張煜
母線槽是由銅、鋁母線柱構(gòu)成的一種封閉式金屬導(dǎo)電裝置,最早出現(xiàn)在美國,以“Bus-Way-System”形式輸配電,在戶內(nèi)低壓的電力輸送中越來越多地代替了電線電纜。20 世紀(jì)50 年代,我國從蘇聯(lián)引進(jìn)母線槽研究試用,80 年代開始在一些項(xiàng)目上采用,90年代大量應(yīng)用。在我國廣州市,一般12 層以上的建筑物,配電間出線至各層的主干線,90%以上采用母線槽[1];630kVA 及以上變壓器至低壓進(jìn)線柜均采用母線槽;大型工業(yè)廠房、會展中心、酒店及商超等的配電系統(tǒng),也大量采用封閉式母線槽;在體育場、機(jī)場、隧道、停車場等大空間的照明配電線路中,也有選用照明母線槽的方案。
在水泥工程中,隨著項(xiàng)目產(chǎn)量規(guī)模的不斷增大,大型用電設(shè)備越來越多,用電負(fù)荷也越來越大,同時項(xiàng)目建設(shè)電氣施工周期卻越來越短。母線槽具有載流量大、施工周期相對較短、使用壽命更長的特點(diǎn),與電纜相比,具有一定的比較優(yōu)勢,與水泥工程的大型化高質(zhì)量發(fā)展要求相適應(yīng)。
本文將從母線槽的類型、母線槽與電纜的性能比較、母線槽的技術(shù)要求及母線槽在水泥工程中的選型等方面分別進(jìn)行論述,供業(yè)界同仁參考。
可以分為空氣絕緣型母線槽(air insulated busways)、密集絕緣型母線槽(closed insulated busways)??諝饨^緣型母線槽結(jié)構(gòu)相對簡單,輸送電流較大,但散熱較差;密集絕緣型母線槽結(jié)構(gòu)更加緊湊,散熱能力更強(qiáng)。母線槽的樣式如圖1 所示。
圖1 母線槽
可以分為三相四線制或三相五線制母線槽,選用時應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況而定。母線槽導(dǎo)體材質(zhì)可以選擇銅或鋁,額定電流一般在100~6 300A,最大≯8 000A,防護(hù)等級最高可達(dá)IP68 等級。若有防火要求,還可選用耐火型母線槽,耐火型母線槽使用耐火絕緣材料取代了普通絕緣材料[3]。
母線橋是一種將銅排跨接制作的矩形支撐保護(hù)體,結(jié)構(gòu)相對簡單,一般由高低壓柜制造廠家配套提供,母線橋的樣式如圖2所示。而母線槽內(nèi)部導(dǎo)體之間是用絕緣板隔開的,內(nèi)部沒有對流空間,采用標(biāo)準(zhǔn)件由專業(yè)廠家制造,可以設(shè)置插接分線盒,還可以在中間變?nèi)荨?/p>
圖2 母線橋
母線槽與電纜的性能比較見表1。
由表1 可見,母線槽比電纜的使用壽命更長,一般為電纜使用壽命的2~3倍[4]。
表1 母線槽與電纜的性能比較
母線槽是扁導(dǎo)體,具有散熱好、阻抗低及載流量大的特點(diǎn),額定電流一般可以達(dá)到6 300A,如此高的載流能力電纜難以達(dá)到。載流量相同的情況下,載流量630A 以上時,母線槽與電纜相比,用銅量節(jié)省15%~30%,電能損耗可減少15%左右。電纜敷設(shè)時需考慮橋架內(nèi)電纜的散熱溫度和橋架內(nèi)電纜的根數(shù),而母線槽的敷設(shè)只需滿足規(guī)范所規(guī)定的極限溫升電流即可,這對于綠色工程建設(shè)具有積極意義。
母線槽的安裝相對方便,電纜的敷設(shè)布線比較靈活,但電纜敷設(shè)需額外安裝電纜橋架,相比之下,母線槽施工工期短,安裝費(fèi)用較低,不會影響整體工程工期。母線槽可以采用插接方式安裝分接,把主干線的電力電源引入不同的分支,現(xiàn)場分接比較方便。同時,母線槽配電安裝一般采用樹干式,而電纜配電一般是點(diǎn)對點(diǎn)的放射式,電纜在配電出入口會占用較大空間,而母線槽則占用空間小,這也是母線槽在高層建筑或大型廠房應(yīng)用較多的原因。
母線槽單價以直線段計(jì)量,安裝費(fèi)用一般包括在內(nèi)。電纜單價不包括電纜橋架的費(fèi)用以及電纜和橋架的安裝費(fèi)用。阻燃無鹵低煙交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜(WDZ-YJY)單價與同載流量的4P 密集型母線槽價格接近,而阻燃交聯(lián)聚乙烯絕緣聚氯乙烯護(hù)套電力電纜(ZR-YJV)的成本優(yōu)勢較大[2]。
對于用電負(fù)荷較?。?30A 以下)、分支回路不多的場所,配電選擇電纜更好;對于用電負(fù)荷較大(630A以上)、分支回路較多的場所,采用母線槽效果更佳。
對于水泥工程來說,配電室變壓器出線至低壓進(jìn)線柜,采用母線槽更為合理;柴油發(fā)電機(jī)的出線柜,也可采用母線槽與相應(yīng)低壓柜連接;在大功率的低壓變頻柜、軟啟動柜與低壓柜不并柜時,采用母線槽連接能節(jié)省現(xiàn)場施工時間;大型廠房一般對電量的需求量較大,在大型廠房中也可設(shè)置母線槽;在維修車間等需要移動式設(shè)備的使用場所,可選用滑觸式母線槽。
目前,密集型母線槽市場占比已達(dá)75%左右,且適用于室內(nèi)環(huán)境配電,室內(nèi)配電可選用該類母線槽。
(1)在GB 51348-2019《民用建筑電氣設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》8.10 節(jié)“母線槽布線”中,對母線槽的設(shè)計(jì)進(jìn)行了相關(guān)規(guī)定。
(2)在GB 7251.2-2006《低壓成套開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備第二部分:對母線干線系統(tǒng)(母線槽)的特殊要求》中,對母線槽的相關(guān)參數(shù)試驗(yàn)提出了具體要求。
(3)在GB 50303-2012《建筑電氣工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》和CECS 170-2017《低壓母線槽應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》中,對低壓母線槽的選用、設(shè)計(jì)、安裝、驗(yàn)收和運(yùn)行維護(hù)做出了規(guī)定。
(4)JB/T 9662-1999《密集絕緣干線系統(tǒng)(密集絕緣母線)》和JB/T 10327-2011《耐火母線干線系統(tǒng)(耐火母線槽)》,是國內(nèi)母線槽的重要行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
3.2.1 技術(shù)證書要求
母線槽生產(chǎn)廠家必須能提供3C 證書及3C 試驗(yàn)報(bào)告[6]。
3.2.2 設(shè)計(jì)要求
在設(shè)計(jì)時,必須明確母線槽額定電流、額定短路耐受電流、防護(hù)等級和極限溫升。
3.2.3 溫升要求
根據(jù)規(guī)范,母線槽的額定電流定義為極限溫升條件下通過的電流,溫升由絕緣材料的耐熱等級決定。母線槽的溫升是關(guān)鍵技術(shù)參數(shù),規(guī)范對母線槽的溫升參數(shù)有具體規(guī)定。控制導(dǎo)體電阻率和集膚效應(yīng)系數(shù),即控制銅導(dǎo)體的純度和截面尺寸[2],可控制母線槽溫升。
3.2.4 母線槽連接要求
母線槽與變壓器、柴油發(fā)電機(jī)等設(shè)備連接時,應(yīng)采用柔性連接。母線槽的電源端和負(fù)載端應(yīng)設(shè)置專門的始端箱。
3.2.5 防護(hù)要求
母線槽的外殼防護(hù)等級,應(yīng)在技術(shù)參數(shù)中注明。根據(jù)規(guī)范要求,一般室內(nèi)潔凈場所,采用IP30及以上防護(hù)等級;室內(nèi)普通場所,采用不低于IP40防護(hù)等級;室內(nèi)有防濺水要求的場所,采用不低于IP54防護(hù)等級;室內(nèi)潮濕場所或有防噴水要求的場所,采用IP65及以上防護(hù)等級;有防腐蝕要求的場所,采用IP68 防護(hù)等級的無金屬外殼的全封閉樹脂澆注母線槽。
3.2.6 防火要求
根據(jù)工程實(shí)際選擇耐火母線槽時,應(yīng)在設(shè)計(jì)中注明耐火時間要求,具體參數(shù)應(yīng)參考GB 50016-2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》。
3.2.7 導(dǎo)體截面積要求
母線槽金屬外殼與工程中的連接保護(hù)導(dǎo)體截面積,不應(yīng)小于表2中的規(guī)定。
表2 連接保護(hù)導(dǎo)體截面積規(guī)定
3.2.8 智能化要求
母線槽智能化系統(tǒng)應(yīng)具備總線和無線兩種通訊方式。母線槽智能化系統(tǒng),應(yīng)具有遙測功能,能遙測母線槽的環(huán)境溫度、濕度;遙測母線槽進(jìn)線及分接單元的電流、電壓、功率因數(shù)、有功功率、電能;遙測連接頭的溫度;宜有遙調(diào)、遙控等功能。分接單元內(nèi)的智能斷路器,宜有數(shù)據(jù)采集和通訊功能。
母線槽的額定電流是母線槽重要的技術(shù)參數(shù)之一。滿足額定電流的要求,需在設(shè)計(jì)中選取合適的母線槽截面積。母線槽截面積的選取,會對工廠配電的安全性、經(jīng)濟(jì)性、合理性及可靠性產(chǎn)生影響[5]。母線槽截面積可按照以下步驟確定。
3.3.1 確定計(jì)算電流Ijs
根據(jù)實(shí)際負(fù)載情況得到計(jì)算負(fù)荷,根據(jù)計(jì)算負(fù)荷得出計(jì)算電流Ijs。
3.3.2 確定額定電流IN
根據(jù)三點(diǎn)原則確定:一是額定電流IN必須大于計(jì)算電流Ijs,二是考慮不同母線槽的用途及溫升要求,三是額定電流IN的確定應(yīng)符合表3的要求。
表3 額定電流IN與計(jì)算電流Ijs的關(guān)系
3.3.3 初步確定母線槽截面積
通過額定電流IN確定母線槽的截面積,在實(shí)際工程中,業(yè)主大多要求母線槽截面積按大一級考慮,綜合以上因素,即可初步確定母線槽截面積。
3.3.4 校驗(yàn)確認(rèn)最終截面積
根據(jù)式(1),校驗(yàn)短路電流熱效應(yīng)下的截面積,確認(rèn)母線槽最終截面積。
式中:
Smin——滿足熱穩(wěn)定所需的最小截面積,mm2
Qt——短路電流引起的熱效應(yīng),kA2·s
C——導(dǎo)體的熱穩(wěn)定系數(shù)
在與變壓器、低壓柜連接時,需要考慮母線槽搭接母排。在搭接母排選擇銅為導(dǎo)體時,根據(jù)水泥工程中常用到的幾種負(fù)荷情況,其導(dǎo)體規(guī)格應(yīng)不小于表4的要求。
表4 搭接矩形母排規(guī)格表
目前,母線槽在實(shí)際工程中應(yīng)用比例越來越高,與電纜相比,母線槽在大電流配電輸送方面具有明顯優(yōu)勢,耗銅量及電能損耗更少,更易滿足消防要求,且占用空間少,更加美觀。在水泥工程中采用母線槽,將更加綠色節(jié)能。