一款清障砍刀絕緣手柄護套的研制與應用

摘 要：研制了一款清障砍刀絕緣手柄護套，該絕緣護套可以與刀柄分離，兼用于其他非絕緣工器具，提高了清障砍刀等工器具的絕緣水平。

關鍵詞：絕緣;護套;清障砍刀

1 研制背景

輸電線路長期在開放的外部環境中運行，線路下方經常有桉樹、松樹等高桿植物，威脅電力線路的安全運行，這些高桿植物通常被稱作樹障，因此輸電專業一項經常性的工作就是清除線路保護區內部的高桿植物。砍刀是清障常用的工具之一，但部分清障砍刀的手柄缺少絕緣性能，給作業人員的日常電力作業造成很大風險。

2018年廣東電網內部發生了一起作業人員因使用鐵質手柄砍刀清障，誤砍到帶電線路，造成1人死亡的人身事故，為此廣東電網將鐵質手柄砍刀列為“奪命工具”，全省范圍內開展了清理“奪命工具”的行動，利用木柄砍刀替換已有的鐵柄砍刀。清障砍刀作為班組日常常用的工器具之一，數量較多，木柄砍刀數量無法在短時間內滿足日常應用需求，而且木柄砍刀的絕緣性能也參差不齊，缺少理論上的絕緣水平驗證。因此，本文研制了一款清障砍刀絕緣手柄護套，以提升清障砍刀絕緣水平。

2 清障砍刀絕緣手柄護套設計

本文研制了一款清障砍刀絕緣手柄護套，解決了現有清障砍刀手柄絕緣水平參差不齊，部分木質手柄長度不足等問題。

2.1 ? ?護套設計

現階段生產班組所應用的砍刀手柄均為木質，手柄沒有統一的標準，有如下缺點：（1）質地不一，良莠不齊。統一購置的木質手柄長度約300 mm，手柄較短，在日常工作中使用較為費力，班組員工常就地取材，拾取一些硬質木料，稍作修整用作手柄，這種手柄表面有毛刺，木料較為彎曲，受力不均勻，且容易刺到手。（2）絕緣水平不等。木料的絕緣水平由木質內部水分決定，且木質手柄受環境的影響，會出現腐爛現象，腐朽木材的金屬元素含量明顯增加，使得木材電阻大幅減小，絕緣性能降低[1]。（3）木質材料較硬，長時間清理樹障過程中會造成人員手部磨傷。

針對以上問題，結合班組員工的日常使用習慣，本設計的初步設計思路為清障砍刀絕緣手柄護套應用絕緣硬質材料作為基礎骨架，可以在一定范圍內適應不同直徑的手柄，在調查班組員工的操作習慣后，將絕緣護套的長度初步設定為500 mm，絕緣硬質材料表面覆蓋絕緣橡膠，進一步提升絕緣性能，整體絕緣性能應達到35 kV絕緣水平。

清障砍刀絕緣手柄護套按照設計思路進行了圖紙設計，如圖1所示。結構1為砍刀刀頭;結構2為清障砍刀木質手柄，直徑為30 mm;結構3為適應多種直徑的變徑螺旋，整體為前粗后細的楔形結構，管外前端直徑38 mm，后端直徑36 mm，管壁沿縱向開4條長50 mm、寬5 mm的縫，達到在一定范圍內適應多種直徑的作用;結構4為緊固螺栓，由于下部螺旋采用前粗后細的結構，逆時針旋轉螺栓時螺栓向上移動，使得螺旋的縫隙減小，起到緊固作用，緊固螺栓外徑60 mm，內孔直徑37 mm;結構5為絕緣硬質材料，為絕緣護套的主骨架，可增加絕緣性能，其管內直徑34 mm、長500 mm、厚2 mm;結構6為絕緣橡膠，絕緣橡膠套需緊緊貼附于主骨架外部，起到絕緣作用，同時增加握持的舒適度。

2.2 ? ?材料選擇

（1）主骨架絕緣硬質材料（結構5）選擇。在開展樹障清理過程中，主骨架承受剪力作用，因此本設計主要考慮材料的硬度和絕緣性能，篩選了市面常見的絕緣硬質材料后，在玻璃纖維管和尼龍66兩種材料中作選擇。玻璃纖維管的絕緣性能優于尼龍66，但是其抗剪切能力較弱。而尼龍66作為一種工程塑料，其力學性能優異，拉伸強度為72.6～76.5 MPa，沖擊韌性在有間隙的條件下可大于3 J/cm2，硬度約HB12.7;絕緣性能在吸水率1%的情況下，4 mm厚的尼龍66樣品，擊穿電壓約為54 kV[2]，尼龍樣品厚度、吸水率對擊穿強度的影響如圖2所示。綜合考慮作業過程中的受力特點和絕緣要求，本設計選擇尼龍66作為主骨架。

（2）變徑螺旋（結構3）和緊固螺栓（結構4）材料選擇。變徑螺旋要與主骨架進行連接，同時對其硬度和絕緣性能也有一定的要求，因此同樣采用尼龍66材質，這樣變徑螺旋和主骨架間可以采用一體化結構，省去不同材質間的連接，解決連接處的絕緣和受力薄弱問題。緊固螺栓則采用和變徑螺旋相同的材質，可以實現有效結合。

（3）絕緣橡膠（結構6）材料選擇。主骨架由于采用尼龍66材料制作，為減輕護套重量，厚度約為2 mm，根據實驗數據得其耐壓水平在25 kV左右，絕緣性能有所不足，因此絕緣橡膠材料的選擇主要考慮解決主骨架絕緣不足的問題。經過比對，本設計選擇冷縮35 kV絕緣套管作為表面覆層，該種材料易獲得，無需加工，抽出內芯即可使絕緣護套冷縮貼附在主骨架外，材料的電氣性能優異，能夠承受35 kV工頻耐壓1 min不被擊穿，完全滿足設計需求。

3 清障砍刀絕緣手柄護套加工與組裝

3.1 ? ?加工機械

清障砍刀絕緣手柄護套采用C6140車床加工，該車床床身導軌超音頻淬火，床身導軌周邊磨削，精度高，主軸通孔直徑52 mm，符合國際標準ISO-C6，主軸箱齒輪精密磨削，噪聲低。床身上最大回轉直徑400 mm，刀架上最大工件回轉直徑225 mm，加工最大工件長度1 500 mm，馬鞍內回轉直徑550 mm，回旋長度260 mm。

3.2 ? ?護套加工

（1）主骨架和變徑螺旋的加工。應用直徑為40 mm的實心尼龍棒作為加工材料，一體化加工主骨架和變徑螺旋。根據設計圖紙中的護套長度裁剪備料，注意需要比實際留長5 mm，用于裝夾在車床上，即備料長度為505 mm。第一，利用車刀車好外圓，外圓直徑38 mm。第二，利用車刀車兩端楔形結構，前端直徑38 mm，后端直徑36 mm，形成楔形。第三，利用車刀加牙，形成外部螺紋，螺距1.5 mm，螺紋深度1 mm。第四，加工中間通孔，用直徑31 mm的鉆頭打中心孔，形成尼龍管材結構，管壁厚度2 mm，管內直徑34 mm。第五，利用立式銑床對兩端變徑螺旋開縫，管壁沿縱向開4條長50 mm、寬5 mm的縮位槽。

（2）緊固螺栓的加工。緊固螺栓所需要的尼龍基材要更粗一些，選用直徑60 mm的實心尼龍棒進行加工，用直徑37 mm的鉆頭打中心孔，再利用車刀車出內絲，最后在緊固螺栓表面開槽，增大旋轉時的摩擦力。

（3）表面絕緣橡膠加工。對35 kV冷縮絕緣護套進行再開發利用，選用240～400 mm2截面的冷縮護套，收縮前內徑為70 mm，收縮后內徑為30 mm，護套外徑為38 mm，收縮后能夠貼合護套主骨架外表面，截取35 kV冷縮絕緣護套380 mm，將其套在主骨架上，抽出內部擴張塑料芯，絕緣護套完全貼合。

經過上述步驟，護套各部分加工完畢，將緊固螺栓裝入變徑螺旋，清障砍刀絕緣手柄護套即形成成品。

4 清障砍刀絕緣手柄護套試驗

清障砍刀絕緣手柄護套為新型設備，暫時沒有對應的試驗標準，因此引用35 kV絕緣桿的試驗項目對其進行試驗。35 kV絕緣桿耐壓試驗要求試驗電壓95 kV，耐壓時間1 min，無明顯發熱，未擊穿的絕緣桿為合格。絕緣桿電氣試驗標準如表1所示。

試驗時，將電極接在清障砍刀絕緣手柄護套兩端，調節穩壓器和調壓器，緩慢為試驗變壓器升壓，達到95 kV的額定電壓時開始計時，耐壓試驗需持續1 min，1 min后降壓，試驗結束。觀察試件表面，未發現過熱和電壓擊穿的痕跡，試驗合格。

5 現場應用

將該項目成果投入生產班組日常清障作業中，在清理220 kV金利甲乙線線路保護區內樹障時得到應用。對于可替換的砍刀手柄，將原有手柄拔出，替換上標準木質手柄，套入絕緣手柄護套，將緊固螺栓扭緊至用手拔砍刀無法抽出、搖晃砍刀不晃動即可。樹障清理過程中，砍伐樹木后緊固螺栓依然緊固。作業共清理樹木2 310棵，應用時長30天，經過現場驗證，有效解決了現有砍刀刀柄絕緣水平和長短、質地不統一的問題，保障了作業人員的人身安全。

[參考文獻]

[1] 鮑震宇.腐朽對木材電阻的影響研究[D].哈爾濱：東北林業大學，2015.

[2] 蔡凡一，薛健，周柏杰，等.吸水性對中壓絕緣用尼龍66電氣性能的影響[J].工程塑料應用，2015，43（11）：87-90.

收稿日期：2020-11-13

作者簡介：王冠宇（1988—），男，吉林榆樹人，工程碩士，工程師，研究方向：輸電線路。