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低压成套开关设备母线载流量与截面选择及试验验证近年来随着我国农村及城市建设的发展，越来越多地需要大量的低压成套开关设备及其配套设施，由此出现了多种型号及规格的低压成套开关设备，对于不同型号及规格的低压开关设备由于其基本结构、母线的排列方式、外形尺寸及其元器件选用的不同，其母线截面选择亦有不同。下面对于工频(50Hz)下的母线载流量与截面选择进行一下分析。l低压成套开关设备产品国家强制性标准的要求1.1国家标准对开关设备母线系统的一般要求在低压成套开关设备和控制设备的国家强制性标准(GB7251.1一eqvIEC439—1)中，对连接母排的设计、选型、安装等都提出了许多具体要求，这些要求是：(1)在低压成套开关设备和控制设备中，母线是“～种可与几条电路分别连接的低阻抗导体”;(2)在成套设备进线部位，安装的是主母线一连接一条或几条配电母线和出线单元的母线：(3)分母线：组成主母线的并联导体;(4)配电母线：框架单元内的一条母线它连接在主母线上并由它向出线单元供电。母线通常在设备中起着电能传输作用，是完成电气连接用的一种导体。它还要承载着故障状态下、异常大的短路耐受电流和短路峰值电流的考核，连接导体可以根据相关短路保护电器负载侧的衰减后的短路强度来设计。例如：一个回路预期的短路电流是100kA，采用的短路保护器件分断能力也是100kA，而流过的峰值电流只有50kA的分支母线仅需承受己衰减的电流。母线的工作环境条件是24h平均温度为+35℃，它还要耐受工作中的温升。要经得起正常使用时，可能遇到的潮湿影响(GB7251.1的7.1.1条)。母线安装时，如果是主电路，要有良好的绝缘支撑和保持一定的极与极之间、带电部件与接地部件之间的电气间隙，应能承受额定冲击耐受电流的冲击(在一条长母线上，保持绝缘支撑件的一定数量与相应距离一经型式试验验证的)。1.2母线选择的一个重要数据—截面母线截面根据母线在成套设备内部安装位置及起的作用，在标准中，已有若干规定(GB7251.1的7.5.5.1条和7.8.1条、7.8.2条、表8、表9等)。相关的因素是：(1)母线材质、截面形状、电流密度：(2)母线在设备内的不同部位、布置、固定;(3)母线的支撑件、固定件的选型：(4)耐受电动力、热应力：(5)母线系统设计结果要通过型式试验验证。2母线截面选择母线截面选择的指导文件有1EC439—1低压成套开关设备和控制设备第一部分型式试验和部分型式试验成套设备中对于外接试验导体的截面积规定[1]，和IEC890用外推法检查低压成套开关设备和控制设备通过部分型式试验成套设备的温升中对于用来作为电器和母线之间的连接的裸导体的规定[2]。2.1外接试验导体截面积的规定IEC439—1低压成套开关设备和控制设备第一部分：型式试验和部分型式试验成套设备中对于外接试验导体的截面积规定见表[1]。表1中给出的同等载流量的截面是考虑到所有开关设备和控制设备的情况，无论大小柜体，产品类型等，并且是型式试验时所用母排，因此要偏大些，以适应所有情况，以便通过型式试验。结论是：表1给出的是同等载流量的所取最大截面。2.2裸导体的操作电流和功率IEC890用外推法检查低压成套开关设备和控制设备，通过部分型式试验，如成套设备的温升试验，可以对连接电器和母线之间的裸导体的操作电流和功率进行理论计算，并得出结果。见表2[2]。2.3不同环境温度、不同母线温度时的载流量计算在上述表2中给出的是导体周围空气温度分别为35℃及55℃，及导体允许工作温度65℃时不同截面的载流量。若导体周围空气温度为其它温度或导体允许工作温度不是65℃时，可利用下列的曲线图(见图1)求出修正系数进行修正。图来源于德国国家标准DIN4367l，在欧共体中已得到广泛引用。这样，则可以说：表2及图1给出的是：母排截面的中间值(理论值)：图中的基准点是当周围环境温度平均值35℃，而母线工作温度65℃时，修正系数定为l。例如求当周围环境温度平均值35℃、而母线工作温度70℃时的修正系数为1.09。也耕是说在周围环境温度平均值35℃、，而母线工作温度65℃时，所选截面35mm2。、可通过l00A电流，若允许母线工作温度70℃时，该截面母排可通过109A电流。再如表2中，母排尺寸20mm×5mm截面99.1mm2，在周围环境温度平均值35℃，而母线工作温度65℃时，允许通过电流218A。当周围环境温度平均值25℃、而母线工作温度65℃时，允许通过电流则为218×1.17=255(A)。可给出公式：电流最终值=系数Ⅳ×电流基值/A;K为温度修正系数，由图查出。表2及图1给出的是既考虑到导体周围温度及导体本身温升，不同柜型(含密封柜)，不同母排数量(每相的导体数)后的同等截面的允许电流和功耗。这样则可以说：表2及图1给出的是：母排截面的中间值(理论值)。3通过型式试验验证的母线载流量与截面积3.1通过型式试验验证的母线载流量与截面积根据多年的实践经验通过大量试验验证母线裁流量与截面积见表3。3.2母线载流量与截面选择的试验验证3.2.1以某公司生产的系列低压成套开关设备产品为例，其主母线规格和额定电流经试验验证符合标准要求，测试其温升数据见表4。由表看全部温升值均为合格。求取全部温升值的算术平均值为61.3K，最大值为69.7K，相当于平均值的114%，最小值为32.1K相当于平均值的52.4%，再求主断路器中相算术平均值为62.9K，最大值为69.7K，相当于平均值的111%，最小值为54K相当于平均值的85.9%。结论是均在允许范围内。GCK柜的温升断路器中相温升69.7K为统计最大值，说明柜内安装过于紧凑、通风条件不好，但也是在允许范围(70K)内，所选各规格母排截面均是可行的。3.2.2以数十家低压开关柜产品为例，验证额定电流为2500A元器件选用相同的框架等级，相同截面的母线温升试验测试数据见表5。由表5看全部温升值均为合格。求取全部温升值的算术平均值为59.4K，最大值为68.8K，相当于平均值的116%，最小值为39.5K相当于平均值的66.5%，再求主断路器中相算术平均值为61.7K，最大值为68.8K，相当于平均值的112%，最小值为40K相当于平均值的64.8%。结论是均在允许范围(70K)内，所选规格母排截面均是可行的。3.2.3相同的额定电流，相同截面的母线温升测试数据统计图见图2。4结论根据标准，通过理论计算和试验可得出基本结论：为了使型式试验通过，同样载流量时，应给出所取截面的最大值，按表l选取。为了适应各种柜型和柜体的需要，充分考虑母排工作周围温度及温升，应先给出中间值(理论值)，按表2选取，然后通过温升外推法(见IEC890“用外推法检查低压成套开关设备和控制设备通过部分型式试验成套设备的温升”。)进行验算，以证明其是占符含允许温井要求：一般的经验是在理论值基础上，在防护等级大于IP40，且无通风情况下，选取截面上升(扩大)一个档次。(试验证明，否则母线温升将接近90K。)对大多数的低压开关设备和控制设备及各种开关柜、控制柜，则应按照经济原则选取截面。按表3选取。经济原则的出发点为：既满足低压开关设备和控制设备及各种开关柜、控制柜安全运行要求(母线温升不超过规定要求，不要影响安装在柜内的其他元器件的正常工作，不要影响绝缘件的绝缘性能，破坏系统的绝缘配合)，而又不使成本上升，做到性能价格比适中，物美价廉。母排温升的规定值取决于支撑母排的母线架(如母线框及绝缘子)允许工作