銅鋁復合導體在母線槽中的應用分析

吳永季

摘要：銅鋁復合母線是屬于母線槽結構中的一種新型導體材料，它的廣泛應用推廣能夠有效地減少母線槽對金屬銅的依賴性，降低我國輸配電事業對銅資源的大量消耗。本文將從行業現狀、電氣性能、短耐能力、電氣壽命等幾個方面對其展開一個詳細分析和理論探討，期望為我國母線槽行業后續發展研究提供有價值的技術參考。

關鍵詞：銅鋁復合母線;導體;母線槽

引言：

母線槽系統作為各類輸配電線路系統中至關重要的組成部分，自1980年引入以來，便憑借其產品安裝便捷、性能安全、載流量大、能耗低等諸大優勢普遍廣泛運用于輸配電系統中。鋁母線雖然成本低、重量輕，但電氣性能、機械性能，使用壽命上都不如銅母線，所以母線槽的導體基本上以金屬銅作為其載流導體。銅是一種比較稀有的有色金屬化學材料，市場上的價格也逐年升高。因此銅鋁復合母線在母線槽領域的占比呈現較快增長趨勢。

一、銅鋁復合型母線在母線槽行業的現狀

母線槽主要分為密集型、空氣型和澆注型母線槽，不同類型的母線槽適用于不同的領域。密集型母線槽呈現“三明治”結構，其絕緣主要依賴絕緣薄膜，利用導體間的熱傳導進行散熱，由于其電流密度大，載流量大，體積小的特點多用于工業廠房、商業中心等;空氣型母線槽利用絕緣件支撐裸母線，主要依靠空氣絕緣，其饋電方便、維護簡單、電流小的特點，多用于數據機房等;澆筑型母線槽分耐火類與非耐火類，利用多種混合劑澆注在銅排間絕緣，其特點是防護等級高，多用于化工、消防等領域。

根據電工委2016年數據統計，母線槽同年共生產約1300萬米，每米母線槽使用銅排按30kg/m計算，共用銅39萬噸，換成銅鋁復合型銅排按21.9kg/m計算，用銅鋁復合排28.5萬噸，用銅量約為11.4萬噸，可節約用銅量71%?？梢娡茝V銅鋁復合型母線應用在母線槽領域里的必要性。

國家電氣工業協會早在2010年提出并組織制定了有關銅鋁復合母線的相關標準CEEIA B220-2010《電工用銅鋁復合母線》，電器企業聯合會也在2012年相應組織制訂了電力行業標準DL/T247-2012《輸變電設備用銅包鋁母線》，并組織了銅鋁復合母線的《中國電力認證》。國家和行業組織對使用銅鋁復合母線進行規范，并起到了一定的推廣作用。

二、銅鋁復合型母線在母線槽行業的技術指標

（一）、電氣性能

對于母線槽設計者而言，母線槽的主要電氣性能指標為母線槽的溫升。銅鋁復合母線作為載流導體，它的溫升至關重要。根據GB/T 7251.6-2015相關標準要求，母線槽使用環境溫度不超過40℃，其載流母線的溫升不得超過95K。在一定條件下，在通過導體電流大小一定的情況下，導體的發熱與其導體材料的導電率有關。

銅鋁復合母線是由銅和鋁兩種導體組成。由于銅和鋁的導電率有顯著差異，銅的導電率遠比鋁的導電率高，所以銅導體和鋁導體的體積比決定了銅鋁復合型母線的導電率。在同一載流量的情況下，銅導體的占比越高導體溫升越低。對于用戶而言，在保證母線槽達到所需載流能力的情況下，選擇銅占比小的母線更經濟;對于制造商而言，銅占比越小，其制造難度越大，穩定性也更難保證，對產品的制備生產過程能力更難控制，生產成本也會相應的提高。這是現階段銅鋁復合型母線槽市場混亂的根源。

（二）、短耐能力

在供配電系統中，交變電流通過母線槽導體時，載流導體會在母線槽周圍產生交變磁場，使得其他載流導體在該磁場下產生電動力。當配電設備發生短路故障時，母線槽所需承受的電動力是正常運行的幾十倍。電流越大，母線槽所需承受的電動力越大。要得到市場的廣泛認可，銅鋁復合母線作為一種型新的導體復合材料，就必須對其短時耐受能力進行驗證。

關于銅鋁復合型母線的短時耐受能力，廠家需要依據GB/T 7251.1《低壓成套開關設備和控制設備》中10.11條款試驗方法，設計符合試驗要求的母線槽送檢，以驗證母線是否適合使用在母線槽系統中。國家質量認證中心數據顯示取得3C認證報告的銅鋁復合型母線槽廠家已有十幾家。例如江蘇華強、北京華北長城等。對400A-6300A的母線槽進行了3C型式試驗，測試結果都合格，獲得相應的報告。

（三）、電氣壽命

關于銅鋁復合母線電氣壽命，制造商和用戶都會擔心的問題是母線是否會因為熱脹冷縮應力而分離，需要引入界面結合強度和可靠性兩個關鍵性指標來驗證。

關于銅鋁復合型母線的界面結合強度，我們通過對不同規格的銅鋁復合母線進行了0—200℃，100次熱循環試驗來驗證。200 ℃溫差熱脹冷縮產生的應力沒有破壞它，而母線槽正常使用溫度不超過130℃，因此使用是安全的。此試驗驗證了母線界面結合強度沒有降低，關于銅鋁復合型母線的可靠性，上海電纜研究所歷時8個月，依據標準GB/T 9327《額定電壓35KV（Um=40.5kV）及以下電力電纜導體用壓接式和機械式連接金具試驗方法和要求》，對銅鋁復合型母線進行了1000次熱循環試驗，母線的電阻比率和離散度都滿足標準要求，測試結果都合格。充分說明了銅鋁復合型母線材質沒有發生改變，滿足電控、配電設備的使用壽命的標準要求。

結束語：

隨著中國特色社會主義經濟的不斷蓬勃發展、我國城鄉交通一體化發展的逐步加快、經濟的快速發展和現代城市化進程的加快，人們對輸配電系統的安全性能和使用成本控制的要求越來越嚴格。此外，目前國家始終堅持“低碳環保、節能減排”的清潔能源安全政策。而利用銅鋁復合母線發電導體的綜合生產應用工藝，不僅可以有效提高母線槽的綜合性能，還可以有效降低使用銅鋁等金屬元素發電資源的大量消耗。它可以代替復合銅母線導體，作為核心材料代替應用材料，是我國電氣設備輸配電技術的重要進步。本文對母線電氣性能、短耐性能、使用壽命進行了深入分析。銅鋁復合型導體用于母線槽的應用，有望為我國輸配電系統的后續發展提供有價值的技術參考。

參考文獻：

[1]白志勝，陳建兵，忻尚芝，夏鯤.低壓成套設備中銅鋁復合母線溫升的研究[J].電子元件與材料，2015，34（11）：92-95.

[2]徐猛.銅鋁復合母線導體在母線槽中的應用分析[J].科技與企業，2015（16）：221.

[3]段毅，韓東明，王沙，王陽.銅鋁復合母線導體在母線槽中的應用分析[J].電工文摘，2012（03）：43-47.