淺析母線槽和電纜在低壓配電系統(tǒng)中的對比與應(yīng)用
李茫茫
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 2018011
摘 要：母線槽和電纜在低壓配電系統(tǒng)中占著主要位置，兩者在配電系統(tǒng)中的不同場合的應(yīng)用，各自有不同的優(yōu)缺點(diǎn)。傳統(tǒng)的母線槽正在受到電纜尤其是分支電纜的挑戰(zhàn)。多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明，二者在產(chǎn)品性能、應(yīng)用領(lǐng)域和經(jīng)濟(jì)成本等方面各有千秋，不能簡單地下結(jié)論。本文對電纜和母線槽做了多方面的比較，可供大家在實(shí)際工作中參考。
關(guān)鍵詞：母線槽；電纜；低壓配電系統(tǒng)；
0引言
20 世紀(jì) 90 年代以前低壓配電系統(tǒng)中一直由電纜擔(dān)負(fù)著輸配電的重要角色。但 90 年代以來，母線槽系統(tǒng)逐漸被引進(jìn)和開發(fā)，并迅速在供配電工程中得到廣泛應(yīng)用。它與傳統(tǒng)輸電器材相比有著其獨(dú)特的性能優(yōu)勢，比如載流量大、過載能力強(qiáng)、分接方便、 散熱性好以及維護(hù)方便等。
1普通母線槽與電纜的性能特點(diǎn)
所謂普通母線槽，就是通過合理、安全的結(jié)構(gòu)，將幾根導(dǎo)體包裹在金屬外殼內(nèi)，組成一個(gè)整體的具有電氣連續(xù)性的輸配電系統(tǒng)。普通母線槽一般分為密集絕緣型和空氣絕緣型兩種。空氣絕緣型結(jié)構(gòu)簡單、輸送電流大、密集絕緣型結(jié)構(gòu)緊湊、散熱能力好。它們都有過載能力強(qiáng)、分接方便、占用空間小等特點(diǎn)。電纜分為 單芯電纜和多芯電纜。單芯電纜主要采用各種絕緣材料，將多股銅線包覆在絕緣層內(nèi)，作為某一相電流導(dǎo)體。多芯電纜則是將多根絕緣線芯絞合在一起，在包上外護(hù)套而形成的一整根完整的電纜。電力電纜的絕緣線芯數(shù)，通常為 1、2、3、4、5 芯，以及 4+1 和 3+2 芯等型號。電纜的主要優(yōu)點(diǎn)是選用靈活多變，環(huán)境適 應(yīng)能力強(qiáng)，但也有著其固有的局限性。下面從幾個(gè)主要方面對母 線槽和電纜進(jìn)行性能比較。
a)載流量
低壓電纜的截面積為 1000mm2，額定電流為 1600A。這么大規(guī)格電纜因其體積和重量過大，很少應(yīng)用于實(shí)際工程中。工程中一般常用的是 400mm2 及以下規(guī)格電纜，這就要求使用多根電纜來實(shí)現(xiàn)同時(shí)供電。而母線槽額定電流可達(dá) 6300A，其強(qiáng)大的載流能力是電纜根本無法比擬的。
b)過載能力
不論電纜還是母線槽，過載能力都取決于所用絕緣材料的工作溫度。母線槽絕緣材料的工作溫度為 105℃，現(xiàn)已開發(fā)出工作溫度為 140℃以上的輻照交聯(lián)阻燃纏繞帶 (PER) 和輻射交聯(lián)聚烴熱收縮管。而目前電纜所用絕緣材料的常期工作溫度一般為 90℃ 和 105℃，輻照交聯(lián)電纜的工作溫度為 125℃。因此，母線槽的過載能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電纜。
C)安裝分接
母線槽一般采用插接式安裝分接方法。所謂插接式母線槽，就是利用插接的方式把主干線的電源分接到支線去，每隔若干米就留有一個(gè)插接箱口，因此分接十分方便。而電纜需要在現(xiàn)場進(jìn)行分接，可靠性差，即便是預(yù)制分支電纜，也有其缺陷。分支電纜明顯的缺點(diǎn)，主要是需要向工廠定制分支連接器材，通常采用 開口的 “C” 型抱箍。時(shí)間久了，這種抱箍能否保證緊箍力也是問題。另外，分支電纜分支頭的價(jià)格不菲，因此預(yù)制分支電纜至今應(yīng)用面仍不廣。安裝分支電纜時(shí)，需要切斷樓面電源，而安裝母線槽時(shí)無須斷電，只要在空載情況下，取下母線槽的插接箱即可。但要切斷預(yù)制分支電纜的分支電源，在帶電的情況下操作是十分危險(xiǎn)的。
d)防火性能
普通電纜的絕緣層和外護(hù)套會(huì)燃燒。即使阻燃電纜在火焰下也會(huì)燃燒，只有在火焰離開后才燃燒。耐火電纜不會(huì)燃燒，但價(jià)格昂貴，只有在消防報(bào)警電路系統(tǒng)等不準(zhǔn)停電的場合才使用耐火電纜。而母線槽外殼是金屬的，不會(huì)燃燒，即使銅排的絕緣材料發(fā)生燃燒，火苗也不會(huì)危機(jī)到母線槽外面。
e)散熱性能
電纜的絕緣和外護(hù)套既是絕緣層，又是隔熱層。因此，為了保持電纜散熱，當(dāng)電纜在橋架內(nèi)敷設(shè)時(shí)，允許敷設(shè) 2 層，其原因主要是考慮散熱問題。而母線槽利用空氣傳導(dǎo)散熱，并通過緊密接觸的鋼制外殼，把熱量散發(fā)出去，因此它的散熱性能比電纜優(yōu)越的多。
f)運(yùn)行維護(hù)
母線槽的維護(hù)比較簡單。母線槽日常維護(hù)時(shí)，通常是測量外殼和穿芯螺栓的溫升、進(jìn)線箱的接頭溫升等，穿芯螺栓若采用 4.8 級則需要定期緊固，若采用 8.8 級的高強(qiáng)螺栓則不必定期堅(jiān)固。 而電纜因其材料易于磨損、易老化、壽命較短等因素限制，需要定期進(jìn)行檢查和維護(hù)，甚至更換。
2安裝施工
雖然電纜敷設(shè)安裝時(shí)在線路走向上靈活方便，但是工程中電纜一般都是要靠橋架支撐，所以電纜施工需要先安裝橋架，再鋪設(shè)電纜，分步進(jìn)行。而母線槽的安裝確實(shí)需要專業(yè)的安裝技術(shù)，但卻只需要按照產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)安裝程序即可，一次性完成安裝。另外，母線槽結(jié)構(gòu)緊湊，占用空間相對較小，易于管道、線路空間布置，且安裝方便。當(dāng)然，對于 400A 以下的小電流線路，因?yàn)樗x用的電纜截面相對較小、根數(shù)較少，使用電纜則顯得更為靈活。
3供電系統(tǒng)
母線槽供電系統(tǒng)通常是主干線從配電中心引出以散射狀靈活供電，而電纜供電則受分接難度大、載流量小、難以分散控制等因素限制，通常是“點(diǎn)對點(diǎn)”供電，特別是在高層建筑供電系統(tǒng)中，母線槽相比電纜的優(yōu)越性尤為突出。傳統(tǒng)電纜供電方式，每個(gè)樓層都需要單獨(dú)放線，電纜根數(shù)眾多。這樣的密集敷設(shè)方式，散熱性差、占用空間大、事故檢查難、維修難度大。而母線槽供電只要使用單一的中心母線槽系統(tǒng)，在每個(gè)樓層設(shè)置相應(yīng)容量的插接 箱進(jìn)行分流，即可達(dá)到供電目的。這種方式使得分接異常靈活，而且每個(gè)分支都有插接箱對分流變?nèi)萏幍谋Ｗo(hù)。因此，采用母線 槽更加安全、更加簡單、更加可靠。
4經(jīng)濟(jì)成本
母線槽相比電纜，總體來說，由于使用材料較好，工藝相對復(fù)雜，首期投入成本一般比電纜要大。但是，從長遠(yuǎn)來看，使用母線槽則優(yōu)越的多。當(dāng)前，母線槽使用壽命一般在 30 年至 40 年， 而普通電纜則只有 15 年左右的使用壽命。母線槽系統(tǒng)只要按照規(guī) 范安裝和運(yùn)行，基本上不需要更換部件，只需要對周邊環(huán)境例行檢查即可。而電纜則經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)接頭老化、絕緣層脫落等現(xiàn)象， 需要對某一段電纜進(jìn)行更換。另外，當(dāng)今市場上已經(jīng)有許多實(shí)力 較大的母線槽廠家推出鋁導(dǎo)體母線槽，且已大規(guī)模應(yīng)用于大型建筑。這類母線槽的采購價(jià)格遠(yuǎn)比電纜橋架的價(jià)格低，但使用性能卻高于電纜。對于首批投入資金緊張的用戶，完全可以選用此種母線槽。
5安科瑞ANDPF精密列頭柜介紹
5.1產(chǎn)品介紹
隨著數(shù)據(jù)中心的迅猛發(fā)展，數(shù)據(jù)中心能耗問題也越來越突出，高效可靠的數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)方案，是提高數(shù)據(jù)中心電能使用效率，降低設(shè)備能耗的有效方式。
AMC系列數(shù)據(jù)中心精密配電系統(tǒng)是針對數(shù)據(jù)機(jī)房末端設(shè)計(jì)的，能夠綜合采集所有能源數(shù)據(jù)的智能系統(tǒng)，為交直流電源配電柜提供電參量信息，并可通過通訊將數(shù)據(jù)上傳到動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對整個(gè)數(shù)據(jù)機(jī)房的實(shí)時(shí)監(jiān)控和有效管理，為實(shí)現(xiàn)綠色I(xiàn)DC提供可靠保證。
5.2安科瑞精密配電產(chǎn)品解決方案
1）交流系統(tǒng)
功能要求
遙測：輸入分路的三相電壓、三相電流、頻率、有功功率、有功電度；
遙信：輸入分路的過壓/欠壓，缺相，過流，頻率過高/過低，輸入分路的開關(guān)狀態(tài)，具備電流、功率需用量分析和統(tǒng)計(jì)，實(shí)現(xiàn)電壓、電流、頻率等參數(shù)的越限報(bào)警功能。
配置方案如圖1，
圖1 交流系統(tǒng)配置方案
2）直流系統(tǒng)
功能要求
遙測：輸入分路的電壓、電流、功率、電度；
遙信：輸入分路的過壓/欠壓，輸入分路的熔絲狀態(tài)，具備電流、功率需用量分析和統(tǒng)計(jì)，實(shí)現(xiàn)電壓、電流、功率等參數(shù)的越限報(bào)警功能。
配置方案如圖2，
圖2 直流系統(tǒng)配置方案
5.3產(chǎn)品選型
表1 精密列頭柜產(chǎn)品選型表
6安科瑞智能小母線監(jiān)控系統(tǒng)介紹
6.1產(chǎn)品介紹
針對數(shù)據(jù)中心智能小母線的監(jiān)控要求,安科瑞推出了AMB系列小母線監(jiān)控解決方案，該方案包括采集模塊、配套附件、監(jiān)控系統(tǒng),能對母線運(yùn)行過程中的各種參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，發(fā)生故障則進(jìn)行告警，以保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。
AMB檢測單元是針對數(shù)據(jù)中心智能小母線插接箱/始端箱的監(jiān)控要求新設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，該檢測單元安裝固定在插接箱/始端箱內(nèi)部，插接箱/始端箱采用與母線連通，它集成全部電力參數(shù)的測量(如單相或者三相的電流、電壓、有功功率、無功功率、視在功率、頻率、功率因數(shù))以及電能監(jiān)測和考核管理。同時(shí)可以實(shí)時(shí)監(jiān)控母線接口溫度，配合2路Rs45通訊接口（1進(jìn)1出）或LORA無線通訊，采用MODBUS-RTU協(xié)議可以方便可靠的將監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳至主控箱和后臺系統(tǒng)，保證系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行。
6.2產(chǎn)品選型
安科瑞智能母線測控儀表選型如表2，
表2 安科瑞智能母線測控儀表選型表
注：AMB100用于始端箱、AMB110用于插接箱、A-交流系統(tǒng)、D-直流系統(tǒng)可選配AMB10顯示器，顯示器只循環(huán)顯示電壓、電流參數(shù)。
7結(jié)束語
經(jīng)過分析比較，對于低壓配電系統(tǒng)中的重要干線選擇母線槽，顯然有其明顯優(yōu)勢。對于小電流分支線路，選擇電纜也有 其靈活方便的優(yōu)點(diǎn)，這就需要專業(yè)配電設(shè)計(jì)人員以實(shí)際需要進(jìn)行選擇配置。
【參考文獻(xiàn)】
[1]曾智權(quán).母線槽和電纜在低壓配電系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2016（19）：2469-2469.
[2]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊.2020.06版.
