柜體銅排的選型與熱電應力計算

姚丙義

摘 要：銅排是電氣柜設備中承載電流的一種優選導體，常作為母線使用。母線在開關設備和控制設備中主要用于匯集、分配和傳送電能，連接一次設備。根據相關資料統計，短路事故絕大部分是直接或者間接發生在母線部位，母線故障是電氣設備故障中最嚴重的故障之一。因此，對母線的正確選用和應用顯得極為關鍵。在對比不同學會，手冊及標準的前提下，歸納整理了銅排選型的快速思路;基于導體發熱的原理，結合工程案例分析計算了柜體銅排的熱電效應應力，為工程師合理的銅排結構設計提供有效的依據和方法。

關鍵詞：銅排選型;熱電效應;應力計算

中圖分類號：TB ? ? 文獻標識碼：A ? ? ?doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2019.22.088

0 引言

目前國內95%以上的低壓開關柜使用矩形銅排作為載流導體，少量產品使用異型銅排或鋁排。合理選擇母線，正確安裝母線及處理好母線間的電氣連接將影響低壓成套開關設備的使用性能，安全性能以及使用壽命。母排是分配電能的主要器件，選擇得合理與否，直接影響到有色金屬的消耗量與線路投資，以及整個設備甚至電力網的安全運行。不管是銅排還是鋁排，其選型主要原則是滿足載流量要求和熱電應力的作用。本文綜合國際國內標準以及工程實踐中的理論演算，整理了一套有效的選型思路以及熱電應力的校核算法，旨在指導工程師合理定義母排參數和規劃柜體結構設計。

1 銅排的選型

在實際工程設計中，我們通常要考慮母排的負載要求，空間布置以及工作溫度等條件來選定合適的尺寸系列。在大量的數據和實踐的基礎上，相關行業設計手冊中給出了母排的快速選型表，如《工業與民用配電設計手冊》，《高壓配電裝置規程》的快速選型表等，從這些表格中，我們不難看出母排主要的材質是銅和鋁，并且多是矩形截面母排。較之圓形、D型、U型等母排，其電阻小、散熱面大、載流量高等原因，矩形母排在40.5kV及以下電壓等級中應用最廣泛。各家電氣柜體廠家選用的材質稍有不同。這里主要是基于DIN43670及DIN43671來說明一種母排選型的方法思路。常用母排材質為紫銅（E-Cu）和鋁鎂2.5（AlMg2.5）。銅排表面可使用鍍鎳或鍍錫來提高耐腐蝕性。銅排與鋁排搭接處如有必要可增加轉接片。表1僅給出常用規格寬度方向豎直放置的母排載流量。

4 結論

中低壓柜體銅排的選型設計與熱應力計算，在實際工程中不僅需要嚴謹的校核計算，還需要結合樣機的測試來進一步的驗證與改進。本文結合國際及國內相關標準手冊給出的數據和公式，從導體熱電效應原理的角度出發，給出一套銅排選型與熱電應力計算的思路，并結合具體工程項目的問題加以佐證，旨在指導工程設計人員理解銅排結構設計中各個指標參數之間的關系，合理運用基礎公式進行母線的空間結構布局和聯結支撐。隨著數字化技術的發展，相信通過開發相應的程序軟件，能夠更快，更準確的進行銅排結構的尺寸規劃與建模仿真，消除人為因素的影響，使整體項目或產品開發更快捷，更有效。

參考文獻

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