起重机用分舱式高压电缆分接箱的设计与应用

◎容梓豪 陈家骏 广州港股份有限公司南沙集装箱码头分公司

1.前言

随着全球贸易经济不断增长，国际港口装卸装备制造领域随着供需演化，港口机械自动化、智能化已成为发展趋势。如何保证港口装卸机械的供电运行，减少供电系统故障，满足自动化发展需求是一个值得深入思考的课题。

港口起重机械基本以电力驱动为主，高压电缆分接箱作为配电站与起重机上机电缆连接的专用电气设备，主要完成不同线径电缆的连接，其稳定性和安全性对整个电源供应起决定性的作用，港口起重机械供电系统故障有占半数以上是高压电缆分接箱故障所引起的。目前港口高压分接箱大多为普通接线箱，无法适应港口临海潮湿、水浸、易氧化腐蚀的环境。普通分接箱的电缆终端绝缘方式以普通户内终端（DFT）最为常见，箱体的密闭性保护则以易氧化的橡胶垫圈作为防水措施。在处亚热带季风气候的港口地区，无法抵御台风及强降雨的侵袭。加上传统高压接线箱的功能仅局限于配电系统中电缆线路的汇集、分接功能，并不具备可供通讯光缆信息设备使用的条件，无法满足现代化港口的发展需求。因此，亟需设计一种分舱式设计、确保信息设备与电气设备互不干扰，防护效果佳，防水效果好，具有与港口信息系统配套设备转接信号功能的起重机用分舱式高压电缆分接箱。以此满足智能化、自动化起重机械的使用需求，适应港口临海潮湿、水浸、易氧化腐蚀的环境。

2.目前港口起重机用高压电缆分接线使用现状

现有应用较为广泛的港口起重设备高压电缆分接箱，普遍采用沉井挂壁式安装；电源侧电缆与负荷侧电缆分别从箱体左右两边进入，电缆穿接口采用挤压胶垫式防水处理，电缆穿接口位置的胶垫由于电缆自重长期向下挤压，箱体防护等级随使用时间而降低；电缆终端绝缘方式为绝缘套型，即各分支电缆线路终端之间采用普通户内终端加绝缘套及适配件（专用支撑绝缘子或专用套管）完成绝缘过渡和电气连接。过渡绝缘型式为固体和空气复合绝缘,电气连接无裸露金属件，导体连接型式多为螺栓固定结构。无法满足多台风及强降雨临海环境下现代自动化港口的发展，不能达到防水汽、水浸的效果。

3.国内电缆分接箱的技术现状

高压电缆分接箱是完成配电系统中高压电缆线路实现汇集和分接功能的专用电气设备，按其电气构成主要分为普通接线箱和带开关接线箱；按连接形式又可分为欧式和美式接线箱。欧式固定接线箱上端为左右双翻盖结构，中间隔板装有三个双通套管，套管两端连接电缆附件，一般采用纵向串联分支方式，即将若干T型电缆接头首位串接起来形成主回路。美式固定接线箱上端为单个大翻盖结构，箱体内后板装有三通或四通母排，ABC三相分别接在不同的母排上，一般采用横线并联分支方式，即是在接线箱箱壁上固定一组母排板，进线、出线、分支线全部连接到母排上。

电缆终端绝缘方式有空气绝缘型、绝缘套型、复合绝缘型、全绝缘型，分别适用于不同环境。连接形式主要为拔插式和固定式。

4.起重机用分舱式高压电缆分接箱的设计理念

电缆分接箱设计要素有三：a) 各分支线路间电缆终端连接的过渡绝缘型式;b) 各分支线路的连接与分断方式;c)使用环境所需防护等级。其中a)、b) 含多种具体型式,而防护结构执行现行国家标准。

4.1 分舱式设计

欧式与美式分接箱都存在体积较大，翻盖式的设计不符合港口沉井式安装要求，结合远控半自动化设备通信要求，其通信光纤包裹在上机电缆里，即光纤的熔接工作也需在箱内完成。基于使用安全性的角度，对高压电缆分接箱的箱体和内部结构进行了分舱设计和选型如图1。

图1

图2

4.1.1电缆的穿接方式

目前针对一般港口所用的港口高压分接箱电缆穿接方式采用的是“左进右出”，电缆穿接口密封件采用的是挤压胶垫密封件，电缆穿接口位置的胶垫由于电缆自重长期向下挤压，防护等级随时间推移会慢慢降低，灰尘、水珠会沿着胶垫缝隙进入接线箱内部。为解决以上问题，电缆穿接方式改为“下进下出”更符合使用要求。

4.1.2箱内分舱形式

确定电缆穿接方式为“下进下出”后，对图1(a)和图1(b)的优缺点分析如下：

图1(a)和图1(b)的区别在于信息设备舱室的选择位置不同。在箱体尺寸一致的基础上，信息设备舱室的使用空间受限于电缆连接舱室的使用空间。信息设备舱室横向设计的存储空间结构优于纵向设计的存储空间结构，可有效避免电子化设备的堆积挤压。

4.2 开箱形式

受限于港口装卸作业环境影响，电缆分接箱的安装位置一般为沉井式安装，即安装在有限空间的电缆隧道井内，欧式和美式的翻盖式开箱设计不符合使用要求，设计为全卸式更优。

4.3 绝缘方式

就处于亚热带季风气候的广东地区而言，每年发生数十次台风或强降雨情况，特别是港口临海环境，影响更为恶劣。目前起重机用高压分接箱的电缆分支连接多用普通户内终端作为绝缘的主要措施，箱体密封采用挤压胶垫式防水处理的效果远远不能满足实际防护要求。本设计采用了屏蔽型可分离式终端完成绝缘过渡和电气连接。过渡绝缘型式为全固体绝缘,所有绝缘件的外表面均挤包或喷涂有导电屏蔽层。导体连接型式为螺栓固定结构(额定电流>400A 时)，适用于重污秽区或耐短时浸水环境。电缆穿接口采用环氧绝缘塞作为密封防水处理，具有密实、防氧化、抗渗漏、强度高等特点，同时满足附着力强、可常温操作、施工简便等良好的工艺特性。

图3

4.4 设计箱体防护等级

目前港口起重机械高压电缆分接箱的大多安装于岸边电缆隧道井内，属于长期潮湿、水浸、易氧化腐蚀的环境。箱体防护等级需达到GBT 4208-2017 外壳防护等级(IP 代码)国家标准中的IP67才能满足防水防尘，耐短时浸水使用要求。

5.应用效果验证

按照标准试验要求对本高压电缆分接箱进行了试验，试验结果符合IP67级规定。

6.结论

文章针对港口机械，提出一种起重机用分舱式高压电缆分接箱的设计理念，能够解决起重机高压电缆分接箱进水，无法满足自动化设备信号转接的问题，主要通过以下几点实现：

（1）分舱式设计，划分出信息化舱式，用于确保信息设备与电气设备互不干扰，具有与港口信息系统配套设备转接信号功能，适应起重机全自动化技术、远控半自动化技术发展所需。

（2）箱体防护性能达到IP67。

（3）绝缘方式采用全固体绝缘型，抗氧化腐蚀，耐短时浸水，可多次拆卸安装使用，满足动热稳定要求。

（4）电缆穿接方式改为底部下进下出式。