铜铝复合母线在低压成套设备中的应用规范（CQC-5TR-C01-2014）

1.适用范围 　　本规范适用于采用华铜公司生产的铜铝复合母线（产品工艺、参数及规格见附录C）的低压成套设备（主要包括成套电力开关设备和控制设备、公用电网动力配电成套设备和母线干线系统）。本规范规定了铜铝复合母线替换铜母线的截面对照表，给出了固定母线绝缘夹间距的计算方法。 　　2.规范性引用文件 　　下列标准对于本规范的应用是必不可少的。凡是注日期的引用标准，仅注日期的版本适用于本规范。凡是不注日期的引用标准，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本规范。 　　GB 7251.1-2013低压成套开关设备和控制设备 第1部分:总则 　　GB 7251.2-2006低压成套开关设备和控制设备 第2部分：对母线干线系统（母线槽）的特殊要求 　　GB 7251.5-2008低压成套开关设备和控制设备 第5部分:对公用电网动力配电成套设备的特殊要求 　　GB 7251.12-2013成套电力开关和控制设备 　　GB/T 9327-2008额定电压35kV(Um=40.5kV)及以下电力电缆导体用压接式和机械式连接金具试验方法和要求 　　GB/T 24277-2009评估部分型式试验成套设备（PTTA）短路耐受强度的一种方法 　　GB/T 25840-2010规定电气设备部件（特别是接线端子）允许温升的导则 　　DL/T 247-2012输变电设备用铜包铝母线 　　IEC 60865-1-1993短路电流效应计算 第1部分热及电动力 　　IEC 60865-2-1994短路电流效应计算 第2部分计算举例 　　IEC 60890-1987低压开关设备和控制设备部分型式试验组合装置用的外推温升评估方法 　　3.术语和定义 　　下列术语和定义适用于本规范。其中3.1、3.2、3.3引自DL/T 247-2012“输变电设备用铜包铝母线”，3.4至3.9引自GB 7251.1-2013“低压成套开关设备和控制设备第1部分:总则”、GB 7251.2-2006“低压成套开关设备和控制设备第2部分：对母线干线系统（母线槽）的特殊要求”。 　　3.1铜铝复合母线（引自DL/T 247-2012第3.1） 　　根据铜和铝特性，采用特定的工艺使铜、铝两种金属接触界面之间相互融合或扩散，形成紧密的冶金结合，成为双金属的复合导体，亦称铜包铝排或铜铝复合母线。 　　3.2界面结合强度（引自DL/T 247-2012第5.2.4） 　　铜铝复合母线中铜铝界面单位面积的结合力，用剪切强度来表示。 　　3.3铜层体积比（引自DL/T 247-2012第5.1.6） 　　铜铝复合母线中单位长度外层铜体积与铜铝复合母线体积的百分比。 　　3.4低压成套开关设备和控制设备（引自GB 7251.1-2013第3.1.1） 　　由一个或多个低压开关器件和与之相关的控制、测量、信号、保护、调节等设备，以及所有内部的电气和机械的连接及结构部件构成的组合体。 　　3.5主母线（引自GB 7251.1-2013第3.1.6） 　　连接一条或几条配单母线和/或进线和出线单元的母线 　　3.6配电母线（引自GB 7251.1-2013第3.1.7） 　　一个框架单元内的母线，它连接到主母线上，并由它向出线单元供电。 　　3.7额定电流（引自GB 7251.1-2013第3.8.10.1） 　　成套设备制造商宣称的电流值，在规定的条件下通以此电流，成套设备内各部件的温升不超过规定的限值。 　　3.8额定峰值耐受电流（引自GB 7251.1-2013第3.8.10.2） 　　成套设备制造商宣称的在规定条件下能够承受的短路电流峰值。 　　3.9额定短时耐受电流（引自GB 7251.1-2013第3.8.10.3） 　　成套设备制造商宣称的在规定条件下，依电流和时间术语定义的能够耐受的短时电流有效值。 　　4.铜铝复合母线对低压成套设备产品质量的影响因素识别 　　在低压成套设备中，导体材料会对电气设备寿命、安全性能及电气性能造成重要影响。 　　4.1电气设备的寿命 　　电气设备的寿命与导体材料的性能和质量有关，因此低压成套设备中所选用铜铝复合母线其性能参数首先要符合国家有关产品标准的要求，还要进行可靠性试验，以验证其能否满足设备使用寿命周期的要求。 　　4.2安全性能 　　在低压成套开关设备和控制设备中，电气安全性能参数主要指电气间隙和爬电距离，因此需要分析导体材料更换后，对设备电气间隙和爬电距离的影响。成套电气设备在工程项目选型中都要进行工程设计计算验证。 　　4.3电气性能 　　导体材料主要影响设备的温升和承受短路电流的能力，不同的导体材料，其直流电阻率不同，在相同电流下，达到所要求的温升其截面积不同。因此，在相同电流情况下，应研究在温升相同情况下铜铝复合母线和铜母线的截面对应关系。 　　设备承受短路电流动稳定的能力，主要取决于产品结构和紧固绝缘件的材质，固定导体绝缘夹之间的距离L，按照不同导体材料的屈服极限和承载电流即可以算出L值。至于短路电流引起的热稳定，只要截面积满足标准规定的温升要求，就可以满足热稳定需求。 　　5.铜铝复合母线的可靠性和使用寿命试验方法 　　铜铝复合母线是由铜、铝两种金属复合而成（铜材包覆铝材），铜、铝材料物理性能差异较大，影响其可靠性的主要因素就是能否承受热胀冷缩产生的应力。如果铜铝复合母线铜铝界面结合强度大于热胀冷缩产生的应力，铜铝复合母线就是可靠的。依据DL/T 247标准规定，铜铝界面结合强度 　　大于35MPa，就能够承受热胀冷缩产生的应力。 　　判定导体材料承受热胀冷缩应力的试验方法：按照GB 7251标准成套电气设备正常工作温度通常不会超过110℃，考虑极限情况，应在200℃温差下进行连续100次冷热循环试验，试验后界面结合强度不应低于35MPa。 　　判定导体材料使用寿命的标准是GB/T 9327-2008《额定电压35KV及以下电力电缆导体用压接式和机械式连接金具试验方法和要求》，按此标准进行1000次通电热循环试验，判定其能否满足成套电气设备使用寿命的要求。 　　6.铜铝复合母线替换铜母线对应的截面比例 　　设备的温升直接与导体的载流量有关，即与导体材料的直流电阻率和散热系数有关，不同的电流等级，不同的导体材料采用的导体截面不同。在我国低压成套开关设备和控制设备采用的基本上都是铜母线，因此计算出在相同的电流等级相同温升下，铜铝复合母线和铜母线的截面对应关系，就可确定铜铝复合母线截面尺寸。 　　导体的稳定温升通过下式计算： 　　7.短耐的验证及固定母线绝缘夹之间距离L值的计算 　　母线承受短路电流动热稳定的能力主要取决于固定母线绝缘夹之间的距离L，其次是母线的截面系数，当母线截面选定后，计算满足动稳定的最大L值。在产品设计和制造时L值必须小于计算值。 　　低压开关柜2500A以上，每相母线都由2根以上导体组成，在短路电流下，相与相之间母线存在电动力，同相母线之间也存在电动力，其计算很复杂，而且，其结构一般不能改变，无论采用什么导体材料，都必须满足该结构对短耐的要求，铜铝复合排替换铜排后，也必须满足原结构对短耐的要求。因此，对标准型低压开关柜短耐采取计算在短路电流下母线产生的弯曲应力，验证其是否小于材料允许的最大弯曲应力的方法。 　　对于非标准的控制柜，母线槽采用计算最大L值的方法，产品设计制造时L必须小于计算出的最大L值。 　　7.1低压开关柜动稳定的校验 　　以GCK为例，其弯曲应力的计算方法见附录A。 　　7.2固定铜铝复合母线绝缘夹之间距离L值的方法 　　在三相系统导体短路时中间相受到最大电动力：