【正文】 母線材料的基本特性表1025基本特性材 料 名 稱銅鋁鋁錳合金鋁鎂合金鋼20℃時(shí)的電阻率（Wm）20℃時(shí)的電阻溫度系數(shù)（1/℃）密度（g/cm3）熔點(diǎn)（℃）10836531536比熱（J/g℃）導(dǎo)熱系統(tǒng)（J/cms℃）溫度線膨脹系數(shù)（1/℃）180。10624180。106180。106180。10612180。106抗拉強(qiáng)度（N/mm2）210~250120160300280伸長率（%）33102425最大允許應(yīng)力（N/mm2）1407090170160彈性模數(shù)（N/mm2）100000700007100070000200000允許最高加熱溫度（℃）300200200600 母線型式及適用范圍母線除滿足工作電流、機(jī)械強(qiáng)度和電暈要求外，母線形狀還應(yīng)滿足下列要求：1) 電流分布均勻（即集膚效應(yīng)系數(shù)盡可能低）；2) 機(jī)械強(qiáng)度高；3) 散熱良好（與導(dǎo)體放置方式和形狀有關(guān)）；4) 有利于提高電暈起始電壓；5) 安裝、檢修簡單，連接方便。我國目前常用的硬母線型式有矩形、槽形和管形等。(1) 矩形母線。單片矩形母線具有集膚效應(yīng)系數(shù)小、散熱條件好、安裝簡單、連接方便等優(yōu)點(diǎn)，一般適用于工作電流I≤2000A的回路中。多片矩形母線集膚效應(yīng)系數(shù)比單片母線的大，所以附加損耗增大。因此載流量不是隨母線片數(shù)增加而成倍增加的，尤其是每相超過三片以上時(shí)，母線的集膚效應(yīng)系數(shù)顯著增大。在工程實(shí)用中多片矩形母線適用于工作電流I≤4000A的回路。當(dāng)工作電流為4000A以上時(shí)，母線則應(yīng)選用有利于交流電流分布的槽形或圓管形的成型母線。(注：現(xiàn)在多用封閉母線)。(2) 槽形母線。槽形母線的電流分布比較均勻，與同截面的矩形母線相比，其優(yōu)點(diǎn)是散熱條件好、機(jī)械強(qiáng)度高、安裝也比較方便。尤其是在垂直方向開有通風(fēng)孔的雙槽形母線比不開孔的方管形母線的載流能力約大9%~10%；比同截面的矩形母線載流能力約大35%。因此在回路持續(xù)工作電流為4000~8000A時(shí)，一般可選用雙槽形母線，大于上述電流值時(shí)，由于會引起鋼構(gòu)件嚴(yán)重發(fā)熱，故不推薦使用。(3) 管形母線。管形母線是空心導(dǎo)體，集膚效應(yīng)系數(shù)小，且有利于提高電暈的起始電壓。110kV及以上配電裝置，當(dāng)采用硬導(dǎo)體時(shí)，宜選用鋁合金管形母線。使用管形母線，具有占地面積小、架構(gòu)簡明、布置清晰等優(yōu)點(diǎn)。但導(dǎo)體與設(shè)備端子連接較復(fù)雜，用于戶外時(shí)易產(chǎn)生微風(fēng)振動(dòng)。 母線截面的選擇和校驗(yàn) 一般要求：裸母線應(yīng)根據(jù)具體情況，按下列技術(shù)條件分別進(jìn)行選擇或校驗(yàn)：1) 持續(xù)工作電流；2) 經(jīng)濟(jì)電流密度；3) 電暈(110kV及以上)；4) 動(dòng)穩(wěn)定或機(jī)械強(qiáng)度；5) 熱穩(wěn)定。裸母線尚應(yīng)按下列使用環(huán)境條件校驗(yàn)：1) 環(huán)境溫度；2) 日照；3) 風(fēng)速；4) 海拔高度。 高壓和超高壓配電裝置中選用的管形母線，由于跨距和短路容量的增大，其母線截面除應(yīng)滿足載流量和機(jī)械強(qiáng)度要求外，其形狀應(yīng)有利于提高電暈起始電壓和避免微風(fēng)振動(dòng)。 按回路持續(xù)工作電流選擇Ixu≥Ig （1013）式中 Ig——母線回路持續(xù)工作電流（A）；Ixu——相應(yīng)于母線在某一運(yùn)行溫度、環(huán)境條件及安裝方式下長期允許的載流量（A）。 按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇除配電裝置的匯流母線以外，對于全年負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)較大，母線較長（長度超過20m），傳輸容量較大的回路（如發(fā)電機(jī)至主變壓器和發(fā)電機(jī)至主配電裝置的回路），均應(yīng)按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇母線截面，并按下式計(jì)算 （1014）式中 Sj——經(jīng)濟(jì)截面，mm2；Ig——回路的持續(xù)工作電流，A；j ——經(jīng)濟(jì)電流密度，A/mm2。當(dāng)無合適規(guī)格的導(dǎo)體時(shí)，導(dǎo)體截面可小于經(jīng)濟(jì)電流密度的計(jì)算截面。 截面的校驗(yàn)：(1) 按電暈條件校驗(yàn)。對110kV及以上電壓的母線應(yīng)按電暈電壓校驗(yàn)。(2) 按短路熱穩(wěn)定校驗(yàn)S≥ （1015）式中 S——母線的載流截面，mm2；Qk——短路電流的熱效應(yīng)，A2s；C——與導(dǎo)體材料及發(fā)熱溫度有關(guān)的系數(shù)，其值見表1026。短路前導(dǎo)體溫度為+70℃時(shí)的熱穩(wěn)定系數(shù)C值表1026 導(dǎo)體材料短路時(shí)導(dǎo)體最高允許溫度(℃)G導(dǎo)體材料短路時(shí)導(dǎo)體最高允許溫度(℃)C銅鋁及鋁錳合金30020017187鋼(不和電器直接連接時(shí))鋼(和電器直接連接時(shí))4003006760若導(dǎo)體短路前的溫度不是+70℃時(shí)，C值可按下式計(jì)算或由表1027查得C= （1016）式中 K——常數(shù)，銅為522106，鋁為222106[(ws)／(Ωcm4)]； t——常數(shù)，銅為235℃，鋁為245℃； t1——導(dǎo)體短路前的發(fā)熱溫度，℃； t2——短路時(shí)導(dǎo)體最高允許溫度，℃，鋁及鋁錳合金可取200℃，銅導(dǎo)體取300℃。 (3) 按短路動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)。1) 一般要求：母線短路時(shí)產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力一般均按三相短路驗(yàn)算。若在發(fā)電機(jī)出口的兩相短路或中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中自耦變壓器回路中的單相或兩相接地短路較三相短路嚴(yán)重時(shí)，則應(yīng)按嚴(yán)重情況驗(yàn)算，其驗(yàn)算結(jié)果應(yīng)滿足sxu＞s （1017）s=sxx+sx （1018）式中 s——短路時(shí)母線產(chǎn)生的總機(jī)械應(yīng)力，N/cm2； sxx——短路時(shí)母線相間產(chǎn)生的最大機(jī)械應(yīng)力，N/cm2； sx——短路時(shí)同相母線片間相互作用的機(jī)械應(yīng)力，N/cm2； sxu——母線材料的允許應(yīng)力，其值見表1028。 2) 母線短路電動(dòng)力計(jì)算：當(dāng)三相導(dǎo)體位于同一平面時(shí)，短路電動(dòng)力計(jì)算式為F=102()2[N1+N2+ N3coswt+N4cos2wt] （1019） =102式中 F——短路電動(dòng)力，N； ich——短路沖擊電流，kA；NNNNN5——與短路類型有關(guān)的系數(shù)，見表1029。 a——相間距離，cm； l——平行導(dǎo)體長度，cm。不同工作溫度下C值表1027工作溫度(℃)50556065707580859095100105硬鉛及鋁錳合金硬 銅95181931799l176891748717185169831668116479161771597515773155硬母線最大允許應(yīng)力表1028 母線材料鋁銅LF21型鋁錳合金管最大允許應(yīng)力（N/cm2）6860137208820注 1. 對于槽形母線，可能達(dá)不到表中數(shù)值，選擇母線時(shí)應(yīng)向制造部門咨詢。 2. 表中所列數(shù)值為計(jì)及安全系數(shù)后的最大允許應(yīng)力，(對應(yīng)于材料破壞應(yīng)力)(對應(yīng)于材料屈服點(diǎn)應(yīng)力)。與短路類型有關(guān)的系數(shù)表1029 短路類型固定分力N1非周期分力N2周期分力(50Hz)N3周期分力(100Hz)N4當(dāng)Tf=、t=N5兩相短路三相短路、邊相母線三相短路、中相母線0 因?yàn)?，一般情況下，=，故兩相短路電動(dòng)力小于三相短路電動(dòng)力，因此動(dòng)穩(wěn)定一般均應(yīng)按三相短路計(jì)算，三相短路電動(dòng)力計(jì)算式為F=102 （1020） (4) 母線短路時(shí)的機(jī)械應(yīng)力計(jì)算。 1) 單片矩形母體的機(jī)械應(yīng)力：各種型式母線的機(jī)械應(yīng)力計(jì)算均應(yīng)計(jì)及動(dòng)負(fù)荷作用下的振動(dòng)系數(shù)b。 對于三相母線水平布置在同一平面的矩形導(dǎo)體，相問應(yīng)力sxx按下式計(jì)算sxx=103 （1021）式中 l——絕緣子間跨距，cm； a——相間距離，cm； W——母體的截面系數(shù)，cm3，見表1030； b——振動(dòng)系數(shù)，見本節(jié)共振校驗(yàn)部分。 絕緣子的最大允許跨距l(xiāng)max為lmax= （1022）簡化式 lmax= （1023）式中 ——隨導(dǎo)體材料與截面而定的系數(shù)。 對于三相矩形按直角三角形布置時(shí)，見圖101所示，短路時(shí)導(dǎo)體相問最大的機(jī)械應(yīng)力為sxx= （1024）W= （1025）上兩式中 W——導(dǎo)體截面系數(shù)，cm2； a1——相間距離，cm； 圖101 三相矩形導(dǎo)體 Kz——系數(shù)，由圖102查得。 直角三角形布置不同形狀和布置的矩形母線的截面系數(shù)及慣性半徑表1030 母線布置草圖及其截面形狀截面系數(shù)W慣性半徑ri～～注 b、h、d及D單位為cm。2) 多片矩形母線的機(jī)械應(yīng)力s=sxx+sx （1026）sx= （1027）上兩式中 sxx——相間作用應(yīng)力，N/cm2，計(jì)算公式同單片導(dǎo)體； sx——同相母線片間相互作用力的應(yīng)力，N/cm2； Fx——母線片間電動(dòng)力，N/cm2，F(xiàn)x按式(1028)、式(1029)計(jì)算。 每相兩片時(shí)Fx= （1028）每相三片時(shí)Fx= （1029）式中 K1K13——分別為第1片與第2片母線、第1與第3片母線的形狀系數(shù)，可由圖103(a)曲線查得。 對于片間距離等于母線厚度，每相由2～3片矩形母線組成時(shí)，式(1028)和式(1029)可簡化為Fx=式中 kx——形狀系數(shù)，由圖103(b)曲線查得。 圖102 三相導(dǎo)體成直角形布置時(shí) 圖103 矩形導(dǎo)體形狀系數(shù)曲線 Kz值曲線 (a)形狀系數(shù)k曲線；(b)形狀系數(shù)kx曲線3) 母線片間的臨界跨距為lc= （1030）式中 l——系數(shù)，每相兩片時(shí)，鋁為5銅為65，每相三片時(shí)，鋁為6銅為77； lc——片間臨界跨距，cm。 每相母線片間間隔墊的距離l必須小于片間臨界跨距l(xiāng)c。 4) 槽形母線短路時(shí)的機(jī)械應(yīng)力： a. 槽形導(dǎo)體短路時(shí)相間應(yīng)力sxx計(jì)算公式與單片矩形導(dǎo)體相同，見式(1020)，其中，W為槽形導(dǎo)體的斷面系數(shù)(cm3)。當(dāng)導(dǎo)體按 布置時(shí)，W=2Wx； 當(dāng)導(dǎo)體按[ ][ ][ ]布置時(shí)，W=2Wy； 當(dāng)導(dǎo)體按[ ][ ][ ]布置，并在兩槽間加墊片實(shí)連時(shí)，W= Wy0。各種尺寸的槽形導(dǎo)體機(jī)械應(yīng)力計(jì)算用數(shù)據(jù)見表1031。槽形鋁導(dǎo)體長期允許載流量及計(jì)算用數(shù)據(jù)表1031截面尺寸雙槽導(dǎo)體截面S（mm2）集膚效應(yīng)系數(shù)kf導(dǎo)體載流量（A）雙槽焊成整體時(shí)共振最大允許距離（cm）h（mm）b（mm）t（mm）r（mm）截面系數(shù)Wy（cm3）慣性矩Iy（cm4）慣性半徑ry（cm）截面系數(shù)Wx（cm3）慣性矩Ix（cm4）慣性半徑rx（cm）截面系數(shù)Wy0（cm3）慣性矩Iy0（cm4）慣性半徑ry0（cm）靜力矩Sy0（cm3）雙槽實(shí)連時(shí)絕緣子間距雙槽不實(shí)連時(shí)絕緣子間距7575100100125150175200200225250353545455565809090105115467810126688101012141616161040139015502020274035704880687080809760109002280262027403590