摘 要：本文介紹了一種戶外終端應(yīng)力錐自動(dòng)脫出裝置，該裝置主要用于電纜附件產(chǎn)品出廠例行試驗(yàn)，當(dāng)耐壓試驗(yàn)與局部放電試驗(yàn)完成后，使用該裝置將戶外終端應(yīng)力錐從試驗(yàn)電纜上脫出。使用時(shí)只需要一名試驗(yàn)人員操作觸摸控制器，設(shè)置好參數(shù)啟動(dòng)后，即可實(shí)現(xiàn)戶外終端應(yīng)力錐被試品自動(dòng)從試驗(yàn)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(yàn)人員同時(shí)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(jī)驅(qū)動(dòng)，各項(xiàng)參數(shù)如行程、力量和速度均可靈活設(shè)定，保證應(yīng)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(yàn)過程中形成應(yīng)力錐產(chǎn)品損壞的概率。

關(guān)鍵詞：電纜附件;戶外終端;應(yīng)力錐;例行試驗(yàn);自動(dòng)試驗(yàn)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(yīng)力錐預(yù)制件質(zhì)量的好壞直接影響整個(gè)電纜線路的安全運(yùn)行。根據(jù)國標(biāo)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(yīng)力錐預(yù)制件產(chǎn)品在出廠前要進(jìn)行例行出廠試驗(yàn)，包括絕緣耐壓試驗(yàn)和局部放電試驗(yàn)，以保證產(chǎn)品電氣性能符合運(yùn)行要求。本文所述的戶外終端應(yīng)力錐自動(dòng)脫出裝置，主要應(yīng)用于例行出廠試驗(yàn)完成后將被試品從試驗(yàn)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(jī)驅(qū)動(dòng)，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(shí)可通過機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(shè)置參數(shù)，即可實(shí)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(shí)，節(jié)省人力。

2 現(xiàn)有技術(shù)

國標(biāo)對(duì)于電纜附件產(chǎn)品出廠試驗(yàn)的具體要求是，每個(gè)預(yù)制附件的主絕緣應(yīng)經(jīng)受局部放電試驗(yàn)和電壓試驗(yàn)，試驗(yàn)方法可以選擇在安裝于電纜的附件上進(jìn)行，或者主絕緣部件部件裝在專供試驗(yàn)的附件上進(jìn)行，又或者采用模擬附件裝置進(jìn)行試驗(yàn)，使主絕緣部件所受的電場(chǎng)強(qiáng)度再現(xiàn)實(shí)際電場(chǎng)情況，進(jìn)行局部放電試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)電壓應(yīng)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(yīng)無超過申明靈敏度的可檢測(cè)的放電。電壓試驗(yàn)應(yīng)在環(huán)境溫度下以工頻交流電壓進(jìn)行，試驗(yàn)電壓應(yīng)施加在導(dǎo)體和金屬屏蔽/金屬套間逐漸地升到2.5U0，然后保持30min，試驗(yàn)時(shí)被試品絕緣應(yīng)不發(fā)生擊穿。[1]當(dāng)前大多數(shù)國內(nèi)電纜附件廠家對(duì)戶外終端應(yīng)力錐預(yù)制件產(chǎn)品進(jìn)行例行出廠試驗(yàn)的方式是，準(zhǔn)備一根配套的試驗(yàn)用電纜，該電纜按實(shí)際成套戶外終端產(chǎn)品安裝時(shí)的尺寸和要求進(jìn)行處理，試驗(yàn)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(hào)的被試品，這是因?yàn)?，電纜附件產(chǎn)品在設(shè)計(jì)時(shí)，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(shí)上，在實(shí)際工程應(yīng)用中也存在這種情況，即在滿足安裝過盈量以及應(yīng)力錐預(yù)制件抱緊力的前提下，不同規(guī)格型號(hào)的產(chǎn)品可以替換使用。值得說明的是，試驗(yàn)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(yàn)工裝長(zhǎng)期使用，直至其不再符合使用要求時(shí)報(bào)廢。準(zhǔn)備工作完成后由兩到三名試驗(yàn)人員將被試品套裝在試驗(yàn)電纜上并推動(dòng)到位，安裝好配套組件，檢查接線準(zhǔn)確無誤后進(jìn)行例行出廠試驗(yàn)。試驗(yàn)完成后，試驗(yàn)人員拉拔被試品將其從試驗(yàn)電纜上脫出。目前國內(nèi)設(shè)計(jì)的電纜戶外終端應(yīng)力錐預(yù)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(yàn)前安裝被試品的推入過程，還是在試驗(yàn)完成后脫出被試品的拉拔過程中，被試品與試驗(yàn)電纜外表面之間存在很大的摩檫力，盡管在套裝時(shí)會(huì)涂抹潤(rùn)滑硅脂等輔助潤(rùn)滑劑減小摩擦，但由于人力操作時(shí)，兩到三名試驗(yàn)人員同時(shí)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(dǎo)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(xì)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(yùn)行埋下巨大隱患。

3 裝置簡(jiǎn)述

戶外終端應(yīng)力錐自動(dòng)脫出裝置的主要研發(fā)思路是，有一運(yùn)動(dòng)方向、運(yùn)動(dòng)速度以及推力大小可控的執(zhí)行機(jī)構(gòu)沿水平方向做往復(fù)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，當(dāng)該執(zhí)行機(jī)構(gòu)沿脫出方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，與執(zhí)行機(jī)構(gòu)相連的某一零件到達(dá)被試品處，執(zhí)行機(jī)構(gòu)繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，將被試品推動(dòng)直至從試驗(yàn)電纜上脫出;當(dāng)被試品進(jìn)行各項(xiàng)電氣性能試驗(yàn)時(shí)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)該能夠收縮的盡量短，以保證不影響試驗(yàn)的正常進(jìn)行。因此，選擇合適的執(zhí)行機(jī)構(gòu)是在研發(fā)過程中首先需要解決的問題。在市場(chǎng)上現(xiàn)有的符合上述要求的設(shè)備中，確定了電缸和氣缸為主要的比選對(duì)象。電缸又稱為電動(dòng)缸，是實(shí)現(xiàn)高精度直線運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)品，以電力作為直接動(dòng)力源，具有像氣缸類似的運(yùn)動(dòng)特征的一種執(zhí)行元件，電缸控制方便，在工業(yè)設(shè)備上應(yīng)用廣泛，電缸通常用馬達(dá)帶動(dòng)各種螺桿或同步輪旋轉(zhuǎn)，通過螺母或皮帶化為直線運(yùn)動(dòng)，并推動(dòng)負(fù)載運(yùn)動(dòng)。氣缸是利用氣壓傳動(dòng)種將壓縮空氣的壓力轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)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(dāng)無桿腔輸入壓縮空氣時(shí)，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(fù)載推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，使活塞桿伸出;當(dāng)有桿腔進(jìn)氣，無桿腔排氣時(shí)，使活塞桿縮回。若有桿腔和無桿腔交替進(jìn)氣和排氣，活塞實(shí)現(xiàn)往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。由于氣缸存在配件多，設(shè)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(jī)構(gòu)。

圖1為戶外終端應(yīng)力錐自動(dòng)脫出裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中試驗(yàn)電纜的長(zhǎng)度以及被試品的安裝位置均符合國標(biāo)相關(guān)試驗(yàn)要求。全套試驗(yàn)裝置組成部分主要有：屏蔽環(huán)、試驗(yàn)電纜、應(yīng)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(jìn)行試驗(yàn)的過程中，電缸不工作，靜止在行程最短處。當(dāng)被試品試驗(yàn)完成后，關(guān)閉試驗(yàn)設(shè)備電源，將試驗(yàn)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(guān)，在觸摸控制器觸控屏上輸入工作參數(shù)值，隨后啟動(dòng)電缸，電缸啟動(dòng)后帶動(dòng)應(yīng)力錐推板向電纜端部方向移動(dòng)，隨后應(yīng)力錐推板與應(yīng)力錐端面接觸，應(yīng)力錐推板繼續(xù)運(yùn)動(dòng)推動(dòng)應(yīng)力錐向脫出方向滑移，最終與試驗(yàn)電纜脫離。應(yīng)力錐脫出后，電缸反向運(yùn)動(dòng)，回到行程最短處后停止運(yùn)動(dòng)，關(guān)閉裝置開關(guān)，試驗(yàn)人員開始準(zhǔn)備進(jìn)行下一組試驗(yàn)。

4 設(shè)計(jì)改進(jìn)

在試制的工程中發(fā)現(xiàn)，由于應(yīng)力錐推板只與被試品的一個(gè)端面接觸，當(dāng)被試品與試驗(yàn)電纜之間的過盈配合量較大即抱緊力較大時(shí)，會(huì)造成被試品受力不均，形成局部應(yīng)力集中現(xiàn)象。因此，將應(yīng)力錐推板做了設(shè)計(jì)改進(jìn)，將原先的應(yīng)力錐推板改為由錐托與錐托固定板組成的推動(dòng)組件，推動(dòng)組件有多種尺寸規(guī)格，對(duì)應(yīng)不同型號(hào)的被試品。

圖2為設(shè)計(jì)改進(jìn)前應(yīng)力錐推板與被試品的接觸面積示意圖，圖3為設(shè)計(jì)改進(jìn)后錐托與錐托固定板形成的推動(dòng)組件與被試品的接觸面積示意圖。明顯可以看到，改進(jìn)后的推動(dòng)組件與被試品有充分的接觸面積，因此傳導(dǎo)給被試品的推力也會(huì)更加均勻，保證了被試品在脫出過程中均勻受力。

5 結(jié)論

戶外終端應(yīng)力錐預(yù)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(yùn)行質(zhì)量，繼而影響到整個(gè)電力電纜線路運(yùn)行的安全與否，因此國標(biāo)要求電纜附件產(chǎn)品出廠時(shí)必須經(jīng)過出廠例行試驗(yàn)，而目前各電纜附件廠試驗(yàn)時(shí)使用的試驗(yàn)拆裝方式可能會(huì)對(duì)戶外終端應(yīng)力錐預(yù)制件產(chǎn)品的絕緣結(jié)構(gòu)造成無法察覺的損傷，從而影響后續(xù)使用及安全運(yùn)行。戶外終端應(yīng)力錐自動(dòng)脫出裝置，可以減少試驗(yàn)過程中所消耗的總?cè)肆?，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(yīng)力錐產(chǎn)品在出廠試驗(yàn)過程中因受到人為損壞而形成的安全隱患。

參考文獻(xiàn)：

[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(chǎng)及界面壓力設(shè)計(jì).電線電纜，2011，5：1-5.

作者簡(jiǎn)介：涂娜（1984-），女，高級(jí)工程師，從事高壓電纜附件設(shè)計(jì)研發(fā)工作。