傅 恒 何建明 吳逸飛

(國網(wǎng)紹興供電公司,浙江 紹興 312099)

0 引言

現(xiàn)有高壓開關(guān)柜以中置柜居多，中置柜以電纜形式出線.當(dāng)柜內(nèi)的線路電流互感器在進(jìn)行高壓試驗(yàn)時(shí)，需將其與電纜終端頭隔離.作為開關(guān)柜檢修的安全措施之一，要求合上開關(guān)柜的線路接地閘刀.為防止線路倒送電,檢修人員在拆開電纜頭前，需在電纜頭上加掛接地線.電纜艙位于中置柜的后下部，一般布置有線路接地閘刀、電流互感器等，因此空間局促，電纜終端頭與柜內(nèi)設(shè)備之間未能設(shè)置過渡銅排供接地線掛設(shè)之用.當(dāng)電纜終端頭的銅鼻子或鋁鼻子用螺栓接上設(shè)備后，空留出的導(dǎo)電金屬接觸面較少[1]；電纜終端頭可供裝設(shè)接地線的部位只有電纜鼻子，若將現(xiàn)有的接地線夾裝設(shè)到電纜鼻子上，就要妨礙螺栓的拆裝.檢修人員在電纜拆頭時(shí)，只好按照“斷開一相，及時(shí)接地一相”的順序進(jìn)行操作.因此在拆搭過程中，電纜會(huì)短時(shí)脫離接地點(diǎn)，存在觸電風(fēng)險(xiǎn).

1 現(xiàn)有接地線夾簡介

短路接地線主要由接地線、短路線、導(dǎo)體端線夾、接地端線夾及操作棒等組成，其中導(dǎo)體端線夾用于連接接地線與被接地導(dǎo)體，是短路接地線的關(guān)鍵部件[2-3].變電所所配短路接地線的導(dǎo)體端線夾一般有兩種：當(dāng)被接地導(dǎo)體是矩形硬母排時(shí)采用平口式線夾；而當(dāng)被接地導(dǎo)體是軟導(dǎo)線或管型母線時(shí)采用顎口式線夾.實(shí)踐表明，只有當(dāng)電纜終端頭與柜內(nèi)設(shè)備脫開后，才能將這兩種線夾較好地裝設(shè)到電纜終端頭上，因而未能滿足電纜頭“先接地，后拆搭”的要求.文獻(xiàn)[1]研制了一種專門用于檢修的電纜終端接地用的接地鉗，其鉗嘴具有圓弧排列的鋸齒形鉗口和直線型鉗口，可同時(shí)夾住電纜終端的銅/鋁鼻子的圓桿部分和板面部分，也可單獨(dú)用于圓桿或板面的連接.實(shí)際上，電纜終端頭附件安裝后，電纜鼻子的圓桿部分基本上被絕緣件所包覆，且電纜鼻子與柜內(nèi)銅(鋁)排搭接后，板面部分幾乎沒有可供鉗嘴夾持的部位，可見這種接地鉗用于中置柜電纜終端頭有局限性.

通過上述分析及施工現(xiàn)場的實(shí)地調(diào)研發(fā)現(xiàn)，引起電纜終端頭脫離接地保護(hù)的根本原因是電纜頭拆搭時(shí)需移動(dòng)接地線導(dǎo)體端線夾.因此有必要設(shè)計(jì)一款線夾，專門用于中置柜電纜終端頭的短路接地線，與柜內(nèi)線路接地閘刀配合使用，實(shí)現(xiàn)電纜的接地保護(hù)，且不影響終端頭的拆搭操作.其主要的研究思路如下：以電纜終端鼻子平板的兩個(gè)側(cè)邊作為電接觸部位，線夾裝設(shè)于電纜搭接頭上時(shí)，仍可用套筒工具對電纜頭螺栓進(jìn)行擰松或擰緊的操作.本線夾的裝、拆操作均在線路接地閘刀合閘狀態(tài)下進(jìn)行，故不配絕緣操作棒.

2 中置柜電纜終端接地線夾的結(jié)構(gòu)和原理

本文設(shè)計(jì)的線夾采用中空框形布局和螺旋壓緊式原理.其鉗口與電纜接線鼻子的側(cè)面直接接觸并導(dǎo)通.線夾的結(jié)構(gòu)見圖1.線夾由固定鉗身、活動(dòng)鉗身和調(diào)節(jié)絲桿等組成.固定鉗身與活動(dòng)鉗身的鉗口相對設(shè)置，鉗口張開尺寸可調(diào)范圍為0～50 mm，鉗口夾緊力來自調(diào)節(jié)絲桿，利用了螺紋的調(diào)節(jié)性能和自鎖特性.鉗口上設(shè)置斜紋，增強(qiáng)了接觸的可靠性.調(diào)節(jié)絲桿的軸線偏離固定鉗身的中心線，由絲桿產(chǎn)生的鉗口對電纜端子的作用力，處于電纜端子兩個(gè)側(cè)面平直部分的中部，利于接觸面均勻受力.

1—固定鉗身；2—活動(dòng)鉗身；3—扣板；4—調(diào)節(jié)絲桿；5—沉頭螺釘圖1 專用線夾結(jié)構(gòu)

3 線夾安全性能評估

通常評估接地線夾的電氣性能和機(jī)械性能的有緊固力、接觸電阻以及溫升這三個(gè)指標(biāo)[4].對于10 kV電壓等級的平口式接地線夾，其緊固力應(yīng)大于36.3 N，接觸電阻應(yīng)小于71μΩ，而通入200 A的電流1 min時(shí)溫升應(yīng)小于2.5 K.

將電阻應(yīng)變片裝設(shè)在鉗嘴與被夾導(dǎo)體之間，使用扭矩控制法[5]旋緊絲桿，按4.8級M8粗牙螺紋緊固扭矩13.9 N·m[6]，測得夾緊力為204.2 N～252.5 N，均大于36.3 N.這體現(xiàn)了螺旋壓緊式線夾夾緊力大的優(yōu)點(diǎn).

接觸電阻和溫升可采用仿真方法評估.建立仿真用幾何模型，啟動(dòng)LiveLinkTMfor SOLIDWORKS?，將線夾實(shí)體導(dǎo)入COMSOL作為仿真用幾何模型，設(shè)置各區(qū)域及邊界的材料.建立線夾接觸性能的物理模型，使用COMSOL Multiphysics的電熱模塊，接觸處電流、熱流的傳導(dǎo)收縮采用Cooper-Mikic-Yovanovich相關(guān)性模擬：表面粗糙平均高度設(shè)定為25 μm，接觸壓力100 kPa，輸入電流200 A.電流流經(jīng)導(dǎo)體產(chǎn)生焦耳熱，熱量主要靠空氣帶走，設(shè)散熱系數(shù)為3W/(m2·K)[7]，環(huán)境溫度為293.15 K.啟用瞬態(tài)方式，仿真結(jié)果見圖2和圖3.

由圖2可見，線夾與線鼻形成的組合體在通入200 A電流時(shí)產(chǎn)生了0.01 V電勢，由此計(jì)算得到接觸電阻為50 μΩ，滿足接觸電阻小于71 μΩ的要求.由圖3可見，組合體最高溫度293.33 K，與環(huán)境溫度之差即為溫升，1min的溫升為0.18 K，小于2.5 K，溫升也滿足安全性要求.

圖2 電勢仿真

圖3 溫度仿真

此外，在真實(shí)環(huán)境下測量線夾在通流200 A時(shí)1 min內(nèi)的溫升，測量儀器為紅外測溫儀FLIR P630.測量結(jié)果表明，最大溫升遠(yuǎn)小于2.5 K.

4 結(jié)論

為中置柜內(nèi)的電纜終端接地而研制的專用線夾需與柜內(nèi)線路接地閘刀配合使用，在后者處于合閘狀態(tài)下方可將其裝設(shè)于電纜終端上.采用該線夾后不僅能保證電纜終端的有效接地，而且不影響電纜終端搭接螺栓的拆裝操作，從而消除了電纜終端頭短時(shí)不接地的安全隱患，保障了檢修人員的人身安全.