基于母线在开关柜中的设计研究

岳乃天

【摘要】随着现代化工程设施和装备的涌现，各行各业的用电量迅增，母线作为高、低压成套电器一次设备间相互联接的重要元件，其设计的合理性与否，直接关系到系统能否安全运行。本文主要对对户内高、低压成套开关柜的母线设计进行归纳和总结。

【关键词】开关柜 载流量 母线设计

前 言：母线是指在开关设备中，用来连接各种电气设备、汇集、分配和传送电能的导体。在发生短路故障时要承受短路电流造成的发热和电动力作用，是作为高、低压成套电器中重要的一次元件。

一 母线的分类、布置、载流量影响因素及选择

1 母线类型。开关柜用母线按其横截面分为：矩形、圆形（或双D形）和槽形母线3种。当母线的横截面积相同时，矩形母线的周长要比园形母线大，其散热效果好，冷却条件好。而且，在一定允许温度条件下，矩形母线所通过的电流要比圆形母线大，圆形母线的集肤效应较强，而矩形母线比较均匀。因此成套开关柜内一般都采用矩形母线。

2 柜内母线的布置（如表1所示）。（1）按垂直或水平“一”字形：如GG1A-12F、GBC-40.5中的柜顶主母线布置结构。如水平布置，三相母线固定在同一高度，有竖放式和平放式两种布置。竖放式水平布置优点是散热条件好，母线的额定允许电流较其他放置方式大，但机械强度不是很好。平放式水平布置载流量不大，但机械强度较高。又如垂直布置，三相母线分层安装，散热性强，机械强度和绝缘能力较高，但对开关设备母线室高度有所增高。（2）按“品”字形：如KYN28A-12，KYN10-40.5中的主母线布置结构。

3 载流量受影响的因素。（1）布置方式：竖放和横放，竖放的动稳定电流值要比横放时大。（2）环境温度（如表2所示）。母线经过镀银或镀锡处理后其耐高温性能有所提高。（3）母线的材质：铜；铝；钢。其中铜的导电率最高，相同截面积时它的载流量最大；而钢最小，常用于PT回路或避雷器回路中。（4）母线的根数：多根母线并列布置使用时，其散热条件比单根要差得多。 例如：TMY-100X10的电流试验值：40℃温度条件下，单根竖放载流量是1870A/1（作基准）；双根布置时，载流量是2970A/1.59；三根布置时，载流量是3750A/2；四根布置时，载流量是4350A/2.33。（5）散热条件：开启式开关柜要比封闭式开关柜中使用的母线载流量要大，带空调的变电所要比没有带空调的要好。

4 主母线选择。主母线规格的选择必须满足母线额定电流的要求，在用户提供的一次接线图中，一般直接给出主母线规格，有时给出了母线所要满足的额定电流。在工程设计中，要认真复核母线规格与额定电流值。主母线选择的一般原则是满足主进线断路器的额定电流的要求，根据额定电流选择主母线后计算进行热效应和电动力效应校核。

5 分支母线选择。分支母线在用户提供的一次接线图中一般不体现，选择原则是按该开关设备额定电流确定母线的载流量，同时校验是否满足系统的额定短时耐受电流和额定峰值耐受电流的要求。开关设备的额定电流是该设备中所有一次设备中额定电流最小者，通常为电流互感器的额定电流。进线柜、进线计量柜、联络柜、隔离柜一般情况下按照主母线规格选取，PT柜及所用变分支母可选用TMY40×4。分支母线的选择开关设备厂家都有相关的工艺文件规定。

二 母线的绝缘

1 绝缘母线作用。（1）防止由于受小动物接触而引起的相间或相对地的短路故障；（2）防止污闪或凝露闪的发生；（3）防止人身伤亡事故；（4）防止盐雾及有害化学气体对母线的直接腐蚀。

2 母线绝缘方式。（1）热缩护套：可以提高母线间的绝缘水平，但护套有绝缘老化的问题，同时母线的散热条件也会变差，也增加了生产成本；（2）冷缩护套：操作简单，无需加热。但成本高，也有绝缘老化和母线散热条件变差的问题。

三 母线设计

1 相序设计。一般情况下，开关设备中母线排列和排序按规定执行： A、B、C；上、中、下；远、中、近； 左、中、右。但是，在一些特殊的开关设备中，可以按实际需要进行，如母联柜中联络空间较小时；母线桥架变压器相连的母线等。另外在设计出口工程项目时要按当地标准要求。具体有：（1）主变架空进、出线柜方案中的母线相序要在技术要求中明确，要考虑到母线是否需要换相；（2）当联络母线空间较小时，也可能会出现相序的调整；（3）相邻的两台高压开关柜用于控制一台高压电机正、反转时，柜中出线联络侧母线相序要作调整；（4）在架设对列母线桥的两台开关柜中，有一台柜中的主母线需要调整相序；（5）设计出口项目时，要注意出口国的母线相序的执行标准。比如，印度高压三相母线（A、B、C）的颜色标准分别为红色、黄色和蓝色；（6）柜顶三相电压小母线的位置布置，也要按国标要求按“远A、中B、近C”设计。

2 母线的搭接设计。（1）母线桥中的母线跨度固定位置尺寸设计要符合国标的要求：一般按每800mm长上要设计一个固定点；（2）在改造工程中要考虑到新、旧柜体主母线到现场拼接的工作量，同时还要确定旧柜体主母线的规格；当新旧柜体中的主母线由于柜体结构的原因而无法直接拼接时，也可以考虑采用母线过渡柜或母线桥的办法实现母线的对接；（3）特别注意旁路母线桥和双母线柜中的母线桥的搭接结构、布置设计的合理性；（4）注意低压架空进、出线母线桥的搭接方式（如：上进出、后进出、侧进出三种类型）的设计；（5）对于低压电流互感器（如：LMZ1-0.66）内径规格，有时不能穿过规定的引下母线（如：TMY100X10），在技术要求中加注所穿过母线规格，特别是在进线柜、母联柜和电容器柜方案中多见；（6）在设计主回路母线时要注意：三相主母线（穿墙式隔离开关）在穿过柜体隔板时要考虑到电流通过时的涡流感应，在结构上应采取隔断磁路的措施：在钢板上加缺口、用不锈钢板、用SMC绝缘板；（7）对于低压抽屉柜，当柜宽为800mm时，设计母线出线位置时，注意要留出接一次出线电缆的空间，在审核一次系统图或在技术交底时要注意各出线回路主电缆的规格；（8）柜内主、支母线都为铜母线而穿墙套管中的导体为铝时，则应明确：“母线塔接处要搪锡处理”；（9）手车柜触头盒设计时（特别是在大电流柜设计）要注意：柜中的引下母线规格要与触头盒规格相匹配，静触头的高度也要與引下母线规格相匹配。

四 结 论

母线设计是否合理将直接影响到电力系统运行的安全，产品的设计、生产、使用各个环节都应该重视。母线在开关柜中发生故障机会较少，但是，一旦发生了母线故障后果非常严重，会造成大面积的停电，以及对供电系统的的稳定性破坏。母线设计的合理性与否将直接关系到整个主回路供电系统运行的可靠性的高低，在成套开关柜产品设计过程中要引起足够的重视。

参考文献

[1]电气装置安装工程施工及验收规范合编[M].中国计划出版社编.北京：中国计划出版社，1999.

[2]供电企业技术标准汇编，第五卷，安装与验收标准[M].中国电力企业联合会标准化中心编.北京：中国电力出版社，2002.