铜铝复合导体在母线槽中的应用分析

吴永季

摘要：铜铝复合母线是属于母线槽结构中的一种新型导体材料，它的广泛应用推广能够有效地减少母线槽对金属铜的依赖性，降低我国输配电事业对铜资源的大量消耗。本文将从行业现状、电气性能、短耐能力、电气寿命等几个方面对其展开一个详细分析和理论探讨，期望为我国母线槽行业后续发展研究提供有价值的技术参考。

关键词：铜铝复合母线;导体;母线槽

引言：

母线槽系统作为各类输配电线路系统中至关重要的组成部分，自1980年引入以来，便凭借其产品安装便捷、性能安全、载流量大、能耗低等诸大优势普遍广泛运用于输配电系统中。铝母线虽然成本低、重量轻，但电气性能、机械性能，使用寿命上都不如铜母线，所以母线槽的导体基本上以金属铜作为其载流导体。铜是一种比较稀有的有色金属化学材料，市场上的价格也逐年升高。因此铜铝复合母线在母线槽领域的占比呈现较快增长趋势。

一、铜铝复合型母线在母线槽行业的现状

母线槽主要分为密集型、空气型和浇注型母线槽，不同类型的母线槽适用于不同的领域。密集型母线槽呈现“三明治”结构，其绝缘主要依赖绝缘薄膜，利用导体间的热传导进行散热，由于其电流密度大，载流量大，体积小的特点多用于工业厂房、商业中心等;空气型母线槽利用绝缘件支撑裸母线，主要依靠空气绝缘，其馈电方便、维护简单、电流小的特点，多用于数据机房等;浇筑型母线槽分耐火类与非耐火类，利用多种混合剂浇注在铜排间绝缘，其特点是防护等级高，多用于化工、消防等领域。

根据电工委2016年数据统计，母线槽同年共生产约1300万米，每米母线槽使用铜排按30kg/m计算，共用铜39万吨，换成铜铝复合型铜排按21.9kg/m计算，用铜铝复合排28.5万吨，用铜量约为11.4万吨，可节约用铜量71%。可见推广铜铝复合型母线应用在母线槽领域里的必要性。

国家电气工业协会早在2010年提出并组织制定了有关铜铝复合母线的相关标准CEEIA B220-2010《電工用铜铝复合母线》，电器企业联合会也在2012年相应组织制订了电力行业标准DL/T247-2012《输变电设备用铜包铝母线》，并组织了铜铝复合母线的《中国电力认证》。国家和行业组织对使用铜铝复合母线进行规范，并起到了一定的推广作用。

二、铜铝复合型母线在母线槽行业的技术指标

（一）、电气性能

对于母线槽设计者而言，母线槽的主要电气性能指标为母线槽的温升。铜铝复合母线作为载流导体，它的温升至关重要。根据GB/T 7251.6-2015相关标准要求，母线槽使用环境温度不超过40℃，其载流母线的温升不得超过95K。在一定条件下，在通过导体电流大小一定的情况下，导体的发热与其导体材料的导电率有关。

铜铝复合母线是由铜和铝两种导体组成。由于铜和铝的导电率有显著差异，铜的导电率远比铝的导电率高，所以铜导体和铝导体的体积比决定了铜铝复合型母线的导电率。在同一载流量的情况下，铜导体的占比越高导体温升越低。对于用户而言，在保证母线槽达到所需载流能力的情况下，选择铜占比小的母线更经济;对于制造商而言，铜占比越小，其制造难度越大，稳定性也更难保证，对产品的制备生产过程能力更难控制，生产成本也会相应的提高。这是现阶段铜铝复合型母线槽市场混乱的根源。

（二）、短耐能力

在供配电系统中，交变电流通过母线槽导体时，载流导体会在母线槽周围产生交变磁场，使得其他载流导体在该磁场下产生电动力。当配电设备发生短路故障时，母线槽所需承受的电动力是正常运行的几十倍。电流越大，母线槽所需承受的电动力越大。要得到市场的广泛认可，铜铝复合母线作为一种型新的导体复合材料，就必须对其短时耐受能力进行验证。

关于铜铝复合型母线的短时耐受能力，厂家需要依据GB/T 7251.1《低压成套开关设备和控制设备》中10.11条款试验方法，设计符合试验要求的母线槽送检，以验证母线是否适合使用在母线槽系统中。国家质量认证中心数据显示取得3C认证报告的铜铝复合型母线槽厂家已有十几家。例如江苏华强、北京华北长城等。对400A-6300A的母线槽进行了3C型式试验，测试结果都合格，获得相应的报告。

（三）、电气寿命

关于铜铝复合母线电气寿命，制造商和用户都会担心的问题是母线是否会因为热胀冷缩应力而分离，需要引入界面结合强度和可靠性两个关键性指标来验证。

关于铜铝复合型母线的界面结合强度，我们通过对不同规格的铜铝复合母线进行了0—200℃，100次热循环试验来验证。200 ℃温差热胀冷缩产生的应力没有破坏它，而母线槽正常使用温度不超过130℃，因此使用是安全的。此试验验证了母线界面结合强度没有降低，关于铜铝复合型母线的可靠性，上海电缆研究所历时8个月，依据标准GB/T 9327《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》，对铜铝复合型母线进行了1000次热循环试验，母线的电阻比率和离散度都满足标准要求，测试结果都合格。充分说明了铜铝复合型母线材质没有发生改变，满足电控、配电设备的使用寿命的标准要求。

结束语：

随着中国特色社会主义经济的不断蓬勃发展、我国城乡交通一体化发展的逐步加快、经济的快速发展和现代城市化进程的加快，人们对输配电系统的安全性能和使用成本控制的要求越来越严格。此外，目前国家始终坚持“低碳环保、节能减排”的清洁能源安全政策。而利用铜铝复合母线发电导体的综合生产应用工艺，不仅可以有效提高母线槽的综合性能，还可以有效降低使用铜铝等金属元素发电资源的大量消耗。它可以代替复合铜母线导体，作为核心材料代替应用材料，是我国电气设备输配电技术的重要进步。本文对母线电气性能、短耐性能、使用寿命进行了深入分析。铜铝复合型导体用于母线槽的应用，有望为我国输配电系统的后续发展提供有价值的技术参考。

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