郝鵬超

(中國(guó)航空規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院有限公司，北京 100120)

0 引言

近年來(lái)，在筆者所在公司設(shè)計(jì)的項(xiàng)目中，在設(shè)備正常運(yùn)行情況下，室內(nèi)敷設(shè)的封閉母線多次發(fā)生爆炸事故。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘查，原因均是母線連接處密封不嚴(yán)，導(dǎo)致母線內(nèi)部進(jìn)水，發(fā)生短路事故。

經(jīng)核對(duì)圖紙了解到，發(fā)生事故的封閉母線安裝場(chǎng)所為干燥場(chǎng)所，選用的防護(hù)等級(jí)均為IP65，符合設(shè)計(jì)要求。根據(jù)GB/T 4208-2017/IEC 60529∶2013《外殼防護(hù)等級(jí)》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“《防護(hù)等級(jí)》”)中的規(guī)定，IP65正常情況下適用于除了浸水、高溫/高壓噴水外的其他任何有水環(huán)境，包括室外環(huán)境。因此在設(shè)計(jì)中不應(yīng)出現(xiàn)問(wèn)題，而在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，母線在滲水情況下發(fā)生了短路事故。筆者認(rèn)為，出現(xiàn)此類(lèi)事故的原因在于，設(shè)計(jì)者在工程設(shè)計(jì)及選用母線時(shí)，會(huì)被所標(biāo)注的防護(hù)等級(jí)所誤導(dǎo)，認(rèn)為根據(jù)環(huán)境所需的設(shè)備防護(hù)等級(jí)，選擇相應(yīng)防護(hù)等級(jí)的母線即可。然而，在實(shí)際工程中雖然選擇了相匹配防護(hù)要求的封閉母線，仍出現(xiàn)了各種問(wèn)題。

本文通過(guò)對(duì)市場(chǎng)上母線真實(shí)防護(hù)性能的研究，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)得出母線實(shí)際的防護(hù)性能，使設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)中更合理地選擇母線，避免在今后項(xiàng)目中發(fā)生類(lèi)似事故。

1 封閉母線槽

封閉式母線槽(簡(jiǎn)稱(chēng)“母線槽”)是由金屬板(鋼板或鋁板)為保護(hù)外殼、導(dǎo)電排、絕緣材料及有關(guān)附件組成的母線系統(tǒng)。母線槽按絕緣方式可分為空氣式插接母線槽、密集絕緣插接母線槽和環(huán)氧樹(shù)脂澆注母線槽三種。

2 外殼防護(hù)等級(jí)(IP代碼)

2.1 防護(hù)等級(jí)(IP代碼)

防護(hù)等級(jí)指按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗(yàn)方法，外殼對(duì)接近危險(xiǎn)部件、防止固體異物進(jìn)入或水進(jìn)入所提供的保護(hù)程度。

IP代碼指表明外殼對(duì)人接近危險(xiǎn)部件、防止固體異物或水進(jìn)入的防護(hù)等級(jí)以及與這些防護(hù)有關(guān)的附加信息的代碼系統(tǒng)。IP代碼中第一位特征數(shù)字表示防止接近危險(xiǎn)部件和防止固體異物進(jìn)入的防護(hù)等級(jí)，第二位特征數(shù)字表示防止水進(jìn)入的防護(hù)等級(jí)。

防止水進(jìn)入的防護(hù)等級(jí)(第二位特征數(shù)字)見(jiàn)表1。

第二位特征數(shù)字為6及低于6的各級(jí)，其標(biāo)識(shí)的等級(jí)也表示符合低于該級(jí)的各級(jí)要求。因此，如果試驗(yàn)明顯地適用于任一低于該級(jí)的所有各級(jí)，則低于該級(jí)的試驗(yàn)不必進(jìn)行。

僅標(biāo)注第二特征數(shù)字為7或8的外殼試用于短時(shí)間浸水或連續(xù)浸水，不適合噴水、強(qiáng)烈噴水及高溫/高壓噴水(第二位特征數(shù)字標(biāo)識(shí)為5、6、9)，因此不一定符合數(shù)字為5、6及9的要求，除非有表2所示的雙標(biāo)志。

2.2 不同防護(hù)等級(jí)的封閉母線適用環(huán)境

在T/CECS 170-2017《低壓母線槽應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》中要求，母線槽的外殼防護(hù)等級(jí)選擇應(yīng)符合表3規(guī)定。

通過(guò)對(duì)表1、表3兩個(gè)表格的對(duì)比可知，兩本規(guī)范中對(duì)于封閉母線在不同場(chǎng)所安裝時(shí)的防護(hù)等級(jí)要求有所不同。

第二位特征數(shù)字防護(hù)等級(jí) 表1

因此有必要對(duì)封閉母線進(jìn)行防水測(cè)試，以驗(yàn)證不同防護(hù)等級(jí)的封閉母線是否能夠達(dá)到相應(yīng)的防護(hù)要求，驗(yàn)證市場(chǎng)上封閉母線所標(biāo)的防護(hù)是否達(dá)到實(shí)際的防水效果。

雙標(biāo)志防護(hù)等級(jí) 表2

3 母線防水試驗(yàn)

3.1 防水試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法

根據(jù)《防護(hù)等級(jí)》的要求，防水試驗(yàn)方法如表4。

(1)第二特征數(shù)字為7的短時(shí)潛水試驗(yàn)

被測(cè)試的母線按生產(chǎn)廠規(guī)定的安裝狀態(tài)全部浸入水中，并滿(mǎn)足下列條件：1)高度小于850mm的外殼的最低點(diǎn)，應(yīng)低于水面1 000mm；2)高度大于850mm的外殼的最高點(diǎn)，應(yīng)低于水面150mm；3)持續(xù)時(shí)間30min。

(2)第二特征數(shù)字為8的持續(xù)潛水試驗(yàn)

試驗(yàn)條件由母線生產(chǎn)廠家與用戶(hù)協(xié)商，但條件應(yīng)比第二特征數(shù)字為7的短時(shí)潛水試驗(yàn)要嚴(yán)格。

3.2 母線防水測(cè)試

封閉母線要想獲得相應(yīng)防護(hù)等級(jí)的認(rèn)證證書(shū)，需要將封閉母線樣品送至具有檢測(cè)資質(zhì)的單位進(jìn)行試驗(yàn)。

本試驗(yàn)室防水試驗(yàn)均為非通電試驗(yàn)，防水試驗(yàn)后通過(guò)耐壓試驗(yàn)及接地電阻測(cè)量進(jìn)行試驗(yàn)結(jié)果認(rèn)定。

3.3 檢測(cè)中心防水試驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)試驗(yàn)室試驗(yàn)，測(cè)試得出不同類(lèi)型母線在不同試驗(yàn)條件下的相關(guān)數(shù)據(jù)。通過(guò)了解，以往送檢的母線樣品基本均能達(dá)到相對(duì)應(yīng)防護(hù)等級(jí)的試驗(yàn)要求。

但需要注意的是，不論密集母線還是空氣絕緣母線，測(cè)試的均是直線段，整個(gè)母線還包括連接段及轉(zhuǎn)彎段，這些并沒(méi)有進(jìn)行試驗(yàn)。所標(biāo)識(shí)的防護(hù)等級(jí)只是直線段的防護(hù)等級(jí)。

T/CECS 170-2017中封閉母線使用環(huán)境 表3

母線防水試驗(yàn)方法 表4

如果設(shè)計(jì)者按照《防護(hù)等級(jí)》中要求的環(huán)境選擇所對(duì)應(yīng)的防護(hù)等級(jí)的封閉母線，在運(yùn)行過(guò)程中一旦母線連接處、轉(zhuǎn)彎處遇水，一定會(huì)發(fā)生事故。在有些圖紙?jiān)O(shè)計(jì)中就有選用防護(hù)等級(jí)IP65的密集母線在室外環(huán)境中使用，如果施工單位按圖紙選擇普通IP65的密集母線，發(fā)生事故是必然的。

3.4 施工現(xiàn)場(chǎng)母線防水測(cè)試

由于無(wú)法實(shí)現(xiàn)有資質(zhì)的檢測(cè)單位對(duì)普通母線的連接段處進(jìn)行試驗(yàn)，為了檢驗(yàn)普通封閉母線連接處的防水性能，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)所采購(gòu)母線的連接段處進(jìn)行了防水測(cè)試。

本次試驗(yàn)參照規(guī)范試驗(yàn)方法，依據(jù)規(guī)范中的試驗(yàn)要求，結(jié)合實(shí)際條件，對(duì)所購(gòu)買(mǎi)母線樣品進(jìn)行了防水測(cè)試。測(cè)試樣品為密集型母線(防護(hù)等級(jí)IP54)，空氣絕緣母線(防護(hù)等級(jí)IP55)。

試驗(yàn)后，為直觀檢驗(yàn)?zāi)妇€的防水情況，將母線直線段連接處拆開(kāi)。

將母線連接處拆開(kāi)，通過(guò)肉眼觀察到，不論密集母線還是空氣絕緣母線，母線直線段防水基本沒(méi)有問(wèn)題，但母線連接處已經(jīng)進(jìn)水，連接件上充滿(mǎn)水珠。密集母線絕緣包裹內(nèi)也進(jìn)了水。本次試驗(yàn)證明，母線連接處達(dá)不到所標(biāo)識(shí)的防護(hù)等級(jí)。本試驗(yàn)為通電試驗(yàn)，設(shè)置了漏電保護(hù)開(kāi)關(guān)，檢測(cè)是否發(fā)生漏電或短路故障。雖然在試驗(yàn)過(guò)程中，母線沒(méi)有發(fā)生故障，但如果在大電流、長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行中，發(fā)生事故的可能性極大。

通過(guò)與廠家了解，如果要使母線連接處達(dá)到與直線段相同的防護(hù)等級(jí)，需要對(duì)連接處進(jìn)行密封膠處理。但密封膠經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后會(huì)老化，防護(hù)性能會(huì)相應(yīng)下降，不能達(dá)到相應(yīng)防護(hù)要求。

4 母線防水存在問(wèn)題與解決措施

4.1 存在問(wèn)題

從檢驗(yàn)中心防水試驗(yàn)室測(cè)試報(bào)告和施工現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果來(lái)看，普通封閉母線直線段具有良好的防水性能，但母線連接段不具備相應(yīng)的防水性能。

通過(guò)對(duì)封閉母線市場(chǎng)調(diào)研，從現(xiàn)有的母線連接處結(jié)構(gòu)來(lái)看，目前市場(chǎng)上所售的普通母線(包括密集型及空氣絕緣型母線)，連接處都不具備防水性能。雖然有些母線在短時(shí)滴水或噴水環(huán)境中能正常工作，沒(méi)有發(fā)生故障，但連接處已經(jīng)進(jìn)水，已存在安全隱患。不同廠家母線連接處因采用不同連接結(jié)構(gòu)、工藝水平不同，防護(hù)程度會(huì)有所不同，但都無(wú)法做到等同于直線段的防水要求。

因此在有水環(huán)境中，包括有可能漏水的環(huán)境中，筆者認(rèn)為不適合采用普通封閉母線。市場(chǎng)上所謂的IPX5、IPX6基本都是IPX3、IPX4母線在連接處打密封膠處理，一年以后密封膠基本老化失效，達(dá)不到所標(biāo)防護(hù)等級(jí)的防水要求。如果設(shè)計(jì)者按照規(guī)范《防護(hù)等級(jí)》所列要求選取相應(yīng)防護(hù)等級(jí)的封閉母線，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中一定會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。

4.2 解決措施

筆者建議，在有水環(huán)境中包括室外、埋地、電纜溝或滲水環(huán)境中應(yīng)選用市場(chǎng)上防護(hù)等級(jí)不低于IP67的環(huán)氧樹(shù)脂澆注封閉母線。如果在室外、噴水、淋水的環(huán)境中應(yīng)采用不低于IPX5/IPX7或IPX6/IPX7的混合型封閉母線。

環(huán)氧樹(shù)脂澆注封閉母線通過(guò)增加添加劑實(shí)現(xiàn)防紫外線、防腐效果，在室外及腐蝕環(huán)境應(yīng)用效果比較好。

需要注意的是，有些環(huán)氧樹(shù)脂澆注封閉母線雖然在不通電的情況下能夠達(dá)到防水要求，但在工作時(shí)由于相間空氣絕緣處被水填充，絕緣達(dá)不到要求，在通電狀況下有可能發(fā)生事故。

5 封閉母線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)建議

通過(guò)對(duì)不同廠家多種型號(hào)封閉母線連接結(jié)構(gòu)的考察，大多數(shù)普通母線，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上來(lái)看都存在一定缺陷。

首先，大多數(shù)密集型封閉母線采用凹槽型設(shè)計(jì)本是因?yàn)檫@樣設(shè)計(jì)散熱效果比較好，但凹槽容易積水且不容易排走，如果上方有水管發(fā)生滴漏情況，母線凹槽就會(huì)長(zhǎng)時(shí)間積水。其次母線接頭處均采用金屬件的硬連接，沒(méi)有任何密封措施，尤其是母線凹槽與接頭處，水會(huì)通過(guò)連接處進(jìn)入母線連接處內(nèi)部。

通過(guò)與廠家探討，通過(guò)一些改進(jìn)措施可以提高母線的基本防水性能。(1)在母線凹槽處設(shè)置排水孔，可以將凹槽處積水排掉，避免凹槽處長(zhǎng)時(shí)間積水。(2)在凹槽與接頭連接處，整體成型，不產(chǎn)生連接縫隙，必免水通過(guò)連接縫隙進(jìn)入母線內(nèi)部。(3)在母線上方設(shè)置防水罩，這樣母線可以在滴水或淋水環(huán)境中使用。

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試、與廠家及檢測(cè)單位交流，以及相關(guān)試驗(yàn)檢驗(yàn)，筆者發(fā)現(xiàn)，國(guó)內(nèi)母線市場(chǎng)比較混亂，存在產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊、產(chǎn)品銘牌隨意標(biāo)貼等亂象，尤其是普通母線的連接段、轉(zhuǎn)彎段基本沒(méi)有按規(guī)范要求進(jìn)行相應(yīng)防水試驗(yàn)，所標(biāo)防護(hù)等級(jí)為母線直線段的防護(hù)等級(jí)。因此從實(shí)際工程設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，整體的普通母線不具備相應(yīng)的防護(hù)要求，在此，筆者也呼吁相關(guān)部門(mén)完善母線連接處的檢測(cè)，使整體母線達(dá)到相應(yīng)防護(hù)要求，同時(shí)，也提醒設(shè)計(jì)及施工人員，在選擇封閉母線時(shí)要注意以下問(wèn)題。

(1)在有水環(huán)境及室外環(huán)境設(shè)計(jì)時(shí)，母線應(yīng)選擇防護(hù)等級(jí)不低于IP67的母線，只有在干燥無(wú)水的環(huán)境中才能使用普通封閉母線，不論所標(biāo)識(shí)的防護(hù)等級(jí)是多少。如果實(shí)際浸水環(huán)境超出了規(guī)范中IP67所做試驗(yàn)的要求，要選擇IP68的母線，并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行防水試驗(yàn)，且不能簡(jiǎn)單認(rèn)為防護(hù)等級(jí)達(dá)到IP68的母線可以安裝在所有環(huán)境中。

(2)在采購(gòu)母線時(shí)，應(yīng)選擇知名企業(yè)的產(chǎn)品，并對(duì)外殼防護(hù)等級(jí)檢測(cè)報(bào)告進(jìn)行檢查。