一種跳線分流裝置研發(fā)與應(yīng)用

邵源鵬

（廣州番禺電纜集團(tuán)有限公司，廣東廣州，510000）

0 前言

通過對(duì)近10年用戶停電投訴情況和運(yùn)維部門的統(tǒng)計(jì)匯總分析表（見圖1）得出，低壓線路故障中有將近一半都發(fā)生在線路接頭處，且主要發(fā)生在電表引下線與主干線接口處。為了降低事故發(fā)生率、減少用戶的停電投訴率，提升電網(wǎng)運(yùn)行的質(zhì)量，增加線路的使用壽命，需要從根源上解決電表引下線與主干線接口連接問題，我司特意對(duì)連接接頭的電性能、連接性能及防水性能等進(jìn)行分析，根據(jù)國(guó)內(nèi)最新的鋁合金材料設(shè)計(jì)出合理的連接金具滿足電表引下線與主干線接口連接要求的同時(shí)還具有節(jié)能效果，同時(shí)使用耐候性好的塑料制作成與金具配套的保護(hù)罩達(dá)到良好的防水效果。

圖1 線路故障原因統(tǒng)計(jì)圖

1 目前電表主干線與引下線接口處的主要跳線方式

（1）手綁連接方式；（2）并溝線夾連接方式；（3）穿刺線夾連接方式；（4）C型線夾連接方式。

1.1 傳統(tǒng)手綁連接方式

目前由于七八十年代線路安裝施工時(shí)技術(shù)限制，低壓電網(wǎng)線路改造尚未大面積啟動(dòng)，電表引下線與主干線接口處采用的跳線方式90%以上都還是使用早起電網(wǎng)敷設(shè)時(shí)接線的方式-直接手綁式，即在主干線上剝開絕緣層和支線端絕緣層，之后再把分流支線的裸導(dǎo)體直接綁在主干線的裸導(dǎo)體上，最后用絕緣膠布把裸露的導(dǎo)體繞包好（見圖2）。該方式在以前用戶用電量不大的情況下基本能滿足使用需求，不過隨著人們生活水平的不斷提高，大小家電的普及使用及大功率電器的更新?lián)Q代，用戶用電量也隨著越來(lái)越大，比如，現(xiàn)在一臺(tái)常用的掛機(jī)式空調(diào)的功率就有2500W左右，輔助加熱式空調(diào)的功率在4800W左右，家用中央空調(diào)功率更大在10000KW左右，而早前時(shí)期所有家用照明總負(fù)荷在800KW左右，由此可以明顯看出，現(xiàn)在普通家用電量的增加。當(dāng)線路運(yùn)載負(fù)荷在原有10倍以上增加的情況下，傳統(tǒng)手綁接線方式的接頭就難于滿足現(xiàn)在的需求了，從而導(dǎo)致用戶停電。

圖2 手綁式跳線圖

手綁式跳線導(dǎo)致事故頻發(fā)主要原因是：

（1）接頭保護(hù)不到位：接頭采用絕緣膠布纏繞防護(hù)，絕緣膠布在室外經(jīng)日曬雨淋后，其使用壽命壽命會(huì)大大減少，根據(jù)供電系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)人員的統(tǒng)計(jì)，裸露在太陽(yáng)底下的絕緣膠布使用5年后，都會(huì)出現(xiàn)不同程度的老化破損，嚴(yán)重的甚至出現(xiàn)老化脫落，接頭導(dǎo)體裸露在空氣中，會(huì)發(fā)生氧化，電阻增大，載流能力變差，而用戶用電量的增大導(dǎo)致該部位溫度聚升，電線燒斷，從而斷電。

（2）由于絕緣老化破損后，導(dǎo)體在使用中熱脹冷縮，纏繞在主線路的接頭，會(huì)慢慢松動(dòng)松脫，隨著接觸面的減小，接頭處導(dǎo)電能力不斷下降，熱脹冷縮效果越大，如此循環(huán)性的導(dǎo)致接頭導(dǎo)電能力越來(lái)越差，最終過載熔斷。

（3）銅鋁過渡導(dǎo)致電化腐蝕，銅鋁過渡問題，國(guó)內(nèi)電網(wǎng)初始建設(shè)時(shí)受經(jīng)濟(jì)原因的限制基本全部采用鋁線，目前隨著電網(wǎng)不斷改造，但仍有80%以上的低壓配網(wǎng)主干線使用的是鋁芯電纜，而電表箱與支線連接口一般都是銅片端口，所以就會(huì)出現(xiàn)銅與鋁直接接觸的現(xiàn)象。二價(jià)銅離子獲得兩個(gè)電離子的電勢(shì)為+0.3419V，三價(jià)鋁離子獲得三個(gè)電離子的電勢(shì)為-1.662V，鋁的活潑性比銅好，二者接觸在有電壓、電流和水汽等的作用下容易形成原電池，發(fā)生電化學(xué)腐蝕，鋁失去電子，銅作為電極將電子傳給氧，鋁離子與氧離子結(jié)合生成具一定絕緣性能的氧化鋁化合物，時(shí)間越長(zhǎng)，積累在接觸面的氧化鋁化合物就越多，接觸處電阻就越大，在導(dǎo)電過程中，發(fā)熱越大，最后導(dǎo)致起火等事故。

（4）熱脹冷縮：所有物體都有一個(gè)共性就是熱脹冷縮，由于銅與鋁的熱脹系數(shù)不同，在受熱和降溫相同情況下，膨脹和收縮不能同步，手綁接線方式的接頭在經(jīng)歷一定時(shí)間后就會(huì)出現(xiàn)接頭松散現(xiàn)象，從而導(dǎo)致接觸不良和接觸點(diǎn)電阻增大，最終接觸點(diǎn)發(fā)熱過大，發(fā)生斷電事故。

1.2 并溝線夾連接方式

并溝線夾連接方式也是比較傳統(tǒng)的一種連接方式，至今已有30多年，它的優(yōu)點(diǎn)是接觸面大，缺點(diǎn)是擰緊螺絲易受熱脹冷縮影響而松散，導(dǎo)致頻繁維護(hù)，所以現(xiàn)在已基本不提倡使用。

1.3 穿刺線夾連接方式

絕緣穿刺線夾主要由殼體、穿刺刀片、防水膠圈、力矩螺栓組成。當(dāng)做電纜分支連接時(shí)，將分支電纜插入支線帽并確定好主線分支位置后，用扳手?jǐn)Q緊線夾上的力矩螺母，隨著力矩螺母的擰緊，線夾上下兩塊暗藏有穿刺刀片的絕緣體逐漸合攏，與此同時(shí)，包裹在穿刺刀片周圍的弧形密封膠圈逐步緊貼電纜絕緣層，穿刺刀片開始刺穿電纜絕緣層及金屬導(dǎo)體。當(dāng)密封膠圈的密封程度和穿刺刀片與金屬的接觸達(dá)到最佳效果時(shí)，力矩螺母自動(dòng)脫落，此時(shí)主線和分支線接通。

圖3 并溝線夾連接圖

該連接方式最大的優(yōu)點(diǎn)是安裝非常方便，不用剝開絕緣層，該方式在弱電場(chǎng)下使用是可以的，但在供電系統(tǒng)中的強(qiáng)電場(chǎng)合使用就不合適，因?yàn)榇┐叹€夾的導(dǎo)電依靠穿刺刀片刺穿絕緣層進(jìn)入導(dǎo)體與導(dǎo)體接觸來(lái)實(shí)現(xiàn)，首先穿刺線夾的穿刺刀片與導(dǎo)體接觸面大小就難以判斷，如果刺穿得深，接觸面會(huì)相對(duì)大，但卻刺傷導(dǎo)體，影響導(dǎo)線的電流導(dǎo)通能力；如果是用在雙塑絕緣導(dǎo)線，絕緣與護(hù)套在一起厚度最小都有2.2mm，大截面導(dǎo)線甚至?xí)_(dá)到4.5mm左右，這樣穿刺線夾的刺穿能力就會(huì)被大大減弱，尖端刺穿絕緣及護(hù)套后與導(dǎo)線導(dǎo)體的接觸面就很小，這種情況雖然導(dǎo)體損傷不是很嚴(yán)重，但由于接觸面積小，電流流通過線夾后再流線分流導(dǎo)線能力就會(huì)小很多，整個(gè)線夾的過電流能力就很差，導(dǎo)致該連接處常常過流過載，接觸點(diǎn)溫升起火。

圖4 穿刺線夾安裝及拆開圖

以TTD041FJ 6-35/1.5-10穿刺線夾來(lái)說(shuō)，該穿刺線夾用在主線鋁線35mm2,分支線材鋁線10mm2時(shí)，

a.10mm2鋁線分支為單塑絕緣線材，絕緣厚度符合標(biāo)準(zhǔn)要求為1.0mm,則穿刺刀片與導(dǎo)體接觸較多，4個(gè)刀片每個(gè)刀片嵌入導(dǎo)體中的截面均勻，每個(gè)刀片接觸面積達(dá)到1mm2,該處20℃時(shí)直流電阻值見下:

式中R——單位長(zhǎng)度導(dǎo)體在20℃溫度下的直流電阻；

ρ20—導(dǎo)體材料在20℃時(shí)的電阻率，鋁制材料取ρ20=28.264 nΩ·m；

α——導(dǎo)體電阻的溫度系數(shù)（K-1）；

A——鋁導(dǎo)體截面積mm2，顯然A=nS=4×1=4mm2；

當(dāng)θ=20℃時(shí)，則20℃時(shí)直流電阻的計(jì)算如下：

b.10mm2鋁線分支為雙塑絕緣線材，絕緣厚度符合標(biāo)準(zhǔn)要求為1.0mm,護(hù)套厚度符合標(biāo)準(zhǔn)要求為0.9mm,則穿刺刀片與導(dǎo)體接觸小很多，4個(gè)刀片每個(gè)刀片嵌入導(dǎo)體中的截面均勻，每個(gè)刀片接觸面積只有0.4mm2,該處20℃時(shí)直流電阻值見下:

ρ20—導(dǎo)體材料在20℃時(shí)的電阻率，鋁制材料取ρ20=28.264 nΩ·m；

α——導(dǎo)體電阻的溫度系數(shù)（K-1）；

A——鋁導(dǎo)體截面積mm2，顯然 A=nS=4×0.4=1.6mm2；

當(dāng)θ=20℃時(shí)，則20℃時(shí)直流電阻的計(jì)算如下：

二者比值為：

由此可見絕緣穿刺線夾用在雙塑絕緣線材是的電阻比用在單塑絕緣線材上的電阻要大很大，導(dǎo)電能力要小很多。

1.4 C型線夾連接方式

C型線夾連接方式是目前被認(rèn)為相對(duì)較好的一種連接方式，它具備如下特點(diǎn) ：

圖5 C型線夾連接方式圖

（1）產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用科學(xué)的鉸接式結(jié)構(gòu)，利用其雙C型元件的整體自鎖功能，大大加強(qiáng)了其整體統(tǒng)一均勻受力的作用，使其成為一個(gè)完美的全方位均勻受力的結(jié)合體；不僅外觀變得圓整美觀，同時(shí)由于安裝方便還極大減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率；而公塊與母開背靠背一起卡在C型元件內(nèi)，相互作用利一樣，，大大減小了安裝時(shí)人為因素造成的主線與分支線材受力不同的現(xiàn)象。

（2）C型線夾采用優(yōu)良的材質(zhì)和科學(xué)合理的構(gòu)造，使其在使用過程中，外界環(huán)境及負(fù)載條件的變化時(shí)，線夾對(duì)導(dǎo)線的接觸壓力變化極小，具有連接可靠、夾緊力恒定、接觸電阻小、（不同線徑）壓力均衡，過載能力強(qiáng)、線路中無(wú)磁損、大小線跳渡平穩(wěn)等諸多優(yōu)點(diǎn)，可使連接接續(xù)達(dá)到最佳要求。

（3）使用特殊的硅鎂鋁合金制成的金具有一定彈性，能使導(dǎo)線與金具線夾間的接觸壓力長(zhǎng)期保持恒定，足夠大且恒定的接觸壓力可以使線材與金具的接觸面最大且穩(wěn)定，從而能保證金具連接的接觸電阻長(zhǎng)期處在非常低的狀態(tài)，確保連接處過流能力強(qiáng)。該金具內(nèi)槽涂有導(dǎo)電性能很強(qiáng)且具有抗腐蝕、抗氧化、憎水性強(qiáng)的電力復(fù)合脂，能使不同材質(zhì)的導(dǎo)線接觸良好,如：鋁-鋁、銅-銅連接，銅-鋁過渡，從而減少了線路損耗。

（4）采用螺拴緊固，螺栓為進(jìn)口不銹鋼，防腐能力極強(qiáng)；安裝快捷簡(jiǎn)便，使用通用扳手即可；價(jià)格也經(jīng)濟(jì)合理，性價(jià)比相對(duì)較高。

（5）接觸性能良好穩(wěn)定，減少了維護(hù)費(fèi)用，在安裝和拆卸中完全不損傷導(dǎo)線；能多次實(shí)現(xiàn)重復(fù)使用。

C型線夾連接方式的各種優(yōu)點(diǎn)都是建立在電纜導(dǎo)體外徑標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)上，但是隨著國(guó)內(nèi)技術(shù)水平的提高，銅、鋁等材料導(dǎo)電性能越來(lái)越好，電纜行業(yè)內(nèi)導(dǎo)體結(jié)構(gòu)執(zhí)行的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T3956-2008，不要求產(chǎn)品導(dǎo)體的外徑，而是以更科學(xué)的導(dǎo)體20℃溫度下的直流電阻值作為考核要求，鑒于此，各生產(chǎn)廠家為了節(jié)約材料降低成本，都會(huì)努力減小產(chǎn)品的導(dǎo)體外徑，由于各個(gè)廠家對(duì)產(chǎn)品的生產(chǎn)控制能力不同，相同規(guī)格電纜的導(dǎo)體外徑就不一致，且差別比較大，從而導(dǎo)致C型線夾連接方式在實(shí)際運(yùn)用中常常達(dá)不到設(shè)計(jì)時(shí)的理想效果，且C型線夾是按照導(dǎo)體外徑來(lái)設(shè)計(jì)的，不能實(shí)現(xiàn)一兩個(gè)規(guī)格來(lái)通用全部標(biāo)稱截面的電纜，導(dǎo)致線夾規(guī)格多，造成備品庫(kù)存麻煩，在搶修電路時(shí)選型也非常不便。

2 優(yōu)良跳線分流裝置需要具有的特點(diǎn)

A、過電流能力強(qiáng)，接頭接觸處于最佳狀態(tài)，保證最小的接觸電阻；B、免維護(hù)，有自鎖功能；C、通用性強(qiáng)，搶修選型方便；D、不損傷導(dǎo)線，不降低導(dǎo)線的性能；E、通用性好；F、對(duì)剝開絕緣層后的導(dǎo)體做好密封防水、防潮、防腐蝕等措施，確保接頭與導(dǎo)線的使用壽命都符合導(dǎo)線設(shè)術(shù)的使用年限（30年）。

為此我司綜合國(guó)內(nèi)現(xiàn)有材料的優(yōu)點(diǎn)，與生產(chǎn)廠家及安裝人員經(jīng)過多年的分析鉆研，設(shè)計(jì)研制了完全滿足現(xiàn)有電網(wǎng)改建、敷設(shè)需求的電力金具——表前跳線分流裝置

3 跳線分流裝置

表前跳線分流裝置的特點(diǎn)如下：

A、通用性強(qiáng)：2個(gè)規(guī)格可滿足全部主干線（16-300）的連接，解決導(dǎo)線外徑不統(tǒng)一而達(dá)不到安裝效果的問題，解決搶修時(shí)選型繁雜問題，解決備品庫(kù)存量大的問題。

圖6 表前跳線分流裝置圖

B、實(shí)現(xiàn)一進(jìn)多出：一個(gè)分流裝置可以同時(shí)引出多條分支導(dǎo)線，使整條線路更加規(guī)范和美觀，同時(shí)降低成本。

C、防水效果達(dá)IPX-6：解決了連接處進(jìn)水而增大線損的問題。

D、免維護(hù)：具獨(dú)立自鎖功能，根據(jù)力學(xué)原理設(shè)計(jì)，擰緊螺絲后，構(gòu)件在相互之間的作用力下，使連接的導(dǎo)線形成獨(dú)立自鎖，并能消除導(dǎo)線及線夾由于熱脹冷縮而產(chǎn)生的作用力，確保導(dǎo)線與線夾永久保持最佳鏈接狀態(tài)，夾緊力恒定，免維護(hù)。

E、安裝方便。采用成套設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，不需經(jīng)過繁雜的組裝，直接用扳手?jǐn)Q緊螺絲即可完成安裝，并且很容易使導(dǎo)線與線夾達(dá)到最佳的接觸狀態(tài)，兩條導(dǎo)線獨(dú)立安裝，互不影響，并可在帶電情況下作業(yè)，使線夾安裝在特殊情況時(shí)更輕松、更快捷。

F、使用了特殊的合金材料，其接觸電阻小、過電流能力強(qiáng)， 適用于銅鋁過渡、鋁鋁過渡、銅銅過渡。

4 性能參數(shù)表

在技術(shù)性能方面，必須要達(dá)到如表1性能要求。

表1 性能要求表

5 結(jié)論

為了適應(yīng)電網(wǎng)的高速發(fā)展，電網(wǎng)越來(lái)越急需要耗能低，結(jié)構(gòu)合理可靠、施工簡(jiǎn)單方便，進(jìn)而使線路設(shè)備壽命長(zhǎng)、故障低、檢修方便的新型線夾，各供電單位及設(shè)計(jì)單位、生產(chǎn)單位要勇于創(chuàng)新，設(shè)計(jì)開發(fā)出最合適的產(chǎn)品，以提高電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性，保證國(guó)民經(jīng)濟(jì)的良好發(fā)展。