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    專家觀點-海拔高度對電氣產品的影響

    發布時間:2022-10-27 10:40:00來源:南京漢墨電氣有限公司

    海拔高度對電氣產品的影響

    隨著海拔高度的增加,大氣的壓力下降,空氣密度和濕度相應地減少,其特征為:a、空氣壓力或空氣密度較低;b、空氣溫度較低,溫度變化較大;c、空氣絕對濕度較??;d、大陽輻射照度較高;e、降水量較少;f、年大風日多;g、土壤溫度較低,且凍結期長。這些特征對電工產品性能有下面四大影響規律,列出如下:
    1、空氣壓力或空氣密度降低的影響
    1)對絕緣介質強度的影響
      空氣壓力或空氣密度的降低,引起外絕緣強度的降低。在海拔至5000m范圍內,每升高1000m,即平均氣壓每降低7.7~10.5kPa,外絕緣強度降低8%~13%.  
    2)對電氣間隙擊穿電壓的影響  對于設計定型的產品,由于其電氣間隙已經固定,隨空氣壓力的降低,其擊穿電壓也下降.為了保證產品在高原環境使用時有足夠的耐擊穿能力,必須增大電氣間隙.高原用電工產品的電氣間隙可按下表進行修正.

    圖片2.png

    3)對電暈及放電電壓的影響
    a、高海拔低氣壓使高壓電機的局部放電起始電壓降低,電暈起始電壓降低,電暈腐蝕嚴重;
    b、高海拔低氣壓使電力電容器內部氣壓下降,導致局部放電起始電壓降低;
    c、高海拔低氣壓使避雷器內腔電壓降低,導致工頻放電電壓降低。
    4)對開關電器滅弧性能的影響  
    空氣壓力或空氣密度的降低使空氣介質滅弧的開關電器滅弧性能降低,通斷能力下降和電壽命縮短。a)、直流電弧的燃弧時間隨海拔升高或氣壓降低而延長;b)、直流與交流電弧的飛弧距離隨海拔升高或氣壓降低而增加。
    5)對介質冷卻效應,即產品溫升的影響
    空氣壓力或空氣密度的降低引起空氣介質冷卻效應的降低。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品,由于散熱能力的下降,溫升增加。在海拔至5000m范圍內,每升高1000m,即平均氣壓每降低7.7~10.5kPa,溫升增加3%~10%.
    a、 靜止電器的溫升隨海拔升高的增高率,每100m一般在0.4K以內,但對高發熱電器,如電爐、電阻器、電焊機等電器,溫升隨海拔升高的增高率,每100m達到2K以上。
    b、 電力變壓器溫升隨海拔的增高與冷卻方式有關,其增加率每100m為:油浸自冷,額定溫升的0.4%;干式自冷,額定溫升的0.5%;油浸強迫風冷,額定溫升的0.6%;干式強迫風冷,額定溫升的1.0%;
    c、 電機的溫升隨海拔升高的增高率每100m為額定溫升的1%。
    6)對產品機械結構和密封的影響
    a、引起低密度、低濃度、多孔性材料(例如:電工絕緣材料、隔熱材料等)的物理和化學性質的變化;  
    b、潤滑劑的蒸發及塑料制品中增塑劑的揮發加速;  
    c、由于內外壓力差的增大,氣體或液體易從密封容器中泄漏或泄露率增大,有密封要求的電工產品,間接影響到電氣性能;  
    d、引起受壓容器所承受壓力的變化,導致受壓容器容易破裂。
    2、空氣溫度降低及溫度變化(包括日溫差)增大的影響  
    1)高原環境空氣溫度對產品溫升的補償  
      平均空氣溫度和最高空氣溫度均隨海拔升高而降低,電工絕緣材料的熱老化壽命決定于平均空氣溫度。高原環境空氣溫度的降低可以部分或全部補償因氣壓降低而引起電工產品運行中溫升的增加。環境空氣溫度的補償值為0.5K/hm?! ?
    2)日溫差或溫度變化對產品結構的影響  
      高原空氣溫度的日溫差大。較大的溫度變化使產品外殼容易變形、龜裂,密封結構容易破裂?! ?
    3、空氣絕對濕度減小的影響
    1)、絕對濕度對外絕緣強度的影響  
      平均絕對濕度隨海拔升高而降低。絕對濕度降低時,電工產品的外絕緣強度降低,因此要考慮工頻放電電壓與沖擊閃絡電壓的濕度修正?! ?
      濕度修正以零海拔時的平均絕對濕度:11g/m3為基準,具體修正按GB311.2中有關規定?! ?
    2)、絕對濕度對電機換向及炭刷磨損的影響  
      絕對濕度的降低使換向器電機的換向火花增大,同時使電機炭刷的磨損率增加?! ?
    4、太陽輻射照度,包括紫外線輻射照度增加的影響  
    1)高原熱輻射增加的影響  
      海拔5000m時最大太陽輻射度為低海拔時相應值的1.25倍,熱輻射對物體起加熱作用。對于戶外用電工產品,太陽熱輻射的增加引起較大的表面附加溫升,降低有機絕緣材料的材質性能,使材料變形,產生機械熱應力等影響?! ?
    2)高原紫外線輻射增加的影響  
      紫外線輻射照度隨海拔升高的增加率比太陽總輻射照度的增加率大得多,海拔3000m時已達低海拔時相應值的2倍。紫外線引起有機絕緣材料的加速老化,使空氣容易電離而導致外絕緣強度和電暈起始電壓降低?! ?
      從上述四大影響看出,高、低壓成套開關設備使用在高原環境上的設計應該減低這些影響,提高絕緣配合,同時增大電氣間隙,在選擇材料上和器件上綜合考慮,從結構設計和選擇高原型器件入手,解決相關技術問題,其主要實現手段就是要從產品設計層面考慮。

    高海拔對電氣設備主要的影響是絕緣和溫升兩方面??梢詮膬蓚€方面思考:
    1、海拔高了后,容易放電,因此絕緣等級要升高。
    2、 由于空氣稀薄,對于空氣冷卻的部件散熱降低,因此要降低功率使用,這個要根據具體的海拔和散熱條件進行計算。

    對不同的電氣設備影響的側重點不同,因此設計時側重點不同。

    一、高壓開關設備 

    海拔升高,氣壓降低,空氣的絕緣強度減弱,使電器外絕緣降低而對內絕緣影響很小。由于設備的出廠試驗是在正常海拔地點進行的,因此,根據IEC出版物694對于開關設備以其額定工頻耐壓值和額定脈沖耐壓值來鑒定絕緣能力,對于使用地點超過1000M以上時,應作適當的校正。對于10KV開關柜來說,其額定電壓為12KV;額定工頻耐壓值(有效值)為32KV(對隔離距離)和28KV(各相之間及對地);額定脈沖耐壓值(峰值)為85KV(對隔離距離)和75KV(各相之間及對地)。而隨著海拔的升高,空氣密度降低,散熱條件變差,會使高壓電器在運行中溫升增加,但空氣溫度隨海拔高度的增加而逐漸降低,基本可以補償由海拔升高對電器溫升的影響。 但對于閥式避雷器來說,情況就較為復雜。由于避雷器自身并不密封,其閥片的間距不可調,因此其火花間隙的放電電壓易受空氣密度的影響,所以應向設備廠商注明海拔高度,或使用高壓型閥式避雷器。

     二、干式變壓器

    環氧樹脂干式變壓器,國家標準關于以上兩個因素有著明確的校正方法。根據GB6450)《干式變壓器》中第3.2.3條和4.2條的規定,對于在超過1000M海拔處運行,并在正常海拔進行試驗的變壓器,其溫升限值應相應遞減,超過1000M海拔部分以第500M為一級,溫升限值接自冷變壓器2.5%、風冷變壓器5%減??;額定短時工頻耐受電壓值同時增加6.25%。

    三、低壓電氣設備

    對于低壓電氣設備,情況要稍好一些。根據JB/Z0103-11標準及科研部門的調查研究,現有普通型低壓電器在高原地區的使用如下:
           1、溫度:現有一般低壓電器產品,使用于高原地區時,其動、靜觸頭和導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,但大多數產品均小于0.4K。而高原 地區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,低壓電器的額定電流值可以保持不變,對于連續工作的大發熱量電器,可適當降低電源等級使用。
          2、絕緣耐壓:普通型低壓電器在海拔2500米時仍有60%的耐壓裕度,且通過對國產常用繼電器與轉換開關等的試驗表明,在海拔4000M及以下地區,均可在其額定電壓下正常運行。
          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4000M下時,均在其技術條件規定的特性曲線"帶"范圍內RTO等國產常用熔斷器的熔化特性最大偏差均在容許偏差的50%以內。而國產常用熱繼電器的動作穩定性較好,其動作時間隨海拔升高有顯著縮短,根據不同的型號,分別為正常動作時間和40%-73%。也可在現場調節電流整定值,使其動作特性滿足要求。通過對低壓熔斷器非線性的環境溫度對時間-電流特性曲線研究表明,熔體的載流能力在同樣的較小的過載電流倍數情況下(即輕過載)熔斷時間隨環境溫度減小而增加,在20度以下時,變化的程度則更大;而在同樣的較大的過載電流倍數情況下(即短路保護時),熔斷時間隨環境溫度的變化可不作考慮。因此,在高原地區的使用熔斷器開關作為配電線路的過載與短路保護時,其上下級之間的選擇性應特別加以考慮。在采用低壓斷路器時,應留有一定的斷路與工作余量。由此可見,熔斷器在高原的使用環境下可靠性和保護特性更為理想。

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