防断线器的研制与应用

摘要：文章探讨了架空线路防雷击断线的措施，分析了各种防雷措施的优缺点，其中穿刺防雷绝缘子具有较好的防雷作用，但刺针对绝缘导线有刺伤情况，降低了绝缘导线的强度。文章所述的防断线器不仅保留了穿刺防雷绝缘子的优点，而且使防断线器内部的导线不受外部作用力，起到了加强导线的作用，保证了电力线路的安全可靠运行。

关键词：防断线器；导线强度；波浪弧面；线夹握力；架空线路；防雷措施 文献标识码：A

中图分类号：TM451 文章编号：1009-2374（2015）23-0009-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.23.005

由于城市森林出现，10（6）kV电力线路附近树木较多，防雷设施缺乏，雷击电弧电流泄流路径少，造成雷电流经常通过绝缘线与树木放电，在一档内的绝缘线就有多处击穿小孔。这些导线的小孔缺陷即使在不打雷、下雨时也可能与树木放电，造成线路断路器跳闸故障，影响电力系统供电，所以探讨防雷措施并完善其性能已经到了刻不容缓的地步。

1 预防雷击断线的方法及措施

第一，移动弧根至防雷设备，降低绝缘导线放电处温度，使电弧燃烧熔断导线的时间延长到超过断路器跳闸的时间，通过断路器跳闸来灭弧。

通常防雷设备有防雷验电接地环、穿刺防护金具、悬垂闪络保护器、穿刺防雷绝缘子等。优点是保护范围长，缺点是造成线路跳闸。

第二，利用阀片的导电性能，雷电能量迅速释放而使电弧在熔断导线前瞬间熄灭。

通常防雷设备有避雷器及其相关设备。优点是线路不停电，缺点是保护范围窄。

为此我们通常选择防雷验电接地环、穿刺防护金具、悬垂闪络保护器、穿刺防雷绝缘子四种作为架空绝缘线路防雷措施，而防雷验电接地环、穿刺防护金具、悬垂闪络保护器这三种线路防雷措施存在放电距离不固定的缺陷，这种缺陷是自然环境因素造成的，不宜控制，在实际应用中起辅助防雷作用。穿刺防雷绝缘子放电距离固定，防雷效果好，在实际运用中起主要防雷作用。但是刺针刺穿导线绝缘层时，对导线有一定的伤害，降低了导线强度，运行中尤其是线路受风等环境因素的影响会发生振动，当达到共振频率时，易造成绝缘线强度低的地方（受伤部位）断裂。但是，我们可以想办法研制一套装置来控制这种缺陷，完善其功能。

2 防断线器设计与制作

防断线器对绝缘导线的应力分布应均匀，不损伤导线，提高绝缘导线的抗振能力，延长绝缘导线的使用寿命；安装简单，便于施工。防断线器的安装质量要有保证，用肉眼即可进行直接检验，不需专门训练。耐腐蚀性好，选用优质材料。

防断线器设计标准：功能参数参考行业标准是防断线器单侧握力强度不小于22%～24% CUTS（绝缘导线计算拉断力），安全参数参考国家标准GB/T 700-2006，材料选择抗拉强度为375～460MPa，屈服强度70℃时为245N/mm2，牌号为Q235A的普通碳素钢。

技术参数：（1）防断线器的固定导线的R15凹槽和132°拱边采用15吨的模具冲压机冲压而成，在每个U型螺栓固定处的上线夹的导线槽面用R12的铣刀在CNC数控加工中心加工成波浪凹面，轨迹的半径R77，弧度为30°=0.5236rad，弧弦长40mm，弧拱高3mm。大弧面轨迹半径为R9，弧度为38°=0.663rad，以增加线夹对绝缘导线的摩擦力，倒角半径R5，能容纳50mm2、70mm2、95mm2、120mm2等型号的绝缘导线；（2）防断线器的两端分别采用两个U型螺栓与两个马鞍垫固定导线。防断线器单侧握紧导线的力预计达到2.00T力，远远大于完好绝缘导线的计算拉断力的22%～24%。

根据实际情况，10（6）kV架空绝缘线最大截面积不超过150平方，型号为JKLYJ，其线芯外径D=1.7cm。防断线器用材料为Q235A公称直径为4M11的U形螺栓固定，铝股直径d=0.259cm，截面积：铝FA=1.47cm2，钢FB=0.276cm2，总截面积F=1.746cm2；铝股丝的破坏应力σAB=15000N/cm2；钢股丝的破坏应力σBB=100000N/cm2；防断线与绝缘导线之间的摩擦系数f=0.25。

计算防断线器对导线的单侧握力T，并验算。

对导线的单侧握力T将由马鞍垫对导线压力P1、P2在防断线器上产生的摩擦力T2以及导线的牵引力T1在防断线器导线槽的小圆弧面上产生的摩擦力t1、t2和大圆弧上产生的摩擦力△T组成。

2.1 计算导线刚度

2.5 效验

由于防断线器两端受力，根据线路金具设计标准单侧握力不小于导线计算额定拉断力的22%～24%。

而防断线器最小抗拉力F=370×70×8=207200N=21.1吨力，远远大于导线的额定拉断力，而防断线器最小抗弯力F=245×70×8=137200N=14.0吨力，最大档距100m、150mm2的绝缘钢芯铝绞线的重量为60kg[查表LGJ-150/20（GB1179-83）的重量为549.4kg/km]，所以不会造成防断线器的损坏，防断线器的设计达到要求。

为了保证防断线器的质量，我们选择有专业资质的廊坊正禹机械加工厂按照加工图纸中的要求施工，过程中严格监管加工质量。加工完毕进行镀锌处理，增加防断线器的抗氧化能力。

3 防断器现场应用及改进

3.1 使用方法

将穿刺绝缘子固定到金具上，用上刺针压板将绝缘线压在下刺针压板上，然后套入上防断线器上压板、圆垫片、弹簧垫，并用螺帽拧紧固定，再用四个马鞍垫、四条Φ11的U型螺栓分别与防断线器压板固定，套入防水罩即可投入运行。

3.2 北熔公司实验

2013年3月，对防断线器样品进行了专业拉力实验。对带钢芯的70mm2绝缘导线分别用穿刺接触、不用穿刺接触、用防断线器加强，三种情况进行拉力试验：（1）刺伤时导线的拉断力为1.4～1.7吨力；（2）完好导线的拉断力为1.8～1.9吨力；（3）安装防断线器后的刺伤导线的拉断力达到1.8～1.9吨力。实验说明加防断线器后受伤导线强度得到加强。

3.3 现场应用

2013年6～9月间，在6kV线路进行了试用，效果如下：结构简单，安装方便。实用性强，避免长期运行进水腐蚀绝缘线线芯而断线。对绝缘导线受伤部位的强度进行加强，达到了防断线的目的，避免一些运行中断线事故的发生。6～9月间，加防断线器的刺针式防雷绝缘子无一起断线事故。

3.4 改进

2013年9月25日，对几个月投入使用后的结果进行总结：发现对于大弧垂档距的使用，防断线器上压板有变形现象，通过讨论和实验，将防断线器上压板导线槽轨迹加工成R4557mm的弧面，避免了弧垂大对压板的受力影响，使压板不受垂直于其横截面方向的导线的重力的分力。为了适应更大的导线，将小波浪弧面半径为R17，轨迹改为R60、角度改为39°和大圆弧轨迹改为R9，角度为43°，以增加线夹的握力。

4 结语

综合上述，架空配电线路的防雷击断线措施有多种多样，各有优缺点，经过细心分析，可以找到适合我们解决缺陷的方法。我们根据自身实际情况，采取了在架空配电线路安装配带防断线器的防断线穿刺防雷绝缘子，作为主要防雷击断线保护措施，以其他作为辅助防雷措施配合使用，有效地防止了雷击断线事故的发生，保证配电网安全运行。

参考文献

[1] 徐颖，许士珩.交流电力系统过电压防护及绝缘配合[M].北京：中国电力出版社，2006.

[2] 朱德恒，严璋.高电压绝缘[M].北京：清华大学出版社，1992.

作者简介：陈德兵（1975-），供职于中国石油华北油田公司第四采油厂，研究方向：机械。

（责任编辑：周 琼）