海拔高度和温度对电气产品的影响
断路器高海拔降容系数
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断路器高海拔降容系数(原创版)目录一、什么是断路器降容二、高海拔地区断路器为何需要降容三、降容系数的计算与应用四、低压电器选型要求及一般原则正文一、什么是断路器降容断路器降容是指在高海拔地区,由于空气稀薄、气压降低,导致断路器的绝缘性能下降,需要降低其额定容量使用的一种技术措施。
二、高海拔地区断路器为何需要降容1.海拔高度增加后,空气压力逐渐降低,断路器的电气间隙和爬电距离变化较大,从而降低了绝缘性能,断路器更容易被击穿。
2.高海拔地区气候条件恶劣,气温低、湿度小,易导致设备绝缘材料老化、龟裂,影响绝缘性能。
3.海拔高度对电器设备的散热效果也有影响,可能使设备温度升高,进一步降低绝缘性能。
三、降容系数的计算与应用降容系数是用来衡量断路器在高海拔地区绝缘性能下降程度的一个参数。
一般来说,降容系数的取值范围为 0.8~0.9,具体数值需要根据当地的海拔高度、气压、气温等条件进行计算。
在实际应用中,降容系数的计算公式为:降容系数 = (1 - 海拔修正系数)×(1 - 气压修正系数)×(1- 温度修正系数)其中,海拔修正系数、气压修正系数和温度修正系数需要根据当地的实际条件进行查表或计算得到。
四、低压电器选型要求及一般原则1.低压电器的额定电流应不小于回路的计算工作电流,即 IeIg。
2.断路器脱扣器额定电流应等于线路计算负荷电流。
3.2~3 倍长延时动作电流整定值的可返回时间不小于线路中最大起动电流的电动机的起动时间。
4.选型时,应考虑设备的防护等级、抗干扰能力、安装方式等因素,以确保设备在高海拔地区的可靠运行。
总结:在高海拔地区,断路器需要降容使用,以确保其绝缘性能不受气候条件影响。
高原海拔对低压电器的影响
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高原环境对低压电器产品的影晌及其对策高原环境对低压电器产品的影晌及其对策侯婉秋。
李海燕(青海省高原科技发展有限公司,青海西宁810006)摘要:本文通过高原环境对低压电器产品影响因素的分析及适应性研究,提出了高原环境下使用低压电器产品应采取的对应措施:关键词:低压电器;高原环境;适应研究;影响分析随着科学的进步,各种施工设备的自动化程度越来越高,对电器的性能要求也日益提高。
高原空气密度低、含氧量少、昼夜温差大,以及气温、气压和空气密度等大气参数随海拔升高而递减,对所使用的低压电器设备有着不可低估的影响。
1 高原环境对低压电器产品的主要影响高原环境对低压电器产品的影响主要体现在温升、绝缘性能、接通能力和分断能力、对产品动作性能的影响、电寿命、对PLC的干扰。
1.1 温升海拔升高,空气密度降低,散热的对流作用减弱,对于以空气为冷却介质的电器其温升就会随之升高,额定容量下降,影响电器使用寿命。
海拔每升高lOOm,电器温升增加0.1~0.5 (一般在0.4 以下1;而气温随海拔高度的升高而降低,直减率为海拔每升高lOOm气温约降低0.6 ,可以部分补偿由海拔升高对电器温升的影响。
1.2 绝缘性能海拔升高,空气密度降低,空气的介电强度也相应下降,使空气间隔的放电电压明显降低,导致电器的外部绝缘强度降低,外绝表面及不同电位的带电间隙比较容易击穿,特别是对电气间隙和爬电距离的影响较大。
通常,电器间隙以电器承受所要求的冲击耐受电压来确定,而爬电距离以作用在跨接爬电距离两端的长期电压有效值来确定。
1.3 接通能力和分断能力空气压力和空气密度的降低,会对空气介质灭弧的开关电器灭弧性能造成影响。
这种影响来自两个方而,一方面会造成开关电器灭弧时间延长,触头烧损严重,从而使得接通和通断能力降低;另一方面有利于开关电器灭弧。
1.4 对产品动作性能的影响由于高原地区散热的对流作用减弱,且最低气温较低,日温差较大,会给一些低压电器产品的动作特性带来一定影响,如热磁式低压断路器的动作特性、热继电器的动作特性均会发生一定变化。
(完整word版)高海拔对电气设备的影响
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海拔高度对电气产品的影响随着海拔高度的增加,大气的压力下降,空气密度和湿度相应地减少,其特征为:a、空气压力或空气密度较低;b、空气温度较低,温度变化较大;c、空气绝对湿度较小;d、大阳辐射照度较高;e、降水量较少;f、年大风日多;g、土壤温度较低,且冻结期长。
这些特征对电工产品性能有下面四大影响规律,列出如下:1、空气压力或空气密度降低的影响1)对绝缘介质强度的影响空气压力或空气密度的降低,引起外绝缘强度的降低。
在海拔至5000m范围内,每升高1000m,即平均气压每降低7.7~10.5kPa,外绝缘强度降低8%~13%.2)对电气间隙击穿电压的影响对于设计定型的产品,由于其电气间隙已经固定,随空气压力的降低,其击穿电压也下降.为了保证产品在高原环境使用时有足够的耐击穿能力,必须增大电气间隙.高原用电工产品的电气间隙可按下表进行修正.3)对电晕及放电电压的影响a、高海拔低气压使高压电机的局部放电起始电压降低,电晕起始电压降低,电晕腐蚀严重;b、高海拔低气压使电力电容器内部气压下降,导致局部放电起始电压降低;c、高海拔低气压使避雷器内腔电压降低,导致工频放电电压降低。
4)对开关电器灭弧性能的影响空气压力或空气密度的降低使空气介质灭弧的开关电器灭弧性能降低,通断能力下降和电寿命缩短。
a)、直流电弧的燃弧时间随海拔升高或气压降低而延长;b)、直流与交流电弧的飞弧距离随海拔升高或气压降低而增加。
5)对介质冷却效应,即产品温升的影响空气压力或空气密度的降低引起空气介质冷却效应的降低。
对于以自然对流、强迫通风或空气散热器为主要散热方式的电工产品,由于散热能力的下降,温升增加。
在海拔至5000m 范围内,每升高1000m,即平均气压每降低7.7~10.5kPa,温升增加3%~10%.a、静止电器的温升随海拔升高的增高率,每100m一般在0.4K以内,但对高发热电器,如电炉、电阻器、电焊机等电器,温升随海拔升高的增高率,每100m达到2K以上。
海拔高度对电器设备的影响
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海拔高度对电器设备的影响标准化管理处编码[BBX968T-XBB8968-NNJ668-MM9N]海拔高度对电气设备的影响随着海拔高度的增加,大气的压力下降,空气密度和湿度相应地减少,其特征为:a、空气压力或空气密度较低;b、空气温度较低,温度变化较大;c、空气绝对湿度较小;d、大阳辐射照度较高;e、降水量较少;f、年大风日多;g、土壤温度较低,且冻结期长。
这些特征对电工产品性能有下面四大影响规律,列出如下:1、空气压力或空气密度降低的影响。
1)对绝缘介质强度的影响空气压力或空气密度的降低,引起外绝缘强度的降低。
在海拔至5000m范围内,每升高1000m,即平均气压每降低~,外绝缘强度降低8%~13%.2)对电气间隙击穿电压的影响对于设计定型的产品,由于其电气间隙已经固定,随空气压力的降低,其击穿电压也下降.为了保证产品在高原环境使用时有足够的耐击穿能力,必须增大电气间隙.高原用电工产品的电气间隙可按下表进行修正.3)对电晕及放电电压的影响a、高海拔低气压使高压电机的局部放电起始电压降低,电晕起始电压降低,电晕腐蚀严重;b、高海拔低气压使电力电容器内部气压下降,导致局部放电起始电压降低;c、高海拔低气压使避雷器内腔电压降低,导致工频放电电压降低。
4)对开关电器灭弧性能的影响空气压力或空气密度的降低使空气介质灭弧的开关电器灭弧性能降低,通断能力下降和电寿命缩短。
a)、直流电弧的燃弧时间随海拔升高或气压降低而延长;b)、直流与交流电弧的飞弧距离随海拔升高或气压降低而增加。
5)对介质冷却效应,即产品温升的影响空气压力或空气密度的降低引起空气介质冷却效应的降低。
对于以自然对流、强迫通风或空气散热器为主要散热方式的电工产品,由于散热能力的下降,温升增加。
在海拔至5000m范围内,每升高1000m,即平均气压每降低~,温升增加3%~10%.a、静止电器的温升随海拔升高的增高率,每100m一般在以内,但对高发热电器,如电炉、电阻器、电焊机等电器,温升随海拔升高的增高率,每100m达到2K以上。
海拔高度与电气绝缘标准
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海拔高度与电气绝缘标准电气绝缘是指在电气设备中,通过绝缘材料将电流限制在预定的路径中,以防止电流泄漏或电击事故发生。
而海拔高度则是指地面以上的高度,通常以海平面为基准。
海拔高度的变化会对电气绝缘产生一定的影响,因此在设计和使用电气设备时,需要考虑海拔高度对电气绝缘的影响。
海拔高度的变化主要影响电气设备的绝缘强度和绝缘材料的性能。
随着海拔高度的增加,大气压力会逐渐降低,这会导致电气设备中的绝缘材料受到的电压应力增加。
因此,在高海拔地区使用电气设备时,需要对绝缘材料进行特殊设计,以确保其能够承受更高的电压应力。
此外,海拔高度的变化还会影响电气设备中的放电现象。
在高海拔地区,由于大气压力的降低,电气设备中的放电现象更容易发生。
这可能导致电气设备的绝缘性能下降,从而增加电气事故的风险。
因此,在高海拔地区使用电气设备时,需要采取相应的措施,如增加绝缘材料的厚度或使用更好的绝缘材料,以提高电气设备的绝缘性能。
为了确保电气设备在不同海拔高度下的安全运行,国际上制定了一系列的电气绝缘标准。
这些标准规定了电气设备在不同海拔高度下的绝缘强度要求,以及相应的测试方法和评估标准。
通过遵守这些标准,可以确保电气设备在不同海拔高度下具有足够的绝缘性能,从而减少电气事故的发生。
在实际应用中,根据不同的海拔高度,电气设备需要选择适当的绝缘材料和绝缘结构。
一般来说,对于低海拔地区,常规的绝缘材料和结构就可以满足要求。
而对于高海拔地区,需要选择具有更高绝缘强度的绝缘材料,并采取更严格的绝缘结构设计。
此外,还需要进行相应的测试和评估,以确保电气设备在高海拔地区的安全运行。
总之,海拔高度对电气绝缘有一定的影响。
在设计和使用电气设备时,需要考虑海拔高度的变化,选择适当的绝缘材料和绝缘结构,并遵守相应的电气绝缘标准,以确保电气设备在不同海拔高度下的安全运行。
这对于保障电气设备的可靠性和安全性具有重要意义。
高原电气设备的选型
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高原电气设备的选型电气设备在选型中,因海拔高而考虑降容,要选择比低海拔容量更大的设备,比如空气开关,低海拔能通过50A 电流,在2000米以上要除以80%,每上升100米减低1%,不理解是为什么!我想可能是这样,海拔高,通常是一种温度比较低,而通常的绝缘材料在低温下会发生一系列的物性变化。
另外温度的变化也会引起湿度的变化,还有空气的稀薄,也会降低绝缘。
因此要考虑。
答案补充海拔高100米,温度降低0.6度。
温度的降低直接导致了绝缘材料的绝缘性能下降,如脆化,强度贬低等。
另外,海拔高的地方温差教大,容易产生凝结雾气,降低绝缘。
还有温度下降,海拔高导致空气稀薄,相当于绝缘空气层薄了,同时湿度会相应变大。
因为这些原因,防止过流击穿,要降低容量。
海拔高度超过1000m 的地区称为高原地区。
高原地区气候的主要特征是:气压、温度、湿度随海拔的增高而减小,太阳幅射随海拔增高而增高。
于是给电器元件的运行带来了许多不利的影响。
而我国的一般电器元件则是按海拔≤1000m 的环境条件设计的。
因此研究高原环境对采金船电气产品及设备的影响及其所采取的措施,对今后指导采金船电气设计和低压电器元件的选型是有着一定的意义。
不同海拔高度的大气压、空气密度和湿度海拔高度(m) 0 1000 1500 2000 2500 3000 3500 相对大气压 1 0.888 0.835 0.786 0.741 0.695 0.655 相对空气密度1 0.9085 0.865 0.824 0.784 0.745 0.708 绝对湿度(g/m3) 11 7.64 6.37 5.33 4.42 3.68 3.08 从上表可以看出,在3500m 处的大气压仅为海平面大气压的65.5%。
日温差大、风沙大,引起热胀冷缩变化剧烈,使设备密封不易保持,密封材料老化快,产生渗漏。
由于低温、昼夜温差大,使仪表中的线性元件特性发生线性变化,测试仪表(包括压力表、液压表、流量计等)普遍存在精度降低、重复性差,零点漂移严重。
海拔高度对电气产品的影响
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二、干式变压器
条和4.2条的规定,对于在超过1000M海拔处运行,并在正常海拔进行试验的变压器,其温升限值应相应递减,超过1000M海拔局部以第500M为一级,温升限值接自冷变压器2.5%、风冷变压器5%减小;额定短时工频耐受电压值同时增加6.25%。
三、低压电气设备
对于低压电气设备,情况要稍好一些。
根据JB/Z0103-11标准及科研部门的调查研究,现有普通型低压电器在高原地区的使用如下:
1、温度:现有一般低压电器产品,使用于高原地区时,其动、静触头和导电体以及线圈等局部的温度随海拔高度的增加而递增。
其温升递增率为海拔每升高100M,温升增加0.1-0.5K,但大多数产品均小于0.4K。
而高原地区气温随海拔高度的增加而降低,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的影响。
因此,低压电器的额定电流值可以保持不变,对于连续工作的大发热量电器,可适当降低电源等级使用。
2、绝缘耐压:普通型低压电器在海拔2500米时仍有60%的耐压裕度,且通过对国产常用继电器与转换开关等的试验说明,在海拔4000M及以下地区,均可在其额定电压下正常运行。
3、动作特性:海拔升高时,双金属片热继电器和熔断器的动作特性有少许变化,但在海拔4000M。
高海拔对电气设备的影响
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海拔高度对电气产品的影响随着海拔高度的增加,大气的压力下降,空气密度和湿度相应地减少,其特征为:a、空气压力或空气密度较低;b、空气温度较低,温度变化较大;c、空气绝对湿度较小;d、大阳辐射照度较高;e、降水量较少;f、年大风日多;g、土壤温度较低,且冻结期长。
这些特征对电工产品性能有下面四大影响规律,列出如下:1、空气压力或空气密度降低的影响1)对绝缘介质强度的影响 空气压力或空气密度的降低,引起外绝缘强度的降低。
在海拔至5000m范围内,每升高1000m,即平均气压每降低7.7~10.5kPa,外绝缘强度降低8%~13%. 2)对电气间隙击穿电压的影响 对于设计定型的产品,由于其电气间隙已经固定,随空气压力的降低,其击穿电压也下降.为了保证产品在高原环境使用时有足够的耐击穿能力,必须增大电气间隙.高原用电工产品的电气间隙可按下表进行修正.3)对电晕及放电电压的影响a、高海拔低气压使高压电机的局部放电起始电压降低,电晕起始电压降低,电晕腐蚀严重;b、高海拔低气压使电力电容器内部气压下降,导致局部放电起始电压降低;c、高海拔低气压使避雷器内腔电压降低,导致工频放电电压降低。
4)对开关电器灭弧性能的影响 空气压力或空气密度的降低使空气介质灭弧的开关电器灭弧性能降低,通断能力下降和电寿命缩短。
a)、直流电弧的燃弧时间随海拔升高或气压降低而延长;b)、直流与交流电弧的飞弧距离随海拔升高或气压降低而增加。
5)对介质冷却效应,即产品温升的影响空气压力或空气密度的降低引起空气介质冷却效应的降低。
对于以自然对流、强迫通风或空气散热器为主要散热方式的电工产品,由于散热能力的下降,温升增加。
在海拔至5000 m范围内,每升高1000m,即平均气压每降低7.7~10.5kPa,温升增加3%~10%.a、静止电器的温升随海拔升高的增高率,每100m一般在0.4K以内,但对高发热电器,如电炉、电阻器、电焊机等电器,温升随海拔升高的增高率,每100m达到2K以上。
高海拔环境电气设备特点及设计要求
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高海拔环境电气设备特点及设计要求摘要:高海拔环境对于电气设备有着严格的标准与要求,其绝缘、温升等性能相对也较为特殊。
本文介绍了高海拔气候特点,分析其对电气设备性能带来的不同影响。
根据电气设备相关设计要求,提出针对性的优化措施,以供同行人员参考。
关键词:高海拔环境;电气设备;设计要求1高海拔气候特点高原气候符合如下特点:(1)太阳辐射强,但是辐射差额偏小。
高原地区的海拔高,空气密度、气溶胶含量包括水汽含量相应在减少。
因此,太阳直接辐射大,紫外线强度十分突出。
(2)温度日较差明显,相比同纬度平原甚至高出1.2倍。
(3)地形条件是影响降水量的重大因素。
通常,迎湿润气流的高原属于多雨带。
然而,背湿润气流一侧以及高原内部,其降水相对偏少。
(4)风力大,雷暴、冰雹等极端天气较长。
2高海拔环境对电气设备性能的影响2.1介质冷却效应(温升)空气压力、密度的下降均会影响空气介质冷却效应,使温升逐步增加。
对于利用自然对流、空气散热器或是辐射散热进行散热的各种电气设备,当散热能力下降后,其温升反而会增加。
2.2绝缘介质强度和电气间隙当海拔增高后,空气密度随之下降,此时电器外绝缘体自身的强度也会削弱,外绝缘表面和各个电位上的带电间隙易于被击穿,应考虑耐压问题。
海拔5000m范围内,每千米高度,气压平均下降7.7~10.5kpa,外绝缘体强度则下降8%~13%。
2.3电晕及放电电压高海拔地区具有独特的气压特点,这些都会引起局部放电电压、电晕起始电压逐步下降(每100m下降1%),同时电晕腐蚀现象也十分严重。
2.4动作性能由于海拔上升,气温低,不利于散热,动作特性和环境有关的产品容易受影响,增加动作误差。
同时,空气温度下降、温度大,太阳辐射强度以及紫外线增加等因素,均会影响设备的结构材料、电气性能,缩短整个机械的寿命。
3高海拔地区电气设计要求3.1低压电气设备设计要求一是电器的温升增高。
一般随海拔每升高100m,环境温度降低0.5℃,温升增加约0.4K。
高海拔对电气设备的特殊要求
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高海拔对电气设备的特殊要求电气设备在高海拔地区主要受到来自温升和绝缘两个方面的影响。
文章主要针对高海拔地区对电气设备影响的探讨,从而提出相关在高海拔地区电气设计时的注意事项及建议。
标签:高海拔;电气设备;特殊要求近年来我国国民经济正处于高速发展的阶段中,同时我国中西部地区的经济也获得了一定的发展,尤其是多项基本建设项目正在慢慢走进中西部地区。
但是,我国中西部地区所处的地区属于高海拔地区,在海拔2千米以上的地区上使用电气设备,需要予以高度的重视,因为高海拔地区由于气象的特殊性,对电气设备的使用产生特殊的影响,必须要求高海拔使用电气设备满足一定的要求。
在本文中主要针对高海拔电气设备使用的特殊要求进行综述。
1 高海拔地区的气象特征高海拔地区所指的是海拔高度超过1000米的地区,其气象特征表现为:海拔高度和气压水平成反比关系,也就是海拔高度越高,气压水平月底,空气密度越小越稀薄,湿度越低,越干燥,同时空气越稀薄,太阳日照辐射的穿透力越强,白天地面吸收热量越多,温度越高,晚上地面失去热量速度越快越多,温度越低,导致昼夜温差明显。
三者之间的关系如表1所示:根据表2,随着海拔高度的上升,空气温度随之下降,海拔高度升高1千米,最高温度和平均温度降低5摄氏度。
降温有利于电气设备的散热。
2 高海拔气象对电气设备的影响2.1 高海拔气象对低压电器的影响在高海拔地区使用低压电器,因为海拔高度升高,电器内部的元器件会不断升温。
海拔高度上升每100米,升温幅度约为0.1-0.5℃;同时,海拔高度的增加还还会导致气温的降低,海拔高度上升每100米,气温下降幅度约为0.5℃。
如果在室内使用低压电器,由于室内温度变化比较小,元器件升温的温度和气温降温的温度之间补偿作用并不明显,所以在高海拔地区使用低压电器在室内使用能够符合所规定的安全标准。
但是,当在市外使用低压电器的时候,室外环境气温变化比较大,此时元器件升温的温度和气温降温的温度之间补偿作用极为明显,所以在室外使用低压电器必须考虑到温度的补偿作用所带来的影响。
电气间隙和海拔的关系
![电气间隙和海拔的关系](https://img.taocdn.com/s3/m/faa1342bf08583d049649b6648d7c1c708a10b80.png)
电气间隙和海拔的关系电气间隙是指电器或电气设备中的两个导体之间的最小距离,既保证电气安全,又避免电器故障和火灾的发生。
而海拔则是指地面或水平面的高度与海平面高度之间的差异。
这两个看似毫无关系的概念,实际上在电气工程中有着密切的联系。
首先,海拔的升高会导致大气稀薄,空气绝缘性能下降。
空气绝缘性能是指空气作为绝缘介质时的绝缘能力。
当海拔升高时,气压会下降,空气中的分子密度降低,电气间隙中的气体绝缘性能也随之下降。
这会增加电器设备之间的电弧和火灾的风险。
其次,电气间隙与海拔之间的关系还体现在电压等级的选择上。
根据规范,电气设备的电气间隙应能承受电气系统的额定工频电压,以确保电气设备的安全工作。
而海拔的升高会导致空气介质的击穿电压降低,这意味着在高海拔地区,相同的额定工频电压下,电气间隙需要更大的距离来保证设备的安全运行。
因此,在高海拔地区,电气工程师需要根据当地海拔高度确定电气设备的额定电压等级,以保证设备的正常运行。
此外,海拔对电器散热性能也有一定的影响。
海拔升高会导致气温的下降和大气氧气含量的减少,这会影响电气设备的散热效果。
由于海拔高地的气温较低,电气设备在高海拔地区的散热要求相对较低。
因此,在高海拔地区,电气间隙的设计应考虑设备的散热需求,以避免设备过热引发故障或事故。
综上所述,电气间隙与海拔之间存在着密切的关系。
高海拔地区的大气稀薄和气温较低会对电器设备的电气安全和散热性能产生影响,因此,在高海拔地区进行电气工程设计时,必须充分考虑当地的海拔因素。
只有合理选择电器设备的电气间隙和电压等级,同时兼顾设备的散热需求,才能确保电气设备的安全运行,减少潜在的火灾和电器故障风险。
高原地区的电气设备影响及选择
![高原地区的电气设备影响及选择](https://img.taocdn.com/s3/m/356473f7551810a6f5248682.png)
h i n a中国C p i a n t设备Engineering 工程高原地区的电气设备影响及选择田冰冰(中钢集团耐火材料有限公司,河南洛阳471039)摘要:分析高海拔、空气稀薄、温度变化大等自然条件对电气设备的影响,在高原地区的电气设计因有其特殊要求,应充分考虑对高压开关设备、电力变压器、低压断路器等设备进行校验;在高海拔地区的特殊气候环境下如何选择等问题。
关键词:耐压试验电压;温升限值;电气间隙修正;额定电流校验中图分类号:TM855 文献标识码:A 文章编号:1671-071 1(2017) 07 (上)-0203-031概述(1)海拔超过1000m的地区称为高海拔地区。
高 海拔地区,由于海拔升高,空气密度降低,散热的对流作用减弱,会使电工产品的散热效率降低,温升就随之升高,空气介质强度的降低、以及空气冷却效应降低,都是低空气密度引起的,同时也降低电气设备的空气绝缘强度以及介质绝缘强度,外绝缘表面及不同电位的带点间隙容易被击穿,对电气间隙和爬电距离的影响会很大。
设备数据及电气参数一般情况下是在正常低于1000米海拔的使用环境之下实验而得的,也是在同等条件下生产出来的,设备参数均为海拔2000m以下使用,环境温度要求不超过+40尤,不低于-5尤。
因此,在高原环境地区要对电气设备的选择就有很多条件限制和要求,需要根据实际自然环境进行不同的选择。
(2)笔者以中钢耐火天祝碳化硅项目为背景,浅析一下高海拔地区电气设计选型及应注意的问题,以利于其他电气设计人员在进行高原地区项目设计时参考。
项目背景:天祝县位于甘肃武威市,地势南高北低,是我国境内三座高原的交汇处(内蒙古高原、黄土高原和青藏高原),海拔在2050 ~ 4880米之间。
该地区属于寒冷的高原性气候。
根据地方气象部门提供资料显示,年均日照时数在2450 - 2650小时之间,冬季环境温度低于-25尤,相对无霜期约120天左右,降雨量年均450毫米左右,本地区抗震设防烈度为8度。
电子设备在高海拔时引起的问题及对策
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电子设备在高海拔时引起的问题及对策设计电子产品时有很多个指标需要考虑,需要检验,而海拔高度很少被提及或者关心,这是一个很少被人提及的设备性能参数。
真正应用在高海拔地区的电子产品可能会存在一系列特有的问题。
海拔高度是某地与海平面的高度差,是表示地面某个地点高出海平面的垂直距离。
我国地广物博,地理条件和气候条件十分复杂,西北部地区多数是高原,我国海拔2000M以上的地区约占33%,海拔3000M以上的地区约占16%。
不少城市都处在海拔2000M以上的地区,比如:拉萨3658.0M,西宁2261.2M等等。
随着国家西部开发政策的实施,电子设备在高海拔地区的应用越来越多,故设计师们要引起重视。
海拔越高的地区,空气密度就越小,大气压降低,使得空气粘性系数增加,空气分子数就会减少,从而导致传递的热量减少,这是由于空气对流传热是通过分子碰撞传递能量得来的。
这样热传递效率就会降低,电子部件的散热性能变得更差。
在5000M的高度上,放热系数比海平面上的值要下降21%,对流散热传递的热量也将下降21%。
在10000M的高度上将达到40%。
对流散热传递的热量减少将导致产品温升的增加。
因此处于高海拔地区的设备散热性降低。
数据中心的设备在运行中都会产生热量,由于局部区域的分子数量减少,使发热元件的温度不容易散掉,造成设备局部温升过高,如果散热不及时就会造成部分器件烧坏。
海波越高的地区,空气越稀薄,绝缘介质强度就会降低,这样使设备容易放电,致使通常的绝缘距离变得不足。
海拔高的地区容易发生凝露,降低电子设备的爬电距离。
数据中心电子设备的绝缘器件性能也会下降。
出于安全考虑,一般总希望绝缘材料的绝缘电阻尽可能大,绝缘材料主要包括气体绝缘材料、液体绝缘材料、固体绝缘材料三种。
在电子信息产品广泛采用气体介质和固体介质达到绝缘的目的,因此绝缘介质的好坏直接影响产品的安全性能。
如果设备的绝缘材料在电场中由于超过其绝缘强度被破坏而失去应有的绝缘性能,这时就会出现绝缘击穿现象,设备将无法继续正常工作。
高海拔对电气设备影响
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高海拔对电气设备主要的影响是绝缘和温升两方面。
对不同的电气设备影响的侧重点不同。
一、高压开关设备海拔升高,气压降低,空气的绝缘强度减弱,使电器外绝缘降低而对内绝缘影响很小。
由于设备的出厂试验是在正常海拔地点进行的,因此,根据IEC出版物694对于开关设备以其额定工频耐压值和额定脉冲耐压值来鉴定绝缘能力,对于使用地点超过1000M以上时,应作适当的校正。
对于10KV开关柜来说,其额定电压为12KV;额定工频耐压值(有效值)为32KV(对隔离距离)和28KV(各相之间及对地);额定脉冲耐压值(峰值)为85KV(对隔离距离)和75KV(各相之间及对地)。
而随着海拔的升高,空气密度降低,散热条件变差,会使高压电器在运行中温升增加,但空气温度随海拔高度的增加而逐渐降低,基本可以补偿由海拔升高对电器温升的影响。
但对于阀式避雷器来说,情况就较为复杂。
由于避雷器自身并不密封,其阀片的间距不可调,因此其火花间隙的放电电压易受空气密度的影响,所以应向设备厂商注明海拔高度,或使用高压型阀式避雷器。
二、干式变压器环氧树脂干式变压器,国家标准关于以上两个因素有着明确的校正方法。
根据GB6450)《干式变压器》中第,对于在超过1000M海拔处运行,并在正常海拔进行试验的变压器,其温升限值应相应递减,超过1000M海拔部分以第500M为一级,温升限值接自冷变压器2.5%、风冷变压器5%减小;额定短时工频耐受电压值同时增加6.25%。
三、低压电气设备对于低压电气设备,情况要稍好一些。
根据JB/Z0103-11标准及科研部门的调查研究,现有普通型低压电器在高原地区的使用如下:1、温度:现有一般低压电器产品,使用于高原地区时,其动、静触头和导电体以及线圈等部分的温度随海拔高度的增加而递增。
其温升递增率为海拔每升高100M,温升增加0.1-0.5K,但大多数产品均小于0.4K。
而高原地区气温随海拔高度的增加而降低,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的影响。
海拔高度对电器设备的影响
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海拔高度对电气设备的影响随着海拔高度的增加,大气的压力下降,空气密度和湿度相应地减少,其特征为:a、空气压力或空气密度较低;b、空气温度较低,温度变化较大;c、空气绝对湿度较小;d、大阳辐射照度较高;e、降水量较少;f、年大风日多;g、土壤温度较低,且冻结期长。
这些特征对电工产品性能有下面四大影响规律,列出如下:1、空气压力或空气密度降低的影响。
1)对绝缘介质强度的影响空气压力或空气密度的降低,引起外绝缘强度的降低。
在海拔至5000m范围内,每升高1000m,即平均气压每降低7.7~10.5kPa,外绝缘强度降低8%~13%.2)对电气间隙击穿电压的影响对于设计定型的产品,由于其电气间隙已经固定,随空气压力的降低,其击穿电压也下降.为了保证产品在高原环境使用时有足够的耐击穿能力,必须增大电气间隙.高原用电工产品的电气间隙可按下表进行修正.3)对电晕及放电电压的影响a、高海拔低气压使高压电机的局部放电起始电压降低,电晕起始电压降低,电晕腐蚀严重;b、高海拔低气压使电力电容器内部气压下降,导致局部放电起始电压降低;c、高海拔低气压使避雷器内腔电压降低,导致工频放电电压降低。
4)对开关电器灭弧性能的影响空气压力或空气密度的降低使空气介质灭弧的开关电器灭弧性能降低,通断能力下降和电寿命缩短。
a)、直流电弧的燃弧时间随海拔升高或气压降低而延长;b)、直流与交流电弧的飞弧距离随海拔升高或气压降低而增加。
5)对介质冷却效应,即产品温升的影响空气压力或空气密度的降低引起空气介质冷却效应的降低。
对于以自然对流、强迫通风或空气散热器为主要散热方式的电工产品,由于散热能力的下降,温升增加。
在海拔至5000m 范围内,每升高1000m,即平均气压每降低7.7~10.5kPa,温升增加3%~10%.a、静止电器的温升随海拔升高的增高率,每100m一般在0.4K以内,但对高发热电器,如电炉、电阻器、电焊机等电器,温升随海拔升高的增高率,每100m达到2K以上。
高海拔对电气设备的影响
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海拔高度对电气产品的影响随着海拔高度的增加,大气的压力下降,空气密度和湿度相应地减少,其特征为:a、空气压力或空气密度较低;b、空气温度较低,温度变化较大;c、空气绝对湿度较小;d、大阳辐射照度较高;e、降水量较少;f、年大风日多;g、土壤温度较低,且冻结期长。
这些特征对电工产品性能有下面四大影响规律,列出如下:1、空气压力或空气密度降低的影响1)对绝缘介质强度的影响空气压力或空气密度的降低,引起外绝缘强度的降低。
在海拔至5000m范围内,每升高1000m,即平均气压每降低7.7~10.5kPa,外绝缘强度降低8%~13%.2)对电气间隙击穿电压的影响对于设计定型的产品,由于其电气间隙已经固定,随空气压力的降低,其击穿电压也下降.为了保证产品在高原环境使用时有足够的耐击穿能力,必须增大电气间隙.高原用电工产品的电气间隙可按下表进行修正.3)对电晕及放电电压的影响a、高海拔低气压使高压电机的局部放电起始电压降低,电晕起始电压降低,电晕腐蚀严重;b、高海拔低气压使电力电容器内部气压下降,导致局部放电起始电压降低;c、高海拔低气压使避雷器内腔电压降低,导致工频放电电压降低。
4)对开关电器灭弧性能的影响空气压力或空气密度的降低使空气介质灭弧的开关电器灭弧性能降低,通断能力下降和电寿命缩短。
a)、直流电弧的燃弧时间随海拔升高或气压降低而延长;b)、直流与交流电弧的飞弧距离随海拔升高或气压降低而增加。
5)对介质冷却效应,即产品温升的影响空气压力或空气密度的降低引起空气介质冷却效应的降低。
对于以自然对流、强迫通风或空气散热器为主要散热方式的电工产品,由于散热能力的下降,温升增加。
在海拔至5000m 范围内,每升高1000m,即平均气压每降低7.7~10.5kPa,温升增加3%~10%.a、静止电器的温升随海拔升高的增高率,每100m一般在0.4K以内,但对高发热电器,如电炉、电阻器、电焊机等电器,温升随海拔升高的增高率,每100m达到2K以上。
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海拔高度对电气产品的影响
随着海拔高度的增加,大气的压力下降,空气密度和湿度相应地减少,其特征为:a、空气压力或空气密度较低;b、空气温度较低,温度变化较大;c、空气绝对湿度较小;d、大阳辐射照度较高;e、降水量较少;f、年大风日多;g、土壤温度较低,且冻结期长。
这些特征对电工产品性能有下面四大影响规律,列出如下:
1、空气压力或空气密度降低的影响
1)对绝缘介质强度的影响
空气压力或空气密度的降低,引起外绝缘强度的降低。
在海拔至5000m范围内,每升高1000m,即平均气压每降低7.7~10.5kPa,外绝缘强度降低8%~13%.
2)对电气间隙击穿电压的影响
对于设计定型的产品,由于其电气间隙已经固定,随空气压力的降低,其击穿电压也下降.为了保证产品在高原环境使用时有足够的耐击穿能力,必须增大电气间隙.高原用电工产品的电气间隙可按下表进行修正.
3)对电晕及放电电压的影响
a、高海拔低气压使高压电机的局部放电起始电压降低,电晕起始电压降低,电晕腐蚀严重;
b、高海拔低气压使电力电容器内部气压下降,导致局部放电起始电压降低;
c、高海拔低气压使避雷器内腔电压降低,导致工频放电电压降低。
4)对开关电器灭弧性能的影响
空气压力或空气密度的降低使空气介质灭弧的开关电器灭弧性能降低,通断能力下降和电寿命缩短。
a)、直流电弧的燃弧时间随海拔升高或气压降低而延长;b)、直流与交流电弧的飞弧距离随海拔升高或气压降低而增加。
5)对介质冷却效应,即产品温升的影响
空气压力或空气密度的降低引起空气介质冷却效应的降低。
对于以自然对流、强迫通风或空气散热器为主要散热方式的电工产品,由于散热能力的下降,温升增加。
在海拔至5000m 范围内,每升高1000m,即平均气压每降低7.7~10.5kPa,温升增加3%~10%.
a、静止电器的温升随海拔升高的增高率,每100m一般在0.4K以内,但对高发热电器,如电炉、电阻器、电焊机等电器,温升随海拔升高的增高率,每100m达到2K以上。
b、电力变压器温升随海拔的增高与冷却方式有关,其增加率每100m为:油浸自冷,额定温升的0.4%;干式自冷,额定温升的0.5%;油浸强迫风冷,额定温升的0.6%;干式强迫风冷,额定温升的1.0%;
c、电机的温升随海拔升高的增高率每100m为额定温升的1%。
6)对产品机械结构和密封的影响
a、引起低密度、低浓度、多孔性材料(例如:电工绝缘材料、隔热材料等)的物理和化学性质的变化;
b、润滑剂的蒸发及塑料制品中增塑剂的挥发加速;
c、由于内外压力差的增大,气体或液体易从密封容器中泄漏或泄露率增大,有密封要求的电工产品,间接影响到电气性能;
d、引起受压容器所承受压力的变化,导致受压容器容易破裂。
2、空气温度降低及温度变化(包括日温差)增大的影响
1)高原环境空气温度对产品温升的补偿
平均空气温度和最高空气温度均随海拔升高而降低,电工绝缘材料的热老化寿命决定于平均空气温度。
高原环境空气温度的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温升的增加。
环境空气温度的补偿值为0.5K/hm。
2)日温差或温度变化对产品结构的影响
高原空气温度的日温差大。
较大的温度变化使产品外壳容易变形、龟裂,密封结构容易破裂。
3、空气绝对湿度减小的影响
1)、绝对湿度对外绝缘强度的影响
平均绝对湿度随海拔升高而降低。
绝对湿度降低时,电工产品的外绝缘强度降低,因此要考虑工频放电电压与冲击闪络电压的湿度修正。
湿度修正以零海拔时的平均绝对湿度:11g/m3为基准,具体修正按GB311.2中有关规定。
2)、绝对湿度对电机换向及炭刷磨损的影响
绝对湿度的降低使换向器电机的换向火花增大,同时使电机炭刷的磨损率增加。
4、太阳辐射照度,包括紫外线辐射照度增加的影响
1)高原热辐射增加的影响
海拔5000m时最大太阳辐射度为低海拔时相应值的1.25倍,热辐射对物体起加热作用。
对于户外用电工产品,太阳热辐射的增加引起较大的表面附加温升,降低有机绝缘材料的材质性能,使材料变形,产生机械热应力等影响。
2)高原紫外线辐射增加的影响
紫外线辐射照度随海拔升高的增加率比太阳总辐射照度的增加率大得多,海拔3000m 时已达低海拔时相应值的2倍。
紫外线引起有机绝缘材料的加速老化,使空气容易电离而导致外绝缘强度和电晕起始电压降低。
从上述四大影响看出,高、低压成套开关设备使用在高原环境上的设计应该减低这些影响,提高绝缘配合,同时增大电气间隙,在选择材料上和器件上综合考虑,从结构设计和选择高原型器件入手,解决相关技术问题,其主要实现手段就是要从产品设计层面考虑。
高海拔对电气设备主要的影响是绝缘和温升两方面。
可以从两个方面思考:
1、海拔高了后,容易放电,因此绝缘等级要升高。
由于空气稀薄,对于空气冷却的部件散热降低,因此要降低功率使用,这个要根据具体的海拔和散热条件进行计算。
对不同的电气设备影响的侧重点不同,因此设计时侧重点不同。
一、高压开关设备
海拔升高,气压降低,空气的绝缘强度减弱,使电器外绝缘降低而对内绝缘影响很小。
由于设备的出厂试验是在正常海拔地点进行的,因此,根据IEC出版物694对于开关设备以其额定工频耐压值和额定脉冲耐压值来鉴定绝缘能力,对于使用地点超过1000M以上时,应作适当的校正。
对于10KV开关柜来说,其额定电压为12KV;额定工频耐压值(有效值)为32KV(对隔离距离)和28KV(各相之间及对地);额定脉冲耐压值(峰值)为85KV (对隔离距离)和75KV(各相之间及对地)。
而随着海拔的升高,空气密度降低,散热条件变差,会使高压电器在运行中温升增加,但空气温度随海拔高度的增加而逐渐降低,基本可以补偿由海拔升高对电器温升的影响。
但对于阀式避雷器来说,情况就较为复杂。
由于避雷器自身并不密封,其阀片的间距不可调,因此其火花间隙的放电电压易受空气密度的影响,所以应向设备厂商注明海拔高度,或使用高压型阀式避雷器。
二、干式变压器
环氧树脂干式变压器,国家标准关于以上两个因素有着明确的校正方法。
根据GB6450)《干式变压器》中第3.2.3条和4.2条的规定,对于在超过1000M海拔处运行,并在正常海拔进行试验的变压器,其温升限值应相应递减,超过1000M海拔部分以第500M为一级,温升限值接自冷变压器 2.5%、风冷变压器5%减小;额定短时工频耐受电压值同时增加6.25%。
三、低压电气设备
对于低压电气设备,情况要稍好一些。
根据JB/Z0103-11标准及科研部门的调查研究,现有普通型低压电器在高原地区的使用如下:
1、温度:现有一般低压电器产品,使用于高原地区时,其动、静触头和导电体以及线圈等部分的温度随海拔高度的增加而递增。
其温升递增率为海拔每升高100M,温升增加0.1-0.5K,但大多数产品均小于0.4K。
而高原地区气温随海拔高度的增加而降低,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的影响。
因此,低压电器的额定电流值可以保持不变,对于连续工作的大发热量电器,可适当降低电源等级使用。
2、绝缘耐压:普通型低压电器在海拔2500米时仍有60%的耐压裕度,且通过对国产常用继电器与转换开关等的试验表明,在海拔4000M及以下地区,均可在其额定电压下正常运行。
3、动作特性:海拔升高时,双金属片热继电器和熔断器的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的特性曲线"带"范围内RTO等国产常用熔断器的熔化特性最大偏差均在容许偏差的50%以内。
而国产常用热继电器的动作稳定性较好,其动作时间随海拔升高有显著缩短,根据不同的型号,分别为正常动作时间和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的环境温度对时间-电流特性曲线研究表明,熔体的载流能力在同样的较小的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,变化的程度则更大;而在同样的较大的过载电流倍数情况下(即短路保护时),熔断时间随环境温度的变化可不作考虑。
因此,在高原地区的使用熔断器开关作为配电线路的过载与短路保护时,其上下级之间的选择性应特别加以考虑。
在采用低压断路器时,应留有一定的断路与工作余量。
由此可见,熔断器在高原的使用环境下可靠性和保护特性更为理想。