CQC-5TR-C01-2014 铜铝复合母线在低压成套设备中的应用规范.pdf 
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C Q C 产 品 认 证 技 术 要 求 CQC-5TR-C01-2014 铜铝复合母线在低压成套设备中的应用规范 Implication specification for Copper Aluminum compound bus bars used in low-voltage switchgear assemblies 2014-12-01 发布 2014-12-01 实施 中国质量认证中心 发布 前 言 本规范是低压成套设备 CCC 认证中使用铜铝复合母线的技术依据。 本规范按照 GB/T 1.1-2009 给出的规则起草。 为落实国家发改委、商务部、质检总局、国家标准委、中国电器工业协会和中国有色金属工业 协会等机构联合提出的“推广铜铝复合母线的指导意见”的政策和要求，在 CCC 产品认证中引导企 业的“节能、节材”技术应用，特制定本规范。 本规范根据我国低压成套设备应用铜铝复合材料的现状制定。 本规范由中国质量认证中心提出并归口。 本规范由中国质量认证中心发布，版权归中国质量认证中心所有，任何组织及个人未经中国质 量认证中心许可，不得以任何形式全部或部分使用。本技术规范作为 CCC 认证中使用铜铝复合母线 的技术依据，未通过中国质量认证中心认证的产品不得明示符合此规范。 本规范主要起草单位：中国质量认证中心 本规范参与起草单位：上海电器科学研究院、苏州电器科学研究院、天津电气传动设计研究所、 上海理工大学、苏州华铜复合材料有限公司、厦门 ABB 电控设备有限公司、上海西门子电气、正泰 集团。 本规范主要起草人：陈昕，陈建兵 本规范参与起草人：陈剑，赵晓华，徐虹，蔡晓玮，鲍幸，刘振东，忻尚芝，夏鲲，白志胜， 许先灶，刘魁，顾佳洁，张坚华，黄吉祥，张全成，刘娜，岳葆林。 I CQC-5TR-C01-2014 铜铝复合母线在低压成套设备中的应用规范 1. 适用范围 本规范适用于采用华铜公司生产的铜铝复合母线（产品工艺、参数及规格见附录C）的低压成套 设备（主要包括成套电力开关设备和控制设备、公用电网动力配电成套设备和母线干线系统）。本规 范规定了铜铝复合母线替换铜母线的截面对照表，给出了固定母线绝缘夹间距的计算方法。 2. 规范性引用文件 下列标准对于本规范的应用是必不可少的。凡是注日期的引用标准，仅注日期的版本适用于本 规范。凡是不注日期的引用标准，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本规范。 GB7251.1-2013低压成套开关设备和控制设备第1部分:总则 GB7251.2-2006低压成套开关设备和控制设备第2部分：对母线干线系统（母线槽）的特殊要求 GB7251.5-2008低压成套开关设备和控制设备第5部分: 对公用电网动力配电成套设备的特殊要 求 GB7251.12-2013成套电力开关和控制设备 GB/T9327-2008 额定电压35kV(Um=40.5kV)及以下电力电缆导体用压接式和机械式连接金具试 验方法和要求 GB/T24277-2009 评估部分型式试验成套设备（PTTA）短路耐受强度的一种方法 GB/T25840-2010 规定电气设备部件（特别是接线端子）允许温升的导则 DL/T247-2012输变电设备用铜包铝母线 IEC60865-1-1993 短路电流效应计算第 1 部分热及电动力 IEC60865-2-1994 短路电流效应计算第 2 部分计算举例 IEC60890-1987 低压开关设备和控制设备部分型式试验组合装置用的外推温升评估方法 3. 术语和定义 下列术语和定义适用于本规范。其中3.1、3.2、3.3引自DL/T 247-2012“输变电设备用铜包铝 母线”，3.4至3.9引自GB 7251.1-2013“低压成套开关设备和控制设备第1部分:总则”、GB7251.2-2006 “低压成套开关设备和控制设备第2部分：对母线干线系统（母线槽）的特殊要求”。 1 CQC-5TR-C01-2014 3.1铜铝复合母线（引自DL/T 247-2012第3.1） 根据铜和铝特性，采用特定的工艺使铜、铝两种金属接触界面之间相互融合或扩散，形成紧密 的冶金结合，成为双金属的复合导体，亦称铜包铝排或铜铝复合母线。 3.2界面结合强度（引自DL/T 247-2012第5.2.4） 铜铝复合母线中铜铝界面单位面积的结合力，用剪切强度来表示。 3.3铜层体积比（引自DL/T 247-2012第5.1.6） 铜铝复合母线中单位长度外层铜体积与铜铝复合母线体积的百分比。 3.4 低压成套开关设备和控制设备（引自GB 7251.1-2013第3.1.1） 由一个或多个低压开关器件和与之相关的控制、测量、信号、保护、调节等设备，以及所有内 部的电气和机械的连接及结构部件构成的组合体。 3.5 主母线（引自GB 7251.1-2013第3.1.6） 连接一条或几条配单母线和/或进线和出线单元的母线 3.6配电母线（引自GB 7251.1-2013第3.1.7） 一个框架单元内的母线，它连接到主母线上，并由它向出线单元供电。 3.7额定电流（引自GB 7251.1-2013第3.8.10.1） 成套设备制造商宣称的电流值，在规定的条件下通以此电流，成套设备内各部件的温升不超过 规定的限值。 3.8 额定峰值耐受电流（引自GB 7251.1-2013第3.8.10.2） 成套设备制造商宣称的在规定条件下能够承受的短路电流峰值。 3.9额定短时耐受电流（引自GB 7251.1-2013第3.8.10.3） 成套设备制造商宣称的在规定条件下，依电流和时间术语定义的能够耐受的短时电流有效值。 4. 铜铝复合母线对低压成套设备产品质量的影响因素识别 在低压成套设备中，导体材料会对电气设备寿命、安全性能及电气性能造成重要影响。 4.1电气设备的寿命 电气设备的寿命与导体材料的性能和质量有关，因此低压成套设备中所选用铜铝复合母线其性 能参数首先要符合国家有关产品标准的要求，还要进行可靠性试验，以验证其能否满足设备使用寿 命周期的要求。 2 CQC-5TR-C01-2014 4.2安全性能 在低压成套开关设备和控制设备中，电气安全性能参数主要指电气间隙和爬电距离，因此需要 分析导体材料更换后，对设备电气间隙和爬电距离的影响。成套电气设备在工程项目选型中都要进 行工程设计计算验证。 4.3 电气性能 导体材料主要影响设备的温升和承受短路电流的能力，不同的导体材料，其直流电阻率不同， 在相同电流下，达到所要求的温升其截面积不同。因此，在相同电流情况下，应研究在温升相同情 况下铜铝复合母线和铜母线的截面对应关系。 设备承受短路电流动稳定的能力，主要取决于产品结构和紧固绝缘件的材质，固定导体绝缘夹 之间的距离 L，按照不同导体材料的屈服极限和承载电流即可以算出 L 值。至于短路电流引起的热 稳定，只要截面积满足标准规定的温升要求，就可以满足热稳定需求。 5. 铜铝复合母线的可靠性和使用寿命试验方法 铜铝复合母线是由铜、铝两种金属复合而成（铜材包覆铝材），铜、铝材料物理性能差异较大， 影响其可靠性的主要因素就是能否承受热胀冷缩产生的应力。如果铜铝复合母线铜铝界面结合强度 大于热胀冷缩产生的应力，铜铝复合母线就是可靠的。依据 DL/T247 标准规定，铜铝界面结合强度 大于 35MPa，就能够承受热胀冷缩产生的应力。 判定导体材料承受热胀冷缩应力的试验方法：按照 GB7251 标准成套电气设备正常工作温度通常 不会超过 110℃，考虑极限情况，应在 200℃温差下进行连续 100 次冷热循环试验，试验后界面结合 强度不应低于 35MPa。 判定导体材料使用寿命的标准是 GB/T9327-2008《额定电压 35KV 及以下电力电缆导体用压接 式和机械式连接金具试验方法和要求》，按此标准进行 1000 次通电热循环试验，判定其能否满足成 套电气设备使用寿命的要求。 6. 铜铝复合母线替换铜母线对应的截面比例 设备的温升直接与导体的载流量有关，即与导体材料的直流电阻率和散热系数有关，不同的电 流等级，不同的导体材料采用的导体截面不同。在我国 低压成套开关设备和控制设备采用的基本上 都是铜母线，因此计算出在相同的电流等级相同温升下，铜铝复合母线和铜母线的截面对应关系， 3 CQC-5TR-C01-2014 就可确定铜铝复合母线截面尺寸。 导体的稳定温升通过下式计算： （1） i2KfR 是导体电阻损耗产生的热量，て KA 是通过辐射和对流散发的热量，当导体产生的热量和 通过辐射、对流散发的热量平衡时，达到稳定温升。 其中：i 为试验电流峰值（A）； L 为导体长度（m） ； S 为导体截面积（m2）； A 为导体表面积（m2）； Kf 为趋肤系数； K 为总散热系数，是辐射和对流散热系数及导体散热系数的总和。 计算铜母线和铜铝复合母线截面比例时，温升相同，电流相同，导体长度相同。趋肤系数 Kf， 截面较小时，铜铝复合母线与铜母线之间的差异可以不考虑，这里作为常数进行计算。总散热系数 K 是辐射和对流散热系数及导体散热系数的总和，铜母线和铜铝复合母线的试验结构及环境条件相 同，辐射和对流散热系数相同，在计算时视为常数。此时 i2KfL/K 视为常数，用 F 来代表。 导体厚度设为 a，宽度设为 h，截面积 S=a×h，散热表面积 A=2（a+h）L，单位长度散热表面积 A=2（a+h）（L=1m）。因此，温升取决于导体直流电阻率ρ和导体尺寸 a 和 h。 设铜母线温升为て T，铜铝复合母线温升为て F。 则： （2） （3） [ah（a+h）]F 为铜铝复合母线截面参数，ah（a+h）为铜母线截面参数。其中：ρT=0.01777， ρF=0.02554，分别是铜母线和铜铝复合母线 20℃时的直流电阻率。 通过公式 2 和公式 3， 令て T = て F 可以计算出在同等温升下铜母线和铜铝复合母线的截面比值。 然后通过计算和试验验证，铜铝复合母线用在低压成套开关设备和控制设备中替换铜母线的截面对 照表如下： 4 CQC-5TR-C01-2014 mm 表 1 铜铝复合母线替换铜母线规格对照表（宽度相同，厚度调整） 单位：mm 铜铝复合母线替换铜母线规格对照表（铜铝复合母线宽度不变，厚度增加 33%） 30 40 50 60 80 100 120 140 160 180 200 3 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 5.3 5.3 5.3 5.3 5.3 5.3 5.3 5.3 5.3 5.3 5.3 5 6.7 6.7 6.7 6.7 6.7 6.7 6.7 6.7 6.7 6.7 6.7 6 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 10.6 10.6 10.6 10.6 10.6 10.6 10.6 10.6 10.6 10.6 10.6 10 13.3 13.3 13.3 13.3 13.3 13.3 13.3 13.3 13.3 13.3 13.3 12 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 mm 表 2 铜铝复合母线替换铜母线规格对照表（厚度相同，宽度调整） 单位：mm 铜铝复合母线替换铜母线规格对照表（铜铝复合母线厚度不变，宽度增加 20%） 30 40 50 60 80 100 120 140 160 3 36 48 60 72 96 120 144 168 192 4 36 48 60 72 96 120 144 168 192 5 36 48 60 72 96 120 144 168 192 6 36 48 60 72 96 120 144 168 192 8 36 48 60 72 96 120 144 168 192 10 36 48 60 72 96 120 144 168 192 12 36 48 60 72 96 120 144 168 192 铜铝复合母线替换铜母线具体实施方案按表 3“铜铝复合母线替换铜母线规格选型方案”和表 4 “铜铝复合母线替换铜母线规格选型方案”。 表 3 铜铝复合母线替换铜母线规格选型方案 5 CQC-5TR-C01-2014 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 铜母线规格（mm×mm） 3×30 4×30 5×30 6×30 8×30 3×40 4×40 5×40 6×40 8×40 3×50 4×50 5×50 6×50 8×50 10×50 3×60 4×60 5×60 6×60 8×60 10×60 12×60 3×80 4×80 5×80 6×80 8×80 10×80 12×80 3×100 4×100 5×100 6×100 8×100 10×100 12×100 3×120 4×120 5×120 6×120 8×120 10×120 铜铝复合母线规格（mm×mm） 1 4×30 5.3×30 6.3×30 8×30 10.6×30 4×40 5.3×40 6.3×40 8×40 10.6×40 4×50 5.3×50 6.3×50 8×50 10.6×50 13.3×50 4×60 5.3×60 6.3×60 8×60 10.6×60 13.3×60 16×60 4×80 5.3×80 6.3×80 8×80 10.6×80 13.3×80 16×80 4×100 5.3×100 6.3×100 8×100 10.6×100 13.3×100 16×100 4×120 5.3×120 6.3×120 8×120 10.6×120 13.3×120 2 3×35 4×35 5×35 6×35 8×35 3×50 4×50 5×50 6×50 8×50 3×60 4×60 5×60 6×60 8×60 10×60 3×80 4×80 5×80 6×80 8×80 10×80 12×80 3×100 4×100 5×100 6×100 8×100 10×100 12×100 3×120 4×120 5×120 6×120 8×120 10×120 12×120 3×140 4×140 5×140 6×140 8×140 10×140 6 CQC-5TR-C01-2014 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 12×120 3×125 4×125 5×125 6×125 8×125 10×125 12×125 3×160 4×160 5×160 6×160 8×160 10×160 12×160 3×180 4×180 5×180 6×180 8×180 10×180 12×180 3×200 4×200 5×200 6×200 8×200 10×200 12×200 16×120 4×125 5.3×125 6.3×125 8×125 10.6×125 13.3×125 16×125 4×160 5.3×160 6.3×160 8×160 10.6×160 13.3×160 16×160 4×180 5.3×180 6.3×180 8×180 10.6×180 13.3×180 16×180 4×200 5.3×200 6.3×200 8×200 10.6×200 13.3×200 16×200 12×140 3×150 4×150 5×150 6×150 8×150 10×150 12×150 3×200 4×200 5×200 6×200 8×200 10×200 12×200 2（3×110） 2（4×110)） 2（5×110） 2（6×110） 2（8×110） 2（10×110） 2（12×110） 2（3×120） 2（4×120） 2（5×120） 2（6×120） 2（8×120） 2（10×120） 2（12×120） 续表 3 铜铝复合母线替换铜母线规格选型方案 序号 73 74 75 76 77 78 79 铜铝复合母线对应规格 （mm） 铜母线规格 （mm） 3×140 4×140 5×140 6×140 8×140 10×140 12×140 1 2 3 4×140 5.3×140 6.3×140 8×140 10.6×140 13.3×140 16×140 3.5×160 4.5×160 5.3×160 6.3×160 9×160 10.6×160 13.3×160 3×170 4×170 5×170 6×170 8×170 10×170 12×170 表 4 铜铝复合母线替换铜母线规格选型方案 序号 1 铜母线规格 (mm) 8×50 铜铝复合母线规格(mm) 铜铝复合母线规格(mm) 1 10.6×50 2 2（5×50） 7 CQC-5TR-C01-2014 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 8×60 8×80 8×100 8×120 8×125 10×50 10×60 10×80 10×100 10×120 10×125 12×50 12×60 12×80 12×100 12×120 12×125 10.6×60 10.6×80 10.6×100 10.6×120 10.6×125 13.3×50 13.3×60 13.3×80 13.3×100 13.3×120 13.3×125 16×50 16×60 16×80 16×100 16×120 16×125 2（5×60） 2（5×80） 2（5×100） 2（5×120） 2（5×125） 2（6.3×50） 2（6.3×60） 2（6.3×80） 2（6.3×100） 2（6.3×120） 2（6.3×125） 2（8×50） 2（8×60） 2（8×80） 2（8×100） 2（8×120） 2（8×125） 7. 短耐的验证及固定母线绝缘夹之间距离 L 值的计算 母线承受短路电流动热稳定的能力主要取决于固定母线绝缘夹之间的距离 L，其次是母线的截 面系数，当母线截面选定后，计算满足动稳定的最大 L 值。在产品设计和制造时 L 值必须小于计算 值。 低压开关柜 2500A 以上，每相母线都由 2 根以上导体组成，在短路电流下，相与相之间母线存 在电动力，同相母线之间也存在电动力，其计算很复杂，而且， 其结构一般不能改变，无论采用什 么导体材料，都必须满足该结构对短耐的要求，铜铝复合排替换铜排后，也必须满足原结构对短耐 的要求。因此，对标准型低压开关柜短耐采取计算在短路电流下母线产生的弯曲应力，验证其是否 小于材料允许的最大弯曲应力的方法。 对于非标准的控制柜，母线槽采用计算最大 L 值的方法，产品设计制造时 L 必须小于计算出的最大 L 值。 7.1 低压开关柜动稳定的校验 以 GCK 为例，其弯曲应力的计算方法见附录 A。 7.2 固定铜铝复合母线绝缘夹之间距离L值的方法 在三相系统导体短路时中间相受到最大电动力： 8 CQC-5TR-C01-2014 （4） 单位为 N 其中：i 为短路电流峰值，单位 A； L 为两固定导体绝缘夹之间的距离，单位 m； a 为导体之间中心距，单位 m； 导体间作用力引起的弯曲应力： （5） 单位为 N/mm2。 其中：W=1/6 hb2 为导体立放时的截面系数（宽面立放）； b 为导体厚度，单位 m；h 为导体宽度，单位 m； β为动态应力系数，与导体固有震动频率有关，取决于固定支架，简单支架取 1，对低压 开关柜水平母线，中间有垂直引出排取 0.73，中间没有垂直引出排取 0.5。 导体能承受短路时的弯曲应力必须σ ≤ q σxu，σxu 是导体材料屈服强度。其中 q 为可塑性系数， 对矩形截面取 q=1.5。 由于铜、铝没有明显的屈服极限，工程上一般取永久变形值达 0.2%时所对应的应力值作为该材 料的屈服极限（σxu）。依据中国电机工程手册（第 2 卷，2002 年 1 月 1 日出版），σxu 对铜取 300～ 380N/mm2，铝 150～190 N/mm2，按 GB/T3880.2-2006（一般工业用铝及铝合金板、带材第 2 部分： 力学性能）一般工业用铝，铝取 170 N/mm2。铜铝复合母线还没有屈服极限的参数，按铝的参数作 为铜铝复合母线的参数计算更安全可靠。 母线能否承受短路电流的冲击，主要取决于固定导体两绝缘夹之间的距离 L，L 值可由公式σ ≤ qσxu 求出（β取 1） ： （6） 其中：a 导体相间中心距；W 导体截面系数；i 额定峰值耐受电流。 额定峰值耐受电流在不同的额定电流下是不同的，因各额定电流下，回路变压器的电阻、电抗， 配电线路的电阻、电抗都不同，总的短路阻抗也不同，根据《工业与民用配电设计手册》第三版中 9 CQC-5TR-C01-2014 表 31 给出的数据，在高压侧短路容量无限大时，短路电流最大，数据如下表，因此，各额定电流下 短路电流是不同的，固定导体的绝缘夹间距也是不同的，表 5 给出了应考核的短路电流和固定导体 两绝缘夹之间的最大距离 L 值。 下面以空气型母线槽为例，a=0.023m，导体截面和截面系数见表 5，按照考核短路电流计算的 L 值见表 5。 表 5 固定母线绝缘夹距离 L 的最大值 变压器容 设备设计电 量（kVA） 流（A） 实际最大短 路电流 （kA） 短路电流考 核值（kA) 铜铝复合母 2 线规格(mm ） 截面系数 -6 3 （10 m ） L（mm） 200 400 7.16 10 5×40 0.16 336 315 630 10.73 15 6×60 0.36 330 400 800 13.53 19 6×80 0.48 286 500 1000 16.79 23.5 6×100 0.6 258 600 1250 20.83 29.2 6×125 0.75 234 800 1600 21.41 30 6×160 0.96 256 1000 2000 21.99 41 6×200 1.2 210 1250 2500 26.78 50 8×200 2.13 230 1600 3200 33.58 63 2（6×200） 2×1.2 160 2000 4000 40.28 80 2（8×160） 2×1.7 200 2500 5000 49 100 3（8×160） 3×1.7 200 母线干线系统由两层或三层构成时，短路电流也分配到每层，两层的每层短路电流是总短路电 流的二分之一除以分流系数来验证，三层的每层短路电流是总短路电流的三分之一除以分流系数来 验证。比如双层结构，短耐 89kA，每层短路电流 40/0.85=47kA，三层结构 100kA，每层短路电流 33.3/0.7=47.6kA。 参考资料： 1） 《发电厂及变电站电气设备》中国水利水电出版社 2）低压配电系统中矩形水平母线动热稳定计算《电控配电》2013 第 4、5 期 3） 《工业与民用配电设计手册》第三版中国电力出版社 8. 附录 A：铜铝复合母线在成套电力开关设备和控制设备中应用示例 10 CQC-5TR-C01-2014 A.1 GGD、GCK、GCS、MNS标准柜型 水平主母线短耐的分析验证：以 GCK 为例进行计算（水平母线排列方式相同的其它柜型计算方式 可以参考）。 1） 、GCK 参数： 表 A.1 GCK 参数 额定电流（A） 1600 2500 3200 4000 5000 短路电流（kA） 30 50 65 80 100 柜宽（mm） 600 600 800 1000 1000 水平母线 mm） 10×100 2（10×100） 3（10×100） 3（10×120） 4（10×120） 2） 、计算过程如下： 1600A 每相是单根导体，只需计算相间导体产生的弯曲应力，2500A 以上主母线是由两根以上导 体构成，因此，不但要考虑主母线（相与相之间）的电动力还要考虑分支导体（同相间导体）之间 的电动力，总的弯曲引力是这两部分弯曲应力的和。验证方式采取按 GCK2 柜体结构分别计算主导体 2 的弯曲应力和分支导体的弯曲应力，两者之和是否小于 255 N/mm 。 A：主导体的电动力和弯曲应力计算如下：β=0.73 W 为导体截面系数。W 取值根据 IEC60865-1-1993《短路电流效应计算第一部分热及电动力》计 算公式、图表及 GCK 柜体参数： 2 -6 1600A，i=63kA，L=0.505m，a=0.1m，W=0.867hb =8.67×10 m 2 3 -6 2500A，i=105 kA，L=0.505 m，a=0.1 m，W=0.867hb =8.67×10 m 3 2 -7 m 2 -7 m 2 -7 m 3200A，i=143 kA，L=0.705 m，a=0.158 m，W=1.98hb = 1.98 ×10 4000A，i=176 kA，L=0.905 m，a=0.184 m，W=3.48hb = 3.48 ×10 5000A，i=220 kA，L=0.905 m，a=0.184 m，W=3.48hb = 3.48 ×10 3 3 3 11 CQC-5TR-C01-2014 1600A（柜宽 600） 2500A（柜宽 600） 3200A（柜宽 800） 4000A、5000A（柜宽 1m） 以上尺寸为 GCK 开关柜的结构参数。 计算结果如下： 表 A.2 计算结果 电流等级（A） 1600 2500 3200 4000 5000 σ（N/mm2） 18.38 51.3 51.2 62.45 97.5 B：分支导体（同相间导体）产生的电动力计算 12 CQC-5TR-C01-2014 弯曲应力 as 和 Ws 为 IEC60865 给出的计算公式。 其中：n 为并联导体数，as 为分支导体间有效距离，Ls 为相邻支持件或衬垫间的距离，Ws 为分支 导体截面系数。 按 IEC60865-1-1993《短路电流效应计算 第一部分 热及电动力》的计算公式、图表和 GCK2 开 关柜的柜体参数计算如下： as：1/as=K12/a12+k13/a13+k14/a14 2500A，i=105kA，n=2，则 1/as=K12/a12=0.43/20=0.0215 as=46.5 2 -6 Ls 最大 0.505，Ws=1/6hb =1.67×10 ； 3200A，i=143kA，n=3，1/as=K12/a12+k13/a13=0.43/20+0.63/40as=26.8 2 -6 Ls 最大 0.549，Ws=1/6hb =1.67×10 4000A，i=176kA，n=3，1/as=K12/a12+k13/a13=0.43/20+0.63/40as=26.8 2 Ls 最大 0.7085，Ws=1/6hb =2×10 -6 5000A，i=220kA，n=4 1/as=K12/a12+k13/a13+k14/a14= 0.37/20+0.57/40+0.7/60as=22.5 Ls 最大 0.7085，Ws=1/6hb2=2×10-6 由此计算出分支导体产生的弯曲应力和总的弯曲应力。 表 A.3 分支导体产生的弯曲应力和总的弯曲应力 电流等级（A） 1600 σs（N/mm2） σ（N/mm2） 18.38 σ=σs+σ 18.38 （N/mm2） 在 L1 和 L3 相增加一个绝缘支 撑件后σ=σs+σ（N/mm2） 2500 3200 4000 5000 113.6 118 441 462 51.3 51.2 62.45 97.5 164.9 169.2 503.45 559.5 203.45 245.5 由计算可知，分支导体（同相）产生的弯曲应力比相间主母线产生的弯曲应力大得多，1600A 13 CQC-5TR-C01-2014 每相是单根导体，总的弯曲应力远小于 255 N/mm2，2500A 和 3200A 总的弯曲应力也小于 255 N/mm2 是安全的，4000A 和 5000A 同相导体间产生的弯曲应力都超过了铜母线的允许应力 340，因此铜母线 的 GCK2=4000 和 GCK2-5000 开关柜中在水平母中间加一个绝缘支撑件，以保证 Ls 的最大值不超过 0.45m，这样在相导体上增加一个绝缘支撑件后，4000A 规格的产品，σs=141，σz+σ=203.45；5000A 规格的产品，σs=148，σz+σ=245.5，也没超过铜铝复合母线的允许应力，因而是安全的。 通过上述分析，铜铝复合母线替换铜母线后，水平主母线能够满足短耐的要求。 在标准柜型中通过分析验证，铜铝复合母线替换铜母线，短耐能满足要求，只需改变导体截面， 满足温升要求，按A.1.1—A.1.3方法不改变低压开关柜结构直接由铜铝复合母线替换铜母线。 母线分主母线（水平母线、N排、PE排）、馈电母线（进出断路器的母线、控制柜垂直馈电母 线）。 A.1.1 水平母线及N排和PE排 按照表 A.4“水平母线由铜铝复合母线替换铜母线示例”进行替换。 A.1.2 馈电母线（进出断路器母线） 按照表 A.5“进出断路器的母线由铜铝复合母线替换铜母线示例 ”方案 1 选取，在铜母线厚度 大于 8mm 时，建议采用两根铜铝复合母线替换，按方案 2 选取。 A.1.3 控制柜中垂直馈电母线 控制柜中垂直馈电母线由铜铝复合母线替换铜母线时，厚度不能改变，宽度增大 20%。1000A 馈电母线用铜母线为 6×100mm2，铜铝复合母线为 6×120mm2。 A.1.4 其他标准柜型 其他标准柜型是指型号不同而结构和 GGD、GCK、GCS、MNS 相同的低压开关柜，参考 A.1.1—A.1.3 由铜铝复合母线替换铜母线。 A.2 非标准设计的成套电力开关设备和控制设备 铜铝复合母线替换铜母线既要满足温升极限的要求，也要满足短耐的要求， 参考表 A.4“水平 母线由铜铝复合母线替换铜母线示例”、表 A.5“进出断路器的母线由铜铝复合母线替换铜母线示例” 选取。同时，按公式 6 计算固定铜铝复合母线两绝缘夹之间的间距 L。 14 CQC-5TR-C01-2014 表 A.4 水平母线由铜铝复合母线替换铜母线示例 主母线 序号 额定电 流（A） 1 N排 PE 排 铜母线 （mm） 铜铝复合 母线(mm) 铜母线 (mm) 铜铝复合母 线(mm) 铜母线 (mm) 铜铝复合母 线(mm) 400 5×60 6×60 3×60 3.6×60 4×40 5×40 2 630 5×80 6×80 4×60 5×60 5×40 6.3×40 3 800 6×80 6×100 4×60 5×60 5×40 6.3×40 4 1000 8×80 8×100 4×80 5×80 5×40 6.3×40 5 1250 10×80 10×100 5×80 6.3×80 5×40 6.3×40 6 1600 10×100 10×120 8×80 8×100 5×50 6.3×50 7 2000 2（10×80） 2（10×100） 10×80 10×100 5×80 6.3×80 8 2500 2（10×100） 2（10×120） 10×100 2（6.3×100） 8×80 10×80 9 3200 3（10×100） 3（10×120） 2（8×100） 2（10×100） 10×80 10×100 10 4000 3（10×120） 4（9×120） 2（10×100） 4（6.3×100） 2（6×80） 2（6×100） 11 5000 4（10×120） 5（10×120） 3（8×100） 12 6300 4（10×150） 4（10×180） 3（10×100） 4（10×100） 2（10×80） 2（10×100） 4（8×100） 2（8×80） 2（8×100） 表 A.5 进出断路器的母线由铜铝复合母线替换铜母线示例 序号 额定电流 （A） 1 方案 1 方案 2 铜母线 （mm） 铜铝复合母线 (mm) 铜母线 （mm） 铜铝复合母线 (mm) 400 5×60 6×60 — — 2 630 5×80 6×80 — — 3 800 6×80 8×80 — — 4 1000 8×80 10×80 8×80 2×5×80 5 1250 10×80 2（6.3×80） — — 6 1600 2（8×80） 4（5×80） — — 7 2000 2 (10×80) 4（6.3×80） — — 8 2500 3（10×80） 4（10×80） 3（10×80） 6（6.3×80） 9 3200 3（10×100） 4（10×100） 3（10×100） 6（6.3×100） 10 4000 4（10×100） 6（9×100） 4（10×100） 8（6.3×100） 11 5000 5（10×120） 7（10×120） 5（10×120） 8（8×120） 12 6300 7（10×120） 10（10×120） — — 以上数据适用于 GGD、GCK、GCS、MNS 等外壳防护等级 IP40 及以下柜型。 9. 附录 B：铜铝复合母线在母线干线系统（母线槽）中的应用示例 15 CQC-5TR-C01-2014 在母线干线系统中,铜铝复合母线替换铜母线既要满足温升极限的要求，也要满足短耐的要求。 B.1 铜铝复合母线替换铜母线按表 3“铜铝复合母线替换铜母线对应的的截面规格方案”替换。 B.2 为满足短耐的要求，空气型母线槽固定导体两绝缘夹之间 L 值和密集型母线槽固定侧板的螺栓 之间 L 值，按照表 B.1“固定导体两绝缘夹之间的间距 L”和表 B.2“导体为两层或三层时固定导体 两绝缘夹之间的间距 L”规定。 表 B.1 固定导体两绝缘夹之间的间距 L 序号 短路电流(kA) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 10 30 30 30 30 30 30 50 50 50 50 10 30 30 30 30 30 30 30 50 50 50 10 10 30 30 30 30 30 30 30 30 30 10 10 10 铜铝复合母线 （mm×mm） 6×30 6×40 6×50 6×60 6×80 6×100 6×120 6×140 6×160 6×180 6×200 5×30 5×40 5×50 5×60 5×80 5×100 5×120 5×140 5×140 5×140 5×140 4×30 4×40 4×50 4×60 4×80 4×100 4×120 4×140 4×160 4×180 4×200 3×30 3×40 3×50 L(mm) 300 300 300 200 200 200 200 180 180 180 180 240 240 240 160 160 160 160 130 130 130 130 200 200 200 130 130 130 130 110 110 110 110 160 160 160 16 CQC-5TR-C01-2014 37 38 39 40 41 42 43 44 30 30 30 30 30 30 30 30 3×60 3×80 3×100 3×120 3×140 3×160 3×180 3×200 110 110 110 110 90 90 90 90 母线干线系统中导体为两层或三层时，固定导体两绝缘夹之间的距离 L 值按表 B.2。 表 B.2 导体为两层或三层时固定导体两绝缘夹之间的间距 L 序号 短路电流(kA) 铜铝复合母线（mm2） L(mm) 1 65 2（8×120） 220 2 65 2（8×140） 220 3 65 2（8×160） 220 4 65 2（8×180） 220 5 80 2（8×200） 200 6 80 3（8×160） 200 7 80 3（8×180） 200 8 100 3（8×200） 180 9 65 2（6×120） 160 10 65 2（6×140） 160 11 65 2（6×160） 160 12 65 2（6×180） 160 13 80 2（6×200） 140 14 80 3（6×160） 140 15 80 3（6×180） 140 16 100 3（6×200） 120 17 50 2（5×120） 130 18 65 2（5×140） 130 19 65 2（5×160） 130 20 65 2（5×180） 130 21 65 2（5×200） 120 22 80 3（5×160） 120 23 80 3（5×180） 120 24 80 3（5×200） 120 B.3 1000A 空气型母线槽实际验证示例 B.3.1 增大导体截面，改变外壳结构 17 CQC-5TR-C01-2014 1000A空气型母线槽，铜母线规格选6×80，铜铝复合母线规格选6×100（铜铝复合排母线槽选铜 母线槽1250A的外壳结构），短耐等级为30KA，铜排母线槽固定导体两绝缘夹之间的距离L为250mm， 铜铝复合排母线槽固定导体两绝缘夹之间的距离L为185mm。试验温升结果具体见下表B.3： 表 B.3 CCX168-1000A 空气母线槽温升 部位 铜母线 2 规格（mm ） 铜母线 温升 （K） 复合母线 规格 2 （mm ） 复合排 温升 （K） 截面比 (铜铝复合母线/ 铜母线) 温升差值(铜 铝复合母线 减铜母线) 连接单元 6×80 59.7 6×100 53.2 1.25 -6.5 出线末端 6×80 60.6 6×100 54.5 1.25 -6.1 B.3.2 不增大导体截面，不改变外壳结构，额定电流降容使用 母线干线系统不改变结构而将铜母线替换为同等截面铜铝复合母线时，额定电流降低到下一个 电流等级。1000A 空气型母线槽，铜母线和铜铝复合母线截面选 6×80，不改变结构，等级降低至 0.8 倍，为 800A，其余类推。按计算，铜铝复合排母线槽 800A 的 L 值应为 286mm，铜排母线槽 L 值 为 250mm，因此 L 值也满足要求。 B.4 CMLJ 密集型铜铝复合排母线槽和 CKLJ 空气型铜铝复合排母线槽示例 CMLJ 密集型铜铝复合排母线槽和 CKLJ 空气型铜铝复合排母线槽导体截面和固定导体绝缘夹 之间距离。 表 B.4 CKLJ 空气型铜铝复合排母线槽的参数 额定电流（A） 400 630 800 1000 1000 1250 1250 1600 1600 1600 2000 2000 2500 2500 额定电流 （A） 400 空气母线槽导体截面 （mm×mm） 30 5×40 30 6×50 30 7×60 30 6×100 50 6×100 30 6×125 50 6×125 30 6×160 50 6×160 65 6×160 50 6×200 65 6×200 50 2（6×125） 65 2（6×125） 表B.5 CMLJ密集型铜铝复合排母线槽的参数 最大绝缘夹距离 L （mm） 300 300 250 200 180 200 160 200 180 180 180 180 180 180 短路电流（kA） 短路电流 （kA） 30 密集母线槽导体截面 （mm） 4×40 最大绝缘夹距离 L （mm） 300 18 CQC-5TR-C01-2014 630 30 5×50 300 800 30 6×60 250 1000 30 6×80 200 1000 50 6×80 180 1250 30 6×100 200 1250 50 6×100 160 1600 30 6×125 200 1600 50 6×125 180 1600 65 6×125 180 2000 50 6×160 180 2000 65 6×160 180 2500 50 8×200 180 2500 65 8×200 180 3150 65 2（6×125） 140 4000 80 2（6×160） 140 5000 100 2（8×200） 120 6300 100 3（6×200） 120 7200 100 3（8×200） 120 10. 附录 C：华铜公司生产的铜铝复合母线参数及规格 苏州华铜复合材料有限公司和北京华北华铜电气有限公司（以下简称华铜公司）生产的铜铝复 合母线采用热复合平立连轧直接成型工艺，分为 4 个阶段：坯料模铸成型（或坯料冷成型）、加热、 连轧及表面处理。影响铜铝复合母线界面结合最关键的工序是热复合和平立连轧，华铜公司根据铜 铝复合母线的规格确定坯料成型工艺，通过计算机控制热复合的温度和时间及五平四立连轧变形参 数，铜铝界面形成均匀连续的结合层，界面结合强度达到 35MPa 以上。目前，公司生产的铜铝复合 母线系列产品宽度 30～200mm，厚度 2.8～20mm 共 390 种规格。 C．11 华铜公司生产的铜铝复合母线参数 华铜公司生产的铜铝复合母线参数见表 C.1，C.2，C.3，C.4。 C.1 华铜公司铜铝复合母线的参数 表C.1 序号 参数 标准要求 1 材质 铜层的材质应符合 GB/T 5231 的规定，含铜量不小于 99.90%。铝芯的 材质应符合 GB/T 1196 的规定，含铝量不小于 99.70%。 2 铜层体积比、铜层厚 度及偏差 铜层体积比为 20%，允许范围为 18%～20%，铜包铝母线的铜层厚度 应均匀，允许偏差为铜层平均厚度的±10%。 3 密度 铜包铝母线的密度为 3.94g/cm3，其公差范围为±4%。 19 CQC-5TR-C01-2014 4 界面结合的剪切强 度 不小于 35 MPa 5 电阻率 见表 C.2 6 温度变化特性试验 100 次冷热循环试验后铝芯和铜包覆层之间的剪切强度不小于 35MPa。 7 尺寸及偏差 见表 C.3 8 平直度 在 1m 长度内窄边（a）的平直度应不超过 2mm，宽边（b）的平直度 不应超过 5mm。 9 弯曲特性试验 铜包铝母线用宽边弯曲 90°，表面不应出现褶皱或裂纹。 10 抗拉强度与伸长率 试验 见表 C.4 C.2 华铜公司铜铝复合母线的直流电阻率 表C.2 型号 20℃直流电阻率 （Ω·mm2/m） 导电率（%IACS） TBLM-(R) 软态 ≤0.02554 ≥67.5 TBLM-(Y) 硬态 ≤0.02606 ≥66.2 注：20℃时铜包铝母线的物理参数应取下列数值： a）密度:3.94g/cm3； b）电阻温度系数(20℃)：4.0×10-3/℃； c）线膨胀系数：2.25×10-5/℃。 表C.3 华铜公司铜铝复合母线的尺寸偏差 标称尺寸（mm） 窄边（a）（mm） ±0.12 2.50＜a≤6.30 ±0.15 6.30＜a≤12.50 ±0.20 12.50＜a 30＜b≤100 — 100＜b — C.4 华铜公司铜铝复合母线的抗拉强度与伸长率 表C.4 抗拉强度（MPa） Y类 R类 ≥110 ≥90 宽边（b）（mm） — — — ±0.80 ±1.20 伸长率（%） Y类 ≥1.5 R类 ≥11 铜铝复合母线表面硬度 HV65 及以上为 Y 类（硬态），HV65 以下为 R 类（软态） 。 C．22 华铜公司铜铝复合母线规格 华铜公司生产的铜铝复合母线规格见表 C.5。 20 CQC-5TR-C01-2014 华铜公司铜铝复合母线 的规格 表C.5 华铜铜铝复合母线规格（mm） a 2.8 3 3.5 4 4.5 5 5.3 6 6.3 6.7 8 30 × × × × × × × × × × × 35 × × × × × × × × × × × 40 × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × b 45 9 10 10.6 12 13.3 14 16 × 推荐规格 O 可生产不推荐规格 50 × × × × × × × × × × × × × O × × × × 60 × × × × × × × × × × × × × × × × × × 70 O O O O O O O O O O O O O O O O O O 80 × × × × × × × × × × × × × × × × × × 90 O O O O O O O O O O O O O O O O O O 96 O O O O O O O O O O O O O O O O O O 100 × × × × × × × × × × × × × × × × × × 110 O O O O O O O O O O O O O O O O O O 120 × × × × × × × × × × × × × × × × × × 125 × × × × × × × × × × × × × × × × × × 130 O O O O O O O O O O O O O O O O O O 140 × × × × × × × × × × × × × × × × × × 144 O O O O O O O O O O O O O O O O O O 150 × × × × × × × × × × × × × × × × × × 160 × × × × × × × × × × × × × × × × × × 170 O O O O O O O O O O O O O O O O O O 180 × × × × × × × × × × × × × × × × × × 190 × × × × × × × × × × × × × × × × × × 200 × × × × × × × × × × × × × × × × × × 21 18 20