全绝缘屏蔽铜管母线标准 新型节能铜包铝管母线的温升分析与实验

中国科学院电工研究所、广东日昭电工有限公司、上海电气风电设备有限公司的研究人员陈彪、罗东豪、王嗣翔等，在2018年第3期《电气技术》杂志上撰文指出，铜包铝管母线是铝管外包覆薄铜管的新型节能输电母线，两种导体共同分担承载的电流，同时内部较厚的铝管起到机械支撑的作用。

在相同频率和幅值的交流电流情况下，铜管的集肤效应深度大于铝管。这种复合结构能有效增加母线交流载流能力，减小母线重量和阻抗以及过流面积，降低母线损耗和温升，提高能效。

本文采用数值计算和有限元仿真方法，得到了铜包铝管母线的温升和分布情况，并进行了实验，计算结果与实验数据相符。最后通过对比常规铜排母线和铜包铝管母线的实验结果，显示出铜包铝管母线在节材和节能方面的优异效果。

母线是电力系统中极为重要的组成部件，输变配电的枢纽，其工作的可靠性将直接影响到电力系统的安全可靠性[1-3]。目前国内外在变电所高压配电装置、发电机出口以及变压器进出线上大都采用常规铜排母线。

图2 三相母线稳态温度场分布图

1.2铜包铝管母线的温度场有限元仿真（略）

2铜包铝管母线和常规母线的温升实验（略）

本文主要对铜包铝管母线和常规铜排母线进行对比实验。在加载相同工频电流的情况下，测试两种母线的损耗和温升，从而计算出铜包铝管母线的节能率和温升降低率。

通过实验结果可以得出以下结论：

1）节能率。通过实验对比，4000A额定电流的铜包铝管母线比常规母线节能64.2%。

2）温升降低率。通过实验发现4000A额定电流的绝缘铜包铝管母线温升在标准允许温升限定值之内，而且比常规母线温升降低57.6%。同时，铜包铝管母线的温升随着电流增加而小幅上升，在相同温升的情况下，铜包铝管母线也能够承载更大的电流。

3）节铜率。铜包铝管母线因利用复合技术使铜层和铝层在界面上实现紧密机械结合，因此其重量大大减小，节铜率可达69.2%。

3结论

从铜包铝管母线的温度场数值计算结果和实验结果可知，铜包铝管母线具有以下优势：

1）节能效果显著

铜包铝管母线的复合材料管型设计充分考虑了交流电在导体中产生的集肤效应，电流呈环形分布在母线截面上，增大了有效载流截面积，降低了母线交流电阻，使交流损耗也随之减小。

经实验测算，载流量为4000A的常规铜排母线的电能损耗为0.857kWh/m，而相同载流量的铜包铝管母线的电能损耗为0.307kWh/m。由此推算，铜包铝母线的年节能率为铜排母线的64.2%。因此，绝缘铜包铝管母线比铜排母线更节能。

2）明显节省铜材

相同额定电流下，铜包铝管利用集肤效应形成管内中空结构的母线所耗铜材比铜排少约69.2%，大大降低了母线的生产成本。经核算，节能铜包铝管母线比普通铜排母线成本至少可下降50%。

3）工作更加安全可靠

一方面，节能铜包铝管母线将导体温升由国家标准的50℃降低至30℃，相比常规铜排母线，导体发热量降低57.6%，避免因母线的高温运行导致绝缘材料碳化和线路短路而引起火灾事故；另一方面，35kV及以下节能铜包铝管母线的工频耐压时间为5min，66kV及以上的为30min，节能铜包铝管母线的绝缘水平高于现行标准，大幅度提高了绝缘管母线的绝缘水平。

综上，节能铜包铝管母线在节能、节材、安全等方面具有较大的综合优势，在电力系统、石油化工、煤化工和新能源等领域中广泛推广，将带来巨大的社会效益和经济效益。