柜体铜排的选型与热电应力计算

姚丙义

摘 要：铜排是电气柜设备中承载电流的一种优选导体，常作为母线使用。母线在开关设备和控制设备中主要用于汇集、分配和传送电能，连接一次设备。根据相关资料统计，短路事故绝大部分是直接或者间接发生在母线部位，母线故障是电气设备故障中最严重的故障之一。因此，对母线的正确选用和应用显得极为关键。在对比不同学会，手册及标准的前提下，归纳整理了铜排选型的快速思路;基于导体发热的原理，结合工程案例分析计算了柜体铜排的热电效应应力，为工程师合理的铜排结构设计提供有效的依据和方法。

关键词：铜排选型;热电效应;应力计算

中图分类号：TB     文献标识码：A      doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2019.22.088

0 引言

目前国内95%以上的低压开关柜使用矩形铜排作为载流导体，少量产品使用异型铜排或铝排。合理选择母线，正确安装母线及处理好母线间的电气连接将影响低压成套开关设备的使用性能，安全性能以及使用寿命。母排是分配电能的主要器件，选择得合理与否，直接影响到有色金属的消耗量与线路投资，以及整个设备甚至电力网的安全运行。不管是铜排还是铝排，其选型主要原则是满足载流量要求和热电应力的作用。本文综合国际国内标准以及工程实践中的理论演算，整理了一套有效的选型思路以及热电应力的校核算法，旨在指导工程师合理定义母排参数和规划柜体结构设计。

1 铜排的选型

在实际工程设计中，我们通常要考虑母排的负载要求，空间布置以及工作温度等条件来选定合适的尺寸系列。在大量的数据和实践的基础上，相关行业设计手册中给出了母排的快速选型表，如《工业与民用配电设计手册》，《高压配电装置规程》的快速选型表等，从这些表格中，我们不难看出母排主要的材质是铜和铝，并且多是矩形截面母排。较之圆形、D型、U型等母排，其电阻小、散热面大、载流量高等原因，矩形母排在40.5kV及以下电压等级中应用最广泛。各家电气柜体厂家选用的材质稍有不同。这里主要是基于DIN43670及DIN43671来说明一种母排选型的方法思路。常用母排材质为紫铜（E-Cu）和铝镁2.5（AlMg2.5）。铜排表面可使用镀镍或镀锡来提高耐腐蚀性。铜排与铝排搭接处如有必要可增加转接片。表1仅给出常用规格宽度方向竖直放置的母排载流量。

4 结论

中低压柜体铜排的选型设计与热应力计算，在实际工程中不仅需要严谨的校核计算，还需要结合样机的测试来进一步的验证与改进。本文结合国际及国内相关标准手册给出的数据和公式，从导体热电效应原理的角度出发，给出一套铜排选型与热电应力计算的思路，并结合具体工程项目的问题加以佐证，旨在指导工程设计人员理解铜排结构设计中各个指标参数之间的关系，合理运用基础公式进行母线的空间结构布局和联结支撑。随着数字化技术的发展，相信通过开发相应的程序软件，能够更快，更准确的进行铜排结构的尺寸规划与建模仿真，消除人为因素的影响，使整体项目或产品开发更快捷，更有效。

参考文献

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