高海拔地區(qū)電氣設(shè)備選型

1、高海拔地區(qū)戶內(nèi)設(shè)備器件選型和結(jié)構(gòu)設(shè)計要求1高海拔地區(qū)的特征一般來說，對于低壓配電系統(tǒng)海拔在2000m以上，高壓配電系統(tǒng)海拔在1000m以上的地區(qū)統(tǒng)稱為高海拔地區(qū)。據(jù)測算，我國高海拔地區(qū)面積占全國總面積65%。高海拔地區(qū)具有的自然氣候條件較惡劣，其特征為：(1) 空氣密度及氣壓較低。(2) 空氣溫度較低，溫度變化較大。(3) 空氣絕對濕度小。(4) 太陽輻射強度較高。(5) 降水量較少。(6) 大風日多。(7) 土壤溫度較低，且凍結(jié)期長。2高海拔地區(qū)戶內(nèi)中壓開關(guān)柜的設(shè)計要求2.1 氣壓及空氣密度的降低，引起了外絕緣強度的降低2.1.1對絕緣介質(zhì)強度的影響空氣的介質(zhì)絕緣強度是隨著氣壓的升高而增加，

2、在空氣稀薄或真空狀態(tài)下又隨著真空度的提高而增加。試驗表明，海拔每升高1000m,平均氣壓則降低7.710.5kPa,外絕緣強度降低8%13%。2.1.2對電氣間隙擊穿電壓的影響對于設(shè)計定型的產(chǎn)品，由于電氣間隙已固定，隨著空氣壓力的降低，擊穿電壓也下降。為了保證產(chǎn)品在高海拔地區(qū)使用時有足夠的耐擊穿能力，必須增大電氣間隙和爬電距離。在不同海拔海拔高度，不同電壓等級以空氣作為絕緣介質(zhì)柜內(nèi)各相導(dǎo)體間及對地凈距如下表(單位：mm)海拔高度/m額定由壓/kV3.67.212.024.040.5100075100125200300200083110138220330250086115144230345300

3、090120150240360350094125156250375400098130163260390當海拔在20004000m之間時，通常情況下中壓開關(guān)柜外形均應(yīng)增加以滿足空氣間隙的要求。通常斷路器和隔離開關(guān)的相間距決定了柜中銅排的相間距，所以斷路器和隔離開關(guān)的相間距應(yīng)該根據(jù)海拔高度選用。12kV的斷路器和隔離開關(guān)相間距有210，230，250，275mm四種，通常采用的銅排寬度有50，60，80，100mm三種，在不同的斷路器、隔離開關(guān)相間距和銅排寬度下，銅排相間距如下：銅排寬度/mm斷路器f和隔離開關(guān)相間距/mm21023025027550160180200225601501701902

4、1580130150170195100110130150175從表中可以看出，對于3.6kV和7.2kV，斷路器和隔離開關(guān)相間距為210mm，銅排寬度不大于80mm時，電氣間隙能夠滿足要求；銅排寬度為100mm時，海拔超過1000m就應(yīng)該選用230mm相間距的斷路器和隔離開關(guān)。對于12kV，不同海拔高度和銅排寬度，斷路器和隔離開關(guān)相間距選擇如下表：海拔高度/m銅排寬度/mm506080100100021021021023020002102102302502500210210230250300021023025027535002102302502754000230230250275各生產(chǎn)廠家的斷

5、路器和隔離開關(guān)相間距不一致，在選型時請參照說明書以不小于上表選用。注意，KYN28-12柜型如果選擇了相間距為275mm的斷路器，柜寬應(yīng)選用1000mm。在具體的工程中，當開關(guān)柜的外形尺寸受實際條件的限制無法增加時，應(yīng)該采用復(fù)合絕緣，復(fù)合絕緣的空氣距離建議按下表選取。（單位：mm）額定電壓/kV海扌拔/m1000200025003000350040007.21230333536383940.5606669727578對于小型化中壓開關(guān)柜，用以環(huán)氧樹脂等固體絕緣材料整體澆注的電器設(shè)備，由于將外絕緣變?yōu)閮?nèi)絕緣，也可以用于高海拔地區(qū)，但一般固封工藝要求高，成本顯著增加。2.2 空氣溫度降低及溫度變化

6、增大的影響（1）對產(chǎn)品性能的影響。在海拔較高且環(huán)境溫度較低的地區(qū)，環(huán)境溫度對開關(guān)柜中一、二次元器件（如斷路器等）的可靠性有一定的影響，所以必要時還要經(jīng)過低溫試驗驗證產(chǎn)品的性能。（2）對產(chǎn)品溫升的影響。氣壓或空氣密度的降低引起空氣介質(zhì)冷卻效應(yīng)的降低。對于以自然對流、強迫通風或空氣散熱器為主要散熱方式的電工產(chǎn)品，由于散熱能力降低，而增加溫升。環(huán)境平均溫度和最高溫度均隨海拔的升高而降低。高海拔環(huán)境氣溫的降低可以部分或全部補償因氣壓降低而引起電工產(chǎn)品運行中的溫升增加。因此，對于開關(guān)和銅排等導(dǎo)體一般進行產(chǎn)品設(shè)計時可不考慮高海拔對溫升的影響。器件說明書對海拔高度有降容說明的按照器件說明書降容選用。對于電抗

7、器和變壓器，在設(shè)計時注明海拔高度，由供方進行相應(yīng)的設(shè)計。高壓固態(tài)軟起動器中的可控硅和液體電阻等發(fā)熱器件按照相關(guān)產(chǎn)品選型規(guī)范選型。（3）日夜溫差或溫度變化對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的影響。高海拔空氣溫度的日夜溫差大。較大的溫度變化使環(huán)氧樹脂澆注的產(chǎn)品，如電流電壓互感器、絕緣件等容易變形、龜裂，密封結(jié)構(gòu)容易破裂。（4）低溫環(huán)境要求在環(huán)境溫度較低的高海拔地區(qū)，開關(guān)柜內(nèi)的一、二次元器件除了滿足海拔的要求外，還必須滿足低溫環(huán)境的要求。傳動組件的潤滑方式必須滿足低溫環(huán)境的要求。2.3 環(huán)境污穢水平對爬電距離的影響高污穢環(huán)境對電氣設(shè)備的影響重點表現(xiàn)在以下三方面：（1）整個電氣回路（一次、二次）和銅排連接的腐蝕影響高、低壓成

8、套開關(guān)柜使用在一些使用環(huán)境出現(xiàn)高污穢腐蝕性氣體或鹽霧或粉塵等的電氣室時，必然這些氣體或粉塵等在接觸潮濕性環(huán)境后，即可會轉(zhuǎn)化成很強的腐蝕性（轉(zhuǎn)化為酸），如so2,h2s,氯氣、鹽霧等氣體，而電氣回路中常見處理工藝如鍍銀等或裸銅連接對這些強酸非常敏感，粉塵或氣體一旦轉(zhuǎn)化為強酸，就會腐蝕開關(guān)柜的電路部分，改變導(dǎo)線的化學性質(zhì)和物理性質(zhì)，觸點的傳導(dǎo)性等，數(shù)月后可出現(xiàn)的明顯后果為：a）、裸銅母線的顏色變化：銅的一些部位變?yōu)闇\藍色/銅的一些部位變黑/脫落（粉化效應(yīng)）；b）、腐蝕鍍銀母線和鍍銀開關(guān)接頭（開關(guān)器件連接端頭或內(nèi)部觸頭），導(dǎo)致銀線突出（銀須效應(yīng)）；c）、本地母線的過熱，母線接合點的傳導(dǎo)性降低，從而導(dǎo)

9、致過熱；d）、可抽取式鍍銀觸點（電插頭&輔助滑動/插入式觸點）開始氧化，它們變黑，并開始出現(xiàn)過熱；e）、開關(guān)開始出現(xiàn)過熱、或停止運行；f）、腐蝕帶有裸露表面的電纜（電力線或輔助電線），導(dǎo)致出現(xiàn)爆裂、高電阻等情況。這些缺陷通常迅速出現(xiàn)于制造商的保質(zhì)期內(nèi)，直接影響開關(guān)柜的電氣性能。如果是一次線路出現(xiàn)問題，將出現(xiàn)溫升過熱，接地故障等事故；如果是二次線路出現(xiàn)問題，卻出現(xiàn)誤分，誤合或拒動作或誤報等等缺陷，直接影響產(chǎn)品的運行功能，事故后果非常嚴重，將會造成大面積的停電以及破壞供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。這些現(xiàn)象通常出現(xiàn)在以下領(lǐng)域通用工業(yè)流程中：石油和天然氣，化工，冶金、造紙或紙漿廠、水泥，污水處理工廠、海島或港口工

10、程，船舶或海上石油鉆井平臺等等使用領(lǐng)域。（2）結(jié)構(gòu)零件在高污穢環(huán)境下的腐蝕影響據(jù)于上述使用環(huán)境中，結(jié)構(gòu)零件按常規(guī)的處理，也將出現(xiàn)腐蝕情況。結(jié)構(gòu)零件的表面處理工藝是直接影響這些情況的原因，漆膜工藝和厚度，鍍鋅層工藝、附著力和厚度等等指標都應(yīng)根據(jù)使用環(huán)境嚴酷程度不同，按等級進行規(guī)范，有目的選擇對應(yīng)的防護漆或鍍鋅層厚度，減輕腐蝕的作用，加強電化腐蝕和化學腐蝕的防護措施。結(jié)構(gòu)零件的腐蝕也會直接或間接影響產(chǎn)品的性能，尤其一些承擔動熱穩(wěn)定性的應(yīng)力的結(jié)構(gòu)零件，如母線橫梁等，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)強度不夠，最后影響成套開關(guān)設(shè)備的性能，如耐受短路強度等等；柜體結(jié)構(gòu)的緊固件的腐蝕也是常見現(xiàn)象，緊固件的腐蝕將直接影響到結(jié)構(gòu)的強度

11、。這些情況都是結(jié)構(gòu)零件在高污穢環(huán)境下的腐蝕影響。（3）元器件在高污穢環(huán)境下的腐蝕影響元器件在高污穢環(huán)境下的腐蝕也是存在的，其腐蝕后造成的影響是顯而易見的，其后果也很嚴重。主要在于部分選型人員未能關(guān)注環(huán)境因素下來選型，在這些特殊使用環(huán)境下，元器件的設(shè)計和制造工藝是經(jīng)過特殊處理過的，包括其電路的工藝設(shè)計、塑料的材料構(gòu)成、接頭端子等。這些措施可以使開關(guān)器件等有耐鹽霧、耐腐蝕、耐潮濕等特性，國外的器件在這些方面做得比較規(guī)范，如施耐德電氣公司的大部分低壓器件就有專門使用在3C1或3C2等級的特性，選型時可以咨詢相關(guān)的技術(shù)支持部門。器件作為成套設(shè)備的主要構(gòu)成，其可靠性和安全性是非常關(guān)系到成套設(shè)備產(chǎn)品的質(zhì)量

12、優(yōu)劣，器件的選擇非常關(guān)鍵，所以在高污穢的環(huán)境下元器件選型一定要選擇適合的型號，來保證三防功能的實現(xiàn)。從上述三方面的情況可以得知，在高污穢環(huán)境下，高、低壓成套開關(guān)設(shè)備的設(shè)計和制造，必須從器件的設(shè)計選型開始，就應(yīng)注重環(huán)境因素的選型；并在產(chǎn)品制造工藝設(shè)計入手，解決電路耐腐蝕的問題和結(jié)構(gòu)零件的表面涂敷防護問題，盡量減輕腐蝕性氣體或粉塵等造成的腐蝕問題。其主要實現(xiàn)手段就是要從產(chǎn)品制造工藝設(shè)計層面考慮。對于高污穢環(huán)境下的電路腐蝕的防護，即導(dǎo)體的防護一般常用的防護工藝方法有：導(dǎo)體全長鍍錫，或包熱縮套管，或硫化絕緣，或刷黑漆（三防漆種），或全長鍍鎳，或鍍鎳加鉻等等方法。對于高污穢環(huán)境下的結(jié)構(gòu)設(shè)計，一方面要保證

13、更高防護等級的封閉開關(guān)柜的設(shè)計實現(xiàn)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計要考慮保證防護等級的實現(xiàn)，改善設(shè)計不合理的地方；另一方面，對照相關(guān)國家、行業(yè)標準的要求，選擇合適的金屬材料，如使用耐腐蝕能力強的進口敷鋁鋅鋼板或不銹鋼板。在金屬板材的表面處理工藝規(guī)定進行規(guī)范，如在工藝流程中加鈍化處理，或二道涂漆工藝（先防銹底漆涂敷后再面漆）等，同時考慮漆種的選擇，涂層厚度、涂層附著力及質(zhì)量檢測標準等，內(nèi)部結(jié)構(gòu)件如用鍍鋅件，也要規(guī)范相應(yīng)的鍍鋅工藝要求，如鍍鋅工藝流程、鍍鋅層厚度和鋅層附著力等。GBT16434-1996高壓架空線路和發(fā)電廠、變電所環(huán)境污區(qū)分級及外絕緣選擇標準中環(huán)境污區(qū)分級標準如下：污穢等級污濕特征鹽密，mg/cm2線

14、路發(fā)電廠、變電所0大氣清潔地區(qū)及離海岸鹽場50km以上無明顯污染地區(qū)0.030.060.060.100.060.10較少時III大氣污染較嚴重地區(qū)，重霧和重鹽堿地區(qū)，近海岸鹽場1km3km地區(qū)，工業(yè)與人口密度較大地區(qū)，離化學污源和爐煙污穢300m1500m的較嚴重污穢地區(qū)0.100.250.100.25大氣特別嚴重污染地區(qū)，離海岸鹽場1km以內(nèi)，離化學污源和爐煙污穢300m以內(nèi)的地區(qū)0.250.350.250.35國際電工委員會將其劃分為四級污穢水平。（1）輕：主要是沒有工業(yè)，裝供熱設(shè)備的房屋密度較小的地區(qū)；工業(yè)或房屋密度較小，但經(jīng)常有風和（或）雨的地區(qū)；農(nóng)業(yè)地區(qū)；山區(qū)。所有這些地區(qū)，至少都離

15、海邊1020km，不直接遭受海風的作用。（2）中等：不產(chǎn)生特別污染煙灰的工業(yè)區(qū)和（或）裝供熱設(shè)備的房屋密度中等的地區(qū)；房屋和（或）工業(yè)密度較大，但經(jīng)常有風和（或）雨的地區(qū)；會遭受海風作用但離海岸不太近（至少相隔幾千米）的地區(qū)。（3）重：工業(yè)密度較大地區(qū)和產(chǎn)生污染的供熱設(shè)備密度較大城市地區(qū)；靠近海岸的地區(qū)或是任何情況下都會遭受相當強的海風作用的地區(qū)。（4）很重：能遭受到導(dǎo)電粉塵和能產(chǎn)生特別厚的導(dǎo)電沉積物的工業(yè)煙灰的地區(qū)，范圍適度；很接近海岸和會受到海水霧氣噴濺或會受到很強的污染性海風作用的地區(qū)，范圍適度；長期無雨受到夾有沙和鹽的強風作用且常有凝露的地區(qū)和沙漠地區(qū)。根據(jù)污染與凝露的嚴重情況，爬電距

16、離取值如下：0級污穢地區(qū)的對地爬電比距不得小于14mm/kV；I級污穢地區(qū)的對地爬電比距不得小于16mm/kV；II級污穢地區(qū)的對地爬電比距不得小于20mm/kV；III級污穢地區(qū)的對地爬電比距不得小于25mm/kV；W級污穢地區(qū)的對地爬電比距不得小于31mm/kV。各電壓等級的成套開關(guān)設(shè)備在不同海拔、0級污穢地區(qū)時爬電距離如下表（mm）額定電壓/kV海拔高度/m1000200025003000350040007.2100.8113.9121129137.1145.212168189.8201.6215228.5241.940.5567640.7680.4725.8771.1816.5由于很多

17、器件說明書中沒有標注爬電距離，所以在高污穢環(huán)境中選擇電流互感器、電壓互感器、帶電傳感器、斷路器時、隔離開關(guān)、支柱絕緣子等與高壓相連的器件時，要注明污穢級別，以便供方做出相應(yīng)的設(shè)計。由于高海拔地區(qū)特殊的氣象條件，在容易產(chǎn)生凝露的地區(qū)，除了采用加大元器件的外爬距外，開關(guān)柜設(shè)計中采用溫濕度控制器和加熱器相結(jié)合的方法降低凝露的幾率。2.4 改進母排及導(dǎo)電體的形狀，均勻電場分布，防止尖端放電一般來說，電極的曲率半徑越大，周邊的電場分布越均勻，空氣間隙的擊穿電壓就越高。因此，在設(shè)計和制造中，銅排盡量選用圓角母排或D型母排，同時盡可能地消除電極上的銳緣、棱角、焊縫及毛刺等，降低電極的表面粗糟度值，改善電場分

18、布。2.5 試驗電壓一般氣候條件下的工頻及沖擊耐電壓試驗值如表所示。額定電壓kV額定短時工頻耐壓kV（有效值）額定雷電沖擊耐壓kV（峰值）海拔高度m海拔高度m1000200025003000350040001000200025003000350040007.21240.52342952647.5107.327.650.411429.453.8121.631.357.1129.233.160.5136.8607518567.884.8209.1729022276.896236.881.697.5251.686.4108266.43高海拔地區(qū)戶內(nèi)低壓電氣設(shè)備的設(shè)計要求3.1、高海拔降容現(xiàn)有一般低壓

19、電器產(chǎn)品，使用于高原地區(qū)時，其動、靜觸頭和導(dǎo)電體以及線圈等部分的溫度隨海拔高度的增加而遞增。其溫升遞增率為海拔每升高100m，溫升增加0.1-0.5K,但大多數(shù)產(chǎn)品均小于0.4K。而高原地區(qū)氣溫隨海拔高度的增加而降低，其遞減率為海拔每升高100m，氣溫降低足夠補償由海拔升高對電器溫升的影響。因此，對于使用說明書沒有高海拔降容說明的低壓電器的額定電流值可以保持不變，對于連續(xù)工作的大發(fā)熱量電器，可適當降低電源等級使用。對于在使用說明書中有明確說明的，按說明書降容選用。正泰的NA1-1000說明書中無降容說明，而NA1-20006300中有降容要求如下：在不同海捱下師降容克醺當篙磁過劉昭時*大吒中茁

20、地垛性能、凈剖性能、壓力尋都會境主鑾代，貝脫可善璃下表侈正：。電壓展向1絕緣電壓Mas定工昨電壓陽2W035001000兩3W03W08W580250070050050002000600400b.fWFtWfrnl銀宦工fE電流1曰2000le25000.?31e3W0O.ftSle3500O43ls4)00.7Slg0.7SlaMM塾頃與工廠聯(lián)岳正泰的NA8系列降容說明如下:200030C0収0SOOT腿淤耐壓初3500300025002000堆毀電壓MKJOOSOO?0060G額定工作電壓690MO斗CO額罡工低電泯|屯lxIra0.96xin0.42xIn0.37kin常熟CW1、CW2

21、、CW3系列降容說明如下：海(hl)200030004(0)5000工瓠耐壓Fo討erfri山rinr、HilhMnnilvnlljigc們切3150250()2000T旳電論修il邂數(shù):門rrurtMnfarhirrii(ippratinalr?urreinJ0朗O,RS0,R2加路甘晞能修漆數(shù)CinnsrhiHifirl-tirnf圈門rlT：imiilhrnJn呂欝iiiK詢10.850.710.6?ABB公司所產(chǎn)空氣斷路器降容說明如下:海拔高度（m）=2000300040005000額定工作電壓（V）690600500440額定電流（In）In0.98In0.93In0.9InSchn

22、eider公司生產(chǎn)的塑殼斷路器NS100-NS630型降容說明如下:海拔高度/m=2000300040005000額定電流/A100-800-100-800-100-800-100-800-6301250630125063012506301250額定工作電壓/V690690550590480520420460電流降低系數(shù)K110.960.990.930.960.90.94偉創(chuàng)AC60系列變頻器降容說明如下:海拔高度（m）=1000200030004000輸出電流（In）In0.94In0.88In0.82InABB公司ACS800、ACS550、ACS510系列變頻器降容說明如下:綺拔高度Q.

23、100Dm無需降容1000.4000m降容門/10Dm）（690V元1000.000m降容使用）ABB公司的PST、PSTB軟起動起降容說明：1000-4000m降容系數(shù)為0.007%/m施耐德的ATS22降容說明：1000-2000之間海拔高度，每升高100m，額定電流降低2%,沒有2000m以上的說明。施耐德的ATV系列變頻器降容說明：1000m以上每升高100m，功率降低1%,400V的最高海拔3000m，500V/690V的最高海拔2400m。3.2、絕緣耐壓普通型低壓電器在海拔2500時仍有60%的耐壓裕度，且通過對國產(chǎn)常用繼電器與轉(zhuǎn)換開關(guān)等的試驗表明，在海拔4000m及以下地區(qū)，均可在其額定電壓下正常運行。從上面幾個斷路器的降容說明表中可以看出其工作電壓有所降低，所以選用時，應(yīng)選用額定工作電壓為690V及以上的器件。3.3、動作特性：海拔升高時，雙金屬片熱繼電器和熔斷器的動作特性有少許變化，但在海拔4000