海拔与低压配电柜产品设计关系

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。

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
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℃。

1低压配电柜设计关键问题
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。

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（Pδ），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/km 2 3 4 5 △H/km 0 1 2 3 K i
1.00
0.97
0.93
0.89
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%，
P δ
U
击穿电压（kV ）
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。