電纜上桿新型保護(hù)裝置的研制與應(yīng)用

王清爾

（國(guó)網(wǎng)江蘇省電力公司常州供電分公司，江蘇 常州 213100）

1 技術(shù)背景

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，電力電纜已成為城市供電的主要方式。在電力電纜工程施工中，目前電纜上桿保護(hù)管主要采用圓筒形態(tài)，以符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)防火、機(jī)械性能的基本要求[1]。但隨著我國(guó)電力電纜敷設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，原有的傳統(tǒng)圓筒型上桿保護(hù)管遇到了諸多問(wèn)題，包括以下幾點(diǎn)。

（1）維護(hù)、更換困難。一旦出現(xiàn)嚴(yán)重破損需要更換時(shí)就必須斷電后，把電纜的上桿部分拆下，非常煩瑣、復(fù)雜，施工周期長(zhǎng)，影響正常供電。而且，抽出、穿入電纜施工時(shí)，容易損傷電纜。

（2）保護(hù)管會(huì)摩擦、損壞電纜。保護(hù)管跟電纜之間存在空隙，電纜遇到外力（如大風(fēng)）的作用，發(fā)生搖晃，可能與保護(hù)管發(fā)生接觸、摩擦，導(dǎo)致電纜外皮損壞，縮短了電纜使用壽命，帶來(lái)安全隱患的同時(shí)，增加了維護(hù)檢修工作量。

（3）保護(hù)管上方異物侵入。保護(hù)管跟電纜之間的空隙上方無(wú)任何遮擋，雨水、樹葉等雜物容易進(jìn)入，電纜長(zhǎng)期處在潮濕環(huán)境中，與雜物發(fā)生摩擦，易引發(fā)外皮破損，進(jìn)而縮短電纜使用壽命。而且老鼠容易進(jìn)入噬咬電纜，最終導(dǎo)致漏電等安全隱患發(fā)生。

（4）現(xiàn)有材質(zhì)易老化。目前保護(hù)管主要采用HPV材質(zhì)，容易老化、破裂，存在較大的安全隱患，到達(dá)一定年限后保護(hù)作用降低。

（5）保護(hù)管外壁的空隙進(jìn)水后，會(huì)帶來(lái)安全隱患。保護(hù)管非開挖拉管與電纜工作井的連接，一般未設(shè)置安全可靠的阻水管和相應(yīng)的施工工藝，通常僅在電纜工作井預(yù)留孔及二次澆筑的井壁之間設(shè)置一道伸縮縫，或使用膨脹水泥對(duì)工作井預(yù)留孔進(jìn)行二次澆筑。保護(hù)管被澆筑在電纜工作井井壁中，由于高壓電纜通道采用的均是非磁性的塑料管，其伸縮率與混凝土差異較大，貼合度不夠、咬合力欠佳，保護(hù)管外壁與混凝土間容易形成裂縫或孔隙，成為地下水侵入電纜工作井的通道。長(zhǎng)期運(yùn)行后，電纜工作井內(nèi)容易形成積水，電纜長(zhǎng)期浸泡在水中，最終會(huì)影響電纜使用壽命。

（6）高壓電纜在敷設(shè)過(guò)程中，電纜在保護(hù)管中需要展放，難免存在表層磨損的問(wèn)題，目前各類電氣試驗(yàn)均不能檢測(cè)電纜在敷設(shè)過(guò)程中造成的表層磨損。而電纜在長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)由于其電磁特性，經(jīng)常產(chǎn)生振動(dòng)，容易使電纜本體受損部位的包覆材料加劇老化，在電纜本體表層逐步形成水樹枝，并向內(nèi)層蔓延，損害絕緣功能，危害電纜安全運(yùn)行。

2 新型保護(hù)裝置介紹

考慮到電纜上桿的場(chǎng)景，借鑒鐵塔引下架設(shè)的經(jīng)驗(yàn)[2]，創(chuàng)造性地設(shè)計(jì)了本裝置。外側(cè)采用SMC 材料“半圓筒型+抱箍”型保護(hù)管，電纜與保護(hù)管之間填充半圓環(huán)形三聚氰胺緊固件，頂部采用三元乙丙橡膠進(jìn)行柔性封堵，再采用非磁性金屬材料夾具，將保護(hù)管固定在終端塔上，形成一套完整的電纜上桿新型保護(hù)裝置。

2.1 “半圓筒型+抱箍”型保護(hù)管

2.1.1 保護(hù)管材料

SMC 是一種玻璃鋼，主要原料由GF 專用紗、低收縮添加劑、不飽和樹脂、MD 填料及各種助劑組成。SMC材質(zhì)具有非常優(yōu)良的性能特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于電氣設(shè)備外殼制造材料中，跟其他金屬和非金屬材料相比優(yōu)勢(shì)非常明顯。

（1）電氣絕緣性能優(yōu)良

SMC 的絕緣電阻高，能防止漏電，耐介電質(zhì)性優(yōu)異，不反射、也不阻斷微波的傳播，永不生銹?？古离娭笜?biāo)、絕緣防護(hù)均符合DIN/VDE 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

（2）阻燃、耐熱性能優(yōu)良

SMC 的阻燃性能可達(dá)到FV0 級(jí)，煙氣毒性等級(jí)為準(zhǔn)安全級(jí)，滿足國(guó)內(nèi)外UL94 相關(guān)要求。可在130°C 高溫下長(zhǎng)期使用而不變形，遇火不燃燒。

（3）耐腐蝕性能突出

SMC 對(duì)海水、汽油、酒精、電解鹽、醋酸、酸雨的腐蝕，均能有效抵御。

（4）機(jī)械性能優(yōu)異

SMC 由絕緣材料維網(wǎng)狀分子結(jié)構(gòu)、特種增強(qiáng)纖維共同作用，抗沖性優(yōu)良，鉆孔、切割等機(jī)械加工方便，拉伸強(qiáng)度、彎曲和沖擊韌性都非常優(yōu)異。

（5）熱導(dǎo)率低、膨脹系數(shù)小

SMC 能耐高溫，熱變形率低，絕熱性可有效降低環(huán)境溫差對(duì)箱體內(nèi)部的影響，同金屬材料相比，能有效減少箱體內(nèi)部發(fā)生凝露。

（6）抗老化性能優(yōu)良

SMC 具有優(yōu)異的抗老化性能。經(jīng)過(guò)抗老化測(cè)試表明，無(wú)論使用地點(diǎn)、所處氣候帶在哪，其表面最大老化程度都很小，完全不影響箱體的機(jī)械性。另外，如果表面再經(jīng)過(guò)特殊耐紫外線工藝的處理，可進(jìn)一步強(qiáng)化其抗老化性能。

（7）使用壽命很長(zhǎng)

電氣設(shè)備箱體采用SMC 外殼后，能適應(yīng)各種惡劣天氣，使用壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)金屬等傳統(tǒng)材料。

（8）質(zhì)輕、安裝方便

SMC 生產(chǎn)工藝快、造型美觀、安裝方便。各類SMC箱體采用模壓高溫一次成形模塊，搬運(yùn)或安裝都很簡(jiǎn)單。尤其適合應(yīng)用于人員長(zhǎng)期觸及到電氣設(shè)備外殼的場(chǎng)所，能有效避免箱體觸電危險(xiǎn)。

2.1.2 保護(hù)管形態(tài)

不同于傳統(tǒng)保護(hù)管，要將電纜從保護(hù)管中穿過(guò)，參考了類似保護(hù)管的方案后[3]，本文提出了“半圓筒型+抱箍”的新形態(tài)，只需將2 個(gè)半筒對(duì)齊、拼接好，安裝上抱箍即可，如圖1 所示。

圖1 保護(hù)管結(jié)構(gòu)圖

SMC 復(fù)合材料（片狀模塑料）經(jīng)高溫一次性模壓成型后，內(nèi)壁光滑，不會(huì)刮傷電纜。采用承插式的連接方式，方便安裝連接。施工更便捷，維護(hù)、更換也更方便，無(wú)須斷電即可進(jìn)行施工、更換。

2.2 半圓環(huán)形緊固件

2.2.1 緊固件材料

緊固件采用三聚氰胺海綿材料，其優(yōu)勢(shì)如下。

（1）高阻燃性

無(wú)須添加阻燃劑即可達(dá)到美國(guó)UL94V-0 級(jí)高阻燃材料的標(biāo)準(zhǔn)。即使接觸明火，在燃燒體的表面會(huì)形成致密的焦炭層，以阻礙火焰燃燒、蔓延，不產(chǎn)生流體，不會(huì)釋放有毒氣體，煙密度小于15，離火自熄。

（2）絕熱保溫性突出

由于其結(jié)構(gòu)蓬松，開孔率達(dá)95%以上，三維網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，可有效阻滯空氣的對(duì)流熱傳導(dǎo)。

（3）耐溫性強(qiáng)

適宜長(zhǎng)期工作在-165～180°C 條件下，且-165～400°C無(wú)分解和變形情況發(fā)生。

（4）低容重

三聚氰胺海綿容重為4～12 kg/m3，是當(dāng)前全球特輕的泡沫塑料之一。

（5）無(wú)毒衛(wèi)生的安全性

由于其化學(xué)結(jié)構(gòu)和交聯(lián)體系，化學(xué)性質(zhì)極為穩(wěn)定，即使是室內(nèi)裝飾這種對(duì)綠色環(huán)保安全標(biāo)準(zhǔn)極高的場(chǎng)所，也能完全滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

2.2.2 緊固件形態(tài)

電纜與保護(hù)管之間，采用2 個(gè)半圓環(huán)形的三聚氰胺模塊拼接成型，替代傳統(tǒng)抱箍。通過(guò)模塊對(duì)電纜進(jìn)行擠壓，提高了穩(wěn)定性，防止電纜下墜牽拉，即使有大風(fēng)等外力影響，也不會(huì)發(fā)生搖晃、摩擦。

2.3 封堵夾

參考了其他類型的封堵方式[4]之后，本文設(shè)計(jì)了新型封堵夾，安裝在保護(hù)管頂部。

2.3.1 封堵夾材料

采用三元乙丙橡膠，耐腐抗老化，安裝快捷，使用壽命長(zhǎng)，密封性能良好。

2.3.2 封堵夾結(jié)構(gòu)

封堵夾包括外漲塊、內(nèi)漲塊以及柔性橡膠塊3 部分，外漲塊、內(nèi)漲塊分別放在橡膠塊的兩側(cè)，在橡膠塊的兩側(cè)設(shè)計(jì)了凹槽，朝向外壓板一側(cè)的凹槽上有形狀、大小相匹配的外漲塊和內(nèi)漲塊受力擠入橡膠塊，使橡膠塊發(fā)生形變而膨脹，貼緊電纜套管的內(nèi)壁和電纜的外壁，把電纜套管頂部和電纜密封起來(lái)。封堵夾結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 封堵夾結(jié)構(gòu)

新型柔性封堵夾對(duì)電纜管道進(jìn)出口進(jìn)行封堵，安裝非常方便，可隨時(shí)拆裝，具備防火、防雨水、防鼠侵入等特點(diǎn)，和傳統(tǒng)封堵方式相比，優(yōu)勢(shì)明顯，見表1。

表1 新型封堵夾與傳統(tǒng)封堵方式對(duì)比

2.4 固定夾具

固定夾具的作用是將電纜上桿保護(hù)管及電纜的重力和因熱脹冷縮產(chǎn)生的熱機(jī)械力分散到各個(gè)夾具上得到釋放，使電纜免受機(jī)械力損傷，對(duì)電纜上桿保護(hù)管及電纜進(jìn)行有效固定，使保護(hù)管和電纜之間的相對(duì)位置保持穩(wěn)定。

2.4.1 固定夾具要求

夾體采用非磁性金屬材料，內(nèi)表面無(wú)尖角和毛刺，采用2 個(gè)半環(huán)的組合結(jié)構(gòu)。具體要求如下。

（1）螺栓、螺母、墊圈、彈簧墊圈等，應(yīng)執(zhí)行相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；螺栓、墊圈、螺母等采用不銹鋼制成，或采用Q235 用表面熱鍍鋅來(lái)進(jìn)行處理。

（2）在夾體與電纜之間加襯墊，襯墊用橡膠材料進(jìn)行制作，橡膠結(jié)構(gòu)尺寸符合設(shè)計(jì)圖紙要求，橡膠內(nèi)表面光滑，無(wú)傷痕或裂紋。

2.4.2 固定夾具安裝

先將帶有橡膠墊的下夾體固定在支架上，然后將電纜移入下夾體內(nèi)，再蓋上帶有橡膠墊的上夾體，依次將彈簧、平墊、螺母（帶彈簧）或平墊、彈簧墊圈、螺母（不帶彈簧）等套入。交替擰緊螺母，固定夾安裝保持松緊程度一致，不能過(guò)緊或過(guò)松，應(yīng)用力矩扳手緊固為宜（緊固力矩應(yīng)根據(jù)電纜本身機(jī)械強(qiáng)度確定，不超過(guò)40 N.M力距）。高壓大截面電纜，電纜運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的熱機(jī)械力，電纜必須采用蛇形敷設(shè)，固定采用撓性固定。

3 新型保護(hù)裝置安裝

3.1 拼接保護(hù)管、緊固件

將2 個(gè)半圓形對(duì)接可形成一個(gè)圓筒，把2 片三聚氰胺模塊對(duì)齊，安裝至保護(hù)管中。如圖3 所示。

圖3 緊固件安裝

3.2 封堵夾覆蓋頂部之后，將保護(hù)管與終端塔固定牢固

封堵夾形態(tài)如圖4 所示。

圖4 不同規(guī)格的封堵夾

4 新型保護(hù)裝置應(yīng)用

目前這套保護(hù)裝置，在江蘇常州110 kV 武科7769 線進(jìn)行了應(yīng)用。如圖5 所示。

圖5 安裝效果

5 結(jié)束語(yǔ)

采用新型保護(hù)裝置后，不再需要將電纜從保護(hù)管中穿過(guò)，無(wú)須斷電，極大減少了維修、更換工作量；對(duì)電纜進(jìn)行柔性固定，避免大風(fēng)引起的摩擦、觸碰，有效保護(hù)了電纜護(hù)層，避免電纜下墜、牽拉；對(duì)頂部進(jìn)行柔性覆蓋，避免落葉、雨水、老鼠等異物進(jìn)入，減少了電纜損壞根源，達(dá)到保護(hù)電纜、延長(zhǎng)電纜使用壽命的目的；同時(shí)，采用新型SMC 復(fù)合材料，耐腐蝕、壽命長(zhǎng)、抗老化，延長(zhǎng)了保護(hù)管的使用壽命，減少了維護(hù)、更換工作量。