选用铜排的一些小知识

2017-06-27 16:32:47 admin 32

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。


下面对中压3.6kV—40.5kV的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。
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。圆形和D型母线由于集肤效应较好,防电晕效果好,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。
母线的载流量是指母线在规定的条件下能够承载的电流有效值。
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-25℃。
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㎜时,其载流量为立放时的0.95倍, 宽度大于60㎜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。
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,总结出立放时母线载流量(交流)的简易计算公式。
40℃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℃时双层铜母线与单层母线载流量载流量的关系式
I2=(1.56~1.58)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)。1.56~1.58为系数,一般100×10母线选1.58;80×10,80×8选1.57,60×6选1.56。
40℃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)。
40℃时4层铜母线与单层铜母线的载流量的关系式为(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40℃时和环境温度为25℃时的换算关系为:
I40=0.85I25
式中, I40为40℃时母线的载流量(A);I25为25℃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TMY100×10母线载流量为:
  单层:100×18.5=1850A查手册为1860A,此数据根据中国工业出版社出版的水电部《高压配电装置规程》。
  双层:2(TMY100×10)的载流量为:
  1850×1.58=2923(A);[查手册为2942A];
  三层:3(TMY100×10)的载流量为:
  1850×2=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。

母线的支撑与固定
(1)母线的支撑要充分考虑其抗弯强度是否满足所配置的系统的力效应要求。
(2)母线的固定一般采用金具固定,不直接在母线上打孔采用螺栓固定。
(3)固定母线用的绝缘子,在承受较大的电动力时(如系统额定峰值耐受电流40kA以上时)要校验绝缘子的抗弯强度是否满足结构设计的要求。
绝缘子的力效应校验可按照下式:
Fjs≤0.6Fph
Fjs=1.76KLich2×10-2/a
式中:Fjs —作用于绝缘子上的应力,kg;
Fph—绝缘子的抗弯强度,可查相关样本;
L—绝缘子间跨距(母线支撑间距)(cm);
a—相间距离(cm);
ich——额定峰值耐受电流(KA)
(4)母线夹板和固定金具应同样可以承受由于额定峰值耐受电流而引起的作用力。
(5)母线的固定金具或其它支持金具不应成闭合磁路。
(6)当母线平置时,母线支持夹板的上部压板应与母线保持1—1.5mm的间隙,当母线立置时,上部压板应与母线保持1.5—2mm的间隙。
(7)多片矩形母线间,应保持不小于母线厚度的间隙。
(8)600A及以上母线穿墙套管端部的金属夹板(紧固件除外)应采用非磁性材料,其与母线之间应有金属相连,接触应稳固,金属夹板厚度不应小于3mm,当母线为两片及以上时,母线本身间应予固定。
(9)母线固定金具与支柱绝缘子间的固定应平整牢固,不应使其所支持的母线受到额外应力。

中压开关设备和控制设备中与母线有关的几个问题,在结构设计和生产制造中要充分考虑到普遍性与特殊性的关系,做到既满足相关标准的规定又考虑到经济性和实用性以及发展性,母线系统的合理与否将直接影响到供电系统的运行,应该在使用、设计和制造这三者之间引起足够的重视。