大电流母线桥的温升解决方案

巴西石油公司海上平台项目需要连接两段面对面布置开关柜的 4000A 母线桥，项目要求的技术参数为：额定电压 17.5kV 、额定工频耐受电压 38kV 、额定雷电冲击耐受电压 95kV 、额定电流 4000A 、额定频率 60Hz 、防护等级 IP42 、内部电弧故障等级 50kA 1s 。

针对该项目要求，工程师设计了三种方案，方案布置示意图见图 2 ，并进行了试验验证。

方案一：为满足参数要求，采用和开关柜主母线一致的 3 拼 120 × 10mm 母线水平安装（开关柜顶部配有强制冷却风机），母线桥壳体采用不锈钢材质以减少涡流损耗，为满足 IP42 防护等级要求，母线桥壳体没有通风孔，仅在箱体顶部留有压力释放板。

方案二：增加母线数量从 3 拼 120 × 10mm 改为 4 拼 120 × 10mm ，其它结构和方案一致。

方案三：母线采用 4 拼 120 × 10mm 母线，母线竖直安装， B 相母线与 A/C 相高度方向上错开，且 4 根母线两两一组，中间留有一定的距离。母线桥壳体在侧部、顶部增加通风孔，采用防水设计，以满足 IP42 要求，保证雨水不能进入母线桥；同时采用快速闭合式盖板，保证在内部电弧故障发生时，电弧仅从泄压板释放，而不会从通风孔处冲出，避免对人身及财物造成损伤。

 

方案一、二布置 方案三布置

图 2 方案布置示意图

根据标准对三种方案进行了温升试验， B 相温升的试验结果见图 3 。方案一温升试验结果最高点为 B 相母线中间的搭接处，温升 87.9K ，超标准 12.9K ；方案二试验结果， A/C 相温升明显降低，和 B 相点 1 相似，有 10K 的降幅，而 B 相最高点降幅非常小，仅有 1,1K ；方案三试验结果， A/C 相与方案二结果有 1 ～ 2K 的降幅，而 B 相则有大幅度降低，与方案二比较有 34K 的降幅，说明方案三的改进非常有效。

 

图 3 母线桥试验 B 相温升结果图

方案三 B 相温升大幅降低的原因分析：

1 ）首先母线垂直布置后，散热效果明显。而 B 相相对于 A/C 相高度错位提升，从相互间的辐射、对流影响看 B 相散热量提高，从交流电邻近效应影响看 B 相发热量都明显降低。 B 相母线两两一组之间留有 60mm 间隙，方案 2 相对于方案 1 提升了载流能力，降低了交流电阻，减少了发热。不同形状导体的载流系数见表 3 。

2 ）最主要的是壳体增加了通风孔，通风后对流增大，冷空气可以从侧部进入，从顶部通风孔将热量散出，根据 IEC60890 标准计算，母线桥壳体的柜体系数从 0.08 降低到 0.06 ，由于母线发热功率减少，方案三相对于方案二，壳体内部空气温升由 42K 降低到 24K ，和母线温升是一致的。

表 3   不同形状导体的载流系数  

	1	2	3	4	5	6	7	8
载流量 相对系数	1	1.18	1.25	1.28	1.5	1.54	1.57	1.71
交直流电阻相对系数 Kf	1.75	1.25	1.05	1.1	1.08	1.15	1.3	1