羅志輝

（長(zhǎng)沙有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司，410000）

高原環(huán)境對(duì)電氣設(shè)備的影響及設(shè)計(jì)方案

羅志輝

（長(zhǎng)沙有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司，410000）

本文通過分析高原氣候?qū)﹄姎庠O(shè)備的正常工作的影響的基礎(chǔ)上，從多個(gè)方面進(jìn)行闡述，并提出高原電氣設(shè)計(jì)需要注重解決的問題以及解決方式。

高海拔；電氣設(shè)備；電氣設(shè)計(jì)

1　高海拔氣候環(huán)境對(duì)電氣設(shè)備性能的影響

1.1空氣壓力和空氣密度降低的影響

1.1.1對(duì)絕緣介質(zhì)強(qiáng)度和電氣間隙的影響?？諝鈮毫涂諝饷芏冉档?，會(huì)引起固體絕緣材料表面放電能力的降低，其下降程度與電場(chǎng)的均勻程度有關(guān)：電場(chǎng)不均勻程度越大，放電能力降低越大（b值越大），而且與固體絕緣材料的介質(zhì)常數(shù)ξ有關(guān)系，ξ越大，沿表面的放電電壓也顯得低一些。實(shí)驗(yàn)證明在海拔5000m以內(nèi)，每升高1000m，即氣壓每降低7.7～10.5kPa時(shí)，外絕緣強(qiáng)度降低8%～13%，不過海拔高度對(duì)固體絕緣材料的瞬時(shí)擊穿電壓沒有明顯的改變。

隨著空氣壓力和空氣密度的降低，電氣間隙間的擊穿電壓也會(huì)降低。其下降程度同樣與周圍分布的電場(chǎng)的均勻程度有關(guān)，電場(chǎng)不均勻程度越大，擊穿電壓降得越低（b值越大）。

1.1.2對(duì)電暈及放電電壓的影響。高海拔低氣壓環(huán)境使高壓電氣設(shè)備局部放電起始電壓降低，即電暈的起始電壓降低，從而加重了電暈的腐蝕影響。一般對(duì)于1000V以下的電氣設(shè)備不考慮局部放電的影響。電力電容器在高海拔低氣壓環(huán)境下內(nèi)部氣壓降低，導(dǎo)致局部放電起始電壓降低。避雷器隨著海拔升高，內(nèi)腔絕緣降低，導(dǎo)致工頻放電電壓降低。

1.1.3對(duì)開關(guān)電器滅弧性能的影響?？諝鈮毫涂諝饷芏鹊慕档?，使以空氣介質(zhì)滅弧的開關(guān)電器的滅弧性能降低，通斷能力下降和電壽命縮短。交、直流電弧的燃弧時(shí)間隨海拔升高和氣壓的降低而延長(zhǎng)，從而可能會(huì)使開關(guān)電氣滅弧不合格或故障分不斷。交、直流電弧的飛弧距離隨海拔升高和氣壓降低而增加，可能會(huì)使開關(guān)設(shè)備的電氣絕緣距離不夠造成滅弧時(shí)間不合格或電弧拉不開使開關(guān)設(shè)備分不斷。

1.1.4對(duì)介質(zhì)冷卻效應(yīng)（即溫升）的影響?？諝鈮毫涂諝饷芏鹊慕档蛯⒁鹂諝饨橘|(zhì)冷卻效應(yīng)的降低，也就是會(huì)使溫升增加。對(duì)于以自然對(duì)流、輻射散熱、強(qiáng)迫通風(fēng)或空氣散熱器為主要散熱方式的電氣設(shè)備，由于散熱能力的降低，其溫升隨之增加。

1.2空氣溫度降低及溫度變化（包括日溫差）增大的影響

1.2.1高原環(huán)境空氣溫度對(duì)電氣設(shè)備溫升的補(bǔ)償。平均空氣溫度和最高空氣溫度均隨海拔升高而降低，電氣設(shè)備絕緣材料的熱老化壽命取決于平均空氣溫度。高原環(huán)境空氣溫度的降低可以部分或全部補(bǔ)償因氣壓降低而引起的電氣設(shè)備運(yùn)行中溫升的增加。一般環(huán)境空氣溫度隨海拔升高的補(bǔ)償值為0.5k/100m。

1.2.2日溫差或溫度變化對(duì)電氣設(shè)備結(jié)構(gòu)的影響。高原空氣溫度的日溫差大，使設(shè)備密封結(jié)構(gòu)容易破裂，外殼容易變形、龜裂?？諝鉁囟冉档蛯?duì)提高放電電壓有益，但其影響值較小。溫度降低將使線圈電阻值減小，動(dòng)作電流安匝數(shù)增加，機(jī)械沖擊增加，從而使機(jī)械壽命和電氣壽命降低。

1.3空氣絕對(duì)濕度減小的影響

1.3.1絕對(duì)濕度對(duì)絕緣強(qiáng)度的影響。平均絕對(duì)濕度隨海拔升高而降低。絕對(duì)濕度降低時(shí)，電氣設(shè)備的外絕緣強(qiáng)度隨之降低。因此要考慮工頻放電電壓和沖擊閃絡(luò)電壓的濕度修正。

1.3.2絕對(duì)濕度對(duì)電機(jī)換向及炭刷磨損的影響。絕對(duì)濕度的降低使換向器電機(jī)的換向火花增大，同時(shí)使電機(jī)炭刷的磨損率增加，從而影響炭刷的導(dǎo)電率和溫升。

2　高原電氣設(shè)計(jì)的解決措施

根據(jù)以上高海拔環(huán)境對(duì)電氣設(shè)備各種影響的分析結(jié)論，考慮在電氣設(shè)計(jì)過程中將要采取相應(yīng)的措施來(lái)消除以上如此種種的對(duì)電氣設(shè)備運(yùn)行所造成的不良影響，從而提高高原環(huán)境電氣設(shè)計(jì)的可靠性、安全性、實(shí)用性等。按此要求，設(shè)計(jì)中考慮采用以下措施來(lái)消除高原影響。

2.1外絕緣強(qiáng)度的高海拔校正因數(shù)?？諝鈮毫Α囟群蜐穸榷紝?duì)電氣設(shè)備的絕緣性能有影響，但是空氣壓力和空氣密度的降低對(duì)外絕緣和電氣間隙的絕緣性能的影響更大一些。因此考慮高海拔高壓電氣設(shè)備外絕緣額定絕緣水平高海拔修正。

高壓電氣設(shè)備外絕緣強(qiáng)度的高海拔校正系數(shù)僅為針對(duì)空氣絕緣的電氣設(shè)備。為保證電氣產(chǎn)品在高原使用時(shí)有足夠的沿固體絕緣材料表面放電的能力，必須加大爬電距離。按TB/T1333.1-2002標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)不同絕緣電壓值、不同過電壓等級(jí)、不同環(huán)境污染等級(jí)選定的最小電氣間隙值進(jìn)行修正，電氣設(shè)備的實(shí)際電氣間隙值應(yīng)大于該修正值。

2.2開關(guān)電氣設(shè)備開斷性能。為避免高海拔對(duì)開關(guān)電氣設(shè)備的通斷性能的影響，對(duì)高原電氣設(shè)備應(yīng)盡量選用密封（充氮）電器或真空電器等不受海拔影響的電氣設(shè)備。對(duì)于無(wú)法采用密封電器或真空電器的設(shè)備，應(yīng)驗(yàn)證其滅弧性能是否符合技術(shù)要求。設(shè)計(jì)中可采用接點(diǎn)串聯(lián)的辦法來(lái)提高開關(guān)設(shè)備的分?jǐn)嗄芰Α?duì)有主電路、輔助電路的電氣設(shè)備應(yīng)盡量采用無(wú)電弧轉(zhuǎn)換控制。

2.3電氣溫升處理措施。對(duì)于一般的用電設(shè)備來(lái)說，溫升由于溫度和濕度的補(bǔ)償作用可不做海拔修正。而對(duì)于高發(fā)熱設(shè)備（如電加熱器、電阻器等）應(yīng)考慮溫升的影響，要求減負(fù)荷運(yùn)用。若設(shè)備溫升裕量較大，按極限狀態(tài)驗(yàn)算都不會(huì)超過材料允許的溫升或設(shè)計(jì)選用允許溫升時(shí)，可以按設(shè)備設(shè)計(jì)制造的負(fù)荷運(yùn)行。

2.4低溫材料的選用。環(huán)境溫度低時(shí)，選用材料的允許使用溫度范圍應(yīng)能滿足低的環(huán)境溫度的要求。在低溫時(shí)由于機(jī)械配合應(yīng)力增加，加之低溫下電阻減小，電流的沖擊加大或過電壓衰減緩慢，若不更換材料，產(chǎn)品可靠性將大大降低。同樣橡膠產(chǎn)品也應(yīng)考慮低溫的問題，確保橡膠產(chǎn)品的彈性和密封性能。

某些低性能的鐵磁材料在低溫下的導(dǎo)磁性能也會(huì)下降，因而影響電磁鐵最低工作電壓的動(dòng)作性能，因此需選用導(dǎo)磁性能更好更穩(wěn)定的鐵磁材料。

2.5電器的耐低溫性。在溫度降低時(shí)，由于線圈的電阻降低，其吸合的電流安匝數(shù)增加較大，容易引起觸頭彈跳，影響設(shè)備的機(jī)械壽命和電氣壽命。應(yīng)對(duì)線圈進(jìn)行修改設(shè)計(jì)（以高原的最高溫度來(lái)核算）或增加減振措施或增加節(jié)能模塊，以免影響設(shè)備性能。

對(duì)有低溫工作要求的電子設(shè)備，應(yīng)正確選用耐低溫的電子元器件。模擬電路在低溫下容易產(chǎn)生特性漂移，應(yīng)盡量采用數(shù)字電路。印制板、焊接電路應(yīng)采用低溫焊錫焊接。

在高海拔地區(qū)，采用熱保護(hù)的電氣元器件，會(huì)因?yàn)樯釂栴}引起保護(hù)曲線變化，因此宜選用電磁保護(hù)式的電氣元器件。

2.6電氣的處理措施

（1）電力變壓器；安裝場(chǎng)所海拔高于1000m，而試驗(yàn)地點(diǎn)低于1000m時(shí)，自冷式變壓器（AN）繞組平均溫升限值應(yīng)按海拔每增加400m降低1 K計(jì)算；風(fēng)冷式變壓器（AF）應(yīng)按海拔每增加250m降低1 K計(jì)算。

（2）低壓電器、低壓成套開關(guān)設(shè)備和電控設(shè)備低壓電器、低壓成套開關(guān)設(shè)備和電控設(shè)備隨海拔的升高，應(yīng)考慮空氣介質(zhì)電強(qiáng)度和冷卻效應(yīng)的降低，并按下述原則進(jìn)行修正，降容值使用地點(diǎn)海拔每升高100m，增加0.5%進(jìn)行配置；允許溫升試驗(yàn)值，使用地點(diǎn)海拔每升高100m，降低0.4 K。

（3）電力半導(dǎo)體器件、電力變流器電力半導(dǎo)體器件、堆和裝置在海拔高于1000 m的地點(diǎn)使用時(shí)，由于空氣稀薄，影響了散熱條件，其電流容量將低于規(guī)定值，。高原用半導(dǎo)體器件可采用加大爬電距離的瓷外殼、散熱片間電氣間隙應(yīng)加大結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。變頻器負(fù)載選用由1000m起按每升高100m，增加1%進(jìn)行配置，在低溫下，可控元件的觸發(fā)功率要加大。

3　結(jié)束語(yǔ)

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)延伸，電氣設(shè)備所運(yùn)用的環(huán)境也越來(lái)越惡劣，安裝海拔高度也越來(lái)越高。針對(duì)薄弱環(huán)節(jié)和不清楚、沒把握的要點(diǎn)，應(yīng)加強(qiáng)研究適應(yīng)環(huán)境的技術(shù)措施，以新技術(shù)、新材料、新結(jié)構(gòu)、新工藝來(lái)改造完善老的設(shè)備、設(shè)施方案和技術(shù)措施，使所使用的產(chǎn)品、解決措施、實(shí)施方案的可靠性、安全性完全的達(dá)到高海拔地區(qū)使用的要求。

［1］ 旺久，李堅(jiān).高原電氣絕緣性能修正［J］.能源.電力，2014.8.

［2］李德龍.高原型氣候?qū)﹄姎庠O(shè)備的影響［J］.青海大學(xué)學(xué)報(bào)，2009.8.

［3］任新華.高原地區(qū)電氣設(shè)備絕緣性研究［J］.中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2015年23期.

［4］GB/T 20635-2006 特殊環(huán)境條件 高原用高壓電器的技術(shù)要求；

The influence of plateau environment on the electrical equipment and design

Luo Zhihui
（Changsha colored metallurgy Design Research Institute co.，Ltd，410000）

In this paper，by analyzing the plateau climate impact on the normal work of the electrical equipment，on the basis of from multiple aspects，and put forward the plateau electrical design needs to pay attention to solve the problems and solutions.

High altitude；electrical equipment；electrical design