張紅軍

（鎮(zhèn)江西門(mén)子母線(xiàn)有限公司 技術(shù)部，江蘇 鎮(zhèn)江 212200）

母線(xiàn)槽因?yàn)殡娏魅萘看蟆⑦^(guò)載能力強(qiáng)、分接方便、散熱性好、維護(hù)方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，自從上世紀(jì)后期引進(jìn)中國(guó)以來(lái)，市場(chǎng)需求量直線(xiàn)上升，根據(jù)相關(guān)行業(yè)資料顯示，2006年中國(guó)市場(chǎng)的母線(xiàn)槽產(chǎn)品總需求量已過(guò)100億元，近幾年市場(chǎng)增長(zhǎng)率近20%。如此數(shù)量的市場(chǎng)需求，使母線(xiàn)槽產(chǎn)品得以迅速發(fā)展并在電力系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。

母線(xiàn)槽按其結(jié)構(gòu)分為密集型、空氣型母線(xiàn)槽(目前市場(chǎng)占有率，前者明顯高于后者)；按其外殼材料分為鋼外殼、鋁合金外殼和鋼鋁混合外殼母線(xiàn)槽(當(dāng)今市場(chǎng)上使用前兩種外殼材料的廠(chǎng)家90%)；按其導(dǎo)體材料分有銅導(dǎo)體和鋁導(dǎo)體母線(xiàn)槽(國(guó)內(nèi)需求以前者為主，國(guó)外尤其是歐美國(guó)家使用后者居多)。本文筆者將從市場(chǎng)上常見(jiàn)的各類(lèi)母線(xiàn)槽的結(jié)構(gòu)及使用材料入手，對(duì)各自性能特點(diǎn)展開(kāi)分析。

1 母線(xiàn)槽結(jié)構(gòu)

1.1 密集型母線(xiàn)槽結(jié)構(gòu)及其性能

密集型母線(xiàn)槽采用內(nèi)部導(dǎo)體各相整體包覆高性能絕緣材料(一般絕緣等級(jí)達(dá)B級(jí)，使用壽命50年左右)后，再利用金屬外殼將其包裹成“三明治”主體結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖1)，絕對(duì)密集的母線(xiàn)槽在其插口裝置位置的主母排仍然是密集式，僅在段間連接處相間設(shè)置10 mm的空隙以達(dá)到連接的目的。

圖1 密集型母線(xiàn)槽主體截面圖

密集型母線(xiàn)槽的這種結(jié)構(gòu)，首先給人的外觀(guān)感覺(jué)是結(jié)構(gòu)緊湊，小巧美觀(guān)。在實(shí)際安裝時(shí)占用空間小，易于母線(xiàn)槽自身在管道繁多的建筑內(nèi)順利穿行。

除體積小這個(gè)優(yōu)越性能外，密集型母線(xiàn)槽優(yōu)良的散熱性是空氣型母線(xiàn)槽無(wú)法比擬的。密集型母線(xiàn)槽結(jié)構(gòu)使得導(dǎo)體之間無(wú)空氣間隔，在通電運(yùn)行過(guò)程中，導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量以傳導(dǎo)的方式迅速將熱量傳遞至外殼，然后作為一個(gè)整體直接向外對(duì)流散熱。由于衡量母線(xiàn)槽運(yùn)行是否安全的一個(gè)重要指標(biāo)就是溫升，密集型母線(xiàn)槽這種快速的散熱能力使得該型母線(xiàn)槽的性能定位于優(yōu)。

密集型母線(xiàn)槽雖然主體密集，但是有些廠(chǎng)家的密集型母線(xiàn)槽產(chǎn)品，因追求插口裝置處的工藝簡(jiǎn)單可靠，在插口處將主母排拍彎，形成局部的空氣式結(jié)構(gòu)，在插口處，插接箱的插腳以接觸式插接到主母排以達(dá)到分流的目的，此部位的溫升勢(shì)必高于別處，再加上此處具有空氣式結(jié)構(gòu)散熱性差的缺點(diǎn)，因此此處溫升將高得更加明顯。

密集型母線(xiàn)槽在其段間連接處，限于目前母線(xiàn)槽產(chǎn)品接頭處的導(dǎo)體連接方式均是壓接式，不得不將連接處的母排局部分開(kāi) (一般相間凈距離10 mm)以達(dá)到兩段導(dǎo)體連接起來(lái)的目的。此處的形式乍一看似乎有些和上段提到的部分廠(chǎng)家在插口處的設(shè)置方式相似，其實(shí)不然，一方面，接頭處局部分開(kāi)部分在插入連接器后基本仍可還原至接近主體的密集式結(jié)構(gòu);另一方面，連接器內(nèi)部的連接銅排截面已被很多廠(chǎng)家設(shè)計(jì)為高于主母排的截面，這樣仍可保證接頭處溫升不至太高。

1.2 空氣型母線(xiàn)槽結(jié)構(gòu)及其性能

空氣型母線(xiàn)槽主要依靠相間絕緣隔塊將各相導(dǎo)體隔開(kāi)(一般相間凈距離10 mm左右)后，再利用金屬外殼進(jìn)行整體包裹成“刪格”式結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖2)，這種結(jié)構(gòu)母線(xiàn)一般全長(zhǎng)相間距保持不變，屬于全長(zhǎng)空氣型。

圖2 空氣型母線(xiàn)主體截面圖

空氣型母線(xiàn)槽的結(jié)構(gòu)，首先給人的感覺(jué)是電氣運(yùn)行安全，因?yàn)槠鋬?nèi)部導(dǎo)體完全分離開(kāi)，相間絕緣電阻很大，運(yùn)行初期相間短路的可能性很低。

這種結(jié)構(gòu)的母線(xiàn)槽，因?yàn)閷?dǎo)體被包圍在完全密閉的空間內(nèi)，且有空氣這種導(dǎo)熱能力相對(duì)較差的介質(zhì)圍繞，當(dāng)母線(xiàn)槽運(yùn)行時(shí)，導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量首先要通過(guò)輻射的熱傳遞方式將熱量傳遞到外殼上，再由外殼通過(guò)與外界流動(dòng)空氣的對(duì)流熱交換，最終把內(nèi)部熱量傳遞出來(lái)，因此空氣型結(jié)構(gòu)母線(xiàn)槽的散熱能力相對(duì)較差顯而易見(jiàn)。所以要想將母線(xiàn)槽整體溫升控制在國(guó)家規(guī)范內(nèi)就必須要加大導(dǎo)體截面，以達(dá)到足夠的載流能力，保證導(dǎo)體在運(yùn)行時(shí)自身發(fā)熱較小。也許會(huì)有人說(shuō)可以在母線(xiàn)外殼沖散熱孔的方式來(lái)促進(jìn)母線(xiàn)槽內(nèi)部熱量的向外傳遞，確實(shí)這樣可以對(duì)空氣型母線(xiàn)槽的散熱能力得到明顯提升，但是也犧牲了母線(xiàn)槽另外一個(gè)優(yōu)越性——安全性，外殼沖制散熱孔的空氣型母線(xiàn)槽的防護(hù)等級(jí)最高只能達(dá)到IP31，這種防護(hù)等級(jí)別說(shuō)在消防，熱力等管道錯(cuò)縱復(fù)雜的惡劣安裝環(huán)境下根本不能使用，就是在環(huán)境較好的配電室內(nèi)，其實(shí)際使用壽命也大打折扣，因?yàn)槿辗e月累的粉塵將逐漸堆滿(mǎn)導(dǎo)體間狹小的空隙，最終引起短路。

1.3 密集型母線(xiàn)槽和空氣型母線(xiàn)槽比較

（1）外觀(guān)：密集型母線(xiàn)槽相對(duì)空氣型母線(xiàn)槽結(jié)構(gòu)顯得更加緊湊，體積更加小，在安裝時(shí)受空間限制相對(duì)也小。

（2）散熱能力：縱上所述，在防護(hù)等級(jí)相同的前提下，密集型母線(xiàn)槽明顯優(yōu)于空氣型母線(xiàn)槽，此處不再累述。

（3）電氣安全性：由于空氣型母線(xiàn)槽結(jié)構(gòu)給人的感覺(jué)似乎相對(duì)安全，但這還得深入分析，空氣型母線(xiàn)槽由于其導(dǎo)體間有空氣絕緣，所以往往生產(chǎn)廠(chǎng)商在絕緣隔塊的材料選擇上一般不會(huì)去選擇性能更好的材料，而是選用性能一般的PVC材質(zhì)的絕緣材料，其使用壽命自然一般;密集型母線(xiàn)槽由于其導(dǎo)體緊密相貼，這就勢(shì)必需要生產(chǎn)廠(chǎng)商必須選擇絕緣性能，耐熱性能，使用壽命都有著高參數(shù)的絕緣材料，否則出廠(chǎng)檢驗(yàn)的耐壓試驗(yàn)將難以通過(guò)。據(jù)調(diào)查，市場(chǎng)上品牌較好的一些生產(chǎn)廠(chǎng)商的密集型母線(xiàn)槽產(chǎn)品的絕緣材料都為美國(guó)杜邦聚乙烯絕緣薄膜，絕緣等級(jí)達(dá)到B級(jí)，耐熱130℃，正常使用壽命達(dá)50年。所以電氣安全性上，從材料入手進(jìn)行判定顯得更為準(zhǔn)確。

（4）安裝方式：密集型母線(xiàn)槽在工程安裝時(shí)，行走姿態(tài)比較自由，以?xún)?nèi)部導(dǎo)體方位來(lái)說(shuō)，母線(xiàn)槽可以立放，也可平放，對(duì)于母線(xiàn)槽的通電運(yùn)行影響較小，但是，空氣型母線(xiàn)槽如果平放，則勢(shì)必影響它的散熱能力進(jìn)而影響其性能。

正是以上性能的差別，當(dāng)今密集型母線(xiàn)槽逐漸霸占了絕大部分市場(chǎng)，而且目前很多母線(xiàn)槽廠(chǎng)商的下一代新產(chǎn)品仍然是基于在密集型進(jìn)行產(chǎn)品更新。

2 材料

2.1 外殼材料

外殼材料對(duì)于母線(xiàn)槽來(lái)說(shuō)就是肌肉和皮膚，其選材相當(dāng)重要。目前，市場(chǎng)上母線(xiàn)槽外殼材料分為鋼制外殼、鋁合金外殼和鋼鋁混合外殼母線(xiàn)槽。其中，鋼鋁混合外殼只有個(gè)別廠(chǎng)家使用，在此不作分析。

鋼的硬度較高，所以鋼制外殼母線(xiàn)槽有著很強(qiáng)的抗內(nèi)外機(jī)械沖擊能力，這就使得鋼制外殼的母線(xiàn)槽安裝后，整體機(jī)械穩(wěn)定性較高;鋁合金外殼要想達(dá)到和鋼制外殼相同的機(jī)械強(qiáng)度就必須增加外殼厚度。

鋼的密度明顯高于鋁合金，所以鋁合金外殼的母線(xiàn)槽重量要比鋼制外殼母線(xiàn)槽輕，有利于現(xiàn)場(chǎng)安裝。

鋁合金外殼因加入微量合金元素，提高了化學(xué)穩(wěn)定性，使得抗腐蝕能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鋼制外殼。

在散熱能力上，鋁合金的導(dǎo)熱能力遠(yuǎn)高于鋼，這就使得鋁合金外殼母線(xiàn)槽有著鋼制外殼無(wú)法比擬的散熱能力，鋼制外殼母線(xiàn)槽要想達(dá)到符合規(guī)范的溫升相對(duì)于鋁合金外殼母線(xiàn)槽就必須要加大導(dǎo)體截面，導(dǎo)致增加成本。

另外，鋼是典型的磁性材料，而鋁合金則屬弱磁性材料，鋁合金外殼母線(xiàn)槽相對(duì)于鋼制外殼母線(xiàn)大大降低了母線(xiàn)運(yùn)行時(shí)的磁滯渦流效應(yīng)，減少母線(xiàn)槽自身發(fā)熱，從而提高整體電氣性能。

由上顯而易見(jiàn)，除了材料機(jī)械強(qiáng)度，鋁合金外殼母線(xiàn)槽的其它性能均遠(yuǎn)優(yōu)于鋼制外殼母線(xiàn)槽。鋁合金外殼母線(xiàn)槽只需選擇相對(duì)厚的鋁合金材料，以保證外殼有足夠支撐自身的機(jī)械強(qiáng)度，便可以完勝鋼制外殼母線(xiàn)槽?？v觀(guān)中國(guó)市場(chǎng)，自西門(mén)子率先引進(jìn)鋁合金外殼母線(xiàn)槽以來(lái)，國(guó)內(nèi)幾大品牌母線(xiàn)槽生產(chǎn)廠(chǎng)家也均爭(zhēng)相開(kāi)發(fā)出鋁合金外殼母線(xiàn)槽，并很快投入市場(chǎng)，保持強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)力。目前，僅有施奈德暫仍力推鋼制外殼母線(xiàn)槽，但鋁合金外殼母線(xiàn)槽的趨勢(shì)不可逆轉(zhuǎn)。

2.2 絕緣材料

母線(xiàn)槽部件中，絕緣材料是用以隔開(kāi)各相，以保證相間有足夠絕緣電阻，并使母線(xiàn)槽達(dá)到一定耐壓等級(jí)。一旦因絕緣材料破損或因品質(zhì)不達(dá)標(biāo)造成相間短路，極易引起爆炸或火災(zāi)，結(jié)果將不堪設(shè)想。所以絕緣材料可謂是母線(xiàn)槽的神經(jīng)，尤為重要。根據(jù)經(jīng)驗(yàn):密集型母線(xiàn)槽的絕緣材料一般比空氣型母線(xiàn)槽選用等級(jí)要高;市場(chǎng)占有率高，品牌形象好的生產(chǎn)廠(chǎng)商選用的絕緣材料一般要優(yōu)于私人作坊式的小廠(chǎng)家，這就需要用戶(hù)在選用時(shí)要格外謹(jǐn)慎。

2.3 導(dǎo)體材料

絕緣材料是母線(xiàn)槽的神經(jīng)，那么導(dǎo)體則是母線(xiàn)槽的心臟，因?yàn)槠鋼?dān)負(fù)著輸送電流的重?fù)?dān)，其選材則更顯重要。母線(xiàn)槽的導(dǎo)體材料可分銅導(dǎo)體和鋁導(dǎo)體，目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)以前者為多數(shù)。導(dǎo)體材料的質(zhì)地直接關(guān)系到母線(xiàn)槽的電氣性能的高低，拿銅導(dǎo)體為例，母線(xiàn)槽行業(yè)一般均選用T2電解銅作為銅排的原材料，這是因?yàn)門(mén)2電解銅有著很高的純度 (99.9%以上)，同時(shí)少量的雜質(zhì)又可保證銅排自身的機(jī)械強(qiáng)度。其它型號(hào)電解銅，如T1型則自身機(jī)械強(qiáng)度不夠，T3和T4雜質(zhì)過(guò)多，電阻率過(guò)大，溫升較高，電能損耗大。

銅、鋁導(dǎo)體金屬材料比較：銅的密度8.9 g/cm3，鋁的密度2.7g/cm3；銅的導(dǎo)電性?xún)H次于銀，IACS值100%（國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)退火電解銅標(biāo)準(zhǔn)值），高純鋁（99.996%）和工業(yè)純鋁（99.5%）的IACS值為64.94%和59%，即銅的導(dǎo)電性約比鋁高35%～40%，這就使得鋁導(dǎo)體母線(xiàn)槽在導(dǎo)體截面選擇上相對(duì)銅導(dǎo)體要加大，同時(shí)體積也就相對(duì)較大；銅在大氣中的化學(xué)穩(wěn)定性較好，鋁較為活潑，目前鋁導(dǎo)體母線(xiàn)槽在生產(chǎn)過(guò)程中一方面在原料鋁材中加入少量合金元素，另一方面對(duì)鋁排表面作特殊處理(鍍銅，鍍錫)進(jìn)而提高其化學(xué)穩(wěn)定性；銅的強(qiáng)度和硬度較好，純鋁稍差，但因鋁自身質(zhì)輕，其綜合強(qiáng)度不低于銅；自然中銅資源相對(duì)有限，價(jià)格較高，鋁資源相對(duì)豐富，價(jià)格低廉。

縱上所述，在保證導(dǎo)體材質(zhì)的優(yōu)質(zhì)的前提下，銅和鋁均可作為母線(xiàn)槽合理的導(dǎo)體材料。但本著為社會(huì)節(jié)約大量寶貴資源，建設(shè)節(jié)約性社會(huì)，筆者則傾向國(guó)內(nèi)母線(xiàn)槽廠(chǎng)家繼續(xù)對(duì)鋁導(dǎo)體母線(xiàn)槽進(jìn)行不斷改進(jìn)，引導(dǎo)用戶(hù)選擇鋁導(dǎo)體母線(xiàn)槽。事實(shí)上，鋁導(dǎo)體母線(xiàn)槽的制造技術(shù)和加工工藝已趨成熟，國(guó)內(nèi)與國(guó)外產(chǎn)品已基本相近，在歐美國(guó)家鋁導(dǎo)體母線(xiàn)槽暫母線(xiàn)槽市場(chǎng)絕大多數(shù)，在國(guó)內(nèi)，許多品牌的母線(xiàn)槽也早已成功用于各大型建筑。

3 結(jié)束語(yǔ)

除母線(xiàn)結(jié)構(gòu)和材料主要因素外，影響母線(xiàn)槽性能的因素還有很多，比如表面處理、加工工藝等均可影響母線(xiàn)槽的品質(zhì)。隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)蓬勃發(fā)展，母線(xiàn)槽制造技術(shù)也在飛速更新，筆者很渴望投入母線(xiàn)槽技術(shù)的新一輪改革中。

[1]劉金石.母線(xiàn)槽經(jīng)濟(jì)截面的討論[J].電工技術(shù)，1994(8)：88-89.

[2]JGJ/T 16-1992.民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]何向群.論母線(xiàn)槽的外殼防護(hù)等級(jí)[J].軍民兩用技術(shù)及產(chǎn)品，2002（2）:35-36.