母線(xiàn)槽與電纜的對(duì)比及其在配電設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

張煜

母線(xiàn)槽是由銅、鋁母線(xiàn)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(guó)，以“Bus-Way-System”形式輸配電，在戶(hù)內(nèi)低壓的電力輸送中越來(lái)越多地代替了電線(xiàn)電纜。20 世紀(jì)50 年代，我國(guó)從蘇聯(lián)引進(jìn)母線(xiàn)槽研究試用，80 年代開(kāi)始在一些項(xiàng)目上采用，90年代大量應(yīng)用。在我國(guó)廣州市，一般12 層以上的建筑物，配電間出線(xiàn)至各層的主干線(xiàn)，90%以上采用母線(xiàn)槽[1]；630kVA 及以上變壓器至低壓進(jìn)線(xiàn)柜均采用母線(xiàn)槽；大型工業(yè)廠房、會(huì)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(xiàn)槽；在體育場(chǎng)、機(jī)場(chǎng)、隧道、停車(chē)場(chǎng)等大空間的照明配電線(xiàn)路中，也有選用照明母線(xiàn)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(lái)越多，用電負(fù)荷也越來(lái)越大，同時(shí)項(xiàng)目建設(shè)電氣施工周期卻越來(lái)越短。母線(xiàn)槽具有載流量大、施工周期相對(duì)較短、使用壽命更長(zhǎng)的特點(diǎn)，與電纜相比，具有一定的比較優(yōu)勢(shì)，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(xiàn)槽的類(lèi)型、母線(xiàn)槽與電纜的性能比較、母線(xiàn)槽的技術(shù)要求及母線(xiàn)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。

1 母線(xiàn)槽的類(lèi)型

1.1 按照絕緣方式分類(lèi)

可以分為空氣絕緣型母線(xiàn)槽（air insulated busways）、密集絕緣型母線(xiàn)槽（closed insulated busways）?？諝饨^緣型母線(xiàn)槽結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，輸送電流較大，但散熱較差；密集絕緣型母線(xiàn)槽結(jié)構(gòu)更加緊湊，散熱能力更強(qiáng)。母線(xiàn)槽的樣式如圖1 所示。

圖1 母線(xiàn)槽

1.2 按照制式分類(lèi)

可以分為三相四線(xiàn)制或三相五線(xiàn)制母線(xiàn)槽，選用時(shí)應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況而定。母線(xiàn)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(jí)最高可達(dá)IP68 等級(jí)。若有防火要求，還可選用耐火型母線(xiàn)槽，耐火型母線(xiàn)槽使用耐火絕緣材料取代了普通絕緣材料[3]。

1.3 母線(xiàn)槽和母線(xiàn)橋的區(qū)別

母線(xiàn)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(duì)簡(jiǎn)單，一般由高低壓柜制造廠家配套提供，母線(xiàn)橋的樣式如圖2所示。而母線(xiàn)槽內(nèi)部導(dǎo)體之間是用絕緣板隔開(kāi)的，內(nèi)部沒(méi)有對(duì)流空間，采用標(biāo)準(zhǔn)件由專(zhuān)業(yè)廠家制造，可以設(shè)置插接分線(xiàn)盒，還可以在中間變?nèi)荨?/p>

圖2 母線(xiàn)橋

2 母線(xiàn)槽與電纜的性能比較

母線(xiàn)槽與電纜的性能比較見(jiàn)表1。

2.1 使用壽命比較

由表1 可見(jiàn)，母線(xiàn)槽比電纜的使用壽命更長(zhǎng)，一般為電纜使用壽命的2~3倍[4]。

表1 母線(xiàn)槽與電纜的性能比較

2.2 載流量及電能損耗比較

母線(xiàn)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(shí),母線(xiàn)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(shí)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(xiàn)槽的敷設(shè)只需滿(mǎn)足規(guī)范所規(guī)定的極限溫升電流即可，這對(duì)于綠色工程建設(shè)具有積極意義。

2.3 安裝比較

母線(xiàn)槽的安裝相對(duì)方便，電纜的敷設(shè)布線(xiàn)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(xiàn)槽施工工期短，安裝費(fèi)用較低，不會(huì)影響整體工程工期。母線(xiàn)槽可以采用插接方式安裝分接，把主干線(xiàn)的電力電源引入不同的分支，現(xiàn)場(chǎng)分接比較方便。同時(shí)，母線(xiàn)槽配電安裝一般采用樹(shù)干式，而電纜配電一般是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的放射式，電纜在配電出入口會(huì)占用較大空間，而母線(xiàn)槽則占用空間小，這也是母線(xiàn)槽在高層建筑或大型廠房應(yīng)用較多的原因。

2.4 成本比較

母線(xiàn)槽單價(jià)以直線(xiàn)段計(jì)量，安裝費(fèi)用一般包括在內(nèi)。電纜單價(jià)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(wú)鹵低煙交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜（WDZ-YJY）單價(jià)與同載流量的4P 密集型母線(xiàn)槽價(jià)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(shì)較大[2]。

2.5 選型比較

對(duì)于用電負(fù)荷較小（630A 以下）、分支回路不多的場(chǎng)所，配電選擇電纜更好；對(duì)于用電負(fù)荷較大（630A以上）、分支回路較多的場(chǎng)所，采用母線(xiàn)槽效果更佳。

對(duì)于水泥工程來(lái)說(shuō)，配電室變壓器出線(xiàn)至低壓進(jìn)線(xiàn)柜，采用母線(xiàn)槽更為合理；柴油發(fā)電機(jī)的出線(xiàn)柜，也可采用母線(xiàn)槽與相應(yīng)低壓柜連接；在大功率的低壓變頻柜、軟啟動(dòng)柜與低壓柜不并柜時(shí)，采用母線(xiàn)槽連接能節(jié)省現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)間；大型廠房一般對(duì)電量的需求量較大，在大型廠房中也可設(shè)置母線(xiàn)槽；在維修車(chē)間等需要移動(dòng)式設(shè)備的使用場(chǎng)所，可選用滑觸式母線(xiàn)槽。

目前，密集型母線(xiàn)槽市場(chǎng)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(lèi)母線(xiàn)槽。

3 母線(xiàn)槽的技術(shù)要求及選型

3.1 母線(xiàn)槽的相關(guān)國(guó)家規(guī)范要求

（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(xiàn)槽布線(xiàn)”中，對(duì)母線(xiàn)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(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備第二部分：對(duì)母線(xiàn)干線(xiàn)系統(tǒng)（母線(xiàn)槽）的特殊要求》中，對(duì)母線(xiàn)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(xiàn)槽應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》中，對(duì)低壓母線(xiàn)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(xiàn)系統(tǒng)（密集絕緣母線(xiàn)）》和JB/T 10327-2011《耐火母線(xiàn)干線(xiàn)系統(tǒng)（耐火母線(xiàn)槽）》，是國(guó)內(nèi)母線(xiàn)槽的重要行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 母線(xiàn)槽的關(guān)鍵技術(shù)要求

3.2.1 技術(shù)證書(shū)要求

母線(xiàn)槽生產(chǎn)廠家必須能提供3C 證書(shū)及3C 試驗(yàn)報(bào)告[6]。

3.2.2 設(shè)計(jì)要求

在設(shè)計(jì)時(shí)，必須明確母線(xiàn)槽額定電流、額定短路耐受電流、防護(hù)等級(jí)和極限溫升。

3.2.3 溫升要求

根據(jù)規(guī)范，母線(xiàn)槽的額定電流定義為極限溫升條件下通過(guò)的電流，溫升由絕緣材料的耐熱等級(jí)決定。母線(xiàn)槽的溫升是關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)，規(guī)范對(duì)母線(xiàn)槽的溫升參數(shù)有具體規(guī)定?？刂茖?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(xiàn)槽溫升。

3.2.4 母線(xiàn)槽連接要求

母線(xiàn)槽與變壓器、柴油發(fā)電機(jī)等設(shè)備連接時(shí)，應(yīng)采用柔性連接。母線(xiàn)槽的電源端和負(fù)載端應(yīng)設(shè)置專(zhuān)門(mén)的始端箱。

3.2.5 防護(hù)要求

母線(xiàn)槽的外殼防護(hù)等級(jí)，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(chǎng)所，采用IP30及以上防護(hù)等級(jí)；室內(nèi)普通場(chǎng)所，采用不低于IP40防護(hù)等級(jí)；室內(nèi)有防濺水要求的場(chǎng)所，采用不低于IP54防護(hù)等級(jí)；室內(nèi)潮濕場(chǎng)所或有防噴水要求的場(chǎng)所，采用IP65及以上防護(hù)等級(jí)；有防腐蝕要求的場(chǎng)所，采用IP68 防護(hù)等級(jí)的無(wú)金屬外殼的全封閉樹(shù)脂澆注母線(xiàn)槽。

3.2.6 防火要求

根據(jù)工程實(shí)際選擇耐火母線(xiàn)槽時(shí)，應(yīng)在設(shè)計(jì)中注明耐火時(shí)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(xiàn)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(xiàn)槽智能化系統(tǒng)應(yīng)具備總線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)兩種通訊方式。母線(xiàn)槽智能化系統(tǒng)，應(yīng)具有遙測(cè)功能，能遙測(cè)母線(xiàn)槽的環(huán)境溫度、濕度；遙測(cè)母線(xiàn)槽進(jìn)線(xiàn)及分接單元的電流、電壓、功率因數(shù)、有功功率、電能；遙測(cè)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。

3.3 母線(xiàn)槽截面積的確定

母線(xiàn)槽的額定電流是母線(xiàn)槽重要的技術(shù)參數(shù)之一。滿(mǎn)足額定電流的要求，需在設(shè)計(jì)中選取合適的母線(xiàn)槽截面積。母線(xiàn)槽截面積的選取，會(huì)對(duì)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)槽截面積

通過(guò)額定電流IN確定母線(xiàn)槽的截面積，在實(shí)際工程中，業(yè)主大多要求母線(xiàn)槽截面積按大一級(jí)考慮，綜合以上因素，即可初步確定母線(xiàn)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(xiàn)槽最終截面積。

式中：

Smin——滿(mǎn)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)

3.4 母線(xiàn)槽搭接母排的確定

在與變壓器、低壓柜連接時(shí)，需要考慮母線(xiàn)槽搭接母排。在搭接母排選擇銅為導(dǎo)體時(shí)，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

4 結(jié)語(yǔ)

目前，母線(xiàn)槽在實(shí)際工程中應(yīng)用比例越來(lái)越高，與電纜相比，母線(xiàn)槽在大電流配電輸送方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，耗銅量及電能損耗更少，更易滿(mǎn)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(xiàn)槽，將更加綠色節(jié)能。