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上傳時間：2014-03-28
隨著中國經(jīng)濟的快速發(fā)展，高海拔地區(qū)的中低壓開關(guān)柜的用量與日俱增。按國家標準，普通開關(guān)柜安裝位置的海拔高度，低壓不應超過 2000m，而中壓不應超過 1000m。如何使中低壓開關(guān)柜突破上述海拔高度的限制，這是擺在各電氣成套廠家及元件制造商家需要解決的問題。
目前尚無中低壓開關(guān)柜高海拔板型的“3C”認證，也無高海拔地區(qū)開關(guān)柜強制要求的有關(guān)規(guī)定。目前解決的辦法一般有兩種：
一種是對原有的普通柜子在海拔不超過上述高度地區(qū)的出廠試驗參數(shù)進行修正，這樣為滿足試驗要求，柜內(nèi)元件及安裝布置要為之相適應，如爬電距離、空氣間隙，導體截面及有關(guān)保護整定也要隨之調(diào)整，并作與之相應的出廠試驗。
另一種辦法是在國家指定的電氣科學研究所進行高海拔類型開關(guān)柜型式試驗，取得相應的合格證及許可證后方可進行生產(chǎn)。
一、中壓開關(guān)柜的電氣元件及安裝位置：
（1） 載流導體
散熱有三種方式，即傳導對流與輻射。高海拔地區(qū)用的開關(guān)柜，柜內(nèi)載流導體的散熱，電廠空氣稀薄，對流作用差，散熱條件惡化，這樣在同樣允許溫升的條件下，載流量減少，海拔超過1000m時，導體溫升每超過100m增加0.5°C，由此可知，由于環(huán)境溫度的降低能夠足以補償因海拔高度的增加，而空氣稀薄影響導體散熱而造成的溫升的增加。上述兩種因素的綜合考慮，導體的載流能力不受安裝所在地海拔高度的影響。
（2） 電器元件
海拔高度越高，空氣越稀薄，按照帕邢定律，均勻電場中，空氣中電氣間隙的擊穿電壓正比間隙長度與所在大氣壓的乘積，這樣，在同一電氣間隙下，氣壓越低，擊穿電壓就越小。
由于高海拔地區(qū)，因空氣稀薄造成空氣絕緣強度降低，從而使電氣的外絕緣水平降低。對于中壓電壓元器件，如：斷路器，隔離開關(guān)，互感器等，外絕緣強度留有一定的裕度。對1000-2000m 海拔高度，可采用普通元件。但電氣間隙、爬電距離、絕緣強度應進行校驗。對于海拔 2000m 以上的高度，應選取高原型的專用元器件，或?qū)︻~定電壓的元器件進行降壓使用。例如：額定電壓為 12Kw 的中壓柜，采用 24Kw 的支持絕緣子及導管。互感器采用加強絕緣型的，避雷器選用無空氣間隙的氧化鋅低殘壓避雷器。
（3） 絕緣水平的要求
根據(jù)國家規(guī)范 GB311.1-1997《高壓輸變設(shè)備的絕緣配合》第 3.4 條要求，對于海拔高于1000m，但不超過 4000m 處的設(shè)備外絕緣及干式變壓器的絕緣，海拔高度每升高 1000m，絕緣強度約降低 1%，在海拔高度不超過 1000m 的地點試驗時，其試驗電壓應按本標準規(guī)定的試驗電壓乘以海拔校正系數(shù) Ka，
式中 H——設(shè)備安裝地點的海拔高度，單位為 m
不難計算：當海拔高度分別為 1000m，2000m，2500m，3000m，3500m，4000m 時，相對應的 Ka 分別為 1.000，1.111，1.176，1.333，1.408，1.639。這樣額定電為 7.2KV、12 KV 及40.5 KV 的中壓柜在海拔高度 1000 m 以下地方做耐壓試驗時，其值不應低于表 1 所示（電力系統(tǒng)為中性點，不直接接地系統(tǒng)）。
表 1：不同海拔高度下中壓柜外絕緣強度
另據(jù)國家規(guī)范 GB/T11022-1999《高壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備標準的共同技術(shù)要求》 2.2.1第
條，對安裝在海拔高度 1000m 以上的電氣設(shè)備，其絕緣水平要乘以系數(shù) Ka，Ka 由圖 1 中的曲線查得。
圖 1： 工頻，雷電沖擊和相間操作沖擊電壓海拔修正因數(shù)曲線
注：
式中：H——海拔，用 m 表示；
由曲線查得海拔高度為 2000m，2500 m，3000 m，3500 m 及 4000 m 時 Ka 的值，Ka 分別為 1.13，1.20，1.28，1.36，1.44
表 2：不同海拔高度下，中壓柜外絕緣水平（系統(tǒng)中性點不接地）
用公式（1）計算與查曲線表，兩者誤差不超過 5%，數(shù)據(jù)皆可使用，若從嚴要求，按曲線
所得數(shù)據(jù)為準。
（4） 絕緣電氣間隙及爬電距離
由于沖擊耐壓與電氣間隙成正比，不難得出不同海拔高度下的電氣間隙距離，如表 3 所示。
表 3：中壓柜相間及相對地電氣間隙（mm）
爬電距離與環(huán)境條件有關(guān)，也就是與污染及凝露有關(guān)，根據(jù)污染與凝露的嚴重情況，把使用環(huán)境條件分為 0 級，1 級，2 級，與此相應的金屬封閉式開關(guān)設(shè)備分為 0 類設(shè)計，1 類設(shè)計及 2 類設(shè)計。
對額定電壓為 12KV 的開關(guān)柜，爬電比距如表 4 所示
表 4：12KV 金屬封閉式開關(guān)柜爬電比距（mm/KV）
盡管高海拔地區(qū)晝夜溫差大，易結(jié)凝露，但只要柜內(nèi)放置自控加熱通風裝置，室內(nèi)安裝環(huán)境可視為 0 級，而與此相應的科采用 0 類設(shè)計，由于目前成套開關(guān)設(shè)柜所用絕緣器件中，瓷絕緣基本上已絕跡，考慮海拔高度對外絕緣減弱的影響，爬電距離也應隨高度的增加而增加，這樣 12KV 開關(guān)柜在不同海拔高度下爬電距離表 5 所示
表 5：中壓金屬成套開關(guān)設(shè)備爬電距離（mm）
說明： KV 及 40.5 KV 的爬電比距，7.2目前尚無國家標準。本表所采用的爬電比距，是按 12 KV，0 類設(shè)計的爬電比距為 14 mm / KV。
二、
額定電壓 12KV 的柜體，用于 6KV 系統(tǒng)中最大海拔高度
在 6KV 電力系統(tǒng)中，開關(guān)柜額定電壓為 7.2KV。目前很多電氣成套廠家把 7.2KV 與 12KV開關(guān)柜合用柜體，用于海拔高度 1000m 及以下的額度電壓為 12KV 的柜體。當用于 6KV 電網(wǎng)，額定電壓選 7.2KV 時，最大海拔高度為多少呢，為解決此問題，首先要考慮其外絕緣能力，即：耐沖擊電壓及耐工頻短時電壓的能力。由表 1 可以看出，額定電壓 12KV 中壓柜，在海拔高度不超過 1000m 時，短時工頻電壓為 42KV，雷電沖擊耐壓為 75KV，很容易看出，當作為 7.2KV柜子用于高海拔地區(qū)時，雖然短時工頻耐壓能力用于海拔 4000 米都有充足余量，但按雷電沖擊耐壓水平，最高是達到 3000 米，結(jié)合兩種因素，用于 3000 米是可行的。
三、其他注意問題
1、中壓柜二次回路要求，與低壓柜要求相同；
2、SF6 及真空開關(guān)設(shè)備、控制設(shè)備，由于是密封結(jié)構(gòu)，其內(nèi)絕緣、開斷能力等不受環(huán)境條件的影響，也就是說與所在工作位置的海拔高度無關(guān)。因此，對開關(guān)的斷口工頻耐壓及雷電沖擊耐壓參數(shù)沒有列出。
四、高海拔中壓柜加工成套要點
如果采用全充氣式金屬密封開關(guān)柜，就不受環(huán)境及海拔高度的影響，因為高海拔對內(nèi)絕緣無任何影響，但價格太高，而高海拔地區(qū)在我國又是多為貧困地區(qū)，無法接受此種設(shè)備。我國雖有百分之七十左右的面積為山地與高原，但超過 2000m 的地區(qū)并不算多，主要集中于青藏高原及云貴高原的西部，這些地區(qū)又是人口稀少的欠發(fā)達地區(qū)。以往這些地區(qū)高海拔地區(qū)電氣設(shè)備用量不大，無專門用于高海拔地區(qū)電氣成套開關(guān)柜的技術(shù)標準，只對柜體內(nèi)的電氣間隙及爬電距離進行修正而已，由于需量小，對移動式金屬鎧裝封閉開關(guān)柜也難以再另開新的柜型，只是對原柜型進行針對性改造。為適應高海拔地區(qū)的應用，如何對普通開關(guān)柜進行改造，現(xiàn)簡述要點如下
高海拔地區(qū)意味著低氣壓，低氣壓意味著空氣耐壓強度的下降，這樣造成開關(guān)柜外絕緣強度降低。而對外絕緣來說，電氣間隙的大小決定了耐沖擊電壓的能力，爬電距離的長短又影響工頻耐壓的大小。這樣為適應高海拔地區(qū)，開關(guān)柜的核心改造要點是在原柜型基礎(chǔ)上如何增加電氣間隙及爬電距離，為此可采用以下措施：
1：加長靜觸頭盒的長度，從而增大觸頭盒爬電距離及電氣間隙。
2：縮小定觸頭長度，且相應增加動觸臂的長度，這樣增加了對金屬安裝隔板及金屬活門的電氣間隙，但活門傳動機構(gòu)應做相應調(diào)整。
3：金屬活門改成絕緣材料的，這樣電氣間隙指帶電體對金屬安裝隔板的最短空氣距離，此距離要大于距活門的距離。
4：不論靜觸頭盒，還是穿墻導管或支持絕緣子，一律采用增強絕緣的，亦稱大爬距絕緣件。加大爬距的簡單方法是絕緣子裙邊采用特殊處理。
5：由于母線式電流互感器爬距小，盡量不用，如果使用，主回路導體穿絕緣套管，以便增加爬距。
6：由于電氣間隙的要求，支柱式絕緣的高度不得小于對電氣間隙的要求。
7：手車隔間要加絕緣隔板，對于 40.5KV 手車柜，在 1000m 以下應用時，相間及相對外殼都加有絕緣隔板，若原柜體用于高海拔地區(qū)，更應加絕緣隔板了，隔板的絕緣強度及厚度要滿足所在海拔高度耐壓要求。
8：斷路器動觸臂間加絕緣隔板，或動觸臂絕緣套管采用加強絕緣型的。
9：由于柜內(nèi)空間狹小，電氣間隙無法滿足要求，因此主回路導體要套絕緣套管，其絕緣套管的絕緣強度、耐老化性能應與柜內(nèi)環(huán)氧樹脂絕緣件相一致。
10：減少導電排的寬度，可采用二根寬度窄的并起來使用，以便增加相間及電對地電氣間隙。
11：在必要情況下，某些隔板或蓋板換成絕緣板。
12：真空斷路器的真空滅弧室采用固封絕緣，使之不受海拔高度影響。
五、低壓開關(guān)柜如何滿足高海拔地區(qū)適用要求
（1）加大電氣間隙及爬電距離
由于高海拔地區(qū)空氣稀薄，擊穿電壓隨之變小，根據(jù)國家規(guī)范 GB/T16935.1---1997《低
壓系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備絕緣配合》中表 A 2 的海拔修正系數(shù)表，對所在海拔高度的低壓柜內(nèi)電氣間隙進行驗證。相應的電氣間隙與爬電距離見表 6
表 6：電氣間隙及爬電距離
注：本表適用系統(tǒng)電壓 660V 及以下等級
由表中看出，低壓系統(tǒng)中普通開關(guān)柜只要不超過 3000m 海拔高度，不必作改造，電氣間隙與爬電距離皆可適用。
（2）電線與電纜
由于電線電纜靠固體絕緣，導電體不與大氣接觸，不受海拔高度的影響。
（3）高海拔對溫升的要求應隨環(huán)境溫度設(shè)定值而定
無論是低壓還是高壓，由于海拔高度越高，環(huán)境溫度越低，因此有人認為允許的溫升應當相應地增加，例如：低壓柜的某部件允許的溫升是 55K ，是在環(huán)境溫度為 40°C 時而言，也就是該部件最高溫度為 40+55=95（°C）
當海拔 3000m 時,比標準海拔高度 2000m 高出 1000m。 1000m 以上每高 100m 溫度降 0.5°C按計，環(huán)境溫度比海拔 2000 m 低 5°C，有人認為當該部件同樣允許運行在 95°C 時，溫升應為60K。筆者認為這種認識不對的，溫升是在指某設(shè)定標準環(huán)境下升高的度數(shù)。允許的實際溫度是標準環(huán)境溫度加溫升值。不論當?shù)丨h(huán)境溫度如何低，只要取設(shè)定的基準值不變（如取 40°C作基準），溫升值亦不變。這樣各部件允許承受的最高溫度也不變，即在海拔 1000m 處承受95°C，在海拔 5000m 處也是能承受 95°C。
當然環(huán)境溫度的設(shè)定應與實際情況相等，如果海拔 4000m 處最高持續(xù)環(huán)境溫度為 25°C，則上述元件允許溫升為 70K，總之，溫升離開環(huán)境溫度的設(shè)定值無意義。
（4）導體及低壓電器元件
1：導電回路，雖然海拔高、空氣稀薄，造成散熱不良而影響載流能力。與中壓電器同樣道理，高海拔環(huán)境溫度低，由此對載流能力又進行補償，綜合兩種因素后，可認為海拔高度對載流沒有影響。
對于斷路器及其它控制電器，其內(nèi)部帶電主回路是有空氣絕緣部分，因此耐受電壓的能力是受海拔高度影響的。至于對載流量的影響，不同的廠家給出不同的參數(shù)，不能一概而論。ABB公司所產(chǎn)空氣斷路器，海拔高度對其影響見表 7
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