研制低壓開關安全操作棒

梁云斐　朱新強　郭乃超　楊雄盛

摘要：本文研制開發一種低壓開關操作專用棒，項目的成功應用將改變傳統低壓開關的操作方法，為操作低壓開關提供一種更加安全、穩定可靠、高效的方式，保證線路設備和人身的安全，提高電網安全水平。

關鍵詞：低壓開關；安全操作棒；設計；研制

中圖分類號TM5 文獻標識碼A 文章編號2095-6363（2015）12-0025-02

1.項目研究目的

本項目主要對低壓開關操作技術進行研究，開發一種低壓開關操作專用棒，采用試驗設備進行各種性能測試，使其材質強度、安全性能、絕緣性能等技術參數符合相關規范要求。項目的成功應用將改變傳統低壓開關的操作方法，為操作低壓開關提供一種更加安全、穩定可靠、高效的方式，保證線路設備和人身的安全，提高電網安全水平。

本項目以現有的低壓開關操作方式為參考，設計研發低壓開關專用操作棒，降低低壓開關操作難度及其作業風險。

2.項目實施

2.1低壓開關安全操作的現狀分析

根據資料統計顯示，2013年下半年——2014年上半年低壓開關故障跳閘105次，其中手動合閘次數占比率為94.28%，自動重合次數占比率為0.05%。從數據上看，手動合閘占絕對比例。而低壓開關操作存下以下問題。

1）由于現時運行中的低壓開關受雷擊，外部無痕跡，試合開關時本體短路或爆炸，造成人員傷害。

2）低壓開關操作機構用力太重，操作柄接觸面較少，需要兩人合力。但空間有限，合閘困難。

3）現時使用的操作棒，在操作時因接觸點太少，用力過大容易出現滑偏，容易碰及帶電體等現象而造成作業風險提高。

此外，《低壓開關操作規范》還指出必要時可使用絕緣操作棒替用手直接接觸開關，能使人體與設備保持距離。但實際操作中絕緣操作棒規格參差不齊，很難保證操作規范。而常被使用的絕緣操作棒在操作中存在以下兩個弊端。1）不能很好的卡住開關操作把手，可在操作的時候出現滑偏的現象。2）絕緣操作棒不能降低低壓開關的操作力度，操作者不能有效調控自己的操作力度，可帶給操作者人身安全隱患。兩者均會造成操作難度增大，作業風險提高。

經過研究分析，針對以上低壓開關操作方式存在的不足，可以嘗試研發出新的低壓開關專用絕緣操作棒代替現有的操作方式，采用試驗機進行各種性能測試，滿足相關的技術參數和規范，降低低壓開關操作難度及其作業風險。

3.低壓開關安全操作棒的研制

針對開關操作機構設計不合理的問題。匯總出理想材料的幾項要求：1）易攜帶。2）與低壓開關操作把柄吻合高。3）易操作。

3.1低壓開關安全操作棒的材料研制

低壓安全操作棒的設計源于對低壓開關的操作需求，再結合現有生產工器具的材質，發現常用鐵金屬、鍍鉻金屬和不銹鋼金屬。

其中鐵（銀白色金屬光澤）有延展性和導熱性，適合進行加工打磨，但是因為其在空氣中容易發生氧化等化學反應，影響工具的耐性。

鍍鉻金屬是指金屬沒有鍍錫，但可取代馬口鐵用途的涂層鋼板。再者本來是指適合此類用途的任何種類鋼板，但后來則專指經鉻酸電解處理的薄鋼板。這種薄鋼板的底層是金屬鉻，表層則是覆蓋著一層由鉻的水合氧化物組成的薄膜。由鍍鉻金屬研制的工具具有以下的特點：1）表面平整、光潔、易于脫模，為保證產品之光潔、平整。2）不會生銹，一點銹斑都不會有。3）鍍的過程中原零件變形小，表層鍍鉻后可增強硬度（HR65以上），耐高溫達500～C耐腐蝕、防酸、耐磨損，確保工具的穩定的表面質量。

不銹鋼是不銹耐酸鋼的簡稱，耐空氣、蒸汽、水等弱腐蝕介質或具有不銹性的鋼種稱為不銹鋼；而將耐化學腐蝕介質（酸、堿、鹽等化學浸蝕）腐蝕的鋼種稱為耐酸鋼。由于兩者在化學成分上的差異而使他們的耐蝕性不同，普通不銹鋼一般不耐化學介質腐蝕，而耐酸鋼則一般均具有不銹性。

因此在材料選擇方面本小組選擇了鍍鉻金屬與耐酸不銹鋼。以耐酸不銹鋼為原料，采用內外金屬套管疊加組合，將不銹鋼套管與鍍鉻金屬套管緊密結合，外加內陷式螺絲加以穩固，整個部件近乎無縫結構。

為了使金屬套管和操作手柄更好地銜接起來，因此在設計加強件的結構中，添加了彈簧加金屬小球結合的小配件，利用彈簧受力壓縮后，以金屬小球為媒介將金屬套管和操作手柄結合在一起。

結合操作手柄的實際應用情況，設計護套須具有絕緣性良好、耐老化、耐腐蝕等性質，因此，選擇了在一般PE護套的基礎上，增加LSZH材料，提高護套的使用性能。此部分還設計為可卸載式，可隨時更換絕緣性能良好的手柄，當它被磨損或者不符合絕緣標準的時候，可以降低工具更換的成本和加大操作人員的安全性。

3.2低壓開關安全操作棒各零部件的研制

低壓安全操作棒由三部分組成（如圖1、2所示），第一部分為一帶有兩組方形材質與低壓開關把柄經過兩組方形口銜接，通過凸位項托加固，可根據開關把柄選擇大小來選擇方形口，達到防滑偏效果；第二、三部分為一活動帶齒輪的接駁固件及帶圓孔齒輪的操作手柄，在兩者的接駁處加裝有一閉鎖開關，其工作原理類同日常使用的緊線器，設計為多角度旋轉，并且操作人員可根據低壓絕緣操作棒需要旋轉的方向鎖定閉鎖開關的方向，這可以解決在拉合低壓開關時出現的滑偏、用力難的問題。亦可以讓操作人員隨時調節力度，以降低操作難度和作業風險。操作手柄會根據“杠桿定律”來調節作業人員的操作力度，達到省力的作用。操作手柄采用絕緣護套，與帶電部位增加40公分左右的距離，假設試合開關時發生本體短路爆炸，也能大大降低作業風險。

3.3低壓開關安全操作棒的性能測試

1）外觀檢測。（1）產品各部件間銜接緊密，不得有松動的現象。（2）產品表面應光滑、圓整、截面無明顯的砂眼等。（3）產品絕緣部分應完好，無破裂，無凹凸。

2）電氣測試。工頻干閃電壓測試。參考標準GB/T 13035-2008低壓絕緣操作棒，試驗前，將試樣（低壓絕緣操作棒絕緣部分）放在50～C的干燥箱里進行1h的烘干，然后自然冷卻5min，在規定的試驗環境中進行試驗，測試結果表明，試樣絕緣性能良好。

3.4低壓開關安全操作棒的安裝工藝設計

1）先用內陷式螺絲將不銹鋼套管與鍍鉻金屬套管緊密結合。

2）按下操作手柄處的按鈕，利用彈簧受力壓縮后，

以金屬小球為媒介將金屬套管和操作手柄結合在一起。

3）順著螺紋組合操作手柄絕緣部分。

3.5質量檢查與記錄

4）完成組合后，檢查各個部件是否安裝正確，組合是否緊密，受力是否正常。

5）檢查操作手柄能否垂直套管部位360°旋轉。

6）檢查操作手柄絕緣部分是否完好，無破裂，無凹凸。

7）如上述檢查正常，使用噴漆或其他標記方法，方便日后對拉線的維護與檢查。

4.項目成果

利用扭力板手檢驗產品成效，測試對象為800A低壓開關（以斷路器為例），己知操作棒的長度L2=400mm，800A低壓開關的最小合上力FI=200N，L1（動觸頭）=50mm，根據FI*LI=F2*L2，求得F2=25N。同理，拉開時F=15N。而實際測試結果顯示使用扭力板手拉開低壓開關需要15-19N，使用扭力板手合上低壓開關需要25-29N。兩者均符合預算結果。

項目通過對一種低壓開關（以斷路器為例）操作的研究，設計開發出低壓開關專用絕緣操作棒，并投入使用。項目成果可提供一種更加安全、穩定可靠、高效的操作方式，改變傳統低壓開關拉合的操作方式，保證電力線路的正常運行和人身的安全，提高電網安全水平，降低低壓開關操作難度及其作業風險。