淺析密集母線在新能源領(lǐng)域中的應(yīng)用

前言疫情過后的2023年，以光儲(chǔ)直柔為核心的新能源建設(shè)開始步入快行道，隨之也帶動(dòng)了相關(guān)低壓電氣設(shè)備的產(chǎn)業(yè)發(fā)展。作為大電流傳輸關(guān)鍵載體的密集母線的選用也成為工程設(shè)計(jì)和業(yè)主的關(guān)注重點(diǎn)，日前隨全國(guó)低壓成套開關(guān)設(shè)備及控制設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)領(lǐng)導(dǎo)走訪全國(guó)電氣母線制造基地江蘇揚(yáng)中進(jìn)行調(diào)研，對(duì)密集母線的性能及應(yīng)用有了一個(gè)全新的認(rèn)識(shí)。PART1有關(guān)密集母線的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)密集母線是母線槽(Busways)中一類產(chǎn)品分支，屬于IEC61439-6《低壓成套開關(guān)設(shè)備及控制設(shè)備第6部分母線干線系統(tǒng)》的產(chǎn)品范疇，用于交流1000V或直流1500V以下的與發(fā)電及電能轉(zhuǎn)換設(shè)備、配電及控制設(shè)備間連接的電能傳輸成套設(shè)備。密集母線各載流母線間采用絕緣層纏繞或絕緣澆鑄后，裝配于金屬或非金屬外殼中。通過各類分接單元連接構(gòu)成電力母線傳輸系統(tǒng)。IEC61439-6母線槽產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)出于對(duì)設(shè)備安裝使用安全的角度，僅對(duì)裝配外殼后成品母線槽的絕緣、規(guī)定安裝方式下額定載流量時(shí)的產(chǎn)品溫升、機(jī)械碰撞和耐受機(jī)械負(fù)荷能力、電磁兼容、外殼的IP防護(hù)等級(jí)等安全項(xiàng)做了要求和驗(yàn)證方法，并為對(duì)母線的材質(zhì)進(jìn)行規(guī)定，但為客戶更好的進(jìn)行配電系統(tǒng)的安全防護(hù)設(shè)計(jì)，要求制造商提供母線槽的導(dǎo)體單位長(zhǎng)度電阻、電抗及阻抗，以便于工程設(shè)計(jì)人員計(jì)算系統(tǒng)的回路電流特性及短路電流。PART2母線材質(zhì)與使用分析目前密集母線槽的母線材質(zhì)主要有，銅，鋁兩大類材質(zhì)，由于兩類導(dǎo)電材質(zhì)的物理性能不同，母線槽的各自優(yōu)缺點(diǎn)也十分明顯：1導(dǎo)電性能上比較銅的電阻率為0.0185mm2/m，鋁的電阻率0.0283mm2/m如果以銅的導(dǎo)電率為100%為準(zhǔn)；工業(yè)純鋁的導(dǎo)電率為銅的60%左右?？傮w上看單位截面積的導(dǎo)體，銅導(dǎo)體的導(dǎo)電性能比鋁合金導(dǎo)體高35%~40%，其導(dǎo)電性能更加出色。2輕便性上比較從導(dǎo)體密度上看，鋁為2.7g/cm3，銅為8.9g/cm3，銅的密度約為鋁的3.3倍，這導(dǎo)致同等載流量的情況下，鋁的重量低于銅的質(zhì)量。因此銅母線槽在使用時(shí)需要考慮到母線結(jié)構(gòu)和工程安裝中承重的問題。3機(jī)械性能的比較銅的化學(xué)穩(wěn)定性較好，且強(qiáng)度和硬度較高。較鋁母線的機(jī)械性能及抗高溫變形等方面有著更好的優(yōu)勢(shì)。但鋁則較為活潑，加入微量元素?zé)崽幚砗?，可以制成鋁合金提高化學(xué)穩(wěn)定性，某些鋁合金的強(qiáng)度也遠(yuǎn)大于銅。從機(jī)械強(qiáng)度和硬度上看，鋁合金導(dǎo)體可以達(dá)到銅導(dǎo)體所具有具有機(jī)械性能優(yōu)勢(shì)。4導(dǎo)體截面的比較出于電阻和強(qiáng)度考慮，在同等載流量的情況下鋁合金導(dǎo)體的截面積比銅導(dǎo)體更大，銅母線槽在有空間限制的場(chǎng)所使用更具優(yōu)勢(shì)。5經(jīng)濟(jì)性能比較自然界中銅資源相對(duì)有限，價(jià)格相對(duì)比價(jià)高；而鋁資源相對(duì)更豐富，價(jià)格比較便宜。以等效導(dǎo)電性能的銅母線槽和鋁合金母線槽為例，結(jié)合鋁導(dǎo)體母線槽制造過程中的特殊工藝，鋁導(dǎo)體母線槽約為同等載流量銅的成本3/5左右。6電能損耗的對(duì)比在關(guān)注能源使用效率的今天，各類低壓裝置日常使用中，電能損耗日益成為大眾關(guān)心的技術(shù)指標(biāo)。電能損耗是影響母線槽運(yùn)行效率的重要因素，它通常和母線槽的電阻成正比。因銅導(dǎo)體的電阻比鋁合金導(dǎo)體的電阻低，所以在額定電流相同的情下，銅母線槽的電能損耗比鋁合金母線槽低。7銅鋁復(fù)合母線分析銅鋁復(fù)合母線是近期較為熱議的母線類型，基本結(jié)構(gòu)是在鋁導(dǎo)體的外表面采用鍛壓或電鍍的方式附上一層1mm左右的銅層，利用電流的肌膚效應(yīng)實(shí)現(xiàn)降低電能傳輸損耗的愿望。從國(guó)際范圍內(nèi)看尚無通用的銅鋁復(fù)合母線產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，參考我國(guó)DL/T247-2012《輸變電設(shè)備用銅鋁復(fù)合母線》的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，推薦銅鋁復(fù)合母線的最大電阻率為0.026mm2/m，基本與鋁母線的電阻率相當(dāng)。因此銅鋁復(fù)合母線在低負(fù)荷傳輸時(shí)電流的肌膚效應(yīng)可能會(huì)降低線路損耗，但在大電流高負(fù)荷電力傳輸時(shí)，靠肌膚效應(yīng)降低線路電損的意義不大。同時(shí)銅鋁兩類金屬?gòu)?fù)合不實(shí)，存在間隙也有局部發(fā)熱或發(fā)生電化學(xué)腐蝕的可能性。PART3新能源電力系統(tǒng)中母線的選用綜上所述，在母線槽材質(zhì)的選擇中，銅導(dǎo)體和鋁合金導(dǎo)體雖然各有千秋。鋁導(dǎo)體相對(duì)來的經(jīng)濟(jì)性雖然可以幫助客戶節(jié)省前期的工程項(xiàng)目投入成本，但銅導(dǎo)體的導(dǎo)電能力更強(qiáng)，相對(duì)鋁合金導(dǎo)體的電能損耗更低，更有利于長(zhǎng)期的節(jié)能降耗。特別是作為長(zhǎng)期干線能源傳輸?shù)男履茉囱b置母線槽，選用銅材質(zhì)密集母線槽可減少安裝空間，提高傳輸能力，同時(shí)根據(jù)不同安裝環(huán)境選用不同防護(hù)等級(jí)的密集母線槽也能提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性