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.當柜內(nèi)的線路電流互感器在進行高壓試驗時，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，只好按照“斷開一相，及時接地一相”的順序進行操作.因此在拆搭過程中，電纜會短時脫離接地點，存在觸電風(fēng)險.

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：當被接地導(dǎo)體是矩形硬母排時采用平口式線夾；而當被接地導(dǎo)體是軟導(dǎo)線或管型母線時采用顎口式線夾.實踐表明，只有當電纜終端頭與柜內(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[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，也可單獨用于圓桿或板面的連接.實際上，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)場的實地調(diào)研發(fā)現(xiàn)，引起電纜終端頭脫離接地保護的根本原因是電纜頭拆搭時需移動接地線導(dǎo)體端線夾.因此有必要設(shè)計一款線夾，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，實現(xiàn)電纜的接地保護，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側(cè)邊作為電接觸部位，線夾裝設(shè)于電纜搭接頭上時，仍可用套筒工具對電纜頭螺栓進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、活動鉗身和調(diào)節(jié)絲桿等組成.固定鉗身與活動鉗身的鉗口相對設(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械性能的有緊固力、接觸電阻以及溫升這三個指標[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.

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LiveLinkTMfor SOLIDWORKS?，將線夾實體導(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電流時產(chǎn)生了0.01 V電勢，由此計算得到接觸電阻為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，在真實環(huán)境下測量線夾在通流200 A時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不接地的安全隱患，保障了檢修人員的人身安全.