摘要：耐张线夹是输电线路的重要金具之一，用于将导线或地线固定在非直线杆塔的耐张绝缘子串上，起锚固及导电的作用。随着电网的快速发展，电压等级越来越高，输电线路越来越密集，由于耐张线夹数量庞大，且有些线路运行年数最长已达30年，耐张线夹的性能缺陷已成为影响电网安全稳定运行的重要因素。本文针对钢芯铝绞线耐张线夹不压区在冰区易发的冻胀隐患缺陷进行研究分析，提出一种钢芯铝绞线耐张线夹不压区防冻胀填充胶带方案。
关键词：耐张线夹,冻胀,冰区
耐张线夹是用来将导线或避雷线固定在耐张绝缘子串上的金具，以承受导线张力，是输电线路的重要金具之一，也是架空输电线路的重要连接部位。
液压型耐张线夹由铝管和钢锚组成，钢锚用来接续和锚固钢芯铝绞线的钢芯，铝线连接在铝管上，铝管连接在钢锚的根部，起到机械固定和通流的双重作用。
如耐张线夹存在缺陷，将严重影响架空线路安全运行。近年来，电力运维人员在巡检过程中多次发现冰区输电线路出现不压区鼓胀这类耐张线夹缺陷，甚至发展为开裂，而耐张线夹这类缺陷无法快速消除，对线路安全运行造成影响。
造成缺陷原因主要是导线压接后铝股、钢芯线股之间仍存在细微间隙，形成渗水通道，雨水通过间隙进入耐张线夹。耐张线夹钢锚的尾部有台阶状的突起部分，且尾部为铝管直接压接在钢锚上，经过压接后较为密实，耐张线夹的尾部形成密封空间。当耐张线夹存在一定仰角，且端部向下的情况下，线路长时间在户外运行，雨水沿着渗水通道，经过铝管、钢芯线股，进入耐张线夹的不压区，由于尾部相对密封，积水无法排出，造成耐张线夹不压区积水长期存在。当环境温度下降至冰点，不压区积水结冰膨胀，而耐张线夹不压区部分由钢锚和铝管组成，铝管部分因结冰膨胀受力变形，随着运行时间的累计，夏冬季节交替重复使不压区积水逐渐增多，铝管变形也逐渐加剧，冻胀程度发展到一定程度，耐张线夹不压区产生鼓包甚至纵向裂纹。
为了解决耐张线夹不压区冻胀这个问题，提出一种钢芯铝绞线耐张线夹不压区防冻胀填充胶带的方案，以具有弹性的聚合物填充胶带缠绕在不压区钢锚上，通过填充胶带减少不压区腔体的间隙，减少不压区积水体积，从而降低冻胀的可能性。
1现有解决方案
方案一，将出现冻胀缺陷的耐张线夹更换为带注脂孔的耐张线夹，通过在耐张线夹注脂的方式防止耐张线夹不压区冻胀。在压接铝管前，向管内注射电力脂。铝管压接后，电力脂填满耐张线夹铝管不压区，能够防止雨水沿渗水通道进入形成积水，进而可避免积水结冰冻胀。电力脂具有良好的耐高温、耐潮湿、抗氧化、抗化学腐蚀等优点，但是电力脂在气温较低的冬季无法注入不压区，使用时间受限制。电力脂使用寿命不长，长期运行会逐渐老化、失效，电力脂无法填充不压区整个腔体，腔体的空隙导致铝管不压区又出现积水，最后发展为冻胀。
方案二，将现有的耐张线夹打注脂孔，需对开孔的大小和位置进行校验，避免对耐张线夹的受力造成影响，开孔后对不压区进行注脂，注脂后将注脂孔封堵，避免电力脂流出。
方案三，在无注脂孔的耐张线夹不压区底部打泄水孔，泄水孔的孔径需按标准执行，对作业工艺有一定要求。开泄水孔后，原本耐张线夹不压区相对封闭的环境发生改变，内部的钢锚、钢芯更容易与外界的空气和水分接触，随着运行时间增加，对不压区钢锚有一定影响，容易出现锈蚀缺陷，且无法通过常规的外观检查发现，不利于运维人员及时发现缺陷。
方案四，耐张线夹的钢锚部分完成压接后，在不压区增加铝质衬管，能减少腔体的剩余空间，但是铝质材料无法完全贴合钢锚，存在一定的间隙，积水在不压区的体积较大，无法完全杜绝耐张线夹的冻胀情况。
以上的解决方案都有一定的局限性，无法长期应用在耐张线夹上。需要一种性能更稳定且能够包裹在不压区钢锚上的材料，能完全贴合钢锚，起到包裹的作用，且与铝管的内壁足够贴近，最大程度减少不压区腔体的剩余空间，聚合物填充胶带符合这些要求。
2耐张线夹不压区防冻胀填充胶带
2.1防冻胀填充胶带原理
本文研究一种钢芯铝绞线铝管不压区防冻胀聚合化合物填充胶带，在不压区的钢锚上缠绕防冻胀聚合化合物填充胶带，直至接近不压区内径，再完成后续压接，运行后当雨水通过间隙进入铝管不压区时，因已有聚合物填充胶带，积水的体积较小，当外界气温降低至冰点以下，不压区积水结冰膨胀时，该聚合物因有一定弹性，与铝管相比较硬度更低，积水结冰膨胀后会挤压聚合物，从而避免对铝管挤压，避免了冻胀的现象，当气温回升，积水恢复液态后，聚合物填充胶带会恢复原体积，避免新的积水进入不压区。聚合化合物填充胶带对钢芯有一定包裹作用，能防止钢芯因积水锈蚀。
2.2防冻胀填充胶带选型
聚合物是指那些由众多原子，主要以共价键结合而成的相对分子量在一万以上的化合物。聚合物，也称之为高分子化合物，由千百个原子彼此以共价键结合形成相对分子质量特别大、具有重复结构单元的化合物，可分为无机高分子化合物和有机高分子化合物。
橡胶是一种有弹性的聚合物，分天然橡胶、合成橡胶。按物质特性区分，用型橡胶的综合性能较好，应用广泛，主要有：①天然橡胶。从三叶橡胶树的乳胶制得，基本化学成分为顺—聚异戊二烯。弹性好，强度高，综合性能好。②异戊橡胶。全名为顺—1，4—聚异戊二烯橡胶，由异戊二烯制得的高顺式合成橡胶，因其结构和性能与天然橡胶近似，故又称合成天然橡胶。③丁苯橡胶。简称SBR，由丁二烯和苯乙烯共聚制得。按生产方法分为乳液聚合丁苯橡胶和溶液聚合丁苯橡胶。其综合性能和化学稳定性好。④顺丁橡胶。全名为顺式—1，4—聚丁二烯橡胶，简称BR，由丁二烯聚合制得。与其他通用型橡胶比，硫化后的顺丁橡胶的耐寒性、耐磨性和弹性特别优异，动负荷下发热少，耐老化性能好，易与天然橡胶、氯丁橡胶、丁腈橡胶等并用。
特种型橡胶指具有某些特殊性能的橡胶，主要有：①氯丁橡胶，简称CR，由氯丁二烯聚合制得。具有良好的综合性能，耐油、耐燃、耐氧化和耐臭氧。但其密度较大，常温下易结晶变硬，贮存性不好，耐寒性差。②丁腈橡胶，简称NBR，由丁二烯和丙烯腈共聚制得。耐油、耐老化性能好，可在120℃的空气中或在150℃的油中长期使用。此外，还具有耐水性、气密性及优良的粘结性能。③硅橡胶，主链由硅氧原子交替组成，在硅原子上带有有机基团。耐高低温，耐臭氧，耐电。④氟橡胶，分子结构中含有氟原子的合成橡胶。通常以共聚物中含氟单元的氟原子数目来表示，如氟橡胶23，是偏二氟乙烯同三氟氯乙烯的共聚物。氟橡胶耐高温、耐油、耐化学腐蚀，绝缘性好。⑤聚硫橡胶，由二卤代烷与碱金属或碱土金属的多硫化物缩聚而成。有优异的耐油和耐溶剂性，但强度不高，耐老化性、加工性不好，有臭味，多与丁腈橡胶并用。此外，还有聚氨酯橡胶、氯醇橡胶、丙烯酸酯橡胶等。
填充胶带选型以市面成熟的产品考虑，获取途径方便，也便于后期加工。从材质、尺寸这两个维度去选择。硅橡胶因具有优异的耐热性、柔韧性、耐候性、绝缘性，综合考虑，拟采用硅橡胶做研究对象之一。
选型一是自融硅胶带。自融硅胶带是一种高温抗弧不留痕迹的阻燃胶带，具有良好的从形性和绝缘性，可在-60℃~250℃下长期工作，应急过载温度达300℃,具有抗爬电、抗电弧特性，耐候性优越，具有抗氧化、抗臭氧、抗紫外线特性，阻尼减震、防电晕、防闪络，维护方便减少操作时间，只粘合自身，容易与被缠绕物剥离。尺寸方面，厚度为0.8mm，宽度为50mm。耐热性方面，在130℃2h无流淌、龟裂、变形。低温柔性方面，-40℃下无裂纹。拉伸性能方面，拉力≥162N/50mm，最大拉力时延伸率≥224%，断裂延伸率≥254%。
选型二是3M背胶硅胶带。3M背胶硅胶带材质也是硅橡胶，具有抗高温、抗冻、减震的特性，不具有自粘性，硬度较自融硅胶带高。尺寸方面，厚度为1mm，宽度为10mm。耐热性方面，在130℃2h无流淌、龟裂、变形。低温柔性方面，-40℃下无裂纹。拉伸性能方面，拉力≥162N/50mm，最大拉力时延伸率≥248%，断裂延伸率≥262%。
选型三是醋酸布胶带。醋酸布胶带材质为纱布纤维和高粘胶体。醋酸布胶带具有高粘性、耐高温（长期80℃,短期120℃)、抗老化、易手撕、高绝缘的特性。尺寸方面，厚度为0.5mm，宽度为10mm。耐热性方面，在130℃2h无流淌、龟裂、变形。低温柔性方面，-40℃下无裂纹。拉伸性能方面，拉力≥153N/50mm，最大拉力时延伸率≥213%，断裂延伸率≥215%。
选型四是丁基胶带。丁基胶带是由丁基橡胶与聚异丁烯等主要原料共混而成，按照特殊的生产配方，采用最新技术，选用优质特种高分子材料，经过特殊的工艺流程生产出来的环保型无溶剂密封粘结材料。丁基胶带不但有良好的密封性、粘附性和阻尼减震，而且使用方便。丁基胶带具有高延展、抗老化、高绝缘、高防水的特性。尺寸方面，厚度为0.8mm，宽度为24mm。耐热性方面，在130℃2h无流淌、龟裂、变形。低温柔性方面，-40℃下无裂纹。拉伸性能方面，拉力≥151N/50mm，最大拉力时延伸率≥262%，断裂延伸率≥239%。
3耐张线夹冻胀模拟实验
采用特别设计的耐张线夹冻胀模拟实验，验证耐张线夹不压区填充胶带防冻胀的原理及分析结论。本实验选择自融硅胶带、3M背胶硅胶带、醋酸布胶带、丁基胶带做填充物胶带，设置一组无填充物的参照组。耐张线夹型号为240/40，适用于240/40的钢芯铝绞线，选择同一厂家生产批次的产品，减少样本误差。
对耐张线夹进行清洗，用汽油清洗铝管内壁的油垢，用棉丝清除导线穿管范围内铝线表面和裸露钢芯部分的油垢。量取钢锚的长度后进行剥线，将钢芯插入钢锚后，按压接规范完成钢锚压接，对钢锚表面毛刺、飞边进行打磨，将填充物胶带缠绕在压接后的钢锚上，缠绕后的直径需小于铝管内径，才能顺利穿入铝管。因胶带本身的厚度、宽度不同，缠绕在钢锚上的层数也有所不同，导致缠绕后的直径有一定的差异，但对实验影响较小。
自融硅胶带缠绕在型号为240/40的耐张线夹不压区钢锚上。因厚度足够，缠绕一层后刚好达到铝管的内径，再进行穿铝管压接。
无填充物的参照组按正常压接流程进行压接，并在耐张线夹上标记为参照组。
为减少实验误差干扰，由同一个作业人员完成完成5组耐张线夹的压接全过程，并在铝管上标记所缠绕填充物型号。以游标卡尺测量5组耐张线夹不压区中心的原始直径并记录。实验过程为。
（1）将5组耐张线夹进行浸水，模拟雨水进入铝管不压区过程，水体完全浸没实验组，浸没时间约半小时。
（2）在浸水过程中，有填充物的4组在浸水1分钟后无明显气泡产生，无填充物的参照组在浸水11分钟后无明显气泡产生，从不压区积水量上分析，有填充物的4组比无填充物的参照组显著降低了不压区的积水。
（3）浸水完成后将5组耐张线夹置于冰柜内，线夹尾部向下，保持不压区积水状态，实验温度为-20℃,冰冻48h。
（4）将5组耐张线夹从冰柜取出浸水，待5组耐张线夹恢复室温后，复测5组耐张线夹不压区中心的直径。
上述实验过程（1）（3）（4）为一次耐张线夹冻胀模拟实验，重复冰冻实验3次，其结果如下。
组别为选型一的不压区直径原始值为38.16mm，第一次实验为38.17mm，第二次实验为38.17mm，第三次实验为38.16mm，直径增加量为0mm。
组别为选型二的不压区直径原始值为38.24mm，第一次实验为38.24mm，第二次实验为38.24mm，第三次实验为38.24mm，直径增加量为0mm。
组别为选型三的不压区直径原始值为38.34mm，第一次实验为38.39mm，第二次实验为38.44mm，第三次实验为38.50mm，直径增加量为0.16mm。
组别为选型四的不压区直径原始值为38.24mm，第一次实验为38.26mm，第二次实验为38.28mm，第三次实验为38.30mm，直径增加量为0.06mm。
组别为参照组的不压区直径原始值为38.20mm，第一次实验为38.75mm，第二次实验为39.52mm，第三次实验为40.50mm，直径增加量为2.24mm。
4组有填充物的耐张线夹不压区表面无鼓胀、无裂纹。参照组耐张线夹不压区中心略微鼓起，无裂纹。结果显示，在冰点以下的低温环境中，存在仰角的耐张线夹不压区内部积水结冰后耐张线夹不压区会发生冻胀的现象，而有填充物的耐张线夹直径基本不变，这进一步验证了本文提出的一种钢芯铝绞线铝管不压区防冻胀聚合化合物填充胶带的有效性。4组填充物的耐张线夹里，硅胶带的耐张线夹不压区直径无变化，验证了硅胶带作为填充物，在3次冻胀实验过程中能防止耐张线夹冻胀现象。对于硅胶带在实际运行环境或长时间的运行状态下，能否保持这种防冻胀的特性有待进一步研究分析。
4结论
本文对耐张线夹不压区冻胀原理及解决方案进行研究分析，提出一种钢芯铝绞线铝管不压区防冻胀聚合化合物填充胶带的方案。从聚合化合物选取与耐张线夹运行环境较符合的四种胶带，并特别设计了耐张线夹冻胀的模拟实验进行验证。在本实验环境下，缠绕硅胶带能有效减少240/40耐张线夹不压区空隙，对比无填充物的参照组，缠绕硅胶带能起到防冻胀的作用。
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