电气设备选择硬母线选择

第六章电气设备选择

第2节母线的选择

农村发电厂和变电站的屋内和屋外配电装置的主母线、发电机和变压器等电气设备与配电装置母线之间的连接导线、各种电器之间的连接导线，统称为母线。

选择配电装置母线的项目主要有：母线的材料，母线截面形状；母线截面积的大小，校验母线的热稳定和动稳定，对110kV以上的母线还应校验是否发生电晕。

一、母线材料的选择

母线的材料有铜、铝和钢。目前，农村发电厂和变电站以及大、中型发电厂、变电站的配电装置中的母线，广泛采用铝母线。这是因为铜贵重，我国储量又少；而铝储量多，价格低，重量轻，加工方便。从总体来看，选用铝母线比钢母线经济。

采用铝母线以后，当铝和铜连接时，在运行中由于铝在常温下迅速氧化，表面生成一层氧化铝薄膜，使铝和铜连接处的接触电阻增大，容易过热。与此同时，铝和钢之间还有电位差，产生电化腐蚀，而使接触电阻更大，造成母线运行中温度更高，而温度越高其腐蚀越加快。解决这个问题的方法，一般采用特制的铜铝过渡连接件，但其效果不太理想。因此，人们又研究出一个新的解决办法，即利用超声波搪锡工艺，将铝和铜的接触表面挂上一层薄锡，效果很好。目前这种工艺已被广泛采用。

对铝母线有较严重腐蚀场所，以及采用硬铝母线穿墙套管有困难时，可考虑采用铜母线。钢母线由于电阻率很高，而且用在交流电路中还会产生很大的涡流损耗和磁滞损耗，因此，在实际应用中使用的较少。但钢母线价格低、机械强度高，故在发电厂和变电站中可适用于电压互感器和小容量变压器的高压侧。

二、母线截面形状的选择

农村发电厂和变电站配电装置中的母线截面目前采用矩形、圆形和绞线圆形。选择母线截面形状的原则是：集肤效应系数尽量低；散热场机械强度高；连接方便；安装简单。

1．矩形截面母线

这种母线主要用在35kV及以下的屋内配电装置中。其原因是：同样截面的矩形母线周长比圆形母线的周长要长，该热面积大，冷却条件好，其次，由于集肤效应的影响，矩形母线的电阻比圆形的小，因而，在同一允许工作电流下，矩形母线截面积要比圆形母线的截面积小，用金属量少。所以，屋内配电装置中采用矩形截面母线比圆形截面母线优越。

根据母线截面形状选择原则的要求，母线的厚度b与宽度h之比一般是1／12—1／5。为了防止集肤效应过大，单条母线的截面积规定不大于1200mm2。如果工作电流超过单条母线最大截面的允许电流时，每相可采用两条母线。每条之间的距离规定等于一条母线的厚度b。但这样，散热条件变坏，增加了邻近效应和集肤效应的影响。因此，每相母线条数增加后，其允许电流不能成正比增加。例如；60x6 mm2的单条竖放铝母线的允许持续电流为870A，而两条坚放的允许持续电流只有l350A。

2。圆形截面母线该种母线主要用在35kV以上的屋外配电装置中。采用圆形截面的目的是为了防止产生电晕，因为圆形截面母线消除了电场集中的现象；而矩形截面母线的四角电场强度集中，易引起电晕。

3．绞线圆形截面母线绞线圆形截面母线多采用钢芯铝绞线，其耐张性能比单股母线好，在允许电流相同的条件下，钢芯铝绞线的直径比单股母线直径大，其表面附近的电场强度小于单股母线，而且绞线的芯线为钢，机械强度较大，因此，它通常用在110kV及以上的屋外配电装置中。

为了使农村发电厂和变电站的屋外配电装置结构和布置简单，投资少，对于35kV以下

的屋外配电装置一般也采用钢芯铝绞线。

例1 选择并校验某火电厂10kV 侧矩形铝母线。已知：通过该母线的正常工作电流为

280A ，kA I 5.13)3"(= ，kA I 103=∞ kA I 52=∞ ,继电保护动作时间S t b 5.1=,断路器全分闸时

间S t f 1.0=。三相母线水平布置平放,相间距离a=0.5米,绝缘子之间的跨距L 为1米,周围环境温度θ为40度. (20分).

解：

1．选择母线

查母线载流量表，在环境温度为40度，三相母线水平布置平放时S=30×4mm 2

的矩形铝

母线允许通过电流为285A,大于280A,所以选择截面积是30×4mm 2的矩形铝母线。

2．校验母线短路时的热稳定

短路时间t=t b +t f =1.5+0.1=1.6S,大于1S,故不考虑短路电流非周期分量的影响。同时因为三相短路电流值大于两相短路电流，按三相短路校验热稳定。 35.1105.13"

"===∞I I β 从短路电流周期分量等值时间曲线查得周期分量等值时间tz=1.43S.

母线正常运行时的最高温度

C I I y gzd

y C ︒=⨯-+=-+=69)4070(40)()285280()(2

2θθθθθ 查表得C=87×106,按热稳定条件所需的最小母线截面为 )(137)(137.0143.187102363

1010

10mm C m K t I S j dz zx =⨯=⨯⨯⨯⨯==-∞，大于所选母线截面（30×4mm 2），故不满足热稳定要求。重选40×4mm 2的铝母线，进行动稳定校验。

3．校验母线短路时的动稳定

短路冲击电流 )(4.345.1355.255.2"kA I i ch =⨯==

母线所受的电动力 )(4.4095

.0173.173.1)104.34(101032727

N a L F i ch =⨯⨯⨯=⨯=⨯-- 母线所受的最大弯矩

)(94.4010

14.40910m N FL M •=⨯== 截面系数 )(067.1646362

3210)1040(103m h b W --⨯=⨯⨯==-⨯

母线最大计算应力为

)(4.38067.194.40101066P a zd W M ⨯=⨯==-σ 小于铝母线的允许应力（P a 10669⨯），所以满足动稳定要求。