10KV母排計(jì)算

1、6/10KV 開關(guān)柜柜中和400V開關(guān)柜中使用的銅排的規(guī)格型號(hào)，有沒有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)介紹其載流量和動(dòng)、熱穩(wěn)定電流尺寸摘要：對(duì)開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備的母線載流量、熱效應(yīng)、電動(dòng)力效應(yīng)進(jìn)行了歸納和分析，根據(jù)相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和電力標(biāo)準(zhǔn)對(duì)母線的選用和實(shí)際應(yīng)用提出了實(shí)用性的方法。關(guān)鍵詞：母線；載流量；熱效應(yīng)；電動(dòng)力效應(yīng)；母線絕緣；母線固定。1 前言母線，也稱母排或載流排，是承載電流的一種導(dǎo)體。在開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備中主要用于匯集、分配和傳送電能，連接一次設(shè)備。根據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，短路事故絕大部分是直接或者間接發(fā)生在母線部位，母線故障是電氣設(shè)備故障中最嚴(yán)重的故障之一。因此，對(duì)母線的正確選用和應(yīng)用顯得極

2、為關(guān)鍵。本文對(duì)中壓3.6kV40.5kV開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備中與母線相關(guān)的幾個(gè)方面進(jìn)行初步分析計(jì)算和總結(jié)。2 母線的類型戶內(nèi)開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備中，母線按截面分為矩形、圓形、D型、U型等，其中由于同截面的矩形母線較圓形、D型、U型等母線電阻小、散熱面大、載流量高等原因，矩形母線在40.5kV及以下電壓等級(jí)中應(yīng)用最廣泛。圓形和D型母線由于集膚效應(yīng)較好，防電暈效果好,也有應(yīng)用，但連接比較復(fù)雜。U型母線一般用于電流較大、力效應(yīng)要求高的設(shè)備中，如發(fā)電機(jī)出口開關(guān)柜。其額定電流大，一般達(dá)到5000A以上，額定峰值耐受電流(IP)大，一般為50kA以上。按材質(zhì)分，可分為銅母線、鋁母線、鐵母線，其中銅母

3、線由于載流量大，抗腐蝕性能和力效應(yīng)好，應(yīng)用最廣泛。鋁質(zhì)母線在電流小、非沿海和非石化系統(tǒng)也有應(yīng)用。使用鐵母線主要從經(jīng)濟(jì)上考慮，主要應(yīng)用于PT連接線。按自然狀態(tài)可分為硬母線和軟母線。軟母線主要應(yīng)用于連接不便可以吸收一些力效應(yīng)的場(chǎng)所，如斷路器內(nèi)部。3 母線的載流量31母線的載流量的定義：母線的載流量是指母線在規(guī)定的條件下能夠承載的電流有效值。說明：規(guī)定的條件中主要指標(biāo)是溫度，對(duì)于戶內(nèi)開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備來講是指環(huán)境溫度上限為40，下限為-25。3.2母線布置與載流量之間的關(guān)系母線立放時(shí)載流量比平放時(shí)要高一些，一般當(dāng)母線平放且寬度小于60時(shí)，其載流量為立放時(shí)的0.95倍, 寬度大于6

4、0時(shí)其載流量為立放時(shí)的0.92倍，這是由于立放時(shí)散熱性能要比平放時(shí)要好的緣故。33 載流量數(shù)值根據(jù)母線的材質(zhì)不同，在同一溫度下其載流量也不同。開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備中主要以矩形銅母線為主矩形鋁母線為輔。其載流量數(shù)值一般可根據(jù)各種設(shè)計(jì)手冊(cè)查到。筆者根據(jù)多年經(jīng)驗(yàn)，通過對(duì)各種手冊(cè)中母線載流量的統(tǒng)計(jì)，總結(jié)出立放時(shí)母線載流量（交流）的簡(jiǎn)易計(jì)算公式。40時(shí)單層矩形銅母線的載流量Id（A）：Id =k（b+8.5）h式中，b為母線厚度（mm）；h為母線寬度（mm）；k為系數(shù)（A/mm）。40時(shí)雙層銅母線與單層母線載流量載流量的關(guān)系式I2=（1.561.58）Id式中, I2為雙層銅

5、母線的載流量（A）；Id為為單層銅母線的載流量（A）。1.561.58為系數(shù)，一般100×10母線選1.58；80×10，80×8選1.57,60×6選1.56。40時(shí)3層銅母線與單層銅母線的載流量的關(guān)系式為I3=2Id式中, I3為四層銅母線的載流量（A）。40時(shí)4層銅母線與單層銅母線的載流量的關(guān)系式為(不推薦此類選擇,最好用異形母排替代)I4=2.45Id式中, I4為四層銅母線的載流量（A）。說明：2層及以上銅排是指兩層母線間有等于母線厚度的空氣間隙。母線在環(huán)境溫度為40時(shí)和環(huán)境溫度為25時(shí)的換算關(guān)系為：I40=0.85I25式

6、中, I40為40時(shí)母線的載流量（A）；I25為25時(shí)母線的載流量（A）。 相同規(guī)格的銅母線和鋁母線在相同環(huán)境溫度條件下載流量的換算關(guān)系為：IAl=ICu/1.3式中, ICu為銅母線的載流量；IAl為銅母線的載流量。例如根據(jù)以上公式求TMY100×10母線載流量為：?jiǎn)螌樱?00×18.51850A查手冊(cè)為1860A，此數(shù)據(jù)根據(jù)中國(guó)工業(yè)出版社出版的水電部高壓配電裝置規(guī)程。雙層：2(TMY100×10)的載流量為：1850×1.582923(A)；查手冊(cè)為2942A；三層：3(TMY100×10)的載流量為：1850

7、×23700A查手冊(cè)為3780A以上所有計(jì)算均與手冊(cè)數(shù)據(jù)相當(dāng)接近,可以根據(jù)以上公式進(jìn)行母線載流量的計(jì)算。3.4 說明（1）以上計(jì)算公式適用于120×12及以下規(guī)格的母線。（2）對(duì)于異形母線的載流量建議采用經(jīng)濟(jì)電流密度進(jìn)行計(jì)算。4 母線的熱效應(yīng)和電動(dòng)力效應(yīng)4.1母線的熱效應(yīng)4.1.1母線的熱效應(yīng)是指母線在規(guī)定的條件下能夠承載的因電流流過而產(chǎn)生的熱效應(yīng)。在開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備中指在規(guī)定的使用和性能條件下，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi),母線承載的額定短時(shí)耐受電流（IK）。4.1.2根據(jù)額定短時(shí)耐受電流來確定母線最小截面根據(jù)GB3906-19913.6-40.5kV交流金屬封閉

8、開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備附錄F中公式：S=（I/a）(t/)1/2來確定母線的最小截面。式中：S母線最小截面,mm2；I-額定短時(shí)耐受電流，A；a材質(zhì)系數(shù)，銅為13，鋁為8.5；t-額定短路持續(xù)時(shí)間，s；溫升（K）,對(duì)于裸導(dǎo)體一般取180K，對(duì)于4s持續(xù)時(shí)間取215K。如對(duì)于31.5kA/4S系統(tǒng),選用銅母線最小截面積為：S=（31500/13）×（4/215）1/2=330 mm2鋁母線最小截面積與銅母線最小截面積關(guān)系為：SAl=1.62SCu式中, SAl為鋁母線的最小截面積；SCu為銅母線的最小截面積。如對(duì)于31.5kA/4S系統(tǒng),鋁母線最小截面積為：SAl=1.

9、62×330 =540 mm2根據(jù)DL404-1997戶內(nèi)交流高壓開關(guān)柜訂貨技術(shù)條件中7.4.3條規(guī)定，接地匯流排以及與之連接的導(dǎo)體截面，應(yīng)能通過銘牌額定短路開斷電流的87%，可以計(jì)算出各種系統(tǒng)短路容量下（短路時(shí)間按4S）的接地母線最小截面積。如對(duì)于31.5kA/4S系統(tǒng),接地銅母線最小截面積為：S=330×86.7% =287mm2根據(jù)以上公式計(jì)算，對(duì)應(yīng)各種額定短時(shí)耐受電流時(shí)，開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備中對(duì)應(yīng)幾種常用的額定短時(shí)耐受電流，母線最小截面及所用銅母線和鋁母線的最小規(guī)格見表1：表1母線 kA/4s 25 31.5

10、 40 63 80設(shè)備中銅母線規(guī)格 50×6 60×6 80×6或60×8 80×10 100×10接地銅母線規(guī)格 50×5 50×6 50×8 80×8 80×10設(shè)備中鋁母線規(guī)格 80×6或60×8 80×8 100×8或80×10設(shè)備中銅母線最小截面（mm2） 2

11、60 330 420 660 840設(shè)備中鋁母線最小截面（mm2） 425 540 685 1075 13654.2 母線的電動(dòng)力效應(yīng)母線是承載電流的導(dǎo)體，當(dāng)有電流流過時(shí)勢(shì)必在母線上產(chǎn)生作用力。母線受電流的作用力與電流、母線形狀、母線間的距離有關(guān)。平行放置的母線是開關(guān)柜中最常見的。根據(jù)額定峰值耐受電流來確定母線最大跨距(兩個(gè)支撐間的最大距離)原則：作用在母線上的作用應(yīng)力kg/cm母線允許應(yīng)力。公式：js=1.76L2ich2×10-3/aWy式中：js作用于母線的作用應(yīng)力，kg/cm2

12、；y母線允許最大應(yīng)力，當(dāng)母線為銅質(zhì)時(shí)取1400，當(dāng)母線為鋁質(zhì)時(shí)取700；L母線支撐間距（cm）；a相間距離（cm）；W矩形母線截面系數(shù)，cm3；ich額定峰值耐受電流，（kA）根據(jù)上式導(dǎo)出：銅母線的最大跨距為L(zhǎng)銅MAX（1400aw 103/1.76 ich2）1/2= 892（aw）1/2/ ich鋁母線的最大跨距為L(zhǎng)鋁MAX（700aw 103/1.76 ich2）1/2= 631（aw ）1/2/ich矩形母線截面系數(shù)：對(duì)于水平布置的三相母線，當(dāng)母線平放時(shí)；或者對(duì)于豎直布置的三相母線，當(dāng)母線立放時(shí)：（也就是母

13、線的厚度方向相對(duì)，此時(shí)力效應(yīng)好）10.167bh2；其中h為母線寬度（cm），b為母線厚度（cm）。將W代入上式后得L銅MAX365h（ab) 1/2/ ichL鋁MAX258h（ab) 1/2/ ich例如：對(duì)于31.5kA的系統(tǒng)，ich取80kA，如用于KYN28-12開關(guān)柜a=28，對(duì)于TMY100×10和LMY100×10型母線的最大跨距。母線寬度為100/10=10cm，厚度為10/10=1cm。L銅MAX240（cm）。L鋁MAX170（cm）對(duì)于水平布置的三相母線，當(dāng)母線立放時(shí)；或者對(duì)于豎直布置的三相母線，當(dāng)母線平放時(shí)：

14、（也就是母線的寬度方向相對(duì)，此時(shí)電動(dòng)力效應(yīng)不好）20.167b2h；則： L銅MAX365b（ah) 1/2/ ichL鋁MAX258b（ah) 1/2/ ich例如：對(duì)于31.5kA的系統(tǒng)，ich取80kA，如用于KYN28-12開關(guān)柜a=27.5cm，對(duì)于TMY100×10和LMY100×10則： L銅MAX755（mm）。L鋁MAX530（mm）。從計(jì)算可以看出，對(duì)于31.5KA系統(tǒng)，如采用100×10母線寬度方向相對(duì)布置，在理論計(jì)算上如忽略其他因素，必須將母線支撐控制在755mm（530mm）以內(nèi)

15、，這對(duì)于柜寬為800mm的開關(guān)柜從應(yīng)用上來講是不現(xiàn)實(shí)的。所以這種方式一般在12KV和40.5KV的開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備很少采用，但在低壓設(shè)備中為了結(jié)構(gòu)上的考慮和減少占用空間，經(jīng)常被采用在側(cè)進(jìn)線和聯(lián)絡(luò)線中。根據(jù)以上公式，對(duì)于幾種常用數(shù)據(jù)，如母線相距210mm，275mm（12KV電壓等級(jí)產(chǎn)品）350mm，400mm，460mm（40.5KV電壓等級(jí)產(chǎn)品）總結(jié)出表格如下：常用矩形母線按母線厚度方向相對(duì)排列時(shí)的最小跨距(mm)：短路容量kA/4s 31.5 40相距(mm) 210 250 275 350 460 210&

16、#160;250 275 350 460TMY100×10 理論值 2100 2280 2400 2700 3100 1680 1830 1900 2160 2475推薦值 1800 1800 1800 2200 2200 1400 1400 1400 1800 1800TMY80×10 理論值 1680 1

17、830 1900 2160 2475 1340 1460 1530 1725 1980推薦值 1400 1400 1600 1800 1800 1200 1200 1200 1400 1400TMY80×8 理論值 1500 1630 1710 1930 2210 1195 1300 1370 1540

18、60;1770推薦值 1200 1200 1400 1400 1800 1000 1000 1000 1200 1400TMY60×6 理論值 970 1060 1110 1255 1440推薦值 800 800 800 1000 1000LMY100×10 理論值 1475 1610 1690 1900 2

19、185 1180 1290 1350 1525 1750推薦值 1200 1200 1200 1400 1600 1000 1000 1000 1200 1400LMY80×10 理論值 1180 1290 1350 1525 1750 945 1030 1080 1215 1395推薦值 1000 1000

20、 1000 1200 1400 800 800 800 1000 1000LMY80×8 理論值 1050 1150 1205 1360 1560 845 925 970 1100 1250推薦值 800 800 1000 1000 1200 800 800 800 800 1000（表2）常用矩形

21、母線按母線寬度方向相對(duì)排列時(shí)的最小跨距(mm)：短路容量KA/4S 31.5 40相距(mm) 275 400 460 275 400 460TMY100×10 理論值 755 910 980 605 730 780推薦值 600 800 800 600 600 600TMY80×10 理論值 680 820 850 

22、540 650 700推薦值 600 700 700 500 600 600TMY80×8 理論值 540 650 700 430 520 560推薦值 500 600 600 400 500 500TMY60×6 理論值 350 425 455 280 335 360推薦值 300

23、60;400 400 250 300 300LMY100×10 理論值 530 645 690 425 515 550推薦值 500 600 600 400 500 500LMY80×10 理論值 475 575 615 380 460 490推薦值 400 500 600 300 400

24、 400（表3）上面表格中給出的推薦值為考慮各種因素在內(nèi)的數(shù)值，就是說在在開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備如果母線的跨距大于上述推薦值必須增加支撐。4.3不需校驗(yàn)熱效應(yīng)的情況根據(jù)工廠配電設(shè)計(jì)原則，下列部位的母線不需進(jìn)行母線熱效應(yīng)和電動(dòng)力效應(yīng)校驗(yàn)。(1)采用熔斷器保護(hù)，連接于熔斷器下側(cè)的母線（限流熔斷器除外）。(2)電壓互感器回路內(nèi)的母線。(3)變壓器容量在1250KVA及以下，電壓12KV及以下，不致于因故障而損壞母線的部位。主要用于非重要用電場(chǎng)所的母線。(4)不承受熱效應(yīng)和電動(dòng)力效應(yīng)的部位，如避雷器的連接線和封線。5 母線選擇5.1主母線的選擇主母線選擇的一般原則是滿足主進(jìn)線斷路器的額

25、定電流的要求，根據(jù)額定電流選擇主母線后按照前面的計(jì)算進(jìn)行熱效應(yīng)和電動(dòng)力效應(yīng)校核。5.2下引母線的選擇下引母線的選擇原則是按該開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備的額定電流確定母線的載流量，同時(shí)校驗(yàn)是否滿足系統(tǒng)的額定短時(shí)耐受電流和額定峰值耐受電流的要求。開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備的額定電流是該設(shè)備中所有一次設(shè)備中額定電流最小者，通常為電流互感器的額定電流。5.3幾點(diǎn)注意（1）根據(jù)GB3906-1991規(guī)定，開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備中母線的載流量最小應(yīng)比額定電流有10%的裕度。（2）一般情況下，考慮到散熱和為以后增加負(fù)載容量，設(shè)計(jì)圖紙中主母線選擇一般大一些,此時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照?qǐng)D紙制造,不可隨意減小母線規(guī)格。（3）同等截面積盡量選擇母

26、線寬度比較大的型號(hào)，如能選擇TMY80×6的不選擇TMY60×8的，主要是利于散熱。（4）當(dāng)開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境溫度比規(guī)定溫度略高時(shí)，要充分考慮母線的載流量裕量是否充足。GB311.1-1997高壓輸變電設(shè)備的絕緣配合中規(guī)定：高于40時(shí)額定絕緣電壓應(yīng)乘以溫度校正系數(shù)Kt=1+0.0033(T-40)；一般:環(huán)境溫度每增加3,試驗(yàn)電壓提高3%。環(huán)境溫度每增加1,額定電流應(yīng)減少1.8%。（5）兩段母線之間的聯(lián)絡(luò)母線是主母線的一部分，同樣隔離手車上的母線也應(yīng)視為主母線的一部分。（6）下引母線規(guī)格的選擇應(yīng)與其相連接的一次設(shè)備(元件)匹配。如按照額定電流應(yīng)該選擇TMY60&#

27、215;6，但該成套設(shè)備中隔離開關(guān)的接線板寬度為80，安裝孔距為40×40；則應(yīng)選擇TMY80×6，確?？梢院透綦x開關(guān)相連接。（7）只有當(dāng)電氣間隙滿足不了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)，才可在保證截面不變的情況下減小母線寬度，如將原選擇的TMY80×6改選為TMY60×8。（8）盡量避免兩根母線之間沒有空氣間隙并在一起，如KYN2812/2500-40開關(guān)柜中，一些開關(guān)廠采用2TMY100×10，但在觸頭盒內(nèi)部與靜觸頭連接處，兩根下引母線是無間隙的并在一起，延出觸頭盒后再分開一個(gè)母線厚度。其實(shí)這是一個(gè)瓶頸，此處的下引母線的額定電流應(yīng)大致計(jì)算為TMY100

28、15;20的載流量，要比2TMY100×10小。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)避免這種形式。（9）當(dāng)主母線額定電流大于5000A時(shí)，使用常規(guī)的矩形母線已經(jīng)不能滿足要求。這時(shí)應(yīng)考慮采用異型如U型O型母線，其一，降低母線成本；其二，保證母線可靠的力效應(yīng)。同時(shí)要考慮與選用母線相匹配的一次元件如母線護(hù)套、穿墻套管的選擇和考慮與下引母線的連接。（10）額定電流在1500A及以上的母線通過套管或母線護(hù)套等穿越金屬隔板時(shí)，周圍不應(yīng)形成閉合磁路。這是由于電流可以在導(dǎo)磁材料產(chǎn)生渦流和磁滯損耗而產(chǎn)生熱量。一般情況下，應(yīng)在所穿越的金屬隔板上開切斷磁路的防渦流缺口；當(dāng)額定電流大于1500A時(shí)應(yīng)考慮采用不導(dǎo)磁材料如無磁不銹鋼板

29、或者硬鋁板。由于硬鋁板的機(jī)械強(qiáng)度差，多數(shù)情況建議采用無磁不銹鋼板。6 母線的絕緣在開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備中，為實(shí)現(xiàn)設(shè)備的全絕緣、全工況，減少外部短路事故和防止觸電以及防止由于凝露污穢引起的爬電等事故一般在母線外部采用絕緣材料將母線裸露部分包縛。其方法主要有套裝絕緣熱收縮管（或空氣收縮管）和母線硫化，低壓母線主要以套裝絕緣PVC管為主。母線絕緣材料是一種一旦遭到破壞便不可恢復(fù)的絕緣介質(zhì)，即使偶然發(fā)生的過電壓事件也有可能造成永久損壞。母線絕緣材料在長(zhǎng)期的使用中，會(huì)遇到各種各樣情況，如放電事故等，而絕緣材料本身由于長(zhǎng)期積累的各種因素，如熱應(yīng)力、溫度，機(jī)械沖擊等應(yīng)力，又會(huì)加速它的老化過程。對(duì)于絕緣材料來講，由于品種的多樣性，其衡量絕緣材料的特性指標(biāo)雖多，但不統(tǒng)一。這就為絕緣材料的選擇和使用帶來一定難度，這也就是目前從國(guó)際上對(duì)絕緣材料的其它特性，如熱應(yīng)力、機(jī)