母線干線系統標準及試驗淺析

何麗薇

（天津電氣科學研究院有限公司，天津，300300）

0 引言

GB/T7251.6-2015標準中描述的母線干線系統（母線槽）由母線干線通道和分接單元組成。母線干線通道由多個母線干線單元連接在一起構成。母線干線單元由母線、母線支撐件和絕緣件、外殼和固定件以及與其他單元的連接件組成，可具有分接裝置也可不具有分接裝置。

1 母線干線系統的概況

1.1 母線干線系統的分類及其優缺點

母線槽產品種類繁多，不同的區分方法的分類也是不盡相同。按其外殼材料分為鋼外殼、鋁合金外殼和鋼鋁合金外殼母線槽；按其導體材料分有銅導體、鋁導體和銅鋁復合導體母線槽。普通母線槽按照結構形式分為密集型和空氣絕緣型。母排用絕緣襯墊支撐在殼體內，靠空氣介質來絕緣的母線槽稱為空氣型母線槽。母排用絕緣材料覆蓋后，緊貼通道殼體放置的母線[1]槽稱為密集型母線槽。

1.2 空氣型母線槽和密集型母線槽的區別

空氣型母線槽和密集型母線槽具體方面的比較見表1。

表1 空氣型母線槽和密集型母線槽的區別

防護等級 如果需要提高防護等級，母線需要降容可達到IP66，因為外殼上無散熱網孔，灰塵和水無法進入抗環境污染差，外界灰塵、顆粒可通過散熱網孔進入，污染母線內部強，杜絕灰塵、雜質，可用于重度污染工作環境，如化工、鋼鐵、木材加工等行業動穩定性能；機械強度很好，由于銅排緊密相貼，母線排承受的電動力均勻分布在整條銅排及外殼上，故能承受高短路電流綠緣介質 空氣 有機材料，要求薄而介電強度高，耐熱性能好。差，母線排承受的電力作用在絕緣支撐件上電阻較大，因為電阻不僅取決于調的純度及接觸電阻，還與異體溫度有關（溫度越高電阻越大）較小，因為溫升低安裝空間 空間要求大 空間要求小，結構緊湊安裝時間 母線大且重，安裝慢不方便 體形輕巧，安裝方便可靠降容傾斜或垂直安裝必須考慮容系數，因為不正確的位置會阻礙空氣流通散熱效果不需要陣容煙囪效應豎直上升型母線內部的空氣間隙會在建筑內著火產生煙囪效應密集型設計無煙囪效應其他 潮濕與多雨的氣候容易引起電氣短路 密集型設計不受影響

從通過的額定電流來說，密集型母線的額定電流可以達到6300A，而空氣型母線的相對要低。密集型母線通過外殼直接整體散熱，散熱效率比較高，溫升比較低。空氣型母線通過外殼上的通風孔使母線槽的空氣與外界對流，帶出母線產生的熱量，散熱效率要低一些，溫升比較高。從抗環境污染的角度來說，密集型母線的抗環境污染較強，可以杜絕灰塵和一些雜質，在重度的污染工作環境中也可以使用。而空氣型母線的抗污染能力相對要差一些，污染嚴重的地方最好不要使用，因為外界的灰塵和顆粒會通過散熱孔進入，母線內部會被污染，甚至引起故障。最后，從電阻的角度來比較，密集型母線的電阻比較小，因為散熱性能比較好，溫升低，所以線路的壓降小，損耗也比較小。空氣型母線的電阻較大，這也與散熱性有關，溫升高，通常溫度越高，電阻越大。

2 母線干線系統（母線槽）的溫升驗證

溫升驗證是母線干線系統設計驗證的重要項目。 GB/T 7251.6-2015中10.10.1條指出溫升驗證通過試驗,類似方案額定電流的推導兩種方法進行。母線槽送樣規則要求母線槽3節，總長≥6米，一節饋電單元，兩節干線單元，要求其中一節直線段≥3米。如果有分接單元，應有1臺分解單元作為樣品。

2.1 試驗驗證

GB/T7251.6-2015中提出，母線干線通道試驗分為水平方向和垂直方向的兩種代表性布置。相對于GB7251.2-2006中的安裝方式僅限于水平方向安裝，GB/T7251.6-2015中垂直方向的布置方案的提出是對母線干線系統產品認證的很重要的完善，給制造商和用戶的實際應用帶來了很大方便。

GB/T7251.6-2015中10.10.2.3.5條明確指出母線干線通道溫升試驗方法。

分析電流為1600A，4000A的空氣型母線槽和密集型母線槽的水平溫升試驗和垂直溫升試驗，樣機參數如表2所示。

表2 樣機的參數

分析電流為1600A，4000A的空氣型母線槽和密集型母線槽的水平溫升試驗和垂直溫升試驗，各溫升點的試驗數據如表3、表4、表5和表6所示。

表3 1600A空氣型母線槽和密集母線槽水平方向溫升驗證

a5第二、三節母線連接處左側 ≤70 65.6 67.6 64.5 63.8 64.9 63.0 a6第二、三節母線連接處右側 ≤70 64.7 67.3 64.5 63.4 64.6 62.7母線槽外殼 ≤30 20.2 18.5

表4 1600A空氣型母線槽和密集母線槽垂直方向溫升驗證

表5 4000A空氣型母線槽和密集母線槽水平方向溫升驗證

表6 4000A空氣型母線槽和密集母線槽垂直方向溫升驗證

分析表3、表4、表5和表6的數據可以看出，在溫升試驗中，不論是水平方向還是垂直方向密集型母線槽的溫升明顯低于空氣型母線槽，試驗的前提是空氣型母線槽的母排規格是密集型的兩倍左右，如果換成同等規格這種比較會更顯而易見，GB/T7251.6中母線槽的溫升限值為70K，所以空氣型母線槽必須用較大規格的母排以滿足試驗要求。空氣母線槽的阻抗值大、使得損耗大，加之散熱不好，載流量較差，試驗數據證明，密集絕緣母線槽的載流能力優于空氣絕緣母線槽的載流能力。密集型母線擁有空氣型母線難以比擬的低阻抗特點，在發熱指標上密集型母線更小；對流、輻射、傳導三種熱量傳遞方式，而相對較高的防護等級決定了母線系統必須是全封閉結構，所以母線內部熱量采用對流傳遞是不存在的；密集型母線緊貼式的結構決定熱傳遞方式為“傳導”；空氣型母線相間存在靜止的空氣介質決定傳遞方式為“輻射”，而金屬間的熱“傳導”勢必優越于氣體介質的熱“輻射”；而且密集母線槽的鋁鎂合金外殼材質導熱性能遠優于空氣母線槽的鋼制外殼。

垂直方向時，空氣型母線槽尾端的溫升明顯高于前端，這是因為空氣型母線槽的母排之間有很大空隙，空氣型母線中空式的結構有著它難以避免的“煙囪效應”，內部的熱會上升，所以垂直方向的溫升會高，密封結構的密集母線槽則不存在這個缺點。而且，空氣型母線的“煙囪效應”，一旦一處著火，其中空式的結構正好充當煙囪的角色，使得整個火勢蔓延速度加快，存在嚴重的安全隱患。

2.2 方案額定電流的推導

對于頻率50Hz樣機的額定電流覆蓋到60Hz時，GB/T7251.6-2015中10.10.3.1條指出額定電流小于等于800A時，在50Hz電路上進行的溫升試驗，適用于60Hz的電路。電流大于800A，不進行60Hz電路的試驗時，60Hz的額定電流應減到50Hz的額定電流的95%。如果50Hz的最大溫升沒有超過允許值的90%，則不要求對60Hz的情況降低額定數據。

對于系列電流對應系列母線的選擇，如各電流等級已經驗證，按驗證結果出電流對應母線的尺寸表。如電流等級未經驗證則母線尺寸的選擇應根據GB/T7251.6-2015中10.10.3.2中的降額公式其中In2為需要計算的額定電流，In1為試驗過母線干線單元的額定電流，S2為方案中母線干線單元導體的橫截面積，S1為試驗過母線干線單元導體的橫截面積）計算。

3 其他

近年來越來越多的廠家采用外殼外接PE端頭的保護措施取代PE排，采用導電性能良好的非磁性材料鋁合金外殼做為保護地線,可做到電抗最小,且保護地線與三相母排距離相等,電抗相同。無論是短時還是持續相對地短路故障,都比單獨設置PE排好。提倡母線槽以外殼作為接地導體。

4 結束語

選擇母線槽類型時應從它們的技術性、經濟性去考慮。綜合以上特點，兩者結合使用為最佳方案，大電流選密集絕緣母線槽、小電流選擇空氣絕緣母線槽。用戶在選擇母線槽時應本著載流能力大、損耗小、平衡電抗、使用方便、降低成本的原則，根據不同的使用場所來確定母線槽的類型、母線槽的防護等級，并根據所需容量確定母線槽電流等級。