一种跳线分流装置研发与应用

2022-07-04邵源鹏

电子测试 2022年10期

邵源鹏

（广州番禺电缆集团有限公司，广东广州，510000）

0 前言

通过对近10年用户停电投诉情况和运维部门的统计汇总分析表（见图1）得出，低压线路故障中有将近一半都发生在线路接头处，且主要发生在电表引下线与主干线接口处。为了降低事故发生率、减少用户的停电投诉率，提升电网运行的质量，增加线路的使用寿命，需要从根源上解决电表引下线与主干线接口连接问题，我司特意对连接接头的电性能、连接性能及防水性能等进行分析，根据国内最新的铝合金材料设计出合理的连接金具满足电表引下线与主干线接口连接要求的同时还具有节能效果，同时使用耐候性好的塑料制作成与金具配套的保护罩达到良好的防水效果。

图1 线路故障原因统计图

1 目前电表主干线与引下线接口处的主要跳线方式

（1）手绑连接方式；（2）并沟线夹连接方式；（3）穿刺线夹连接方式；（4）C型线夹连接方式。

1.1 传统手绑连接方式

目前由于七八十年代线路安装施工时技术限制，低压电网线路改造尚未大面积启动，电表引下线与主干线接口处采用的跳线方式90%以上都还是使用早起电网敷设时接线的方式-直接手绑式，即在主干线上剥开绝缘层和支线端绝缘层，之后再把分流支线的裸导体直接绑在主干线的裸导体上，最后用绝缘胶布把裸露的导体绕包好（见图2）。该方式在以前用户用电量不大的情况下基本能满足使用需求，不过随着人们生活水平的不断提高，大小家电的普及使用及大功率电器的更新换代，用户用电量也随着越来越大，比如，现在一台常用的挂机式空调的功率就有2500W左右，辅助加热式空调的功率在4800W左右，家用中央空调功率更大在10000KW左右，而早前时期所有家用照明总负荷在800KW左右，由此可以明显看出，现在普通家用电量的增加。当线路运载负荷在原有10倍以上增加的情况下，传统手绑接线方式的接头就难于满足现在的需求了，从而导致用户停电。

图2 手绑式跳线图

手绑式跳线导致事故频发主要原因是：

（1）接头保护不到位：接头采用绝缘胶布缠绕防护，绝缘胶布在室外经日晒雨淋后，其使用寿命寿命会大大减少，根据供电系统运行维护人员的统计，裸露在太阳底下的绝缘胶布使用5年后，都会出现不同程度的老化破损，严重的甚至出现老化脱落，接头导体裸露在空气中，会发生氧化，电阻增大，载流能力变差，而用户用电量的增大导致该部位温度聚升，电线烧断，从而断电。

（2）由于绝缘老化破损后，导体在使用中热胀冷缩，缠绕在主线路的接头，会慢慢松动松脱，随着接触面的减小，接头处导电能力不断下降，热胀冷缩效果越大，如此循环性的导致接头导电能力越来越差，最终过载熔断。

（3）铜铝过渡导致电化腐蚀，铜铝过渡问题，国内电网初始建设时受经济原因的限制基本全部采用铝线，目前随着电网不断改造，但仍有80%以上的低压配网主干线使用的是铝芯电缆，而电表箱与支线连接口一般都是铜片端口，所以就会出现铜与铝直接接触的现象。二价铜离子获得两个电离子的电势为+0.3419V，三价铝离子获得三个电离子的电势为-1.662V，铝的活泼性比铜好，二者接触在有电压、电流和水汽等的作用下容易形成原电池，发生电化学腐蚀，铝失去电子，铜作为电极将电子传给氧，铝离子与氧离子结合生成具一定绝缘性能的氧化铝化合物，时间越长，积累在接触面的氧化铝化合物就越多，接触处电阻就越大，在导电过程中，发热越大，最后导致起火等事故。

（4）热胀冷缩：所有物体都有一个共性就是热胀冷缩，由于铜与铝的热胀系数不同，在受热和降温相同情况下，膨胀和收缩不能同步，手绑接线方式的接头在经历一定时间后就会出现接头松散现象，从而导致接触不良和接触点电阻增大，最终接触点发热过大，发生断电事故。

1.2 并沟线夹连接方式

并沟线夹连接方式也是比较传统的一种连接方式，至今已有30多年，它的优点是接触面大，缺点是拧紧螺丝易受热胀冷缩影响而松散，导致频繁维护，所以现在已基本不提倡使用。

1.3 穿刺线夹连接方式

绝缘穿刺线夹主要由壳体、穿刺刀片、防水胶圈、力矩螺栓组成。当做电缆分支连接时，将分支电缆插入支线帽并确定好主线分支位置后，用扳手拧紧线夹上的力矩螺母，随着力矩螺母的拧紧，线夹上下两块暗藏有穿刺刀片的绝缘体逐渐合拢，与此同时，包裹在穿刺刀片周围的弧形密封胶圈逐步紧贴电缆绝缘层，穿刺刀片开始刺穿电缆绝缘层及金属导体。当密封胶圈的密封程度和穿刺刀片与金属的接触达到最佳效果时，力矩螺母自动脱落，此时主线和分支线接通。

图3 并沟线夹连接图

该连接方式最大的优点是安装非常方便，不用剥开绝缘层，该方式在弱电场下使用是可以的，但在供电系统中的强电场合使用就不合适，因为穿刺线夹的导电依靠穿刺刀片刺穿绝缘层进入导体与导体接触来实现，首先穿刺线夹的穿刺刀片与导体接触面大小就难以判断，如果刺穿得深，接触面会相对大，但却刺伤导体，影响导线的电流导通能力；如果是用在双塑绝缘导线，绝缘与护套在一起厚度最小都有2.2mm，大截面导线甚至会达到4.5mm左右，这样穿刺线夹的刺穿能力就会被大大减弱，尖端刺穿绝缘及护套后与导线导体的接触面就很小，这种情况虽然导体损伤不是很严重，但由于接触面积小，电流流通过线夹后再流线分流导线能力就会小很多，整个线夹的过电流能力就很差，导致该连接处常常过流过载，接触点温升起火。

图4 穿刺线夹安装及拆开图

以TTD041FJ 6-35/1.5-10穿刺线夹来说，该穿刺线夹用在主线铝线35mm2,分支线材铝线10mm2时，

a.10mm2铝线分支为单塑绝缘线材，绝缘厚度符合标准要求为1.0mm,则穿刺刀片与导体接触较多，4个刀片每个刀片嵌入导体中的截面均匀，每个刀片接触面积达到1mm2,该处20℃时直流电阻值见下:

式中R——单位长度导体在20℃温度下的直流电阻；

ρ20—导体材料在20℃时的电阻率，铝制材料取ρ20=28.264 nΩ·m；

α——导体电阻的温度系数（K-1）；

A——铝导体截面积mm2，显然A=nS=4×1=4mm2；

当θ=20℃时，则20℃时直流电阻的计算如下：

b.10mm2铝线分支为双塑绝缘线材，绝缘厚度符合标准要求为1.0mm,护套厚度符合标准要求为0.9mm,则穿刺刀片与导体接触小很多，4个刀片每个刀片嵌入导体中的截面均匀，每个刀片接触面积只有0.4mm2,该处20℃时直流电阻值见下:

ρ20—导体材料在20℃时的电阻率，铝制材料取ρ20=28.264 nΩ·m；

α——导体电阻的温度系数（K-1）；

A——铝导体截面积mm2，显然 A=nS=4×0.4=1.6mm2；

当θ=20℃时，则20℃时直流电阻的计算如下：

二者比值为：

由此可见绝缘穿刺线夹用在双塑绝缘线材是的电阻比用在单塑绝缘线材上的电阻要大很大，导电能力要小很多。

1.4 C型线夹连接方式

C型线夹连接方式是目前被认为相对较好的一种连接方式，它具备如下特点：

图5 C型线夹连接方式图

（1）产品结构设计采用科学的铰接式结构，利用其双C型元件的整体自锁功能，大大加强了其整体统一均匀受力的作用，使其成为一个完美的全方位均匀受力的结合体；不仅外观变得圆整美观，同时由于安装方便还极大减轻了劳动强度，提高了工作效率；而公块与母开背靠背一起卡在C型元件内，相互作用利一样，，大大减小了安装时人为因素造成的主线与分支线材受力不同的现象。

（2）C型线夹采用优良的材质和科学合理的构造，使其在使用过程中，外界环境及负载条件的变化时，线夹对导线的接触压力变化极小，具有连接可靠、夹紧力恒定、接触电阻小、（不同线径）压力均衡，过载能力强、线路中无磁损、大小线跳渡平稳等诸多优点，可使连接接续达到最佳要求。

（3）使用特殊的硅镁铝合金制成的金具有一定弹性，能使导线与金具线夹间的接触压力长期保持恒定，足够大且恒定的接触压力可以使线材与金具的接触面最大且稳定，从而能保证金具连接的接触电阻长期处在非常低的状态，确保连接处过流能力强。该金具内槽涂有导电性能很强且具有抗腐蚀、抗氧化、憎水性强的电力复合脂，能使不同材质的导线接触良好,如：铝-铝、铜-铜连接，铜-铝过渡，从而减少了线路损耗。

（4）采用螺拴紧固，螺栓为进口不锈钢，防腐能力极强；安装快捷简便，使用通用扳手即可；价格也经济合理，性价比相对较高。

（5）接触性能良好稳定，减少了维护费用，在安装和拆卸中完全不损伤导线；能多次实现重复使用。

C型线夹连接方式的各种优点都是建立在电缆导体外径标准化的基础上，但是随着国内技术水平的提高，铜、铝等材料导电性能越来越好，电缆行业内导体结构执行的国家标准GB/T3956-2008，不要求产品导体的外径，而是以更科学的导体20℃温度下的直流电阻值作为考核要求，鉴于此，各生产厂家为了节约材料降低成本，都会努力减小产品的导体外径，由于各个厂家对产品的生产控制能力不同，相同规格电缆的导体外径就不一致，且差别比较大，从而导致C型线夹连接方式在实际运用中常常达不到设计时的理想效果，且C型线夹是按照导体外径来设计的，不能实现一两个规格来通用全部标称截面的电缆，导致线夹规格多，造成备品库存麻烦，在抢修电路时选型也非常不便。