母线槽培训材料

新型节能母线槽培训材料主讲人：黄吉祥第一章电工基础知识第二章母线槽的参数第三章母线槽的结构第四章母线槽的功能单元第五章母线槽的分类与选用第六章母线槽与电缆的比较第七章联合设计母线槽的特点第八章母线槽工程设计第九章母线槽的认证第一章电工基础知识一、电流额定电流In：是指在规定的周围环境温度下(35℃），导体长期允许通过的电流，它应不小于该回路的最大持续工作电流。在通过此电流时，装置内各部件的温升不超过所规定的限值。短路电流：由于故障或错误连接造成的短路而导致的过电流。额定短时耐受电流Icw：在规定的试验条件下能安全承载的短时（1s）耐受电流方均根值（表明承受热效应的强度，或称热稳定电流）。额定峰值耐受电流Ipk：在规定的试验条件下，此电路能够圆满地承受的峰值电流（表明承受电动力的强度，或称动稳定电流）。二、电压额定工作电压Ue：电网的额定电压。额定绝缘电压Ui：介电试验电压和爬电距离都参照此值确定，最高工作电压不允许超过其额定绝缘电压，成套设备任一电路的工作电压，即使是暂时的，也不得超过其额定绝缘电压的110%。工频耐受电压：在规定的试验条件下，不会引起击穿的工频正弦电压的方均根值。额定冲击耐受电压Uimp：在规定的试验条件下，成套设备的电路能够承受的规定波形和极性的脉冲电压峰值，电气间隙值参照此电压值确定，它应等于或高于成套设备所在系统中出现的瞬态过电压规定值。三、阻抗1）导体的电阻、电阻率和电阻温度系数导体的直流电阻：Rdc=ρL/Sρ—电阻率、与导体材料有关S—导体截面积L—导体的长度导体的交流电阻：在通过交流电流时，由于邻近效应和集肤效应的影响。导体电阻会增大，对大截面母线，其影响不可忽略。Rf=KJKfRdc，Kf：集肤系数，其大小与电流频率，导体形状和尺寸有关。排宽在30-200时，Kf在1.015-1.25之间,导体越宽，交流电阻越大。KJ：邻近系数，载流导体受到邻近导体交变磁感应而产生的涡流，与导体之间距离、导体形状有关，一般取1.03。电阻率和温度有关：ρt=ρ0(1+αt)ρt:导体在温度t时电阻率ρ0：导体在0℃时的电阻率α：导体的电阻温度系数几种常见导体材料的电阻率和温度系数导体材料ρ20(Ω·㎜2/m)α(℃-1)铜0.017774.8×10-3铝0.0294.7×10-3银0.01593.8×10-3锡0.1144.2×10-3铁0.09785.0×10-32）导体的电抗水平排列的矩形母线，当电源频率f=50Hz时，简化计算公式如下X=0.1445lg[(2∏Dj+h)/（∏b+2h）]+0.01884Ω/km式中：Dj：几何均距Dj=(DAB·DBC·DCA)1/3b:导体厚度h:导体宽度由上式可见，导体的电抗与导体的几何形状和几何问距有关，空气形Dj大，电抗大，密集型Dj小，电抗小。由此可见在正常工作状态下，密集型交流电阻大而电抗小，空气型交流电阻小，而电抗大。3）导体的阻抗对三相交流电路Z=V/31/2I；V=（V12+V23+V31/3；I=（I1+I2+I3）/3；Z=RcosΦ+XSINΦ功率因数：cosΦ；Φ表示电流和电压之间相位角。空气型阻抗比密集型大。四、欧姆定律、电压降1)欧姆定律直流电路：U=IR对三相交流电路U=31/2I·ZZ=RcosΦ+ΧsinΦ2）系统的电压降ΔU=K·31/2(RcosΦ+ΧsinΦ)I·L×10-3(V)其中K:负载分配系数L:母线长度（m）电源从一端输入：负载集中在母线端部时K=1负载均匀分布在N个分支之间K=0.5电源从两端输入，负载均匀分布在N个分支之间K=0.25电源从中间输入，负载集中在两头K=0.5电源从中间输入，负载均匀分布在两端K=0.25母线的长度越长，则压降越大，会使输出电压低压要求值。所以，在线路很长时，必须增大导体截面，减小电阻，以减小压降，保证输出电压达到规定值五、电流密度J=I/S即单位截面允许通过的电流电流密度的选择要从降低能耗和减少投资综合考虑，符合总经济利益的电流密度称为最佳电流密度。资料上给出的经济电流密度还是1956年水电部颁布的，已不符合目前实际情况，国际上目前不提“经济截面”，而提出“最佳截面”。最佳截面的定义是：不是初期投资最少，而是要使初始投资和整个母线槽经济寿命中的损耗费用之和达到最小。考虑开发商和用户双方利益，考虑降低能耗。母线槽内导体的电流密度的选取要考虑温升极限，机械强度，电压损失，还要用热稳定要求来校验。节能降耗是我国的基本国策，电流密度选的越小，截面越大，能耗越小。在上世纪八、九十年代，母线槽导体都选用T2铜，其电流密度一般不超过2A/mm2,2500A以上更小一些，选1.7-1.8A/mm2，比如1000A的截面选6*85,2000A的选6*175。到2004年以后，由于铜材的大幅涨价，大部分厂家把电流密度取在2.2-2.5A/mm2，1000A的截面取5*80；还有个别厂家，无限制的减小截面，电流密度取到3A/mm2以上，比如1000A的截面取6*50、3*100，2000A的选6*125,3*220.截面减小，势必造成温升增高，就算温升满足要求，压降增大，能耗增大，用户运行成本增高是必然的。六、母线、母线槽、封闭母线1）母线：也称汇流排，是汇集和分配电流的裸导体，母线分软母线和硬母线，软母线主要用在室外配电装置，硬母线主要用于室内、外配电装置。电工用铜、铝及其合金母线国家标准GB/T5585.1～2-2005。铜母线型号TMR，TMY铜加银含量不小于99.9%，R为软母线，Y为硬母线。铝和铝合金母线型号LMR,LMY,铝含量不小于99.7%.母线的材料有铜、铝和铜铝复合排三种。铜排：电阻率低，机械强度高，接触性能好，价格高铝排：电阻率高(是铜的1.62倍)机械强度低，价格低，最大的缺陷是表面易氧化，在搭接处易出现故障，铜铝复合排:外层是铜，接触性能和抗氧化性能与铜相同，内芯是铝，重量轻，成本低，电阻率接近铜，机械强度满足成套电气设备的要求，价格是铜排的一半，是替代铜排的最佳材料。性能指标铜铝复合排铜排铝排铜层比例(%)20%100%0%导电率（%IACS）≥70≥97≥59.5拉伸强度(MPa)≥120≥235≥95延伸率(%)≥7密度（g/㎝3）3.948.892.720℃时电阻率（Ω㎜2/m）0.025680.017770.029剪切强度(MPa)35//撕裂强度(MPa)3//热膨胀性能17×10-6㎜/℃23×10-6㎜/℃母线的截面形状有圆形、管形、矩形、槽形。圆形：散热面积小，抗弯性能差，无电场集中表现，不易产生电晕。主要用于软母线。管形：比圆形散热好、抗弯、刚性好，用于水冷，封闭母线等。矩形：散热面积大，集肤效应小，材料利用率高，抗弯强度好，但周围电场，不均匀，易产生电晕。用于35KV以下硬母线。槽形：散热面积大，用于大电流时硬母线。2）母线槽(母线干线系统)：(BUSWAY)用金属外壳将导体连同绝缘等封闭起来的组合体。低压母线槽金属封闭母线离相封闭的母线：每相具有单独金属外壳且各相外壳间有空隙隔离的金属封闭母线。共箱封闭母线：三相母线导体封闭在同一个金属外壳中的金属封闭母线。不隔相共箱封闭母线：各相母线导体间不用隔板隔开的共箱封闭母线。隔相共箱封闭母线：各相母线异体间用隔板隔开的共箱封闭母线。七、载流导体的热效应和电动力效应1）电流的热效应当载流导体通过电流时，有部分电能以不同的损耗形式转化为热能，使载流体温度升高，这就是电流的热效应。损耗有电阻损耗，磁带和涡流损耗、介质损耗。2）电阻损耗：由于载流导体存在电阻，通过电流时，产生电阻损耗，可由焦耳—楞次定律来计算其发热量：Q=I2Rt=I2KfRdct（J）式中I—通过的电流（A）t—电流通过的时间（S）Kf—集肤系数Rdc—直流电阻（Ω）3）磁滞和涡流损耗载流导体附近用磁性材料制成的零配件中，当载流导体通过交流电流时会产生磁滞和涡流损耗。4）介质损耗用绝缘材料制成的零件中，由于电场的作用会产生介质损耗。相对电阻损耗，磁滞和涡流损耗、介质损耗占的比例非常小，一般情况下可忽略不计。载流导体发热会使截流导体机械强度下降，接触电阻增加，其上绝缘材料性能降低。为了安全运行，必须计算载流导体在正常工作情况下的持续发热和故障状态（短路）下短时发热可能达到的最高温度，并和允许温度相比较，以判定载流导体的热稳定性。5）载流导体的电动力效应载流导体之间有电动力的相互作用，在对称三相系统中，中间相受力最大Fmax=0.176×1/a×i2cn(N)icn—短时冲击电流（A）;a—两根导体轴线间的距离（m）在正常情况下，流过载流导体的电流小，所以其间的作用力不大，而在短路时，由于电流很大，会产生巨大的电动力，这个电动力会使载流导体振动，或变形，绝缘部件损坏，为使电气装置运行安全可靠，必须能承受短路时电动力的作用，因此必须对载流导体进行短路时电动力稳定性的效验。母线槽用额定短时耐受电流及相关时间和额定峰值耐受电流分别表明短路时对热效应和电动力效应的耐受强度。八、载流量载流量可以直接反映出载流导体的负荷能力，母线的载流量与母线放置方式、运行条件、环境温度、母线表面是否有涂层等因素都有关系。所以，在查载流量表时，一定要注意这些条件，换算到同等条件下进行比较。载流量立放比平放大6%-8%，有涂层比无涂层大约5%，直流比交流略大。载流量与导电排的尺寸比例也有关系，排越宽越薄载流量越大，例如8*60和6*80截面积相同，但6*80的载流量比8*60的要大12%左右。因薄宽的排散热好而且集肤效应作用强。但要考虑其强度能不能满足动稳定的要求。尺寸能不能满足产品结构的要求。铜排和铝排的载流量表在相关资料中可查出，铜铝复合排的载流量表还没有，我公司在上海电缆研究所已做了全部规格的载流量，这个载流量表将在标准附录中列出。载流量给出两种温度，环境温度和测试点的温度，比如环温35℃，测试点70℃，低压成套电气设备按GB7251.1规定，在环温平均35℃时，温升不能超过70K也就是说，最高使用温度不能超过105℃，可以把载流量换算到105℃下根据负荷电流来选用，在中高压电气设备中，温升不能超过50K，可以把载流量换算到85℃下根据负荷电流来选用。九、集肤效应电流在导体中沿截面分布不均，表面电流密度大，越到中间越小。频率越高，表面电流密度越大，在高频中，如通讯电缆电流只沿表面流动，与导体中心无关。第二章母线槽的参数第一节母线槽执行标准第二节母线槽额定参数第三节母线槽性能参数第一节母线槽执行标准国家强制性标准GB7251.1-2005/IEC60439-1：1999《低压成套开关设备和控制设备第1部分：型式试验和部分型式试验成套设备》GB7251.2-1997/IEC60439-2：1987这两个标准合起来就是国家对母线槽的强制性标准。2标准新版本已报批，年内可批准实施。金属封闭母线为国家推荐采用标准GB/T8349-2000《金属封闭母线》机械行业标准（推荐性标准）JB/T9662-1999《密集绝缘母线干线系统（密集绝缘母线槽）》JB/T8511-1996《空气绝缘母线干线系统（空气绝缘母线槽）》JB/T10327-2002《耐火母线干线系统（耐火母线槽）》JB/T9639-1999《封闭母线》相关标准：GB4208—2008外壳防护等级GB/T14048.1-2000低压开关设备和控制设备总则GB/T10233-2005低压成套开关设备和电控设备基本试验方法GB/T5585.1-2005电工用铜、铝及其合金母线第1部分:铜和铜合金母线GB/T5585.2-2005电工用铜、铝及其合金母线第2部分:铝和铝合金母线CEEIA-B220-2010电工用铜铝复合母线IEC61439.1低压成套开关设备和控制设备第1部分：总则IEC61439.6低压成套开关设备和控制设备第6部分：母线干线系统第二节母线槽额定参数1、额定电流In动力母线槽100、125、160、200、250、315、400、500、630、800、1000、1250、1600、2000、250