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      電纜上桿新型保護(hù)裝置的研制與應(yīng)用

      2022-08-06 10:14:32王清爾
      科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2022年22期
      關(guān)鍵詞:緊固件使用壽命保護(hù)裝置

      王清爾

      (國(guó)網(wǎng)江蘇省電力公司常州供電分公司,江蘇 常州 213100)

      1 技術(shù)背景

      隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展,電力電纜已成為城市供電的主要方式。在電力電纜工程施工中,目前電纜上桿保護(hù)管主要采用圓筒形態(tài),以符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)防火、機(jī)械性能的基本要求[1]。但隨著我國(guó)電力電纜敷設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大,原有的傳統(tǒng)圓筒型上桿保護(hù)管遇到了諸多問(wèn)題,包括以下幾點(diǎn)。

      (1)維護(hù)、更換困難。一旦出現(xiàn)嚴(yán)重破損需要更換時(shí)就必須斷電后,把電纜的上桿部分拆下,非常煩瑣、復(fù)雜,施工周期長(zhǎng),影響正常供電。而且,抽出、穿入電纜施工時(shí),容易損傷電纜。

      (2)保護(hù)管會(huì)摩擦、損壞電纜。保護(hù)管跟電纜之間存在空隙,電纜遇到外力(如大風(fēng))的作用,發(fā)生搖晃,可能與保護(hù)管發(fā)生接觸、摩擦,導(dǎo)致電纜外皮損壞,縮短了電纜使用壽命,帶來(lái)安全隱患的同時(shí),增加了維護(hù)檢修工作量。

      (3)保護(hù)管上方異物侵入。保護(hù)管跟電纜之間的空隙上方無(wú)任何遮擋,雨水、樹葉等雜物容易進(jìn)入,電纜長(zhǎng)期處在潮濕環(huán)境中,與雜物發(fā)生摩擦,易引發(fā)外皮破損,進(jìn)而縮短電纜使用壽命。而且老鼠容易進(jìn)入噬咬電纜,最終導(dǎo)致漏電等安全隱患發(fā)生。

      (4)現(xiàn)有材質(zhì)易老化。目前保護(hù)管主要采用HPV材質(zhì),容易老化、破裂,存在較大的安全隱患,到達(dá)一定年限后保護(hù)作用降低。

      (5)保護(hù)管外壁的空隙進(jìn)水后,會(huì)帶來(lái)安全隱患。保護(hù)管非開挖拉管與電纜工作井的連接,一般未設(shè)置安全可靠的阻水管和相應(yīng)的施工工藝,通常僅在電纜工作井預(yù)留孔及二次澆筑的井壁之間設(shè)置一道伸縮縫,或使用膨脹水泥對(duì)工作井預(yù)留孔進(jìn)行二次澆筑。保護(hù)管被澆筑在電纜工作井井壁中,由于高壓電纜通道采用的均是非磁性的塑料管,其伸縮率與混凝土差異較大,貼合度不夠、咬合力欠佳,保護(hù)管外壁與混凝土間容易形成裂縫或孔隙,成為地下水侵入電纜工作井的通道。長(zhǎng)期運(yùn)行后,電纜工作井內(nèi)容易形成積水,電纜長(zhǎng)期浸泡在水中,最終會(huì)影響電纜使用壽命。

      (6)高壓電纜在敷設(shè)過(guò)程中,電纜在保護(hù)管中需要展放,難免存在表層磨損的問(wèn)題,目前各類電氣試驗(yàn)均不能檢測(cè)電纜在敷設(shè)過(guò)程中造成的表層磨損。而電纜在長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)由于其電磁特性,經(jīng)常產(chǎn)生振動(dòng),容易使電纜本體受損部位的包覆材料加劇老化,在電纜本體表層逐步形成水樹枝,并向內(nèi)層蔓延,損害絕緣功能,危害電纜安全運(yùn)行。

      2 新型保護(hù)裝置介紹

      考慮到電纜上桿的場(chǎng)景,借鑒鐵塔引下架設(shè)的經(jīng)驗(yàn)[2],創(chuàng)造性地設(shè)計(jì)了本裝置。外側(cè)采用SMC 材料“半圓筒型+抱箍”型保護(hù)管,電纜與保護(hù)管之間填充半圓環(huán)形三聚氰胺緊固件,頂部采用三元乙丙橡膠進(jìn)行柔性封堵,再采用非磁性金屬材料夾具,將保護(hù)管固定在終端塔上,形成一套完整的電纜上桿新型保護(hù)裝置。

      2.1 “半圓筒型+抱箍”型保護(hù)管

      2.1.1 保護(hù)管材料

      SMC 是一種玻璃鋼,主要原料由GF 專用紗、低收縮添加劑、不飽和樹脂、MD 填料及各種助劑組成。SMC材質(zhì)具有非常優(yōu)良的性能特點(diǎn),廣泛應(yīng)用于電氣設(shè)備外殼制造材料中,跟其他金屬和非金屬材料相比優(yōu)勢(shì)非常明顯。

      (1)電氣絕緣性能優(yōu)良

      SMC 的絕緣電阻高,能防止漏電,耐介電質(zhì)性優(yōu)異,不反射、也不阻斷微波的傳播,永不生銹??古离娭笜?biāo)、絕緣防護(hù)均符合DIN/VDE 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

      (2)阻燃、耐熱性能優(yōu)良

      SMC 的阻燃性能可達(dá)到FV0 級(jí),煙氣毒性等級(jí)為準(zhǔn)安全級(jí),滿足國(guó)內(nèi)外UL94 相關(guān)要求。可在130°C 高溫下長(zhǎng)期使用而不變形,遇火不燃燒。

      (3)耐腐蝕性能突出

      SMC 對(duì)海水、汽油、酒精、電解鹽、醋酸、酸雨的腐蝕,均能有效抵御。

      (4)機(jī)械性能優(yōu)異

      SMC 由絕緣材料維網(wǎng)狀分子結(jié)構(gòu)、特種增強(qiáng)纖維共同作用,抗沖性優(yōu)良,鉆孔、切割等機(jī)械加工方便,拉伸強(qiáng)度、彎曲和沖擊韌性都非常優(yōu)異。

      (5)熱導(dǎo)率低、膨脹系數(shù)小

      SMC 能耐高溫,熱變形率低,絕熱性可有效降低環(huán)境溫差對(duì)箱體內(nèi)部的影響,同金屬材料相比,能有效減少箱體內(nèi)部發(fā)生凝露。

      (6)抗老化性能優(yōu)良

      SMC 具有優(yōu)異的抗老化性能。經(jīng)過(guò)抗老化測(cè)試表明,無(wú)論使用地點(diǎn)、所處氣候帶在哪,其表面最大老化程度都很小,完全不影響箱體的機(jī)械性。另外,如果表面再經(jīng)過(guò)特殊耐紫外線工藝的處理,可進(jìn)一步強(qiáng)化其抗老化性能。

      (7)使用壽命很長(zhǎng)

      電氣設(shè)備箱體采用SMC 外殼后,能適應(yīng)各種惡劣天氣,使用壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)金屬等傳統(tǒng)材料。

      (8)質(zhì)輕、安裝方便

      SMC 生產(chǎn)工藝快、造型美觀、安裝方便。各類SMC箱體采用模壓高溫一次成形模塊,搬運(yùn)或安裝都很簡(jiǎn)單。尤其適合應(yīng)用于人員長(zhǎng)期觸及到電氣設(shè)備外殼的場(chǎng)所,能有效避免箱體觸電危險(xiǎn)。

      2.1.2 保護(hù)管形態(tài)

      不同于傳統(tǒng)保護(hù)管,要將電纜從保護(hù)管中穿過(guò),參考了類似保護(hù)管的方案后[3],本文提出了“半圓筒型+抱箍”的新形態(tài),只需將2 個(gè)半筒對(duì)齊、拼接好,安裝上抱箍即可,如圖1 所示。

      圖1 保護(hù)管結(jié)構(gòu)圖

      SMC 復(fù)合材料(片狀模塑料)經(jīng)高溫一次性模壓成型后,內(nèi)壁光滑,不會(huì)刮傷電纜。采用承插式的連接方式,方便安裝連接。施工更便捷,維護(hù)、更換也更方便,無(wú)須斷電即可進(jìn)行施工、更換。

      2.2 半圓環(huán)形緊固件

      2.2.1 緊固件材料

      緊固件采用三聚氰胺海綿材料,其優(yōu)勢(shì)如下。

      (1)高阻燃性

      無(wú)須添加阻燃劑即可達(dá)到美國(guó)UL94V-0 級(jí)高阻燃材料的標(biāo)準(zhǔn)。即使接觸明火,在燃燒體的表面會(huì)形成致密的焦炭層,以阻礙火焰燃燒、蔓延,不產(chǎn)生流體,不會(huì)釋放有毒氣體,煙密度小于15,離火自熄。

      (2)絕熱保溫性突出

      由于其結(jié)構(gòu)蓬松,開孔率達(dá)95%以上,三維網(wǎng)格結(jié)構(gòu),可有效阻滯空氣的對(duì)流熱傳導(dǎo)。

      (3)耐溫性強(qiáng)

      適宜長(zhǎng)期工作在-165~180°C 條件下,且-165~400°C無(wú)分解和變形情況發(fā)生。

      (4)低容重

      三聚氰胺海綿容重為4~12 kg/m3,是當(dāng)前全球特輕的泡沫塑料之一。

      (5)無(wú)毒衛(wèi)生的安全性

      由于其化學(xué)結(jié)構(gòu)和交聯(lián)體系,化學(xué)性質(zhì)極為穩(wěn)定,即使是室內(nèi)裝飾這種對(duì)綠色環(huán)保安全標(biāo)準(zhǔn)極高的場(chǎng)所,也能完全滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

      2.2.2 緊固件形態(tài)

      電纜與保護(hù)管之間,采用2 個(gè)半圓環(huán)形的三聚氰胺模塊拼接成型,替代傳統(tǒng)抱箍。通過(guò)模塊對(duì)電纜進(jìn)行擠壓,提高了穩(wěn)定性,防止電纜下墜牽拉,即使有大風(fēng)等外力影響,也不會(huì)發(fā)生搖晃、摩擦。

      2.3 封堵夾

      參考了其他類型的封堵方式[4]之后,本文設(shè)計(jì)了新型封堵夾,安裝在保護(hù)管頂部。

      2.3.1 封堵夾材料

      采用三元乙丙橡膠,耐腐抗老化,安裝快捷,使用壽命長(zhǎng),密封性能良好。

      2.3.2 封堵夾結(jié)構(gòu)

      封堵夾包括外漲塊、內(nèi)漲塊以及柔性橡膠塊3 部分,外漲塊、內(nèi)漲塊分別放在橡膠塊的兩側(cè),在橡膠塊的兩側(cè)設(shè)計(jì)了凹槽,朝向外壓板一側(cè)的凹槽上有形狀、大小相匹配的外漲塊和內(nèi)漲塊受力擠入橡膠塊,使橡膠塊發(fā)生形變而膨脹,貼緊電纜套管的內(nèi)壁和電纜的外壁,把電纜套管頂部和電纜密封起來(lái)。封堵夾結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

      圖2 封堵夾結(jié)構(gòu)

      新型柔性封堵夾對(duì)電纜管道進(jìn)出口進(jìn)行封堵,安裝非常方便,可隨時(shí)拆裝,具備防火、防雨水、防鼠侵入等特點(diǎn),和傳統(tǒng)封堵方式相比,優(yōu)勢(shì)明顯,見表1。

      表1 新型封堵夾與傳統(tǒng)封堵方式對(duì)比

      2.4 固定夾具

      固定夾具的作用是將電纜上桿保護(hù)管及電纜的重力和因熱脹冷縮產(chǎn)生的熱機(jī)械力分散到各個(gè)夾具上得到釋放,使電纜免受機(jī)械力損傷,對(duì)電纜上桿保護(hù)管及電纜進(jìn)行有效固定,使保護(hù)管和電纜之間的相對(duì)位置保持穩(wěn)定。

      2.4.1 固定夾具要求

      夾體采用非磁性金屬材料,內(nèi)表面無(wú)尖角和毛刺,采用2 個(gè)半環(huán)的組合結(jié)構(gòu)。具體要求如下。

      (1)螺栓、螺母、墊圈、彈簧墊圈等,應(yīng)執(zhí)行相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn);螺栓、墊圈、螺母等采用不銹鋼制成,或采用Q235 用表面熱鍍鋅來(lái)進(jìn)行處理。

      (2)在夾體與電纜之間加襯墊,襯墊用橡膠材料進(jìn)行制作,橡膠結(jié)構(gòu)尺寸符合設(shè)計(jì)圖紙要求,橡膠內(nèi)表面光滑,無(wú)傷痕或裂紋。

      2.4.2 固定夾具安裝

      先將帶有橡膠墊的下夾體固定在支架上,然后將電纜移入下夾體內(nèi),再蓋上帶有橡膠墊的上夾體,依次將彈簧、平墊、螺母(帶彈簧)或平墊、彈簧墊圈、螺母(不帶彈簧)等套入。交替擰緊螺母,固定夾安裝保持松緊程度一致,不能過(guò)緊或過(guò)松,應(yīng)用力矩扳手緊固為宜(緊固力矩應(yīng)根據(jù)電纜本身機(jī)械強(qiáng)度確定,不超過(guò)40 N.M力距)。高壓大截面電纜,電纜運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的熱機(jī)械力,電纜必須采用蛇形敷設(shè),固定采用撓性固定。

      3 新型保護(hù)裝置安裝

      3.1 拼接保護(hù)管、緊固件

      將2 個(gè)半圓形對(duì)接可形成一個(gè)圓筒,把2 片三聚氰胺模塊對(duì)齊,安裝至保護(hù)管中。如圖3 所示。

      圖3 緊固件安裝

      3.2 封堵夾覆蓋頂部之后,將保護(hù)管與終端塔固定牢固

      封堵夾形態(tài)如圖4 所示。

      圖4 不同規(guī)格的封堵夾

      4 新型保護(hù)裝置應(yīng)用

      目前這套保護(hù)裝置,在江蘇常州110 kV 武科7769 線進(jìn)行了應(yīng)用。如圖5 所示。

      圖5 安裝效果

      5 結(jié)束語(yǔ)

      采用新型保護(hù)裝置后,不再需要將電纜從保護(hù)管中穿過(guò),無(wú)須斷電,極大減少了維修、更換工作量;對(duì)電纜進(jìn)行柔性固定,避免大風(fēng)引起的摩擦、觸碰,有效保護(hù)了電纜護(hù)層,避免電纜下墜、牽拉;對(duì)頂部進(jìn)行柔性覆蓋,避免落葉、雨水、老鼠等異物進(jìn)入,減少了電纜損壞根源,達(dá)到保護(hù)電纜、延長(zhǎng)電纜使用壽命的目的;同時(shí),采用新型SMC 復(fù)合材料,耐腐蝕、壽命長(zhǎng)、抗老化,延長(zhǎng)了保護(hù)管的使用壽命,減少了維護(hù)、更換工作量。

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