淺析真空斷路器在高海拔環(huán)境的應(yīng)用

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1、淺析真空斷路器在高海拔環(huán)境的應(yīng)用許剛（廈門ABB開關(guān)有限公司）摘要：隨著“西部大開發(fā)”和“一帶一路”國(guó)家戰(zhàn)略的實(shí)施，促進(jìn)了開關(guān)設(shè)備在高海拔地區(qū)的大力發(fā)展和應(yīng)用，也不可避免的遇到高海拔環(huán)境應(yīng)用對(duì)開關(guān)設(shè)備的使用和運(yùn)行帶來(lái)的影響。為了提高開關(guān)設(shè)備的環(huán)境適應(yīng)性和使用可靠性及耐久性，亟需全面地、系統(tǒng)地分析高海拔環(huán)境應(yīng)用對(duì)開關(guān)設(shè)備的影響，對(duì)制造商、設(shè)計(jì)選型者以及使用方均有起到指導(dǎo)性作用。關(guān)鍵詞：真空斷路器；高海拔；絕緣；溫升1引言海拔是指地面某點(diǎn)高出海平面的垂直距離。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB11022《高壓開關(guān)設(shè)備和控

2、制設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的共用技術(shù)要求》中“正常和特殊使用條件”章節(jié)對(duì)開關(guān)設(shè)備關(guān)于海拔高度安裝條件做了規(guī)定，即：安裝在海拔高度不超過(guò)1000米為正常使用條件，而安裝在海拔高度超過(guò)1000米則為特殊使用條件。因此，行業(yè)內(nèi)通常認(rèn)為海拔高度在1000米以上均為高海拔地區(qū)。在中國(guó)的西北和西南區(qū)域，絕大部分地區(qū)海拔都在1000米以上，據(jù)測(cè)算我國(guó)1000米以上高海拔地區(qū)面積約占全國(guó)總面積的65%o另外，我國(guó)傳統(tǒng)的水電資源約四分之三集中在西南和西北地區(qū)，煤炭、天然氣資源也大部分在西北地區(qū)。同時(shí)，新興的可再生能源，包括風(fēng)力、

3、光伏等近些年也在這些地區(qū)大力發(fā)展，同時(shí)隨著“西部大開發(fā)”和“一帶一路”國(guó)家戰(zhàn)略的實(shí)施，這些都促進(jìn)了開關(guān)設(shè)備在高海拔地區(qū)的大力發(fā)展和應(yīng)用，也不可避免的遇到高海拔環(huán)境應(yīng)用場(chǎng)合下對(duì)開關(guān)設(shè)備的影響。木文詳細(xì)闡述高海拔環(huán)境下對(duì)真空斷路器的運(yùn)行性能影響，并對(duì)可能影響的方面和解決方法進(jìn)行解釋和分析。圖（1）巴森曲線2海拔分級(jí)GB/T20626.1-2006《特殊環(huán)境條件高壓電工電子產(chǎn)品第1部分：通用技術(shù)要求》規(guī)定，根據(jù)設(shè)備實(shí)際使用地點(diǎn)的海拔高度，按照高原環(huán)境條件參數(shù)，在響應(yīng)海拔分級(jí)區(qū)間，來(lái)確定產(chǎn)品和設(shè)備的海拔

4、適應(yīng)能力級(jí)別。適應(yīng)能力級(jí)別確定為:1000m<海拔≤2000m為G2；2000m<海拔≤3000m3000m<海拔≤4000m為G4；4000m<海拔≤5000m為G5。如需按實(shí)際海拔標(biāo)準(zhǔn)的，可按如下方法標(biāo)注，如G2.8表示海拔2800m；G3.5表示海拔3500mo3高海拔環(huán)境應(yīng)用對(duì)真空斷路器的影響3.1絕緣的影響3.1.1概述空氣的介質(zhì)絕緣強(qiáng)度隨氣壓變化成凹形曲線，在中間有一個(gè)絕緣強(qiáng)度的最低點(diǎn)，在高于該點(diǎn)氣壓吋，絕緣強(qiáng)度隨氣壓升高而增加；在低于

5、該點(diǎn)氣壓吋，絕緣強(qiáng)度隨氣壓降低而增加。這種空氣介質(zhì)絕緣強(qiáng)度隨氣壓變化形成凹形曲線的關(guān)系稱為巴森定律，如下圖（1）所示。這是因?yàn)?，在空氣密度較大的情況下，電子或自由電子附著在氣體分子上形成的離子在電場(chǎng)中加速運(yùn)動(dòng)，由于氣體分子間的間隙很小，分子間碰撞頻繁，離子無(wú)法加速到足夠的動(dòng)能去碰撞其他分子使其電離。而在空氣密度較小的情況下，盡管電場(chǎng)中離子可以加速到足夠的動(dòng)能，但與氣體分子的碰撞概率大大降低，同樣不利于氣體介質(zhì)的電離。對(duì)于真空斷路器而言，通過(guò)利用該曲線的最左側(cè)，在10-3-10-4真空度下,提高單

6、位距離的介質(zhì)絕緣強(qiáng)度，來(lái)獲得更好的絕緣和滅弧能力。而高海拔環(huán)境處于曲線右側(cè)，隨著海拔的升高，逐漸接近于曲線的最低點(diǎn)，空氣的介質(zhì)絕緣強(qiáng)度會(huì)逐漸降低。而真空斷路器的內(nèi)絕緣完全密閉在真空滅弧室內(nèi)部，其絕緣特性不受海拔高度的影響，所以，這只對(duì)真空斷路器的外絕緣性能有很大的影響，外絕緣又包括主冋路外絕緣和低壓輔助設(shè)備和控制設(shè)備的絕緣。3.1.2主冋路外絕緣的影響最新的標(biāo)準(zhǔn)GB311.1和GB11022均統(tǒng)一采用曲線校正的方法，即：對(duì)于安裝在海拔高于1000米處的設(shè)備，外絕緣在使用地點(diǎn)的絕緣耐受水平應(yīng)為額定

7、絕緣水平乘以按照?qǐng)D（2）海拔修訂系數(shù)確定的Ka。當(dāng)使用地點(diǎn)為2000米時(shí)，系數(shù)Ka=1.13；當(dāng)使用地點(diǎn)為3000米時(shí),系數(shù)Ka二1.28,以此類推。3.1.3低壓輔助設(shè)備和控制設(shè)備絕緣的影響國(guó)標(biāo)GB11022規(guī)定，對(duì)于低壓輔助設(shè)備和控制設(shè)備,如果海拔低于2000米，不需要采取特別的措施。對(duì)于海拔高度超過(guò)2000米，但低于4500米，需按照GB/T16935《低壓系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的絕緣配合》規(guī)定的要求進(jìn)行。3.2溫升的影響開關(guān)設(shè)備的散熱主要有對(duì)流、傳導(dǎo)和輻射三種方式，當(dāng)以空氣作為散熱介質(zhì)情況下，隨著海

8、拔高度的增加，空氣密度隨之降低，空氣密度小對(duì)對(duì)流和傳導(dǎo)兩種散熱方式都不利，因此難于散熱。當(dāng)在正常使用條件下（低于1000米）通過(guò)的溫升試驗(yàn)，有可能在高海拔環(huán)境下試驗(yàn)失敗。GB763-1990《交流高壓電器在長(zhǎng)期工作時(shí)的發(fā)熱》規(guī)定：當(dāng)電器設(shè)備使用在海拔超過(guò)1000m（但不超過(guò)4000m）U最高周圍空氣溫度為+40°C時(shí)，其溫升應(yīng)按照每超過(guò)100m（以海拔高度1000m為起點(diǎn)）降低0.3%計(jì)算。GB/T20626.1對(duì)高原環(huán)境條件參數(shù)做了規(guī)定，其中最高周圍空氣溫度的規(guī)定如下表格。當(dāng)開關(guān)設(shè)備使用地點(diǎn)的