吳永季

摘要：銅鋁復(fù)合母線是屬于母線槽結(jié)構(gòu)中的一種新型導(dǎo)體材料，它的廣泛應(yīng)用推廣能夠有效地減少母線槽對(duì)金屬銅的依賴性，降低我國(guó)輸配電事業(yè)對(duì)銅資源的大量消耗。本文將從行業(yè)現(xiàn)狀、電氣性能、短耐能力、電氣壽命等幾個(gè)方面對(duì)其展開(kāi)一個(gè)詳細(xì)分析和理論探討，期望為我國(guó)母線槽行業(yè)后續(xù)發(fā)展研究提供有價(jià)值的技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：銅鋁復(fù)合母線;導(dǎo)體;母線槽

引言：

母線槽系統(tǒng)作為各類輸配電線路系統(tǒng)中至關(guān)重要的組成部分，自1980年引入以來(lái)，便憑借其產(chǎn)品安裝便捷、性能安全、載流量大、能耗低等諸大優(yōu)勢(shì)普遍廣泛運(yùn)用于輸配電系統(tǒng)中。鋁母線雖然成本低、重量輕，但電氣性能、機(jī)械性能，使用壽命上都不如銅母線，所以母線槽的導(dǎo)體基本上以金屬銅作為其載流導(dǎo)體。銅是一種比較稀有的有色金屬化學(xué)材料，市場(chǎng)上的價(jià)格也逐年升高。因此銅鋁復(fù)合母線在母線槽領(lǐng)域的占比呈現(xiàn)較快增長(zhǎng)趨勢(shì)。

一、銅鋁復(fù)合型母線在母線槽行業(yè)的現(xiàn)狀

母線槽主要分為密集型、空氣型和澆注型母線槽，不同類型的母線槽適用于不同的領(lǐng)域。密集型母線槽呈現(xiàn)“三明治”結(jié)構(gòu)，其絕緣主要依賴絕緣薄膜，利用導(dǎo)體間的熱傳導(dǎo)進(jìn)行散熱，由于其電流密度大，載流量大，體積小的特點(diǎn)多用于工業(yè)廠房、商業(yè)中心等;空氣型母線槽利用絕緣件支撐裸母線，主要依靠空氣絕緣，其饋電方便、維護(hù)簡(jiǎn)單、電流小的特點(diǎn)，多用于數(shù)據(jù)機(jī)房等;澆筑型母線槽分耐火類與非耐火類，利用多種混合劑澆注在銅排間絕緣，其特點(diǎn)是防護(hù)等級(jí)高，多用于化工、消防等領(lǐng)域。

根據(jù)電工委2016年數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，母線槽同年共生產(chǎn)約1300萬(wàn)米，每米母線槽使用銅排按30kg/m計(jì)算，共用銅39萬(wàn)噸，換成銅鋁復(fù)合型銅排按21.9kg/m計(jì)算，用銅鋁復(fù)合排28.5萬(wàn)噸，用銅量約為11.4萬(wàn)噸，可節(jié)約用銅量71%。可見(jiàn)推廣銅鋁復(fù)合型母線應(yīng)用在母線槽領(lǐng)域里的必要性。

國(guó)家電氣工業(yè)協(xié)會(huì)早在2010年提出并組織制定了有關(guān)銅鋁復(fù)合母線的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)CEEIA B220-2010《電工用銅鋁復(fù)合母線》，電器企業(yè)聯(lián)合會(huì)也在2012年相應(yīng)組織制訂了電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T247-2012《輸變電設(shè)備用銅包鋁母線》，并組織了銅鋁復(fù)合母線的《中國(guó)電力認(rèn)證》。國(guó)家和行業(yè)組織對(duì)使用銅鋁復(fù)合母線進(jìn)行規(guī)范，并起到了一定的推廣作用。

二、銅鋁復(fù)合型母線在母線槽行業(yè)的技術(shù)指標(biāo)

（一）、電氣性能

對(duì)于母線槽設(shè)計(jì)者而言，母線槽的主要電氣性能指標(biāo)為母線槽的溫升。銅鋁復(fù)合母線作為載流導(dǎo)體，它的溫升至關(guān)重要。根據(jù)GB/T 7251.6-2015相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，母線槽使用環(huán)境溫度不超過(guò)40℃，其載流母線的溫升不得超過(guò)95K。在一定條件下，在通過(guò)導(dǎo)體電流大小一定的情況下，導(dǎo)體的發(fā)熱與其導(dǎo)體材料的導(dǎo)電率有關(guān)。

銅鋁復(fù)合母線是由銅和鋁兩種導(dǎo)體組成。由于銅和鋁的導(dǎo)電率有顯著差異，銅的導(dǎo)電率遠(yuǎn)比鋁的導(dǎo)電率高，所以銅導(dǎo)體和鋁導(dǎo)體的體積比決定了銅鋁復(fù)合型母線的導(dǎo)電率。在同一載流量的情況下，銅導(dǎo)體的占比越高導(dǎo)體溫升越低。對(duì)于用戶而言，在保證母線槽達(dá)到所需載流能力的情況下，選擇銅占比小的母線更經(jīng)濟(jì);對(duì)于制造商而言，銅占比越小，其制造難度越大，穩(wěn)定性也更難保證，對(duì)產(chǎn)品的制備生產(chǎn)過(guò)程能力更難控制，生產(chǎn)成本也會(huì)相應(yīng)的提高。這是現(xiàn)階段銅鋁復(fù)合型母線槽市場(chǎng)混亂的根源。

（二）、短耐能力

在供配電系統(tǒng)中，交變電流通過(guò)母線槽導(dǎo)體時(shí)，載流導(dǎo)體會(huì)在母線槽周圍產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，使得其他載流導(dǎo)體在該磁場(chǎng)下產(chǎn)生電動(dòng)力。當(dāng)配電設(shè)備發(fā)生短路故障時(shí)，母線槽所需承受的電動(dòng)力是正常運(yùn)行的幾十倍。電流越大，母線槽所需承受的電動(dòng)力越大。要得到市場(chǎng)的廣泛認(rèn)可，銅鋁復(fù)合母線作為一種型新的導(dǎo)體復(fù)合材料，就必須對(duì)其短時(shí)耐受能力進(jìn)行驗(yàn)證。

關(guān)于銅鋁復(fù)合型母線的短時(shí)耐受能力，廠家需要依據(jù)GB/T 7251.1《低壓成套開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備》中10.11條款試驗(yàn)方法，設(shè)計(jì)符合試驗(yàn)要求的母線槽送檢，以驗(yàn)證母線是否適合使用在母線槽系統(tǒng)中。國(guó)家質(zhì)量認(rèn)證中心數(shù)據(jù)顯示取得3C認(rèn)證報(bào)告的銅鋁復(fù)合型母線槽廠家已有十幾家。例如江蘇華強(qiáng)、北京華北長(zhǎng)城等。對(duì)400A-6300A的母線槽進(jìn)行了3C型式試驗(yàn)，測(cè)試結(jié)果都合格，獲得相應(yīng)的報(bào)告。

（三）、電氣壽命

關(guān)于銅鋁復(fù)合母線電氣壽命，制造商和用戶都會(huì)擔(dān)心的問(wèn)題是母線是否會(huì)因?yàn)闊崦浝淇s應(yīng)力而分離，需要引入界面結(jié)合強(qiáng)度和可靠性兩個(gè)關(guān)鍵性指標(biāo)來(lái)驗(yàn)證。

關(guān)于銅鋁復(fù)合型母線的界面結(jié)合強(qiáng)度，我們通過(guò)對(duì)不同規(guī)格的銅鋁復(fù)合母線進(jìn)行了0—200℃，100次熱循環(huán)試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證。200 ℃溫差熱脹冷縮產(chǎn)生的應(yīng)力沒(méi)有破壞它，而母線槽正常使用溫度不超過(guò)130℃，因此使用是安全的。此試驗(yàn)驗(yàn)證了母線界面結(jié)合強(qiáng)度沒(méi)有降低，關(guān)于銅鋁復(fù)合型母線的可靠性，上海電纜研究所歷時(shí)8個(gè)月，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 9327《額定電壓35KV（Um=40.5kV）及以下電力電纜導(dǎo)體用壓接式和機(jī)械式連接金具試驗(yàn)方法和要求》，對(duì)銅鋁復(fù)合型母線進(jìn)行了1000次熱循環(huán)試驗(yàn)，母線的電阻比率和離散度都滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，測(cè)試結(jié)果都合格。充分說(shuō)明了銅鋁復(fù)合型母線材質(zhì)沒(méi)有發(fā)生改變，滿足電控、配電設(shè)備的使用壽命的標(biāo)準(zhǔn)要求。

結(jié)束語(yǔ)：

隨著中國(guó)特色社會(huì)主義經(jīng)濟(jì)的不斷蓬勃發(fā)展、我國(guó)城鄉(xiāng)交通一體化發(fā)展的逐步加快、經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和現(xiàn)代城市化進(jìn)程的加快，人們對(duì)輸配電系統(tǒng)的安全性能和使用成本控制的要求越來(lái)越嚴(yán)格。此外，目前國(guó)家始終堅(jiān)持“低碳環(huán)保、節(jié)能減排”的清潔能源安全政策。而利用銅鋁復(fù)合母線發(fā)電導(dǎo)體的綜合生產(chǎn)應(yīng)用工藝，不僅可以有效提高母線槽的綜合性能，還可以有效降低使用銅鋁等金屬元素發(fā)電資源的大量消耗。它可以代替復(fù)合銅母線導(dǎo)體，作為核心材料代替應(yīng)用材料，是我國(guó)電氣設(shè)備輸配電技術(shù)的重要進(jìn)步。本文對(duì)母線電氣性能、短耐性能、使用壽命進(jìn)行了深入分析。銅鋁復(fù)合型導(dǎo)體用于母線槽的應(yīng)用，有望為我國(guó)輸配電系統(tǒng)的后續(xù)發(fā)展提供有價(jià)值的技術(shù)參考。

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