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1、铜排选用的一些知识1前言母线，也称母排或载流排，是承载电流的一种导体。在开关设备和控制设备中主要用于汇 集、分配和传送电能，连接一次设备。根据相关资料统计，短路事故绝大部分是直接或者间 接发生在母线部位，母线故障是电气设备故障中最严重的故障之一。因此，对母线的正确选 用和应用显得极为关键。本文对中压3.6kV40.5kV开关设备和控制设备中与母线相关的几个方面进行初步分析 计算和总结。2母线的类型户内开关设备和控制设备中，母线按截面分为矩形、圆形、D型、U型等，其中由于同截 面的矩形母线较圆形、D型、U型等母线电阻小、散热面大、载流量高等原因，矩形母线在 40.5kV及以下电压等级中应用最广泛
2、。圆形和D型母线由于集肤效应较好，防电晕效果妊 也有应用，但连接比较复杂。U型母线一般用于电流较大、力效应要求高的设备中，如发电 机出口开关柜。其额定电流大，一般达到5000A以上，额定峰值耐受电流（IP）大,一般为50kA 以上。按材质分，可分为铜母线、铝母线、铁母线，其中铜母线由于载流量大，抗腐蚀性能 和力效应好，应用最广泛。铝质母线在电流小、非沿海和非石化系统也有应用。使用铁母线 主要从经济上考虑，主要应用于PT连接线。按自然状态可分为硬母线和软母线。软母线主 要应用于连接不便可以吸收一些力效应的场所，如断路器内部。3母线的载流量3. 1母线的载流量的定义：母线的载流量是指母线在规定的条
3、件下能够承载的电流有效 值。说明：规定的条件中主要指标是温度，对于户内开关设备和控制设备来讲是指环境温度上 限为40，下限为-25C。3.2母线布置与载流量之间的关系母线立放时载流量比平放时要高一些，一般当母线平放且宽度小于60 mm时，其载流量为 立放时的0.95倍，宽度大于60 mm时其载流量为立放时的0.92倍，这是由于立放时散热性能 要比平放时要好的缘故。3. 3载流量数值根据母线的材质不同，在同一温度下其载流量也不同。开关设备和控制设备中主要以矩形 铜母线为主矩形铝母线为辅。其载流量数值一般可根据各种设计手册查到。笔者根据多年经 验，通过对各种手册中母线载流量的统计，总结出立放时母线
4、载流量（交流）的简易计算公 式。40C时单层矩形铜母线的载流量Id （A）：Id =k （b+8.5） h式中，b为母线厚度（mm）； h为母线宽度（mm）； k为系数（A/mm）。40 C时双层铜母线与单层母线载流量载流量的关系式I2= （1.561.58） Id式中,I2为双层铜母线的载流量（A）； Id为为单层铜母线的载流量（A）o 1.561.58为系 数，一般 100x10 母线选 1.58； 80x10，80x8 选 1.57,60x6 选 1.56。40C时3层铜母线与单层铜母线的载流量的关系式为I3=2Id式中,I3为四层铜母线的载流量（A）。40C时4层铜母线与单层铜母线的载
5、流量的关系式为（不推荐此类选择，最好用异形母排替 代）I4=2.45Id式中,I4为四层铜母线的载流量(A)。说明：2层及以上铜排是指两层母线间有等于母线厚度的空气间隙。母线在环境温度为40r时和环境温度为25r时的换算关系为：140=0.85125式中,140为40r时母线的载流量(A)； I25为25r时母线的载流量(A)。相同规格的铜母线和铝母线在相同环境温度条件下载流量的换算关系为：IAl=ICu/1.3式中,ICu为铜母线的载流量；IAl为铜母线的载流量。例如根据以上公式求TMY100X10母线载流量为：单层：100x18.5 = 1850A查手册为1860A，此数据根据中国工业出版
6、社出版的水电部高 压配电装置规程双层：2(TMY100x10)的载流量为：1850x1.58=2923(A)；查手册为 2942A；三层：3(TMY100x10)的载流量为：1850x2 = 3700A 查手册为 3780A以上所有计算均与手册数据相当接近，可以根据以上公式进行母线载流量的计算。3.4说明(1) 以上计算公式适用于120x12及以下规格的母线。(2) 对于异形母线的载流量建议采用经济电流密度进行计算。4母线的热效应和电动力效应4.1母线的热效应4.1.1母线的热效应是指母线在规定的条件下能够承载的因电流流过而产生的热效应。在 开关设备和控制设备中指在规定的使用和性能条件下，在规
7、定的时间内，母线承载的额定短 时耐受电流(IK)。4.1.2根据额定短时耐受电流来确定母线最小截面根据GB3906-19913.6-40.5kV交流金属封闭开关设备和控制设备附录F中公式：S= (I/a) (t/0)l/2来确定母线的最小截面。式中：S一母线最小截面,mm2；I-额定短时耐受电流，A；a材质系数，铜为13,铝为8.5；t-额定短路持续时间，s；0温升 (K)，对于裸导体一般取180K，对于4s持续时间取215K。如对于31.5kA/4S系统,选用铜母线最小截面积为：S= (31500/13) x (4/215) 1/2=330 mm2铝母线最小截面积与铜母线最小截面积关系为：S
8、Al=1.62SCu式中,SAl为铝母线的最小截面积；SCu为铜母线的最小截面积。如对于31.5kA/4S系统，铝母线最小截面积为：SAl=1.62x330 =540 mm2根据DL404-1997户内交流高压开关柜订货技术条件中7.4.3条规定，接地汇流排以及 与之连接的导体截面，应能通过铭牌额定短路开断电流的87%，可以计算出各种系统短路 容量下(短路时间按4S)的接地母线最小截面积。如对于31.5kA/4S系统,接地铜母线最小截面积为：S=330x86.7% =287mm2根据以上公式计算，对应各种额定短时耐受电流时，开关设备和控制设备中对应几种常用 的额定短时耐受电流，母线最小截面及所
9、用铜母线和铝母线的最小规格见表1：表1母线 kA/4s 25 31.5 40 63 80设备中铜母线规格50x6 60x6 80x6或60x8 80x10 100x10接地铜母线规格50x5 50x6 50x8 80x8 80x10设备中铝母线规格80x6或60x8 80x8 100x8或80x10设备中铜母线最小截面（m m2） 260 330 420 660 840设备中铝母线最小截面（m m2） 425 540 685 1075 13654.2母线的电动力效应母线是承载电流的导体，当有电流流过时势必在母线上产生作用力。母线受电流的作用力 与电流、母线形状、母线间的距离有关。平行放置的母线
10、是开关柜中最常见的。根据额定峰值耐受电流来确定母线最大跨距（两个支撑间的最大距离）原则：作用在母线上的作用应力kg/cm三母线允许应力。公式：js=1.76L2ich2x10-3/aW0y式中：js作用于母线的作用应力，kg/cm2；y母线允许最大应力，当母线为铜质时取1400，当母线为铝质时取700；L母线支撑间距（cm）；a相间距离（cm）；W矩形母线截面系数，cm3；ich额定峰值耐受电流，（kA）根据上式导出：铜母线的最大跨距为 L 铜 MAX（ 1400aw 103/1.76 ich2） 1/2= 892 （aw） 1/2/ ich铝母线的最大跨距为 L 铝 MAX（700aw 10
11、3/1.76 ich2） 1/2= 631（aw ） 1/2/ich矩形母线截面系数：对于水平布置的三相母线，当母线平放时；或者对于竖直布置的三相母线，当母线立放时:（也就是母线的厚度方向相对，此时力效应好W1 = 0.167bh2；其中h为母线宽度（cm）, b为母线厚度（cm）。将W代入上式后得L 铜 MAX365h （ab） 1/2/ ichL 铝 MAX258h （ab） 1/2/ ich例如：对于31.5kA的系统,ich取80kA，如用于KYN28-12开关柜a=28,对于TMY100x10 和LMY100x10型母线的最大跨距。母线宽度为100/10=10cm，厚度为10/10=
12、1cm。L 铜 MAX240 （cm）。L 铝 MAX170 （cm）对于水平布置的三相母线，当母线立放时；或者对于竖直布置的三相母线，当母线平放时:（也就是母线的宽度方向相对，此时电动力效应不好）W2=0.167b2h；贝9： L 铜 MAX365b （ah） 1/2/ ichL 铝 MAX258b （ah） 1/2/ ich例如：对于31.5kA的系统，ich取80kA，如用于 KYN28-12开关柜a=27.5cm，对于TMYlOOxlO 和 LMYlOOxlO贝9： L 铜 MAX755 (mm)。L 铝 MAX530 (mm)。从计算可以看出，对于31.5KA系统，如采用100x10
13、母线宽度方向相对布置，在理论计 算上如忽略其他因素，必须将母线支撑控制在755mm (530mm)以内，这对于柜宽为800mm 的开关柜从应用上来讲是不现实的。所以这种方式一般在12KV和40.5KV的开关设备和控 制设备很少采用，但在低压设备中为了结构上的考虑和减少占用空间，经常被采用在侧进线 和联络线中。根据以上公式，对于几种常用数据，如母线相距210mm，275mm(12KV电压等级产品) 350mm，400mm，460mm(40.5KV电压等级产品)总结出表格如下：常用矩形母线按母线厚度方向相对排列时的最小跨距(mm)：短路容量kA/4s 31.5 40相距(mm) 210 250 2
14、75 350 460 210 250 275 350 460TMY100x10 理论值 2100 2280 2400 2700 3100 1680 1830 1900 2160 2475推荐值 1800 1800 1800 2200 2200 1400 1400 1400 1800 1800TMY80x10 理论值 1680 1830 1900 2160 2475 1340 1460 1530 1725 1980推荐值 1400 1400 1600 1800 1800 1200 1200 1200 1400 1400TMY80x8 理论值 1500 1630 1710 1930 2210 11
15、95 1300 1370 1540 1770推荐值 1200 1200 1400 1400 1800 1000 1000 1000 1200 1400TMY60x6 理论值 970 1060 1110 1255 1440推荐值 800 800 800 1000 1000LMY100x10 理论值 1475 1610 1690 1900 2185 1180 1290 1350 1525 1750推荐值 1200 1200 1200 1400 1600 1000 1000 1000 1200 1400LMY80x10 理论值 1180 1290 1350 1525 1750 945 1030 1080 1215 1395推荐值 1000 1000 1000 1200 1400 800 800 800 1000 1000LMY80x8 理论值 1050 1150 1205 1360 1560 845 925 970 1100 1250推荐值 800 800 1000 1000 1200 800 800 800 800 1000(表2)常用矩形母线按母线宽度方向相对排列时的最小跨距
