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    母線槽無孔連接的應用

    發布時間:2021-03-21 12:32:43 | 點擊:811   

    1概述

    在低壓成套開關設備的生產中,開關柜的結構不斷改進,從早期的PGL、GCL、GCK到現在的GCS、MNS.sIVAcON、OKAY等型號的低壓成套開關設備,開關柜的結構和防護等級不斷的提高,已經可以達到國家標準要求的分隔形式4和防護等級IP54或更高,而主母線槽(水平母線槽)的載流能力卻提高不多,一方面是因為母線槽的布局受到開關柜空間的限制,另一方面是因為大電流下母線槽連接困難的問題沒有解決。

    目前,低壓成套開關設備母線槽系統的連接主要是利用螺栓連接。螺栓連接在小電流、母線槽數量不多的情況下具有緊湊、可靠、方便等特點;而隨著用電設備的增加,開關柜的容量越來越大,用螺栓連接的缺點也日益顯露出來:由于需要在母線槽上鉆螺栓孔,造成母線槽截面不同,必然引起母線槽電流流線的畸變,如圖1所示。所以要求螺栓用孔盡可能的小以盡量減小對電流的影響,但是在配電房里進行拼柜的過程中不可避免的存在累積公差,開關柜的數量越多累積公差越大,往往造成配電母線槽和主母線槽的螺栓孔產生錯位。為了解決螺栓孔錯位問題,多數情況下是采取沖橢圓形孔或沖大孔。這就存在矛盾:螺栓孔開大了,嚴重影響母排載流量,螺栓孔開小了,安裝不方便。研究新的連接方法成了開關柜制造商的關注的焦點,無孔連接這種新技術逐漸成為設計人員研究的對象,并且取得一定的成功。目前已有多家廠家研究出形式各異的的無孔連接技術。筆者也于2001年開始對無孔連接技術進行研究,并設計出另一種與眾不同的無孔連接方式,經過產品試制和試驗,證明這種連接方法是行之有效的。

    2無孔連接的應用

    目前應用在低壓成套設備里的無孔連接方式,多數是采用異型母線槽作為配電母線槽。功能單元的電纜或銅排不是用螺栓直接與異型母線槽連接,而是靠特制的夾具固定在異型母線槽上,以滿足不同位置的連接要求,方便安裝,提高效率。

     

    筆者所采用的無孔連接方法是在水平母線槽不沖螺栓孔的情況下,通過特制的銅塊將配電母線槽與水平母線槽連接起來,用壓塊和螺栓緊固。圖2是這種連接方法的示意圖。

    我們知道,在母線槽連接處的電阻,除了母線槽本身存在的電阻外,還存在一個接觸電阻。這是因為:不論母線槽表面處理得如何光滑平整,在微觀環境下,母線槽表面也是凹凸不平的,如圖3所示,兩片母線槽之間的搭接實際上只有母線槽表面上無數小尖峰之間的接觸,電流流過搭接面的實際面積減少了,電流線發生嚴重的收縮現象,產生收縮電阻R,取其中一點分析其結構如圖4所示。另一方面,母線槽從加工完畢到裝在開關柜里有一定的時間差,很容易因為暴露在空氣里而形成一層薄膜(如氧化膜等),使電阻增大,稱為膜電阻R,。所以接觸電阻實際上是由這兩部分組成,即

    公式(1)只是說明接觸電阻的主要組成部分,實際上接觸電阻還受接觸部分的結構形式、材料、表面加工情況和通電電流大小等很多因素的影響,要準確地計算接觸電阻是很困難的。在實際工作中常用表示一定條件下接觸電阻與壓力的函數關系的經驗公式:叫

    由公式(2)可知,影響母線槽搭接面接觸電阻的主要因素有表面的條件K、m和所施加的壓力F。當母線槽表面處理和接觸面積確定了,則Kj、m也確定了,于是接觸電阻Rj與壓力F成為反比關系,壓力F越大,接觸電阻Rj越小。圖5是壓力對兩片銅導體連接處接觸電阻的影響曲線圖。

    3試驗驗證

    筆者根據多年來對低壓成套開關設備的開發設計、工程設計等經驗,利用上面接觸電阻與壓力成反比這個理論依據,設計了如圖2所示的無孔連接結構,在保證有足夠接觸面積的情況下,通過提高壓力的方法來減小接觸電阻,并先后兩次通過做樣柜進行通電驗證。

    第一次驗證(本公司溫升試驗室)

    低壓成套開關設備型號:MNSG;樣柜結構:進線柜基本骨架800×x800,饋電柜基本骨架600x800,采用C型槽板組裝而成;水平母線槽:采用2×120x10;安裝位置:頂部;外殼防護等級IP40;電流強度3200 A;電源和開關柜母線槽之間的連接導線:2x120x10 mm2x3 m。PC柜、MCC柜的配電母線槽與主母線槽(水平母線槽)的連接采用無孔連接方式(圖2所示);試驗方法和標準嚴格按照國家標準GB7251.1-1997的有關條款。對母線槽系統的關鍵處和搭接面進行測量,測得部分溫升記錄如表1。

    表1顯示,母線槽系統的溫升符合國家標準GB

    7251.1-1997的要求,也就是說設計的無孔連接方案是行之有效的。當然,要嚴格論證這種無孔連接技術的可行性,靠-一-次試驗結果是不夠的,必須經過多次不同電流強度的試驗來驗證,于是筆者結合公司低壓成套開關設備MNSG申請國家強制性產品認證(CCC)的需要,進行了第二次驗證。

    第二次驗證(本公司溫升試驗室和湖南電器研究所電器檢測實驗室)。

    低壓成套開關設備型號:MNSG;樣柜結構:進線柜基本骨架1000x1000,饋電柜基本骨架600x1000,采用C型槽板組裝而成;水平母線槽:采用4x125x10;安裝位置:頂部;外殼防護等級IP40;電流等級:5000 A;電源和開關柜母線槽之間的連接導線:6x120x10 mm'x3 m; PC柜、MCC柜的配電母線槽與主母線槽(水平母線槽)的連接采用無孔連接方式(圖2所示)。

    表2是本公司溫升試驗室的質檢人員按照國家標準GB7251.1-1997的有關條款對該樣柜進行溫升試驗,對整個母線槽系統的關鍵處和搭接面進行測量(測得部分溫升記錄)

    經過公司的質檢人員對樣柜進行溫升試驗后,認為此套樣柜的母線槽系統完全符合國家標準GB 7251.1-1997的要求,于是將該低壓成套開關設備(型號MNSG,短時耐受電流80kA,水平母線槽電流500OA)于2004年4月送至湖南電器研究所電器檢測實驗室,進行國家強制性產品認證(CCC)檢驗,結果順利通過各項試驗,并取得了國家強制性產品認證(CCC)檢驗報告。

    4結論

    這種母線槽無孔連接方式,實現了主母線槽不沖螺栓孔而配電母線槽可以在水平母線槽任意位置連接的目的,解決了水平母線槽跟配電母線槽連接難的間題。從試驗結果顯示,這種母線槽無孔連接方式,只要保證有足夠的接觸面積和接觸壓力,完全能代替螺栓連接滿足低壓成套開關設備對母線槽系統的要求,完全可以應用于生產中。一些重點工程如廣州國際會展中心低壓配電柜、京珠高速等工程都部分采用了這種連接方式,運行至今用戶反映良好。當然,受目前加工技術和工藝水平的限制,無孔連接技術大規模用于生產還存在一定的難度,如加工成本高等。但隨著技術的發展,工藝的提高,無孔連接技術大規模用于低壓成套開關設備的生產是可行的,特別是在空間小、電流容量大的情況。

     

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