母线槽与电缆的对比及其在配电设计中的应用

张煜

母线槽是由铜、铝母线柱构成的一种封闭式金属导电装置，最早出现在美国，以“Bus-Way-System”形式输配电，在户内低压的电力输送中越来越多地代替了电线电缆。20 世纪50 年代，我国从苏联引进母线槽研究试用，80 年代开始在一些项目上采用，90年代大量应用。在我国广州市，一般12 层以上的建筑物，配电间出线至各层的主干线，90%以上采用母线槽[1]；630kVA 及以上变压器至低压进线柜均采用母线槽；大型工业厂房、会展中心、酒店及商超等的配电系统，也大量采用封闭式母线槽；在体育场、机场、隧道、停车场等大空间的照明配电线路中，也有选用照明母线槽的方案。

在水泥工程中，随着项目产量规模的不断增大，大型用电设备越来越多，用电负荷也越来越大，同时项目建设电气施工周期却越来越短。母线槽具有载流量大、施工周期相对较短、使用寿命更长的特点，与电缆相比，具有一定的比较优势，与水泥工程的大型化高质量发展要求相适应。

本文将从母线槽的类型、母线槽与电缆的性能比较、母线槽的技术要求及母线槽在水泥工程中的选型等方面分别进行论述，供业界同仁参考。

1 母线槽的类型

1.1 按照绝缘方式分类

可以分为空气绝缘型母线槽（air insulated busways）、密集绝缘型母线槽（closed insulated busways）。空气绝缘型母线槽结构相对简单，输送电流较大，但散热较差；密集绝缘型母线槽结构更加紧凑，散热能力更强。母线槽的样式如图1 所示。

图1 母线槽

1.2 按照制式分类

可以分为三相四线制或三相五线制母线槽，选用时应根据项目实际情况而定。母线槽导体材质可以选择铜或铝，额定电流一般在100~6 300A，最大≯8 000A，防护等级最高可达IP68 等级。若有防火要求，还可选用耐火型母线槽，耐火型母线槽使用耐火绝缘材料取代了普通绝缘材料[3]。

1.3 母线槽和母线桥的区别

母线桥是一种将铜排跨接制作的矩形支撑保护体，结构相对简单，一般由高低压柜制造厂家配套提供，母线桥的样式如图2所示。而母线槽内部导体之间是用绝缘板隔开的，内部没有对流空间，采用标准件由专业厂家制造，可以设置插接分线盒，还可以在中间变容。

图2 母线桥

2 母线槽与电缆的性能比较

母线槽与电缆的性能比较见表1。

2.1 使用寿命比较

由表1 可见，母线槽比电缆的使用寿命更长，一般为电缆使用寿命的2~3倍[4]。

表1 母线槽与电缆的性能比较

2.2 载流量及电能损耗比较

母线槽是扁导体，具有散热好、阻抗低及载流量大的特点，额定电流一般可以达到6 300A，如此高的载流能力电缆难以达到。载流量相同的情况下，载流量630A 以上时,母线槽与电缆相比，用铜量节省15%~30%，电能损耗可减少15%左右。电缆敷设时需考虑桥架内电缆的散热温度和桥架内电缆的根数，而母线槽的敷设只需满足规范所规定的极限温升电流即可，这对于绿色工程建设具有积极意义。

2.3 安装比较

母线槽的安装相对方便，电缆的敷设布线比较灵活，但电缆敷设需额外安装电缆桥架，相比之下，母线槽施工工期短，安装费用较低，不会影响整体工程工期。母线槽可以采用插接方式安装分接，把主干线的电力电源引入不同的分支，现场分接比较方便。同时，母线槽配电安装一般采用树干式，而电缆配电一般是点对点的放射式，电缆在配电出入口会占用较大空间，而母线槽则占用空间小，这也是母线槽在高层建筑或大型厂房应用较多的原因。

2.4 成本比较

母线槽单价以直线段计量，安装费用一般包括在内。电缆单价不包括电缆桥架的费用以及电缆和桥架的安装费用。阻燃无卤低烟交联聚乙烯绝缘电缆（WDZ-YJY）单价与同载流量的4P 密集型母线槽价格接近，而阻燃交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套电力电缆（ZR-YJV）的成本优势较大[2]。

2.5 选型比较

对于用电负荷较小（630A 以下）、分支回路不多的场所，配电选择电缆更好；对于用电负荷较大（630A以上）、分支回路较多的场所，采用母线槽效果更佳。

对于水泥工程来说，配电室变压器出线至低压进线柜，采用母线槽更为合理；柴油发电机的出线柜，也可采用母线槽与相应低压柜连接；在大功率的低压变频柜、软启动柜与低压柜不并柜时，采用母线槽连接能节省现场施工时间；大型厂房一般对电量的需求量较大，在大型厂房中也可设置母线槽；在维修车间等需要移动式设备的使用场所，可选用滑触式母线槽。

目前，密集型母线槽市场占比已达75%左右，且适用于室内环境配电，室内配电可选用该类母线槽。

3 母线槽的技术要求及选型

3.1 母线槽的相关国家规范要求

（1）在GB 51348-2019《民用建筑电气设计标准》8.10 节“母线槽布线”中，对母线槽的设计进行了相关规定。

（2）在GB 7251.2-2006《低压成套开关设备和控制设备第二部分：对母线干线系统（母线槽）的特殊要求》中，对母线槽的相关参数试验提出了具体要求。

（3）在GB 50303-2012《建筑电气工程施工质量验收规范》和CECS 170-2017《低压母线槽应用技术规程》中，对低压母线槽的选用、设计、安装、验收和运行维护做出了规定。

（4）JB/T 9662-1999《密集绝缘干线系统（密集绝缘母线）》和JB/T 10327-2011《耐火母线干线系统（耐火母线槽）》，是国内母线槽的重要行业标准。

3.2 母线槽的关键技术要求

3.2.1 技术证书要求

母线槽生产厂家必须能提供3C 证书及3C 试验报告[6]。

3.2.2 设计要求

在设计时，必须明确母线槽额定电流、额定短路耐受电流、防护等级和极限温升。

3.2.3 温升要求

根据规范，母线槽的额定电流定义为极限温升条件下通过的电流，温升由绝缘材料的耐热等级决定。母线槽的温升是关键技术参数，规范对母线槽的温升参数有具体规定。控制导体电阻率和集肤效应系数，即控制铜导体的纯度和截面尺寸[2]，可控制母线槽温升。

3.2.4 母线槽连接要求

母线槽与变压器、柴油发电机等设备连接时，应采用柔性连接。母线槽的电源端和负载端应设置专门的始端箱。

3.2.5 防护要求

母线槽的外壳防护等级，应在技术参数中注明。根据规范要求，一般室内洁净场所，采用IP30及以上防护等级；室内普通场所，采用不低于IP40防护等级；室内有防溅水要求的场所，采用不低于IP54防护等级；室内潮湿场所或有防喷水要求的场所，采用IP65及以上防护等级；有防腐蚀要求的场所，采用IP68 防护等级的无金属外壳的全封闭树脂浇注母线槽。

3.2.6 防火要求

根据工程实际选择耐火母线槽时，应在设计中注明耐火时间要求，具体参数应参考GB 50016-2014《建筑设计防火规范》。

3.2.7 导体截面积要求

母线槽金属外壳与工程中的连接保护导体截面积，不应小于表2中的规定。

表2 连接保护导体截面积规定

3.2.8 智能化要求

母线槽智能化系统应具备总线和无线两种通讯方式。母线槽智能化系统，应具有遥测功能，能遥测母线槽的环境温度、湿度；遥测母线槽进线及分接单元的电流、电压、功率因数、有功功率、电能；遥测连接头的温度；宜有遥调、遥控等功能。分接单元内的智能断路器，宜有数据采集和通讯功能。

3.3 母线槽截面积的确定

母线槽的额定电流是母线槽重要的技术参数之一。满足额定电流的要求，需在设计中选取合适的母线槽截面积。母线槽截面积的选取，会对工厂配电的安全性、经济性、合理性及可靠性产生影响[5]。母线槽截面积可按照以下步骤确定。

3.3.1 确定计算电流Ijs

根据实际负载情况得到计算负荷，根据计算负荷得出计算电流Ijs。

3.3.2 确定额定电流IN

根据三点原则确定：一是额定电流IN必须大于计算电流Ijs，二是考虑不同母线槽的用途及温升要求，三是额定电流IN的确定应符合表3的要求。

表3 额定电流IN与计算电流Ijs的关系

3.3.3 初步确定母线槽截面积

通过额定电流IN确定母线槽的截面积，在实际工程中，业主大多要求母线槽截面积按大一级考虑，综合以上因素，即可初步确定母线槽截面积。

3.3.4 校验确认最终截面积

根据式（1），校验短路电流热效应下的截面积，确认母线槽最终截面积。

式中：

Smin——满足热稳定所需的最小截面积，mm2

Qt——短路电流引起的热效应，kA2·s

C——导体的热稳定系数

3.4 母线槽搭接母排的确定

在与变压器、低压柜连接时，需要考虑母线槽搭接母排。在搭接母排选择铜为导体时，根据水泥工程中常用到的几种负荷情况，其导体规格应不小于表4的要求。

表4 搭接矩形母排规格表

4 结语

目前，母线槽在实际工程中应用比例越来越高，与电缆相比，母线槽在大电流配电输送方面具有明显优势，耗铜量及电能损耗更少，更易满足消防要求，且占用空间少，更加美观。在水泥工程中采用母线槽，将更加绿色节能。