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    传统矿用隔爆型高压电缆连接器的改进

    放大字体  缩小字体 发布日期:2021-10-21 08:59:33    浏览次数:40    评论:0
    导读

    摘 要:以LBG1-200/6矿用隔爆型高压电缆连接器为代表,分析了传统矿用隔爆型高压电缆连接器的特点、使用范围和适用条件,在此基础上分析了传统高压电缆的几种连接方式的优缺点,发现需要对其连接部位的卡爪进行改进,使之连接操作更方便快捷、节约时间和维修成本。改进后的防爆高压开关卡爪装置减少了工人的劳作强度,具有

    摘 要:以LBG1-200/6矿用隔爆型高压电缆连接器为代表,分析了传统矿用隔爆型高压电缆连接器的特点、使用范围和适用条件,在此基础上分析了传统高压电缆的几种连接方式的优缺点,发现需要对其连接部位的卡爪进行改进,使之连接操作更方便快捷、节约时间和维修成本。改进后的防爆高压开关卡爪装置减少了工人的劳作强度,具有结构简单、设计合理、连接处很稳定、安全性高等优点,具有极大的推广价值。

    关键词:防爆 高压开关 卡爪设置 电气间隙

    1 传统矿用隔爆型高压电缆连接器简介

    1.1 特点

    LBG1系列的连接器在井下得到了普遍使用,因此,以LBG1-200/6矿用隔爆型高压电缆连接器为代表,分析传统高压电缆连接器的特点如下:

    1)连接器的绝缘子选用性能优良的绝缘材料(DMC)一次压制成型,绝缘性能强,机械强度高;

    2)连接器用于防止电缆拔脱的压板设计成带有弧形沟槽的铸件,极大地提高了压线的可靠性;

    3)绝缘子采用内部卡簧固定于隔爆外壳上,避免与外界直接连通,安全可靠,又便于拆装;

    4)隔爆外壳采用Q235A钢板,用二氧化碳气体保护焊自动焊接而成,焊缝平整饱满,结实可靠;

    1.2 主要用途及适用范围

    连接器适用于含有甲烷或煤尘爆炸危险的煤矿井下,用于3.3~10 kV各种橡套电缆、交联电缆等电缆间的终端连接,也可将其一半防爆联接筒接到移动变电站的高压开关上,作为移动变电站进线电缆接线之用,以便互相插接。

    1.3 使用条件

    1)环境气压为 86~110 kPa;

    2)环境温度为-20~+40℃;

    3)空气相对湿度不大于95%(+25℃时);

    4)具有甲烷爆炸性气体混合物的煤矿井下;

    5)无显著摇动和剧烈冲击振动的环境;

    6)在无破坏绝缘的气体或蒸汽的环境中;

    7)能防止滴水的地方;

    8)污染等级为3级;

    9)安装类别为Ⅲ。

    2 传统高压电缆连接方法

    2.1 分叉法

    传统的连接方法中,最受青睐的便是分叉连接法,在需要连接的地方,将电缆内部的芯线拆分为均等的两部分,然后从两端缠绕在另一端上,最后再在缠完的芯线上拧上螺母,保证连接的稳定。

    2.2 卡爪加垫片法

    除了上述的分叉法,还有一种连接方法也使用的较多,便是卡爪加垫片法,如图1所示。这种方法相比于分叉法又更进一步,在连接处增加了底部卡爪,使得电缆线被固定在设定好的方向,不会因为其他部位的拖动而产生沿连接柱周向位移,同时还带有垫片,让纵向连接更加可靠。

    2.3 专用连接头

    在上述两种方式都出现之后,随着不断的发展,又改进出了专用的连接头,如图2所示。此种连接头既不需要将电缆线头分叉,也不需要特意去配备螺母,只需铜线鼻和自带的螺栓就能够完成连接,在使用十分的方便快捷,对工人的熟练程度要求也不是很高。

    图1 卡爪加垫片法

    图2 专用连接头

    3 传统高压电缆连接方法的缺点

    3.1 分叉法缺点

    分叉法最大的缺点就是操作复杂,必须依赖于有经验的工人才能完成,而且完成的速度有限,消耗的时间较长。此外,连接的质量也无法保证,具有很大的随机性。

    同时,分叉法连接方式导致的自带误差,主要由于连接的接触面积不充分。假如规定需要的电缆为290 mm2,选用300 mm2电缆,连接后实际接触面积可能仅为270 mm2,这就导致按照规定去检修却仍然留下安全隐患,长期使用后表面发热,外皮老化,严重时会产生火灾事故。

    3.2 卡爪加垫片法缺点

    因为连接方式的本质接近,卡爪加垫片法的缺点与上述分叉法一样操作复杂,依赖于有经验的工人才能完成,而且完成的速度有限,消耗的时间较长。此外,连接的质量也无法保证,也同样具有很大的随机性。

    3.3 专用连接头的缺点

    按照国家的最新规定,要求高压10 kV下,其电气间隙的最小允许值为125 mm[1]。这样的要求目的在于保障供电安全,不至于在连接处形成放电以及短路等不安全现象。但是,在使用专用连接头后,其电气间隙无法达到国家要求的125 mm,这就留下了一个很大的安全隐患。

    4 对传统高压电缆连接器的改进

    传统高压电缆连接器在使用中,最大的缺点就是连接速度太慢,对工人的要求高,连接一次的损耗较大,甚至安全要求不达标。因此,需要对高压电缆连接器进行二次改进,主要就是要对其连接部位的卡爪进行改进,使得连接方便,同时满足设备本身达到本质安全,不会因为装置的固有缺陷而违背国家的安全规定。

    常用的几类连接装置存在的缺陷表明高压开关的连接装置要保证以下三点:一是保证所连接电缆两端接触面积;二是保证连接部位的强度,不会因为周围部位的拖动和拉伸而松动或者滑落;三是保证高压开关内部接线空腔的大小要满足国家规定的安全电气间隙。

    在以上分析的基础上,总结原有的各类装置特点,改进设计了新型的防爆高压开关卡爪装置。该装置由金属垫块、固定螺栓以及螺栓卡爪组成,其结构示意图如图3所示。改进后的装置舍弃了传统开关中将电缆接头处缠绕在接线柱上这一操作,直接将电缆插入相应位置中,再进行固定即可,如图4所示。改进保留了原有传统结构简单的优点,通过螺栓卡爪,将高压电缆的接触面积达到了最大化,固定螺栓则保证了不会因为周围部位的拖动和拉伸而松动或者滑落,同时,预留的空间完全符合国家规定的安全电气间隙。

    5 改进后的新型防爆高压开关卡爪装置的优点

    图3 新型防爆高压开关卡爪结构示意图

    图4 新型防爆高压开关使用图

    1)结构简单,没有多余的配件,使得连接和检修都十分的快捷,减少了工人的劳动强度,降低了对工人熟练度的硬性要求;

    2)设计合理,即保证了接触的面积,又保证了电气间隙,所有的设计都满足了国家规范;

    3)连接处很稳定,不会因为周围部位的拖动和拉伸而松动或者滑落;

    4)在连接的时候,不需要把两端的电缆拔出,使得操作过程的安全性大幅度提高。

    6 实际应用

    在山西潞安高河矿井下北一盘区变电所、西一盘区变电所、西一盘区2号变电所,将原有的高压开关替换为改进后的新型防爆高压开关卡爪装置,使用前存在着如下问题:

    1)井下工人接线时间较长。这样就导致了每次只能对一个地方的电缆线进行相应的操作,无法多处开工,井下的工作进度因此受到了很大的影响。

    2)原有的接线方式要对电缆进行预处理,随机性很大,很小的失误就会导致处理后的电缆无法使用,必须再取一段进行重新处理,因此,电缆的损耗很大,造成了很多不必要的浪费。

    在更换了新型防爆高压开关卡爪装置后,上述问题得到了很好的改善[2],以时间损耗为参考标准,如表1所示,改进前后的时间耗损有了很大的区别。

    在经济成本方面,改进后的新型防爆高压开关卡爪装置也为企业带来了直观的经济收益,如下页表2所示。

    表1 新型防爆高压开关卡爪装置使用前后时间损耗对比

    项目 改进前 改进前人工接线速度/(根·h-1)51故障时间/(h·a-1)252每根电缆损耗长度/m 0.5 0

    表2 新型防爆高压开关卡爪装置效益表

    材料加工费(单件)/元 150人工费用(单件)/元 35设计数量/件 162投资总计/万元 3增加安全生产时间/(h·a-1)25增产煤量/万t 2.33吨煤利润/(元·t-1)73新增利润总计/万元 190.9

    7 结论

    改进后的新型防爆高压开关卡爪装置在投入实际使用一段时间后,井下高压电缆的连接时间缩短为原来的1/5,因为接线工艺造成的故障时间降低到原来的8%,使用后的电缆损耗为零,从工人劳动强度降低和直接经济收益两方面一起来看,在使用时间段内,总计为企业新增加收入190万元。除此以外,新型防爆高压开关卡爪装置结构精巧,适合于批量生产,具有极大的推广价值。

     
    (文/小编)
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