母線槽與電纜的對比及其在配電設計中的應用

張煜

母線槽是由銅、鋁母線柱構成的一種封閉式金屬導電裝置，最早出現在美國，以“Bus-Way-System”形式輸配電，在戶內低壓的電力輸送中越來越多地代替了電線電纜。20 世紀50 年代，我國從蘇聯引進母線槽研究試用，80 年代開始在一些項目上采用，90年代大量應用。在我國廣州市，一般12 層以上的建筑物，配電間出線至各層的主干線，90%以上采用母線槽[1]；630kVA 及以上變壓器至低壓進線柜均采用母線槽；大型工業廠房、會展中心、酒店及商超等的配電系統，也大量采用封閉式母線槽；在體育場、機場、隧道、停車場等大空間的照明配電線路中，也有選用照明母線槽的方案。

在水泥工程中，隨著項目產量規模的不斷增大，大型用電設備越來越多，用電負荷也越來越大，同時項目建設電氣施工周期卻越來越短。母線槽具有載流量大、施工周期相對較短、使用壽命更長的特點，與電纜相比，具有一定的比較優勢，與水泥工程的大型化高質量發展要求相適應。

本文將從母線槽的類型、母線槽與電纜的性能比較、母線槽的技術要求及母線槽在水泥工程中的選型等方面分別進行論述，供業界同仁參考。

1 母線槽的類型

1.1 按照絕緣方式分類

可以分為空氣絕緣型母線槽（air insulated busways）、密集絕緣型母線槽（closed insulated busways）?？諝饨^緣型母線槽結構相對簡單，輸送電流較大，但散熱較差；密集絕緣型母線槽結構更加緊湊，散熱能力更強。母線槽的樣式如圖1 所示。

圖1 母線槽

1.2 按照制式分類

可以分為三相四線制或三相五線制母線槽，選用時應根據項目實際情況而定。母線槽導體材質可以選擇銅或鋁，額定電流一般在100~6 300A，最大≯8 000A，防護等級最高可達IP68 等級。若有防火要求，還可選用耐火型母線槽，耐火型母線槽使用耐火絕緣材料取代了普通絕緣材料[3]。

1.3 母線槽和母線橋的區別

母線橋是一種將銅排跨接制作的矩形支撐保護體，結構相對簡單，一般由高低壓柜制造廠家配套提供，母線橋的樣式如圖2所示。而母線槽內部導體之間是用絕緣板隔開的，內部沒有對流空間，采用標準件由專業廠家制造，可以設置插接分線盒，還可以在中間變容。

圖2 母線橋

2 母線槽與電纜的性能比較

母線槽與電纜的性能比較見表1。

2.1 使用壽命比較

由表1 可見，母線槽比電纜的使用壽命更長，一般為電纜使用壽命的2~3倍[4]。

表1 母線槽與電纜的性能比較

2.2 載流量及電能損耗比較

母線槽是扁導體，具有散熱好、阻抗低及載流量大的特點，額定電流一般可以達到6 300A，如此高的載流能力電纜難以達到。載流量相同的情況下，載流量630A 以上時,母線槽與電纜相比，用銅量節省15%~30%，電能損耗可減少15%左右。電纜敷設時需考慮橋架內電纜的散熱溫度和橋架內電纜的根數，而母線槽的敷設只需滿足規范所規定的極限溫升電流即可，這對于綠色工程建設具有積極意義。

2.3 安裝比較

母線槽的安裝相對方便，電纜的敷設布線比較靈活，但電纜敷設需額外安裝電纜橋架，相比之下，母線槽施工工期短，安裝費用較低，不會影響整體工程工期。母線槽可以采用插接方式安裝分接，把主干線的電力電源引入不同的分支，現場分接比較方便。同時，母線槽配電安裝一般采用樹干式，而電纜配電一般是點對點的放射式，電纜在配電出入口會占用較大空間，而母線槽則占用空間小，這也是母線槽在高層建筑或大型廠房應用較多的原因。

2.4 成本比較

母線槽單價以直線段計量，安裝費用一般包括在內。電纜單價不包括電纜橋架的費用以及電纜和橋架的安裝費用。阻燃無鹵低煙交聯聚乙烯絕緣電纜（WDZ-YJY）單價與同載流量的4P 密集型母線槽價格接近，而阻燃交聯聚乙烯絕緣聚氯乙烯護套電力電纜（ZR-YJV）的成本優勢較大[2]。

2.5 選型比較

對于用電負荷較?。?30A 以下）、分支回路不多的場所，配電選擇電纜更好；對于用電負荷較大（630A以上）、分支回路較多的場所，采用母線槽效果更佳。

對于水泥工程來說，配電室變壓器出線至低壓進線柜，采用母線槽更為合理；柴油發電機的出線柜，也可采用母線槽與相應低壓柜連接；在大功率的低壓變頻柜、軟啟動柜與低壓柜不并柜時，采用母線槽連接能節省現場施工時間；大型廠房一般對電量的需求量較大，在大型廠房中也可設置母線槽；在維修車間等需要移動式設備的使用場所，可選用滑觸式母線槽。

目前，密集型母線槽市場占比已達75%左右，且適用于室內環境配電，室內配電可選用該類母線槽。

3 母線槽的技術要求及選型

3.1 母線槽的相關國家規范要求

（1）在GB 51348-2019《民用建筑電氣設計標準》8.10 節“母線槽布線”中，對母線槽的設計進行了相關規定。

（2）在GB 7251.2-2006《低壓成套開關設備和控制設備第二部分：對母線干線系統（母線槽）的特殊要求》中，對母線槽的相關參數試驗提出了具體要求。

（3）在GB 50303-2012《建筑電氣工程施工質量驗收規范》和CECS 170-2017《低壓母線槽應用技術規程》中，對低壓母線槽的選用、設計、安裝、驗收和運行維護做出了規定。

（4）JB/T 9662-1999《密集絕緣干線系統（密集絕緣母線）》和JB/T 10327-2011《耐火母線干線系統（耐火母線槽）》，是國內母線槽的重要行業標準。

3.2 母線槽的關鍵技術要求

3.2.1 技術證書要求

母線槽生產廠家必須能提供3C 證書及3C 試驗報告[6]。

3.2.2 設計要求

在設計時，必須明確母線槽額定電流、額定短路耐受電流、防護等級和極限溫升。

3.2.3 溫升要求

根據規范，母線槽的額定電流定義為極限溫升條件下通過的電流，溫升由絕緣材料的耐熱等級決定。母線槽的溫升是關鍵技術參數，規范對母線槽的溫升參數有具體規定?？刂茖w電阻率和集膚效應系數，即控制銅導體的純度和截面尺寸[2]，可控制母線槽溫升。

3.2.4 母線槽連接要求

母線槽與變壓器、柴油發電機等設備連接時，應采用柔性連接。母線槽的電源端和負載端應設置專門的始端箱。

3.2.5 防護要求

母線槽的外殼防護等級，應在技術參數中注明。根據規范要求，一般室內潔凈場所，采用IP30及以上防護等級；室內普通場所，采用不低于IP40防護等級；室內有防濺水要求的場所，采用不低于IP54防護等級；室內潮濕場所或有防噴水要求的場所，采用IP65及以上防護等級；有防腐蝕要求的場所，采用IP68 防護等級的無金屬外殼的全封閉樹脂澆注母線槽。

3.2.6 防火要求

根據工程實際選擇耐火母線槽時，應在設計中注明耐火時間要求，具體參數應參考GB 50016-2014《建筑設計防火規范》。

3.2.7 導體截面積要求

母線槽金屬外殼與工程中的連接保護導體截面積，不應小于表2中的規定。

表2 連接保護導體截面積規定

3.2.8 智能化要求

母線槽智能化系統應具備總線和無線兩種通訊方式。母線槽智能化系統，應具有遙測功能，能遙測母線槽的環境溫度、濕度；遙測母線槽進線及分接單元的電流、電壓、功率因數、有功功率、電能；遙測連接頭的溫度；宜有遙調、遙控等功能。分接單元內的智能斷路器，宜有數據采集和通訊功能。

3.3 母線槽截面積的確定

母線槽的額定電流是母線槽重要的技術參數之一。滿足額定電流的要求，需在設計中選取合適的母線槽截面積。母線槽截面積的選取，會對工廠配電的安全性、經濟性、合理性及可靠性產生影響[5]。母線槽截面積可按照以下步驟確定。

3.3.1 確定計算電流Ijs

根據實際負載情況得到計算負荷，根據計算負荷得出計算電流Ijs。

3.3.2 確定額定電流IN

根據三點原則確定：一是額定電流IN必須大于計算電流Ijs，二是考慮不同母線槽的用途及溫升要求，三是額定電流IN的確定應符合表3的要求。

表3 額定電流IN與計算電流Ijs的關系

3.3.3 初步確定母線槽截面積

通過額定電流IN確定母線槽的截面積，在實際工程中，業主大多要求母線槽截面積按大一級考慮，綜合以上因素，即可初步確定母線槽截面積。

3.3.4 校驗確認最終截面積

根據式（1），校驗短路電流熱效應下的截面積，確認母線槽最終截面積。

式中：

Smin——滿足熱穩定所需的最小截面積，mm2

Qt——短路電流引起的熱效應，kA2·s

C——導體的熱穩定系數

3.4 母線槽搭接母排的確定

在與變壓器、低壓柜連接時，需要考慮母線槽搭接母排。在搭接母排選擇銅為導體時，根據水泥工程中常用到的幾種負荷情況，其導體規格應不小于表4的要求。

表4 搭接矩形母排規格表

4 結語

目前，母線槽在實際工程中應用比例越來越高，與電纜相比，母線槽在大電流配電輸送方面具有明顯優勢，耗銅量及電能損耗更少，更易滿足消防要求，且占用空間少，更加美觀。在水泥工程中采用母線槽，將更加綠色節能。