开关柜主回路需要母线 Busbar 实现连接,即从进线、主母线、分配到出线都需要用母线连接,常有的母线材料是铜排。
母线材料是含铜量大于等于99.9%的硬铜排,20℃直流电阻率<0.01777Ω.mm2/m,导电率不低于97%IACS。
铜排设计首先是根据承载电流来确认铜排规格,这个比较复杂,铜排有一定的电阻,就是电阻比较小,电流流经就会发热,而开关柜是一个相对封闭的壳体,铜排在壳体内部发热与柜体散热实现热平衡,即达到温升的峰值。
说到温升,就要说到开关柜内部的绝缘件,绝缘件支撑着铜排,一般采用环氧树脂材料,温度过高就会加速绝缘老化,影响安全。因此温升的限值按照绝缘件定义,对于镀银铜母线温升小于75k。
有些设计规范给出了根据电流密度确定母线大小的标准,一般铜母线的要求是每平方毫米载流量1.55A,但只可以作为设计“自由空气中的单导体母线”的参考,不可以作为实际设备中选择母线截面积的方法。也有些设计手册里给出了不同规格母线的载流量表,基于环境温度40℃、温升35K、导体间距等于导体厚度,不考虑邻近效应的计算结果,实际使用还是会有些偏差。由于决定温升的因素很多,且和其他因素之间存在复杂的相互作用,使得计算温升几乎不可能,并导致所有适用标准都要求进行连续电流试验以确定设计的母线的温升。
产品设计需要参考相关设计标准,对于1250A及以下,电流密度可以选择2A/mm2,2000A电流密度就要降到 1.5A/mm2,对于3000A 电流密度就要降到 1.1A/mm2,对于4000A 电流密度就要降到 0.8A/mm2。
关于铜排的走向,不是简单的把两个零件的端头连接起来就好,还需要考虑绝缘、峰值耐受电流以及安装便利性,方案的通用性以及成本的经济性。
有许多设计变量会影响母线结构承受短路峰值电流的能力。涉及的力量相当大。对于每相由一根6x 100mm的母线组成的母线,在150mm的相中心上,50kA的电流在每米的母线上产生近25吨的力。母线支架和母线本身都必须承受这种力。该力与电流的平方成正比,与相间距成反比,将母线分开会减小力。该力也在一定程度上受到母线尺寸和形状的影响。
母线承受瞬时电流产生的力的能力是母线的尺寸、形状和材料以及母线相对于彼此的布置的函数,即平面到平面或边到边。在力学方面,这些决定了母线在相-相方向上的截面模量。母线的挠度也受到跨度长度或支撑之间距离的影响。母线支撑结构的强度由支撑的材料和配置以及它们之间的距离决定。
来源:会说电气