摘 要

母线槽是供电系统中负责传输电能、分配电能的一种设备。随着用电要求的提高，在一些特殊场合，传统母线槽达不到要求，因此需要一种新型母线槽——环氧树脂浇注母线槽。浇注母线的材料配比和浇注固化工艺的选择都是影响浇注母线性能的重要因素。

本论文的主要目的是设计一种满足浇注母线性能要求的以无机矿物质为主要原料的绝缘浇注体。本文选择了合适的绝缘浇注母线的材料配比和浇注固化工艺，成功制作出浇注母线，然后测量了浇注母线的机械性能、电气性能和热性能。通过测量结果证明了所选浇注固化工艺满足绝缘浇注母线所需性能。

关键词：浇注母线、浇注固化工艺、机械性能、电气性能、热性能

Abstract

Bus duct is responsible for power transmission and distribution electricity in power supply system of a kind of equipment.With the improvement of electricity requirement, in some special occasions, traditional bus duct can not meet the requirements, so we need a new type of bus duct, epoxy resin casting bus duct.Pouring bus ratio of material and the choice of casting solidification process are the important factors that affect pouring bus performance.
The main purpose of this paper is to design a meet the pouring bus performance requirements with inorganic mineral as the main raw material of insulation casting body.This paper chose the suitable insulation pouring material formula of busbar and casting solidification process, pouring bus was produced successfully, and then measured the casting mechanical properties, electrical properties and thermal performance of the bus.By measuring the result proves that the selected casting solidification process meet the insulation pouring bus performance required.

Keywords: Pouring busbar、Cstaing solidification process、Mechanical properties、Electrical properties、Thermal properties

目录

1. 绪论.........................................................1
   1. 研究背景.....................................................1
      1. 母线槽发展历史及现状....................................1
      2. 母线槽发展趋势..........................................2
   2. 全绝缘浇注母线槽的介绍.......................................2
   3. 环氧树脂浇注技术的研究及应用现状.............................3
   4. 本次论文的研究目的...........................................5
   5. 本次论文的研究内容...........................................5
2. 环氧树脂浇注实验及性能检测分析研究...........................6

2.1 环氧树脂浇注体的制作.........................................6

2.1.1 固体浇注母线材料配方及浇注工艺的选择....................6

2.1.2 实验部分................................................7

2.2 浇注体性能测试...............................................9

2.2.1 抗折强度................................................9

2.2.2 电气性能...............................................11

2.2.3 热性能.................................................12

2.3 本章小结....................................................13

第三章 结论........................................................14

致谢...............................................................15

参考文献...........................................................16

第一章 绪论

1.1研究背景

1.1.1 母线槽发展历史及现状

母线干线系统（简称母线槽）是电力系统中负责传输电能、分配电能的一种设备。由于母线槽具有载流能力大、防护等级高、分配电能方便、安全可靠等优点而被广泛应用。母线槽产品在上世纪50年代由苏联传入我国，在我国最初仅有位于北京的个别厂家小规模试制过该产品。20世纪80年代中期，贵州省遵义电气控制设备厂自行研发出密集型绝缘母线，直至当时仍仅有极少数厂家生产这类产品。进入20世纪80年代末，随着国家改革开放政策的深入推进，国民经济得到了快速发展。随着我国经济建设投入的加大，尤其是一直作为国家发展的一项基本国策的电力能源的投入，整个低压成套开关设备行业得到了充分发展。母线槽作为低压成套开关设备的一种新产品投入市场，得到了用户和设计院的青睐。生产企业刚开始只有几家，但由于产品市场需求迅速上升，生产企业不断出现，迅速发展到了几百家。在地区经济发展的不平衡影响下，生产企业刚开始多数集中在江苏扬中市地区。该市在生产电缆桥架产品的基础上，陆续投产了母线槽，母线槽在此得到了快速的发展，一时扬中市成了中国母线槽产品的一个生产基地。然而整个母线槽行业的大发展是在1995至1998年，在这四年之中，全国各地都建立了母线槽生产厂家，母线槽生产企业数量超过500家。从企业隶属关系来看，这样的发展已打破了计划经济时期的格局。生产母线槽产品的企业有机械行业的，也有跨行业的企业。1998、1999年全行业的母线槽年产值已达到30亿元，到了2000年仅北京市母线槽的用量都到了3亿元。母线槽市场开放的同时也吸引了国外一些企业在国内的投资，现已有数家公司在国内建立合资或独资企业生产母线槽产品^[1]。

国内母线槽产品的整个发展过程是由初期的仿制阶段，经过数年市场的磨炼，逐步进入了成熟期。很多企业前期仅是一个小作坊，陈旧的设备、简陋的厂房，又没有专业技术人员，生产上“照猫画虎”，你干我也干，因此曾经在一些工程上出现不少问题，如：由于绝缘问题造成配电系统短路，选择导电体(铜排)截面积过小造成母线温升值过高，引发的事故造成变压器烧毁等。少数企业为追求利润，偷工减料的做法给国家财产造成损失，同时给整个母线槽行业也带来了不良影响。这些情况随着国家对产品质量监督工作的加强以及企业自身素质的提高逐渐得到改善。许多企业在激烈的市场竞争过程中存活下来，经过“优胜劣汰”的洗礼，逐步认识到提高产品竞争力，必需向集团化、规模化发展。企业加强质量管理，并纷纷进行质量管理体系认证和产品的型式试验检验，增加企业的投资，研究开发具有较高技术含量的新产品，从而占领更高的市场份额。目前在国内年产值亿元以上母线生产企业已有十余家。经过激烈的市场竞争，母线槽行业的整体水平得到了提高， 正朝着健康、有序的方向发展。

目前，母线槽产品虽在产量和产值方面有了很大提高，但产品品种、产品质量上还不能完全满足市场的需求。现在国内厂家生产的母线槽多以交流低压母线槽(密集绝缘母线槽、空气绝缘母线槽)为主，具有特殊功能的母线槽产品还有待进一步开发和推广，产品的制作工艺还需进一步的提高。其主要原因为:（1）部分企业重视效益和市场，轻视新产品开发的投入；（2）部分企业的产品开发能力薄弱，技术人员少，多数企业仍是通过技术转让或仿制的方法来完成产品。由于前期投入较大，打开市场周期长，加之市场的不规范行为影响了有开发能力的企业开发新产品的积极性；（3）加工方法比较传统，专用设备少，少数企业仍以老三件(剪、冲、弯)为主，专用的工装器具缺乏。

1.1.2 母线槽发展趋势

最早出现的第一代母线槽为空气绝缘型母线槽，它是以铜排或铝排为导体，在各相铜（铝）排之间加绝缘隔相块隔开，并用绝缘衬块将导体固定于封闭的金属壳体内，靠空气介质绝缘，相间距离一般需达到50 mm以上，这类母线槽为母线槽发展史上的技术雏形。由于母线槽母排为裸露导体，且金属壳体一般需设置通风口难以保证完全密封，故其易发生相线间短路，造成事故事故，给用户带来潜在的风险。第二代母线槽是密集型母线槽，其仍然采用电解铜或铝排作为导电材料，经冲孔、折弯加工成型，并采用聚四氟乙烯等耐热绝缘薄膜包扎，再用阻燃聚氯乙烯热缩套管后经热缩定型，或使用铝合金外壳压紧固定以利于散热（绝缘薄膜包轧的导电排压紧封闭在一起，故其名为密集型母线槽），各相位铜排相互压紧之后，其间无空隙与间隔，为了便于各段母线槽之间的连接，还需在连接头处将铜排弯折分开。此类母线槽的诞生解决了空气绝缘型母线的一些缺陷，但由于密集型母线各相铜排紧密排列，使用中温升较高，聚氯乙烯薄膜等绝缘材料长期处于高温环境下其绝缘性能难以保证，存在寿命问题。因此迫切需要开发新的母线槽设计和生产工艺。国外设计、生产并已投入使用的环氧树脂浇注绝缘全封闭式母线槽是能完全能满足在恶劣环境下的高性能要求的新型母线槽。

1.2 全绝缘浇注母线槽的介绍

随着世界经济的持续发展，人类社会对电能和供电质量的需求也在不断提高。目前国内外很多大型工矿企业和居民区的输电系统大多采用空气绝缘母线槽、密集型封闭母线槽或绝缘电缆等。但在一些特殊的场合下，这些输电配电方式都难以满足工程用电的各相要求，例如：海上油气平台、重化工企业车间、煤矿、地沟等可能存在高腐蚀性、易燃易爆气体粉尘等物质的场所等^[2]。全绝缘浇注母线同样采用铜排或铝排作为导体，在导体外使用复合绝缘浇注料浇注封闭制成，该复合绝缘材料由少量粘接剂（树脂）和酸洗石英砂等多种绝缘无机矿物材质按特定配方及工艺要求生产制备，其具有优越的电气绝缘性能和良好安全可靠性，且具有极强的防水、防火、防爆和防腐蚀性，能充分满足各种场合的用电需求。

浇注母线槽通常应用于额定工作电流100~6000 A，额定电压不高于750V，频率50~60 Hz的输配电系统^[3]。采用合理的相线紧密排列结构，直接将导电排浇铸密封，外形更加紧凑，体积小，复合绝缘浇注料的线膨胀系数和铜排比较接近且热导率较高，增强了母线槽系统的热稳定性^[4]。浇注母线使用复合绝缘材料在工厂浇注预制，段间连接处在现场安装后现场浇注，浇注母线安装完毕后，系统防护等级可达IP68，能经受住消防水龙头喷淋，可在水中长期工作，适于户外高湿度或地下电缆沟等恶劣环境中使用。由于复合绝缘材料主要成分是无机矿物质，无机矿物质不易燃烧且具有自熄性、低烟无毒，其能通过750 ℃下3小时的燃烧试验，故母线槽可使用在消防安全要求较高的场合。整体浇注完成后的母线具有较高的密封性能，可保证隔绝带电部件可燃性气体、粉尘的接触，适用于含可燃性粉尘和气体的各种场合，例如煤矿、石油化工、面粉加工等行业。无机矿物质和环氧树脂类材料具有耐酸碱类物质或油脂、溶剂的腐蚀性佳、抗霉菌等性能，可保证母线在高污染、高腐蚀环境下长期安全运行。固化后的复合绝缘材料具有极高的机械强度，耐冲击、耐磨性能好，能承受6 J以上的机械冲击不破裂。

1.3 环氧树脂浇注技术的研究和应用现状。

大多数的环氧树脂是由环氧氯丙烷和二酚基丙烷在碱作用下缩聚而成的高分子聚合物。根据配比和操作条件的不同，可制得分子量大小和活性基团不同的各类环氧树脂，一般其平均分子量在400-800之间。部分环氧树脂程坚硬的固体状，也有些是流动的胶体。我们浇注所用的环氧树脂为E-44环氧树脂，其外观呈淡黄色至棕黄色，其是具有高粘度的透明液体，环氧值（eq/100g）为0.41-0.47，挥发份lt;=1%，无机氯lt;=200ppm，环氧当量（g/eq）：210-244，粘度Pa.S(25℃)：6-10。E-44环氧树脂的结构中含有脂肪族羟基，特别是其中含有的醚键是极为活泼的环氧基，强极性的羟基和醚键使得环氧树脂分子和金属界面之间产生较强的引力，且环氧基能与含活泼氢的金属表面反应以化学键相连接，所以其与金属表面的附着力特别强，这对于把环氧树脂与金属嵌件一块制成环氧树脂浇注件很重要。在环氧树脂中加入固化剂并充分搅拌以后，环氧树脂与固化剂反应生成热固性物质，得到不溶不熔的产物，其中苯环上的羟基形成醚键，其含有的属脂肪族羟基与碱不作用。由于其含有苯环与醚键，苯环和醚键不与碱反应，所以耐碱性也很好。此外，环氧树脂还具有更重要的使用特性，就是良好的稳定性与电绝缘性。环氧树脂的这些性能使其不但能制成在电气行业中常使用的浇注件，而且还能制成粘合剂与涂料^[5]。

国外设计、生产并已投入使用的环氧树脂浇注绝缘全封闭式母线槽是能完全满足在恶劣环境下使用的高性能新型母线槽。目前国外环氧树脂浇注母线的研究与生产情况如下：

（1）BETOBAR生产的环氧树脂浇注母线槽，其产品主要针对于石油化工领域。其设计采用的绝缘材料对铜（铝）导体直接进行浇注密封，该绝缘材料为火山岩无机矿物质和铸塑混合剂合成，因此其具有良好的绝缘特性及耐机械强度性能、防潮、不易燃烧与具有自熄性^[6]。

（2）LANZ浇注母线槽，其产品主要针对于瑞士地区的EAE高电流等级领域。其是新一代特种母线槽，采用高性能的环氧树脂，将导体直接进行模铸密封，防护等级达到IP68，具有防水、防火、防腐、防爆等四防功能，广泛应用于船舶、化工、冶金、煤矿等行业的输配电系统^[7]。

（3）BKS 环氧树脂浇注母线槽，其是专为1000V以下电力系统开发全浇注式母线槽，防护等级高达IP68，是最新一代的低压输配电产品。BKS环氧树脂全封闭浇注母线能适用于各种恶劣与需要高洁净的环境，被广泛应用于船舶工业、发电厂电厂、石油化工、钢铁冶金、机械电子和大型高层建筑等各种场所，具有安全与节省空间等特点 ^[8]。

目前国外环氧树脂浇注母线槽的结构、性能和特点总结如下：

环氧树脂浇注绝缘全封闭式母线槽的结构。环氧浇注型母线槽是一种全绝缘、全封闭的母线，其使用的导电材料与其它母线槽相同，都是高电导率的电解铜或铝排，所不同的是导电排被完全封装埋设于环氧树脂浇注料中，即由环氧树脂绝缘浇注料浇注形成一个整体，各相导电排之间分开、均匀分布在绝缘材料内，显然从结构设计看浇注母线的防火、防水和绝缘性能都是很好的，由于环氧浇注料介电强度约为空气的10倍，所以绝缘尺寸大大减小，体积明显缩小，在相同的额定功率情况下，它要比其它类型母线槽小得多。每节环氧浇注母线槽两端接头处的导电排均匀分列开，当母线槽与母线槽彼此连接起来时，每相铜排都用紧固螺钉、螺母加以固定，这样保证长期有效接触不松动，接触电阻大为下降，并且母线槽整体机械强度加强。环氧浇注型母线槽在结构上的另一个特点是可以换相，在有些供电线路中，设备与设备之间常碰到需要换相，一般母线槽都很难做到，环氧浇注型母线槽的换相节将这种相位转换安排在盒内完成，这个转换盒包含在母线槽端部的型腔内，因此可以很容易做到相位转换^[9-10]。

环氧树脂浇注型母线槽的安装。环氧树脂浇注型母线槽的安装和其它的母线槽一样，制造厂家制成了一系列标准长度直线端母线槽、各种规格弯头和各种不同的连接端，这些都提供了灵活多变的接线方式，有利于用户的选用，可以满足各种不同的工程设计，再繁杂的供电线路设计也能取得既经济又有效的母线槽系统。环氧浇注型母线槽与其它类型的母线在安装工艺上存在一些区别:在现场安放连接好之后，所有连接处和端部都要像处理电缆连接头一样进行妥善的绝缘封装，即用添加了常温固化剂和其它助剂的环氧树脂混和物灌装到铝制或塑料制的接头模子里，这些模子包围在母线槽接处的外面，待现场浇注料固化以后，连接处现场浇注的绝缘浇注材料应与母线其它部位的绝缘材料具有一致的机械强度和电学性能，这就保证了浇注母线槽整个系统长度内，导电排外围包裹的绝缘层是连续并且绝缘性能一致的，每一节母线槽端部裸露导电排应在工厂里预先进行清洁处理，并在裸露导体外包上一层保护胶带，防止母线端部受潮和受污染。大量试验证明，这种浇注固化生产出的母线槽整体的防水性能特别高，将其完全浸没于水下相当长时间之后，再承受多次冷热带负荷循环，其绝缘性能仍能保持基本不变，例如先浸没在水下l m深处3000 h，然后经过30次冷热加负载和去负载循环试验（完成整个试验总耗时大约2592 h），试后从水中取出，测试其绝缘电阻，阻值基本维持原样不发生变化。对浸水实验后的样品进行耐压测试，结果表明，其处在直流电压25 kV下1 min后仍无击穿现象，这表面环氧浇注型母线槽（包括其连接端部）都符合国际电工标准工EC332的有关规定。这种整体式环氧浇注型母线槽一旦安装完毕就再也不需要进行任何维修养护可以长期使用，这对于某些空间极有限维修人员难以进入的场合具有重大意义，母线槽表面的凝露和灰尘等都不影响其使用性能^[11]。

由于环氧树脂种类繁多，故可针对不同场合下的使用性能需求及生产工艺性能要求，设计出有针对性的组成配方及工艺方案。不同配方的环氧树脂固化原理和固化条件都不尽相同，固化形成的浇注体性能差异也非常大，同时浇注固化的工艺对产品的生产成本和性能也具有很大的影响。所以，对全浇注复合绝缘母线的生产来说，复合绝缘浇注料的配方及其浇注和固化工艺是其技术的核心和关键。