異型并溝線夾的結(jié)構(gòu)改進(jìn)與應(yīng)用研究

國(guó)網(wǎng)揚(yáng)州供電公司 高曉寧 國(guó)網(wǎng)淮安供電公司 張 冬 國(guó)網(wǎng)無(wú)錫供電公司 張 科 重慶德普電氣有限公司 歐 波

異型并溝線夾在電力系統(tǒng)低壓側(cè)和高壓側(cè)應(yīng)用廣泛，適用干線與支線連接、耐張引線連接、跳線連接以及配電變臺(tái)引下線、出線，柱上開(kāi)關(guān)避雷器、PT等連接，對(duì)配網(wǎng)架空線路的安全可靠運(yùn)行具有重要作用。目前，市場(chǎng)應(yīng)用較多的是傳統(tǒng)異型并溝線夾，有不同的線徑規(guī)格可供選用，但由于其材料屬性限制，以及彈性墊圈形變不夠，長(zhǎng)期使用過(guò)程中接觸面容易過(guò)熱損壞，可靠性不足。為此，Q/GDW 10370-2016《國(guó)家電網(wǎng)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)配電網(wǎng)技術(shù)導(dǎo)則》中要求傳統(tǒng)異型并溝線夾限制使用：導(dǎo)線非承力接續(xù)不應(yīng)使用傳統(tǒng)依賴(lài)螺栓壓緊導(dǎo)線的并溝線夾，應(yīng)選用螺栓J型、螺栓C型、彈射楔形、液壓型等依靠線夾彈性或變形壓緊導(dǎo)線的線夾[1]。本文基于此背景對(duì)傳統(tǒng)異型并溝線夾進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，提升其性能，擴(kuò)展異型并溝線夾的應(yīng)用場(chǎng)景。

1 結(jié)構(gòu)改進(jìn)

傳統(tǒng)異型并溝線夾由線夾座、線夾蓋（整體式或分體式）、弧形墊片（整體式或分體式）和緊固件（包括螺栓、平墊和開(kāi)口墊圈）組成，如圖1所示。傳統(tǒng)線夾因其材質(zhì)、表面處理工藝、緊固效果等方面的局限性造成了其固有的缺陷[2]，改進(jìn)線夾針對(duì)上述內(nèi)容逐個(gè)優(yōu)化，同時(shí)消除了不利于不停電作業(yè)的因素。

圖1 傳統(tǒng)異型并溝線夾

1.1 本體改進(jìn)

一是材質(zhì)改進(jìn)。異型并溝線夾多采用低強(qiáng)度鋁合金制成，材質(zhì)軟、強(qiáng)度低、蠕變大，尤其是線夾接觸面壓力大，電流分布密，工作溫度高，長(zhǎng)期工作易發(fā)生持續(xù)塑性變形，導(dǎo)致接觸力逐步下降，引起接觸不良。改進(jìn)型異型并溝線夾本體使用6系高強(qiáng)度、高導(dǎo)電率鋁合金擠壓型材，具有強(qiáng)度高、蠕變小的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)提高了產(chǎn)品導(dǎo)電率和抗蝕性，機(jī)械性能穩(wěn)定。

二是表面處理工藝改進(jìn)。傳統(tǒng)線夾表面處理多采用酸洗除油工藝，長(zhǎng)期使用后氧化較嚴(yán)重，而且同款線夾只能使用固定材質(zhì)的導(dǎo)線連接；改進(jìn)型異型并溝線夾表面則采用電鍍層處理，同一線夾可適合連接銅質(zhì)導(dǎo)線和鋁質(zhì)導(dǎo)線。異型并溝線夾服役于戶(hù)外環(huán)境，其傳統(tǒng)型由于存在異種金屬接觸問(wèn)題，容易發(fā)生電化學(xué)電偶腐蝕，使接觸面接觸惡化，接觸電阻變大；而改進(jìn)型異型并溝線夾則通過(guò)使用中間電極電位的金屬電鍍來(lái)弱化電化學(xué)反應(yīng)，有效緩解銅鋁直接接觸時(shí)的電化學(xué)腐蝕，提高電接觸的機(jī)械和電氣穩(wěn)定性。

1.2 緊固件改進(jìn)

一是采用錐形彈性墊圈。傳統(tǒng)異型并溝線夾緊固件使用的是平墊和普通彈性墊圈，補(bǔ)償力有限，導(dǎo)線蠕變和熱脹冷縮對(duì)導(dǎo)線連接面的接觸效果影響較大，常因?yàn)榻佑|電阻過(guò)大而燒壞線夾及導(dǎo)線。改進(jìn)型異型并溝線夾使用的是錐形彈性墊圈，如圖2所示，對(duì)線夾長(zhǎng)期使用過(guò)程中的熱脹冷縮的補(bǔ)償力好，能有效防止導(dǎo)線蠕變?cè)斐傻念A(yù)緊力損失。彈性墊圈的作用是作為螺栓預(yù)緊力的補(bǔ)償，當(dāng)其處于有效工作區(qū)域內(nèi)，壓力與行程關(guān)系為線性；當(dāng)處于無(wú)效工作區(qū)域時(shí)，則無(wú)法提供有效的螺栓預(yù)緊力補(bǔ)償。

圖2 改進(jìn)型異型并溝線夾

普通彈性墊圈的扭力補(bǔ)償特性為拋物線，一般處于無(wú)效區(qū)內(nèi)，無(wú)法提供有效的螺栓預(yù)緊力補(bǔ)償；而錐形彈性墊圈的軸向尺寸較小而徑向尺寸較大，其能在較小的變形條件下，承受變化范圍較大的軸向載荷。普通彈性墊圈的補(bǔ)償力到一定程度后，會(huì)隨著螺栓預(yù)緊力的增加反而減少，而錐形彈性墊圈的補(bǔ)償力則隨著螺栓預(yù)緊力的增加，可達(dá)到有效預(yù)警[3]。按照足夠高的預(yù)緊力安裝后，錐形彈性墊圈可防止由于變形和蠕變?cè)斐傻念A(yù)緊力損失，動(dòng)態(tài)補(bǔ)償初始力矩值下降，維持穩(wěn)定的連接壓力和接觸電阻。

二是采用力矩螺母。改進(jìn)型異型并溝線夾使用力矩螺母，能保證不同人員操作時(shí)擰緊力矩值恒定。施加于力矩螺母的擰緊力達(dá)到設(shè)定值時(shí)力矩帽會(huì)斷落，安裝時(shí)只要保證擰斷力矩帽就可以保證不同人員操作時(shí)螺栓的力矩值保持恒定，從而保證安裝質(zhì)量。

1.3 帶電作業(yè)便捷性改進(jìn)

傳統(tǒng)并溝線夾帶電作業(yè)多采用絕緣手套法，如圖3所示。螺栓大，不方便操作，其中進(jìn)線、調(diào)整線夾、擰螺絲都較為困難，而且因?yàn)殡娀鸹ê驼尺B現(xiàn)象的存在，操作有安全風(fēng)險(xiǎn)。而本產(chǎn)品經(jīng)過(guò)改進(jìn)，除可方便絕緣手套法作業(yè)外，還可實(shí)現(xiàn)使用絕緣桿法作業(yè)，如圖4所示。改進(jìn)型異型并溝線夾在傳統(tǒng)異型并溝線夾基礎(chǔ)上，進(jìn)行如下改進(jìn)：

圖3 絕緣手套法（傳統(tǒng)異型并溝線夾）

圖4 絕緣桿操作法（改進(jìn)型異型并溝線夾）

一是線夾底座設(shè)計(jì)有配合夾緊絕緣桿的“T”型掛接位，方便絕緣桿夾接頭直接接入，省掉了絕緣桿夾接頭夾緊的操作。

二是中間線夾蓋為單邊線槽設(shè)計(jì)，相比傳統(tǒng)線夾裁剪了一個(gè)線槽。中間線夾蓋線槽用來(lái)固定分支導(dǎo)線，且分支導(dǎo)線是處于斷電的情況下操作，避免了操作人員觸電安全隱患。

三是兩側(cè)線夾蓋及弧形墊片在一側(cè)增加了連體設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)線夾的線夾蓋及弧形墊片都是分體的，擰緊螺栓時(shí)經(jīng)常會(huì)發(fā)生線夾蓋間或弧形墊片間旋轉(zhuǎn)晃動(dòng)造成的相互碰撞，安裝效率低，甚至安裝質(zhì)量難以保證；改進(jìn)后的兩側(cè)連體線夾蓋及弧形墊片避免了分體線夾蓋及弧形墊片間的旋轉(zhuǎn)晃動(dòng)，減少了碰撞概率，從而提高了安裝的便捷性。

2 應(yīng)用研究

針對(duì)上述設(shè)計(jì)改進(jìn)，筆者制作了改進(jìn)型異型并溝線夾的樣機(jī)，按照國(guó)標(biāo)GB/T 2317.1-2008[4]、GB/T 2317.3-2008[5]和GB/T 2317.4-2008進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)，并與傳統(tǒng)異型并溝線夾進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)試比較。

2.1 熱循環(huán)試驗(yàn)

為評(píng)估改進(jìn)線夾在長(zhǎng)期使用中的電氣性能，進(jìn)行熱循環(huán)試驗(yàn)，如圖5所示。若線夾通過(guò)熱循環(huán)試驗(yàn)后，其電阻值穩(wěn)定，線夾的溫度不超過(guò)與線夾連接的導(dǎo)線的溫度，則可判定線夾具有良好的長(zhǎng)期運(yùn)行性能。

圖5 熱循環(huán)試驗(yàn)

表1為傳統(tǒng)異型并溝線夾的初始電阻比數(shù)據(jù)，對(duì)于240mm2導(dǎo)線規(guī)格的線夾JB-4初始電阻比為1.07，接近于國(guó)標(biāo)要求的最大值1.1。

表1 傳統(tǒng)異型并溝線夾初始電阻比測(cè)試數(shù)據(jù)

對(duì)改進(jìn)型異型并溝線夾樣品1#～6#進(jìn)行100次熱循環(huán)試驗(yàn)的電阻測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。相比之下，改進(jìn)型異型并溝線夾240mm2導(dǎo)線規(guī)格的線夾初始電阻比為0.6左右，接觸電阻比傳統(tǒng)線夾低5～10μΩ。試驗(yàn)過(guò)程中的電阻比變化如圖6所示，可知電阻比率最大為0.85，遠(yuǎn)小于國(guó)標(biāo)要求的1.1。同時(shí)，國(guó)標(biāo)要求樣品表面溫度不得超過(guò)參照導(dǎo)線的溫度，為此開(kāi)展改進(jìn)型異型并溝線夾溫度測(cè)試評(píng)估，數(shù)據(jù)結(jié)果見(jiàn)表3，同時(shí)為了更直觀表明熱循環(huán)實(shí)驗(yàn)的溫度比變化，繪制了線夾溫度比曲線圖（如圖7所示）。從表3和圖7可看出，試樣平均溫度小于參考導(dǎo)線溫度，溫度比傳統(tǒng)線夾低35～50K，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

表2 改進(jìn)型異型并溝線夾電阻測(cè)試數(shù)據(jù)

表3 改進(jìn)型異型并溝線夾溫度測(cè)試數(shù)據(jù)

圖6 改進(jìn)型異型并溝線夾電阻比（樣品/參考導(dǎo)線）曲線圖

圖7 改進(jìn)型異型并溝線夾溫度比（樣品/參考導(dǎo)線）曲線圖

2.2 握力試驗(yàn)

線夾在線路正常運(yùn)行情況下，對(duì)導(dǎo)線應(yīng)具有一定握力，即此時(shí)導(dǎo)線不允許從線夾中滑出，且線夾對(duì)導(dǎo)線無(wú)破壞。按國(guó)標(biāo)測(cè)試要求分別對(duì)樣品1#～3#進(jìn)行握力試驗(yàn)（如圖8所示），試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。結(jié)果表明，試驗(yàn)值均大于國(guó)標(biāo)要求值7.52kN，導(dǎo)線相對(duì)金具無(wú)滑移，且無(wú)損壞，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖8 握力實(shí)驗(yàn)

表4 握力試驗(yàn)數(shù)據(jù)

本文針對(duì)傳統(tǒng)異型并溝線夾長(zhǎng)期使用可靠性不足的問(wèn)題進(jìn)行了本體結(jié)構(gòu)和緊固件的相應(yīng)改進(jìn)，從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，完全滿(mǎn)足國(guó)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，并優(yōu)于傳統(tǒng)異型并溝線夾的性能。

一是本體采用6系鋁合金擠壓型材，導(dǎo)電率高，強(qiáng)度大，提高了產(chǎn)品導(dǎo)電率和抗蝕性；緊固件使用錐形彈性墊圈和力矩螺母，保證了線夾和導(dǎo)線之間穩(wěn)定的連接壓力和較小的接觸電阻，與傳統(tǒng)線夾相比，極大提升了線夾長(zhǎng)期使用的可靠性和電網(wǎng)安全水平；二是通過(guò)不停電作業(yè)設(shè)計(jì)，改進(jìn)型異型并溝線夾可使用絕緣桿法操作，提高作業(yè)效率和安全性，有利于廣泛開(kāi)展不停電作業(yè)；三是對(duì)于異型并溝線夾的絕緣恢復(fù)，通過(guò)絕緣罩配套設(shè)計(jì)，可適應(yīng)絕緣導(dǎo)線的絕緣等級(jí)要求，可實(shí)現(xiàn)導(dǎo)線連接部位的絕緣恢復(fù)。