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低壓母線槽幹線係統的應用及發展

2017-11-23 16:25:22
一、母線槽產品種類

根據相關行業資料顯示,2005年中國市場的母線槽產品總需求量已近100億元,從2000~2005年,每年的市場增長率約為20%。考慮今年市場原材料(主要為銅導體)價格上漲因素,預計2006年的市場總需求量將近130億元。隨著中國經濟的可持續蓬勃發展,國內母線槽市場預計在今後數年內將保持20%的持續增長。如此數量的市場需求,使母線槽產品得以迅速發展並在電力係統中廣泛應用。

按其結構及用途分為密集絕緣、空氣絕緣、空氣附加絕緣、耐火、樹脂絕緣和滑觸式母線槽;按其外殼材料分為鋼外殼、鋁合金外殼和鋼鋁混合外殼母線槽;按其導體材料分有銅導體和鋁導體母線槽。

母線槽係統一般多應用在變壓器和配電櫃之間的連接以及由配電中心(配電盤、櫃)開始至負載呈樹幹式布線方式的供電係統。係統電流等級通常為250~5000A,額定電壓400~1000V,防護等級IP40~IP65,根據導體數量配置有三相四線製和三相五線製(增設獨立PE排,另有部分廠家提供鋁合金外殼作整體接地PE的形式)。在母線槽係統中一般由以下幾個單元組成:饋電式母線(不帶插口)或插接式母線(帶插口)直線段單元;與變壓器,配電櫃等設備接口的進(出)線單元;換向單元有L形單元,T型單元,Z型單元;膨脹單元有膨脹節母線單元;插接單元有插接箱單元。所有單元通常均由母線槽製造商進行標準設計,也可以根據工程需要進行現場測量後采取非標設計,以滿足用戶及安裝需要。

二、母線槽的選型及技術參數的計算

母線槽的選型通常從以下幾方麵加以綜合考慮:消防要求,絕緣材料要阻燃、耐熱性能要好,在高溫下不釋放有毒氣體,結構上防止煙囪效應,應優先選擇密集絕緣母線槽,如選用空氣絕緣型,則需在線槽殼體內每單元設置阻火隔斷;對特別重要場所,為保證應急電源火情下維持工作,應選用耐火型槽。

至於安裝場所,首先考慮槽外殼防護等級,其次是建築結構對線槽外形、安裝支架形式和跨距的影響:室內專用工作場所,如大容量變電所內為提高其散熱效果,可采用IP30等級的母線槽;室內的普通工作,如樓層電氣豎井及配電間內,為保證安全性,應選用不低於IP40等級的母線槽;室內潮濕場所或有防濺水要求的,為保證其在遭到濺水時仍能正常工作,應選用不低於IP54等級的母線槽;室外或有特殊要求的,如防噴水,防海浪和防腐蝕場所可分別樹脂絕緣母線槽;大跨距場所,應選用外殼加強型母線槽;額定電流,應從技術性能、散熱效果、價格等方麵加以綜合考慮,目前市場較多選用散熱性能上佳和能耗低的鋁合金外殼低阻抗密集絕緣母線槽。

根據工作電流(I B)選擇正確的母線槽額定電流(I N)的大小,(I N)大小需按製造商提供的母線槽產品標準電流等級選擇。

三、鋁導體在母線槽中的應用

目前,絕大多數的母線槽生產製造商因受一些舊的設計思想及製造規範的影響,對槽內導體的選用仍以銅材為主。然而,近年來銅材價格的大幅上漲,使其成本居高不下,這對製造商的市場拓展必將帶來較大的衝擊。結合市場資源的合理配置及其價格因素,國內母線槽產品導體由銅母線材料向鋁母線材料轉移以成為產品的發展趨勢。

由鋁母線導體製造的母線槽已在國外一些發達國家得到廣泛應用,其製造技術及工藝已趨成熟。近年來國內部分品牌母線製造商均提供了高品質的鋁導體母線槽,並已在工程實際應用中得到了用戶及設計單位的肯定和好評,顯示了其獨特的優越性。本文試從銅鋁導體的物理性能、化學性能、電氣性能方麵進一步探討以鋁導體代替銅導體的可行性。

由於銅導體和鋁導體截麵形狀相似,因此國內母線槽製造商均可在不對原銅導體母線槽產品結構作重大改變的情況下,設計、製造鋁導體母線槽,其重點在於改進生產工藝(如改進導體表麵處理工藝,以增強及保護鋁導體的鍍層表麵質量)及增設相關的工裝設備。因此鋁導體母線槽在技術,經濟方麵與銅導體母線槽的比較優勢才是其獲得大量推廣應用的重點所在,具體比較如下:

銅、鋁導體金屬材料比較:銅的密度8.9g/cm3, 鋁的密度2.7g/cm3;銅的導電性僅次於銀,IACS值為100%(國際標準退火電解銅標準值),高純鋁(99.996%)和工業純鋁(99.5%)的IACS值為64.94%和59%,即銅的導電性約比鋁高35%~40%;銅在大氣中的化學穩定性較好,鋁較為活潑,但加入微量合金元素可提高其化學穩定性;銅的強度和硬度較好,純鋁稍差,但鋁合金經熱處理後可獲得較高的強度和硬度,因質輕,其強度遠大於銅;自然中銅資源相對有限,價格較高,鋁資源相對豐富,價格低廉。

相同結構形式等電流母線槽采用銅導體及鋁導體電能損耗比較:銅導體(電工用銅母線TMY,GB5585.1~3-1985)的電阻率ρCU(20) =0.0175Ω·mm2/m(環境溫度20℃時得直流電阻率);鋁導體(電工用鋁母線LMY,GB5585.1~3-1985)的電阻率ρAL(20)=0.0295Ω·mm2/m(環境溫度20℃時得直流電阻率);根據相關導體載流量數據對比分析,可看出,同電流鋁導體母線槽約比銅導體母線槽功率損耗大26%,此為鋁導體母線槽的缺點,由上式可知,解決此問題的最簡單途徑是增大鋁導體截麵積;按此比值選型設計,可使鋁導體母線槽與銅導體母線槽具備等效導電性能。

等效導電截麵銅導體母線槽和鋁導體母線槽一般性經濟分析可見,僅從母線槽導體材料成本分析,等效導電性能的鋁導體母線槽與銅導體母線槽相比,前者僅為後者的約1/5。因鋁導體母線槽在製造過程中的特殊工藝性,製造成本相對較高,分析表明兩者比較約為2.5:1。綜上述比較,可以認為鋁導體母線槽是一種擁有較高性價比的,具有極大推廣應用價值的產品。

四、產品發展前景

在當前的市場經濟活動中,提高產品市場占有率和企業綜合競爭力是所有企業的追求目標,廣大母線槽製造商特別是一些大中型品牌企業將會把產品的成本經濟優勢讓利於廣大用戶,為廣大工程建設節約大量投資,同時可為社會節約大量寶貴資源,為建設節約性社會主流經濟作出應有的貢獻。因此,經濟、適用的鋁導體母線槽將帶來母線槽行業的一次變革,並推動母線槽行業的新一輪發展。


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