一款清障砍刀绝缘手柄护套的研制与应用

摘 要：研制了一款清障砍刀绝缘手柄护套，该绝缘护套可以与刀柄分离，兼用于其他非绝缘工器具，提高了清障砍刀等工器具的绝缘水平。

关键词：绝缘;护套;清障砍刀

1 研制背景

输电线路长期在开放的外部环境中运行，线路下方经常有桉树、松树等高杆植物，威胁电力线路的安全运行，这些高杆植物通常被称作树障，因此输电专业一项经常性的工作就是清除线路保护区内部的高杆植物。砍刀是清障常用的工具之一，但部分清障砍刀的手柄缺少绝缘性能，给作业人员的日常电力作业造成很大风险。

2018年广东电网内部发生了一起作业人员因使用铁质手柄砍刀清障，误砍到带电线路，造成1人死亡的人身事故，为此广东电网将铁质手柄砍刀列为“夺命工具”，全省范围内开展了清理“夺命工具”的行动，利用木柄砍刀替换已有的铁柄砍刀。清障砍刀作为班组日常常用的工器具之一，数量较多，木柄砍刀数量无法在短时间内满足日常应用需求，而且木柄砍刀的绝缘性能也参差不齐，缺少理论上的绝缘水平验证。因此，本文研制了一款清障砍刀绝缘手柄护套，以提升清障砍刀绝缘水平。

2 清障砍刀绝缘手柄护套设计

本文研制了一款清障砍刀绝缘手柄护套，解决了现有清障砍刀手柄绝缘水平参差不齐，部分木质手柄长度不足等问题。

2.1    护套设计

现阶段生产班组所应用的砍刀手柄均为木质，手柄没有统一的标准，有如下缺点：（1）质地不一，良莠不齐。统一购置的木质手柄长度约300 mm，手柄较短，在日常工作中使用较为费力，班组员工常就地取材，拾取一些硬质木料，稍作修整用作手柄，这种手柄表面有毛刺，木料较为弯曲，受力不均匀，且容易刺到手。（2）绝缘水平不等。木料的绝缘水平由木质内部水分决定，且木质手柄受环境的影响，会出现腐烂现象，腐朽木材的金属元素含量明显增加，使得木材电阻大幅减小，绝缘性能降低[1]。（3）木质材料较硬，长时间清理树障过程中会造成人员手部磨伤。

针对以上问题，结合班组员工的日常使用习惯，本设计的初步设计思路为清障砍刀绝缘手柄护套应用绝缘硬质材料作为基础骨架，可以在一定范围内适应不同直径的手柄，在调查班组员工的操作习惯后，将绝缘护套的长度初步设定为500 mm，绝缘硬质材料表面覆盖绝缘橡胶，进一步提升绝缘性能，整体绝缘性能应达到35 kV绝缘水平。

清障砍刀绝缘手柄护套按照设计思路进行了图纸设计，如图1所示。结构1为砍刀刀头;结构2为清障砍刀木质手柄，直径为30 mm;结构3为适应多种直径的变径螺旋，整体为前粗后细的楔形结构，管外前端直径38 mm，后端直径36 mm，管壁沿纵向开4条长50 mm、宽5 mm的缝，达到在一定范围内适应多种直径的作用;结构4为紧固螺栓，由于下部螺旋采用前粗后细的结构，逆时针旋转螺栓时螺栓向上移动，使得螺旋的缝隙减小，起到紧固作用，紧固螺栓外径60 mm，内孔直径37 mm;结构5为绝缘硬质材料，为绝缘护套的主骨架，可增加绝缘性能，其管内直径34 mm、长500 mm、厚2 mm;结构6为绝缘橡胶，绝缘橡胶套需紧紧贴附于主骨架外部，起到绝缘作用，同时增加握持的舒适度。

2.2    材料选择

（1）主骨架绝缘硬质材料（结构5）选择。在开展树障清理过程中，主骨架承受剪力作用，因此本设计主要考虑材料的硬度和绝缘性能，筛选了市面常见的绝缘硬质材料后，在玻璃纤维管和尼龙66两种材料中作选择。玻璃纤维管的绝缘性能优于尼龙66，但是其抗剪切能力较弱。而尼龙66作为一种工程塑料，其力学性能优异，拉伸强度为72.6～76.5 MPa，冲击韧性在有间隙的条件下可大于3 J/cm2，硬度约HB12.7;绝缘性能在吸水率1%的情况下，4 mm厚的尼龙66样品，击穿电压约为54 kV[2]，尼龙样品厚度、吸水率对击穿强度的影响如图2所示。综合考虑作业过程中的受力特点和绝缘要求，本设计选择尼龙66作为主骨架。

（2）变径螺旋（结构3）和紧固螺栓（结构4）材料选择。变径螺旋要与主骨架进行连接，同时对其硬度和绝缘性能也有一定的要求，因此同样采用尼龙66材质，这样变径螺旋和主骨架間可以采用一体化结构，省去不同材质间的连接，解决连接处的绝缘和受力薄弱问题。紧固螺栓则采用和变径螺旋相同的材质，可以实现有效结合。

（3）绝缘橡胶（结构6）材料选择。主骨架由于采用尼龙66材料制作，为减轻护套重量，厚度约为2 mm，根据实验数据得其耐压水平在25 kV左右，绝缘性能有所不足，因此绝缘橡胶材料的选择主要考虑解决主骨架绝缘不足的问题。经过比对，本设计选择冷缩35 kV绝缘套管作为表面覆层，该种材料易获得，无需加工，抽出内芯即可使绝缘护套冷缩贴附在主骨架外，材料的电气性能优异，能够承受35 kV工频耐压1 min不被击穿，完全满足设计需求。

3 清障砍刀绝缘手柄护套加工与组装

3.1    加工机械

清障砍刀绝缘手柄护套采用C6140车床加工，该车床床身导轨超音频淬火，床身导轨周边磨削，精度高，主轴通孔直径52 mm，符合国际标准ISO-C6，主轴箱齿轮精密磨削，噪声低。床身上最大回转直径400 mm，刀架上最大工件回转直径225 mm，加工最大工件长度1 500 mm，马鞍内回转直径550 mm，回旋长度260 mm。

3.2    护套加工

（1）主骨架和变径螺旋的加工。应用直径为40 mm的实心尼龙棒作为加工材料，一体化加工主骨架和变径螺旋。根据设计图纸中的护套长度裁剪备料，注意需要比实际留长5 mm，用于装夹在车床上，即备料长度为505 mm。第一，利用车刀车好外圆，外圆直径38 mm。第二，利用车刀车两端楔形结构，前端直径38 mm，后端直径36 mm，形成楔形。第三，利用车刀加牙，形成外部螺纹，螺距1.5 mm，螺纹深度1 mm。第四，加工中间通孔，用直径31 mm的钻头打中心孔，形成尼龙管材结构，管壁厚度2 mm，管内直径34 mm。第五，利用立式铣床对两端变径螺旋开缝，管壁沿纵向开4条长50 mm、宽5 mm的缩位槽。

（2）紧固螺栓的加工。紧固螺栓所需要的尼龙基材要更粗一些，选用直径60 mm的实心尼龙棒进行加工，用直径37 mm的钻头打中心孔，再利用车刀车出内丝，最后在紧固螺栓表面开槽，增大旋转时的摩擦力。

（3）表面绝缘橡胶加工。对35 kV冷缩绝缘护套进行再开发利用，选用240～400 mm2截面的冷缩护套，收缩前内径为70 mm，收缩后内径为30 mm，护套外径为38 mm，收缩后能够贴合护套主骨架外表面，截取35 kV冷缩绝缘护套380 mm，将其套在主骨架上，抽出内部扩张塑料芯，绝缘护套完全贴合。

经过上述步骤，护套各部分加工完毕，将紧固螺栓装入变径螺旋，清障砍刀绝缘手柄护套即形成成品。

4 清障砍刀绝缘手柄护套试验

清障砍刀绝缘手柄护套为新型设备，暂时没有对应的试验标准，因此引用35 kV绝缘杆的试验项目对其进行试验。35 kV绝缘杆耐压试验要求试验电压95 kV，耐压时间1 min，无明显发热，未击穿的绝缘杆为合格。绝缘杆电气试验标准如表1所示。

试验时，将电极接在清障砍刀绝缘手柄护套两端，调节稳压器和调压器，缓慢为试验变压器升压，达到95 kV的额定电压时开始计时，耐压试验需持续1 min，1 min后降压，试验结束。观察试件表面，未发现过热和电压击穿的痕迹，试验合格。

5 现场应用

将该项目成果投入生产班组日常清障作业中，在清理220 kV金利甲乙线线路保护区内树障时得到应用。对于可替换的砍刀手柄，将原有手柄拔出，替换上标准木质手柄，套入绝缘手柄护套，将紧固螺栓扭紧至用手拔砍刀无法抽出、摇晃砍刀不晃动即可。树障清理过程中，砍伐树木后紧固螺栓依然紧固。作业共清理树木2 310棵，应用时长30天，经过现场验证，有效解决了现有砍刀刀柄绝缘水平和长短、质地不统一的问题，保障了作业人员的人身安全。

[参考文献]

[1] 鲍震宇.腐朽对木材电阻的影响研究[D].哈尔滨：东北林业大学，2015.

[2] 蔡凡一，薛健，周柏杰，等.吸水性对中压绝缘用尼龙66电气性能的影响[J].工程塑料应用，2015，43（11）：87-90.

收稿日期：2020-11-13

作者简介：王冠宇（1988—），男，吉林榆樹人，工程硕士，工程师，研究方向：输电线路。