高原环境主要特点及对低压电器产品的主要影响从我国内陆各地海拔分布图(见图1)来观测,西部地区海拔普遍在2 km以上,高原环境的气候特点给低压电器的正常使用带来的影响不容忽视。
高原自然环境与平原(或称低地)相比,其气候有以下几方面的特点:(1)低气压和低氧。海拔越高,空气越稀薄,气压也越低,通常海拔每升高loo m,大气压约下降786 Pa(5.9 mmHg)。
寒冷。海拔越高,气温越低。一般海拔每升高100 n·,气温就下降o.5℃。
干燥、多风。由于降水量少,降水集中、日照长、蒸发快,故高原气候十分干燥且多风,风沙较大。
光强度增加。由于海拔高、空气稀薄、空气洁净度高,太阳直射光和雪的反射光皆强;随着高原太阳辐射强度增加,紫外线的比例也高,海拔每升高100 m,紫外线强度将增加1.3%.
由于高原环境的气候特点,低压电器的性能受到以下几方面影响:
电气绝缘能力的变化。海拔的升高带来空气密度的下降、介质的绝缘强度削弱,电位差间的带电间隙及产品内外部的绝缘层易被击穿。低压产品的电气间隙及爬电距离数值均受到影响。
因此,标准产品的绝缘电压、工频耐压、冲击耐压均需进行相应修正。
温升的变化。随着海拔的升高,空气压力和空气密度随之下降,空气介质的对流能力相应降低,这将直接提升产品的温升数值。
发热与载流量的变化。受海拔高度变化的影响,微型断路器工作时的散热能力减弱。因此,在相同的使用环境温度下不同海拔高度下的微型断路器的载流能力也相应下降接通及分断能力的变化。高原地区的低气压、低空气密度将延缓低压电器分断后的熄弧时问,加剧了触头的烧蚀。低压产品的接通和分断能力将有所受限。
通断能力与电气寿命的变化。电气寿命作为产品的一项综合指标,受到产品的分断性能、短路分断性能、操作频次、灭弧性能的综合影响。
在高原环境下,温升数值的升高及接通分断能力的下降等因素均会影响低压产品的机械和电气寿命。
热脱扣特I生变化。由于高原环境导致的产品散热能力的降低,同样的产品在不同的海拔高度时,热脱扣时问会有一定的偏离。
绝缘材料的加速老化。对大气中紫外线强,普通不含抗紫外线填加剂的绝缘材料加速老化使绝缘能力降低。
高原环境应用的MCB特殊要求目前我国低压电器现行的各类标准和IEC标准等均是适用于海拔2 km及以下地区,指导高原地区低压电器的类似标准尚属空白。根据以上叙述可见,在高原环境下,空气压力和空气密度下降、空气温度降低、日温差大、空气绝对湿度相应减少等因素,均对McB的正常使用带来了影响,一般的McB产品并不能完全适应高海拔条件,因此,在特有的高原环境条件下,McB产品要满足其使用要求,提高高原适应性和防护能力是十分必要的。
现已颁布的《特殊环境条件高原用低压电器技术要求》标准,其制订目的在于,增强低压电器在高原环境条件下的适应性能,提高低压电器在高原特殊环境条件下的可靠性水平,规范生产和使用行为准则。该标准适用于安装在海拔2~的低压电器,产品海拔分级的标识由两部分构成:G×或G×-×。G表示产品海拔分级;×用阿拉伯数字表示海拔高度等级。其产品可分类为:
常规型产品。以标准环境为依据设计的产品;高原型产品。在常规产品上针对高原环境设计可在高原地区正常使用的产品。
高原户内型产品。高原地区户内使用;高原户外型产品。高原地区户外使用。
新标准在断路器产品特性上有以下要求:
污染等级。《特殊环境条件高原用低压电器技术要求》标准为高原地区低压电器的通用标准,考虑到断路器在工业环境中的应用,新标准将断路器产品的污染等级要求为3,断路器须在有导电性污染或由于凝露使干燥的非导电性污染变为导电性的环境下正常工作。
电气间隙和爬电距离。对高于2 km使用的电器产品,电气间隙的确定应在正常产品的基础上乘以海拔修正系数温升。对户内使用的产品,认为环境温度对其影响不大,规定其温升极限值仍按原相关产品标准规定的数值r=丁n;对户外使用的产品,认为环境温度对散热有其补偿作用,规定其温升极限值可进行海拔修正,丁=‰+△7.其中,r.为相关标准规定的温升极限值;时为温升的海拔修正值绝缘介质强度。海拔升高,空气密度降低,外绝缘强度降低。海拔升高100 m,外绝缘强度约降低1%,相应的冲击耐压及工频耐压值也随海拔升高有所调整。高原地区工频耐受电压值和冲击耐受电压值应符合常规型相应产品标准的要求,在产品使用地点海拔与试验地点海拔不同时,试验电压值应乘以修正系数(见表3)。
表3冲击耐压及工频耐压的海拔修正系数表断路器灭弧能力。海拔升高,空气密度降低,使以自由空气为灭弧介质的断路器产品灭弧困难,通断能力下降和电器寿命缩短。表4提供了相应的海拔修正系数经验值。
表4通断能力及电器寿命的海拔修正值海拔∥km 修正系数.
热脱扣特性。采用热脱扣元件作为脱扣部件的断路器、热继电器等产品,在高原条件的作用下,由于散热条件的变化,其脱扣特性会发生一定偏移,但由于各个产品自身的电气机械特性不一,偏移程度有一定的分散性。因此,具体产品的脱扣特性应在相应海拔高度或模拟环境或等效条件下进行调整和修正,以满足产品所使用海拔环境的脱扣特性要求。
耐低温特性。在高原环境下,低压电器产品都要经过高原地区的储存、运输或使用,应具有耐受高海拔地区低温的能力。不同海拔高度的最低温度值如表5所示。产品根据其户内及户外使用的不同场合,要满足不同的试验要求。
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