中置柜电缆终端接地线夹的研制

傅 恒 何建明 吴逸飞

(国网绍兴供电公司,浙江 绍兴 312099)

0 引言

现有高压开关柜以中置柜居多，中置柜以电缆形式出线.当柜内的线路电流互感器在进行高压试验时，需将其与电缆终端头隔离.作为开关柜检修的安全措施之一，要求合上开关柜的线路接地闸刀.为防止线路倒送电,检修人员在拆开电缆头前，需在电缆头上加挂接地线.电缆舱位于中置柜的后下部，一般布置有线路接地闸刀、电流互感器等，因此空间局促，电缆终端头与柜内设备之间未能设置过渡铜排供接地线挂设之用.当电缆终端头的铜鼻子或铝鼻子用螺栓接上设备后，空留出的导电金属接触面较少[1]；电缆终端头可供装设接地线的部位只有电缆鼻子，若将现有的接地线夹装设到电缆鼻子上，就要妨碍螺栓的拆装.检修人员在电缆拆头时，只好按照“断开一相，及时接地一相”的顺序进行操作.因此在拆搭过程中，电缆会短时脱离接地点，存在触电风险.

1 现有接地线夹简介

短路接地线主要由接地线、短路线、导体端线夹、接地端线夹及操作棒等组成，其中导体端线夹用于连接接地线与被接地导体，是短路接地线的关键部件[2-3].变电所所配短路接地线的导体端线夹一般有两种：当被接地导体是矩形硬母排时采用平口式线夹；而当被接地导体是软导线或管型母线时采用颚口式线夹.实践表明，只有当电缆终端头与柜内设备脱开后，才能将这两种线夹较好地装设到电缆终端头上，因而未能满足电缆头“先接地，后拆搭”的要求.文献[1]研制了一种专门用于检修的电缆终端接地用的接地钳，其钳嘴具有圆弧排列的锯齿形钳口和直线型钳口，可同时夹住电缆终端的铜/铝鼻子的圆杆部分和板面部分，也可单独用于圆杆或板面的连接.实际上，电缆终端头附件安装后，电缆鼻子的圆杆部分基本上被绝缘件所包覆，且电缆鼻子与柜内铜(铝)排搭接后，板面部分几乎没有可供钳嘴夹持的部位，可见这种接地钳用于中置柜电缆终端头有局限性.

通过上述分析及施工现场的实地调研发现，引起电缆终端头脱离接地保护的根本原因是电缆头拆搭时需移动接地线导体端线夹.因此有必要设计一款线夹，专门用于中置柜电缆终端头的短路接地线，与柜内线路接地闸刀配合使用，实现电缆的接地保护，且不影响终端头的拆搭操作.其主要的研究思路如下：以电缆终端鼻子平板的两个侧边作为电接触部位，线夹装设于电缆搭接头上时，仍可用套筒工具对电缆头螺栓进行拧松或拧紧的操作.本线夹的装、拆操作均在线路接地闸刀合闸状态下进行，故不配绝缘操作棒.

2 中置柜电缆终端接地线夹的结构和原理

本文设计的线夹采用中空框形布局和螺旋压紧式原理.其钳口与电缆接线鼻子的侧面直接接触并导通.线夹的结构见图1.线夹由固定钳身、活动钳身和调节丝杆等组成.固定钳身与活动钳身的钳口相对设置，钳口张开尺寸可调范围为0～50 mm，钳口夹紧力来自调节丝杆，利用了螺纹的调节性能和自锁特性.钳口上设置斜纹，增强了接触的可靠性.调节丝杆的轴线偏离固定钳身的中心线，由丝杆产生的钳口对电缆端子的作用力，处于电缆端子两个侧面平直部分的中部，利于接触面均匀受力.

1—固定钳身；2—活动钳身；3—扣板；4—调节丝杆；5—沉头螺钉图1 专用线夹结构

3 线夹安全性能评估

通常评估接地线夹的电气性能和机械性能的有紧固力、接触电阻以及温升这三个指标[4].对于10 kV电压等级的平口式接地线夹，其紧固力应大于36.3 N，接触电阻应小于71μΩ，而通入200 A的电流1 min时温升应小于2.5 K.

将电阻应变片装设在钳嘴与被夹导体之间，使用扭矩控制法[5]旋紧丝杆，按4.8级M8粗牙螺纹紧固扭矩13.9 N·m[6]，测得夹紧力为204.2 N～252.5 N，均大于36.3 N.这体现了螺旋压紧式线夹夹紧力大的优点.

接触电阻和温升可采用仿真方法评估.建立仿真用几何模型，启动LiveLinkTMfor SOLIDWORKS©，将线夹实体导入COMSOL作为仿真用几何模型，设置各区域及边界的材料.建立线夹接触性能的物理模型，使用COMSOL Multiphysics的电热模块，接触处电流、热流的传导收缩采用Cooper-Mikic-Yovanovich相关性模拟：表面粗糙平均高度设定为25 μm，接触压力100 kPa，输入电流200 A.电流流经导体产生焦耳热，热量主要靠空气带走，设散热系数为3W/(m2·K)[7]，环境温度为293.15 K.启用瞬态方式，仿真结果见图2和图3.

由图2可见，线夹与线鼻形成的组合体在通入200 A电流时产生了0.01 V电势，由此计算得到接触电阻为50 μΩ，满足接触电阻小于71 μΩ的要求.由图3可见，组合体最高温度293.33 K，与环境温度之差即为温升，1min的温升为0.18 K，小于2.5 K，温升也满足安全性要求.

图2 电势仿真

图3 温度仿真

此外，在真实环境下测量线夹在通流200 A时1 min内的温升，测量仪器为红外测温仪FLIR P630.测量结果表明，最大温升远小于2.5 K.

4 结论

为中置柜内的电缆终端接地而研制的专用线夹需与柜内线路接地闸刀配合使用，在后者处于合闸状态下方可将其装设于电缆终端上.采用该线夹后不仅能保证电缆终端的有效接地，而且不影响电缆终端搭接螺栓的拆装操作，从而消除了电缆终端头短时不接地的安全隐患，保障了检修人员的人身安全.