关于铜排的载流量问题,其实很多人简单的会问多大的铜排载流量多少,但是这个是不科学的。因为载流量必须建立在允许温升的基础之上。这个道理很简单,假设我们允许铜排在75℃的环境下长期运行,那么如果环境平均温度只有25℃,铜排的允许温升就在75-25=50(℃),但是如果环境温度高达40℃,那么铜排的允许温升就只有75-40=35(℃),另外,在户外敷设的铜排由于受到光照的作用,其允许温升还要进行必要的修正。
网上流传着很多铜排的载流量表,这些表格大多来自于《电工手册》当中,但是电工手册毕竟不是国家标准,只是一本参考书。目前,在国家标准里,对于矩形裸铜排的载流量有明确规定的是《GB7251.1-2013低压成套开关设备和控制设备第1部分总则》中的第94页表N.1。并且对导体的功率损耗及修正做了严格的规定。如下表所示:

从规范的表面来看,这个规范是针对低压柜的,但是对于高压柜来说,只要确保铜排之间的安全距离,载流量的选择与低压柜是相同的,因为铜排载流量的选择与其发热有关,而发热的计算公式Q=I²t,其中的发热量只跟电流有关,与电压无关,因此考虑铜排载流量不需要考虑电压等级。当然,这个是针对裸铜排来考虑的,如果在铜排外面包封绝缘热缩套管的话会影响到散热,此时可以酌情考虑一定的修正系数(比如0.9)去进行修正后,保证选取的铜排截面有一定的裕量。这个标准也是适用于户内尤其是柜内的母线,对于户外或实际环境温度不同的情况,可以通过《DLT 5222-2005 导体和电器选择设计技术规定》中的表格进行修正。
最后,在确定了铜排的载流量后,还要验算其最小截面是否满足短路时的热稳定要求,也就是说哪怕铜排所在回路的额定电流只有1A,但是短路电流很大,那么也得按照短路电流校验过的截面去选择铜排,简单的说一个项目里选择的铜排最小截面不能低于最小热稳定截面,这也就不难解释为什么设计院选的铜排总是感觉偏大的原因了,其实还是为了整个系统的安全性着想。铜排的最小截面可以按照《DLT 5222-2005 导体和电器选择设计技术规定》中的公式(7.1.8)进行计算。记不住公式也没事,我们公众号中的“电器百宝箱”提供了热稳定最小截面校验的工具,只需要填入相应的参数就可以完成计算了。

需要提醒大家注意的是,额定电流如果大于5000A,就不要考虑采用铜排了,这个已经超出了矩形铜排的能力,需要选择管母线或槽型铜排,如下图所示:

上图为绝缘管母线

接地排的学名叫做“保护导体”,其截面的选择依据根据的是《GB 50054-2011 低压配电设计规范》中的相关表格(如下图):
至于保护导体为何规格选择如此之高,其实保护导体的选择一方面是通流量,另一方面则是更多地考虑了机械强度,毕竟一旦保护导体断裂会直接影响设备乃至人员的安全。
对于零线的选择,在《GB50217-2007电力工程电缆设计规范》中的规定是:

这个是针对电缆的规范,但是铜排和电缆同属于导体,可以套用。简单的说对于零线的选择,最重要的两个因素:
第一是不平衡度,按照不平衡度选择,如果你能确定这条回路都是三相平衡的负载(比如三相电动机),那么从节约成本的角度考虑中性线的排可以降低截面,但是不能低于50%相线排的截面,如果不能保证三相平衡,中性线的截面保持与相线相同即可。
第二种情况比较复杂,就是谐波,尤其是奇次谐波,这些谐波会在零线排上叠加出不平衡电流,这个电流严重时可能超过相线的电流,因此在考虑谐波的情况下甚至会出现极端情况就是零线排的电流会高于相线排,这种情况下通常要在系统里加装APF装置进行谐波治理。但是通常来说,有谐波的场合尽量将零线排与相线排的截面选取一致。
根据铜排的加工工艺,铜排的折弯分为平弯(最常用)、立弯和扭弯三类,其弯曲程度根据铜排的厚度,宽度有着严格的限制,具体如下:(此部分内容选自《GB 50149-2010 电气装置安装工程 母线装置施工及验收规范》)
值得注意的是,冷弯的铜排由于弯头处的应力发生改变,内部铜分子晶格被破坏,因此载流量会降低,这也就是通常折弯处的温升比较高的原因,折弯半径越小,其发热就越明显。
铜排的开孔通常只允许开圆孔,但是部分成套厂由于装配工艺的不达标采用了长圆孔进行配合,这样虽然降低了装配难度,却是不符合规范的,但是铜排和绝缘子连接的时候是允许使用长圆孔的,但是长圆孔的长度方向应当与母线的长度方向保持平行。
铜排的搭接与开孔应当符合《GB 50149-2010 电气装置安装工程 母线装置施工及验收规范》中的表3.2.2:
同时,对于铜排螺栓的连接力矩,《GB 50149-2010 电气装置安装工程 母线装置施工及验收规范》中的表3.3.3也是有着严格的规定,对于母线的验收可以采用力矩扳手的方式进行:
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