（杭州之江开关股份有限公司）
1 概述
随着西部地区的经济繁荣，高原地区对低压电器的需求量也在日益增加，对低压电器的性能要求也在日益提高。但目前低压电器一般按海拔2000米以下设计、生产和使用。在海拔超过2000米的高原环境下，空气压力和空气密度下降、空气温度降低、日温差大、空气绝对湿度减少等因素，均会对低压电器的正常使用带来不良影响。本文正是基于此目的，针对高原环境对低压电器影响的几个重要因素进行的摸底试验，试验在模拟高原气候环境的条件下进行。在试验的基础上，对试验结果进行分析与研究，提出了低压电器产品在高原环境下设计和使用时的一些注意事项及建议。
2 高原环境下使用低压电器产品应注意的问题分析
根据高原环境的气候特点以及低压电器的电气性能，高原环境下使用低压电器产品应着重关注以下几个方面：
1）温升：由于海拔提高，空气密度渐低，散热的对流作用减弱，温升就会随之升高，而高原地区的气温随海拔高度的增加而降低，递减率为海拔每升高100m，气温降低0.5℃，又可以部分补偿，由海拔升高对电器温升的影响。因此，低压电器的温升如何补偿需要关注并采取一定措施。
2）绝缘性能：由于海拔升高，空气密度渐低，介质绝缘强度降低，外绝缘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。因此在进行电器的介电性能试验时，如何选甩试验电压也应予以考虑。
3）接通能力和分断能力：空气压力和空气密度的降低，造成对空气介质灭弧的开关电器灭弧性能的影响。目前，存在两种说法：普通的一种说法，认为海拔升高，气压降低，空气密度下降，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；而另一种说法恰恰相反，认为海拔升高，气压降低，空气密度下降，反而有利于开关电器灭弧，真空开关的灭弧原理就是基于空气密度极其低，国外也见到类似的报道。因此对于高原用低压电器产品的接通分断能力影响也应予以考虑。
4）对产品动作性能的影响：随着海拔升高，空气密度渐低，散热的对流作用减弱，而且高原地区最低气温低，日夜温差较大，会给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，需要引起关注。
5）电寿命：由于受高海拔地区的极限温度过低及产品温升和灭弧时间的综合影响，高原环境会对低压电器产品的电寿命也会有一定的影响。
3 摸底试验情况介绍
根据对以上情况的分析，我们选用了目前行业中最具有代表性的低压电器典型产品，在容积直径φ2m、高2.5m的金属密闭箱和φ6X5.6的高原环境试验箱中进行了试验，如下表1：
试验结果及分析如下：
1）温升试验：试验中，熔断器的温升随着海拔的升高而上升，基本上呈线形关系；接触器类产品的温升随着海拔升高不断上升，特征是开始上升的曲线较陡，至3000米以上，上升缓慢，4000米以上，略有下降；各类低压断路器的温升均呈线性上升关系。根据试验的结果和参考其他试验数据、国内外文献，得出如下结论：低压电器在高海拔地区的温升递增情况不超过0.5K/100m。一般在0.1-0.5K/100m之间，而根据国家气象部门的长年统计资料表明：环境温度的递减情况在0.5℃/100m左右，为此，当产品发热不超过最高允许温度时，我们认为允许温升有所增长。因为环境温度的递减与产品温升的递升之间可以相互补偿，但是当补偿量对比失调时（如室外使用的电器），应作人为的限定。
2）特性试验：通过对样品进行试验，得出如下结论：在高原地区使用的低压断路器，若是热磁式低压断路器，需要根据相应海拔高度进行特性修正。企业应对自己产品受高原环境影响的情况进行摸索，确定差异值，从而作出相应的修正。若是电子式低压断路器，由于电子脱扣器受高原环境的影响很小，我们认为可以不必进行海拔修正。
3）接通分断能力试验：所有试品在每个海拔点的接通分断均顺利通过，从示波图记录的交流接触器的燃弧时间统计数据来看，各海拔的燃弧时间相差不大，燃弧时间随海拔升高而稍有增加，但增加值不大，在4000m以上反而有所下降。而电磨损对比试验数据也表明，随着海拔高度的上升，动触头电磨损趋势是逐步增加，但不稳定。而静触头电磨损量变化不大，无明显规律。我们认为海拔高度对电弧的燃烧时间的长短稍有影响，同时认为高海拔地区使用，现有交流接触器的灭弧性能可不作修正，而只需考虑接触器产品的温升影响。
4）工频耐压性能试验：在试验中，我们对上表中的所有试品都按国家标准GB14048.1的要求，在不同海拔高度进行了工频耐受电压试验，均顺利通过。试验表明各低压电器产品的工频耐压性能受海拔高度变化的影响不明显，未出现异常现象。但影响低压电器产品的电气绝缘强度的因素除了气压的影响外，还有其他错综复杂的因素。IEC标准也明确规定了随着海拔升高电气间隙需进行修正的系数。我们认为高原环境对低压电器产品的绝缘强度的影响是存在的，且较难以全方位模拟，在目前的技术水平下，高原使用的低压电器产品仍需进行一定的修正。同时待条件成熟时，作进一步的研究和探索。
高原使用低压电器的几点建议
1）关于温升补偿问题，我们建议按照电器的实际安装环境来具体确定。高原地区户内环境的温度和某些局部特定环境温度随海拔的升高，其变化程度不大，补偿作用相对较弱，因此，高原型户内使用的低压电器产品温升极限值可仍按原相关产品标准规定执行：高原型户外使用的低压电器产品虽然随着海拔的升高温升有所升高，但因为户外环境平均温度随海拔的升高而递减，对产品的极限温度有明显的补偿作用。为此户外使用的以及无人值守场所使用的低压电器产品都不必要采取有关温升抑制措施，相反由于温度补偿明显，还可以对温升限值进行一定的海拔修正，各海拔高度处的温升极限值应按下式确定，推荐值见下表。
τ=τ0+△τ
式中：τ0—相关产品标准中规定的温升极限值；
△τ温升极限值的海拔修正值，由附录A中表A.2查出如下：
2）高原用低压电器应尽量采用动作特性受海拔影响较小的智能电子型产品，但应考虑电子器件受高原气候影响的适应性。
3）由于受试验条件限制，断路器类产品的接通和分断能力试验均无法进行，其影响有待进一步研究。
4）考虑到海拔对介电性能的影响，高原用低压电器电气间隙应满足修正要求。
5）产品的电气性能是一个综合参数，受产品的通断性能、短路分断性能、操作频率和次数、灭弧性能、温升性能等多重因素影响。目前我国低压电器产品应用到高原地区去，建议采用根据海拔高度作适当降容的方法。降容的数值由于受产品结构、性能指标的不同而有所差异，由用户与企业协商确定。
6）由于高原极限温度较低，建议高原使用的低压电器产品要根据使用场合的低温严酷程度做低温试验。
5 结束语
本文仅在高原环境下对低压电器影响的几个重要因素进行摸底试验的基础上，根据对试验结果的分析与研究，提出低压电器产品在高原环境下设计和使用时的一些注意事项及建议，希望能够对高原环境下使用低压电器的用户及设计人员等能够提供一定的指导和帮助。同时由于低压电器种类繁多，性能差异较大，遇到具体产品应该具体分析其高原适应性要求。另外建议各个生产企业对自己的产品应用于高原时最好要进行摸底试验，争取提供给用户一个较为准确、可靠的使用方案。
参考文献
[1]《我国高原地区某些气候因素代表值的统计分析》上海电科所、昆明电器所1968.8
[2]GB/T20645-2007《特殊环境条件高原用低压电器技术要求》
[3]IEC 60664-1《低压系统内设备的绝缘配合第1部分：原理、要求和试验》
[4]《海拔对低压开关电器动作性能的影响》[英〕ConfRec. IEEE Ind Appl Conf；2000（Vol.4）
论文作者:颜凯强,魏溧,赵海峰
论文发表刊物:《电力设备》2017年第1期
论文发表时间:2017/3/9
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