快速连接线夹的研制

陈旭煜，朱宏飞，王 钦

（国网浙江省电力公司义乌市供电有限公司，浙江 义乌 322000）

随着人们对用电能需求的增大，连接方式逐步被线夹所代替，由于线夹连接紧固、不易松动、载流量大、不易发热、不易氧化等特点被广泛使用。但是这些线夹在现场的使用都存在安装费时费力等现象，且存在一定安全隐患等问题。

1 现状调查

针对线夹的使用情况，小组对本所辖区内的低压客户进行了一次统计调查，统计范围：佛堂供电所、赤岸供电服务站所有低压在装用户；统计时间：截至2021 年3 月5 日；统计结果为：低压总户数60760户，其中缠绕连接户数19160户，占总户数的31.53%，采用线夹连接户数41600 户，占总户数的68.47%。

针对这些线夹QC小组又进一步从类型、结构、使用率等几方面进行了分类统计并分析如下：

原有线夹的类型和规格型号繁多，通用性不强。

安装数量最多的异型线夹，因为要紧固3 根螺栓，安装时间需要3 min。

穿刺线夹虽然只有1根螺栓，安装时长为1.5 min，但安装后不能拆卸。

安装过程中导线必须2 根导线同时放入线夹内安装，而且在穿导线过程中导线容易穿出线夹，带紧螺栓过程中压片容易产生位移。线夹开口过大，容易发生掉落。

原有型号规格为16～120 mm2的线夹两道线槽在施工现场安装过程中不能同时安装16 mm2和120 mm2的导线，16 mm2的导线须要包裹铝包带增大线径才能安装，如果没有增大线径，会导致导线松动。

由于原来的线夹种类繁多，不能单导线独立拆装，安装时间长，存在一定的安全隐患，本文研制一种安装省时省力，操作简单方便的线夹具有重要意义。

2 研制方向

为解决原有线夹安装费时费力，不能单导线独

立拆装，且存在一定安全隐患的问题，小组集思广益，研制一种操作简单方便，省时省力，可实现单导线独立拆装且安全的快速连接线夹。该线夹结构可以分为3 个部分：线夹底座、连接构件和压接模块，其中压接模块做成2 个单独的模块。操作人员将导线放入底座线槽内，通过连接机构将压接模块组合，通过转动压接模块的压力机构将导线牢牢压接在底座线槽内。该线夹操作更加简便，省时省力，安全性更高。

3 可行性论证

3.1 设定目标

研制一种快速连接线夹，具有一定的通用性，操作简单，装拆快速，能单导线独立装拆，且省时省力。

3.2 目标量化

3.2.1 小组针对辖区内的现状

对在装的接户线、进户线的导线规格，线夹的安装过程、安装用时等进行了统计分析。目前在装的低压接户导线一般采用16～120 mm2导线。进户线一般采用16～70 mm2导线。

因此目标量化值为：线夹底座线槽适用于导线线径为16～120 mm2。

3.2.2 原来的线夹施工人员

在安装过程中，两根导线必须同时安装，在穿导线过程中导线容易穿出线夹（如图1所示），带紧螺栓过程中压片容易位移，线夹拆除一根导线后，线夹挂在导线上，由于线夹开口过大，容易发生掉落（如图2所示）。

图1 导线穿出线夹图

图2 线夹大开口图

因此目标量化值为：压接模块实现单导线独立自由拆装且线夹不会发生掉落。

3.2.3 针对原先使用的几种线夹

小组邀请了3 位施工人员进行现场实际安装，分别记录各种线夹在每一个安装步骤所需要的时间进行统计。小组根据三位施工人员安装同一类型线夹所需要的总时间计算出平均总用时，异型线夹（2 螺栓）平均总用时为135 s，异型线夹（3 螺栓）平均总用时为180 s，穿刺线夹的平均总用时为91 s。

因此目标量化值为：快速连接线夹的安装时间

≤60 s。

4 提出方案并确定最佳方案

为实现总体目标，小组根据设定的目标值分解内容和线夹的工作原理，初步绘制出快速连接线夹的模型图（如图3所示）。线夹主要由底座、连接构件、压接模块三部分组成。小组针对快速连接线夹的三个部分集思广益提出讨论方案，并结合实际情况提出以下可行性方案。

图3 独立压接模块设计图

4.1 提出线夹底座方案并确定最佳方案

底座的主要作用是放置导线和成为导线间的导电体，经小组讨论分析，主要从底座材料和底座线槽两个方面进行方案的提出。

4.1.1 提出底座材料方案并确定最佳方案

小组从材料的电阻率、密度、氧化分析、经济成本等方面入手，提出了三种金属材料方案：铜、铝、铜铝过渡材料。通过以上四个方面的对比分析，综合成本、重量，结合实际现场安装的导线多为铝芯线等因素，小组最终将采用铝金属材料方案确定为最佳方案。

4.1.2 提出底座线槽方案并确定最佳方案

通过统计表1 可知，线槽宽度为满足120 mm2导线正常放入并不会跑线，这样才能满足底座线槽适用16～120 mm2导线放置，所以线槽宽度应为＞13.5 mm，根据这个尺寸要求，小组对线槽形状提出了以下2种设计方案：半圆形线槽设计方案；U形线槽设计方案。

表1 16～120 mm2导线直径统计表

综合两种设计方案，都能放入120 mm2的导线，但考虑到是否会发生跑线的可能性和整体操作性，经小组讨论分析，最终将采用U 形线槽设计方案确定为最佳方案。

4.2 提出压接模块方案并确定最佳方案

压接模块的主要作用是通过内部压力机构将导线牢牢压在底座线槽内。为实现两根导线能独立自由压接的功能，小组统一思想，将快速连接线夹的压接模块设计成单独两块，从而实现单导线独立自由压接。同时为节约压接时间，小组针对压接方式提出了2种设计方案。

小组从压接速度、操作便捷性方面对2 种设计方案对比分析，弹簧钢凸轮压接方案可以快速将导线压接到位，大大减少压接时间，小组最终确定采用弹簧钢凸轮压接设计方案为最佳方案。

4.3 提出连接构件方案并确定最佳方案

连接构件的主要作用是将底座与压力模块紧紧连接在一起，根据目标值的要求减少安装时间，连接构件在安装时必须按既省时省力又牢固的设计思路，小组提出了3种设计方案。

小组从连接速度、连接牢固度、操作便捷性对三种设计方案对比分析，卡扣式连接设计方案连接速度更快，且牢固，符合省时省力的目标要求，小组最终确定采用卡扣式连接设计方案为最佳方案。

5 制订对策并实施

小组针对已确定的4 个最佳方案制订出了对策表，按照对策计划表，每个项目都设专人负责，采取措施，按计划时间进行对策实施工作。

5.1 对策实施一：线夹底座采用铝金属材料

根据对策目标的要求，对照原来线夹材料的技术参数，小组经过对比，最终确定采购抗拉强度69～93 N/m2，电阻率0.0283 Ω·m，型号为5754 的导电铝做为制作低压接户线线夹的底座材料。

5.2 对策实施二：快速连接线夹底座线槽制作成U型线槽

结合异型线夹的外形尺寸和已知对线槽宽度＞13.5 mm 的要求，小组对快速连接线夹底座及线槽的尺寸确定如图4所示。

图4 线夹底座与卡勾设计图

线夹长80 mm，线夹宽44 mm，线夹高18 mm，线槽宽14 mm。

槽中宽8 mm，线槽深14 mm，槽壁厚4 mm。

根据设计要求，连接构件的卡沟部分与线夹底座连接在一起，所以结合底座是制作，小组将连接构件的L形卡钩的尺寸也进行了确定：

卡钩高7 mm，卡钩下宽4 mm，卡钩槽深5 mm，卡钩槽宽2.3 mm，卡钩上宽9 mm。

模型与实物图：

通过3D 模型的尺寸核对，小组确定数据无误后，成功制作出了快速连接线夹底座的实物，底座尺寸为80 mm×44 mm×25 mm。

5.3 对策实施三：弹簧钢凸轮压接模块的制作

压接模块的作用：主要是将不同规格的导线牢牢压在线槽内，实现导线紧固的作用。

压接模块的设计思路：通过凸轮转动，改变圆的半径距离，将凸轮挤压到弹簧钢片上，弹簧钢片受到向下的压力后，弹簧钢片快速压接在导线上，凸轮的半径距离越大，弹簧钢片挤压力也越大，导线的压接越紧密。

5.3.1 凸轮的制作

由于导线的线径有大小，16 mm2与120 mm2导线直径差8.5 mm，小组根据导线的尺寸设计出了一种双轴距凸轮。

5.3.2 弹簧钢片的选择

为保证弹簧片的压力，小组采用了厚度为1.0 mm，宽度为60 mm，3 片弹簧钢组合方式，并将弹簧片设计成拱桥型结构，这种结构的最大特点就是中间受到一定的压力时，两边的压力就会成倍的增加，且压力均匀，可使导线牢牢按压在底座线槽内。

5.4 对策实施四：卡扣式连接构件的制作

之前连接构件的L 形卡钩已经结合底座一起制作出来，接下去小组结合压接模块制作出连接构件的卡扣机构。

根据底座上连接构件L 形卡钩的尺寸，确定出卡扣在压接模块外壳上的位置，通过小组对各个模块的组装，快速连接线夹成果制作完成。组装好后的快速连接线夹实物，如图5所示。

图5 快速连接线夹实物图

6 效果检查

通过实际检测，该线夹底座线槽完全适用于16～120 mm2的导线，符合目标值要求，目标值完成。

施工人员将导线放入该线夹的线槽内，合上压接模块，压紧导线，实现单导线独立自由安装。拆除时另一根导线也不受任何影响。通过单导线安装性能检测，该线夹可以实现单导线的独立自由拆装，符合目标值要求，目标值完成。

施工人员将快速连接线夹拆除一根导线后，该线夹挂在接户线上进行左右前后摇晃的测试。通过检测，该线夹在只有一根导线的情况下，线夹仍然牢牢的夹在导线上，无掉落的危险，目标值完成。

小组邀请了3 位施工人员进行快速连接线夹的现场实际安装，通过记录每一个安装步骤所需要的时间，统计出了总用时和平均用时，从统计数据中我们可以得知：放入导线并连接压接模块合计平均用时为13.3 s，少于卡扣连接用时≤15 s的目标值要求；

压紧模块的合计平均用时为16 s，少于压接时间≤30 s的目标值要求。

检测结论：通过以上数据证实，目标值完成。

小组将三位施工人员安装快速连接线夹的总用时与原来线夹的用时与目标值进行对比。

从以上线夹用时与目标值对比图中可以看出，我们的目标值是安装用时≤60 s，而快速连接线夹安装用时只需35 s，比目标值还少了25 s，比原来用时最少的线夹少了56 s。快速连接线夹大大减少了安装用时，目标值完成。

7 结束语

本文研制的快速连接线夹，既能满足压接16～120 mm2的导线通用性，拆装线夹时又能实现单导线独立自由拆装，且不会发生线夹掉落，同时压接过程简单方便，大大缩短了拆装所需要的时间，降低了施工人员的劳动强度，提高了工作效率，安全性也得到了有效提升。