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溫升----母線槽安全技術參數

發表時間:2021-04-07 08:55

      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、裸導電排、穿刺電纜等。由于各種產品散熱不同,每平方毫米的載流能力也是有所不同的:同樣的產品,同樣的導體規格,當通過相同的電流時,其溫升不同;同樣的導體截面積,因設計結構不同,溫升也不同。當然,溫升高,電阻值增大,電壓降也加大,電能的損耗也隨著加大。例如:35 mm2的電線通過80A電流時溫升較低,通過100A電流時符合標準,如果通過120A電流或150A電流,溫升就超標準,絕緣材料隨之快速老化,最終導致短路事故。如果35 mm2電線通過100A電流,每平方毫米相當于通過2.85A電流, 6 mm2電線通過38A電流,每平方毫米相當于通過6.3A電流,如果6㎜2電線同樣每平方毫米通過2.85A電流,那么6 mm2電線此時通過的電流是18A,它的電壓降及電損比35 mm2小很多,就因為導體的溫升下降了,電能的損耗也隨著下降。母線槽也是一樣,所以母線槽導體的導電能力按照每平方毫米導流能力(電流密度)來計算是錯誤的,而是跟設計結構和散熱、集膚效應、阻抗、感抗等因素密切相關。所以國標GB7251-2006(等同于國際電工標準IEC60499.2-2000)規定,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。

     母線槽標準對溫升的要求

     國際電工標準IEC60439.2—2000與國家標準GB7251.2--2006標準規定是一樣的:母線槽溫升是根據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≥155℃,在周圍環境允許的條件下,它的允許溫升則是115K(155℃減去環境溫度40℃)是允許溫升值。所以母線槽是滿負荷試驗后才能確定母線槽的載流能力,極限溫升是母線槽最關鍵的一項技術參數。根據國家強制性3C認證的試驗標準,母線槽的極限溫升≤70K屬于安全合理。

     溫升高涉及到的母線槽問題

母線槽如同電線電纜,故同樣是作為電力輸送的干線設備使用。同樣一條35 mm2電線可以用來承載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,當極限溫升分別為70K和90K時,同樣的母線槽,其載流能力相差15%以上。目前市場上母線槽溫升值有55K、70K、90K甚至以上。溫升值高涉及以下問題,建議用戶選用的母線槽極限溫升最好≤70K或≤55K。

(1)溫升高,直接反映到電能的損耗加大。

(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)溫升越高,致使周圍的絕緣材料設備老化加快,如與母線槽在相鄰搭(轉)接的電線電纜;或電氣絕緣支撐件等,容易引起火災事故。

(4)母線槽內部溫升高,電壓降加大。

(5)溫升高,母線槽的機械強度也有所下降。金屬導體受熱后應力開始松弛從而降低了機械強度;

(6)降低了安全系數,外殼高溫容易燙傷人。

(7)溫升高,使得周圍的環境溫度受到明顯的影響。

        溫升的起源

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,它們確實與母線槽的載流能力有關。含銅量達到99.95%或≧99.93%,電阻率ρ≤0.01777(歐姆·平方毫米/米)的銅排是母線銅排中比較優質的銅排。如果銅排含銅量低,電阻率就大,只能加大導體規格,才能確保載流能力及溫升值。否則,溫升就會過高。

絕緣材料及外殼結構散熱差

結構工藝處理較好,絕緣材料散熱較好的母線槽其導體按設計手冊或電工手冊打折扣后能滿足載流要求。但有些產品絕緣材料是樹脂澆注,或采用其他散熱較差的絕緣材料,空氣型結構母線槽和散熱較差的密集型母線槽要下降的折扣更多。有些產品結構及絕緣材料散熱很差,導體按照電工手冊上30℃環境溫度選擇,誤導了用戶,據了解該類產品有些只能達到60%~70%的截流能力,給我國電力供電造成了嚴重的安全隱患和電能的損耗,要值得人們重視。

超負荷運行

有些項目,隨著設備的增加,負荷增大,或原設計的母線不能滿足現場需求,有些項目施工訂貨時采用變容節變容,沒有采取有效保護措施,超負荷運行時溫升高,因此存在安全隱患。

連接頭連接不穩,接頭電阻率加大

連接頭連接不穩定、接頭接觸不良,電阻率會加大,都能造成母線槽的溫升升高。

溫升與集膚效應不無關系

在導體的內部,電阻產生的熱量不易散發,溫度較高,價和電子運轉的速率高,線路不是很扁平,這樣就導致了電子通路相對窄小,電阻就高。在導體的表面,散熱快、溫度低,價和電子運轉的速率低,線路扁平,這樣就導致了電子通路相對寬大,因此導體表面電阻小,電子運行較快,這也是電流集膚的主要原因。例如:母線槽銅排導體6×100與10×60,銅排截面積相同,都是600 mm2,但前者比后者大19%的載流能力,這就是電流集膚效應造成的效果,通過同樣的電流,前者比后者運行的溫升低,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。由此可見單方面以截面積來定論導體的載流能力及電能損耗是完全錯誤的。

導體計算誤導

有些技術人員不論是什么結構的母線槽,其采用導體的規格均按照《電工手冊》(或《電氣設計手冊》)列表去計算,并且按每平方毫米的載流能力去推斷母線槽的使用年限,這樣是錯誤的。導體是銅或鋁,母線槽的使用壽命長短關鍵看它的運行溫度。運行溫度越高,它的老化速度也就越快(包括銅、鋁排及絕緣材料。導體用的電工銅、電工鋁,其蠕變強度、抗拉強度和氧化速度均與溫度有密切的關系)。因為母線的設計結構不同、散熱不同,內部的溫度也會不同。按設計手冊的導體表格環境溫度選用35℃時,散熱較好的密集型母線槽再下降5%~15%的載流能力,才能符合溫升值≤70K,散熱不好的密集型母線要下降20%左右,空氣型母線槽載流能力下降要更大些。

按照以上幾個方面總結:母線槽的導體載流能力不分產品結構、不計算集膚效應,按照導體截面積和每平方毫米載流能力來確定選擇導體規格是錯誤的。


設計院的設計與溫升

目前大部分設計院在設計時是沒有溫升約定的,只有額定電流,及三相四線或三相五線,這是比較籠統的設計。如果額度電流1000A溫升值≤55K采用F級的絕緣材料的母線槽在115K的項目中使用,則可以貼上標識為1600A以上額定電流的標牌,所以設計時約定母線槽的溫升是很重要的。建議母線槽極限溫升≤70K或≤55K,如果我國電力設備全部控制運行溫升在≤55K以下(1000V),不但電能的線損大大下降;同時也減少電氣引起的火災事故,既節能減排,又能惠及人民生命財產與安全。

工程監理、質檢站及電力驗收單位對溫升的要求。

目前大部分項目對母線槽的載流能力無法直接驗證。因按國家標準GB7251.2和國際標準IEC60439.2,在環境允許的情況下,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。設計院的設計圖紙和甲方都沒有明確溫升值,所以無法對母線槽的載流能力進行確認。況且用戶與商家沒有既定約成的極限溫升值,所以也無法確定母線槽溫升是多少K才是工程上使用合格的產品。建議工程監理及質檢站和電力驗收人員,查詢3C證書并核對3C試驗報告內各種電流的導體規格是否與產品一致。確保母線槽的載流能力和低溫運行。

國家強制性3C認證對母線槽的極限溫升驗證。

我國實施了強制性3C認證對于母線槽的極限溫升驗證,除耐火母線槽為特殊產品外,其他母線槽統一按溫升值≤70K的試驗標準來進行,但母線槽的電流規格繁多,3C認證每個產品的試驗費及認證費需要好幾萬元,所以認證中心為減輕企業負擔,按短時耐受電流劃分每個單元,每個單元可以覆蓋好幾個額定電流規格?,F統一規定每個單元中拿最大的電流規格做試驗,其他規格由企業自行推算,由試驗所審核。在覆蓋的電流范圍內,導體規格要按照試樣每平方毫米載流多少A的標準來推算。如果導體規格小于試驗樣品必須要做溫升委托試驗,或其他單元內有這種規格的導體。但現在有個別試驗所審核通過了企業自行填寫的不按試樣電流及其載流能力比例縮小的覆蓋電流證書和試驗報告。例如,在CCC型式試驗報告中, 2500A單元覆蓋了2000A、1600A、1250A,生產商家是拿2500A的母線做該單元的試驗,試樣2500A的導體規格是6×205,極限溫升≤70K,按該試樣推算導體規格,應該是每平方毫米載流2.0325A,2000A母線槽的導體推薦應該是6×165,但產品描述內卻被生產商家寫成6×125,顯然只有提高溫升才能達到2000A載流能力,所以認證中心難以控制覆蓋電流的導體規格。有些證書和試驗報告中覆蓋電流每平方毫米載流能力與試樣相差較大時,值得深慮。

如何確保母線槽的載流能力及使用安全

中國質量認證中心及3C試驗單位建議嚴格把好認證試驗關,把安全可靠的準確數據公告在網上,如所認證產品的極限溫升及各電流導體規格和導體材質,方便用戶查詢,確保人民生命財產的安全和用戶的利益,動員全民為工程把好質量關。

設計

在設計母線槽時,圖紙上要標注極限溫升值,同時在圖紙技術要求內或設計圖上標注每個電流等級設置一個母線保護儀(或溫控儀)進行運行溫度的監測,建議設置在每個電流的第一個連接頭處。

注:保護儀有兩個信號輸出點,超溫報警和極限溫度切斷電流,這樣可以確保母線槽在運行過程中的內部溫升。

甲方及監理可在3C試驗報告中查看導體規格及溫升值,或登陸中國質量認證中心網站查詢相關技術參數。3C證書及網站上都有部分技術參數公告,如IP防護等級、Icw(短時耐受電流)、額定電流規格等,以確保所購買的母線槽與認證一致。

極限溫升試驗

要想確保所購買的母線槽質量完全能達到滿負荷下低溫安全低損耗運行最好的方法就是做極限溫升試驗。

極限溫升檢測位置也很關鍵。檢測母線槽的進線節、導體、插接口導體、連接頭、外殼等溫升,通過滿負荷電流運行后,穩定下來的最高溫度,減去環境溫度得到溫升值,單位用K表示。其他電流的導體規格按試樣品合格時通過的每平方毫米的載流能力計算,推算的電流最好比試樣電流小。


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