摘要：本文论述了铝合金空气绝缘母线槽的组成结构和母排的选择方法。并进行了母线槽在动、热稳定型方面相关因素的研究及其涡流对母线槽的影响程度。
关键词：涡流 绝缘夹块 接触电阻 动稳定 热稳定 氧化
一、母线槽的结构：
铝合金外壳空气绝缘母线槽为室内低压母线槽，由始端，直线段、垂直直角弯头、水平直角弯头、Z形弯头、T形、十字形、伸缩节、变容节和终端等母线槽构成，其走线灵活、便捷，结构紧凑，占用空间小。因其母线为封闭式组装，使用安全，并不需专人维护。在直线段（干线）母线槽上可经插接箱向用户供电，同时对大流量分支可经T形母线槽分流至配电箱（或柜）。本母线槽由铜排或铝
排及铝合金外壳、相间绝缘件及其他连接件构成，其安装便利。母线槽间连接时，通过绝缘穿心螺栓紧固，始端母线槽与外部设备通过软连
接构成通路，终端母线槽由终端盒封闭，母线间连接好后，用接头盖板封闭，接头盖板与铝合金外壳的缝隙可用玻璃胶密封，其防护等级大于IP30。母线槽间连接处的铜排采用热镀锡（应用于特殊工况时可镀银），以减小母排间的接触电阻或降低该处铜材的氧化程度。本母线槽因绝缘介质为空气，其散热效果优于密集性母线槽，并且其超载能力大。母线槽外壳为优质高强度铝合金型材流线形压制而成， 其外形美观，并减轻了母线槽的重量，同时母线槽的外壳因采用铝合金材质，外壳可作为良好的接地体且耐自然环境浸蚀，由此本母线槽获得多项国家专利（专利号：ZL962 04064.9）。该母线槽是全天候的低压大电流刚性导体，抗弯强度满足国家标准GB7251.2-1997的要求，其制造时电气性能检验及依据。
二、母排截面的计算：
母排截面尺寸，按以下几个条件选择：
（1）按持续工作电流选择；
（2）按经济电流密度选择；
（3）按短路时的热稳定校验；
（4）按短路时的机械强度校验。
对于大电流母线来说，起控制作用的一般是（1）、（2）两项，第（3）项所决定的截面积往往远小于（1）、（2）两项所决定的截面积，而第（4）项，由于母排截面较大，机械强度较高，而且可以通过调整绝缘子跨距和母线槽间（或片间）垫块跨距来满足要求，所以一般也不是决定导体截面积的控制条件。
母线槽制造时，在通常条件下按用户所提供的母线槽所需载流量选择母排截面积。
按允许载流量选择母排截面积应满足以下条件：
Ijs≤Iy
式中：Ijs为母排的计算电流，A（通常由用户所提供）；Iy为母排允许载流量，A。
选择计算时应注意以下几点：
①、当环境温度不同于额定使用环境温度时，其载流量Iy应乘以温度校正系数Kt。
Kt= Qm-Q1/Qm-Qn
式中：Qm为母线槽最高允许工作温度，取40℃。
Q1为母线槽使用环境温度。
Qn为母线槽额定使用环境温度，一般为25℃。
母线槽允许载流量在不同环境温度下的校正系数Kt按上式计算，当环境温度高于额定环境温度时，Iy值应予以修正，其修正值：
Iyx=Kt.Iy。
②、对于供给商住楼的母线槽，因其使用负荷多为单相或两相三线，其零线（排）截面积与相线（排）截面积应相同；对于三相四线供电于工业区，其总零排截面积约为相排截面积的40%～60%；对三相五线制母线槽其PE线（排）截面同零线，但其长度大于300mm，装于母线槽两端，其中间端用母线槽壳体铝合金代替即可。
三、动、热稳定性的校验：
当母线槽发生短路时，就有比正常工作电流大许多倍的短路电流从电源经过大电流母线流到短路点。这种短路电流常达15KA以上，要对母线产生力的（机械的）和热的效应。为此必须校验母线承受短路电流作用的能力，即校验母线的动稳定性和热稳定性。关于短路电流的计算，可参阅有关书籍。大体说来，它由工频的交流分量和直流衰减分量组成，其中交流分量又包含次暂态衰减、暂态衰减和稳态三个分量，并由系统中的线路、变压器和发电机等的综合参数以及发电机的自动励磁调节器决定，直流衰减分量是伴随交流分量产生的自由分量，由交流分量的初相角（即短路初瞬间的相角）和系统的综合电磁特性决定。
暂态时间常数Td通常达几秒，就力效应而言，可近似地把它对应的暂态分量并入稳态分量，剩下次暂态分量以时间常数Ta决定速率的衰减。
电力系统一般为三相制，这就可能会发生两相或三相短路，后者称为对称短路。一般地说，两相短路与三相短路电流交流幅值的比是Im：Im= 3/2，其平方之比是3/4。在单个分支线路上，则只可能发生两相短路。两相短路时，两个短路相导体中的短路电流瞬时值，数值相等方向相反，如同单相电路中一样。三相短路时，三相电流交流分量的幅值相等，但初相角互相差120°。
在热稳定校验时，必须知道短路持续时间Td，它是供电负荷中继电保护动作时间与断路器跳闸时间之和。
载流母线由于电阻引起的损耗转化为热，使母线温度升高。铜、铝材料本身虽然可在较高温度下使用不影响其机械强度，但是螺栓连接的接触面温度较高容易氧化，使得接触面电阻增加。接触电阻增大又使接触面温度继续升高，造成恶性循环，导致接触部分损坏。因此电接触面的氧化问题就成为限制母线槽温度的主要因素。连接面镀银的螺栓连接允许的母线温度比较高，但成本很高，一般采用连接面镀锡或镀锌的螺栓连接。这种母线的允许温度就低些。我国规定母线的允许温度为85～90℃，对封闭母线，外壳的允许温度为65～70℃。采用焊接时，允许温度可到达110℃。但是在与电器连接时，为了便于安装和检修，螺栓连接是不可避免的，其母线搭接螺栓的拧紧力矩见表A。
表A 母线搭接螺栓的拧紧力矩
序号 螺栓规格 力矩值（N.m）
1 M8 8.8～10.8
2 M10 17.7～22.6
3 M12 31.4～39.2
4 M14 51.0～60.8
5 M16 78.5～98.1
6 M18 98.0～127.4
7 M20 156.9～196.2
8 M24 274.6～343.2
一般母线设计中还应考虑事故情况下短路电流的热效应。在电网发生短路的情况下，虽然保护继电器能迅速做出反应，切断电路，延迟时间仅在几秒到十几秒以内，但是由于短路电流极大，产生的热量也极大，引起母线温度短时间的大幅度升高。母线安全地承受这种短路热效应的能力称为短路热稳定。
母线短时发热不致造成损坏的允许温度比正常工作允许温度高得多。铜母线为300℃，铝母线为200℃。在短路过程中，母线的损耗功率是正常工作时的上百倍，表面散热量只有母线损耗的1～3%。这就使得计算短路温升时可以不计及母线的散热，也就是认为母线损耗产生的全部热量都用于提高母线的温度。因此，短路时母线的温升就取决于母线的热容量，短路延续时间和短路电流的大小。要保证母线有足够的热稳定性，除了尽量减少短路延续时间和短路电流以外，还必须使母线有足够的截面尺寸，也就使母线有足够的热容量。
四、关于母线的涡流（即集肤效应和邻近效应）
在时变条件下，由于经过回路截面上各点的电流路径不同，相应的感应电动势也就不同，因而各点电流密度也不同。换句话说，除了基于媒质的均一电阻率而假设存在的均布电流外，还会因电磁感应而出现涡流，即发生集肤效应和邻近效应，使截面上电流分布不均匀，包括相位的不一致。集肤效应和邻近效应的程度与导体截面形状尺寸及频率有关，邻近效应还与相邻近的导体间或回路间距离有关。对于在工频下工作的多数铜、铝母线或电力线路，除特殊情况外，由于导体截面不很大，而导体间距离不是很小，这两种效应一般都不很大。这种导体叫线状导体，其回路叫线状回路。线状回路的外感抗是其总电感的主要部分，而涡流影响只及于导体内部的磁通和紧靠导体附近的一小部分外磁通。因此即使有一定的涡流，它对电感数值的影响仍然很小（比对电阻损耗的影响小）。加上电感值计算的精确性不如电阻值重要，因此一般的工频线路电感计算可假定电流在截面上均匀分布，这使计算大大简化。但是，当涡流影响特别大时，则必须专门考虑。例如涉及封闭母线的外壳或冶金炉的低压大电流引线就是如此，而母线槽外壳采用良导体铝合金后其具备屏蔽磁场的作用，这就较好地解决了封闭母线易产生涡流的问题。
钢母线或导体，由于μ大，又是非线性的，有强烈的集肤效应，针对于此开发了铝合金外壳空气绝缘母线槽，很好地解决了封闭母线积于集肤效应的问题。
11/29/2008
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