基于母線在開關柜中的設計研究

岳乃天

【摘要】隨著現代化工程設施和裝備的涌現，各行各業的用電量迅增，母線作為高、低壓成套電器一次設備間相互聯接的重要元件，其設計的合理性與否，直接關系到系統能否安全運行。本文主要對對戶內高、低壓成套開關柜的母線設計進行歸納和總結。

【關鍵詞】開關柜 載流量 母線設計

前 言：母線是指在開關設備中，用來連接各種電氣設備、匯集、分配和傳送電能的導體。在發生短路故障時要承受短路電流造成的發熱和電動力作用，是作為高、低壓成套電器中重要的一次元件。

一 母線的分類、布置、載流量影響因素及選擇

1 母線類型。開關柜用母線按其橫截面分為：矩形、圓形（或雙D形）和槽形母線3種。當母線的橫截面積相同時，矩形母線的周長要比園形母線大，其散熱效果好，冷卻條件好。而且，在一定允許溫度條件下，矩形母線所通過的電流要比圓形母線大，圓形母線的集膚效應較強，而矩形母線比較均勻。因此成套開關柜內一般都采用矩形母線。

2 柜內母線的布置（如表1所示）。（1）按垂直或水平“一”字形：如GG1A-12F、GBC-40.5中的柜頂主母線布置結構。如水平布置，三相母線固定在同一高度，有豎放式和平放式兩種布置。豎放式水平布置優點是散熱條件好，母線的額定允許電流較其他放置方式大，但機械強度不是很好。平放式水平布置載流量不大，但機械強度較高。又如垂直布置，三相母線分層安裝，散熱性強，機械強度和絕緣能力較高，但對開關設備母線室高度有所增高。（2）按“品”字形：如KYN28A-12，KYN10-40.5中的主母線布置結構。

3 載流量受影響的因素。（1）布置方式：豎放和橫放，豎放的動穩定電流值要比橫放時大。（2）環境溫度（如表2所示）。母線經過鍍銀或鍍錫處理后其耐高溫性能有所提高。（3）母線的材質：銅；鋁；鋼。其中銅的導電率最高，相同截面積時它的載流量最大；而鋼最小，常用于PT回路或避雷器回路中。（4）母線的根數：多根母線并列布置使用時，其散熱條件比單根要差得多。 例如：TMY-100X10的電流試驗值：40℃溫度條件下，單根豎放載流量是1870A/1（作基準）；雙根布置時，載流量是2970A/1.59；三根布置時，載流量是3750A/2；四根布置時，載流量是4350A/2.33。（5）散熱條件：開啟式開關柜要比封閉式開關柜中使用的母線載流量要大，帶空調的變電所要比沒有帶空調的要好。

4 主母線選擇。主母線規格的選擇必須滿足母線額定電流的要求，在用戶提供的一次接線圖中，一般直接給出主母線規格，有時給出了母線所要滿足的額定電流。在工程設計中，要認真復核母線規格與額定電流值。主母線選擇的一般原則是滿足主進線斷路器的額定電流的要求，根據額定電流選擇主母線后計算進行熱效應和電動力效應校核。

5 分支母線選擇。分支母線在用戶提供的一次接線圖中一般不體現，選擇原則是按該開關設備額定電流確定母線的載流量，同時校驗是否滿足系統的額定短時耐受電流和額定峰值耐受電流的要求。開關設備的額定電流是該設備中所有一次設備中額定電流最小者，通常為電流互感器的額定電流。進線柜、進線計量柜、聯絡柜、隔離柜一般情況下按照主母線規格選取，PT柜及所用變分支母可選用TMY40×4。分支母線的選擇開關設備廠家都有相關的工藝文件規定。

二 母線的絕緣

1 絕緣母線作用。（1）防止由于受小動物接觸而引起的相間或相對地的短路故障；（2）防止污閃或凝露閃的發生；（3）防止人身傷亡事故；（4）防止鹽霧及有害化學氣體對母線的直接腐蝕。

2 母線絕緣方式。（1）熱縮護套：可以提高母線間的絕緣水平，但護套有絕緣老化的問題，同時母線的散熱條件也會變差，也增加了生產成本；（2）冷縮護套：操作簡單，無需加熱。但成本高，也有絕緣老化和母線散熱條件變差的問題。

三 母線設計

1 相序設計。一般情況下，開關設備中母線排列和排序按規定執行： A、B、C；上、中、下；遠、中、近； 左、中、右。但是，在一些特殊的開關設備中，可以按實際需要進行，如母聯柜中聯絡空間較小時；母線橋架變壓器相連的母線等。另外在設計出口工程項目時要按當地標準要求。具體有：（1）主變架空進、出線柜方案中的母線相序要在技術要求中明確，要考慮到母線是否需要換相；（2）當聯絡母線空間較小時，也可能會出現相序的調整；（3）相鄰的兩臺高壓開關柜用于控制一臺高壓電機正、反轉時，柜中出線聯絡側母線相序要作調整；（4）在架設對列母線橋的兩臺開關柜中，有一臺柜中的主母線需要調整相序；（5）設計出口項目時，要注意出口國的母線相序的執行標準。比如，印度高壓三相母線（A、B、C）的顏色標準分別為紅色、黃色和藍色；（6）柜頂三相電壓小母線的位置布置，也要按國標要求按“遠A、中B、近C”設計。

2 母線的搭接設計。（1）母線橋中的母線跨度固定位置尺寸設計要符合國標的要求：一般按每800mm長上要設計一個固定點；（2）在改造工程中要考慮到新、舊柜體主母線到現場拼接的工作量，同時還要確定舊柜體主母線的規格；當新舊柜體中的主母線由于柜體結構的原因而無法直接拼接時，也可以考慮采用母線過渡柜或母線橋的辦法實現母線的對接；（3）特別注意旁路母線橋和雙母線柜中的母線橋的搭接結構、布置設計的合理性；（4）注意低壓架空進、出線母線橋的搭接方式（如：上進出、后進出、側進出三種類型）的設計；（5）對于低壓電流互感器（如：LMZ1-0.66）內徑規格，有時不能穿過規定的引下母線（如：TMY100X10），在技術要求中加注所穿過母線規格，特別是在進線柜、母聯柜和電容器柜方案中多見；（6）在設計主回路母線時要注意：三相主母線（穿墻式隔離開關）在穿過柜體隔板時要考慮到電流通過時的渦流感應，在結構上應采取隔斷磁路的措施：在鋼板上加缺口、用不銹鋼板、用SMC絕緣板；（7）對于低壓抽屜柜，當柜寬為800mm時，設計母線出線位置時，注意要留出接一次出線電纜的空間，在審核一次系統圖或在技術交底時要注意各出線回路主電纜的規格；（8）柜內主、支母線都為銅母線而穿墻套管中的導體為鋁時，則應明確：“母線塔接處要搪錫處理”；（9）手車柜觸頭盒設計時（特別是在大電流柜設計）要注意：柜中的引下母線規格要與觸頭盒規格相匹配，靜觸頭的高度也要與引下母線規格相匹配。

四 結 論

母線設計是否合理將直接影響到電力系統運行的安全，產品的設計、生產、使用各個環節都應該重視。母線在開關柜中發生故障機會較少，但是，一旦發生了母線故障后果非常嚴重，會造成大面積的停電，以及對供電系統的的穩定性破壞。母線設計的合理性與否將直接關系到整個主回路供電系統運行的可靠性的高低，在成套開關柜產品設計過程中要引起足夠的重視。

參考文獻

[1]電氣裝置安裝工程施工及驗收規范合編[M].中國計劃出版社編.北京：中國計劃出版社，1999.

[2]供電企業技術標準匯編，第五卷，安裝與驗收標準[M].中國電力企業聯合會標準化中心編.北京：中國電力出版社，2002.