關于100KN鋼芯閉式卡強度計算和使用研究

潘武 楊旻昊

摘? 要：在更改調換單片絕緣子的過程之中，使用100KN鋼芯閉式卡能夠大幅度優化作業的步驟，減少檢修人員的工作量，實現了人力物力的節約，極大程度上提升了檢修作業的運行效率。筆者結合多年工作經驗，深入分析100KN鋼芯閉式卡強度計算和使用情況等，以期為有關方面工作的開展提供部分借鑒與參考。

關鍵詞：100KN;鋼芯閉式卡;強度計算;使用說明

前言

一般而言，架空輸電線路往往被安設在野外的區域，由于其桿塔往往高度較高，其極其容易遭受到各類因素的破壞，尤其是高架空輸電路之中的絕緣子往往會受到人為因素的破壞與影響，也會遭受到自然因素的攻擊與污染，例如雷電攻擊與大氣污染。與此同時，大霧天氣的存在與鳥類的繁殖往往會導致磁覺原子在質量方面存在不穩定性。在機電負荷的強烈作用之下，可能會出現值為0或者值相對較低的情況，這會是大幅度降低絕緣子整體的絕緣能力。當大霧天氣出現時，絕緣子串可能會出現散落現象，短路的電流往往會通過瓷瓶的內部出現發熱或者膨脹現象，絕緣子的鋼帽出現爆炸與碎裂，進而使得絕緣子串出現斷裂導線散落一地的現象，而玻璃絕緣子也會出現自己爆炸的情況，復合絕緣子會在電場的影響之下出現腐蝕與損壞，導致護套出現破碎、壞裂、受潮等現象，其中的新棒也可能被腐蝕，整體的機械能力有所降低。故此，一旦發現絕緣子出現損壞或者故障，就必須第一時間對其進行拆卸、更換、調整，從根本上阻止有關的輸電線安全事故與責任故障的出現。與此同時處理的原則應該為“有修理及時修理，一旦修理保證質量”。在進行輸電線路的檢查與維修的過程之中，檢修人員往往會采用閉式卡，閉式卡是在該過程之中往往會被使用的一種金屬工具。在具體的使用過程之中，應該將其放在需要更換的絕緣子一前一后的兩個鋼帽之上，而后對絲桿進行收緊，并將絕緣子負載的電荷轉移到筆試卡身上，進而實現絕緣子的更改與調換。

1100KN鋼芯閉式卡強度計算

1.1 卡具主要技術參數

表1? 100KN鋼芯閉式卡具技術參數表

工作負荷 材質 卡具中心距

30KN 7A04，σs=412Mpa，σb=490MPa 420mm

1.2主要截面計算

1.2.1對于卡具整體，簡化力學模型，如下圖所示

從上面的圖我們可以看到，A-A截面所處的地方具備的彎矩是最大的，因此應該主要計算這個截面。

1.2.2 A-A截面處的強度計算

（1）A-A處的截面結構如下圖

經過有關計算，該截面的慣性距數值等于：Ia=356684.167mm4

那么，該截面所具有的抗彎截面模量等于W=20381.95mm3

（2）施加在這個截面之上的彎距則為：

M =（P/2）×210=3150000N.mm

那么，其彎曲應力為：

σ=M/W

σ=154.54Mpa <σs=412Mpa/2.5=164.8 Mpa

1.2.3B-B截面處的強度計算

（1）B-B處的截面結構如下圖

經過有關計算，該截面的慣性距數值等于：Ia=200487.6mm4

那么，該截面所具有的抗彎截面模量等于W=13365.84mm3

（2）施加在這個截面之上的彎距則為：

M =（P/2）×95=1575000N.mm

那么，其彎曲應力為：

σ=M/W

σ=117.83Mpa <σs=412Mpa/2.5=164.8 Mpa

1.2.4C-C截面處的強度計算

（1）C-C處的截面結構如下圖

經過有關計算，該截面的慣性距數值等于：Ia=121666.279mm4

那么，該截面所具有的抗彎截面模量等于W=8111.08mm3

（2）施加在這個截面之上的彎距則為：

M =（P/2）×70=1050000N.mm

那么，其彎曲應力為：

σ=M/W

σ=129.45Mpa<σs=412Mpa/2.5=164.8 Mpa

1.3卡芯計算

卡芯由40Cr材料加工而成，σs=785Mpa，σb=980MPa

卡芯截面圖如下：

1.3.1卡芯A-A處主要受剪力，故以剪切計算為主

A-A處剪切面面積A=1648.5mm2

剪切力為P=30000N

故剪切應力為δ剪=30000/1648.5=18.2MPa

取安全系數為2.5，則40Cr的許用剪切應力為：

δ許=785×0.6/2.5=188.4MPa >δ剪=18.2MPa

從這里我們可以直接得出結論，這個截面具備足夠的安全性與一定的強度。

2.B-B處截面處有最大彎矩

（1）B-B處的截面結構如下圖

經過有關計算，該截面的慣性距數值等于：Ia=4361.191mm4

那么，該截面所具有的抗彎截面模量等于W=692.25mm3

（2）施加于該截面上的彎距為：

M =P/4×26.2=196500N.mm

則該截面上的彎曲應力為：

σ=M/W

σ=283.85Mpa <σs=785Mpa/2.5=314 Mpa

1.4卡具兩端的耳片截面計算

耳片截面圖如下：

這個地方的截面出現剪斷現象的可能性較大，因此應該主要進行剪切計算。

剪切面面積A=123mm2

剪切力為P/2=30000/2=15000N

故剪切應力為δ剪=15000/123=121.95MPa

取安全系數為2.5，則7A04的許用剪切應力為：

δ許=490×0.7/2.5=137.2MPa >δ剪=121.95MPa

從這里我們可以看出這個界面具備較強的安全性和一定的強度。

1.5耳片處螺釘的計算

由于該處的螺釘為M14的自制螺栓，屬于工廠的廠標件，具備一定的工作強度，在此就省略計算。

由以上計算可以看出，當卡具在工作過程之中負荷等于30kn的時候，工作是安全的，并且能夠保證2.5倍的安全系數。

2 100KN鋼芯閉式卡的使用

100KN鋼芯閉式卡主要用于輸電線路等電位更換或停電更換及安裝耐張絕緣子。其工作負荷為30KN，安全系數為2.5倍，動試驗負荷為45KN，主體材料為7A04超硬航空鋁合金。

具體的使用及注意事項如下所示：

2.1操作方法

組裝卡具：在地面將100KN閉式卡與絲杠（或其他工具）試裝，確定無誤。通過滑車繩索等輔助工具將100KN閉式卡吊裝于鐵塔。將100KN閉式卡前卡上蓋打開安裝到絕緣子上，合上蓋，擰緊螺帽，將鋼帽抱牢與閉式卡絲杠連接，在與100KN閉式卡后卡上蓋打開安裝到絕緣子上，合上蓋，擰緊螺帽，將鋼帽抱牢在連接閉式卡絲杠。收緊閉式卡絲杠使導線提升一定高度，松弛絕緣子串;摘取彈簧銷;更換絕緣子;拆除步驟與安裝步驟相反。

2.2維護與保養、使用壽命

初次使用需要仔細閱讀使用說明書。卡具存放時，存放處嚴防酸、堿性物質及腐蝕性氣體，以防產品銹蝕損壞。產品在使用、運輸、存放中嚴禁磕碰，以防產品損壞。本產品嚴禁隨意拆卸，長期存放應擦洗干凈，做防護處理。

2.3安全作業注意事項

本產品可用作停電或等電位作業更換絕緣子，作業時應嚴格按照DL5009.2電力建設安全工作規程進行安全作業。一般應該在天氣較為良好的情況之下開展安全作業，雷暴天氣，雨雪天氣，大霧天氣的條件之下，都應該禁止進行安全作業，與此同時當風力超過10米每秒的時候，也應該停止安全作業。如果在安全作業的過程之中遭遇了天氣的劇烈變化，應該立刻停止安全作業的進行，并采取對應的措施來保證作業人員的安全。在進行安全作業之前，應該對使用的有關工具進行安全確認，現場不得使用不合格和非專用工具進行作業。安全作業使用的絕緣支、拉、吊桿、絕緣操作桿、絕緣繩索應符合GB13398和GB13035的規定。

結? 語

綜上所述，100KN鋼芯閉式卡可用于絕緣子的更換，操作起來比較簡單、方便，便利了現場施工人員的施工作業，有效提升了現場施工作業效率，縮短停電時間，能夠帶來較大的社會與經濟效益，并且具備較強的普適性，我們應該大力的推廣和使用。

參考文獻

[1]劉正軍.500kV輸電線路檢修通用型閉式卡具的研制與運用[J].電工技術，2019（19）：113-114+117.

[2]劉寶龍，李昌甫，吳正樹，陸文叁.超（特）高壓輸電線路更換絕緣子專用拉力數顯絲杠裝置研制[J].紅水河，2017，36（02）：70-73.