母线干线系统标准及试验浅析

何丽薇

（天津电气科学研究院有限公司，天津，300300）

0 引言

GB/T7251.6-2015标准中描述的母线干线系统（母线槽）由母线干线通道和分接单元组成。母线干线通道由多个母线干线单元连接在一起构成。母线干线单元由母线、母线支撑件和绝缘件、外壳和固定件以及与其他单元的连接件组成，可具有分接装置也可不具有分接装置。

1 母线干线系统的概况

1.1 母线干线系统的分类及其优缺点

母线槽产品种类繁多，不同的区分方法的分类也是不尽相同。按其外壳材料分为钢外壳、铝合金外壳和钢铝合金外壳母线槽；按其导体材料分有铜导体、铝导体和铜铝复合导体母线槽。普通母线槽按照结构形式分为密集型和空气绝缘型。母排用绝缘衬垫支撑在壳体内，靠空气介质来绝缘的母线槽称为空气型母线槽。母排用绝缘材料覆盖后，紧贴通道壳体放置的母线[1]槽称为密集型母线槽。

1.2 空气型母线槽和密集型母线槽的区别

空气型母线槽和密集型母线槽具体方面的比较见表1。

表1 空气型母线槽和密集型母线槽的区别

防护等级 如果需要提高防护等级，母线需要降容可达到IP66，因为外壳上无散热网孔，灰尘和水无法进入抗环境污染差，外界灰尘、颗粒可通过散热网孔进入，污染母线内部强，杜绝灰尘、杂质，可用于重度污染工作环境，如化工、钢铁、木材加工等行业动稳定性能；机械强度很好，由于铜排紧密相贴，母线排承受的电动力均匀分布在整条铜排及外壳上，故能承受高短路电流绿缘介质 空气 有机材料，要求薄而介电强度高，耐热性能好。差，母线排承受的电力作用在绝缘支撑件上电阻较大，因为电阻不仅取决于调的纯度及接触电阻，还与异体温度有关（温度越高电阻越大）较小，因为温升低安装空间 空间要求大 空间要求小，结构紧凑安装时间 母线大且重，安装慢不方便 体形轻巧，安装方便可靠降容倾斜或垂直安装必须考虑容系数，因为不正确的位置会阻碍空气流通散热效果不需要阵容烟囱效应竖直上升型母线内部的空气间隙会在建筑内着火产生烟囱效应密集型设计无烟囱效应其他 潮湿与多雨的气候容易引起电气短路 密集型设计不受影响

从通过的额定电流来说，密集型母线的额定电流可以达到6300A，而空气型母线的相对要低。密集型母线通过外壳直接整体散热，散热效率比较高，温升比较低。空气型母线通过外壳上的通风孔使母线槽的空气与外界对流，带出母线产生的热量，散热效率要低一些，温升比较高。从抗环境污染的角度来说，密集型母线的抗环境污染较强，可以杜绝灰尘和一些杂质，在重度的污染工作环境中也可以使用。而空气型母线的抗污染能力相对要差一些，污染严重的地方最好不要使用，因为外界的灰尘和颗粒会通过散热孔进入，母线内部会被污染，甚至引起故障。最后，从电阻的角度来比较，密集型母线的电阻比较小，因为散热性能比较好，温升低，所以线路的压降小，损耗也比较小。空气型母线的电阻较大，这也与散热性有关，温升高，通常温度越高，电阻越大。

2 母线干线系统（母线槽）的温升验证

温升验证是母线干线系统设计验证的重要项目。 GB/T 7251.6-2015中10.10.1条指出温升验证通过试验,类似方案额定电流的推导两种方法进行。母线槽送样规则要求母线槽3节，总长≥6米，一节馈电单元，两节干线单元，要求其中一节直线段≥3米。如果有分接单元，应有1台分解单元作为样品。

2.1 试验验证

GB/T7251.6-2015中提出，母线干线通道试验分为水平方向和垂直方向的两种代表性布置。相对于GB7251.2-2006中的安装方式仅限于水平方向安装，GB/T7251.6-2015中垂直方向的布置方案的提出是对母线干线系统产品认证的很重要的完善，给制造商和用户的实际应用带来了很大方便。

GB/T7251.6-2015中10.10.2.3.5条明确指出母线干线通道温升试验方法。

分析电流为1600A，4000A的空气型母线槽和密集型母线槽的水平温升试验和垂直温升试验，样机参数如表2所示。

表2 样机的参数

分析电流为1600A，4000A的空气型母线槽和密集型母线槽的水平温升试验和垂直温升试验，各温升点的试验数据如表3、表4、表5和表6所示。

表3 1600A空气型母线槽和密集母线槽水平方向温升验证

a5第二、三节母线连接处左侧 ≤70 65.6 67.6 64.5 63.8 64.9 63.0 a6第二、三节母线连接处右侧 ≤70 64.7 67.3 64.5 63.4 64.6 62.7母线槽外壳 ≤30 20.2 18.5

表4 1600A空气型母线槽和密集母线槽垂直方向温升验证

表5 4000A空气型母线槽和密集母线槽水平方向温升验证

表6 4000A空气型母线槽和密集母线槽垂直方向温升验证

分析表3、表4、表5和表6的数据可以看出，在温升试验中，不论是水平方向还是垂直方向密集型母线槽的温升明显低于空气型母线槽，试验的前提是空气型母线槽的母排规格是密集型的两倍左右，如果换成同等规格这种比较会更显而易见，GB/T7251.6中母线槽的温升限值为70K，所以空气型母线槽必须用较大规格的母排以满足试验要求。空气母线槽的阻抗值大、使得损耗大，加之散热不好，载流量较差，试验数据证明，密集绝缘母线槽的载流能力优于空气绝缘母线槽的载流能力。密集型母线拥有空气型母线难以比拟的低阻抗特点，在发热指标上密集型母线更小；对流、辐射、传导三种热量传递方式，而相对较高的防护等级决定了母线系统必须是全封闭结构，所以母线内部热量采用对流传递是不存在的；密集型母线紧贴式的结构决定热传递方式为“传导”；空气型母线相间存在静止的空气介质决定传递方式为“辐射”，而金属间的热“传导”势必优越于气体介质的热“辐射”；而且密集母线槽的铝镁合金外壳材质导热性能远优于空气母线槽的钢制外壳。

垂直方向时，空气型母线槽尾端的温升明显高于前端，这是因为空气型母线槽的母排之间有很大空隙，空气型母线中空式的结构有着它难以避免的“烟囱效应”，内部的热会上升，所以垂直方向的温升会高，密封结构的密集母线槽则不存在这个缺点。而且，空气型母线的“烟囱效应”，一旦一处着火，其中空式的结构正好充当烟囱的角色，使得整个火势蔓延速度加快，存在严重的安全隐患。

2.2 方案额定电流的推导

对于频率50Hz样机的额定电流覆盖到60Hz时，GB/T7251.6-2015中10.10.3.1条指出额定电流小于等于800A时，在50Hz电路上进行的温升试验，适用于60Hz的电路。电流大于800A，不进行60Hz电路的试验时，60Hz的额定电流应减到50Hz的额定电流的95%。如果50Hz的最大温升没有超过允许值的90%，则不要求对60Hz的情况降低额定数据。

对于系列电流对应系列母线的选择，如各电流等级已经验证，按验证结果出电流对应母线的尺寸表。如电流等级未经验证则母线尺寸的选择应根据GB/T7251.6-2015中10.10.3.2中的降额公式其中In2为需要计算的额定电流，In1为试验过母线干线单元的额定电流，S2为方案中母线干线单元导体的横截面积，S1为试验过母线干线单元导体的横截面积）计算。

3 其他

近年来越来越多的厂家采用外壳外接PE端头的保护措施取代PE排，采用导电性能良好的非磁性材料铝合金外壳做为保护地线,可做到电抗最小,且保护地线与三相母排距离相等,电抗相同。无论是短时还是持续相对地短路故障,都比单独设置PE排好。提倡母线槽以外壳作为接地导体。

4 结束语

选择母线槽类型时应从它们的技术性、经济性去考虑。综合以上特点，两者结合使用为最佳方案，大电流选密集绝缘母线槽、小电流选择空气绝缘母线槽。用户在选择母线槽时应本着载流能力大、损耗小、平衡电抗、使用方便、降低成本的原则，根据不同的使用场所来确定母线槽的类型、母线槽的防护等级，并根据所需容量确定母线槽电流等级。