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母线槽的市场现状及发展的新趋势(2011316)

来源:电缆桥架    发布时间:2023-12-18 05:51:48

  在大电流时,导体截面大,密集型母线槽比空气型母线槽电抗小,散热好,线路压降小。

  采用固液熔合工艺,是通过界面层上铜的局部熔化和铜、铝之间的扩散实现铜铝复合,是熔合结合和扩散结合两个过程,因而界面有一定厚度的复合层。界面结合强度高,加工时铜铝不会分层。

  依靠机械压力将铜带压接到铝排上,实现固相结合的工艺,虽然在铜、铝界面也能激活原子,形成原子间结合,但结合层太薄,界面结合强度不高,加工时铜、铝易分层。

  在上世纪八、九十年代,母线铜,其电流密度一般不超过2A/mm2,2500A以上更小一些,选1.7-1.8A/mm2,比如1000A的截面选6*85,2000A的选6*175。到2004年以后,由于铜材的大幅涨价,大部分厂家把电流密度取在2.2-2.5A/mm2,1000A的截面取5*80;还有个别厂家,无限制的减小截面,电流密度取到3A/mm2以上,比如1000A的截面取6*50、3*100,2000A的选6*125,、3*220。

  设计院设计时一般留有20%以上余量,电流密度取大后,吃掉了设计余量。正常情况下也许不可能会出现问题,倘若负荷容量增大,或用电时间增长,都会增大温升,到某些特定的程度使绝缘老化,造成火灾隐患或短路事故。

  由于铜材近几年价格大大上升,许多铜排生产企业用废电缆线,甚至用废杂铜生产,其电阻率高,有些甚至比铝的还高,市场上称为T3铜排。使用这种铜排必须增大截面,否则,温升高,易使绝缘老化,存在击穿短路和引起火灾的危险。

  由此可见,导体减薄后承受动稳定的能力太差,母线mm是综合了多种因素考虑的。

  如果是空气型母线槽,就必须减小导体两固定点之间的距离。否则,发生短路时就会受到电动力的破坏。密集型母线槽由于导体是全长固定,作用在母线上的弯矩小,影响较小,但其固定螺栓之间的距离也要减小。

  由此可见,截面减小,电阻增大,引起温度升高,导致电阻更大,能耗更大。反之,截面增大,电阻减小,温度降低,致使电阻更小,能耗更小。能耗主要与导体截面有关。

  同等截面导体改薄加宽,使散热表面积增大,还由于集肤效应的作用,可提高载流能力,降低温升,但减小能耗的作用不大。比如2000A母线倍,散热表面积增大了1.22倍,导体的温升增加不很大,但线倍。这里忽略了温升增高引起的电阻增大。可见,导体改薄加宽,就算温升满足要求,其能耗加大,运行费用增高也是不合算的。

  母线槽的发展趋向于高性能、高安全、高寿命,低阻抗、低压降、低损耗、低成本,逐步实现智能化,带温度监控和漏电监控。对绝缘材料、外壳结构与材料、导体材料都提出了新的要求。

  由于铝合金材料做外壳比钢板外壳有显著的优越性,现在越来越多的企业采用铝镁合金型材外壳。

  1铝镁合金是弱磁性材料,在其上产生的涡流及磁滞损耗小;带散热结构的外壳其散热性能更好。因此载流能力提高,降低运行温度。

  造成运行温度升高的最主要的原因是母线槽的温升高。温升取决于导体的载流量、截面积和结构的散热条件。

  导体载流量与导体的直流电阻率有关;与环境因素、在设备中放置方式、表面有无涂层、电源频率、相邻导体之间间距等诸多因素有关,不便于比较。而直流电阻率比较稳定,便于测量。因此在产品标准中以20℃时直流电阻率来表示导体的导电性能。在母线槽整体结构不变及上述条件都相同的条件下,载流量取决于导体的直流电阻率和截面积。

  母线槽是传输电能的产品,它本身也消耗电能,因此,不但要求它安全可靠,而且还要节能。

  消耗在母线槽本身的电能,与母线槽交流阻抗成正比。为了分析方便,我们暂不考虑电抗的影响,在母线槽结构及运行环境完全相同的情况下进行比较,此时,交流阻抗可用直流电阻来取代,在此情况下,我们分析母线槽能耗与直流电阻的关系。设 I为通过导体的电流,R为直流电阻 ,K为散热系数 ,A为导体散热表面积:

  母线槽运行的安全性主要是指不发生因绝缘破坏引起短路事故和不存在引起火灾事故的隐患。它主要取决于运行时的温度。绝缘材料的老化寿命有8度效应,只要其上温度超过它最高允许温度8度,它的老化寿命就会降低一半,比如耐热等级B级的绝缘材料最高允许温度是130℃,当超过138℃,老化寿命就降低一半;再超过8℃,高于146℃,还要降低一半。绝缘材料抗老化性能降低就等于母线槽的寿命降低。一旦绝缘电阻低于要求,就会发生击穿短路,甚至引起电气火灾。

  上海理工大学对用不同工艺生产的产品的铜铝界面进行了电镜扫描,从扫描图片中可以看出,固液熔合工艺生产的产品的铜铝界面整齐、连续,厚度达10多微米。固相结合工艺生产的产品的铜铝界面凹凸不平、不连续,厚度仅有1微米左右。显然,固液熔合工艺比固相结合工艺生产的产品铜铝界面结合强度要高得多。经用撕裂法测试,固液熔合工艺界面结合强度达2.8-3.0MPa,而固相结合的只有1.4MPa。

  此外,接头连接处紧固不到位、松动,造成导体连接部位接触电阻增大;绝缘隔板质量不好,内有裂缝,造成漏电;外壳上涡流太大,结构散热不好等等,都会造成运行温度升高,引起绝缘加速老化。

  在同等截面下,导体越宽越薄,散热面积越大,载流能力越高,温升越小。比如6*80的排比8*60的排载流能力高12%。但要注意的是导体太薄时,在短路状态下,电动力所产生的弯曲应力很大,会破坏母线槽整体结构。导体选薄加宽,减小截面,就算温升满足标准要求,其承受电动力的能力变差,能耗大幅增加。

  中国电器工业协会电控配电设备分会2009年统计,根据全国92家企业上报资料,2009年生产母线A的单价。如按2000家生产企业计算,产量669.13万米,产值276.86亿元。2000A的截面原选6*175,每米能耗约P=3*20002*0.017777/6*180=203.16W。如果截面取3*220,不考虑电阻率的增大,能耗P=3*20002*0.017777/3*220=323.22w,增大了120W,增加了60.1%。按669.13万米计算,增大能耗80万千瓦,这是一个相当可观的数字。一年按5000小时用电计算,增大电耗40亿度。若一个用户安装2000A母线小时计算,每度电费1元,一年多交电费60万元。虽然一次投资少一点,一年多交的电费就超多了,很不合算。

  在三相系统中,短路时动稳定的条件是母线最大相间计算应力不大于母线材料的允许应力。而母线最大计算应力P与母线的截面系数W成反比。在母线/h。b为导体厚度,h为宽度。因此P与b2成反比,厚度b减小后,母线相间应力P按b的平方增大,在短路时承受动稳定的能力变差。比如3*220的W3=6*9/220=0.245,6*180的W6=6*36/180=1.2,即前者比后者在短路时产生的弯曲应力大1.2/0.245=4.9倍。

  用户最关心的问题是它的使用可靠性和使用寿命。影响铜铝复合排寿命的关键部位就是铜铝复合界面,一是界面结合强度能不能承受热胀冷缩应力的破坏,能不能满足加工的要求;二是铜铝界面会不会受到电化腐蚀。界面结合强度高时,就能承受热胀冷缩产生的应力,满足加工的要求。界面结合强度与产品制造工艺直接相关。

  界面结合强度取决于这个界面的质量、厚度和组成。界面质量是指其连续性和完整性,即结合的有效面积。过渡层厚结合强度高。

  上海理工大学对用固液熔合工艺生产的产品做了0-200℃,50次热循环试验,试验后比试验前界面结合强度还提高了10MPa。这是由于界面消除了残余应力,铜铝扩散加强的缘故。试验证明,固液熔合工艺生产的铜铝复合排能够承受温差200℃热胀冷缩应力的破坏,能满足剪断、冲孔、折弯等加工的要求。

  2铝镁合金外壳表面经阳极氧化后,耐腐蚀能力比镀锌钢板要延长十到二十年。日本在四个工业区做了二十年大气暴露试验,证实了这一结果(试验报告在我国有关标准中引用)。

  最新研发成功的铜铝复合排外层为铜,内芯为铝;它把铜的接触电阻低、抗氧化能力强的特点和铝重量轻、成本低的优势集于一体。还发挥了集肤效应的作用。其载流量接近于铜,机械性能满足成套电气设备的要求,但其价格换算到同等载流量是铜排的60%,是一种低成本导体材料。经过几年工程项目上的实际运行,证明其性能优良、使用可靠,而且具有较大的节能空间,用在母线槽上是最佳的选择。

  固液熔合工艺铜铝之间是在无氧、无水气、无污染的环境下复合的,无法形成电解质产生件,因此界面不会产生电化腐蚀。

  一个产品要有质量保证,首先要符合相关行业的产品标准。证明符合标准的文件就是检验报告,检验报告中的检验项目要按标准要求齐全,检验结果要全部合格。检验机构必须是经国家认监委认可的权威检验部门(报告上有CNAS标志)。

  在母线槽中铜导体占据了成本的70%以上。2003年起,由于铜材大幅涨价,致使母线槽成本大幅度上升。

  由于很多用户是第一次选用母线槽,对母线槽的安全性能、使用寿命、产品质量认知不够,在工程招标和采购中,主要考虑一次性投资小,选用最低标采购,甚至低于成本价。迫使生产厂家无限制的减小铜排截面,甚至使用假冒伪劣材料(比如有些企业用铝排镀铜或者两端用铜排、中间用铝排焊接替代铜排),使绝缘加速老化,事故增多,威胁到供电安全,增大了线路能耗,扰乱了母线槽市场,严重破坏了母线槽的声誉和形象,造成了市场混乱,影响了用户使用信心。为了供电安全和保证供电质量,需要规范母线槽市场;为实现节能目标,降低在母线槽上的能耗,急需研发低成本节能新型母线、成本低

  铝材藏量丰富,价格低,也是良好的导电材料,近年在母线槽上也有不少应用。但由于其表面容易氧化,且硬度软,易出现故障,用量不多。

  由于资源性的矛盾,铜材价格还会不断上涨,要降低母线槽的成本必须从根本上寻找出路,研发出一种安全性能高,基本信息参数接近铜排,价格能较大幅度低于铜排,供货渠道稳定,货源充足的新型导体材料。

  摘要:本文论述了母线槽的市场现状,对母线槽的基础要求,母线槽的发展的新趋势及新型节能母线槽的特点

  密集母线槽由于供电容量大,安全可靠,安装便捷,自八十年代末期引入我国以来,二十多年得到了迅猛发展。生产公司发展到几千家,全国大中城市几乎都有,产品结构、材料一直更新,产品性能和使用可靠性逐步的提升,已成为配电设备中一个重要分支。大范围的应用在高层建筑、大型商场、工矿企业、轨道交通等。

  节能降耗是世界上最热门的话题,也是我国的基本国策。目前世界上正在推广最佳电缆截面标准,按照新的标准,电缆截面选值要比原按经济电流密度选的老标准加大一倍以上,能够得到50%左右的节约能源的效果。但是铜价不断增高,工程一次投资已经增大很多,再加大导体截面,显然很难实现。只有选用低成本的导体材料,加大截面,才能降低能耗,实现节约能源的效果。

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