任务要求

某母线出现过热、变形、绝缘子损坏、电压不平衡等故障，请分析其原因并处理，如图 7-5所示。

图7-5　母线槽

任务分析

该任务主要目的是帮助理解母线的材料、结构等基本理论和基本知识点，掌握母线敷设方式及截面的选择，以及在填埋过程中的注意事项。

知识学习

母线也称母排或载流排，是承载电流的一种导体，主要用于汇集、分配和传送电能，连接一次设备。

7.2.1 母线材料与截面形式的选择

常用的母线材料材质有铝、铜、铁三种。室内以硬母线为主，截面有矩形、槽形、管形。矩形母线散热条件好，易于安装与连接，但集肤效应系数大，主要用于电流不超过4 000 A的线路中；槽形母线通常是双槽形一起用，载流量大，集肤效应小，用于电压等级不超过35 kV，电流在4 000～8 000 A的回路中；管形母线的集肤效应最小，机械强度最大，还可以采用管内通水或通风的冷却措施，用于电流超过8 000 A的线路中；室外母线多采用钢芯铝绞线或单芯圆铜线。

7.2.2 母线布置方式的选择

母线布置方式的选择主要是指室内硬母线的方式。主要有三相水平布置，母线竖放；三相水平布置，母线平放；三相垂直布置，母线平放等形式，选择时可根据现场实际情况确定，如图7-6所示。

图7-6　母线布置方式

（a）三相水平布置母线竖放；（b）三相水平布置母线平放；（c）三相垂直布置母线平放

7.2.3 母线截面选择方法

1.按最大长期工作电流选择

按最大长期工作电流选择，需保证母线正常工作时的温度不超过允许温度，即要求母线允许载流量大于等于线路最大计算工作电流。

式中，Ial为母线允许的载流量；IΣC为线路最大计算工作电流。

此方法主要适用于发电厂的主母线、引下线、配电装置汇流母线、较短导体以及持续电流较小、年利用小时数较低的其他回路的导线。

母线实际允许载流量与导线材料、结构和截面积大小有关，与周围环境温度及母线的布置方式有关，周围环境温度越高，导线允许电流越小。实际周围环境温度与规定的环境温度不同时，需要对母线的允许载流量进行修正，引入温度校正系数k：

式中，t1为导线额定负荷时的最高允许温度；t0为敷设处的环境温度；t2为已知载流量标准中所对应的环境温度。

那么，非规定环境温度时，导线实际允许载流量应为

式中，为导线的允许电流；为线路最大计算工作电流；k为允许电流的温度校正系数。

2.按经济电流密度选择

此方法用于年利用小时数高且导体长度20 m以上，负荷电流大的回路。计算时，先根据式（4-2）或式（4-3）求得IΣC；再根据表4.19查得经济电流密度后，求得导线截面并标准化，最后对标准化后的导线截面除按最大长期工作电流校验外，还应进行母线的热、动稳定校验。

3.母线校验

（1）按最大长期工作电流校验，按要求应满足

（2）母线的热稳定校验：按最大长期工作电流及经济电流密度选出母线截面后，还应按热稳定校验。按热稳定要求的导体最小截面积为(www.daowen.com)

式中，I∞为短路电流稳态值；Ks为集肤效应系数，对于矩形母线截面积在100 mm2以下，Ks=1；tdz为热稳定计算时间；C为热稳定系数。

只要满足热稳定要求S＞Smin即可。

（3）母线的动稳定校验：各种形状的母线通常都安装在支承绝缘子上，当冲击电流通过母线时，电动力将使母线产生弯曲应力，因此必须校验母线的动稳定性。

安装在同一平面内的三相母线，其中间相受力最大，即

式中，为短路冲击电流；Kf为母线形状系数，当母线相间距离远大于母线截面周长时，Kf=1；l为母线跨距；a为母线相间距。

母线通常每隔一定距离由绝缘瓷瓶自由支承着。因此当母线受电动力作用时，可以将母线看成一个多跨距载荷均匀分布的梁，当跨距段在两段以上时，其最大弯曲力矩为

若只有两端跨距时，则

式中，Fmax为一个跨距长度母线所受的电动力，母线材料在弯曲时的最大相间计算应力为

式中，W为母线对垂直于作用力方向轴的截面系数，其值与母线截面形状及布置方式有关，如图7-7所示。

图7-7　母线截面形状及布置方式

（a）水平放置；（b）垂直放置

水平放置时，W=b2h/6；垂直放置时，W=bh2/6。

要想保证母线不致弯曲变形而遭到破坏，必须使母线的计算应力不超过母线的允许应力，即母线的动稳定性校验条件为

式中，表示母线材料的允许应力，硬铝母线；硬铜母线。

如果在校验时，，则必须采取措施减小母线的计算应力，具体措施有：将母线由竖放改为平放；增大母线截面积，但会使投资增加；限制短路电流值能使CσΣ大大减小，但须增设电抗器；增大相间距离a；减小母线跨距l的尺寸等。

工程中，当矩形母线水平放置时，为避免导体因自重而过分弯曲，并考虑到绝缘子支座及引下线安装方便，常选取绝缘子跨距等于配电装置间隔的宽度。

下列部位的母线不需进行母线热效应和电动力效应校验：

① 采用熔断器保护，连接于熔断器下侧的母线（限流熔断器除外）。

② 电压互感器回路内的母线。

③ 变压器容量在1 250 kV·A及以下，电压12 kV及以下，不至于因故障而损坏母线的部位，主要用于非重要用电场所的母线。

④ 不承受热效应和电动力效应的部位，如避雷器的连接线等。

任务检查

按表7-2对任务完成情况进行检查记录。

表7-2　任务完成情况检查记录表