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海拔是指所在地(產(chǎn)品安裝處)對(duì)海平面的高度,海拔高低對(duì)產(chǎn)品性能有重要影響,因此國(guó)內(nèi)外電工標(biāo)準(zhǔn)都規(guī)定產(chǎn)品使用基準(zhǔn)海拔高度為1000m,為什么要規(guī)定1000米呢?
因?yàn)槭澜缟隙鄶?shù)國(guó)家海拔都不超過(guò)1000米。但是中國(guó)情況就不一樣,盡管中國(guó)大部分人口都在沿海地區(qū)。但西部較大城市,中西部高原地區(qū)都在海拔1000米以上。據(jù)測(cè)算我國(guó)1000米以上高海拔地區(qū)面積占全國(guó)總面積65%,而1000米以下國(guó)土僅占35%。
城市名稱 | 海拔高度m | 城市名稱 | 海拔高度m |
上海 | 3.7 | 廈門(mén) | 63.2 |
北京 | 50 | 合肥 | 23.6 |
天津 | 3.3 | 宜昌 | 131.1 |
沈陽(yáng) | 4.5 | 杭州 | 7.2 |
廣州 | 18 | 寧波 | 4.2 |
武漢 | 23.3 | 太原 | 777.9 |
重慶 | 379 | 烏魯木齊 | 653 |
西安 | 396.9 | 昆明 | 1981.3 |
南京 | 8.9 | 貴陽(yáng) | 1071.2 |
大連 | 93.5 | 呼和浩特 | 1063 |
哈爾濱 | 145.1 | 大同 | 1067.6 |
福州 | 77 | 蘭州 | 1517.2 |
青島 | 77 | 拉薩 | 3650 |
長(zhǎng)春 | 231.8 | 銀川 | 1111.5 |
濟(jì)南 | 51.6 | 西寧 | 2261.2 |
石家莊 | 81.8 | 南昌 | 46.7 |
鄭州 | 110.4 | 成都 | 505.1 |
長(zhǎng)沙 | 44.9 | 運(yùn)城 | 370 |
南寧 | 72.2 | 寶雞 | 567 |
延安 | 1070 | 榆林 | 1082 |
隨著海拔高度的増加,大氣的壓力下降,空氣密度和濕度相應(yīng)地減少,其特征為:
1、空氣壓力或空氣密度較低;
2、空氣溫度較低,溫度變化較大;
3、空氣濕度較小;
4、大陽(yáng)輻射照度較高;
5、降水量較少;
6、年大風(fēng)日多;
7、土壤溫度較低,且凍結(jié)期長(zhǎng)。
海拔每高100米,溫度降低0.6度。溫度的降低直接導(dǎo)致了絕緣材料的絕緣性能下降,如脆化,強(qiáng)度貶低等。另外,海拔高的地方溫差較大,容易產(chǎn)生凝結(jié)霧氣,降低絕緣。還有溫度下降,海拔高導(dǎo)致空氣稀薄,相當(dāng)于絕緣空氣層薄了,同時(shí)濕度會(huì)相應(yīng)變大。因?yàn)檫@些原因,防止過(guò)流擊穿,要降低容量。
海拔高度超過(guò)1000米的地區(qū)稱為高原地區(qū)。高原地區(qū)氣候的主要特征是:氣壓、溫度、濕度隨海拔的增高二減小,太陽(yáng)輻射隨海拔增高而增高。于是給電器元件帶來(lái)了許多不利的影響。而我國(guó)的一般電器元件是按海拔≤1000m的環(huán)境條件設(shè)計(jì)的。
從上表可以看出,在3500m處的大氣壓僅海平面大氣壓的65.5%,日溫差大、風(fēng)沙大,引起熱膨脹冷縮變化劇烈,使設(shè)備密封不易保持,密封老化快,產(chǎn)生滲漏。
由于低溫、晝夜溫差大,使儀表中的線性元件發(fā)生線性變化,測(cè)試儀表(包括壓力表、液壓表、流量計(jì))普遍存在精度降低、重復(fù)性差,零點(diǎn)漂移嚴(yán)重。
橡膠密封件經(jīng)低溫試驗(yàn)表明,隨著溫度的下降,其硬度、扯斷強(qiáng)度及伸漲率三項(xiàng)機(jī)械性能均表現(xiàn)處不同程度的下降趨勢(shì)。
由于晝夜溫差大、溫度變化快,設(shè)備絕緣表面容易產(chǎn)生凝露,在低電壓、污穢等綜合作用下,絕緣強(qiáng)度急劇下降,極易產(chǎn)生運(yùn)行電壓的絕緣閃絡(luò)事故。
1、對(duì)絕緣介質(zhì)強(qiáng)度的影響 空氣壓力或空氣密度的降低,引起外絕緣強(qiáng)度的降低。
在海拔至5000m范圍內(nèi),每升高100m,即平均氣壓每降低7.7~10.5kPa,外絕緣強(qiáng)度降低8%~13%;
2、對(duì)電氣間隙言穿電壓的影響對(duì)于設(shè)計(jì)定型的產(chǎn)品,由于其電氣間隙已經(jīng)固定,隨空氣壓力的降低,其擊穿電壓也下降為了保證產(chǎn)品在高原環(huán)境使用時(shí)有足夠的耐擊穿能力,必須增大電氣間隙高原用電工產(chǎn)品的電氣間隙可按下表進(jìn)行修正;
3、對(duì)電暈及放電電壓的影響
(1)高海拔低氣壓使高壓電機(jī)的局部放電起始電壓降低,電暈起始電壓降低,電暈腐蝕嚴(yán)重;
(2)高海拔低氣壓使電力電容器內(nèi)部氣壓下降,導(dǎo)致局部放電起始電壓降低;
(3)高海拔低氣壓使避雷器內(nèi)腔電壓降低,導(dǎo)致工頻放電電壓降低。
4、對(duì)開(kāi)關(guān)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(zhì)滅弧的開(kāi)關(guān)電器滅弧性能降低,通斷能力下降和電壽命縮短。
(1)直流電弧的燃弧時(shí)間隨海拔升高或氣壓降低而延長(zhǎng);
(2)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(duì)介質(zhì)冷卻效應(yīng),即產(chǎn)品溫升的影響 空氣壓力或空氣密度的降低引起空氣介質(zhì)冷卻效應(yīng)的降低。對(duì)于以自然對(duì)流、強(qiáng)迫通風(fēng)或空氣散熱器為主要散熱方式的電工產(chǎn)品,由于散熱能力的下降,溫升增加。
在海拔至5000m范圍內(nèi),每升高1000m,即平均氣壓每降低7.7-10.5kPa,溫升增加3%~10%
(1)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(nèi),但對(duì)高發(fā)熱電器,如電爐、電阻器、電焊機(jī)等電器,溫升隨海拔升高的増高率,每100m達(dá)到2K以上。
(2)電力變壓器溫升隨海拔的増高與冷卻方式有關(guān),其增加率每100m為:油浸自冷,額定溫升的0.4%:于式自冷,額定溫開(kāi)的0.5%;油浸強(qiáng)迫風(fēng)冷,額定溫升的0.6%;干式強(qiáng)迫風(fēng)冷,額定溫升的1.0% c、電機(jī)的溫升隨海拔升高的增高率每100m為額定溫升的1%。
6、對(duì)產(chǎn)品機(jī)械結(jié)構(gòu)和密封的影響
(1)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(xué)性質(zhì)的變化;
(2)潤(rùn)滑劑的蒸發(fā)及塑料制品中増塑劑的揮發(fā)加速;
(3)由于內(nèi)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(chǎn)品,間接影響到電氣性能;
(4)引起受壓容器所承受壓力的變化,導(dǎo)致受壓容器容易破裂。
1、高原環(huán)境空氣溫度對(duì)產(chǎn)品溫升的補(bǔ)償 平均空氣溫度和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(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電工產(chǎn)品運(yùn)行中溫升的增加。環(huán)境空氣溫度的補(bǔ)償值為0.5K/hm。
2、日溫差或溫度變化對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的影響 高原空氣溫度的日溫差大。較大的溫度變化使產(chǎn)品外売容易變形、龜裂,密封結(jié)構(gòu)容易破裂。
1、濕度對(duì)外絕緣強(qiáng)度的影響 平均濕度隨海拔升高而降低。濕度降低時(shí),電工產(chǎn)品的外絕緣強(qiáng)度降低,因此要考慮工頻放電電壓與沖擊閃絡(luò)電壓的濕度修正。濕度修正以零海拔時(shí)的平均濕度:119/m3為基準(zhǔn),具體修正按GB311.2中有關(guān)規(guī)定。
2、濕度對(duì)電機(jī)換向及炭刷磨損的影響 濕度的降低使換向器電機(jī)的換向火花増大,同時(shí)使電機(jī)炭刷的磨損率增加。
1、高原熱輻射增加的影響
海拔5000m時(shí)大太陽(yáng)輻射度為低海拔時(shí)相應(yīng)值的1.25倍,熱輻射對(duì)物體起加熱作用。對(duì)于戶外用電工產(chǎn)品,太陽(yáng)熱輻射的增加引起較大的表面附加溫升,降低有機(jī)絕緣材料的材質(zhì)性能,使材料變形,產(chǎn)生機(jī)械熱應(yīng)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増加率比太陽(yáng)總輻射照度的增加率大得多,海拔3000m時(shí)已達(dá)低海拔時(shí)相應(yīng)值的2倍。紫外線引起有機(jī)絕緣材料的加速老化,使空氣容易電離而導(dǎo)致外絕緣強(qiáng)度和電暈起始電壓降低。
從上述空氣壓力或空氣密度降低的影響、空氣溫度降低及溫度變化(包括日溫差)增大的影響、空氣濕度減小的影響、太陽(yáng)輻射照度,包括紫外線輻射照度增加的影響等四大影響看出,高、低壓成套開(kāi)關(guān)設(shè)備使用在高原環(huán)境上的設(shè)計(jì)應(yīng)該減低這些影響,提高絕緣配合,同時(shí)增大電氣間隙,在選擇材料上和器件上綜合考慮,從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和選擇高原型器件入手,解決相關(guān)技術(shù)問(wèn)題,其主要實(shí)現(xiàn)手段就是要從產(chǎn)品設(shè)計(jì)層面考慮。
高海拔對(duì)電氣設(shè)備主要的影響是絕緣和溫升兩方面??梢詮膬蓚€(gè)方面思考:
(1)海拔高了后,容易放電,因此絕緣等級(jí)要升高。
由于空氣稀薄,對(duì)于空氣冷卻的部件散熱降低,因此要降低功率使用,這個(gè)要根據(jù)具體的海拔和散熱條件進(jìn)行計(jì)算。
(2)對(duì)不同的電氣設(shè)備影響的側(cè)重點(diǎn)不同,因比設(shè)計(jì)時(shí)側(cè)重點(diǎn)不同。
1、高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備
海拔升高,氣壓降低,空氣的絕緣強(qiáng)度減弱,使電器外絕緣降低而對(duì)內(nèi)絕緣影響很小。
由于設(shè)備的出廠試驗(yàn)是在正常海拔地點(diǎn)進(jìn)行的,因此,根據(jù)IEC出版物694對(duì)于開(kāi)關(guān)設(shè)備以其額定工頻耐壓值和額定脈沖耐壓值來(lái)鑒定絕緣能力,對(duì)于使用地點(diǎn)超過(guò)1000M以上時(shí),應(yīng)作適當(dāng)?shù)男U?/span>
對(duì)于10KV開(kāi)關(guān)柜來(lái)說(shuō),其額定電壓為12KV;額定工頻耐壓值(有效值)為32KV(對(duì)隔離距離)和28KV(各相之間及對(duì)地);額定脈沖耐壓值(峰值)為85KV(對(duì)隔離距離)和75KV(各相之間及對(duì)地)。而隨著海拔的升高,空氣密度降低,散熱條件變差,會(huì)使高壓電器在運(yùn)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(bǔ)償由海拔升高對(duì)電器溫升的影響。
但對(duì)于閥式避雷器來(lái)說(shuō),情況就較為復(fù)雜。由于避雷器自身并不密封,其閥片的間距不可調(diào),因此其火花間隙的放電電壓易受空氣密度的影響,所以應(yīng)向設(shè)備廠商注明海拔高度,或使用高壓型閥式避雷器。
2、干式變壓器
環(huán)氧樹(shù)脂干式變壓器,國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于以上兩個(gè)因素有著明確的校正方法。根據(jù)GB6450《干式變壓器》中第3.2.3條和4.2條的規(guī)定,對(duì)于在超過(guò)1000M海拔處運(yùn)行,并在正常海拔進(jìn)行試驗(yàn)的變壓器,其溫升限值應(yīng)相應(yīng)遞減,超過(guò)1000M海拔部分以第500M為一級(jí),溫升限值按自冷變壓器2.5%、風(fēng)冷變壓器5%減小;額定短時(shí)工頻耐受電壓值同時(shí)增加6.25%
3、低壓電氣設(shè)備
對(duì)于低壓電氣設(shè)備,情況要稍好一些。根據(jù)JB/Z0103-11標(biāo)準(zhǔn)及科研部門(mén)的調(diào)查研究,現(xiàn)有普通型低壓電器在高原地區(qū)的使用如下:
1、溫度:
現(xiàn)有一般低壓電器產(chǎn)品,使用于高原地區(qū)時(shí),其動(dòng)、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(bǔ)償由海拔升高對(duì)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(duì)于連續(xù)工作的大發(fā)熱量電器,可適當(dāng)降低電源等級(jí)使用。
2、絕緣耐壓:
普通型低壓電器在海拔2500米時(shí)仍有60%的耐壓裕度,且通過(guò)對(duì)國(guó)產(chǎn)常用繼電器與轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)等的試驗(yàn)表明,在海拔4000M及以下地區(qū),均可在其額定電壓下正常運(yùn)行。
3、動(dòng)作特性:
海拔升高時(shí),雙金屬片熱繼電器和熔斷器的動(dòng)作特性有少許變化,但在海拔4000M下時(shí),均在其技術(shù)條件規(guī)定的特性曲線"帶"范圍內(nèi)RTO等國(guó)產(chǎn)常用熔斷器的熔化特性大偏差均在容許偏差的50%以內(nèi)。
而國(guó)產(chǎn)常用熱繼電器的動(dòng)作穩(wěn)定性較好,其動(dòng)作時(shí)間隨海拔升高有顯著縮短,根據(jù)不同的型號(hào),分別為正常動(dòng)作時(shí)間和40%-73%。也可在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié)電流整定值,使其動(dòng)作特性滿足要求。通過(guò)對(duì)低壓熔斷器非線性的環(huán)境溫度對(duì)時(shí)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(guò)載電流倍數(shù)情況下(即輕過(guò)載)熔斷時(shí)間隨環(huán)境溫度減小而増加,在20度以下時(shí),變化的程度則更大:而在同樣的較大的過(guò)載電流倍數(shù)情況下(即短路保護(hù)時(shí)),熔斷時(shí)間隨環(huán)境溫度的變化可不作考慮。
因此,在高原地區(qū)的使用熔斷器開(kāi)關(guān)作為配電線路的過(guò)載與短路保護(hù)時(shí),其上下級(jí)之間的選擇性應(yīng)特別加以考慮。在采用低壓斷路器時(shí),應(yīng)留有一定的斷路與工作余量。由此可見(jiàn),熔斷器在高原的使用環(huán)境下可靠性和保護(hù)特性更為理想。
海拔修正為每增高100米,絕緣距離增大1%;
如果在常規(guī)海拔下做耐壓試驗(yàn),試驗(yàn)電壓修正系數(shù)為Ka。
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