电缆上杆新型保护装置的研制与应用

王清尔

（国网江苏省电力公司常州供电分公司，江苏 常州 213100）

1 技术背景

随着我国经济的迅速发展，电力电缆已成为城市供电的主要方式。在电力电缆工程施工中，目前电缆上杆保护管主要采用圆筒形态，以符合国家标准对防火、机械性能的基本要求[1]。但随着我国电力电缆敷设规模不断扩大，原有的传统圆筒型上杆保护管遇到了诸多问题，包括以下几点。

（1）维护、更换困难。一旦出现严重破损需要更换时就必须断电后，把电缆的上杆部分拆下，非常烦琐、复杂，施工周期长，影响正常供电。而且，抽出、穿入电缆施工时，容易损伤电缆。

（2）保护管会摩擦、损坏电缆。保护管跟电缆之间存在空隙，电缆遇到外力（如大风）的作用，发生摇晃，可能与保护管发生接触、摩擦，导致电缆外皮损坏，缩短了电缆使用寿命，带来安全隐患的同时，增加了维护检修工作量。

（3）保护管上方异物侵入。保护管跟电缆之间的空隙上方无任何遮挡，雨水、树叶等杂物容易进入，电缆长期处在潮湿环境中，与杂物发生摩擦，易引发外皮破损，进而缩短电缆使用寿命。而且老鼠容易进入噬咬电缆，最终导致漏电等安全隐患发生。

（4）现有材质易老化。目前保护管主要采用HPV材质，容易老化、破裂，存在较大的安全隐患，到达一定年限后保护作用降低。

（5）保护管外壁的空隙进水后，会带来安全隐患。保护管非开挖拉管与电缆工作井的连接，一般未设置安全可靠的阻水管和相应的施工工艺，通常仅在电缆工作井预留孔及二次浇筑的井壁之间设置一道伸缩缝，或使用膨胀水泥对工作井预留孔进行二次浇筑。保护管被浇筑在电缆工作井井壁中，由于高压电缆通道采用的均是非磁性的塑料管，其伸缩率与混凝土差异较大，贴合度不够、咬合力欠佳，保护管外壁与混凝土间容易形成裂缝或孔隙，成为地下水侵入电缆工作井的通道。长期运行后，电缆工作井内容易形成积水，电缆长期浸泡在水中，最终会影响电缆使用寿命。

（6）高压电缆在敷设过程中，电缆在保护管中需要展放，难免存在表层磨损的问题，目前各类电气试验均不能检测电缆在敷设过程中造成的表层磨损。而电缆在长期运行时由于其电磁特性，经常产生振动，容易使电缆本体受损部位的包覆材料加剧老化，在电缆本体表层逐步形成水树枝，并向内层蔓延，损害绝缘功能，危害电缆安全运行。

2 新型保护装置介绍

考虑到电缆上杆的场景，借鉴铁塔引下架设的经验[2]，创造性地设计了本装置。外侧采用SMC 材料“半圆筒型+抱箍”型保护管，电缆与保护管之间填充半圆环形三聚氰胺紧固件，顶部采用三元乙丙橡胶进行柔性封堵，再采用非磁性金属材料夹具，将保护管固定在终端塔上，形成一套完整的电缆上杆新型保护装置。

2.1 “半圆筒型+抱箍”型保护管

2.1.1 保护管材料

SMC 是一种玻璃钢，主要原料由GF 专用纱、低收缩添加剂、不饱和树脂、MD 填料及各种助剂组成。SMC材质具有非常优良的性能特点，广泛应用于电气设备外壳制造材料中，跟其他金属和非金属材料相比优势非常明显。

（1）电气绝缘性能优良

SMC 的绝缘电阻高，能防止漏电，耐介电质性优异，不反射、也不阻断微波的传播，永不生锈。抗爬电指标、绝缘防护均符合DIN/VDE 相关标准。

（2）阻燃、耐热性能优良

SMC 的阻燃性能可达到FV0 级，烟气毒性等级为准安全级，满足国内外UL94 相关要求。可在130°C 高温下长期使用而不变形，遇火不燃烧。

（3）耐腐蚀性能突出

SMC 对海水、汽油、酒精、电解盐、醋酸、酸雨的腐蚀，均能有效抵御。

（4）机械性能优异

SMC 由绝缘材料维网状分子结构、特种增强纤维共同作用，抗冲性优良，钻孔、切割等机械加工方便，拉伸强度、弯曲和冲击韧性都非常优异。

（5）热导率低、膨胀系数小

SMC 能耐高温，热变形率低，绝热性可有效降低环境温差对箱体内部的影响，同金属材料相比，能有效减少箱体内部发生凝露。

（6）抗老化性能优良

SMC 具有优异的抗老化性能。经过抗老化测试表明，无论使用地点、所处气候带在哪，其表面最大老化程度都很小，完全不影响箱体的机械性。另外，如果表面再经过特殊耐紫外线工艺的处理，可进一步强化其抗老化性能。

（7）使用寿命很长

电气设备箱体采用SMC 外壳后，能适应各种恶劣天气，使用寿命远远超过金属等传统材料。

（8）质轻、安装方便

SMC 生产工艺快、造型美观、安装方便。各类SMC箱体采用模压高温一次成形模块，搬运或安装都很简单。尤其适合应用于人员长期触及到电气设备外壳的场所，能有效避免箱体触电危险。

2.1.2 保护管形态

不同于传统保护管，要将电缆从保护管中穿过，参考了类似保护管的方案后[3]，本文提出了“半圆筒型+抱箍”的新形态，只需将2 个半筒对齐、拼接好，安装上抱箍即可，如图1 所示。

图1 保护管结构图

SMC 复合材料（片状模塑料）经高温一次性模压成型后，内壁光滑，不会刮伤电缆。采用承插式的连接方式，方便安装连接。施工更便捷，维护、更换也更方便，无须断电即可进行施工、更换。

2.2 半圆环形紧固件

2.2.1 紧固件材料

紧固件采用三聚氰胺海绵材料，其优势如下。

（1）高阻燃性

无须添加阻燃剂即可达到美国UL94V-0 级高阻燃材料的标准。即使接触明火，在燃烧体的表面会形成致密的焦炭层，以阻碍火焰燃烧、蔓延，不产生流体，不会释放有毒气体，烟密度小于15，离火自熄。

（2）绝热保温性突出

由于其结构蓬松，开孔率达95%以上，三维网格结构，可有效阻滞空气的对流热传导。

（3）耐温性强

适宜长期工作在-165～180°C 条件下，且-165～400°C无分解和变形情况发生。

（4）低容重

三聚氰胺海绵容重为4～12 kg/m3，是当前全球特轻的泡沫塑料之一。

（5）无毒卫生的安全性

由于其化学结构和交联体系，化学性质极为稳定，即使是室内装饰这种对绿色环保安全标准极高的场所，也能完全满足国家标准。

2.2.2 紧固件形态

电缆与保护管之间，采用2 个半圆环形的三聚氰胺模块拼接成型，替代传统抱箍。通过模块对电缆进行挤压，提高了稳定性，防止电缆下坠牵拉，即使有大风等外力影响，也不会发生摇晃、摩擦。

2.3 封堵夹

参考了其他类型的封堵方式[4]之后，本文设计了新型封堵夹，安装在保护管顶部。

2.3.1 封堵夹材料

采用三元乙丙橡胶，耐腐抗老化，安装快捷，使用寿命长，密封性能良好。

2.3.2 封堵夹结构

封堵夹包括外涨块、内涨块以及柔性橡胶块3 部分，外涨块、内涨块分别放在橡胶块的两侧，在橡胶块的两侧设计了凹槽，朝向外压板一侧的凹槽上有形状、大小相匹配的外涨块和内涨块受力挤入橡胶块，使橡胶块发生形变而膨胀，贴紧电缆套管的内壁和电缆的外壁，把电缆套管顶部和电缆密封起来。封堵夹结构如图2 所示。

图2 封堵夹结构

新型柔性封堵夹对电缆管道进出口进行封堵，安装非常方便，可随时拆装，具备防火、防雨水、防鼠侵入等特点，和传统封堵方式相比，优势明显，见表1。

表1 新型封堵夹与传统封堵方式对比

2.4 固定夹具

固定夹具的作用是将电缆上杆保护管及电缆的重力和因热胀冷缩产生的热机械力分散到各个夹具上得到释放，使电缆免受机械力损伤，对电缆上杆保护管及电缆进行有效固定，使保护管和电缆之间的相对位置保持稳定。

2.4.1 固定夹具要求

夹体采用非磁性金属材料，内表面无尖角和毛刺，采用2 个半环的组合结构。具体要求如下。

（1）螺栓、螺母、垫圈、弹簧垫圈等，应执行相关国家标准；螺栓、垫圈、螺母等采用不锈钢制成，或采用Q235 用表面热镀锌来进行处理。

（2）在夹体与电缆之间加衬垫，衬垫用橡胶材料进行制作，橡胶结构尺寸符合设计图纸要求，橡胶内表面光滑，无伤痕或裂纹。

2.4.2 固定夹具安装

先将带有橡胶垫的下夹体固定在支架上，然后将电缆移入下夹体内，再盖上带有橡胶垫的上夹体，依次将弹簧、平垫、螺母（带弹簧）或平垫、弹簧垫圈、螺母（不带弹簧）等套入。交替拧紧螺母，固定夹安装保持松紧程度一致，不能过紧或过松，应用力矩扳手紧固为宜（紧固力矩应根据电缆本身机械强度确定，不超过40 N.M力距）。高压大截面电缆，电缆运行时会产生较大的热机械力，电缆必须采用蛇形敷设，固定采用挠性固定。

3 新型保护装置安装

3.1 拼接保护管、紧固件

将2 个半圆形对接可形成一个圆筒，把2 片三聚氰胺模块对齐，安装至保护管中。如图3 所示。

图3 紧固件安装

3.2 封堵夹覆盖顶部之后，将保护管与终端塔固定牢固

封堵夹形态如图4 所示。

图4 不同规格的封堵夹

4 新型保护装置应用

目前这套保护装置，在江苏常州110 kV 武科7769 线进行了应用。如图5 所示。

图5 安装效果

5 结束语

采用新型保护装置后，不再需要将电缆从保护管中穿过，无须断电，极大减少了维修、更换工作量；对电缆进行柔性固定，避免大风引起的摩擦、触碰，有效保护了电缆护层，避免电缆下坠、牵拉；对顶部进行柔性覆盖，避免落叶、雨水、老鼠等异物进入，减少了电缆损坏根源，达到保护电缆、延长电缆使用寿命的目的；同时，采用新型SMC 复合材料，耐腐蚀、寿命长、抗老化，延长了保护管的使用寿命，减少了维护、更换工作量。