張紅軍

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

母線槽因?yàn)殡娏魅萘看?、過載能力強(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)中國以來，市場(chǎng)需求量直線上升，根據(jù)相關(guān)行業(yè)資料顯示，2006年中國市場(chǎng)的母線槽產(chǎn)品總需求量已過100億元，近幾年市場(chǎng)增長率近20%。如此數(shù)量的市場(chǎng)需求，使母線槽產(chǎn)品得以迅速發(fā)展并在電力系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。

母線槽按其結(jié)構(gòu)分為密集型、空氣型母線槽(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槽(當(dāng)今市場(chǎng)上使用前兩種外殼材料的廠家90%)；按其導(dǎo)體材料分有銅導(dǎo)體和鋁導(dǎo)體母線槽(國內(nèi)需求以前者為主，國外尤其是歐美國家使用后者居多)。本文筆者將從市場(chǎng)上常見的各類母線槽的結(jié)構(gòu)及使用材料入手，對(duì)各自性能特點(diǎn)展開分析。

1 母線槽結(jié)構(gòu)

1.1 密集型母線槽結(jié)構(gòu)及其性能

密集型母線槽采用內(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)(見圖1)，絕對(duì)密集的母線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 密集型母線槽主體截面圖

密集型母線槽的這種結(jié)構(gòu)，首先給人的外觀感覺是結(jié)構(gòu)緊湊，小巧美觀。在實(shí)際安裝時(shí)占用空間小，易于母線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，密集型母線槽優(yōu)良的散熱性是空氣型母線槽無法比擬的。密集型母線槽結(jié)構(gòu)使得導(dǎo)體之間無空氣間隔，在通電運(yùn)行過程中，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，密集型母線槽這種快速的散熱能力使得該型母線槽的性能定位于優(yōu)。

密集型母線槽雖然主體密集，但是有些廠家的密集型母線槽產(chǎn)品，因追求插口裝置處的工藝簡單可靠，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。

密集型母線槽在其段間連接處，限于目前母線槽產(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 (一般相間凈距離10 mm)以達(dá)到兩段導(dǎo)體連接起來的目的。此處的形式乍一看似乎有些和上段提到的部分廠家在插口處的設(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 空氣型母線槽結(jié)構(gòu)及其性能

空氣型母線槽主要依靠相間絕緣隔塊將各相導(dǎo)體隔開(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)(見圖2)，這種結(jié)構(gòu)母線一般全長相間距保持不變，屬于全長空氣型。

圖2 空氣型母線主體截面圖

空氣型母線槽的結(jié)構(gòu)，首先給人的感覺是電氣運(yùn)行安全，因?yàn)槠鋬?nèi)部導(dǎo)體完全分離開，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)母線槽運(yùn)行時(shí)，導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量首先要通過輻射的熱傳遞方式將熱量傳遞到外殼上，再由外殼通過與外界流動(dòng)空氣的對(duì)流熱交換，最終把內(nèi)部熱量傳遞出來，因此空氣型結(jié)構(gòu)母線槽的散熱能力相對(duì)較差顯而易見。所以要想將母線槽整體溫升控制在國家規(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)有人說可以在母線外殼沖散熱孔的方式來促進(jìn)母線槽內(nèi)部熱量的向外傳遞，確實(shí)這樣可以對(duì)空氣型母線槽的散熱能力得到明顯提升，但是也犧牲了母線槽另外一個(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導(dǎo)體間狹小的空隙，最終引起短路。

1.3 密集型母線槽和空氣型母線槽比較

（1）外觀：密集型母線槽相對(duì)空氣型母線槽結(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，密集型母線槽明顯優(yōu)于空氣型母線槽，此處不再累述。

（3）電氣安全性：由于空氣型母線槽結(jié)構(gòu)給人的感覺似乎相對(duì)安全，但這還得深入分析，空氣型母線槽由于其導(dǎo)體間有空氣絕緣，所以往往生產(chǎn)廠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;密集型母線槽由于其導(dǎo)體緊密相貼，這就勢(shì)必需要生產(chǎn)廠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，否則出廠檢驗(yàn)的耐壓試驗(yàn)將難以通過。據(jù)調(diào)查，市場(chǎng)上品牌較好的一些生產(chǎn)廠商的密集型母線槽產(chǎn)品的絕緣材料都為美國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：密集型母線槽在工程安裝時(shí)，行走姿態(tài)比較自由，以內(nèi)部導(dǎo)體方位來說，母線槽可以立放，也可平放，對(duì)于母線槽的通電運(yùn)行影響較小，但是，空氣型母線槽如果平放，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)今密集型母線槽逐漸霸占了絕大部分市場(chǎng)，而且目前很多母線槽廠商的下一代新產(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)于母線槽來說就是肌肉和皮膚，其選材相當(dāng)重要。目前，市場(chǎng)上母線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槽。其中，鋼鋁混合外殼只有個(gè)別廠家使用，在此不作分析。

鋼的硬度較高，所以鋼制外殼母線槽有著很強(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槽重量要比鋼制外殼母線槽輕，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槽有著鋼制外殼無法比擬的散熱能力，鋼制外殼母線槽要想達(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，鋁合金外殼母線槽相對(duì)于鋼制外殼母線大大降低了母線運(yùn)行時(shí)的磁滯渦流效應(yīng)，減少母線槽自身發(fā)熱，從而提高整體電氣性能。

由上顯而易見，除了材料機(jī)械強(qiáng)度，鋁合金外殼母線槽的其它性能均遠(yuǎn)優(yōu)于鋼制外殼母線槽。鋁合金外殼母線槽只需選擇相對(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槽?？v觀中國市場(chǎng)，自西門子率先引進(jìn)鋁合金外殼母線槽以來，國內(nèi)幾大品牌母線槽生產(chǎn)廠家也均爭相開發(fā)出鋁合金外殼母線槽，并很快投入市場(chǎng)，保持強(qiáng)有力的競爭力。目前，僅有施奈德暫仍力推鋼制外殼母線槽，但鋁合金外殼母線槽的趨勢(shì)不可逆轉(zhuǎn)。

2.2 絕緣材料

母線槽部件中，絕緣材料是用以隔開各相，以保證相間有足夠絕緣電阻，并使母線槽達(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槽的神經(jīng)，尤為重要。根據(jù)經(jīng)驗(yàn):密集型母線槽的絕緣材料一般比空氣型母線槽選用等級(jí)要高;市場(chǎng)占有率高，品牌形象好的生產(chǎn)廠商選用的絕緣材料一般要優(yōu)于私人作坊式的小廠家，這就需要用戶在選用時(shí)要格外謹(jǐn)慎。

2.3 導(dǎo)體材料

絕緣材料是母線槽的神經(jīng)，那么導(dǎo)體則是母線槽的心臟，因?yàn)槠鋼?dān)負(fù)著輸送電流的重?fù)?dān)，其選材則更顯重要。母線槽的導(dǎo)體材料可分銅導(dǎo)體和鋁導(dǎo)體，目前國內(nèi)市場(chǎng)以前者為多數(shù)。導(dǎo)體材料的質(zhì)地直接關(guān)系到母線槽的電氣性能的高低，拿銅導(dǎo)體為例，母線槽行業(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)過多，電阻率過大，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)電性僅次于銀，IACS值100%（國際標(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)體母線槽在生產(chǎn)過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)，筆者則傾向國內(nèi)母線槽廠家繼續(xù)對(duì)鋁導(dǎo)體母線槽進(jìn)行不斷改進(jìn)，引導(dǎo)用戶選擇鋁導(dǎo)體母線槽。事實(shí)上，鋁導(dǎo)體母線槽的制造技術(shù)和加工工藝已趨成熟，國內(nèi)與國外產(chǎn)品已基本相近，在歐美國家鋁導(dǎo)體母線槽暫母線槽市場(chǎng)絕大多數(shù)，在國內(nèi)，許多品牌的母線槽也早已成功用于各大型建筑。

3 結(jié)束語

除母線結(jié)構(gòu)和材料主要因素外，影響母線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槽的品質(zhì)。隨著中國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)蓬勃發(fā)展，母線槽制造技術(shù)也在飛速更新，筆者很渴望投入母線槽技術(shù)的新一輪改革中。

[1]劉金石.母線槽經(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.