高海拔环境对低压断路器的影响

高海拔环境对低压断路器的影响

摘要：随着我国经济的不断发展，许多工业项目在我国西部地区落地生根，给低压成套开关设备的发展带来更好的机遇，而在400V低压配电系统中低压断路器无疑成为使用最多的低压电器。虽然近年来低压断路器技术得到了很大程度的提高，但在实际应用过程中，由于使用环境的不同，对使用于高海拔地区的低压断路器仍然是关注的重点。本文就高海拔环境对低压断路器的影响进行了简要分析，并就高海拔地区低压断路器的选用提出了一些建议。

关键词：高海拔；环境；低压断路器；影响

引言

低压断路器是400V低压配电系统中使用最广、用量最多的配电电器，而用户在使用时普遍关心的是不同类型的低压断路器在高海拔地区如何使用。

在所有的低压断路器的产品使用说明书中，对其正常使用条件都规定了海拔高度不高于2000m。随着高海拔地区低压成套设备使用量的不断增多，了解高海拔地区的环境条件对低压断路器的影响有着重要的现实意义。

一、高海拔地区的环境特点

由于我国的国土面积辽阔，地理环境高低起伏，特别在西北和西南地区大部分都属于高海拔地区，海拔高度均在2000米以上，占全国陆地总面积的33%，这些地区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：空气压力或空气密度较低；空气温度较低，温度变化较大；空气相对湿度较小；太阳辐射度较强；降水量较少；年大风日较多；土壤温度较低并且冻结期长。在高海拔地区其空气压力、温度、湿度随海拔的升高而降低，太阳的辐射强度随着海拔的升高而增强。根据高海拔地区的环境特点，对该地区使用的低压断路器主要有以下几方面的影响：

1、对低压断路器绝缘介质强度的影响

由于空气密度随海拔的增高而降低，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下降，造成低压断路器在空气中灭弧困难。一般海拔每升高100m，空气绝缘强度下降1%，从而使低压电器外绝缘强度降低。

根据经验公式（基准海拔高度为1000m时）

U=U0(K-H/10000)-1

U----使用于H高度时电器产品必须提高的耐压值kV;

U0----标准大气压下的额定试验电压（耐受的工频电压）值kV；

H-----电器产品使用所在地区的海拔高度m；

K-----常数，一般取1.1。

当H≤1000m，U0为1.89kV时，U=1.89kV;

当H＝2000m，U0为1.89kV时，U=2.1kV;

当H＝3000m，U0为1.89kV时，U=2.4kV;

当H＝4000m，U0为1.89kV时，U=2.7kV;

国家标准规定的介电试验值是在海拔高度2000米及以下的值，假设此时低压断路器产品的工频耐压值为1890V,则当此低压断路器用于高海拔地区时，海拔高度每升高1000米，约需提高的绝缘强度为海拔2000米时的工频耐压值乘以

1.15~1.17的系数。

2、对低压断路器温升的影响

根据国标GB/T20645，高原不同海拔高度处的平均环境温度值（见下表）可

以看出，海拔升高空气密度降低，使以空气介质为散热方式的产品散热困难。一

般海拔每升高100m，产品的温升增加约1%（约0.5℃）。

海拔高度与太阳辐射（能量）的关系：假设1000m及以下为1,1000~3000m

为1.14，3000米以上增至1.29，因此产品的温升增加，加速低压产品的热老化。 3、对低压断路器绝缘材料的影响

随着海拔高度增高，太阳紫外线大大增加，对产品的光老化影响极大，使大

多数有机绝缘材料迅速老化，寿命降低。

4、对低压断路器灭弧能力的影响

海拔高度增高，温度下降（每增高100m，温度下降0.5℃），空气密度跟着

下降，空气的定容比热减少，热传导和热对流能力下降，散热要差。海拔升高，

空气密度降低，使以自由空气为灭弧介质的低压断路器灭弧困难，通断能力下降

和电寿命缩短，短路电流的分断值有所下降。一般交流电弧的飞弧距离随海拔升

高即气压降低而增加。

5、对低压断路器脱扣性能的影响

由于高海拔地区的环境影响，电气元件散热条件变差，具有热磁脱扣的低压

断路器，其脱扣时间一般会缩短，热动过载脱扣器要早动作。

综合以上所列五点，海拔的增高，影响最大的是介质强度和温升，因此在高

海拔环境条件下，电器元件应符合常规型相应产品标准的要求，确保产品在高海

拔地区使用时有足够的工频耐受电压能力和雷电冲击耐受电压能力。

考虑到海拔高度升高时太阳辐射增强，热传导和热对流能力下降，散热条件差，因此要适当降低使用电流的值。

考虑海拔高度增高空气稀薄，对电器，尤其是断路器的短路分断能力的影响，断路器应该适当地降低短路分断能力。短路分断能力与额定电压有密切关系，如

果不降低分断的短路电流值，而降低工作电压，也是等值、等效的。

下表中海拔高度提高时，介电强度的变化（降低）与必须提高在基准海拔高

度时的介质强度，以便在不同海拔高度（大于基准值）施以与标准大气压下的耐

压值的试验意义是一样的。另外，规定在不同的海拔高度下允许的最大工作电压

和随海拔高度的增高而相应降低它的短路分断能力，其实质意义也是相同的。

综上所述，对于使用在高海拔地区低压断路器的选用应注意以下几点：

1、低压断路器分为框架式断路器和塑壳式断路器，电流大于630A时一般选

用框架式断路器，小于等于630A时选用塑壳式断路器。框架式断路器由于使用

的是智能式脱扣器，在高海拔使用时对电流的影响很小，但应留有一定的裕度，

建议将断路器的额定电流提高一档使用，分断能力提高一档使用或是降档使用，

具体可根据现场变压器容量计算后筛选。

2、塑壳断路器的脱扣器一般分为热磁式脱扣器和电子式脱扣器，在高海拔地区使用的低压断路器，若选用热磁式低压塑壳断路器，因高海拔环境温度对热磁

脱扣器影响较大，热磁脱扣器脱扣时间一般会缩短，脱扣器会提前动作，对用户

正常用电会带来隐患，因此高海拔地区塑壳断路器不建议选用热磁式脱扣器，建

议选用电子式脱扣器。由于电子式脱扣器受高海拔的影响很小，几乎没有影响，

可以不必进行调整。

本文就海拔高度对低压断路器的影响做了一些分析和探讨，希望能为高海拔

地区低压断路器的选用提供一些参考。随着我国西部地区的不断发展，有必要开

发应用于高原地区的智能化低压断路器产品，以满足高海拔地区的安全运行需要。