高原环境对电气设备的影响及设计方案

罗志辉

（长沙有色冶金设计研究院有限公司，410000）

高原环境对电气设备的影响及设计方案

罗志辉

（长沙有色冶金设计研究院有限公司，410000）

本文通过分析高原气候对电气设备的正常工作的影响的基础上，从多个方面进行阐述，并提出高原电气设计需要注重解决的问题以及解决方式。

高海拔；电气设备；电气设计

1　高海拔气候环境对电气设备性能的影响

1.1空气压力和空气密度降低的影响

1.1.1对绝缘介质强度和电气间隙的影响。空气压力和空气密度降低，会引起固体绝缘材料表面放电能力的降低，其下降程度与电场的均匀程度有关：电场不均匀程度越大，放电能力降低越大（b值越大），而且与固体绝缘材料的介质常数ξ有关系，ξ越大，沿表面的放电电压也显得低一些。实验证明在海拔5000m以内，每升高1000m，即气压每降低7.7～10.5kPa时，外绝缘强度降低8%～13%，不过海拔高度对固体绝缘材料的瞬时击穿电压没有明显的改变。

随着空气压力和空气密度的降低，电气间隙间的击穿电压也会降低。其下降程度同样与周围分布的电场的均匀程度有关，电场不均匀程度越大，击穿电压降得越低（b值越大）。

1.1.2对电晕及放电电压的影响。高海拔低气压环境使高压电气设备局部放电起始电压降低，即电晕的起始电压降低，从而加重了电晕的腐蚀影响。一般对于1000V以下的电气设备不考虑局部放电的影响。电力电容器在高海拔低气压环境下内部气压降低，导致局部放电起始电压降低。避雷器随着海拔升高，内腔绝缘降低，导致工频放电电压降低。

1.1.3对开关电器灭弧性能的影响。空气压力和空气密度的降低，使以空气介质灭弧的开关电器的灭弧性能降低，通断能力下降和电寿命缩短。交、直流电弧的燃弧时间随海拔升高和气压的降低而延长，从而可能会使开关电气灭弧不合格或故障分不断。交、直流电弧的飞弧距离随海拔升高和气压降低而增加，可能会使开关设备的电气绝缘距离不够造成灭弧时间不合格或电弧拉不开使开关设备分不断。

1.1.4对介质冷却效应（即温升）的影响。空气压力和空气密度的降低将引起空气介质冷却效应的降低，也就是会使温升增加。对于以自然对流、辐射散热、强迫通风或空气散热器为主要散热方式的电气设备，由于散热能力的降低，其温升随之增加。

1.2空气温度降低及温度变化（包括日温差）增大的影响

1.2.1高原环境空气温度对电气设备温升的补偿。平均空气温度和最高空气温度均随海拔升高而降低，电气设备绝缘材料的热老化寿命取决于平均空气温度。高原环境空气温度的降低可以部分或全部补偿因气压降低而引起的电气设备运行中温升的增加。一般环境空气温度随海拔升高的补偿值为0.5k/100m。

1.2.2日温差或温度变化对电气设备结构的影响。高原空气温度的日温差大，使设备密封结构容易破裂，外壳容易变形、龟裂。空气温度降低对提高放电电压有益，但其影响值较小。温度降低将使线圈电阻值减小，动作电流安匝数增加，机械冲击增加，从而使机械寿命和电气寿命降低。

1.3空气绝对湿度减小的影响

1.3.1绝对湿度对绝缘强度的影响。平均绝对湿度随海拔升高而降低。绝对湿度降低时，电气设备的外绝缘强度随之降低。因此要考虑工频放电电压和冲击闪络电压的湿度修正。

1.3.2绝对湿度对电机换向及炭刷磨损的影响。绝对湿度的降低使换向器电机的换向火花增大，同时使电机炭刷的磨损率增加，从而影响炭刷的导电率和温升。

2　高原电气设计的解决措施

根据以上高海拔环境对电气设备各种影响的分析结论，考虑在电气设计过程中将要采取相应的措施来消除以上如此种种的对电气设备运行所造成的不良影响，从而提高高原环境电气设计的可靠性、安全性、实用性等。按此要求，设计中考虑采用以下措施来消除高原影响。

2.1外绝缘强度的高海拔校正因数。空气压力、温度和湿度都对电气设备的绝缘性能有影响，但是空气压力和空气密度的降低对外绝缘和电气间隙的绝缘性能的影响更大一些。因此考虑高海拔高压电气设备外绝缘额定绝缘水平高海拔修正。

高压电气设备外绝缘强度的高海拔校正系数仅为针对空气绝缘的电气设备。为保证电气产品在高原使用时有足够的沿固体绝缘材料表面放电的能力，必须加大爬电距离。按TB/T1333.1-2002标准，根据不同绝缘电压值、不同过电压等级、不同环境污染等级选定的最小电气间隙值进行修正，电气设备的实际电气间隙值应大于该修正值。

2.2开关电气设备开断性能。为避免高海拔对开关电气设备的通断性能的影响，对高原电气设备应尽量选用密封（充氮）电器或真空电器等不受海拔影响的电气设备。对于无法采用密封电器或真空电器的设备，应验证其灭弧性能是否符合技术要求。设计中可采用接点串联的办法来提高开关设备的分断能力。对有主电路、辅助电路的电气设备应尽量采用无电弧转换控制。

2.3电气温升处理措施。对于一般的用电设备来说，温升由于温度和湿度的补偿作用可不做海拔修正。而对于高发热设备（如电加热器、电阻器等）应考虑温升的影响，要求减负荷运用。若设备温升裕量较大，按极限状态验算都不会超过材料允许的温升或设计选用允许温升时，可以按设备设计制造的负荷运行。

2.4低温材料的选用。环境温度低时，选用材料的允许使用温度范围应能满足低的环境温度的要求。在低温时由于机械配合应力增加，加之低温下电阻减小，电流的冲击加大或过电压衰减缓慢，若不更换材料，产品可靠性将大大降低。同样橡胶产品也应考虑低温的问题，确保橡胶产品的弹性和密封性能。

某些低性能的铁磁材料在低温下的导磁性能也会下降，因而影响电磁铁最低工作电压的动作性能，因此需选用导磁性能更好更稳定的铁磁材料。

2.5电器的耐低温性。在温度降低时，由于线圈的电阻降低，其吸合的电流安匝数增加较大，容易引起触头弹跳，影响设备的机械寿命和电气寿命。应对线圈进行修改设计（以高原的最高温度来核算）或增加减振措施或增加节能模块，以免影响设备性能。

对有低温工作要求的电子设备，应正确选用耐低温的电子元器件。模拟电路在低温下容易产生特性漂移，应尽量采用数字电路。印制板、焊接电路应采用低温焊锡焊接。

在高海拔地区，采用热保护的电气元器件，会因为散热问题引起保护曲线变化，因此宜选用电磁保护式的电气元器件。

2.6电气的处理措施

（1）电力变压器；安装场所海拔高于1000m，而试验地点低于1000m时，自冷式变压器（AN）绕组平均温升限值应按海拔每增加400m降低1 K计算；风冷式变压器（AF）应按海拔每增加250m降低1 K计算。

（2）低压电器、低压成套开关设备和电控设备低压电器、低压成套开关设备和电控设备随海拔的升高，应考虑空气介质电强度和冷却效应的降低，并按下述原则进行修正，降容值使用地点海拔每升高100m，增加0.5%进行配置；允许温升试验值，使用地点海拔每升高100m，降低0.4 K。

（3）电力半导体器件、电力变流器电力半导体器件、堆和装置在海拔高于1000 m的地点使用时，由于空气稀薄，影响了散热条件，其电流容量将低于规定值，。高原用半导体器件可采用加大爬电距离的瓷外壳、散热片间电气间隙应加大结构设计。变频器负载选用由1000m起按每升高100m，增加1%进行配置，在低温下，可控元件的触发功率要加大。

3　结束语

随着经济发展和产业延伸，电气设备所运用的环境也越来越恶劣，安装海拔高度也越来越高。针对薄弱环节和不清楚、没把握的要点，应加强研究适应环境的技术措施，以新技术、新材料、新结构、新工艺来改造完善老的设备、设施方案和技术措施，使所使用的产品、解决措施、实施方案的可靠性、安全性完全的达到高海拔地区使用的要求。

［1］ 旺久，李坚.高原电气绝缘性能修正［J］.能源.电力，2014.8.

［2］李德龙.高原型气候对电气设备的影响［J］.青海大学学报，2009.8.

［3］任新华.高原地区电气设备绝缘性研究［J］.中国高新技术企业，2015年23期.

［4］GB/T 20635-2006 特殊环境条件 高原用高压电器的技术要求；

The influence of plateau environment on the electrical equipment and design

Luo Zhihui
（Changsha colored metallurgy Design Research Institute co.，Ltd，410000）

In this paper，by analyzing the plateau climate impact on the normal work of the electrical equipment，on the basis of from multiple aspects，and put forward the plateau electrical design needs to pay attention to solve the problems and solutions.

High altitude；electrical equipment；electrical design