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密集式母线槽与分支电缆的比较和分析

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一.摘要:

随着社会经济的发展和人们生活水平的提高,人们对电的需求量越来越大,从发电厂到用户,电需要传送,以往一般都采用电线电缆来传送,但采用这种方法存在较多的缺点:

体积大、施工困难、装折不便、维修更困难等等。

从八十年代开始用母线槽来代替电线电缆,它具有体积小、容量大、施工周期短、装折方便、安全可靠、外表美丽、使用寿命长等特点,广泛用于炼油、化工、轻工、纺织、冶金、电力、汽车制造、电机制造、工业用电炉、厂房、车间及高层建筑等。

该母线作为大电流的输、配电,用于电力变压器与低压屏及重型负载的连接。

在许多场合,有逐渐替代电线电缆的趋势。

本文试图从分支电缆和封闭式母线槽两种产品的特点出发,进行比较和分析找出适合体现封闭式母线槽优势的使用特点,合理地选用封闭式母线槽,服务于实际工程设计。

二.关键词:

封闭式母线槽分支电缆

20世纪80年代以来,随着市场经济不断深入地发展,各种新技术经过引进和开发,新产品层出不穷,在建筑工程中也得到广泛的应用。

它们与传统产品相比,无论从制造工艺、材料性能、产品质量还是生产成本、安装技术和施工方法上,都有较大的优越性。

封闭式母线槽和传统的单芯分支电缆就是其中一例。

三.封闭式母线槽与单芯分支电缆的性能特点

1、封闭母线槽分接方便:

所谓插接式母线槽,就是它利用插接的方式把主干线的电源分接到支线去,因此分接十分方便。

预制分支电缆其缺点是要向工厂定制;其分支连接方式采用开口的“C”型抱箍,时间一久,能否保证紧箍力?

加上每一个分支头的价格不菲,因此预制分支电缆至今应用面仍不广。

任何一个楼面需要切断电源,母线槽无须断电,只要在空载的情况下,取下母线槽的插接箱即可。

但要切断预制分支电缆的分支电源,在带电的情况下操作是十分危险的。

2、封闭式母线槽过载能力强:

母线槽过载能力强,取决于它用的绝缘材料工作温度高,母线槽用的绝缘材料采用工作温度为125℃的材料,现已开发出工作温度为180℃以上的辐射交联阻燃缠绕带（PER）和辐射交联聚烃热收缩管。

而电缆所用的绝缘材料常期工作温度一般为95℃和105℃,因此母线槽的过载能力远远大于电缆。

3、封闭式母线槽能防止过载失火:

2000年8月27日,多灾多难的俄罗斯的莫斯科奥斯坦金诺电视塔——世界第二、欧洲第一高楼燃起冲天大火。

其原因是电缆过载引起的;宝钢三只转炉停产,也是电缆失火引起。

普通电缆的绝缘层和外皮会燃烧,阻燃电缆在火焰下也会燃烧,只有在火焰离开后才不燃烧,耐火电缆不会燃烧,但价格昂贵,只有消防等不准停电的电源才用耐火电缆。

封闭式母线槽外壳是钢制的或者是铝合金型材,不会燃烧,即使铜排的绝缘材料发生燃烧,火苗也不会窜到母线槽外面。

4、封闭式母线槽散热性能好:

电缆的绝缘材料（芯线绝缘和外皮绝缘）既是绝缘材料,又是隔热材料,因此电力电缆在桥架内敷设时,最多允许敷设2层,其原因是考虑散热。

母线槽利用空气传导散热,并通过紧密接触的铝合金型材外壳,把热量散发出去,因此它的散热性能和电缆相比,电缆散热性能可见一般了。

5、封闭式母线槽使用寿命为50年以上,分支电缆使用寿命为10—-12年,可见封闭式母线槽在使用寿命上要比分支电缆长得多。

6、封闭式母线槽维护方便:

母线槽几乎不必维护,日常维护通常是测量外壳和母线连接头的温升、进线箱的接头温升等。

四安装的灵活性

封闭式母线由生产厂商根据大楼电气垂直电井内配电系统的实际尺寸（主要是层高、每层分支接

头位置等）在工厂里生产出来,在发货装运前进行测试以后,装放木制箱内。

与分支电缆比,封闭式母线使现场安装更方便,更便于管理。

实际安装有两种方式:

水平安装和楼层竖井安装。

1、母线固定装置无棱角和毛刺,母线安装横平竖直,整体美观;

2、水平母线槽的吊架有调整螺栓,固定点间距离不大于1.5m,间距均匀,每15米固定接地;

3、母线槽的端头装有封闭罩。

4、各段母线槽的外壳的连接是可拆的,外壳之间有跨接线,并接地可靠;

5、支座安装牢固,母线按分段图、相序、编号、方向和标志正确放置,每相外壳的纵向间隙分配均匀;;

6、母线连接头,连接部位的螺栓采用力矩扳手紧固,易于控制连接单元所需的夹紧力,保证了接头压力,连接自然吻合,不产生机械应力,其具有不可翻转性,使用保证更安全,避免了母线连接时发生错相,接头的设计还满足于热膨胀而引起母线槽的线性伸缩,每个连接器提供15mm的膨胀补偿,使得在应用中无需安装特殊的膨胀单元。

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分支电缆的安装对安装人员的素质要求较低,不同于母线槽,出厂后必须在现场根据实际线路分段敷设,及现场敷设电缆桥架。

安装工期长。

来源于:

开关114

五。

工程管理的经济性

在相同负荷的情况下,封闭式母线与分支电缆相比较,材料费用要大大节省。

特别是对于630A及以上的母线槽来说,选用同一电流等级的封闭式母线,其材料费用（包括附件）的缩减就更加明显。

加上安装方便,节省了现场施工劳力,总的建筑工程造价就大大压缩了。

而且分支电缆目前只能做到1000mm截面积,额定电流在1600A左右,而母线槽额定电流最大可以做到6300A。

况且,630A及以上电流等级的分支电缆将不具有价格优势。

所以,对于大容量配电干线而言,封闭式母线的应用就更加能够体现它的优势。

六.封闭式母线槽详细分析

一、母线槽品种:

按用途母线槽一般由始端母线槽、直通母线槽（分带插孔和不带插孔两种）、L型垂直（水平）弯通母线、Z型垂直（水平）偏置母线、T型垂直（水平）三通母线、X型垂直（水平）四通母线、变容母线槽、膨胀母线槽、终端封头、终端接线箱、插接箱、母线槽有关附件及紧固装置等组成。

母线槽按绝缘方式可分为空气式母线槽、密集绝缘母线槽和高强度密集母线槽三种

1.空气式母线槽,它是我国最早使用的一种。

具有以下优点:

（1）、由于母线通道的相间具有一定的空气间隙,改善了电力传输中的散热性能,提高其载荷能力、动热稳定性,进一步减少线损,延长使用寿命和提高工作可靠性。

（2）、母线槽之间连接充分考虑了施工安装工艺,采用母线通道先对接,然后再母排搭接的工艺方案,移动拆装方便,大大缩短了安装周期。

（3）、母排联接采用了侧板搭接工艺,使接头的接触面电气性能更加可靠。

（4）、母排的包复采用了高绝缘强度的热缩管工艺,使母线槽的绝缘强度、防尘能力、使用寿命及对环境的适应能力得到提高。

（5）、母排和外壳盖板之间采用了绝缘隔块,使母排的绝缘性能大大提高,增强工作可靠性。

（6）、但体积比较大,散热性能差。

2.密集绝缘母线槽,它是从空气式母线槽基础上通过技术改进研制的第二代母线槽,它具有能承受较强的电动力,又具有较好的散热性能,在外壳的结构设计上,采用了新型的成型波纹外壳（一次挤压成型）增大了支撑强度,在厂房6米柱距的空间可以不用支撑,跷度不超过15mm解决了大跨度安装无法支撑的难题,加工工艺也比空气式母线槽较简单。

3.高强度密集母线槽,该母线槽集空气式母线槽和密集绝缘母线槽之优点,研制的新一代母线,具有如下特点:

1、高性能的绝缘材料。

母线采用进口绝缘材料,绝缘等级B级,长期耐热性130多度,多重缠绕,承受3750V的工频耐压历时1mim无闪络和击穿现象。

2、体积小,结构紧凑,母线槽全长密集,在母线槽直线单元上看不到螺丝或铆钉,外形非常美观。

3、散热性能好。

采用铝镁合金型材外壳,独特的锯齿形散热片设计,超大的散热表面积,紧靠在一起的铜排能够很快地将热量通过外壳散发出去,有效降低母线温升。

4、不会产生涡流,由于铝合金是弱磁性材料,因此在使用中不会产生涡流和磁损耗。

5、过载能力强,主要取决于所用的绝缘材料的材质,能在额定电流及110%的额定电压下长期安全工作。

6、采用全封闭结构,防护等级高达IP54至IP68。

7、整体接地技术。

采用导电性能良好的非磁性材料铝合金外壳作保护地线,包围在导电排四周,由于它尽可能的靠近三相母排,达到电抗最小。

且外壳截面积高达相线截面积的3.5至10倍,完全符合国际电气技术委员会公布及提倡的电汇排（母线槽）以外壳作为接地导体。

二、对封闭式母线槽的特殊要求※执行标准:

低压成套开关设备和控制设备GB7251.2

1.早期母线执行标准:

密集型和高强母线:

ZBK36002-89ZBK36003-89（母线干线系统）现已作废,新的标准为JB/T9662-1999。

2.空气绝缘母线槽执行标准:

JB8511-1996。

3.企业标准是各个企业根据自己生产的产品制定的,应高于国家标准,目前空气绝缘母线、高强封闭母线执行标准:

Q/321182AEG002-2000

三、标准适用范围用于额定电压交流至660V,频率为50HZ或60HZ,额定电流至6300A的三相母线槽及配套用的馈电箱。

四、基本参数

1.额定电流25A40A63A100A125A160A200A315A400A500A630A800A1000A1250A1600A2000A2500A3200A4000A5000A6300A

2.额定工作电压母线槽的额定工作电压应是交流380V、660V。

3.额定绝缘电压母线槽的额定绝缘电压是与介电强度试验,电气间隙和爬电距离有关的电压值,除非另有规定,电路的额定工作电压不允许超过额定绝缘电压。

4.额定频率50HZ或60HZ

5.额定短时耐受电流是指在规定的试验条件下,该母线槽电路在15能耐受的电流（方均根值）具体数值制造厂家应在产品技术条件给出:

例:

200~400A20KA400~800A25KA800~1000A30KA1000~1600A35KA1600~3000A55KA3000~4000A

85KA4000~5000A110KA

五、额定峰值耐受电流是指在规定的试验条件下,母线槽能耐受的电流峰值,其值为短时耐受电流（方均值）与系数的乘积。

短时耐受电流（方均根值）KA峰值系数Icw≤51.55

六、母线间连接形式:

1.对接式:

连接方便。

现在一般企业均采用这种连接。

2.插接式:

接触性能比较好。

七、结构要求（检测项目）总则:

母线槽的结构必须安全可靠、操作方便,维修容易,同时能承受机械,电和热应力的材料构成,材料应进行合适的表面处理或采用合适的防腐蚀材料。

1.机械负载应满足GB7251.2-1997中第7.1.1.1~7.1.1.3的要求。

※正常机械负载除包括本身的重量外,还包括电单元和分接单元的机械。

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2.重载机械负载除包括正常机械负载外,还包括如一个人（90公斤）的重量这样的额负载（加集中载荷）。

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3.特殊负载母线干线系统承爱其它附加负载的能力（如照明设备、附加电缆等）应由制造厂和用户之间的协商。

※正常机械负载:

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1）第一个试验在一根直线干线单元上进行,该干线同正常使用一样放置两个支撑,两点距离为D（一般为

2米）,D这个距离应由制造厂规定的支撑点间最大距离,根据老标准ZBK3600

3选用

D=2M,不带动载将一个质量M加在一块边宽等于母线干线系统边宽的正方形刚性板上,刚性板放在外壳上部支撑点中间,质量M应等于:

M=M+C教育M——在两支撑点之间干线单元那部分的质量。

试验持续时间为5分钟,RNC——附加质量,相当于由馈电单元和分接单元的质量。

XVH开关1142）第二个试验应在正常使用状况支撑的两个连接在一起的直线单元上进行,它们应以最少的支撑最大的距离D和D1进行支撑距离D按第一试验规定,距离D1是由制造厂规定的靠近接点的两个支撑点之间最大距离,接点应放在两个支撑点之间。

不带动载将质量M1加在一块边宽等于母线干线系统边宽的正方形钢性板上,钢性板安放在外壳上部连接处质量M1等于M1=M1+MC1M1=距离D1两点之间（包括接点）的干线单元的质量试验持续时间为5分钟,MC1=馈电单元和分接单元的质量。

第一试验M=M+MC+90KG第二试验M1=M1+MC1+90KG3）特殊机械（负载）根据制造厂和用户之间协商例:

高强母线1600A干线45KG/M分接单元质量15Kg正常:

M=M+MC=45*2+15=105KgM1=M1+MC1=45*1.5=82.5Kg载重:

M=M+MC+90=45*2+15+90=195KgM1=M1+MC1=45*1.5+15+90=172.5KGXVH开关114

八、母线干线单元XVH开关114

1.母线槽干线单元的结构应将母线用绝缘材料包覆后紧密地装入外壳中,母线槽可要求设置1~3个插口,用支撑件支撑和隔开,支撑件间的距离应保证母线的强度要求,插接式母线槽可需要设置若干个插孔。

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2.母线槽连接母线槽单元连接处所用螺栓、螺帽及弹簧碗形垫圈应采用有足够的强度的电镀层的钢制品或钢合金制品。

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3.插接式馈电箱（分线箱）按用途分有以下几种形式:

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1）直接与电缆连接,不安装其它电器元件XVH开关114

2）内装有断路器XVH开关114

3）内装有刀开关XVH开关114

4）内部不带开关元件,只装有熔断器、按钮或其它电器原件的XVH开关114

4.馈电箱的结构必须符合以下条件:

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1）馈电箱的插接头插入带分接装置的母线干线单元时,与母线槽的机械连接应牢靠,电气接触应良好,而且其结构应使其自身易于插入和拔出,应保证插50次后仍能正常工作。

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2）馈电箱内的操作机构应灵活、可靠。

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3）馈电箱所配用的各种电器元件均应符合其自身的产品标准。

4）馈电箱所有另部件的安装均应牢固安全。

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5）馈电箱的构造应保证电缆和电器原件的安装、维修方便。

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6）馈电箱上应有不准带电插、拔的装置警告标志。

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九、材料XVH开关114

1.外壳应选用能满足机械负载要求的金属材料,外壳相互连接部件可采用焊接或螺栓连接,但对螺栓连接的外壳应保证连续性,外壳上所用全部紧固件应具有良好的防腐镀锌层。

外壳表面（除用铝合金或铝制的外壳外）应涂上无弦目反光的覆盖层,其颜色应均匀一致、整洁美观、不得有起泡,裂纹或流痕等缺陷。

2.导体

1）应采用有足够的机械强度和载流能力的铜、铝及其合金材料。

2）导体必须采用符合

GB5585.1-5585.3要求的材料GB5585.1-85电工用铜铝及其合金母线。

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3）产品代号:

※按材料分:

铜母线——TM铜合金母线——THM铝母线——LM铝合金母线——LHM※按状态分:

软状态（O）——R适用于完全退火而获得最小强度状态的压力加制品。

硬状态（H）——Y适用于退火后进行冷加工或冷加工与不完全退火结合而获得标准规定的机械性能的制品。

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4）产品标示方法:

母线用型号、规格及标准编号表示例如:

窄边为10mm,宽边为100mm的铜母线,硬状态表示为TMY10*100GB5585.1-85

5）尺寸※标准尺寸母线的标准尺寸a和b的

规格系列采用GB321-80规定ab规格系列2.24~6.7016.00~33.50采用R407.10~31.5035.50~125.00XVH开关114

5）尺寸偏差铜母线的尺寸偏差mm标准尺寸尺寸偏差宽边b窄边a16.≤00b≤35.50

40.00≤b≤125.002.24~2.80±0.03//3.00~4.75±0.05±0.08/5.00~12.50±0.07±0.09/14.00~25.00±0.10±0.11±0.1326.50~35.50±0.15±0.15±0.1540.00~100.00//

±0.30112.00~125.00//±0.39XVH开关114

例:

6*150铜排偏差为6±0.09*150±0.454*30铜排偏差为4±0.05*30±0.15表中数据为铜排的正负公差铝母线的尺寸偏差不再详细说明XVH开关114

6）母线截面积按下列公式计算:

s=（a*b）mm2式中a——母线窄边b——母线宽边XVH开关114

7）接头:

成品标准母线不允许有接头。

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8）直度:

硬铜母线在1米长度内的直度不超过4mm,硬铝母线不超过2mm。

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9）表面状态:

表面应光洁、平整,不应有与良好工业产品不相称的任何缺陷,GB5585.2-85电工用铜、铅及其合金母线。

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十、铜母线※主要规定XVH开关114

1.型号（铜母线）型号状态名称TMRO软铜母线TMYH硬铜母线XVH开关114

2.抗拉强度与伸长率型号抗拉强度（最小）N/mm2伸长率（最小）%布氏硬度（最小）HBTMR20635——TMY————65

3.弯曲铜母线用b边弯曲90°,表面应不出现裂纹,弯曲圆柱的直径根据a边尺寸选定应符合mm标准尺寸弯曲直径2.24~2.5052.65~4.0084.25~8.00169.00~16.003217.00~31.563

4.电阻率型号电阻率P20（不大于）Ωmm2/mTMR

0.017241TMY0.01777计算时,20℃时铜母线的物理系数应取下列数值密度:

8.89g/cm2线膨胀系数:

0.0000171/℃电阻温度系数:

TMR型0.003931/℃TMY型0.003811/℃XVH开关114

十一、母线槽、导电排规格选用,根据“工厂常用电气设备手册”额定工作电流导电排规格250A

6*30400A6*40630A6*50800A6*601000A6*801250A6*1001600A6*1402000A6*175或8*130空气型2500A6*230或8*160空气型3150A6*280或8*200空气型4000A

6*175*2或10*200空气型5000A6*230*2或10*250空气型XVH开关114

一般选用铜排时,根据每平方毫米通过多少电流来定:

按照目前的生产经验:

小电流按一个截面2个电流选用。

中电流按一个截面约等于2个电流选用。

大电流（1600A）小于2个电流选用。

电流越大,每平方毫米通过的电流应越大。

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十二、绝缘材料XVH开关114

1.绝缘材料选用应具有不低于温升要求的耐热性能,且应具有不低于绝缘电阻和介电性能所要求的绝缘性能,目前我们所选用的绝缘材料为F4定向膜（聚四氟乙烯）它具备以上的要求而具抗老化性能也好。

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2.有于支撑母排的绝缘附件,还应有足够的机械强度,例如:

隔相块、绝缘隔板、绝缘螺栓等。

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3.所有绝缘材料应选用有足够的耐腐蚀、抗老化能力的材料。

十三、外壳接地保护应符合

GB7251.1-1997中7.1.3要求。

十四、电气间隙、爬电距离※定义:

电气间隙就是两导电部分间的最短直线距离。

爬电距离就是在两个导电部分之间沿绝缘材料表面的最短距离※选择原则:

电气间隙应足以能够使电路可以承受主路、辅助电路和控制电路的冲击耐受电压。

※母线槽内不同相性的裸露带电导体之间以及它们与外壳之间的电气间隙、爬电距离应不小于表中规定:

220V380V额定绝缘电压U电气间隙爬电距离V≤63A>63A≤63A>63Aui≤60353560

ui≤6908101012电气间隙的测量。

十五:

外壳的防护等级※母线槽外壳的防护等级符合GB4208规定的IP40（密集型）、IP（空气型）。

※定义:

外壳防护等级按标准规定的检验要求,对外壳能防止外界固体物进入壳内触及带电部分或运动部件以及防止水进入壳内的防护程度。

※电器外壳具有以下两种防护形式:

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1.防止人体触及或接近壳内带电部分和触及壳内的运动部件,以及防止固体异物进入电器外壳内部。

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2.防止水进入电器外壳内部而引起有害影响。

※防护等级的表示方法用字母IP表示和附加在后的两个数字所组成,后面的数字越大,防护等级越高,我们现在的母线防护等级为IP54,防水母线为IP65。

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第一位表征1）试验设备

2）母线槽连接标准规定母线槽全长至少为6米,包括至少一个接点,所有附件都应到位,端头要封闭,特别是接头绝缘螺栓要按要求达到相应的公斤力,否只会加高温升。

3）试验母线连接后可以通电,为了节约时间,在试验的第一阶段,可以加电流一般20%,以后再减少到规定的试验电流,试验应进行足够的时间,使温升达到恒定值（但不超过8米）,即每小时变化不超过1K时,试验就可结束。

此时各处的温度减去环境温度即为各处的温度,试验时用热电偶,在端子、接头、外壳处测量温度,周围温度为10~40℃。

4）判定试验结束后:

A温升实测值不超过标准的要求。

B母线槽内没有破坏,能正常工作即认为温升试验合格。

C温升值:

母线槽的部位温升用于连接外部绝缘导线用端子60空气式70通着上插接头接触处与母线间固定连接处铜——铜5050铜镀锡——铜镀锡6060铝镀锡——铝镀锡5

555铜镀银——铜镀银6080可接触的外表和覆板金属表面30绝缘材料表面40说明:

对于正常工作时可接近,但不需接触的母线槽的外壳表面温升可提高,金属表面可提高25K,绝缘表面可提高15K。

十七、接地端子母线干线单元应有接地端子,同时应牢固的接地标志,接地端子应由导电良好的材料制成,并应有防腐措施（铜、钢镀锌）具安装在易于接近的地方。

母线单元外壳上任一未涂化点与接地端子间的连接电阻值必须足够低于（原来规定≤0.1Ω,设计规范规定≤0.00032Ω）以保证母线槽安全运行,其电阻值应在有关技术文件中给出。

关于接地端子的大小现标准中未规定。

十八、母线槽的相序颜色和排列母线槽应有明显的相序标记,导体的颜色应符合GB2681规定要求相数标识和排列如下:

类别（交流）垂直排列水平排列前后排列1相（A相）黄色上左远2相（B相）绿色中中中3相（C相）红色下右近中性线N兼中性（黑）保护线PE、N次下次右次近保护线:

在特殊情况下,如果按此相序排列,造成母线配置困难也可不按表中规定母线中保护导体的颜色必须采用黄绿双争,当保护导体是绝缘的单芯导线时也应采用此种颜色,并贯穿导线的全长,外部保护导体的接线端应标上接地符号

数字及数后补充字母表示第一种防护型式的各个等级。

XVH开关114

第二位表征数字表示第二种防护型式的各个等级。

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第三位表征数字及数后补充字母表示的防护等级。

见标准GB/T4942.2-93955共有:

0、1、2、3、3L、4、4L、5、6九个数字等级常用的XVH开关114

3防止大于2.5mm的固体异物进入壳内。

即能防止直径（或厚度）大于2.5mm的工具,金属线等进入壳内。

试验方法见P59常用的XVH开关114

4防