浅析密集母线在新能源领域中的应用

前言疫情过后的2023年，以光储直柔为核心的新能源建设开始步入快行道，随之也带动了相关低压电气设备的产业发展。作为大电流传输关键载体的密集母线的选用也成为工程设计和业主的关注重点，日前随全国低压成套开关设备及控制设备标准化技术委员会领导走访全国电气母线制造基地江苏扬中进行调研，对密集母线的性能及应用有了一个全新的认识。PART1有关密集母线的产品标准密集母线是母线槽(Busways)中一类产品分支，属于IEC61439-6《低压成套开关设备及控制设备第6部分母线干线系统》的产品范畴，用于交流1000V或直流1500V以下的与发电及电能转换设备、配电及控制设备间连接的电能传输成套设备。密集母线各载流母线间采用绝缘层缠绕或绝缘浇铸后，装配于金属或非金属外壳中。通过各类分接单元连接构成电力母线传输系统。IEC61439-6母线槽产品标准出于对设备安装使用安全的角度，仅对装配外壳后成品母线槽的绝缘、规定安装方式下额定载流量时的产品温升、机械碰撞和耐受机械负荷能力、电磁兼容、外壳的IP防护等级等安全项做了要求和验证方法，并为对母线的材质进行规定，但为客户更好的进行配电系统的安全防护设计，要求制造商提供母线槽的导体单位长度电阻、电抗及阻抗，以便于工程设计人员计算系统的回路电流特性及短路电流。PART2母线材质与使用分析目前密集母线槽的母线材质主要有，铜，铝两大类材质，由于两类导电材质的物理性能不同，母线槽的各自优缺点也十分明显：1导电性能上比较铜的电阻率为0.0185mm2/m，铝的电阻率0.0283mm2/m如果以铜的导电率为100%为准；工业纯铝的导电率为铜的60%左右。总体上看单位截面积的导体，铜导体的导电性能比铝合金导体高35%~40%，其导电性能更加出色。2轻便性上比较从导体密度上看，铝为2.7g/cm³，铜为8.9g/cm³，铜的密度约为铝的3.3倍，这导致同等载流量的情况下，铝的重量低于铜的质量。因此铜母线槽在使用时需要考虑到母线结构和工程安装中承重的问题。3机械性能的比较铜的化学稳定性较好，且强度和硬度较高。较铝母线的机械性能及抗高温变形等方面有着更好的优势。但铝则较为活泼，加入微量元素热处理后，可以制成铝合金提高化学稳定性，某些铝合金的强度也远大于铜。从机械强度和硬度上看，铝合金导体可以达到铜导体所具有具有机械性能优势。4导体截面的比较出于电阻和强度考虑，在同等载流量的情况下铝合金导体的截面积比铜导体更大，铜母线槽在有空间限制的场所使用更具优势。5经济性能比较自然界中铜资源相对有限，价格相对比价高；而铝资源相对更丰富，价格比较便宜。以等效导电性能的铜母线槽和铝合金母线槽为例，结合铝导体母线槽制造过程中的特殊工艺，铝导体母线槽约为同等载流量铜的成本3/5左右。6电能损耗的对比在关注能源使用效率的今天，各类低压装置日常使用中，电能损耗日益成为大众关心的技术指标。电能损耗是影响母线槽运行效率的重要因素，它通常和母线槽的电阻成正比。因铜导体的电阻比铝合金导体的电阻低，所以在额定电流相同的情下，铜母线槽的电能损耗比铝合金母线槽低。7铜铝复合母线分析铜铝复合母线是近期较为热议的母线类型，基本结构是在铝导体的外表面采用锻压或电镀的方式附上一层1mm左右的铜层，利用电流的肌肤效应实现降低电能传输损耗的愿望。从国际范围内看尚无通用的铜铝复合母线产品标准，参考我国DL/T247-2012《输变电设备用铜铝复合母线》的行业标准，推荐铜铝复合母线的最大电阻率为0.026mm2/m，基本与铝母线的电阻率相当。因此铜铝复合母线在低负荷传输时电流的肌肤效应可能会降低线路损耗，但在大电流高负荷电力传输时，靠肌肤效应降低线路电损的意义不大。同时铜铝两类金属复合不实，存在间隙也有局部发热或发生电化学腐蚀的可能性。PART3新能源电力系统中母线的选用综上所述，在母线槽材质的选择中，铜导体和铝合金导体虽然各有千秋。铝导体相对来的经济性虽然可以帮助客户节省前期的工程项目投入成本，但铜导体的导电能力更强，相对铝合金导体的电能损耗更低，更有利于长期的节能降耗。特别是作为长期干线能源传输的新能源装置母线槽，选用铜材质密集母线槽可减少安装空间，提高传输能力，同时根据不同安装环境选用不同防护等级的密集母线槽也能提高系统运行的可靠性