大電流開關柜內主回路母線固定方式設計

錢良文

摘? 要：大電流開關柜一次元件包括大電流斷路路、電動隔離開關、穿芯式電流互感器、主母線、引入引出母線等。通過分析5 000 A大電流開關柜主母線立式、疊加式固定2種方式，選用4根TMY-125×10銅母線進行立式固定設計，經試驗分析，立式固定對母排設計、加工及溫升等要求更具有優勢。通過立式固定方式的設計，解決了主母線加工、安裝固定難題，并成功應用到實際工程項目中。

關鍵詞：開關柜;大電流;散熱面積;溫升

中圖分類號：TM642? ? ? ? 文獻標志碼：A

0 引言

隨著用電量驟增，用于接收和分配電能的大電流開關柜需求量增大，選用大電流發電機出口柜也不斷增加，額定電流達到4000 A～6300 A的12 kV中壓交流金屬封閉開關設備的市場需求在快速增長。但大電流開關柜在溫升、結構強度、電氣參數方面要求高，為滿足客戶需求，行業內都在做相應的研究和試驗，優化主回路設計。力爭在產品設計、采購成本、加工成本、維修成本等方面做到成本最優。

1主回路母線疊加式固定方式

1.1 疊加式固定方式結構（圖1）

4根TMY-125×10銅母線按圖1疊加在一起，中間留母線厚度的間隙，在間隙中放入銅墊塊，將銅母線、墊塊、絕緣子固定在一起，再用M16的六角螺栓，將絕緣子固定在開關柜的安裝梁上，完成此部分銅母線的安裝。

1.2 疊加式固定方式的優勢、劣勢分析

優勢：疊加式方法固定主回路母線，原理簡單，固定直接，只需要在銅母線上開一個φ17的安裝孔即可，不需作特別設計就能固定母線，被部分用戶接受，多數場合可以采用此種方法。

此種方法固定大電流主回路母線，將4根TMY-125×10銅母線水平或豎直疊加固定在一起，由3組母線構成開關柜三相交流載流回路，由表1可知：單相主回路載流量=排寬（mm）×厚度系數=125×44.1=5512.5A，當用于額定電流5000A的主回路中，可以滿足1.1倍額定電流的載流量。

劣勢：大電流開關柜中的電動隔離開關、斷路器等一次元件，其制造廠家，考慮元器件自身技術原因，為保證觸頭本身散熱面積、載流量能力以及結構穩定性，隔離開關、斷路器的觸頭設計時采取立式出線方式，母線搭接方式只能按照元件本身形狀來設計，象知名品牌3AH3 712-4 5000-63kA發斷，如圖2所示。采用疊加固定方式，柜內主母線需貼合斷路器出線觸頭外形設計，銅母線與斷路器出線母線不在一個平面上，在空間上存在90°夾角，此時，主母線與斷路器觸頭搭接處需做轉接母排，導致開關柜內主母線設計、加工、安裝很因難，且增加銅材用量。

2 主回路母線立式固定方式設計

2.1 立式固定方式結構（圖3）

立式固定方式構成：上下不銹鋼夾板、固定絕緣子、不銹鋼螺桿。安裝順序：①將二根M12×190不銹鋼螺桿旋入固定絕緣子;②套入下夾板，將4根TMY-125×10銅母線放入下夾板凹槽中，調整銅排位置;③固定上夾板。

2.2 立式固定方式零件設計

夾板設計：材質：00Cr（304）不銹鋼，板厚：3.0 mm，公稱抗拉強度：520 MPa，公稱屈服強度：205 MPa，能保證主回路母線立式固定方式結構的穩定性。夾板設固定銅母線的槽，槽寬12，設有孔距為56.5 mm ，18×13長腰孔的不銹鋼螺桿安裝孔，左右兩端折邊，高度為25 mm，尖角均R1.5。夾板采用激光切割加工工藝，切割后轉數控折彎加工而成。設計圖如圖4所示。

固定絕緣子設計：材質：環氧樹酯，機械強度：拉彎強度>23kN，爬電距離：20 mm/kV，固定絕緣子底部留有嵌件M16×33、頂部嵌件4-M12×16和M16×23螺紋孔。固定絕緣子采用高溫壓制工藝。設計圖如圖5所示。

不銹鋼螺桿的設計：材質：φ12 mm圓鋼 00Cr（304）不銹鋼，性能等級：4.8級，公稱抗拉強度：400 MPa、公稱屈服強度：320 MPa、有效剪切面積：89 mm2，長度為190 mm全螺紋螺桿。

3 主回路母線立式固定方式驗證

3.1 結構件溫升試驗

溫升按GB/T 11022—2011 6.5條款，試驗在戶內，大體上無空氣流動的室溫（20 ℃）環境下進行。在溫升試驗規定的條件下，當周圍空氣溫度不超過40 ℃時，開關設備和控制設備任何部分的溫升不應該超過裸銅的溫度75℃、溫升極限35 K。

試驗應持續足夠長時間以使溫升達到穩定，若在1 h內溫升不超過1 K，就認為達到這一狀態，通常這一判據在試驗持續時間達到受試設備熱時間常數的5倍時就會滿足。

試驗電流5 500 A，在銅母線固定熱電偶，溫度測量參數見表2，其溫升值在允許范圍內（溫升極限35 K， 溫度極限75 ℃），且表現值較優越，對開關柜溫升要求是一種好的結構形式。

3.2 散熱面積分析

假設銅母線規格為4層TMY-125×10，母線長1.5 m，有效散熱表面積指的是銅母線所有表面積之和。疊加固定方式有效散熱表面積：S1=1.43m2，主回路母線立式固定方式有效散熱表面積：S2=1.63m2，S1/S2×100%=1.43/1.63×100%=87.7%。

疊加固定方式有效散熱表面積S1為立式固定方式有效散熱表面積S2的87.7%，母線立式固定有效散熱表面積具有明顯優勢，且不銹鋼螺桿、不銹鋼夾板均采用不導磁材料，避免結構件本身產生渦流而發熱。

4 主回路母線立式固定方式優點

設計與加工：優化了母排的復雜形狀、加工尺寸難控制等，減掉了轉接排（無需轉接）。避免了因加工而導致銅排尺寸與斷路器配合產生的一系列問題等，節約了加工、測量、采購成本，縮短了加工周期。

安裝與運行：母排與斷路器能自然吻合，不損傷斷路器，銅排無需其他聯接，避免了斷路器受外力影響而損傷，保證了開關柜安全運行。

5 實踐與應用

某電站發電機出口開關柜，主回路母線采用立式固定。該電站設備參數見表3，且都滿足出廠要求。發電機出口柜主母線立式固定實物如圖6所示。

6 結語

立式固定方式解決了大電流開關內主母線的固定與聯接，不損傷斷路器和隔離開關出線觸頭，且同時保證了結構件的機械強度、母線散熱、母線溫升，是一種新穎的方法，此方法也可用于大電流母線槽、低壓成套柜、母線橋等。該種立式設計方案，值得推廣。

參考文獻

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