許鐵軍 李 岳

（1.西電寶光寶雞有限責任公司，陜西 寶雞 721006；2.陜西寶光真空電器股份有限公司，陜西 寶雞 721006）

中壓開關柜中的硬導體包括滅弧室的動、靜導電桿，斷路器手車的觸臂和開關柜中的主母線、支母線、靜觸刀等。這些元件就決定了中壓開關柜在正常工作時的載流能力，因而在中壓開關柜的生產和選用過程中硬導體的選擇是一個非常關鍵的因素。本文僅就開關柜中的主母線、支母線、靜觸刀等矩形硬導體的選擇進行探討。

1 硬導體的種類

1）載流導體一般使用鋁或鋁合金材料，其缺點是載流量小于銅導體，焊接困難，一般用在額定電流2500A以下的范圍。銅導體一般在下列情況下使用：

（1）位于化工廠（其排除大量腐蝕性氣體對鋁質材料有影響者）附近的屋外配電裝置。

（2）發(fā)電機出線端子處位置特別狹窄以及鋁排截面太大穿過套管有困難時。

（3）持續(xù)工作電流在4000A以上的矩形導體，由于安裝有要求且采用其它形式的導體有困難時。但從實際的應用來看，銅導體的應用較普遍。

2）我國目前常用的硬導體形式有矩形、槽形和管形等。

單片矩形導體具有集膚效應系數小、散熱條件好、安裝簡單、連接方便等優(yōu)點，一般適用于工作電流≤2000A的回路中。

多片矩形導體集膚效應系數比單片導體的大，所以附加損耗增大。因此載流量不是隨導體片數增加而成倍增加的，尤其是每相超過3片以上時，導體的集膚效應系數顯著增大。在工程實用中多片矩形導體適用于工作電流≤4000A的回路。

當工作電流為4000A以上時，導體則應選用有利于交流電流分布的槽形或圓管形的成型導體。槽形導體和管形導體的集膚效應系數小，電流分布比較均勻，散熱條件好，機械強度高，但造價較高，安裝也不方便。

2 矩形導體截面的選擇計算

導體截面的選擇有多種方法，考慮到中壓開關柜一般都是長期工作制（大于8h），故常用的是按工作電流進行選擇計算。

在長期工作制時電流流過導體時的產熱和散熱存在如下關系：

產生的熱功率=散熱功率+自身溫升的吸熱功率，經過一定時間后，溫升不再升高，進入穩(wěn)態(tài)，此時

產生的熱功率=散熱功率

根據焦耳定律產生的熱功率Pc=R[1]

式中，KT為綜合散熱系數，紫銅扁平母線，以狹邊直立為6～9，取7.5；A為有效散熱面積，A=母線截面周長×母線長度；τ為發(fā)熱體的溫升，鍍銀處65K，搪錫處55K；S為母線截面積m2；L為母線長度m；ρ為母線的電阻率Ω·m；ρ0為母線0℃時的電阻率Ω·m國α為電阻的溫度系數1/℃；θ為發(fā)熱體的溫度℃；θ0為周圍介質溫度（環(huán)境溫度）℃；Kf為附加損耗系數；Kj為集膚系數；Kl為鄰近系數，一般取1。

以上參數的取值可參考表1—表4。

表1 周圍介質溫度（環(huán)境溫度）

表2 矩形導體的集膚系數K f

表4 母線的物理參數

部 位 零件類別 空氣中 SF6中 油中

用螺栓或其他等效方法聯(lián)結的導體結合部分

裸銅（合金）、裸鋁（合金） 506560

鍍（搪）錫 656560

鍍銀、鍍厚銀或鍍鎳 757560

用螺栓或螺釘與外部導體聯(lián)結的

端子 鍍（搪）錫或鍍銀、鍍厚銀 65 –– ––

裸銅（合金）、裸鋁（合金） 50 –– ––

3 應用舉例

以硬銅母線為例，假設母線厚度為a，寬度為b，環(huán)境溫度40℃，海拔高度1000m及以下。

1）對靜觸刀鍍厚銀處允許τ=75K，計算時取τ=65K

2）對支母線搪錫處允許τ=65K，計算時取τ=55K

3）鍍厚銀靜觸刀

（1）母線TMY 80×10，Kf=1.14，

（5）母線TMY 100×20，Kf=1.42，KT=11（非接觸面涂不光澤黑漆），τ=65K時，

4）搪錫支母線

（1）母線TMY 80×10，Kf=1.14，

（2）母線TMY 2（80×10），Kf=1.3，

（3）母線TMY 2（100×10），Kf=1.42，

以上結果是理論計算的數值，與實際情況還有一定的差別，應根據具體情況加以修正。例如母線表面涂無光澤的黑漆時，黑度系數約從0.5左右增加到0.9，散熱效果明顯增強，從而提高了載流量。另外，當母線外包熱導率很小的絕緣層時，會造成絕緣層外的溫度低于絕緣層內的溫度，從而降低了載流量。目前常用的是工作電流630～1250A用硬銅母線TMY 80X 10，工作電流1600～2000A用硬銅母線TMY80X10雙排，工作電流2500～3150A用硬銅母線TMY 100X 10雙排。

4 有關矩形導體載流量的數據[3]

表5 矩形鋁導體長期允許載流量（A）

（續(xù)）

表6 矩形鋼導體長期允許載流量（A）：mm×mm

5 母線接頭處理

1）為降低接頭的接觸電阻，接頭組裝前必須對接觸面進行適當處理，常用是涂中性凡士林。

2）清除接觸表面的氧化膜。

清除氧化膜的方法包括銼、輕便的機械加工或用強力的鋼絲刷在中性油脂下進行刷，加工好的接頭表面面積不應小于原母線段等長度截面的97%。

3）為了提高母線的允許運行溫度，母線接頭需經過鍍銀或搪錫處理。

導體中銀的性能最好，電阻率和硬度都小，低溫下不易氧化，高溫下其氧化物易還原成金屬銀，其氧化物電阻率也低，由于價格太貴，只能用于鍍層。

錫的優(yōu)點是硬度小，氧化膜的機械強度也很低，尤其是在大電流導體需要工作溫度較高的情況下，在銅、鋁接頭上鍍銀和搪錫都有現實意義。

其連接原則如下：

銅—銅：在干燥的屋內可直接連接，屋外、高溫且潮濕的屋內或對導體有腐蝕性的屋內，接觸面必須搪錫。

鋁—鋁：在任何情況下可直接連接，有條件時宜搪錫。

鋼—鋼：在任何情況下接觸面必須搪錫或鍍鋅。

銅—鋁：在干燥的屋內可直接連接，屋外或特別潮濕的屋內，應使用銅鋁過度接頭。

鋼—鋁：在任何情況下鋼的接觸面必須搪錫。

4）母線與母線、引下線或設備端子連接時，一般按通過電流及所連接的金屬材料的電流密度計算所需的接觸面積，以免接頭過熱。矩形導體接頭的搭接長度不應小于導體的寬度。當設備端子的接觸面積不夠時，可加設過渡端子。當母線與螺桿端子連接時，應用特殊加大的螺帽。導體無鍍層接頭接觸面積的電流密度不應超過下表數值。

表7 無鍍層接頭的電流密度（A/mm2）[4]

6 母線表面的處理

1）對沿海露天及電化腐蝕嚴重的其他腐蝕性較強的大氣中，還應涂抗氧化漆。

2）母線表面涂無光澤的黑漆時，黑度約增加到0.9，以易于輻射散熱，不利處是對太陽輻射熱的吸收增強，因而最好的辦法是母線表面和開關柜的內表面涂無光澤的黑漆，開關柜的外表面涂淺色油漆。

表8 各種材料的黑度系數[3]

7 結論

以上是中壓開關柜中部分矩形導體的選用計算過程，其計算得到的結果與表5提供的數值是比較接近，說明這種選擇計算方法是正確有效的。其他形狀的導體，如棒狀，管形，槽形導體的選用計算與此類同（選用的參數不同）。以上的計算對我們在中壓開關柜的設計生產過程中，對載流導體的選擇具有很大的幫助。

[1] 張冠生.電器理論基礎[M].北京:機械工業(yè)出版社,1989.

[2] 中華人民共和國國家標準. GB/T 11022—2011高壓中壓開關柜和控制設備標準的共用技術要求.北京.中國標準出版社, 2012.

[3] 西北電力設計院,東北電力設計院,華東電力設計院.電力工程設計手冊[M].上海:上海人民出版社, 1983.

[4] 中華人民共和國電力行業(yè)標準. DL/5222—2005導體和電器選擇設計技術規(guī)定.北京.中國標準出版社,2005.