母線槽關(guān)鍵的安全技術(shù)參數(shù)

　　摘要：母線槽的極限溫直接涉及到導(dǎo)體的載流能力和安全隱患問(wèn)題，為此，標(biāo)注母線槽的極限溫是很有必要的，它是母線槽關(guān)健的安全技術(shù)參數(shù)。
　　隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)及現(xiàn)代化建設(shè)的飛速發(fā)展，用電負(fù)荷越來(lái)越大。近幾年來(lái)發(fā)達(dá)國(guó)家用母線槽代替電纜已是普遍現(xiàn)象，我國(guó)也已形成定向發(fā)展趨勢(shì)。但由于有些設(shè)計(jì)人員，用戶及質(zhì)量監(jiān)督人員對(duì)母線槽關(guān)健的安全技術(shù)參數(shù)?極限溫，認(rèn)識(shí)和了解不深，致使工程上存在安全隱患及投資浪費(fèi)現(xiàn)象，下面談一下有關(guān)母線槽極限溫的若干問(wèn)題。
　　在我國(guó)火災(zāi)事故中，屬電氣引起的火災(zāi)事故占比例超出60%，而由電氣引起火災(zāi)事故的肇事者包括：電纜、電線、高低壓成套設(shè)備、變壓器、母線槽、電器元件等。大部分是由于長(zhǎng)期溫升高發(fā)熱，導(dǎo)致絕緣材料老化發(fā)生短路而引起火災(zāi)事故，發(fā)熱檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)術(shù)語(yǔ)就是極限溫升。
　　所以要確保供電系統(tǒng)安全運(yùn)行及節(jié)能減排，母線槽的極限溫升則是對(duì)母線槽產(chǎn)品考核的一項(xiàng)必不可少的技術(shù)參數(shù)，足以引起設(shè)計(jì)、監(jiān)理、甲方施工單位、驗(yàn)收單位重視。
　　一、溫升為何確定了母線槽的載流能力：
　　低壓電力輸送干線有電線、電纜、分支電纜、母線槽、裸導(dǎo)電排，穿刺電纜等。由于各種產(chǎn)品散熱不同，每平方毫米的載流能力也是有所不同的：同樣的產(chǎn)品，同樣的導(dǎo)體規(guī)格，當(dāng)通過(guò)相同的電流時(shí)，其溫升不同；同樣的導(dǎo)體截面積，因設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)不同，溫升也不同。當(dāng)然，溫升高，電阻值增大，電壓降也加大，電能的損耗也隨著加大。例如：35mm2的電線通過(guò)80A電流時(shí)溫升較低，通過(guò)100A電流時(shí)符合標(biāo)準(zhǔn)，如果通過(guò)120A電流或150A電流，溫升就超標(biāo)準(zhǔn)，絕緣材料隨之快速老化，終產(chǎn)生短路事故。如果35mm2電線通過(guò)100A電流，每mm2相當(dāng)于通過(guò)2.85A電流，另外6mm2電線通過(guò)38A電流，每mm2相當(dāng)于通過(guò)6.3A電流，如果6mm2電線同樣每mm2通過(guò)2.85A電流，那么6mm2電線此時(shí)通過(guò)的電流是18A，它的電壓降及電損比35mm2小很多，就因?yàn)閷?dǎo)體的溫升下降了，電能的損耗也隨著下降。母線槽也是一樣的，所以母線槽導(dǎo)體的導(dǎo)電能力按照每mm2導(dǎo)流能力（電流密度）來(lái)計(jì)算是錯(cuò)誤的，而是不同的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和散熱、集膚效應(yīng)，以及阻抗、感抗等因素都與載流能力密切相關(guān)。所以國(guó)標(biāo)GB7251-2006（等同于國(guó)際電工標(biāo)準(zhǔn)IEC60439.2-2000）規(guī)定，以極限溫下通過(guò)的額定電流來(lái)確定母線槽的載流能力。
　　二、母線槽標(biāo)準(zhǔn)對(duì)溫升要求：
　　國(guó)際電工標(biāo)準(zhǔn)IEC60439.2?2000與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB7251.2--2006標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定是一樣的：母線槽溫升是根據(jù)絕緣材料耐熱等級(jí)來(lái)確定允許溫。如果母線槽絕緣材料為F級(jí)，其耐熱≥155℃，在周?chē)h(huán)境允許的條件下，它的允許溫是115K（155℃減去環(huán)境溫度40℃）。所以母線槽是滿負(fù)荷試驗(yàn)后才能確定母線槽的載流能力，極限溫升是母線槽關(guān)鍵的一項(xiàng)技術(shù)參數(shù)。國(guó)家強(qiáng)制性3C認(rèn)證的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，母線槽的極限溫升≤70K，屬于安全合理的標(biāo)準(zhǔn)。
　　三、溫升高涉及到母線槽問(wèn)題：
　　母線槽如同電線電纜，故同樣是作為電力輸送的干線設(shè)備使用。同樣一條電線35mm2它可以用來(lái)承載80A額定電流也可以承載125A額定電流，不同的是額定電流80A和125A的溫升是完全不同的。母線槽也是一樣的，當(dāng)極限溫升分別為70K和90K時(shí)，同樣的母線槽，其載流能力相差15%以上。目前市場(chǎng)上母線槽溫有55K、70K、90K、100K，甚至以上，但溫高涉及以下問(wèn)題，建議用戶選用母線槽其極限溫升好≤70K或≤55K。
　　3.1溫升高，直接反映到電能的損耗加大。
　　3.2溫升越高，絕緣材料老化越快，母線槽的使用壽命急驟縮短。
　　3.3溫升高，致使周?chē)慕^緣材料設(shè)備老化加快，（如與母線槽在相鄰搭或轉(zhuǎn)接的電線電纜；或電氣絕緣支撐件等）甚至容易引起火災(zāi)事故。
　　3.4母線槽內(nèi)部溫升高，電壓降加大。
　　3.5溫升高，使母線槽的機(jī)械強(qiáng)度也有所下降。金屬導(dǎo)體受熱后應(yīng)力開(kāi)始松弛從而降低了機(jī)械強(qiáng)度；
　　3.6降低了安全系數(shù)，外殼高溫容易燙傷人。
　　3.7溫升高，使得周?chē)沫h(huán)境溫度受到明顯的影響。
　　四、溫升的起源：
　　4.1銅排的含銅量低，電阻率大。
　　人們常提到銅排的含銅量以及電阻率等，它們確實(shí)與母線槽的載流能力有關(guān)。含銅量達(dá)到99.95%或≥99.93%，電阻率ρ≤0.01777（歐姆?平方毫米/米）的銅排是母線銅排中比較高質(zhì)的銅排。如果含銅量低，電阻率就大，只能加大導(dǎo)體規(guī)格，才能確保載流能力及溫。否則，溫升就會(huì)過(guò)高。
　　4.2絕緣材料及外殼結(jié)構(gòu)散熱差。
　　結(jié)構(gòu)工藝處理較好，絕緣材料散熱較好的母線槽其導(dǎo)體按設(shè)計(jì)手冊(cè)或電工手冊(cè)打折扣后能滿足載流要求。但有些產(chǎn)品絕緣材料是樹(shù)脂澆注，或采用其他散熱較差的絕緣材料，及空氣型母線結(jié)構(gòu)，和散熱較差的密集型母線結(jié)構(gòu)要下降的折扣更多。有些產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及絕緣材料散熱很差，導(dǎo)體按照電工手冊(cè)上30℃環(huán)境溫度選擇，誤導(dǎo)了用戶，據(jù)了解該類(lèi)產(chǎn)品有些只能達(dá)到60%~70%的截流能力，給我國(guó)電力供電造成了嚴(yán)重的安全隱患和巨大的電能損耗，值得人們重視。
　　4.3超負(fù)荷運(yùn)行。
　　有些項(xiàng)目，隨著設(shè)備的增加，負(fù)荷增大，或原設(shè)計(jì)的母線不能滿足現(xiàn)場(chǎng)需要，有些項(xiàng)目施工訂貨時(shí)采用變?nèi)莨?jié)變?nèi)?，也沒(méi)有采取有效的保護(hù)措施，超負(fù)荷運(yùn)行時(shí)溫升高，而且變?nèi)莺笫级说拈_(kāi)關(guān)無(wú)法確保變?nèi)莺笮‰娏鞯倪^(guò)載，因此存在安全隱患。
　　4.4連接頭連接不穩(wěn)，接頭電阻率加大。
　　連接頭連接不穩(wěn)定、接頭接觸不良、電阻率加大，都能造成母線槽的溫升升高。
　　4.5溫升與集膚效應(yīng)不無(wú)關(guān)系。
　　在導(dǎo)體的內(nèi)部，電阻產(chǎn)生的熱量不易散發(fā)，溫度較高，價(jià)和電子運(yùn)轉(zhuǎn)的速率高，線路不是很扁平，這樣就導(dǎo)致了電子通路相對(duì)窄小，電阻就高。在導(dǎo)體的表面，散熱快、溫度低，價(jià)和電子運(yùn)轉(zhuǎn)的速率低，線路扁平，這樣就導(dǎo)致了電子通路相對(duì)寬大，而故導(dǎo)體表面電阻小，電子運(yùn)行較快，這也是電流集膚的原因之一。
　　例如：母線槽銅排導(dǎo)體6×100與10×60截面積同樣是600mm2，但前者比后者大19%的載流能力，這就是電流集膚效應(yīng)造成的效果，通過(guò)同樣的電流，前者比后者運(yùn)行的溫升低，電損也少，電壓降同樣比后者小，也就是說(shuō)在相同的溫升下，后者比前者小19%的載流能力。由此可見(jiàn)單方面以截面積來(lái)定論導(dǎo)體的載流能力及電能的損耗是完全錯(cuò)誤的。
　　4.6導(dǎo)體計(jì)算誤導(dǎo)：
　　有些技術(shù)人員不論是什么結(jié)構(gòu)的母線槽，其采用導(dǎo)體的規(guī)格均按照《電工手冊(cè)》（或《電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)》）列表去計(jì)算，并且按每mm2的載流能力去推斷母線槽的使用年限，這樣是錯(cuò)誤的。導(dǎo)體是銅或鋁，母線槽的使用壽命長(zhǎng)短關(guān)鍵看它運(yùn)行溫度。運(yùn)行溫度越高它的老化速度也就越快（包括銅、鋁排及絕緣材料。導(dǎo)體用的電工銅、電工鋁，其蠕變強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和氧化速度均與溫度有密切的關(guān)系）。因?yàn)槟妇€的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)不同、散熱不同，所以內(nèi)部的溫度也就不同。按設(shè)計(jì)手冊(cè)的導(dǎo)體表格環(huán)境溫度35℃選擇，散熱較好的密集型母線槽再下降5%~15%的載流能力，才能符合≤70K的溫，散熱不好的密集型母線要下降20%左右，空氣型母線載流能力下降要更大些，按照以上幾個(gè)方面總結(jié)：母線槽的導(dǎo)體載流能力不分產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、不計(jì)算集膚效應(yīng)，按照導(dǎo)體截面積和每平方毫米載流能力來(lái)確定選擇導(dǎo)體規(guī)格是錯(cuò)誤的。
　　五、有關(guān)單位對(duì)導(dǎo)體的溫升要求
　　5.1設(shè)計(jì)院的設(shè)計(jì)與溫升
　　目前大部分設(shè)計(jì)院在設(shè)計(jì)時(shí)是沒(méi)有溫升約定的，只有額定電流，及三相四線或三相五線，這是比較籠統(tǒng)的設(shè)計(jì)。如果電流規(guī)格為1000A溫≤55K的母線槽采用F級(jí)的絕緣材料在115K的項(xiàng)目中使用，則可以貼上標(biāo)識(shí)為1600A以上的額定電流標(biāo)牌，所以設(shè)計(jì)時(shí)約定母線槽的溫升是很重要的。建議母線槽極限溫升≤70K或≤55K為工程質(zhì)量依據(jù)，如果我國(guó)電力設(shè)備全部控制運(yùn)行溫升在≤55K以下（1000V），不但電能的線損大大下降；同時(shí)也減少電氣引起的火災(zāi)事故，既節(jié)能減排，又能惠及人民生命財(cái)產(chǎn)與安全。
　　5.2工程監(jiān)理、質(zhì)檢站及電力驗(yàn)收單位對(duì)溫升要求。
　　目前大部分項(xiàng)目對(duì)母線槽的載流能力無(wú)法直接驗(yàn)證。因按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB7251.2和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC60439.2，如環(huán)境允許的情況下母線槽的極限溫升是以絕緣材料耐熱等級(jí)來(lái)確定允許溫的。設(shè)計(jì)院的設(shè)計(jì)圖紙和甲方都沒(méi)有明確指明溫，所以無(wú)法對(duì)母線槽的載流能力進(jìn)行確認(rèn)。況且用戶與商家沒(méi)有既定約成的極限溫，所以也無(wú)法確定母線槽溫升多少K才算是工程上使用合格的產(chǎn)品。建議工程監(jiān)理及質(zhì)檢站和電力驗(yàn)收人員，查詢3C證書(shū)及核對(duì)3C試驗(yàn)報(bào)告內(nèi)各種電流的導(dǎo)體規(guī)格極限溫升是否與產(chǎn)品一致，同時(shí)采用導(dǎo)體測(cè)試儀檢測(cè)導(dǎo)體的導(dǎo)電率，推算含銅及電阻率，在認(rèn)證中心或試驗(yàn)所網(wǎng)站查詢3C證書(shū)及技術(shù)參數(shù)是否與試驗(yàn)報(bào)告一致。確保母線槽的載流能力和低溫運(yùn)行。
　　5.3國(guó)家強(qiáng)制性3C認(rèn)證對(duì)母線槽的極限溫升驗(yàn)證。
　　我國(guó)實(shí)施的強(qiáng)制性3C認(rèn)證對(duì)于母線槽的極限溫升驗(yàn)證，除耐火母線槽為特殊產(chǎn)品外，其他母線槽統(tǒng)一按≤70K溫試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行，但母線槽的電流規(guī)格繁多3C認(rèn)證每個(gè)產(chǎn)品的試驗(yàn)費(fèi)及認(rèn)證費(fèi)又需要好幾萬(wàn)元，所以認(rèn)證中心為減輕企業(yè)負(fù)擔(dān)，按短路耐受強(qiáng)度劃分每個(gè)單元，每個(gè)單元可以覆蓋好幾個(gè)額定電流規(guī)格。現(xiàn)統(tǒng)一規(guī)定每個(gè)單元中拿大的電流規(guī)格做試驗(yàn)，其他規(guī)格由企業(yè)自行推算，由試驗(yàn)所審核。在認(rèn)證所覆蓋的電流范圍內(nèi)推算電流的導(dǎo)體規(guī)格要按照試驗(yàn)樣品每mm2載流多少A的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)推算確定。如果小于試驗(yàn)樣品需要有做過(guò)溫升委托試驗(yàn)，或其他單元內(nèi)有這種規(guī)格的導(dǎo)體，才能允許，否則不準(zhǔn)通過(guò)，確保了認(rèn)證的風(fēng)險(xiǎn)。但現(xiàn)在有個(gè)別試驗(yàn)所審核通過(guò)了含有企業(yè)自行填寫(xiě)的不按試樣電流及其載流能力比例的所覆蓋范圍電流的導(dǎo)體規(guī)格的試驗(yàn)報(bào)告。例如，在CCC型式試驗(yàn)報(bào)告中，2500A單元所覆蓋的電流是2000A、1600A、1250A，生產(chǎn)商家是拿2500A的母線做該單元的試驗(yàn)，試樣2500A的導(dǎo)體規(guī)格是6×205，極限溫升≤70K，按該樣品推算導(dǎo)體規(guī)格，應(yīng)該是每mm2載流2.0325A，2000A導(dǎo)體推薦應(yīng)該是6×165，但產(chǎn)品描述內(nèi)卻被生產(chǎn)商家寫(xiě)成6×125，顯然只有提高溫升才能達(dá)到2000A載流能力，所以認(rèn)證中心難以控制所覆蓋的電流導(dǎo)體規(guī)格。有些認(rèn)證所覆蓋電流的每mm2載流能力與認(rèn)證試驗(yàn)樣品的每mm2差距較大時(shí)，則要值得深慮了。
　　六、如何確保母線槽的載流能力及使用安全。
　　中國(guó)質(zhì)量認(rèn)證中心及3C試驗(yàn)單位建議嚴(yán)格把好認(rèn)證試驗(yàn)關(guān)，把安全可靠的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)公布在網(wǎng)上，如所認(rèn)證產(chǎn)品的極限溫升及各電流導(dǎo)體規(guī)格和導(dǎo)體材質(zhì)，方便用戶查詢，確保人民生命財(cái)產(chǎn)的安全和用戶的利益，動(dòng)員全民為工程把好質(zhì)量關(guān)。
　　6.1設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)母線槽時(shí)，圖紙上要標(biāo)注極限溫，同時(shí)在圖紙技術(shù)要求內(nèi)或設(shè)計(jì)圖上標(biāo)注每個(gè)電流等級(jí)設(shè)置一個(gè)母線保護(hù)儀（或溫控儀）進(jìn)行運(yùn)行溫度的監(jiān)測(cè)，建議設(shè)置在每個(gè)電流的第一個(gè)連接頭處。
　　注：保護(hù)儀有兩個(gè)信號(hào)輸出點(diǎn)，超溫報(bào)警和極限溫度切斷電流，這樣可以確保母線槽在運(yùn)行過(guò)程中的內(nèi)部溫升。
　　6.2甲方及監(jiān)理可在3C試驗(yàn)報(bào)告中查詢導(dǎo)體規(guī)格及溫，或登陸中國(guó)質(zhì)量認(rèn)證中心網(wǎng)站查詢其它相關(guān)技術(shù)參數(shù)。3C證書(shū)及網(wǎng)站上都有部分技術(shù)參數(shù)公告，如：IP防護(hù)等級(jí)、ICW=___KA（短路耐受電流強(qiáng)度）、額定電流規(guī)格等，要確保所購(gòu)買(mǎi)的母線槽與認(rèn)證一致。
　　6.3極限溫升試驗(yàn)。
　　6.3.1要想確保所購(gòu)買(mǎi)的母線槽質(zhì)量完全能達(dá)到滿負(fù)荷條件下低溫安全低損耗運(yùn)行有一個(gè)好的方法，即做極限溫升試驗(yàn)。
　　6.3.2極限溫升檢測(cè)位置也很關(guān)鍵。檢測(cè)母線槽的進(jìn)線節(jié)、導(dǎo)體、插接口導(dǎo)體、連接頭、外殼等溫升。通過(guò)滿負(fù)荷電流運(yùn)行后，穩(wěn)定下來(lái)的高溫度，減去環(huán)境溫度獲得溫，單位用K表示。其他電流規(guī)格按試驗(yàn)樣品合格通過(guò)的每mm2載流量計(jì)算時(shí)，好是從大電流推算到小電流的各種規(guī)格，大電流每平方毫米能通過(guò)的電流密度，同樣的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)同樣銅排厚度的小電流母線槽導(dǎo)體是沒(méi)有問(wèn)題的。