基于母線在開關(guān)柜中的設(shè)計(jì)研究

岳乃天

【摘要】隨著現(xiàn)代化工程設(shè)施和裝備的涌現(xiàn)，各行各業(yè)的用電量迅增，母線作為高、低壓成套電器一次設(shè)備間相互聯(lián)接的重要元件，其設(shè)計(jì)的合理性與否，直接關(guān)系到系統(tǒng)能否安全運(yùn)行。本文主要對(duì)對(duì)戶內(nèi)高、低壓成套開關(guān)柜的母線設(shè)計(jì)進(jìn)行歸納和總結(jié)。

【關(guān)鍵詞】開關(guān)柜 載流量 母線設(shè)計(jì)

前 言：母線是指在開關(guān)設(shè)備中，用來(lái)連接各種電氣設(shè)備、匯集、分配和傳送電能的導(dǎo)體。在發(fā)生短路故障時(shí)要承受短路電流造成的發(fā)熱和電動(dòng)力作用，是作為高、低壓成套電器中重要的一次元件。

一 母線的分類、布置、載流量影響因素及選擇

1 母線類型。開關(guān)柜用母線按其橫截面分為：矩形、圓形（或雙D形）和槽形母線3種。當(dāng)母線的橫截面積相同時(shí)，矩形母線的周長(zhǎng)要比園形母線大，其散熱效果好，冷卻條件好。而且，在一定允許溫度條件下，矩形母線所通過的電流要比圓形母線大，圓形母線的集膚效應(yīng)較強(qiáng)，而矩形母線比較均勻。因此成套開關(guān)柜內(nèi)一般都采用矩形母線。

2 柜內(nèi)母線的布置（如表1所示）。（1）按垂直或水平“一”字形：如GG1A-12F、GBC-40.5中的柜頂主母線布置結(jié)構(gòu)。如水平布置，三相母線固定在同一高度，有豎放式和平放式兩種布置。豎放式水平布置優(yōu)點(diǎn)是散熱條件好，母線的額定允許電流較其他放置方式大，但機(jī)械強(qiáng)度不是很好。平放式水平布置載流量不大，但機(jī)械強(qiáng)度較高。又如垂直布置，三相母線分層安裝，散熱性強(qiáng)，機(jī)械強(qiáng)度和絕緣能力較高，但對(duì)開關(guān)設(shè)備母線室高度有所增高。（2）按“品”字形：如KYN28A-12，KYN10-40.5中的主母線布置結(jié)構(gòu)。

3 載流量受影響的因素。（1）布置方式：豎放和橫放，豎放的動(dòng)穩(wěn)定電流值要比橫放時(shí)大。（2）環(huán)境溫度（如表2所示）。母線經(jīng)過鍍銀或鍍錫處理后其耐高溫性能有所提高。（3）母線的材質(zhì)：銅；鋁；鋼。其中銅的導(dǎo)電率最高，相同截面積時(shí)它的載流量最大；而鋼最小，常用于PT回路或避雷器回路中。（4）母線的根數(shù)：多根母線并列布置使用時(shí)，其散熱條件比單根要差得多。 例如：TMY-100X10的電流試驗(yàn)值：40℃溫度條件下，單根豎放載流量是1870A/1（作基準(zhǔn)）；雙根布置時(shí)，載流量是2970A/1.59；三根布置時(shí)，載流量是3750A/2；四根布置時(shí)，載流量是4350A/2.33。（5）散熱條件：開啟式開關(guān)柜要比封閉式開關(guān)柜中使用的母線載流量要大，帶空調(diào)的變電所要比沒有帶空調(diào)的要好。

4 主母線選擇。主母線規(guī)格的選擇必須滿足母線額定電流的要求，在用戶提供的一次接線圖中，一般直接給出主母線規(guī)格，有時(shí)給出了母線所要滿足的額定電流。在工程設(shè)計(jì)中，要認(rèn)真復(fù)核母線規(guī)格與額定電流值。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計(jì)算進(jìn)行熱效應(yīng)和電動(dòng)力效應(yīng)校核。

5 分支母線選擇。分支母線在用戶提供的一次接線圖中一般不體現(xiàn)，選擇原則是按該開關(guān)設(shè)備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。進(jìn)線柜、進(jìn)線計(jì)量柜、聯(lián)絡(luò)柜、隔離柜一般情況下按照主母線規(guī)格選取，PT柜及所用變分支母可選用TMY40×4。分支母線的選擇開關(guān)設(shè)備廠家都有相關(guān)的工藝文件規(guī)定。

二 母線的絕緣

1 絕緣母線作用。（1）防止由于受小動(dòng)物接觸而引起的相間或相對(duì)地的短路故障；（2）防止污閃或凝露閃的發(fā)生；（3）防止人身傷亡事故；（4）防止鹽霧及有害化學(xué)氣體對(duì)母線的直接腐蝕。

2 母線絕緣方式。（1）熱縮護(hù)套：可以提高母線間的絕緣水平，但護(hù)套有絕緣老化的問題，同時(shí)母線的散熱條件也會(huì)變差，也增加了生產(chǎn)成本；（2）冷縮護(hù)套：操作簡(jiǎn)單，無(wú)需加熱。但成本高，也有絕緣老化和母線散熱條件變差的問題。

三 母線設(shè)計(jì)

1 相序設(shè)計(jì)。一般情況下，開關(guān)設(shè)備中母線排列和排序按規(guī)定執(zhí)行： A、B、C；上、中、下；遠(yuǎn)、中、近； 左、中、右。但是，在一些特殊的開關(guān)設(shè)備中，可以按實(shí)際需要進(jìn)行，如母聯(lián)柜中聯(lián)絡(luò)空間較小時(shí)；母線橋架變壓器相連的母線等。另外在設(shè)計(jì)出口工程項(xiàng)目時(shí)要按當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)要求。具體有：（1）主變架空進(jìn)、出線柜方案中的母線相序要在技術(shù)要求中明確，要考慮到母線是否需要換相；（2）當(dāng)聯(lián)絡(luò)母線空間較小時(shí)，也可能會(huì)出現(xiàn)相序的調(diào)整；（3）相鄰的兩臺(tái)高壓開關(guān)柜用于控制一臺(tái)高壓電機(jī)正、反轉(zhuǎn)時(shí)，柜中出線聯(lián)絡(luò)側(cè)母線相序要作調(diào)整；（4）在架設(shè)對(duì)列母線橋的兩臺(tái)開關(guān)柜中，有一臺(tái)柜中的主母線需要調(diào)整相序；（5）設(shè)計(jì)出口項(xiàng)目時(shí)，要注意出口國(guó)的母線相序的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)。比如，印度高壓三相母線（A、B、C）的顏色標(biāo)準(zhǔn)分別為紅色、黃色和藍(lán)色；（6）柜頂三相電壓小母線的位置布置，也要按國(guó)標(biāo)要求按“遠(yuǎn)A、中B、近C”設(shè)計(jì)。

2 母線的搭接設(shè)計(jì)。（1）母線橋中的母線跨度固定位置尺寸設(shè)計(jì)要符合國(guó)標(biāo)的要求：一般按每800mm長(zhǎng)上要設(shè)計(jì)一個(gè)固定點(diǎn)；（2）在改造工程中要考慮到新、舊柜體主母線到現(xiàn)場(chǎng)拼接的工作量，同時(shí)還要確定舊柜體主母線的規(guī)格；當(dāng)新舊柜體中的主母線由于柜體結(jié)構(gòu)的原因而無(wú)法直接拼接時(shí)，也可以考慮采用母線過渡柜或母線橋的辦法實(shí)現(xiàn)母線的對(duì)接；（3）特別注意旁路母線橋和雙母線柜中的母線橋的搭接結(jié)構(gòu)、布置設(shè)計(jì)的合理性；（4）注意低壓架空進(jìn)、出線母線橋的搭接方式（如：上進(jìn)出、后進(jìn)出、側(cè)進(jìn)出三種類型）的設(shè)計(jì)；（5）對(duì)于低壓電流互感器（如：LMZ1-0.66）內(nèi)徑規(guī)格，有時(shí)不能穿過規(guī)定的引下母線（如：TMY100X10），在技術(shù)要求中加注所穿過母線規(guī)格，特別是在進(jìn)線柜、母聯(lián)柜和電容器柜方案中多見；（6）在設(shè)計(jì)主回路母線時(shí)要注意：三相主母線（穿墻式隔離開關(guān)）在穿過柜體隔板時(shí)要考慮到電流通過時(shí)的渦流感應(yīng)，在結(jié)構(gòu)上應(yīng)采取隔斷磁路的措施：在鋼板上加缺口、用不銹鋼板、用SMC絕緣板；（7）對(duì)于低壓抽屜柜，當(dāng)柜寬為800mm時(shí)，設(shè)計(jì)母線出線位置時(shí)，注意要留出接一次出線電纜的空間，在審核一次系統(tǒng)圖或在技術(shù)交底時(shí)要注意各出線回路主電纜的規(guī)格；（8）柜內(nèi)主、支母線都為銅母線而穿墻套管中的導(dǎo)體為鋁時(shí)，則應(yīng)明確：“母線塔接處要搪錫處理”；（9）手車柜觸頭盒設(shè)計(jì)時(shí)（特別是在大電流柜設(shè)計(jì)）要注意：柜中的引下母線規(guī)格要與觸頭盒規(guī)格相匹配，靜觸頭的高度也要與引下母線規(guī)格相匹配。

四 結(jié) 論

母線設(shè)計(jì)是否合理將直接影響到電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、使用各個(gè)環(huán)節(jié)都應(yīng)該重視。母線在開關(guān)柜中發(fā)生故障機(jī)會(huì)較少，但是，一旦發(fā)生了母線故障后果非常嚴(yán)重，會(huì)造成大面積的停電，以及對(duì)供電系統(tǒng)的的穩(wěn)定性破壞。母線設(shè)計(jì)的合理性與否將直接關(guān)系到整個(gè)主回路供電系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性的高低，在成套開關(guān)柜產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中要引起足夠的重視。

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