母線槽最關(guān)鍵的安全技術(shù)參數(shù)——極限溫升

1、1/ 7摘要：母線槽的極限溫升值直接涉及到導(dǎo)體的載流能力和安全隱患問題，為此，標(biāo)注母線槽的極限溫升值是很有必要的， 它是母線槽最關(guān)健的安全技術(shù)參 數(shù)。關(guān)健詞極限溫升值隨著我國經(jīng)濟(jì)及現(xiàn)代化建設(shè)的飛速發(fā)展，用電負(fù)荷越來越大。近幾年來發(fā)達(dá) 國家用母線槽代替電纜已是普遍現(xiàn)象， 我國也已形成定向發(fā)展趨勢。但由于有些 設(shè)計(jì)人員，用戶及質(zhì)量監(jiān)督人員對母線槽最關(guān)健的安全技術(shù)參數(shù)一極限溫升值， 認(rèn)識和了解不深，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 線槽極限溫升值的若干問題。在我國火災(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

2、、變壓器、母線槽、電器 元件等。大部分是由于長期溫升高發(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)熱檢測的標(biāo)準(zhǔn)術(shù)語就是極限溫升。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，

3、電 能的損耗也隨著加大。例如：35 mm2的電線通過 80A 電流時(shí)溫升較低，通過 100A 電流時(shí)符合標(biāo)準(zhǔn)，如果通過 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，最終產(chǎn)生短路事故。如果 35mm2電線通過 100A 電流，每 mm2相當(dāng)于通過 2.85A 電流，另外 6 mm2電線通過 38A電流，每 mm2相當(dāng)于通過 6.3A 電流，如果 6 mm2電線同樣每 mm2通過 2.85A 電流，那么 6 mm2電線此時(shí)通過 的電流是 18A，它的電壓降及電損比 35 mm2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)

4、電能力母線槽最關(guān)鍵的安全技術(shù)參數(shù)一一極限溫升(2008/12/03 09:29)2/ 7按照每 mm2導(dǎo)流能力（電流密度）來計(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)。所以國標(biāo) GB7251-2006（等同于國際電工標(biāo)準(zhǔn) IEC60439.2-2000）規(guī)定，以極限溫升值下通過的額定電 流來確定母線槽的載流能力。二、母線槽標(biāo)準(zhǔn)對溫升要求：國際電工標(biāo)準(zhǔn) IEC60439.2 2000 與國家標(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)絕緣材料耐熱等級來確定允許溫升值。 如果母線槽絕緣 材料為 F 級，其耐熱 155C,在

5、周圍環(huán)境允許的條件下， 它的允許溫升值是115K （155C減去環(huán)境溫度40C） 。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，極限溫升是母線槽最關(guān)鍵的一項(xiàng)技術(shù)參數(shù)。國家強(qiáng)制性3C 認(rèn)證的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，母線槽的極限溫升 w 70K，屬于安全合理的標(biāo)準(zhǔn)。三、溫升高涉及到母線槽問題：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

6、前市場上母 線槽溫升值有 55K、70K、90K、100K，甚至以上，但溫升值高涉及以下問題， 建議用戶選用母線槽其極限溫升最好 w 70K或 w 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，致使周圍的絕緣材料設(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，使得周圍的環(huán)境溫度受到明顯的影響。

7、3/ 7四、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 產(chǎn) 0.01777 （歐姆 平方毫米/米）的 銅排是母線銅排中比較優(yōu)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升值。否則,溫升就會過高。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)手冊或電工手 冊打折扣后能滿足載流要求。 但有些產(chǎn)品絕緣材料是樹脂澆注, 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

8、折 扣更多。有些產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及絕緣材料散熱很差，導(dǎo)體按照電工手冊上30C 環(huán)境溫度選擇,誤導(dǎo)了用戶,據(jù)了解該類產(chǎn)品有些只能達(dá)到60%70%的截流能力,給我國電力供電造成了嚴(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)場需要，有些項(xiàng)目施工訂貨時(shí)采用變?nèi)莨?jié)變?nèi)荩?也沒有采取有效的保護(hù)措施， 超負(fù)荷運(yùn)行 時(shí)溫升高， 而且變?nèi)莺笫级说拈_關(guān)無法確保變?nèi)莺笮‰娏鞯倪^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)不無關(guān)

9、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 6X100 與 1000 截面積同樣是 600 mm2,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， 也就是說在相同的溫升 下，后者比前者小 19%的載流能力。由此可見單方面

10、以截面積來定論導(dǎo)體的載流 能力及電能的損耗是完全錯(cuò)誤的。4/ 74.6 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（或電氣設(shè)計(jì)手冊）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)手冊的導(dǎo)體表格環(huán)境溫度 35 C 選擇，散熱較好的密集型母線槽再下降 5%15% 的

11、載流能力，才能符合 W 70K 的溫升值，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 確定選擇導(dǎo)體規(guī)格是錯(cuò)誤的。五、有關(guān)單位對導(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 溫升值 W 55K 的母 線槽采用 F 級的絕緣材料在 115K 的項(xiàng)目中使用，則可以貼上標(biāo)識為 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

12、升是很重要的。 建議母線槽極限溫 升 w 70K 或 w 55K 為工程質(zhì)量依據(jù)，如果我國電力設(shè)備全部控制運(yùn)行溫升在 w 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)收單位對溫升要求。目前大部分項(xiàng)目對母線槽的載流能力無法直接驗(yàn)證。因按國家標(biāo)準(zhǔn)GB7251.2 和國際標(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 絕緣材料耐熱等級來確定允許溫升值的。 設(shè)計(jì)院的設(shè)計(jì)圖紙和甲方都沒有明確指 明溫升值， 所以無法對母線槽的載流能力進(jìn)行確認(rèn)。 況且用戶與商家沒有既定約 成的

13、極限溫升值，所以也無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 證書及核對 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)體測試儀檢測導(dǎo) 體的導(dǎo)電5/ 7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 國家強(qiáng)制性 3C 認(rèn)證對母線槽的極限溫升驗(yàn)證。我國實(shí)施的強(qiáng)制性 3C 認(rèn)證對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 w 70K 溫升值試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)來進(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)

14、證費(fèi)又需要好幾萬元，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)單元中拿最大的電流規(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)來推算確定。 如果小于試驗(yàn)樣品必須有做過溫升 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，確保了 認(rèn)證的風(fēng)險(xiǎn)。但現(xiàn)在有個(gè)別試驗(yàn)所審核通過了含有企業(yè)自行填寫的不按試樣電流 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

15、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 6205，極限溫 升 w 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 6X165,但產(chǎn)品描述內(nèi)卻被生產(chǎn)商家寫成 6X125,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

16、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)。設(shè)計(jì)。 在設(shè)計(jì)母線槽時(shí),圖紙上要標(biāo)注極限溫升值,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,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)行過程中的內(nèi)部溫升。6/ 7甲方及監(jiān)理可在 3C 試驗(yàn)報(bào)告中查詢導(dǎo)體規(guī)格及溫升值, 或登陸中國質(zhì) 量認(rèn)證中心網(wǎng)站查詢其它相關(guān)技術(shù)參數(shù)。3C 證書及網(wǎng)站上都有部分技術(shù)參數(shù)公 告， 如： IP 防護(hù)等級、 lcw=KA （短路耐受電流強(qiáng)度）、額定電流規(guī)格等，要 確保所購買的母線槽與認(rèn)證一致。極限溫升試驗(yàn)。要想確保所購買的母線槽質(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)最好的方法，即做極限溫升試驗(yàn)。極限溫升檢測位置也很關(guān)鍵。 檢測母線槽的進(jìn)線節(jié)、 導(dǎo)體、插接口導(dǎo) 體、連接頭、外殼等溫升。通過滿負(fù)荷電流運(yùn)行后，穩(wěn)定下來的最高溫度，減 去環(huán)境溫度得到溫升值，單位用 K 表示。其他電流規(guī)格按試驗(yàn)樣品合格通過的 每 mm2載流量計(jì)算時(shí)，最好是從最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)