降低铜母线温升方法的研究

降低铜母线温升方法的研究

姜灵芝

大唐内蒙古多伦煤化工有限责任公司内蒙古自治区锡林郭勒盟多伦县027300

摘要：铜母线作为输配电行业中最为普遍的导电材料，当铜母线在密闭闷热条件下温度会较高，铜母线温度过高会影响铜母线的导线性能和机械强度，引发安全事故。针对这一现象，文中主要研究了降低铜母线的温升方法，降低温升的方法众多，研究了风速对铜母线温升的影响，并结合理论计算与试验验证结论。结果表明，风速对铜母线温升的影响较大，且低风速即约0.5m/s的风速便可显著降低铜母线温升。

关键词：铜母线；风速；温升值

1引言

对于载流部件而言，焦耳热是引起部件发热的主要因素，当部件的发热功率与散热功率平衡时，部件会获得一个稳定的温度值，这个温度值与环境温度的差值即是部件的温升值。在工业供电系统中，铜母线作为电流传输的重要部件，其性能的优劣直接决定了供电系统的安全性能，而判断铜母线性能的好坏，其中最主要的一个直观因素就是铜母线的表面温度，当铜母线温度过高时，铜母线材料的导电性能会受到影响，从而影响铜母线的载流能力，当铜母线超负荷载流运行较长时间后，极易引发铜母线温度持续过热，从而损毁铜母线，造成断电事故。

在实际应用过程中，如何在密闭、闷热环境下降低铜母线的表面温度是必须要妥善考虑的问题，降低铜母线温度的方法有多种，如何在不影响铜母线载流能力的同时又能有效降低铜母线温升的方法就是通过安装一定的通风设备来有效增加铜母线的散热能力，从而降低断路器的温升，避免铜母线因过热而损毁的情况发生。本文主要研究在铜母线周围装加风扇来增加铜母线的散热能力，运用理论计算与试验验证相结合的思路来研究风速对铜母线温升的影响。

2高温对铜母线性能的影响

电器中损耗的能量几乎全部转换为热能，其中一部分散失在周围介质中，另一部分则用以加热电器，使之升温。

金属载流体铜母线的温度超过某一极限值后，机械强度明显降低。轻则发生形变，影响电器的正常运行;重则使电器损坏，以致影响其所在系统的工作。此外，与铜母线联结或相邻的非载流体亦将不同程度地受损。材料的机械强度开始明显降低的温度称为软化点。例如，长期加热时，铜材的软化点为100～200℃。显然，电器中未绝缘的裸露铜母线的极限允许温度应低于其软化点，即不应超过100℃。

通过计算得出自然对流与强制对流不同风速时铜母线温升，如图1所示。

风速对温升的影响较大，在强迫对流下，铜母线的温升下降的较为明显;风速对温升的影响不是线性关系，随着风速的增加曲线渐渐变缓;不同尺寸的铜母线加载相同电流温升有差异，随着风速的加大两者差距越来越小，且铜母线温升对风速敏感，在低风速下铜母线温升就可得到显著下降。

4铜母线试验验证

为了验证理论计算的正确性，还需进行试验验证在自然对流情况下即风速0m/s时，铜母线在承载1350A的电流时的温升情况。铜母线温升试验在普通试验室进行，对10mm×100mm和8mm×100mm的两种规格铜母线通入1350A的电流，当铜母线温度达到稳定后即1h内温度变化＜1K即可认为铜母线温度达到温度状态，此时用热电偶测量铜母线前端，中端和后端3处温度值，并同时测量此时的环境温度值，计算出铜母线3处的温升值并计算平均温升值，此值即为铜母线在稳定状态下的温升值，温升数据如表1所示。

由表1所示，此时铜母线温升试验的数据与计算数据差距较小，误差基本在允许接受的范围内，因此一定程度上验证了理论计算的合理性以及实用性。

5铜母线应用试验

此次试验是铜母线在万能式断路器上的应用试验，选取某品牌万能式断路器按照GB14048.2进行安装，分别在常温下和在充斥一定风速内的恒温箱中进行温升试验，验证在实际应用情况下，风速能否有效降低铜母线温升。此次试验用热电偶测量万能式断路器与铜母线相连的接线端子处温度，待测量温度达至稳定状态后记录下此时接线端子的温度数据与环境温度，两者之间的差值就是铜母线上的温升数据，数据如表2所示。

由表2所示，此次万能式断路器在恒温箱中模拟有风情况下(风速约为0.3～0.4m/s之间)的试验结果基本符合预期，在有风情况下，铜母线温度均有较大程度的降低，幅度平均约为11K。

6铜母线焊接特点

铜母线具有很高的导电性，导热性和良好的塑性，并具有较高的低温强度和延伸率。但同时铜母线焊接具有以下几个特点：（1）导热系数大，热散失快，热输入不足时可能发生未熔合或未焊透；（2）线膨胀系数大，导热强，焊接时热影响区宽，焊件易变形，若焊件刚性很大，易产生很大的焊接应力；（3）容易产生氢气孔。

7结束语

通过以上理论分析和试验验证，得出了风速对铜母线的温升影响较大，尤其是在低风速下即约0.5m/s时便可大幅降低铜母线的温升，一般可显著降低铜母线温升约10K，同样的在铜母线应用试验中也证明了风速对铜母线与与之相连的万能式断路器接线端子处的温升也影响巨大，在风速约为0.4m/s时即可降低万能式断路器接线端子处温升约11K。在密闭、闷热环境处可通过排风等有效降低铜母线表面处的温度，以提升铜母线在高温环境下的载流能力、利用效率以及安全性能。

参考文献：

[1]杨振.铜母线冲孔过程及冲裁间隙与模具刃口对其影响的研究[D].昆明理工大学,2016.

[2]谢玲玲,宋宝韫,王萍,黄贞益.有限元模拟在铜母线连续挤压扩展成形中的应用[J].锻压技术,2010,(03):144-147.

[3]李冰,宋宝韫,陈莉,赵颖,运新兵.铜母线大扩展比连续挤压成形过程的数值模拟[J].塑性工程学报,2009,(03):111-115.

[4]曹雪.铜母线连续挤压扩展变形过程的理论研究[D].大连交通大学,2008.

[5]谢玲玲,宋宝韫.铜母线连续挤压扩展成形过程的三维有限元数值模拟[J].锻压技术,2005,(04):72-75.