低压导电线接头临时绝缘防护层替代方案研究

刘奇聪　雷二涛　林笑玫　赵江帅　黄辉虎

摘 要：文章对现有的低压导电线接头临时绝缘防护层方案开展研究，其具有风险高、效率低、不环保等缺陷。根据临时绝缘防护层的需求与上述缺陷设计了一套带电线头快速封闭工具作为替代方案，并对该替代方案进行试验。试验证明该替代方案在安全性、工作效率、环保性等方面优于原方案。可进行替代。

关键词：绝缘防护；低压设备；安全；工具设计；绝缘测试

中图分类号：TM21 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）03-0128-02

Abstract： This paper studies the existing scheme of temporary insulation protective coating for low voltage conductive wire joints， which has the defects of high risk， low efficiency and no environmental protection. According to the requirements of the temporary insulation protection layer and the defects mentioned above， a set of quick sealing tools for the live line head is designed as an alternative scheme， and the alternative scheme is tested. The experiment proves that the alternative scheme is superior to the original one in safety， working efficiency and environmental protection.

Keywords： insulation protection； low voltage equipment； safety； tool design； insulation test

1 研究背景

电气检修维护工作者在低压电源线上的不停电工作时，存在接地短路、相间短路、人身触电等风险[1，2]。防范这类风险的方案为：使用绝缘胶带进行包扎。具体而言，是将胶带紧贴导线金属部分缠绕包裹，完全包裹住以后的状态应无金属部分露出，且胶布包裹部分厚度相对均匀[3]。该方案存在以下问题：（1）使用绝缘胶布包扎带电线头时，手指与带电线头距离很近。戴上绝缘手套操作时，因操作精度降低，难以完成包扎作业。不戴绝缘手套进行包扎，则存在人身触电的安全风险点[4]。（2）绝缘胶布不一定妥善包裹带电金属线头，某些情况下内层粘合度不足，从而发生脱落。可靠性较低[5]。（3）绝缘胶布的绝缘性能与包裹层数有关。在实际操作中，为保证包裹层数达标，或仔细均匀地缠绕并计算层数，或消耗额外的胶布包裹。均存在各自不适宜之处。（4）绝缘胶布是消耗品，无法回收再利用。造成一定资源浪费。（5）绝缘胶布上的黏胶可能残留在金属导体上，致使其导电性能下降，重新接回原接线以后有接触不良的隐患。（6）绝缘胶布不宜存放在炎热和潮湿的环境中，否则很快会老化，沾染灰尘并失去粘性。使用老化的绝缘胶布无法有效给带电部分进行绝缘处理[6]。

2 替代方案需求与实现

总结原方案的缺陷与功能，提出替代方案设计需求如下：（1）替代方案绝缘层绝缘电阻不低于原方案绝缘层绝缘电阻。（2）绝缘处理以后安全可靠，不发生絕缘失效，绝缘物脱落等情况。（3）进行绝缘处理操作的过程无人身触电风险。（4）用于绝缘处理的器具可重复使用，避免浪费。（5）在解除了绝缘物以后，在金属导体上无残留物质。避免重新接线后接触不良。（6）用于绝缘处理的工器具不易损坏。易于保管，方便运输，可承受更恶劣的保存环境。（7）制造成本应足够低，有推广使用的价值。

根据以上总结的技术需求，并考虑成本与占据空间问题，提出替代方案为：设计一种可以反复插拔的绝缘外壳，使用时套于带电线头外形成绝缘层。依靠简单的弹性力咬合，带来摩擦力实现绝缘层稳固。尽可能减少复杂结构和体积过大的结构，全部材料统一使用高性能尼龙通过3D打印一次成型，以此降低制造成本[7]。

要确保该工具实现它的主要功能，技术研究的细节包括：（1）使用此工具封闭完成后，带电金属裸露部分不再容易碰触到外界。这要求绝缘工具的内腔应该能包裹住带电金属的全部部分。（2）使用弹性尼龙板本身的弹性来保证对需封闭金属导体的足够压力。纤维板的形状为半水滴状，前半段为较高曲率下弯部分，后半段为竖直的长尾，以保证可以对包裹的带电金属施加足够压力与摩擦力，避免松脱。（3）使用两个不同曲率弧形板组合的方式，组成受力弓结构，提高对腔内金属导体的按压弹性力，进一步避免松脱。这一点也是与市面已有相似产品[8]的不同之处，相比相似产品，该工具用于提供摩擦力的结构体积更小。（4）在开口前端装有绝缘帽，用以保护操作者。绝缘帽可使操作者在操作时与带电部位有隔离，而不会触电。（5）使用质地较软材料以避免损伤金属线头，并且表面粗糙，保证摩擦力。

图1-图2是研发样品结构图，图3是实物照片。命名为带电线头快速封闭工具，已申请相关专利。

3 性能测试

本文对研发样品进行了以下几项性能测试：绝缘电阻测试、运动稳定性测试、平均可使用次数测试。

3.1 绝缘电阻测试

为保证替代方案能实现原有方案的绝缘效果，应测试替代方案中带电线头快速封闭工具的绝缘电阻，以确定替代方案可保证绝缘处理妥当[9，10]。

测试方法：使用500V绝缘电阻表，一端插入到工具内腔，另一端用夹子夹住工具外壳。测试二者之间的绝缘电阻大小。全部测试样本的绝缘电阻均远大于2000MΩ，即绝缘电阻表可显示的绝缘电阻范围。

3.2 运动稳定性测试

运动稳定性测试的测试目的是试验该工具抵抗脱落的能力。工具脱落将造成绝缘失效。

测试方法：（1）将导线的一端插入快速封闭工具，固定另一端，以200转每分钟的速度旋转60秒。所有测试样本均未脱落。（2）进行跌落测试。将导线两端插入快速封闭工具，从2米高处自由跌落。重复200次。所有测试样本均未脱落。

3.3 平均可使用次数测试

由于尼龙材料在多次使用后易产生磨损，需测试其平均可使用次数。平均可使用次数是衡量该工具耐用性的指标，该指标用作评价本工具使用价值。

测试方法：（1）将测试样本在相应尺寸的金属导体柱上反复插拔，计算次数。（2）每10次插拔以后，進行一次运动稳定性测试当中用到的跌落测试。（3）规定在跌落测试不合格时视作不能继续使用。此时的插拔次数即为可使用次数。

试验结果如表1所示。

试验结果当中，最低可使用次数为290次，平均为320次。因试验方法影响，结果数字存在+10以内误差。

4 结束语

本文所研究的低压导电线接头临时绝缘防护层替代方案：带电线头快速封闭工具比之原有方案：绝缘胶布包裹，其优点如下：（1）可自由安装拆卸，可重复使用，更加环保。（2）使用方法方便快捷，易用性高。（3）无黏胶残留，对金属线头无不良影响。（4）使用过程无人身触电风险。

作为替代绝缘胶布进行绝缘处理的新型工具，带电线头快速封闭工具在多种应用场景使用，可提高作业安全，降低资源浪费。给社会与行业带来一定效益。可在更广阔领域推广应用，降低其制造成本，获取实用数据改善设计。

参考文献：

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[2]刘兆元，于立涛.220kV主变低压短路事故及反事故措施[J].变压器，2004，12：45-46.

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[4]蓝汉瑜.延长线插座产品质量现状分析[J].机电信息，2017，18：150-151，153.

[5]舒中俊，李丽，张克俭.过电流对线缆绝缘破坏的影响[J].消防科学与技术，2012，05：450-453.

[6]马祥琴.久放的电工绝缘胶布不能用[J].农村电工，2012，01：37.

[7]赵志宇，孙北宁，梅志春.3D打印电力行业分布式智造[J].电子技术与软件工程，2016，01：166，167.

[8]国家电网公司.低压绝缘护套：中国，106847440.A[P].2017-06-13.

[9]温智慧，潘玲华.带电作业绝缘工具耐压试验值计算研究[J].电气开关，2014，01：23，24，30.

[10]支玉清.套口式低压开关操作棒的设计与优化[D].上海：上海交通大学，2015.