文檔10KV母排計(jì)算

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，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)的國家標(biāo)準(zhǔn)和電力標(biāo)準(zhǔn)對母線的選用和實(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，對母線的正確選用和應(yīng)用顯得極為關(guān)鍵。

本文對中壓3.6kV—40.5kV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)的場所，如斷路器內(nèi)部。

3

母線的載流量

3．1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60㎜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。

3．3

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)手冊查到。筆者根據(jù)多年經(jīng)驗(yàn)，通過對各種手冊中母線載流量的統(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=（1.56～1.58）Id

式中,

I2為雙層銅母線的載流量（A）；Id為為單層銅母線的載流量（A）。1.56～1.58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：

單層：100×18.5＝1850A查手冊為1860A，此數(shù)據(jù)根據(jù)中國工業(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：

1850×1.58＝2923(A)；［查手冊為2942A］；

三層：3(TMY100×10)的載流量為：

1850×2＝3700A［查手冊為3780A］

以上所有計(jì)算均與手冊數(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)GB3906-1991《3.6-40.5kV交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備》[附錄F]中公式：S=（I/a）(t/△θ)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；推薦值

800

800

800

1000

1000

LMY

100×10

理論值

1475

1610

1690

1900

2185

1180

1290

1350

1525

1750

推薦值

1200

1200

1200

1400

1600

1000

1000

1000

1200

1400

LMY

80×10

理論值

1180

1290

1350

1525

1750

945

1030

1080

1215

1395

推薦值

1000

1000

1000

1200

1400

800

800

800

1000

1000

LMY

80×8

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）

常用矩形母線按母線寬度方向相對排列時(shí)的最小跨距(mm)：

短路容量KA/4S

31.5

40

相距(mm)

275

400

460

275

400

460

TMY

100×10

理論值

755

910

980

605

730

780

推薦值

600

800

800

600

600

600

TMY

80×10

理論值

680

820

850

540

650

700

推薦值

600

700

700

500

600

600

TMY

80×8

理論值

540

650

700

430

520

560

推薦值

500

600

600

400

500

500

TMY

60×6

理論值

350

425

455

280

335

360

推薦值

300

400

400

250

300

300

LMY

100×10

理論值

530

645

690

425

515

550

推薦值

500

600

600

400

500

500

LMY

80×10

理論值

475

575

615

380

460

490

推薦值

400

500

600

300

400

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)格按照圖紙制造,不可隨意減小母線規(guī)格。

（3）同等截面積盡量選擇母線寬度比較大的型號，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TMY60×6，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KYN28—12/2500-40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TMY100×20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，這也就是目前從國際上對絕緣材料的其它特性，如熱應(yīng)力、機(jī)械特性、局部放電等指標(biāo)暫不予以考慮的原因。

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中不能單純以母線絕緣來保證出廠工頻耐壓試驗(yàn)。因?yàn)槟壳斑€沒有可靠的絕緣材料通過抗老化試驗(yàn)，運(yùn)行狀態(tài)并不是想象中的平穩(wěn)狀態(tài)，絕緣材料老化和失效將使設(shè)備處于絕緣不良的危險(xiǎn)狀態(tài)。根據(jù)蒙托辛格氏（Montsinger）法則T=Ae-mt，式中：

T---絕緣材料壽命（周）

A、m---由絕緣材料決定的系數(shù)，對A級絕緣材料，A=372

×104，m=0.368;

t---工作溫度（C°）

絕緣材料的理論壽命將隨溫升每變化⊿t=10C°,

其壽命減到原來的一半。

7

母線的支撐與固定

(1)母線的支撐要充分考慮其抗彎強(qiáng)度是否滿足所配置的系統(tǒng)的力效應(yīng)要求。

(2)母線的固定一般采用金具固定，不直接在母線上打孔采用螺栓固定。

(3)固定母線用的絕緣子，在承受較大的電動(dòng)力時(shí)（如系統(tǒng)額定峰值耐受電流40kA以上時(shí)）要校驗(yàn)絕緣子的抗彎強(qiáng)度是否滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求。

絕緣子的力效應(yīng)校驗(yàn)可按照下式：

Fjs≤0.6Fph

Fjs=1.76KLich2×10-2/a

式中：Fjs

—作用于絕緣子上的應(yīng)力，kg；

Fph—絕緣子的抗彎強(qiáng)度，可查相關(guān)樣本；

L—絕緣子間跨距（母線支撐間距）（cm）；

a—相間距離（cm）；

ich——額定峰值耐受電流（KA）

(4)母線夾板和固定金具應(yīng)同樣可以承受由于額定峰值耐受電流而引起的作用力。

(5)母線的固定金具或其它支持金具不應(yīng)成閉合磁路。

(6)當(dāng)母線平置時(shí)，母線支持夾板的上部壓板應(yīng)與母線保持1—1.5mm的間隙，當(dāng)母線立置時(shí)，上部壓板應(yīng)與母線保持1.5—2mm的間隙。

(7)多片矩