母线槽在工业厂房配电工程中的应用研究

母线槽在工业厂房配电工程中的应用研究

姚治

江苏华变电力工程有限公司

摘 要: 随着工业自动化的发展，工业厂房中用电设备的数量越来越多，容量越来越大。电力电缆作为传统的电能传输设备，因其载流量受限的原因，已无法满足配电需求。通过论述母线槽的特点，结合工业厂房配电工程案例，从载流量、扩展性、安全性、寿命、经济性等方面，对母线槽与电缆的性能进行对比，突出母线槽在设备容量较大的厂房中的应用优势———可以简化配电工程，降低施工难度，便于后期改造扩展，全生命周期内经济合理等，为类似厂房的配电工程

设计提供参考。

关键词: 母线槽；电缆；工业厂房；应用

0 引言

随着社会的发展，根据生产工艺的需求，往往工业厂房需要配置大量的机电设备。厂房内的用电设备容量较大，常会达到数千千瓦。作为传统电能传输设备的电缆，在大电流输送系统中，已不能满足要求。多路电缆的并联使用，给现场安装施工连接带来了诸多不便。而且，当后期生产工艺变化时，即使只是设备位置变化，也会因电缆长度不够，需要重新敷设，而变得困难重重。母线槽作为一种新型配电导线，应运而生。与传统的电缆相比，母线槽具有载流量大、扩展性好、安全性高、寿命长等优点，很好地解决了设备容量大的厂房的配电问题。然而，由于传统习惯及认知不足，目前依然有很多此类项目仍采用多路电缆并联的形式，为大容量的设备供电。本文以上海某科技有限公司厂房的配电为例，通过母线槽与电缆的多方面对比，突出母线槽在设备容量较大的厂房中的应用优势，为类似厂房的配电工程设计提供参考。

1 工程概况

本工程3#厂房配电室电源引自园区2#开闭所，对配电室及出线、计量系统进行改造，同时新出各楼层动力出线。原有配电室新增4台低压配电柜，新增12台动力柜(一层6台，二层6台)，新增配电柜至12台动力柜。

2 采用电缆直接供电的局限性

导体的载流量与截面积有关。电缆的截面积越大，载流量也就越大。市场上常用的多芯电缆标称截面积最大做到240mm2( 部分厂家也有做到300mm2) 。电缆的载流量与敷设环境有关，无论是桥架敷设还是埋管敷设，正常情况下，240 mm2的多芯铜电缆载流量可达到约400A。

本工程若采用电缆直接供电，则需要从配电房引出 53 根电缆。电缆需要敷设在桥架内，本工程则需要设置一根800×200、3根600×200的电缆桥架。4根桥架需要占用较大的安装空间，工程量大，布线复杂。大量的电缆在配电房处汇聚，不利于电缆散热，通常电缆都需要降容使用，且增加了安全隐患。电力电缆作为传统的电力传输设备，因其载流量受限的原因，已无法满足本工程的配电需求。因此，本工程需要寻找一种载流量大的导体，母线槽成为了一个很好的选择。

3 母线槽的特点

母线槽是以铜、铝、铝合金为导体，用绝缘材料支撑，然后将其安装到封闭的壳体中的一种绝缘导体。低压母线槽主要分为空气绝缘母线槽、密集绝缘母线槽、复合耐火母线槽。其中以密集绝缘母线槽为主，占比约为75% 。密集绝缘母线槽，是将裸母线用绝缘材料覆盖后，紧贴通道壳体放置的母线槽。相间紧贴，中间没有气隙，有较好的热传导和动稳定性［1］。本工程选用的是密集绝缘母线槽( 下文提到母线槽均指密集绝缘母线槽) 。跟电缆相比，母线槽载流量大得多。市场上常用的母线槽( 铜) ，额定电流范围250 A～6300A。工程实际应用中，由于受到变压器容量的限制，选用的母线槽额定电流不超过4000A。其后端最多可以承载设备2693 kW(功率因数估算按0.8，同时使用系数按0.8) 。母线槽配电系统中，当某一段的负荷电流小于母线槽额定电流一半时，可选择变容节，以节约投资。选择变容节需要满足以下内容: ①母线槽全长不超过2 处变容；②变容节之后线路的额定电流不小于前级额定电流的一半；③母线槽变容后，应满足末端短路时始端保护的灵敏度；④T形分支时，若长度超过3m，需另设保护。母线槽配电系统中，分为馈电式、滑接式、插接式。馈电式母线槽是用来将电能直接从供电电源处传输到配电中心的母线槽；滑接式母线槽是用滚轮或者滑触型分接单元的母线干线系统，常用于移动设备的供电，如行车、电动葫芦等。插接式母线槽是由带分接装置的母线干线单元和插接式分线箱组成，用来传输电能，并可以引出电源支路的母线槽。插接箱的位置可以根据工程情况设置，插接引出线电流不宜大于630A。电流更大时，可以采用固定分支端口( 母线分容器) 。母线槽应根据安装使用环境，选择相应的防护等级。在配电室及坚井内，母线防护等级不低于IP40；水平安装或在设有自动喷淋系统的场所，母线防护等级不低于IP54；户外使用场所或使用环境潮湿如消防水池泵房，母线防护等级不低于 IP66； 埋地安装、电缆沟安装或浸水安装，母线防护等级不低于 IP68［1］。母线槽的防护等级也不是越高越好，因为防护等级越高，母线槽的密封性就越好，散热性也就越差，传输电流的性能也会大大降低。

4 智能母线槽

在母线槽系统中，母线接头节点，由于连接螺栓及导电体接触部分松动，容易导致电阻值升高，进而引起接头出现异常过热，接头部分熔化变形，严重时可能导致火灾，或重大安全事故。随着自动检测技术的开发，市场上推出了智能母线槽。智能母线槽是在母线槽上，配置接头温度自动测量和控制装置，当接头出现温度异常后及时报警，可有效监控母线槽的运行状况，杜绝母线槽故障引起的火灾，大大提高母线槽的安全性。

智能母线系统，主要由测温采集单元和中央控制器组成。测温采集单元可采集每个监测点的 A，B，C，N 和环境温度 5 个数据，并把数据传输给中央控制

器。当某个监测点的温度达到预警温度时，中央控制器会显示故障点并发出预警信号。当温度达到设定的极限值时，中央控制器发出紧急报警信号，并可以根据需要，接通断路器的分励脱扣器，进而断开电源。智能母线槽能实时准确地监测母线运行过程中接头的温度情况，当接头出现温度异常后，能及时发出故障报警信号，确保母线长期安全运行。

5 采用母线槽供电的优势

5.1 承载能力强，线路简单，易施工

母线槽载流量可以选用 4000A，可以承载设备2693 kW，单根电缆最大只能承载设备234 kW。采用母线槽供电，配电系统简单清晰，一目了然。工程当中采用4根母线槽替代 53 根电缆，大大简化了配电系统，减少了电缆敷设的工作量。尤其是当大量电缆在配电房处汇聚时，电缆相互交错，施工难度大，采用母线槽根数少，无交错，方便施工。母线槽是由3m～6m的长度多段组成的，单根长度短，体积小，占用的安装空间很少，容易安装、拆卸、扩展。

5.2 扩展性强

工业项目投入使用后，经常遇到工艺更新换代，设备调整等改造。采用电缆供电，一旦施工完成，长度及路径固定，无法扩展。后期增加容量时，只能从配电房重新拉线供电，此时往往会因为设备管道层层叠叠，施工困难重重。采用母线槽供电，一次施工时，可预留插接口，后期增加供电点时，只要在插接口处配置插接箱，引出分支电缆即可，施工方便，投资少。

5.3 使用安全

电缆表面为聚乙烯或聚氯乙烯材料，该绝缘层抗机械损伤的能力差。电缆在敷设过程中，由于现场环境较复杂，安装时不按规范施工，容易造成电缆机械损伤，且不易察觉。在使用过程中，电缆也容易受到鼠虫的损伤，造成短路事故［3］。母线槽的外壳为经过绝缘处理的金属封闭外壳，可以避免外部机械、动物及人为的损伤，更加安全可靠。由于电流的热效应，负载电流通过电缆时，必然导致导体发热，同时电荷的集肤效应，以及钢铠的涡流损耗、绝缘介质损耗，也会产乍附加热量，从而使电缆温度升高。大量电缆堆积，不利于电缆散热。过高的温度，会加速绝缘的老化，以至绝缘被击穿，容易引发电气火灾。母线槽利用空气传导散热，并通过紧密接触的钢制外壳，把热量散发出去，不会形成热堆积甚至绝缘击穿，因此安全性更好。

5.4 寿命长

电缆的使用寿命一般可达15年～20年，母线槽的寿命一般可达30年～50年。20年后，电缆达到使用寿命后，需要及时更换，母线槽还能继续使用。

5.5 经济合理

首期投入成本高，是母线槽的一大特点。本工程采用母线槽供电，前期投资成本会比电缆增加11.7% 。但是母线槽使用寿命较长，后期扩展性强，且线损比电缆小，因此全生命周期内，母线槽的经济更合理。且母线槽拆卸后可以重新组装，重复使用，节约成本。

6 母线槽的施工及使用注意事项

(1) 母线槽不能直接与会振动的设备连接。一般情况下，需要考虑用硬铜排加软连接用，消除震动对母线槽系统的影响。

(2) 膨胀母线可以补偿母线直线段因热胀冷缩或穿越建筑物伸缩缝时，引起长度变化。每个伸缩母线单元的伸缩范围，为±25 mm。通常，直线段每隔50 m，应安装一个膨胀母线单元。

(3)母线槽穿过竖井、墙壁、楼板或进入配电箱、柜的孔洞处，采用防火堵料密实封堵。

(4)母线槽应注意防止湿气、灰尘和杂物侵入。母线槽安装时，穿墙和穿越每层楼板面时，在洞口处，要防止因土建施工将水或混凝土渗进母线槽内部，造成绝缘等级降低甚至破坏。母线槽终端须加保护，插接口未用时须处于关闭状态，否则会导致异物进入。

(5)母线槽运行中，应排查线路的四周是否存在渗水、凝露等现象，是否存在对系统构成机械损伤的威胁，是否存在影响母线槽系统温升的热源。本工程地处福建，潮气较重，特别是每年的4～6月，要保持母线槽使用环境的干燥。

7 结语

母线槽系统是一种安全、可靠、紧凑、高效、定制化的低压电能传输方案，可以替代传统电缆，为使用者和安装者节省时间、空间，减少电能损耗。负载输出侧可以采用插接单元，按需设置，灵活高效，空间占用小。设备容量较大的工业厂房，在动力配电设计中，采用母线槽供电，可简化配电工程，降低施工难度，便于后期改造扩展。母线槽散热性能好，使用安全，寿命长，全生命周期经济合理，是此类工业厂房配电工程一个很好的选择。

参 考 文 献

［1］中国航空规划设计研究总院有限公司组编.工业与民用供配电设计手册( 第四版)［M］．北京: 中国电力出版社，2017．

［2］王有新，张少勇，王建云．母线槽在工业厂房配电工程中的应用分析［J］． 中国战略新兴产业，2018．

［3］上海某科技有限公司供电工程施工方案及设计图纸。