3.3 母线
3.3.1 母线概述
母线起汇集和分配电能的作用。母线包括一次设备部分的主母线和设备连接线、“所用电”部分的交流母线、直流系统的直流母线、二次部分的小母线等。
1. 母线材料
常用的母线材料有铜、铝、铝合金和钢。各种材料的特点如下。
1）铜母线，电阻率低，抗腐蚀性强，机械强度大，是很好的母线材料，但价格较高。多用在持续工作电流大，位置特别狭窄或污秽对铝有严重腐蚀而对铜腐蚀较轻的场所。
2）铝母线，电阻率较大，为铜的1.7～2倍，但质量轻，仅为铜的30%，且价格较低，因此母线一般都采用铝质材料。
3）铝合金母线，有铝锰合金和铝镁合金两种，形状均为管形。铝锰合金母线载流量大，但强度较差，采用一定的补强措施后可广泛使用；铝镁合金母线机械强度大，但载流量小，主要缺点是焊接困难，因此使用范围较小。
4）钢母线，机械强度大，价格低，但电阻率较大，为铜的6～8倍。用于交流电时，有很大的磁滞和涡流损耗，故仅适用工作电流不大于300～400A的小容量电路中。
软母线常用多股钢心铝绞线，硬母线多用铝排和铜排，管形母线多用铝合金。
2. 母线的电流分布
一定材料，一定截面面积的母线，从发热的条件考虑有一定的允许电流，这个电流在单位截面面积上的分布称为允许电流密度。由对同一种材料来说，其允许电流密度随截面面积的增大而减小，这主要是受交流电的集肤效应和邻近效应的影响。所谓邻近效应是指两根靠近的导体通过交流电流时，产生交变的磁通，由于相互影响的结果，使导体中的电流分布不均匀，且向边缘集中。一般导体的截面面积越大，电流的频率越高，集肤效应越严重；距离越近，邻近效应越显著。
3. 母线型式和适用范图
常用的硬母线型式有矩形、槽形和管形等，如图3-20所示。
图3-20 母线的形状
1）矩形母线。散热条件较好，有一定的机械强度，便于固定和连接，但集肤效应较大。在机械强度允许的条件下，其厚度与宽度之比通常为1/12～1/5，为使集肤效应不致过大，单条矩形母线截面面积通常不应大于1250mm2。当工作电流超过最大截面面积的单条矩形母线允许电流时，可用两条或三条矩形母线并列使用，条间距离应大于或等于一条母线的厚度，以保证散热。由于邻近效应，母线并列使用后，散热条件变差，多条母线并列后其所承受的允许载流量并不能成比例地增加。矩形母线一般只用于35kV及以下，电流在4000A及以下的配电装置中。
2）管形母线。考虑到圆实心母线，由于集肤效应，中心利用率不好，而将其作成圆管形，这样不仅减小了集肤效应，而且还有利于散热，提高机械强度高，减小电晕放电。可用于电压在35kV及以上、大电流的配电装置中。
3）槽形母线。形状近似于方管，机械强度较好，载流量大，集肤效应较小。槽形母线一般用于4000～8000A的配电装置中。
4. 母线的布置
母线的布置方式对母线的散热条件、载流量和机械强度有很大的影响。母线的布置方式如图3-21所示。
图3-21 母线的布置方式
a）平放 b）立放 c）垂直布置
1）平放。这种布置方式比较稳固，机械强度高，耐短路电流冲击能力高，但散热条件差，载流量小。
2）立放。这种布置方式散热条件好，载流量大，但机械强度不如平放好，耐短路电流冲击能力差。
3）垂直布置。这种布置方式有平放和立放的优点，但配电装置高度增加。
5. 对投入运行的母线的基本要求
1）母线的载流量必须满足设计和规范要求。母线长期通过的负荷电流应小于母线的允许载流量，发生短路情况时要有足够的热稳定性。
2）新装和检修母线所使用的绝缘子、金具和导线应完好无损，对绝缘或拉力有要求的，应进行相关试验。
3）母线应具有足够的机械强度。母线作业时要承受母线上施工人员和工具的重力，在运行时要承受风、雪和冰的作用力，还要承受短路电流的冲击力。在这些力的作用下，母线不应发生变形和断线。母线一般用铝、铝合金或铜制成，这些金属有一些特性，经过冷加工后，其机械特性显著提高，即冷加工硬化。但是这些金属当加热到一定的温度再逐渐冷却，就会丧失在冷加工中获得的额外的机械强度，即退火。当电力系统发生短路时，电流很大，母线温度急剧上升。实验证明当母线短路发热温度超过200℃时，也会发生退火，机械强度降低。这样在短路电动力的作用下可能使母线弯曲、扭断。所以规定铝母线的短路发热量最高允许温度为200℃。
4）制作母线时应按相关规定进行，母线连接处应保持良好的接触，并应有防腐蚀、防震动和防伸缩损坏的措施。
5）安装母线时应测量各相带电部分之间、带电部分与地之间的距离，应大于规范要求的安全距离。
6）母线要排列整齐、美观，便于监视和维护。
6. 母线维护的基本要求
1）运行中的母线应进行巡视，特别加强对接头处的监视。
2）为判断母线接头处是否发热，应观察母线的涂漆有无变色现象，对流过大负荷电流的接头，可用红外线测温仪或半导体点温度计测量接头处温度。当测试结果超过下列数据时，则应减少负荷或停止运行。裸母线及其接头处为70℃；接触面为挂锡时为85℃；接触面镀银时为95℃。
3）配合电气设备的检修、试验，根据具体情况进行下列检修：①检查母线接头、连接螺栓是否完好，如有松动或其他问题应及时进行处理。②对绝缘子进行清洁。③对母线、母线的金具进行清洁，除去支架的锈斑，更换锈蚀的螺栓及部件，涂刷防护漆等。
7. 母线涂漆及排列
母线安装后，应涂油漆，主要是为了便于识别、防锈蚀和增加美观。母线油漆颜色应符合以下规定。
1）三相交流母线：A相——黄色，B相——绿色，C相——红色。
2）单相交流母线：从三相母线分支来的应与引出相颜色相同。
3）直流母线：正极——赭色，负极——蓝色。
4）直流均衡汇流母线及交流中性汇流母线：不接地者——紫色，接地者——紫色带黑色横条。
母线的相序排列。各回路的相序排列应一致，要特别注意多段母线的连接、母线与变压器的连接相序应正确。当设计无规定时应符合下列规定。
1）上、下布置的交流母线，由上到下排列为A、B、C相，直流母线正极在上，负极在下。
2）水平布置的交流母线，由盘后向盘面排列A、B、C相，直流母线正极在后，负极在前。
3）引下线的交流母线，由左到右排列为A、B、C相，直流母线正极在左，负极在前右。
3.3.2 母线常见故障、原因及其处理
母线发生故障，在电力系统中比较常见，而且造成的后果也比较严重。因为母线发生故障后，引起母线电压消失，则接于母线上的输电线路和用电设备将失去电源，造成大面积停电。
1. 母线常见故障及故障原因
（1）母线连接处过热造成母线故障
母线在正常情况下，通过负荷电流，在线路或电气设备短路的情况下，通过远大于负荷电流的短路电流。连接处接触不良时，接头处的接触电阻增加，加速接触部位的氧化和腐蚀，使接触电阻进一步增加，如此恶性循环下去，造成母线接头处温度升高，严重时会使接头烧熔、断接。
（2）绝缘子故障造成母线接地
绝缘子包括支柱绝缘子和悬式绝缘子，用来支持或悬挂母线，并使其与地绝缘，或者使装置中不同电位的带电部分互相绝缘。当绝缘子发生裂纹、对地闪络、绝缘电阻降低等故障时，常使母线与地绝缘不能满足要求，严重时发生母线接地故障。
（3）其他造成母线失电的原因
1）母线对地距离或是相间距离小，造成对地闪络或相间击穿。
2）设计或安装不符合要求，引起母线故障。
3）运行超过设计的范围，引起母线故障。
4）气候异常恶劣，如严寒时母线表面积雪、积冰，造成母线受损，严重时造成母线断裂。
5）二次保护动作或电源中断造成母线失电。
2. 硬母线发热故障的处理
硬母线比较常见的故障是接头处发热，其主要原因是接头处接触电阻增大。接触电阻的大小跟接触面的大小、接触面的硬度、接触压力和接触面的氧化层等因素有关，所以在处理母线接头发热时，应根据具体情况采取不同的方法。
1）工作电流超过母线额定载流量而发热，应更换大截面面积的母线。
2）母线接头搭接面和紧固螺栓不符合母线安装规定，搭接面过小、小螺栓配大孔径，接触面不平整，造成的过热应对症处理。大螺栓可增加接触压力，大垫片可增大散热面积，可适实应用。
3）户外禁止铜铝接触，户内也应避免，以免电化学腐蚀。应尽量采用铜铝过渡板。
4）铜母线接头镀锡可防止接头发热状况，因锡比铜软，镀锡后改善了接触面的硬度，在螺栓压力下有利于增大接触面。