防斷線器的研制與應用

摘要：文章探討了架空線路防雷擊斷線的措施，分析了各種防雷措施的優缺點，其中穿刺防雷絕緣子具有較好的防雷作用，但刺針對絕緣導線有刺傷情況，降低了絕緣導線的強度。文章所述的防斷線器不僅保留了穿刺防雷絕緣子的優點，而且使防斷線器內部的導線不受外部作用力，起到了加強導線的作用，保證了電力線路的安全可靠運行。

關鍵詞：防斷線器；導線強度；波浪弧面；線夾握力；架空線路；防雷措施 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM451 文章編號：1009-2374（2015）23-0009-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.23.005

由于城市森林出現，10（6）kV電力線路附近樹木較多，防雷設施缺乏，雷擊電弧電流泄流路徑少，造成雷電流經常通過絕緣線與樹木放電，在一檔內的絕緣線就有多處擊穿小孔。這些導線的小孔缺陷即使在不打雷、下雨時也可能與樹木放電，造成線路斷路器跳閘故障，影響電力系統供電，所以探討防雷措施并完善其性能已經到了刻不容緩的地步。

1 預防雷擊斷線的方法及措施

第一，移動弧根至防雷設備，降低絕緣導線放電處溫度，使電弧燃燒熔斷導線的時間延長到超過斷路器跳閘的時間，通過斷路器跳閘來滅弧。

通常防雷設備有防雷驗電接地環、穿刺防護金具、懸垂閃絡保護器、穿刺防雷絕緣子等。優點是保護范圍長，缺點是造成線路跳閘。

第二，利用閥片的導電性能，雷電能量迅速釋放而使電弧在熔斷導線前瞬間熄滅。

通常防雷設備有避雷器及其相關設備。優點是線路不停電，缺點是保護范圍窄。

為此我們通常選擇防雷驗電接地環、穿刺防護金具、懸垂閃絡保護器、穿刺防雷絕緣子四種作為架空絕緣線路防雷措施，而防雷驗電接地環、穿刺防護金具、懸垂閃絡保護器這三種線路防雷措施存在放電距離不固定的缺陷，這種缺陷是自然環境因素造成的，不宜控制，在實際應用中起輔助防雷作用。穿刺防雷絕緣子放電距離固定，防雷效果好，在實際運用中起主要防雷作用。但是刺針刺穿導線絕緣層時，對導線有一定的傷害，降低了導線強度，運行中尤其是線路受風等環境因素的影響會發生振動，當達到共振頻率時，易造成絕緣線強度低的地方（受傷部位）斷裂。但是，我們可以想辦法研制一套裝置來控制這種缺陷，完善其功能。

2 防斷線器設計與制作

防斷線器對絕緣導線的應力分布應均勻，不損傷導線，提高絕緣導線的抗振能力，延長絕緣導線的使用壽命；安裝簡單，便于施工。防斷線器的安裝質量要有保證，用肉眼即可進行直接檢驗，不需專門訓練。耐腐蝕性好，選用優質材料。

防斷線器設計標準：功能參數參考行業標準是防斷線器單側握力強度不小于22%～24% CUTS（絕緣導線計算拉斷力），安全參數參考國家標準GB/T 700-2006，材料選擇抗拉強度為375～460MPa，屈服強度70℃時為245N/mm2，牌號為Q235A的普通碳素鋼。

技術參數：（1）防斷線器的固定導線的R15凹槽和132°拱邊采用15噸的模具沖壓機沖壓而成，在每個U型螺栓固定處的上線夾的導線槽面用R12的銑刀在CNC數控加工中心加工成波浪凹面，軌跡的半徑R77，弧度為30°=0.5236rad，弧弦長40mm，弧拱高3mm。大弧面軌跡半徑為R9，弧度為38°=0.663rad，以增加線夾對絕緣導線的摩擦力，倒角半徑R5，能容納50mm2、70mm2、95mm2、120mm2等型號的絕緣導線；（2）防斷線器的兩端分別采用兩個U型螺栓與兩個馬鞍墊固定導線。防斷線器單側握緊導線的力預計達到2.00T力，遠遠大于完好絕緣導線的計算拉斷力的22%～24%。

根據實際情況，10（6）kV架空絕緣線最大截面積不超過150平方，型號為JKLYJ，其線芯外徑D=1.7cm。防斷線器用材料為Q235A公稱直徑為4M11的U形螺栓固定，鋁股直徑d=0.259cm，截面積：鋁FA=1.47cm2，鋼FB=0.276cm2，總截面積F=1.746cm2；鋁股絲的破壞應力σAB=15000N/cm2；鋼股絲的破壞應力σBB=100000N/cm2；防斷線與絕緣導線之間的摩擦系數f=0.25。

計算防斷線器對導線的單側握力T，并驗算。

對導線的單側握力T將由馬鞍墊對導線壓力P1、P2在防斷線器上產生的摩擦力T2以及導線的牽引力T1在防斷線器導線槽的小圓弧面上產生的摩擦力t1、t2和大圓弧上產生的摩擦力△T組成。

2.1 計算導線剛度

2.5 效驗

由于防斷線器兩端受力，根據線路金具設計標準單側握力不小于導線計算額定拉斷力的22%～24%。

而防斷線器最小抗拉力F=370×70×8=207200N=21.1噸力，遠遠大于導線的額定拉斷力，而防斷線器最小抗彎力F=245×70×8=137200N=14.0噸力，最大檔距100m、150mm2的絕緣鋼芯鋁絞線的重量為60kg[查表LGJ-150/20（GB1179-83）的重量為549.4kg/km]，所以不會造成防斷線器的損壞，防斷線器的設計達到要求。

為了保證防斷線器的質量，我們選擇有專業資質的廊坊正禹機械加工廠按照加工圖紙中的要求施工，過程中嚴格監管加工質量。加工完畢進行鍍鋅處理，增加防斷線器的抗氧化能力。

3 防斷器現場應用及改進

3.1 使用方法

將穿刺絕緣子固定到金具上，用上刺針壓板將絕緣線壓在下刺針壓板上，然后套入上防斷線器上壓板、圓墊片、彈簧墊，并用螺帽擰緊固定，再用四個馬鞍墊、四條Φ11的U型螺栓分別與防斷線器壓板固定，套入防水罩即可投入運行。

3.2 北熔公司實驗

2013年3月，對防斷線器樣品進行了專業拉力實驗。對帶鋼芯的70mm2絕緣導線分別用穿刺接觸、不用穿刺接觸、用防斷線器加強，三種情況進行拉力試驗：（1）刺傷時導線的拉斷力為1.4～1.7噸力；（2）完好導線的拉斷力為1.8～1.9噸力；（3）安裝防斷線器后的刺傷導線的拉斷力達到1.8～1.9噸力。實驗說明加防斷線器后受傷導線強度得到加強。

3.3 現場應用

2013年6～9月間，在6kV線路進行了試用，效果如下：結構簡單，安裝方便。實用性強，避免長期運行進水腐蝕絕緣線線芯而斷線。對絕緣導線受傷部位的強度進行加強，達到了防斷線的目的，避免一些運行中斷線事故的發生。6～9月間，加防斷線器的刺針式防雷絕緣子無一起斷線事故。

3.4 改進

2013年9月25日，對幾個月投入使用后的結果進行總結：發現對于大弧垂檔距的使用，防斷線器上壓板有變形現象，通過討論和實驗，將防斷線器上壓板導線槽軌跡加工成R4557mm的弧面，避免了弧垂大對壓板的受力影響，使壓板不受垂直于其橫截面方向的導線的重力的分力。為了適應更大的導線，將小波浪弧面半徑為R17，軌跡改為R60、角度改為39°和大圓弧軌跡改為R9，角度為43°，以增加線夾的握力。

4 結語

綜合上述，架空配電線路的防雷擊斷線措施有多種多樣，各有優缺點，經過細心分析，可以找到適合我們解決缺陷的方法。我們根據自身實際情況，采取了在架空配電線路安裝配帶防斷線器的防斷線穿刺防雷絕緣子，作為主要防雷擊斷線保護措施，以其他作為輔助防雷措施配合使用，有效地防止了雷擊斷線事故的發生，保證配電網安全運行。

參考文獻

[1] 徐穎，許士珩.交流電力系統過電壓防護及絕緣配合[M].北京：中國電力出版社，2006.

[2] 朱德恒，嚴璋.高電壓絕緣[M].北京：清華大學出版社，1992.

作者簡介：陳德兵（1975-），供職于中國石油華北油田公司第四采油廠，研究方向：機械。

（責任編輯：周 瓊）