鋁合金空氣絕緣母線槽介紹及技術探討

來源:中國幕墻網(wǎng)收集整理 　作者:* 　日期:2010-12-13 　頁面功能 [字體：大 中 小] [ 打印 ] [ 投稿 ] [ 評論 ] [ 啄木鳥 ]

　　【中國幕墻網(wǎng)】現(xiàn)代高層建筑和大型的車間需要巨大的電能，而面對這龐大負荷所需成百上千安培的強大電流就要選用安全可靠的傳導設備。母線系統(tǒng)將是您理想的選擇。母線槽系統(tǒng)是一個高效輸送電流的配電裝置,尤其適應了越來越高的建筑物和大規(guī)模工廠經(jīng)濟合理配線的需要。

　　加強型鋁合金外殼設計

　　外殼采用鋁鎂合金型材，由兩側板和上下蓋板而成，側板上設計了散熱片和燕尾槽，既有利于母線槽的散熱，又加強了外殼剛度，也便于安裝，同時減輕了母線槽重量，可大跨度設計和減少安裝支架。

　　無螺釘組裝技術

　　外殼的上、下蓋板與側板的連接不用螺釘、鉚釘也無需焊接而是采用勾、槽，由于外殼上不開孔，水氣灰塵進不去，提高了防護等級，且外型非常美觀。

　　整體接地技術

　　傳統(tǒng)的保護地線PE線放置在母線槽內(nèi)一側，由于電磁感應在保護地線上感應的故障電流經(jīng)實測比理計算還要高出50％，同時三相導電排距PE間距不等，電感也不等，線路較長時，在故障電流下，三相嚴重不平衡。采用導電性能良好的非磁性材料鋁合金外殼做保護地線，包圍在導電排四周，由于它盡可能的靠近三相母排，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。這樣無論是短時還是持續(xù)相對地短路故障，這種接地方式都比單獨設置PE排好。因此國際電氣技術委員會公布及提倡電匯排(母線槽)以外殼作為接地導體。

　　把外殼與PE排合為一體，也避免了外殼與PE連接處因長期腐蝕，接觸不良而產(chǎn)生接地連續(xù) 性不良現(xiàn)象。

　　在母線槽強制性標準GB7251．1的7．4條電擊防護的7．4．3．1．5條中規(guī)定，如果采用的措施能夠保證電路有持久良好的導電能力，而且載流容量足以承受成套設備中流過的接地故障電流，那么組裝成套設備的各種金屬部件則被認為能夠有效地保證保護電路的連續(xù)性。在7．4．3．1．7表4中規(guī)定了保護導體截面積。在7．4．3．1．5(e)中規(guī)定如果將外殼當做保護電路的一部分使用時，其截面積與7．4．3．1．7中規(guī)定的最小載面積在導電能力方面應是等效的。

　　因此采用外殼做PE排的整體接地技術是有效的。

　　防腐性能強

　　鋁型材外殼經(jīng)過陽極氧化10u后鍍鋅防腐性能要好得多．比鋼制外殼日本對不同牌號鋁合金板材與鍍鋅銅板的長期大氣暴露試驗表明其腐蝕深度前者大約是后者的二十分之一。
　　可靠的絕緣方式

　　導電排上有絕緣層，相與相間還有一定的空氣間隙，導電排與外殼間還有DMC材料壓制的絕緣墊塊，三重絕緣，保證母線槽的絕緣萬無一失，尤其在潮濕的環(huán)境下使用更顯其優(yōu)越性。

　　大跨度設計

　　直線型母線槽的長度除受運輸能力限制外，其設計和生產(chǎn)能力不受長度限制，能滿足工程尤其是現(xiàn)代廠房對大跨度母線槽的需求。由于其剛度好，6m跨度之間可以不安裝吊架。

　　安裝方便

　　由于全長外型尺寸一致，內(nèi)部結構對稱，在任一側都可以排列為L1, L2, L3，N， 因此倒相很容易，安裝方便。

　　一、母線槽的結構：

　　鋁合金外殼空氣絕緣母線槽為室內(nèi)低壓母線槽，由始端，直線段、垂直直角彎頭、水平直角彎頭、Z形彎頭、T形、十字形、伸縮節(jié)、變?nèi)莨?jié)和終端等母線槽構成，其走線靈活、便捷，結構緊湊，占用空間小。因其母線為封閉式組裝，使用安全，并不需專人維護。在直線段（干線）母線槽上可經(jīng)插接箱向用戶供電，同時對大流量分支可經(jīng)T形母線槽分流至配電箱（或柜）。本母線槽由銅排或鋁排及鋁合金外殼、相間絕緣件及其他連接件構成，其安裝便利。母線槽間連接時，通過絕緣穿心螺栓緊固，始端母線槽與外部設備通過軟連接構成通路，終端母線槽由終端盒封閉，母線間連接好后，用接頭蓋板封閉，接頭蓋板與鋁合金外殼的縫隙可用玻璃膠密封，其防護等級大于IP30。母線槽間連接處的銅排采用熱鍍錫（應用于特殊工況時可鍍銀），以減小母排間的接觸電阻或降低該處銅材的氧化程度。本母線槽因絕緣介質為空氣，其散熱效果優(yōu)于密集性母線槽，并且其超載能力大。母線槽外殼為優(yōu)質高強度鋁合金型材流線形壓制而成，其外形美觀，并減輕了母線槽的重量，同時母線槽的外殼因采用鋁合金材質，外殼可作為良好的接地體且耐自然環(huán)境浸蝕，由此本母線槽獲得多項國家專利（專利號：ZL96204064.9）。該母線槽是全天候的低壓大電流剛性導體，抗彎強度滿足國家標準GB7251.2－1997的要求，其制造時電氣性能檢驗及依據(jù)。

　　二、母排截面的計算：
　　母排截面尺寸，按以下幾個條件選擇：
（1）按持續(xù)工作電流選擇；
（2）按經(jīng)濟電流密度選擇；
（3）按短路時的熱穩(wěn)定校驗；
（4）按短路時的機械強度校驗。
對于大電流母線來說，起控制作用的一般是（1）、（2）兩項，第（3）項所決定的截面積往往遠小于（1）、（2）兩項所決定的截面積，而第（4）項，由于母排截面較大，機械強度較高，而且可以通過調整絕緣子跨距和母線槽間（或片間）墊塊跨距來滿足要求，所以一般也不是決定導體截面積的控制條件。

　　母線槽制造時，在通常條件下按用戶所提供的母線槽所需載流量選擇母排截面積。
按允許載流量選擇母排截面積應滿足以下條件：IJS≤IY
式中：IJS為母排的計算電流，A（通常由用戶所提供）；IY為母排允許載流量，A。
　　選擇計算時應注意以下幾點：
　　①、當環(huán)境溫度不同于額定使用環(huán)境溫度時，其載流量IY應乘以溫度校正系數(shù)KT。
KT＝QM－Q1／QM－QN
式中：QM為母線槽最高允許工作溫度，取40℃。
Q1為母線槽使用環(huán)境溫度。
QN為母線槽額定使用環(huán)境溫度，一般為25℃。
　　母線槽允許載流量在不同環(huán)境溫度下的校正系數(shù)KT按上式計算，當環(huán)境溫度高于額定環(huán)境溫度時，IY值應予以修正，其修正值：
IYX＝KT。IY。
　　②、對于供給商住樓的母線槽，因其使用負荷多為單相或兩相三線，其零線（排）截面積與相線（排）截面積應相同；對于三相四線供電于工業(yè)區(qū)，其總零排截面積約為相排截面積的40％～60％；對三相五線制母線槽其PE線（排）截面同零線，但其長度大于300MM，裝于母線槽兩端，其中間端用母線槽殼體鋁合金代替即可。

　　三、動、熱穩(wěn)定性的校驗：

　　當母線槽發(fā)生短路時，就有比正常工作電流大許多倍的短路電流從電源經(jīng)過大電流母線流到短路點。這種短路電流常達15KA以上，要對母線產(chǎn)生力的（機械的）和熱的效應。為此必須校驗母線承受短路電流作用的能力，即校驗母線的動穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。關于短路電流的計算，可參閱有關書籍。大體說來，它由工頻的交流分量和直流衰減分量組成，其中交流分量又包含次暫態(tài)衰減、暫態(tài)衰減和穩(wěn)態(tài)三個分量，并由系統(tǒng)中的線路、變壓器和發(fā)電機等的綜合參數(shù)以及發(fā)電機的自動勵磁調節(jié)器決定，直流衰減分量是伴隨交流分量產(chǎn)生的自由分量，由交流分量的初相角（即短路初瞬間的相角）和系統(tǒng)的綜合電磁特性決定。

　　暫態(tài)時間常數(shù)TD通常達幾秒，就力效應而言，可近似地把它對應的暫態(tài)分量并入穩(wěn)態(tài)分量，剩下次暫態(tài)分量以時間常數(shù)TA決定速率的衰減。

　　電力系統(tǒng)一般為三相制，這就可能會發(fā)生兩相或三相短路，后者稱為對稱短路。一般地說，兩相短路與三相短路電流交流幅值的比是IM：IM＝3／2，其平方之比是3／4。在單個分支線路上，則只可能發(fā)生兩相短路。兩相短路時，兩個短路相導體中的短路電流瞬時值，數(shù)值相等方向相反，如同單相電路中一樣。三相短路時，三相電流交流分量的幅值相等，但初相角互相差120°。

　　在熱穩(wěn)定校驗時，必須知道短路持續(xù)時間TD，它是供電負荷中繼電保護動作時間與斷路器跳閘時間之和。

　　載流母線由于電阻引起的損耗轉化為熱，使母線溫度升高。銅、鋁材料本身雖然可在較高溫度下使用不影響其機械強度，但是螺栓連接的接觸面溫度較高容易氧化，使得接觸面電阻增加。接觸電阻增大又使接觸面溫度繼續(xù)升高，造成惡性循環(huán)，導致接觸部分損壞。因此電接觸面的氧化問題就成為限制母線槽溫度的主要因素。連接面鍍銀的螺栓連接允許的母線溫度比較高，但成本很高，一般采用連接面鍍錫或鍍鋅的螺栓連接。這種母線的允許溫度就低些。我國規(guī)定母線的允許溫度為85～90℃，對封閉母線，外殼的允許溫度為65～70℃。采用焊接時，允許溫度可到達110℃。但是在與電器連接時，為了便于安裝和檢修，螺栓連接是不可避免的，其母線搭接螺栓的擰緊力矩見表A。
表A母線搭接螺栓的擰緊力矩
序號螺栓規(guī)格力矩值（N。M）
1M88.8～10.8
2M1017.7～22.6
3M1231.4～39.2
4M1451.0～60.8
5M1678.5～98.1
6M1898.0～127.4
7M20156.9～196.2
8M24274.6～343.2
　　一般母線設計中還應考慮事故情況下短路電流的熱效應。在電網(wǎng)發(fā)生短路的情況下，雖然保護繼電器能迅速做出反應，切斷電路，延遲時間僅在幾秒到十幾秒以內(nèi)，但是由于短路電流極大，產(chǎn)生的熱量也極大，引起母線溫度短時間的大幅度升高。母線安全地承受這種短路熱效應的能力稱為短路熱穩(wěn)定。

　　母線短時發(fā)熱不致造成損壞的允許溫度比正常工作允許溫度高得多。銅母線為300℃，鋁母線為200℃。在短路過程中，母線的損耗功率是正常工作時的上百倍，表面散熱量只有母線損耗的1～3％。這就使得計算短路溫升時可以不計及母線的散熱，也就是認為母線損耗產(chǎn)生的全部熱量都用于提高母線的溫度。因此，短路時母線的溫升就取決于母線的熱容量，短路延續(xù)時間和短路電流的大小。要保證母線有足夠的熱穩(wěn)定性，除了盡量減少短路延續(xù)時間和短路電流以外，還必須使母線有足夠的截面尺寸，也就使母線有足夠的熱容量。

　　四、關于母線的渦流（即集膚效應和鄰近效應）

　　在時變條件下，由于經(jīng)過回路截面上各點的電流路徑不同，相應的感應電動勢也就不同，因而各點電流密度也不同。換句話說，除了基于媒質的均一電阻率而假設存在的均布電流外，還會因電磁感應而出現(xiàn)渦流，即發(fā)生集膚效應和鄰近效應，使截面上電流分布不均勻，包括相位的不一致。集膚效應和鄰近效應的程度與導體截面形狀尺寸及頻率有關，鄰近效應還與相鄰近的導體間或回路間距離有關。對于在工頻下工作的多數(shù)銅、鋁母線或電力線路，除特殊情況外，由于導體截面不很大，而導體間距離不是很小，這兩種效應一般都不很大。這種導體叫線狀導體，其回路叫線狀回路。線狀回路的外感抗是其總電感的主要部分，而渦流影響只及于導體內(nèi)部的磁通和緊靠導體附近的一小部分外磁通。因此即使有一定的渦流，它對電感數(shù)值的影響仍然很小（比對電阻損耗的影響小）。加上電感值計算的精確性不如電阻值重要，因此一般的工頻線路電感計算可假定電流在截面上均勻分布，這使計算大大簡化。但是，當渦流影響特別大時，則必須專門考慮。例如涉及封閉母線的外殼或冶金爐的低壓大電流引線就是如此，而母線槽外殼采用良導體鋁合金后其具備屏蔽磁場的作用，這就較好地解決了封閉母線易產(chǎn)生渦流的問題。

　　鋼母線或導體，由于μ大，又是非線性的，有強烈的集膚效應，針對于此開發(fā)了鋁合金外殼空氣絕緣母線槽，很好地解決了封閉母線積于集膚效應的問題。

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