最新浅析高海拔地区电源系统设计的特殊性(bd)

浅析高海拔地区电源系统设计的特殊性

摘要

本文分析了高原地区环境条件对电源系统性能的影响，重点是元器件及电源设备的降容，并提出了高原地区的电源系统设计应注意的问题。

关键词：

低压元器件，电源系统，海拔高度，气压，温度

ABSTRACT

The paper analyses the effects of some meteorological plateau on the performance of the power system， especially for derating of components and power supplies，proposes some issues to be concerned in power system design.

KEY WORDS:

Low voltage components, Power systems, altitude, air pressure, temperature 1概述

海拔超过1000m的地区称为高原地区，在电源设计中，我们所能参照的电气参数及设

备数据均是在常规海拔的使用环境下得到的，但不同的使用环境会对电气设备的性能产生

影响，因此，研究高原地区设计及选型的特殊性是很有必要的。

本文分析了高原地区环境条件对电源系统性能的影响，重点对元器件及电源设备的降

容进行了研究，并提出了高原地区的电源系统设计应注意的问题。

2高原环境的主要特征

根据GB/T14597-2010《电工产品不同海拔的气候环境条件》，高原环境条件参数见表 1。

表1 海拔高度和气温、气压及湿度的关系

注：

1.本文主要研究室内环境对设备的影响，太阳直接辐射强度、最大风速、降水量及1m 深土壤最高温度与本文没有直接关系，表格不体现。

2.由上表可知，高原气候的特点:

(1)海拔每升高100m大气压力下降约1%。

(2)海拔每升高100m空气的最高温度和平均温度均下降0.5℃。

3设计关键问题

3.1 低压成套配电柜

3.1.1 低压配电柜系统结构

海拔升高，空气密度降低，空气的介电强度也相应下降，根据 20626.1-2006《特殊环境条件高原电工电子产品 第1部分 通用技术要求》，由设备厂家对低压设备的电气间隙以及工频耐压、雷电冲击耐压试验值进行修正。因此对较大容量或结构紧凑的柜体，设计人应考虑配电柜体积增加对机房工艺布局的影响。

3.1.2 低压元器件的要求

成套设备内装的开关器件和元件应符合GB7251中对应的产品标准规定的开关电器和元件选择要求。有以下两种选择方法：①选用高原型开关器件和元件，按高原型标定的额定参数进行成套设备设计；②选用常规开关器件和元件，充分考虑高海拔对常规型产品影响进行设计。受高原型低压元器件产品的订货及采购周期等影响，常常选用常规元器件，但目前大部分低压元器件都是按海拔不高于2000m （或1000m ）的使用环境条件设计的，需要测算高原环境对低压电器产品的影响，主要体现在对额定电压（额定工作电压、短时工频耐受电压、雷电冲击耐受电压）、额定工作电流、分断能力及动作特性的影响。

（1）工作电压的选择

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，造成不利影响：①导致低压元器绝缘强度降低，导致额定工作电压降低；②低压元器件内部不同电位的带电间隙容易击穿，导致额定耐受电压降低。

若在高原地区采用通用低压断路器，如何确定工作电压呢？通过查阅资料，著名帕申定律描述了压力与气体击穿电压的关系：当气体材料和电气材料一定时，电气间隙的击穿电压与电气间隙长度和气体压力的乘积有关，即U=f （P δ），典型曲线见图3-1。

图3-1 U=f （P δ）曲线图 该曲线表明，当电气间隙一定时，击穿电压只与气压有关。在大气条件下，主要应用谷底右侧部分，这说明空气的击穿电压近似与大气压成正比。在高海拔地区，以空气为绝缘的电气设备的电气绝缘强度将下降，其下降程度约为海拔每升高100m ，绝缘强度下降1%。因此对于常规低压元器件，在超过2000m 使用时应降低额定工作电压使用，系数取Ku=1-(χm －2000m)/100m×1%，其中χ表示海拔高度。

例如电压400V 的系统，在4000m 使用时，施耐德公司NSX 低压开关工作电压计算为：690×[1-(4000m －2000m)/100m×1%]=552V＞400V ，断路器额定工作电压大于系统电压，该型号断路器满足系统使用。同样短时工频耐受电压、雷电冲击耐受电压也是根据以上方法计算。

（2）工作电流修正

高海拔地区大气压力低，空气的热传导能力和对流换热能力降低，电气设备的温升相应P δ U

击穿电压（kV ）

增加，由此可见低压器件必须降低额定工作电流。根据我国高海拔地区的环境条件，部分厂家提供的额定工作电流降容数值表3-1~3。

表 3-1 XX元器件厂高海拔地区不同海拔高度的电流降容系数

H/km2345

△H/km0123

K i 1.000.970.930.89

表3-2 ABB公司Tmax系列塑壳断路器降容系数

海拔高度

（m）<=2000 3000 4000 5000

额定电流

（A）100--630 100--630 100--630 100--630

额定工作

电压（V）690 600 500 440

电流降低

系数 K 1 0.98 0.93 0.9

表 3-3 施耐德公司NSX 系列塑壳断路器降容系数

海拔高度（m）<=2000 3000 4000 5000

额定电流（A）100--630 100--630 100--630 100--630

额定工作电

压（V）690 550 480 420

电流降低系

数 K 1 0.96 0.93 0.9

根据大量数据采集，断路器额定工作电流下降率不大于0.5%/100m。对于常规低压元器件，在超过2000m使用时应降低额定电流使用，系数Ki=1-(χm－2000m )/100m×0.5%，其中χ表示海拔高度。

（3）分断能力的修正

高海拔地区大气压力低，空气密度下降，低压电弧散热慢，电弧不易熄灭。因此，在高海拔地区，电器的分断能力应降低，电器的不同，分断能力降低的选择也不同。零点熄弧式断路器，触头压力和回路电动力是由额定电流决定的，故该断路器的短路分断能力随海拔的升高按工作电流的降容系数 Ki 而减小（Ki为电流降容系数）；限流型断路器的分断能力随海拔的升高按额定工作电压的降容系数 Ku 而减小（Ku为电压降容系数）。

（4）动作特性调整

由热元件作为主要脱扣元件的产品：如热磁式断路器保护特性会受到影响。海拔升高后，对流散热能力减弱，致使热元件的动作时间加快，从而使产品的脱扣时间提前，即在高海拔的条件下，应调整反时限过载保护的动作时间T高原= T标准/ K i 2（K i为电流降容系数）。

带电子脱扣器的产品：高原环境对带电子脱扣器的产品性能几乎没有影响。

3.2通信电源

3.2.1不间断电源

根据 YD/T 1095-2008《通信用不间断电源(UPS)》要求，UPS电源在超过1000m使用时，