高海拔地区电气设备选型.doc

高海拔地区户内设备器件选型与结构设计要求
1 高海拔地区得特征
一般来说,对于低压配电系统海拔在2000m 以上,高压配电系统海拔在1000m以上得地区统称为高海拔地区。据测算,我国高海拔地区面积占全国总面积65%。高海拔地区具有得自然气候条件较恶劣,其特征为:
(1) 空气密度及气压较低。
(2) 空气温度较低,温度变化较大。
(3) 空气绝对湿度小。
(4) 太阳辐射强度较高。
(5) 降水量较少。
(6) 大风日多。
(7) 土壤温度较低,且冻结期长。
2 高海拔地区户内中压开关柜得设计要求
2、1 气压及空气密度得降低,引起了外绝缘强度得降低
2、1、1 对绝缘介质强度得影响
空气得介质绝缘强度就是随着气压得升高而增加,在空气稀薄或真空状态下又随着真空度得提高而增加。试验表明,海拔每升高1000 m,平均气压则降低7、7～10、5 kPa,外绝缘强度降低8%～13%。
2、1、2 对电气间隙击穿电压得影响
对于设计定型得产品,由于电气间隙已固定,随着空气压力得降低,击穿电压也下降。为了保证产品在高海拔地区使用时有足够得耐击穿能力,必须增大电气间隙与爬电距离。
在不同海拔海拔高度,不同电压等级以空气作为绝缘介质柜内各相导体间及对地净距如下表 (单位:mm)
海拔高度/m
额定电压/kV
3、6
7、2
12、0
24、0
40、5
1000
75
100
125
200
300
2000
83
110
138
220
330
2500
86
115
144
230
345
3000
90
120
150
240
360
3500
94
125
156
250
375
4000
98
130
163
260
390
当海拔在2000～4000m之间时,通常情况下中压开关柜外形均应增加以满足空气间隙得要求。通常断路器与隔离开关得相间距决定了柜中铜排得相间距,所以断路器与隔离开关得相间距应该根据海拔高度选用。
12kV得断路器与隔离开关相间距有210,230,250,275mm四种,通常采用得铜排宽度有50,60,80,100mm三种,在不同得断路器、隔离开关相间距与铜排宽度下,铜排相间距如下:
铜排宽度/mm
断路器与隔离开关相间距/mm
210
230
250
275
50
160
180
200
225
60
150
170
190
215
80
130
150
170
195
100
110
130
150
175
从表中可以瞧出,对于3、6kV与7、2kV,断路器与隔离开关相间距为210mm,铜排宽度不大于80mm时,电气间隙能够满足要求;铜排宽度为100mm时,海拔超过1000m就应该选用230mm相间距得断路器与隔离开关。对于12kV,不同海拔高度与铜排宽度,断路器与隔离开关相间距选择如下表:
海拔高度/m
铜排宽度/mm
50
60
80
100
1000
210
210
210
230
2000
210
210
230
250
2500
210
210
230
250
3000
210
230
250
275
3500
210
230
250
275
4000
230
230
250
275
各生产厂家得断路器与隔离开关相间距不一致,在选型时请参照说明书以不小于上表选用。
注意,KYN2812柜型如果选择了相间距为275mm得断路器,柜宽应选用1000mm。
在具体得工程中,当开关柜得外形尺寸受实际条件得限制无法增加时,应该采用复合绝缘,复合绝缘得空气距离建议按下表选取。(单位:mm)
额定电压/kV
海拔/m
1000
2000
2500
3000
3500
4000
7、2～12
30
33
35
36
38
39
40、5
60
66
69
72
75
78
对于小型化中压开关柜,用以环氧树脂等固体绝缘材料整体浇注得电器设备,由于将外绝缘变为内绝缘,也可以用于高海拔地区,但一般固封工艺要求高,成本显著增加。
2、2 空气温度降低及温度变化增大得影响
(1) 对产品性能得影响。
在海拔较高且环境温度较低得地区,环境温度对开关柜中一、二次元器件(如断路器等)得可靠性有一定得影响,所以必要时还要经过低温试验验证产品得性能。
(2) 对产品温升得影响。
气压或空气密度得降低引起空气介质冷却效应得降低。对于以自然对流、强迫通风或空气散热器为主要散热方式得电工产品,由于散热能力降低,而增加温升。环境平均温度与最高温度均随海拔得升高而降低。高海拔环境气温得降低可以部分或全部补偿因气压降低而引起电工产品运行中得温升增加。因此,对于开关与铜排等导体一般进行产品设计时可不考虑高海拔对温升得影响。器件说明书对海拔高度有降容说明得按照器件说明书降容选用。
对于电抗器与变压器,在设计时注明海拔高度,由供方进行相应得设计。高压固态软起动器中得可控硅与液体电阻等发热器件按照相关产品选型规范选型。
(3) 日夜温差或温度变化对产品结构得影响。
高海拔空气温度得日夜温差大。较大得温度变化使环氧树脂浇注得产品,如电流电压互感器、绝缘件等容易变形、龟裂,密封结构容易破裂。
(4)低温环境要求
在环境温度较低得高海拔地区,开关柜内得一、二次元器件除了满足海拔得要求外,还必须满足低温环境得要求。传动组件得润滑方式必须满足低温环境得要求。
2、3 环境污秽水平对爬电距离得影响
高污秽环境对电气设备得影响重点表现在以下三方面:
(1)整个电气回路(一次、二次)与铜排连接得腐蚀影响
高、低压成套开关柜使用在一些使用环境出现高污秽腐蚀性气体或盐雾或粉尘等得电气室时,必然这些气体或粉尘等在接触潮湿性环境后,即可会转化成很强得腐蚀性(转化为酸),如SO2,H2S,氯气、盐雾等气体,而电气回路中常见处理工艺如镀银等或裸铜连接对这些强酸非常敏感,粉尘或气体一旦转化为强酸,就会腐蚀开关柜得电路部分,改变导线得化学性质与物理性质,触点得传导性等,数月后可出现得明显后果为:
a)、裸铜母线得颜色变化:铜得一些部位变为浅蓝色/铜得一些部位变黑/脱落(粉化效应);
b)、腐蚀镀银母线与镀银开关接头(开关器件连接端头或内部触头),导致银线突出(银须效应);
c)、本地母线得过热,母线接合点得传导性降低,从而导致过热;
d)、可抽取式镀银触点(电插头&辅助滑动/插入式触点)开始氧化,它们变黑,并开始出现过热;
e)、开关开始出现过热、或停止运行;
f)、腐蚀带有裸露表面得电缆(电力线或辅助电线),导致出现爆裂、高电阻等情况。　　
这些缺陷通常迅速出现于制造商得保质期内,直接影响开关柜得电气性能。如果就是一次线路出现问题,将出现温升过热,接地故障等事故;如果就是二次线路出现问题,却出现误分,误合或拒动作或误报等等缺陷,直接影响产品得运行功能,事故后果非常严重,将会造成大面积得停电以及破坏供电系统得稳定性。
这些现象通常出现在以下领域通用工业流程中:石油与天然气,化工,冶金、造纸或纸浆厂、水泥,污水处理工厂、海岛或港口工程,船舶或海上石油钻井平台等等使用领域。
(2)结构零件在高污秽环境下得腐蚀影响
据于上述使用环境中,结构零件按常规得处理,也将出现腐蚀情况。结构零件得表面处理工艺就是直接影响这些情况得原因,漆膜工艺与厚度,镀锌层工艺、附着力与厚度等等指标都应根据使用环境严酷程度不同,按等级进行规范,有目得选择对应得防护漆或镀锌层厚度,减轻腐蚀得作用,加强电化腐蚀与化学腐蚀得防护措施。结构零件得腐蚀也会直接或间接影响产品得性能,尤其一些承担动热稳定性得应力得结构零件,如母线横梁等,导致结构强度不够,最后影响成套开关设备得性能,如耐受短路强度等等;柜体结构得紧固件得腐蚀也就是常见现象,紧固件得腐蚀将直接影响到结构得强度。这些情况都就是结构零件在高污秽环境下得腐蚀影响。　　
(3)元器件在高污秽环境下得腐蚀影响
元器件在高污秽环境下得腐蚀也就是存在得,其腐蚀后造成得影响就是显而易见得,其后果也很严重。主要在于部分选型人员未能关注环境因素下来选型,在这些特殊使用环境下,元器件得设计与制造工艺就是经过特殊处理过得,包括其电路得工艺设计、塑料得材料构成、接头端子等。这些措施可以使开关器件等有耐盐雾、耐腐蚀、耐潮湿等特性,国外得器件在这些方面做得比较规范,如施耐德电气公司得大部分低压器件就有专门使用在3C1或3C2等级得特性,选型时可以咨询相关得技术支持部门。　　
器件作为成套设备得主要构成,其可靠性与安全性就是非常关系到成套设备产品得质量优劣,器件得选择非常关键,所以在高污秽得环境下元器件选型一定要选择适合得型号,来保证三防功能得实现。
从上述三方面得情况可以得知,在高污秽环境下,高、低压成套开关设备得设计与制造,必须从器件得设计选型开始,就应注重环境因素得选型;并在产品制造工艺设计入手,解决电路耐腐蚀得问题与结构零件得表面涂敷防护问题,尽量减轻腐蚀性气体或粉尘等造成得腐蚀问题。其主要实现手段就就是要从产品制造工艺设计层面考虑。
对于高污秽环境下得电路腐蚀得防护,即导体得防护一般常用得防护工艺方法有:导体全长镀锡,或包热缩套管,或硫化绝缘,或刷黑漆(三防漆种),或全长镀镍,或镀镍加铬等等方法。
对于高污秽环境下得结构设计,一方面要保证更高防护等级得封闭开关柜得设计实现,在结构设计要考虑保证防护等级得实现,改善设计不合理得地方;另一方面,对照相关国家、行业标准得要求,选择合适得金属材料,如使用耐腐蚀能力强得进口敷铝锌钢板或不锈钢板。在金属板材得表面处理工艺规定进行规范,如在工艺流程中加钝化处理,或二道涂漆工艺(先防锈底漆涂敷后再面漆)等,同时考虑漆种得选择,涂层厚度、涂层附着力及质量检测标准等,内部结构件如用镀锌件,也要规范相应得镀锌工艺要求,如镀锌工艺流程、镀锌层厚度与锌层附着力等。
《GBT 164341996 高压架空线路与发电厂、变电所环境污区分级及外绝缘选择标准》中环境污区分级标准如下:
污秽等级
污湿特征
盐密,mg/cm2
线路
发电厂、变电所
0
大气清洁地区及离海岸盐场50km以上无明显污染地区
≤0、03
—
Ⅰ
大气轻度污染地区,工业区与人口低密集区,离海岸盐场10km～50km地区。在污闪季节中干燥少雾(含毛毛雨)或雨量较多时
＞0、03～0、06
≤0、06
Ⅱ
大气中等污染地区,轻盐碱与炉烟污秽地区,离海岸盐场3km～10km地区,在污闪季节中潮湿多雾(含毛毛雨)但雨量较少时
＞0、06～0、10
＞0、06～0、10
Ⅲ
大气污染较严重地区,重雾与重盐碱地区,近海岸盐场1km～3km地区,工业与人口密度较大地区,离化学污源与炉烟污秽300m～1500m得较严重污秽地区
＞0、10～0、25
＞0、10～0、25
Ⅳ
大气特别严重污染地区,离海岸盐场1km以内,离化学污源与炉烟污秽300m以内得地区
＞0、25～0、35
＞0、25～0、35
国际电工委员会将其划分为四级污秽水平。
(1)轻:主要就是没有工业,装供热设备得房屋密度较小得地区;工业或房屋密度较小,但经常有风与(或)雨得地区;农业地区;山区。所有这些地区,至少都离海边10～20km,不直接遭受海风得作用。
(2)中等:不产生特别污染烟灰得工业区与(或)装供热设备得房屋密度中等得地区;房屋与(或)工业密度较大,但经常有风与(或)雨得地区;会遭受海风作用但离海岸不太近(至少相隔几千米)得地区。
(3)重:工业密度较大地区与产生污染得供热设备密度较大城市地区;靠近海岸得地区或就是任何情况下都会遭受相当强得海风作用得地区。
(4)很重:能遭受到导电粉尘与能产生特别厚得导电沉积物得工业烟灰得地区,范围适度;很接近海岸与会受到海水雾气喷溅或会受到很强得污染性海风作用得地区,范围适度;长期无雨受到夹有沙与盐得强风作用且常有凝露得地区与沙漠地区。
根据污染与凝露得严重情况,爬电距离取值如下:
——0级污秽地区得对地爬电比距不得小于14mm/kV;
——Ⅰ级污秽地区得对地爬电比距不得小于16mm/kV;
——Ⅱ级污秽地区得对地爬电比距不得小于20mm/kV;
——Ⅲ级污秽地区得对地爬电比距不得小于25mm/kV;
——Ⅳ级污秽地区得对地爬电比距不得小于31mm/kV。
各电压等级得成套开关设备在不同海拔、0级污秽地区时爬电距离如下表(mm)
额定电压/kV
海拔高度/m
1000
2000
2500
3000
3500
4000
7、2
100、8
113、9
121
129
137、1
145、2
12
168
189、8
201、6
215
228、5
241、9
40、5
567
640、7
680、4
725、8
771、1
816、5
由于很多器件说明书中没有标注爬电距离,所以在高污秽环境中选择电流互感器、电压互感器、带电传感器、断路器时、隔离开关、支柱绝缘子等与高压相连得器件时,要注明污秽级别,以便供方做出相应得设计。
由于高海拔地区特殊得气象条件,在容易产生凝露得地区,除了采用加大元器件得外爬距外,开关柜设计中采用温湿度控制器与加热器相结合得方法降低凝露得几率。
2、4 改进母排及导电体得形状,均匀电场分布,防止尖端放电
一般来说,电极得曲率半径越大,周边得电场分布越均匀,空气间隙得击穿电压就越高。因此,在设计与制造中,铜排尽量选用圆角母排或D 型母排,同时尽可能地消除电极上得锐缘、棱角、焊缝及毛刺等,降低电极得表面粗糟度值,改善电场分布。
2、5 试验电压
一般气候条件下得工频及冲击耐电压试验值如表所示。
额定电压kV

额定短时工频耐压kV(有效值)
额定雷电冲击耐压kV(峰值)
海拔高度m
海拔高度m
1000
2000
2500
3000
3500
4000
1000
2000
2500
3000
3500
4000
7、2
12
40、5
23
42
95
26
47、5
107、3
27、6
50、4
114
29、4
53、8
121、6
31、3
57、1
129、2
33、1
60、5
136、8
60
75
185
67、8
84、8
209、1
72
90
222
76、8
96
236、8
81、6
97、5
251、6
86、4
108
266、4
3高海拔地区户内低压电气设备得设计要求
3、1、高海拔降容
现有一般低压电器产品,使用于高原地区时,其动、静触头与导电体以及线圈等部分得温度随海拔高度得增加而递增。其温升递增率为海拔每升高100m,温升增加0、10、5K,但大多数产品均小于0、4K。而高原地区气温随海拔高度得增加而降低,其递减率为海拔每升高100m,气温降低足够补偿由海拔升高对电器温升得影响。因此,对于使用说明书没有高海拔降容说明得低压电器得额定电流值可以保持不变,对于连续工作得大发热量电器,可适当降低电源等级使用。对于在使用说明书中有明确说明得,按说明书降容选用。
正泰得NA11000说明书中无降容说明,而NA12000~6300中有降容要求如下:

正泰得NA8系列降容说明如下:

常熟CW1、CW2、CW3系列降容说明如下:

ABB公司所产空气断路器降容说明如下:
海拔高度(m)
<=2000
3000
4000
5000
额定工作电压(V)
690
600
500
440
额定电流(In)
In
0、98In
0、93In
0、9In
Schneider公司生产得塑壳断路器NS100NS630型降容说明如下:
海拔高度/m
<=2000
3000
4000
5000
额定电流/A
100630
8001250
100630
8001250
100630
8001250
100630
8001250
额定工作电压/V
690
690
550
590
480
520
420
460
电流降低系数K
1
1
0、96
0、99
0、93
0、96
0、9
0、94
伟创AC60系列变频器降容说明如下:
海拔高度(m)
<=1000
2000
3000
4000
输出电流(%In)
In
0、94In
0、88In
0、82In
ABB公司ACS800、ACS550、ACS510系列变频器降容说明如下:

ABB公司得PST、PSTB软起动起降容说明:10004000m降容系数为0、007%/m
施耐德得ATS22降容说明:10002000之间海拔高度,每升高100m,额定电流降低2%,没有2000m以上得说明。
施耐德得ATV系列变频器降容说明:1000m以上每升高100m,功率降低1%,400V得最高海拔3000m,500V/690V得最高海拔2400m。
3、2、绝缘耐压
普通型低压电器在海拔2500时仍有60%得耐压裕度,且通过对国产常用继电器与转换开关等得试验表明,在海拔4000m及以下地区,均可在其额定电压下正常运行。从上面几个断路器得降容说明表中可以瞧出其工作电压有所降低,所以选用时,应选用额定工作电压为690V及以上得器件。
3、3、动作特性:
海拔升高时,双金属片热继电器与熔断器得动作特性有少许变化,但在海拔4000M下时,均在其技术条件规定得特性曲线"带"范围内RTO等国产常用熔断器得熔化特性最大偏差均在容许偏差得50%以内。而国产常用热继电器得动作稳定性较好,其动作时间随海拔升高有显著缩短,根据不同得型号,分别为正常动作时间与40%73%。也可在现场调节电流整定值,使其动作特性满足要求。通过对低压熔断器非线性得环境温度对时间电流特性曲线研究表明,熔体得载流能力在同样得较小得过载电流倍数情况下(即轻过载)熔断时间随环境温度减小而增加,在20度以下时,变化得程度则更大;而在同样得较大得过载电流倍数情况下(即短路保护时),熔断时间随环境温度得变化可不作考虑。因此,在高原地区得使用熔断器开关作为配电线路得过载与短路保护时,其上下级之间得选择性应特别加以考虑。在采用低压断路器时,应留有一定得断路与工作余量。由此可见,熔断器在高原得使用环境下可靠性与保护特性更为理想。
3、4电气间隙及爬电距离
根据海拔高度不同,低压柜内电气间隙及爬电距离修正值如下表
海拔高度(m)
电气间隙倍增系数
电气间隙(mm)
爬电距离(mm)
2000
1、00
10
12
3000
1、14
11、4
13、7
4000
1、29
12、9
15、5
5000
1、48
14、8
17、8
4、高原设备得标示
根据国家标准GBT20626、12006特殊环境条件 高原电工电子产品得规定