xiàn)高精度直線運動的產(chǎn)品，以電力作為直接動力源，具有像氣缸類似的運動特征的一種執(zhí)行元件，電缸控制方便，在工業(yè)設備上應用廣泛，電缸通常用馬達帶動各種螺桿或同步輪旋轉，通過螺母或皮帶化為直線運動，并推動負載運動。氣缸是利用氣壓傳動種將壓縮空氣的壓力轉換為機械能，驅動機構運動的執(zhí)行元件。氣缸的組成部分包括缸筒、端蓋、活塞、活塞桿和緩沖柱塞、緩沖節(jié)流閥。當無桿腔輸入壓縮空氣時，有桿腔排氣，氣缸兩腔的壓力差作用在活塞上所形成的力克服阻力負載推動活塞運動，使活塞桿伸出;當有桿腔進氣，無桿腔排氣時，使活塞桿縮回。若有桿腔和無桿腔交替進氣和排氣，活塞實現(xiàn)往復直線運動。由于氣缸存在配件多，設備整體體積較大、控制精度比電缸差等問題，因此最終選擇電缸作為本裝置的執(zhí)行機構。

圖1為戶外終端應力錐自動脫出裝置的結構示意圖。圖中試驗電纜的長度以及被試品的安裝位置均符合國標相關試驗要求。全套試驗裝置組成部分主要有：屏蔽環(huán)、試驗電纜、應力錐推板、電缸固定板、電缸組件、電纜抱箍、主支架及控制器。使用方法為：被試品進行試驗的過程中，電缸不工作，靜止在行程最短處。當被試品試驗完成后，關閉試驗設備電源，將試驗裝置安全接地，拆除高壓加壓線，取下兩端的屏蔽環(huán)，打開裝置開關，在觸摸控制器觸控屏上輸入工作參數(shù)值，隨后啟動電缸，電缸啟動后帶動應力錐推板向電纜端部方向移動，隨后應力錐推板與應力錐端面接觸，應力錐推板繼續(xù)運動推動應力錐向脫出方向滑移，最終與試驗電纜脫離。應力錐脫出后，電缸反向運動，回到行程最短處后停止運動，關閉裝置開關，試驗人員開始準備進行下一組試驗。

4 設計改進

在試制的工程中發(fā)現(xiàn)，由于應力錐推板只與被試品的一個端面接觸，當被試品與試驗電纜之間的過盈配合量較大即抱緊力較大時，會造成被試品受力不均，形成局部應力集中現(xiàn)象。因此，將應力錐推板做了設計改進，將原先的應力錐推板改為由錐托與錐托固定板組成的推動組件，推動組件有多種尺寸規(guī)格，對應不同型號的被試品。

圖2為設計改進前應力錐推板與被試品的接觸面積示意圖，圖3為設計改進后錐托與錐托固定板形成的推動組件與被試品的接觸面積示意圖。明顯可以看到，改進后的推動組件與被試品有充分的接觸面積，因此傳導給被試品的推力也會更加均勻，保證了被試品在脫出過程中均勻受力。

5 結論

戶外終端應力錐預制件為電力電纜線路戶外終端產(chǎn)品的核心組成部分，其性能好壞直接影響了戶外終端的運行質量，繼而影響到整個電力電纜線路運行的安全與否，因此國標要求電纜附件產(chǎn)品出廠時必須經(jīng)過出廠例行試驗，而目前各電纜附件廠試驗時使用的試驗拆裝方式可能會對戶外終端應力錐預制件產(chǎn)品的絕緣結構造成無法察覺的損傷，從而影響后續(xù)使用及安全運行。戶外終端應力錐自動脫出裝置，可以減少試驗過程中所消耗的總人力，更為重要的是，提供了一種安全有效的方式，大大減少戶外終端應力錐產(chǎn)品在出廠試驗過程中因受到人為損壞而形成的安全隱患。

參考文獻：

[1]GB/T 11017.3-2014《額定電壓110kV交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜及其附件 第3部分：電纜附件》.

[2]王佩龍.高壓電纜固件的電場及界面壓力設計.電線電纜，2011，5：1-5.

作者簡介：涂娜（1984-），女，高級工程師，從事高壓電纜附件設計研發(fā)工作。