母线加工视角下的 UL 891 与 IEC 61439

从 IEC 市场向北美出口的成套厂，通常是以错误的顺序发现这两部标准之间的差别的。他们先做完成套设备的工程设计，按 IEC 61439 完成验证，然后才发现这些工作没有一样能换成美国检验人员会接受的东西。反方向走也不见得容易。这两份文件覆盖的是可比的产品，达到的也是可比的安全结果，但所依靠的机制在结构上不同，而这些差别一路向下影响到母排的钻孔和镀层。

各自到哪里为止

UL 891 适用于标称 1000 V 及以下的封闭式（dead-front）配电屏，按加拿大电气规程第一部分、美国国家电气规程（ANSI/NFPA 70）和墨西哥安装标准 NOM-001-SEDE 安装，可用短路电流至 200,000 A。它不包括剧场预置与调光控制设备、明装带电结构、铁路控制与电气化设备，以及仅用于接纳电机控制中心单元的结构。

IEC 61439 覆盖交流 1000 V、直流 1500 V 及以下的低压开关设备和控制设备成套设备，以第 1 部分（总则）加一个产品分部的方式应用。第 2 部分覆盖电力开关设备和控制设备成套设备，是与 UL 891 配电屏最接近的对应物。

两边的产品类别并不重合，而这种不重合在商务上是有代价的。IEC 用一个标准系列覆盖的空间，北美是由若干部产品标准分割的，UL 891 只是其中之一。抽出式低压电力断路器结构归 UL 1558，不归 UL 891。工业控制柜归 UL 508A。一个 IEC 61439-2 的成套设备设计，可能同时跨在北美的两三个类别上，而每一个类别都是一次独立的列名认证。判断自己属于哪一类，是项目上的第一个工程决策，不是收尾时的文书细节。更完整的地图在您的母线作业适用哪部标准一文里。

合格评定：支配其他一切的那项差别

这里的差别是程序上的，不是技术上的，而它牵动着它下游的一切。

在 IEC 61439 之下，由制造商声明成套设备的各项特性，并持有一份设计验证文件，证明所声明的数值得到满足。验证通过试验、通过由已试验的设计推导，或在标准所设的限度内通过计算来完成。不要求第三方参与。在欧盟，声明依据低电压指令和电磁兼容指令作出，以 EN 61439 作为协调标准途径。能力、证据和责任都在您这一边。

在 UL 891 之下，产品由国家认可的检测实验室列名认证。NRTL 评价其结构，见证或亲自进行试验，随后通过在您工厂进行的后续检查来维持这项认证：不预先通知的到访，核查您现在做的东西是否仍与当初列名的一致。柜门上的那个标志，说的不是某一次试验曾经做过。它说的是一家工厂处在持续的监督之下。

由此有三点推论，出口方常在这三点上栽跟头。

您的验证文件不能转移过去。IEC 的试验数据可以为 NRTL 的评价提供参考，但它替代不了列名认证。从一开始就把北美路线当作一个有独立进度的独立项目来做预算。

变更所受的约束不同。在 IEC 之下，您可以在推导规则允许的范围内自行修改设计并更新验证文件。在列名认证之下，超出已列名结构形式的构造变更，意味着要回到 NRTL 那里去。习惯了 IEC 那种灵活度的车间，会发现这是实务上最大的一处调整。

现场改造又是另一回事。在 IEC 成套设备上于现场增加一个母排分接头，是由原制造商去评估的问题。同样一个分接头加在一台已列名的配电屏上，可能使列名认证失效，并触发一次现场评估。这对制造有直接影响：在工厂里就把备用的接线面位置和分接预留设计进去，因为事后加装的代价高得不成比例。

温升，以及由它决定的镀层选择

两部标准都对温升作出限制。但它们取的数值差别很大，基准条件不同，理由也不同。这是唯一一处会改变您对铜排怎么做的差别。

IEC 61439-1 在表 6 中给出限值。外部绝缘导体连接端子的限值为 70 K，而脚注很重要：这个 70 K 是基于约定试验得出的数值；当内装元器件的端子同时又是外部导体的端子时，取元器件制造商的限值与 70 K 中较低的那个。

至于母排本身，表 6 并没有给出任何一个数值。该行写的是：限值由导电材料的机械强度、对相邻设备可能产生的影响、与导体接触的绝缘材料的允许温度限值、导体温度对与之连接的电器的影响，以及对插接式触头而言触头材料的性质和表面处理来确定。人人都在引用的 105 K 这个数字，位于注 g 中，作为叠加在这些判据之上的一个上限：在所列判据均得到满足的前提下，裸铜母排和导体的最大温升不得超过 105 K。注 1 解释了 105 K 的由来：它是铜在其以上就可能发生退火的温度。这是一个冶金学上的限值，不是电气上的。

基准环境条件是运行中平均 35 °C，试验时的环境温度则允许在 10 °C 至 40 °C 之间。

北美的做法出发点完全不同。其限值由所连接的器件和导体的载流量推导而来，并通过 NEC 第 110.14(C) 条强制执行。IEC 61439-1 自己在资料性附录 M 中把这些值列成了表，其中母排的两个数值值得记住：未镀层母排 50 K，镀层母排 65 K。端子的限值为 50 K，附录另有限定的情形除外。北美配电屏做法中的基准环境温度是 40 °C。

把两者并排放。IEC 对裸铜的上限是 105 K；北美对同一根未镀层母排的限值是 50 K。这还不到一半，而且这是在讨论基准环境温度之前。镀层能把其中的 15 K 找回来。

由此有两条制造上的推论，而它们指向相反的方向。

对北美的活，只要电流密度稍微认真一点，镀层就成了一项设计要求。50 K 与 65 K 之间这 15 K 的差距，在一整台配电屏的范围内能换回相当一部分母排规格。铜上镀锡是常见的选择；在接触电阻的稳定性比成本更重要的场合则用镀银。

对 IEC 的活，通常的建议正好相反。Copper Development Association 的指导意见是：除非环境有此要求，否则不要在铜对铜的接头面上镀层，因为软质镀层在较高温度下会流动，使接头所依赖的接触压力松弛。这条建议在 IEC 体系下是对的，在北美体系下是错的，而原因并不是冶金学上有分歧。两套体系限制的是不同的东西：IEC 保护的是铜不被退火；北美保护的是与之连接的导线和器件，不被从成套设备里传导出来的热量伤到。

如果您同时为两个市场生产，镀层就是一项按目的地逐个项目决定的事，它属于流转卡，而不属于一份长期有效的车间作业指导书。

间距与电气间隙、爬电距离

UL 891 规定的是间距：异极性部件之间以及带电部件对地之间，经空气的和沿表面的最小距离，从一张按电压段索引的表中查得。数值以英寸表示，电压段是离散的，段与段之间不允许内插。

IEC 不用这种方式把距离列成表。IEC 61439 中的电气间隙和爬电距离是通过 IEC 60664-1 推导出来的：电气间隙由额定冲击耐受电压连同污染等级和海拔推导得出；爬电距离由工作电压、污染等级和绝缘材料的相比漏电起痕指数决定。

实务上的差别在于两套体系各自对什么敏感。两台标称电压相同的 IEC 成套设备，可能因为其中一台处在更脏的环境或更高的海拔上，而有不同的最小距离。UL 的间距表在这个层面上不问这些问题。现在有一些 UL 标准允许用与 IEC 60664 对齐的 UL 840 来替代那张沿用已久的表，但您的列名认证是按 UL 891 自己的结构要求来评价的。

对加工方来说，后果落在母排布局上。按污染等级 3 的 IEC 电气间隙布置的设计，通常能满足 UL 的间距要求；按 600 V 的 UL 间距布置的设计，通常也能满足污染等级 2 下的 IEC 要求。但“通常”这两个字，在两个方向上都不是一种设计方法。如果同一个实物设计必须同时服务两边，就按两者的包络去布置，并接受由此多出来的宽度。

这里也是一个常见的厂商说法需要纠正的地方：IEC 61439 并不强制要求倒角。没有任何条款要求边缘圆角。边缘几何形状是满足电气间隙、爬电距离和绝缘耐压条款的一种工程手段，它之所以值得做，是因为电场应力集中在尖角处。它是有充分理由的好做法，而且这些理由在客户的工程师追问时站得住。

支撑加固与短路耐受

两部标准都要求成套设备能承受故障电流，但它们表征这一能力的方式不同。

IEC 61439 声明的是在规定持续时间下的额定短时耐受电流（Icw）、额定峰值耐受电流（Ipk），以及在适用时的额定限制短路电流（Icc）。对主母线的试验在几何形状上有明确规定：受试主母线的长度固定为 (2 ± 0,4) m，并且在母线设计成可延伸的场合，必须至少包含一个接头。合格判据同样具体：试验后电气间隙和爬电距离仍须满足要求，母线支撑件不得脱开或裂穿，并且用于连接导体的零件不得松动。

UL 891 赋予的是最高至 200,000 A 的短路电流额定值，该值在装有规定的过电流保护器件的条件下确定；一段配电屏的额定值受限于串联路径中最低的那个额定值。支撑加固是一项标注出来的结构属性，而不是一个声明的电气参数；如果试验期间穿过配电屏敷设的电缆需要加固，这项要求会标注在设备上。标准的试验时间很短，是与塑壳器件分断时间相匹配的几个周波；当为选择性配合而需要短时额定值时，才要求更长的持续时间。UL 891 还在其附录 G 中给出一条按结构规则、无需做短路试验即可取得 100,000 A 额定值的途径，这是北美最接近 IEC 非试验验证方式的东西。

对母线车间来说，两套体系下制造层面的后果是一样的——这一点很有用：接头就是薄弱环节。IEC 在其合格判据里把这句话明说了，UL 的加固思路从结构上讲的是同一件事。已经松弛的螺栓预紧力、从来没有完全贴合过的接头面、因边距不足而被拉长的孔：其中任何一样，都能把一个本来能通过的设计变成一台通不过的试品。

机器上会变的东西

• 孔位： 欧洲图纸按源自 DIN 43673-1 的公制孔位；北美图纸按 NEMA 双孔惯例：½ 英寸螺栓、1¾ 英寸（44.45 mm）孔距、0.562 英寸孔径。两者不能靠取整互相换算。如果您服务于两个市场，就得同时备两套模具，机器上的模位数量于是成为一项商业约束。这正是选用可扩展至 36 模位的 24 模位加工中心（例如 IMAC-CENTER 80）、而不是选用每换一个目的地市场就得换一次模的固定模具生产线的理由。冲孔工艺页面讲模具这一侧。

• 接头准备： 在两套体系下都是接头决定温升结果，但北美的限值留给您吸收一个糟糕接头的余量要小得多。装配时接头面要平整、刚打磨过；扭矩要受控，扭矩系数要与螺纹是否润滑相匹配；垫圈尺寸要能把载荷从孔的周围散开。在 IEC 下，一个平庸的接头在 105 K 上也许还能过得去；在北美配电屏里未镀层母排 50 K 的限值下，过不去。

• 镀层： 由目的地决定，不是一项长期不变的惯例。凡是规定要镀的，母排离开您车间时必须干净、无毛刺，因为镀在毛刺上会把这个缺陷永久地封在里面。

• 边缘与毛刺状态： 接头面上的毛刺会把两根母排顶开，您算出来的接触面积不是您实际得到的接触面积。这就是为什么去毛刺应当属于工艺路线，而不是交到钳工手上，也是为什么会有 BND800-2 这类针对 0.5 至 50 mm 厚、100 至 800 mm 宽母排的生产线。

• 标识： 铭牌内容不同，由谁来负责也不同。UL 列名认证标志按列名认证的条款加贴，其栏目内容由标准规定。IEC 铭牌载明的是制造商所声明的各项特性，其中包括额定分散系数——这一项在北美根本没有对应物。

为两个市场确定母排规格

由于温升预算相差如此之大，同一个工况在两套体系下得出的母排是不同的，而且差的不是一点点余量。要从限值出发去算，而不是凭习惯：先确定适用的温升，再套用正确的基准环境温度，然后对照一份修正系数完整保留的载流量依据来定规格。DIN 43671 连同它的环境温度修正和布置方式修正，是通常使用的工作依据；我们的载流量计算器会把这些修正系数算进去，而不是假定处于基准条件。

就同一项计算的 IEC 那一侧而言，您能使用的验证途径受额定电流的限制，1600 A 以上计算途径完全关闭。这项约束连同其余的边界条件，写在我们的温升验证文章里。