[发明专利]一种高压电缆接头防爆装置泄能孔的开口方式设计方法

说明书

本发明提出了一种高压电缆接头防爆装置泄能孔的开口方式设计方法，在泄能孔开口部位加装密封部件以及弹簧压紧装置，不但具有防水、防潮性能，还能保证当电缆接头发生爆炸时开口部位能够可靠打开。根据高压电缆接头防爆保护装置现场运行实际运行保护需要，以高压电缆接头发生电弧击穿放电故障、甚至爆炸事故时，防爆保护装置能够正常泄流为前提，确定弹簧材料、个数、分布位置和弹性系数，并提出了对泄能孔加入弹簧压紧装置后，高压电缆接头防爆装置的壁厚设计方法。本发明提出一种高压电缆接头防爆装置泄能孔的开口方式设计方案能够有效当电缆接头发生爆炸时开口部位能够可靠打开，同时保证高压电缆接头在日常使用时达到防水密封效果。

技术领域

电力系统与设备---高压电缆接头防爆设计

背景技术

电力电缆中间接头是绝缘薄弱环节，易发生绝缘击穿，引发电力电缆中间接头爆炸事故。爆炸事故极易引发电缆火灾，造成人员和设备的损伤。为了降低电缆接头爆炸引起的二次事故，必须采用高压电力电缆中间接头防爆装置。

当保护装置为密封环境时，由于电弧放电产生的大量能量无法释放，对保护装置的结构稳定性提出了巨大考验，因此，需要对高压电缆接头防爆装置设计的关键在于设置合适的能量释放方式以及时释放电弧瞬间产生的能量。通常，高压电力电缆接头防爆装置均采用了泄能孔以有效吸附爆炸产生的巨大冲击力、降低爆炸释放的大量热量温度、同时起到减震作用等要求。然而，目前针对泄能孔的设计大都凭借生产厂家的经验设计，缺少理论支撑和计算方法，在实际应用中存在较大的偏差，无法达到最优化设计，也无法起到良好的防潮密封作用。为解决这一问题，本发明提出一种新型高压电缆接头防爆装置泄能孔的开口方式设计方法，保证电缆接头爆炸时开口部位能够可靠打开，同时在电缆正常运行时具有防水、防潮性能。并提出了以弹簧拉伸泄能方式下，防爆装置的壁厚设计方法。

发明内容

根据现有高压电缆接头防爆装置泄能孔的开口方式设计存在的缺陷，本发明提出一种新的高压电缆接头防爆装置泄能孔的开口方式设计方案，这种泄能孔开口部位整体由限高螺栓、压紧弹簧装置、上盖板和开口法兰等几个部分共同构成，弹簧压紧装置和限高螺栓分别均匀分布在出气口四周，起到固定上盖板和出气口的作用。这种高压电缆接头防爆装置泄能孔的开口方式在压紧状态下的主视图如图1所示，产生最大位移状态下的主视图如图2所示。为清晰显示密封螺栓和压紧弹簧装置的具体位置，泄能孔的俯视图如图3所示，弹簧压缩保护装置整体侧视图如图4所示。该装置的工作原理为：正常使用状态下，压紧弹簧装置处于压缩状态，能够有效压紧上盖板，保证出气口的防水性和密封性。在高压电缆接头发生电弧击穿放电故障、甚至爆炸事故时，产生的巨大冲击力由出气口冲至上盖板处，使上盖板发生位移，弹簧发生形变，爆炸产生的巨大冲击力和电弧瞬间产生的能量得到释放。

(1)弹簧材料选择

弹簧材料对弹簧性能通常具有决定性的作用。弹簧材料的分类可以分为金属材料和非金属材料两大类，其中压缩弹簧通常采用金属材料。目前，弹簧常用的金属材料都是油淬火回火钢丝，硅锰弹簧钢丝居多，采用GB5218标准，交货状态分为冷拉(L)、退火(T)、正火(Zh)、高温回火(Gh)和银亮(Zy)等5种。不同的材料工艺、不同的国家标准、不同的钢种对应的化学成分均不相同，不同企业对弹簧钢的标准执行也相当严格。另外，压缩弹簧钢丝必须控制好化学成分、力学性能、脱碳、表面质量等指标，严格控制原材料用钢的非金属夹杂物等，保证理论剪切应力与实际的一致。所以应当优先考虑行业推行的标准规定，经过综合考虑，最终确定弹簧的材料、截面形状和尺寸。

(2)弹簧弹性系数确定方法

由于弹簧在发生弹性形变时，弹力的大小F跟弹簧伸长(或压缩)的长度x成正比，因此可以根据选定的弹簧的弹性系数，计算对应的弹簧拉力。在正常情况下弹簧处于压紧状态，能够对上压板起到较好的拉紧作用，有效密封泄能孔。在高压电缆接头发生电弧击穿放电故障、甚至爆炸事故时，由于密封空间内电弧释放的能量无法得到释放，泄能孔内部气压随时间迅速上升，当内部气压对泄能孔弹簧的作用力大于弹簧自身的压缩力时，密封盖被弹开，泄能孔开始泄能。