高海拔地区电气设备选型

高海拔地区户内设备器件选型和结构设计要求

1 高海拔地区的特征

一般来说，对于低压配电系统海拔在2000m 以上，高压配电系统海拔在1000m以上的地区统称为高海拔地区。据测算，我国高海拔地区面积占全国总面积65%。高海拔地区具有的自然气候条件较恶劣，其特征为：

(1) 空气密度及气压较低。

(2) 空气温度较低，温度变化较大。 (3) 空气绝对湿度小。 (4) 太阳辐射强度较高。 (5) 降水量较少。 (6) 大风日多。

(7) 土壤温度较低，且冻结期长。

2 高海拔地区户内中压开关柜的设计要求

2.1 气压及空气密度的降低，引起了外绝缘强度的降低 2.1.1 对绝缘介质强度的影响

空气的介质绝缘强度是随着气压的升高而增加，在空气稀薄或真空状态下又随着真空度的提高而增加。试验表明，海拔每升高1000 m，平均气压则降低7.7～10.5 kPa，外绝缘强度降低8%～13%。

2.1.2 对电气间隙击穿电压的影响

对于设计定型的产品，由于电气间隙已固定，随着空气压力的降低，击穿电压也下降。为了保证产品在高海拔地区使用时有足够的耐击穿能力，必须增大电气间隙和爬电距离。

在不同海拔海拔高度，不同电压等级以空气作为绝缘介质柜内各相导体间及对地净距如下表 (单位：mm) 海拔高度/m 1000 2000 2500 3000 3500 4000 3.6 75 83 86 90 94 98 额定电压/kV 7.2 12.0 24.0 100 125 200 110 138 220 115 144 230 120 150 240 125 156 250 130 163 260 40.5 300 330 345 360 375 390 当海拔在2000～4000m之间时，通常情况下中压开关柜外形均应增加以满足空气间隙的要求。通常断路器和隔离开关的相间距决定了柜中铜排的相间距，所以断路器和隔离开关的相间距应该根据海拔高度选用。

12kV的断路器和隔离开关相间距有210，230，250，275mm四种，通常采用的铜排宽度有50，60，80，100mm三种，在不同的断路器、隔离开关相间距和铜排宽度下，铜排相间距如下：

铜排宽度/mm 50 60 80 100 断路器和隔离开关相间距/mm 210 230 250 275 160 180 200 225 150 170 190 215 130 150 170 195 110 130 150 175 从表中可以看出，对于3.6kV和7.2kV，断路器和隔离开关相间距为210mm，铜排宽度不

大于80mm时，电气间隙能够满足要求；铜排宽度为100mm时，海拔超过1000m就应该选用230mm相间距的断路器和隔离开关。对于12kV，不同海拔高度和铜排宽度，断路器和隔离开关相间距选择如下表： 海拔高度/m 1000 2000 50 210 210 铜排宽度/mm 60 80 210 210 210 230 100 230 250 2500 3000 3500 4000 210 210 210 230 210 230 230 230 230 250 250 250 250 275 275 275 各生产厂家的断路器和隔离开关相间距不一致，在选型时请参照说明书以不小于上表选用。

注意，KYN28-12柜型如果选择了相间距为275mm的断路器，柜宽应选用1000mm。 在具体的工程中，当开关柜的外形尺寸受实际条件的限制无法增加时，应该采用复合绝缘，复合绝缘的空气距离建议按下表选取。(单位：mm) 额定电压/kV 7.2～12 40.5 1000 30 60 2000 33 66 海拔/m 2500 3000 35 36 69 72 3500 38 75 4000 39 78 对于小型化中压开关柜，用以环氧树脂等固体绝缘材料整体浇注的电器设备，由于将外绝缘变为内绝缘，也可以用于高海拔地区，但一般固封工艺要求高，成本显著增加。 2.2 空气温度降低及温度变化增大的影响

(1) 对产品性能的影响。

在海拔较高且环境温度较低的地区，环境温度对开关柜中一、二次元器件(如断路器等)的可靠性有一定的影响，所以必要时还要经过低温试验验证产品的性能。

(2) 对产品温升的影响。

气压或空气密度的降低引起空气介质冷却效应的降低。对于以自然对流、强迫通风或空气散热器为主要散热方式的电工产品，由于散热能力降低，而增加温升。环境平均温度和最高温度均随海拔的升高而降低。高海拔环境气温的降低可以部分或全部补偿因气压降低而引起电工产品运行中的温升增加。因此，对于开关和铜排等导体一般进行产品设计时可不考虑高海拔对温升的影响。器件说明书对海拔高度有降容说明的按照器件说明书降容选用。

对于电抗器和变压器，在设计时注明海拔高度，由供方进行相应的设计。高压固态软起动器中的可控硅和液体电阻等发热器件按照相关产品选型规范选型。

(3) 日夜温差或温度变化对产品结构的影响。

高海拔空气温度的日夜温差大。较大的温度变化使环氧树脂浇注的产品，如电流电压互感器、绝缘件等容易变形、龟裂，密封结构容易破裂。

（4）低温环境要求

在环境温度较低的高海拔地区，开关柜内的一、二次元器件除了满足海拔的要求外，还必须满足低温环境的要求。传动组件的润滑方式必须满足低温环境的要求。 2.3 环境污秽水平对爬电距离的影响

高污秽环境对电气设备的影响重点表现在以下三方面： （1）整个电气回路（一次、二次）和铜排连接的腐蚀影响

高、低压成套开关柜使用在一些使用环境出现高污秽腐蚀性气体或盐雾或粉尘等的电气室时，必然这些气体或粉尘等在接触潮湿性环境后，即可会转化成很强的腐蚀性（转化为酸），如SO2，H2S，氯气、盐雾等气体，而电气回路中常见处理工艺如镀银等或裸铜连接对这些强酸非常敏感，粉尘或气体一旦转化为强酸，就会腐蚀开关柜的电路部分，改变导线的化学性质和物理性质，触点的传导性等，数月后可出现的明显后果为：

a）、裸铜母线的颜色变化：铜的一些部位变为浅蓝色/铜的一些部位变黑/脱落(粉化效应)；

b）、腐蚀镀银母线和镀银开关接头(开关器件连接端头或内部触头)，导致银线突出(银须效应)；

c）、本地母线的过热，母线接合点的传导性降低，从而导致过热；

d）、可抽取式镀银触点(电插头&辅助滑动/插入式触点)开始氧化，它们变黑，并开始出现过热；

e）、开关开始出现过热、或停止运行；

f）、腐蚀带有裸露表面的电缆(电力线或辅助电线)，导致出现爆裂、高电阻等情况。 这些缺陷通常迅速出现于制造商的保质期内，直接影响开关柜的电气性能。如果是一次线路出现问题，将出现温升过热，接地故障等事故；如果是二次线路出现问题，却出现

误分，误合或拒动作或误报等等缺陷，直接影响产品的运行功能，事故后果非常严重，将会造成大面积的停电以及破坏供电系统的稳定性。

这些现象通常出现在以下领域通用工业流程中：石油和天然气，化工，冶金、造纸或纸浆厂、水泥，污水处理工厂、海岛或港口工程，船舶或海上石油钻井平台等等使用领域。

（2）结构零件在高污秽环境下的腐蚀影响

据于上述使用环境中，结构零件按常规的处理，也将出现腐蚀情况。结构零件的表面处理工艺是直接影响这些情况的原因，漆膜工艺和厚度，镀锌层工艺、附着力和厚度等等指标都应根据使用环境严酷程度不同，按等级进行规范，有目的选择对应的防护漆或镀锌层厚度，减轻腐蚀的作用，加强电化腐蚀和化学腐蚀的防护措施。结构零件的腐蚀也会直接或间接影响产品的性能，尤其一些承担动热稳定性的应力的结构零件，如母线横梁等，导致结构强度不够，最后影响成套开关设备的性能，如耐受短路强度等等；柜体结构的紧固件的腐蚀也是常见现象，紧固件的腐蚀将直接影响到结构的强度。这些情况都是结构零件在高污秽环境下的腐蚀影响。

（3）元器件在高污秽环境下的腐蚀影响

元器件在高污秽环境下的腐蚀也是存在的，其腐蚀后造成的影响是显而易见的，其后果也很严重。主要在于部分选型人员未能关注环境因素下来选型，在这些特殊使用环境下，元器件的设计和制造工艺是经过特殊处理过的，包括其电路的工艺设计、塑料的材料构成、接头端子等。这些措施可以使开关器件等有耐盐雾、耐腐蚀、耐潮湿等特性，国外的器件在这些方面做得比较规范，如施耐德电气公司的大部分低压器件就有专门使用在3C1或3C2等级的特性，选型时可以咨询相关的技术支持部门。

器件作为成套设备的主要构成，其可靠性和安全性是非常关系到成套设备产品的质量优劣，器件的选择非常关键，所以在高污秽的环境下元器件选型一定要选择适合的型号，来保证三防功能的实现。

从上述三方面的情况可以得知，在高污秽环境下，高、低压成套开关设备的设计和制造，必须从器件的设计选型开始，就应注重环境因素的选型；并在产品制造工艺设计入手，解决电路耐腐蚀的问题和结构零件的表面涂敷防护问题，尽量减轻腐蚀性气体或粉尘等造成的腐蚀问题。其主要实现手段就是要从产品制造工艺设计层面考虑。

对于高污秽环境下的电路腐蚀的防护，即导体的防护一般常用的防护工艺方法有：导体全长镀锡，或包热缩套管，或硫化绝缘，或刷黑漆（三防漆种），或全长镀镍，或镀镍加铬等等方法。

对于高污秽环境下的结构设计，一方面要保证更高防护等级的封闭开关柜的设计实现，在结构设计要考虑保证防护等级的实现，改善设计不合理的地方；另一方面，对照相关国家、行业标准的要求，选择合适的金属材料，如使用耐腐蚀能力强的进口敷铝锌钢板或不锈钢板。在金属板材的表面处理工艺规定进行规范，如在工艺流程中加钝化处理，或二道涂漆工艺（先防锈底漆涂敷后再面漆）等，同时考虑漆种的选择，涂层厚度、涂层附着力及质量检测标准等，内部结构件如用镀锌件，也要规范相应的镀锌工艺要求，如镀锌工艺流程、镀锌层厚度和锌层附着力等。

《GBT 16434-1996 高压架空线路和发电厂、变电所环境污区分级及外绝缘选择标准》中环境污区分级标准如下： 盐密，mg/cm2 污秽污湿特征 发电厂、等级 线路 变电所 0 大气清洁地区及离海岸盐场50km以上无明显污染地区 ≤0.03 — 大气轻度污染地区，工业区和人口低密集区，离海岸盐场＞0.03～Ⅰ 10km～50km地区。在污闪季节中干燥少雾(含毛毛雨)或雨≤0.06 0.06 量较多时 大气中等污染地区，轻盐碱和炉烟污秽地区，离海岸盐场＞0.06～＞0.06～Ⅱ 3km～10km地区，在污闪季节中潮湿多雾(含毛毛雨)但雨量0.10 0.10 较少时 Ⅲ 大气污染较严重地区，重雾和重盐碱地区，近海岸盐场＞0.10～＞0.10～1km～3km地区，工业与人口密度较大地区，离化学污源和0.25 0.25 炉烟污秽300m～1500m的较严重污秽地区 大气特别严重污染地区，离海岸盐场1km以内，离化学污＞0.25～＞0.25～Ⅳ 源和炉烟污秽300m以内的地区 0.35 0.35 国际电工委员会将其划分为四级污秽水平。 （1）轻：主要是没有工业，装供热设备的房屋密度较小的地区；工业或房屋密度较小，但经常有风和（或）雨的地区；农业地区；山区。所有这些地区，至少都离海边10～20km，不直接遭受海风的作用。

（2）中等：不产生特别污染烟灰的工业区和（或）装供热设备的房屋密度中等的地区；房屋和（或）工业密度较大，但经常有风和（或）雨的地区；会遭受海风作用但离海岸不太近（至少相隔几千米）的地区。

（3）重：工业密度较大地区和产生污染的供热设备密度较大城市地区；靠近海岸的地区或是任何情况下都会遭受相当强的海风作用的地区。

（4）很重：能遭受到导电粉尘和能产生特别厚的导电沉积物的工业烟灰的地区，范围适度；很接近海岸和会受到海水雾气喷溅或会受到很强的污染性海风作用的地区，范围适度；长期无雨受到夹有沙和盐的强风作用且常有凝露的地区和沙漠地区。

根据污染与凝露的严重情况，爬电距离取值如下： ——0级污秽地区的对地爬电比距不得小于14mm/kV； ——Ⅰ级污秽地区的对地爬电比距不得小于16mm/kV； ——Ⅱ级污秽地区的对地爬电比距不得小于20mm/kV； ——Ⅲ级污秽地区的对地爬电比距不得小于25mm/kV； ——Ⅳ级污秽地区的对地爬电比距不得小于31mm/kV。

各电压等级的成套开关设备在不同海拔、0级污秽地区时爬电距离如下表（mm）

额定电压/kV 7.2 12 40.5 海拔高度/m 1000 100.8 168 567 2000 113.9 189.8 640.7 2500 121 201.6 680.4 3000 129 215 725.8 3500 137.1 228.5 771.1 4000 145.2 241.9 816.5 由于很多器件说明书中没有标注爬电距离，所以在高污秽环境中选择电流互感器、电压互感器、带电传感器、断路器时、隔离开关、支柱绝缘子等与高压相连的器件时，要注明污秽级别，以便供方做出相应的设计。

由于高海拔地区特殊的气象条件，在容易产生凝露的地区，除了采用加大元器件的外爬距外，开关柜设计中采用温湿度控制器和加热器相结合的方法降低凝露的几率。 2.4 改进母排及导电体的形状，均匀电场分布，防止尖端放电

一般来说，电极的曲率半径越大，周边的电场分布越均匀，空气间隙的击穿电压就越高。因此，在设计和制造中，铜排尽量选用圆角母排或D 型母排，同时尽可能地消除电极上的锐缘、棱角、焊缝及毛刺等，降低电极的表面粗糟度值，改善电场分布。 2.5 试验电压

一般气候条件下的工频及冲击耐电压试验值如表所示。 额定电压kV 7.2 12 40.5 额定短时工频耐压kV（有效值） 海拔高度m 1000 2000 23 42 95 2500 3000 3500 4000 额定雷电冲击耐压kV（峰值） 海拔高度m 1000 2000 2500 3000 3500 4000 26 27.6 29.4 31.3 33.1 60 47.5 50.4 53.8 57.1 60.5 75 107.3 114 121.6 129.2 136.8 185 67.8 72 84.8 90 209.1 222 76.8 81.6 86.4 96 97.5 108 236.8 251.6 266.4 3高海拔地区户内低压电气设备的设计要求 3.1、高海拔降容

现有一般低压电器产品，使用于高原地区时，其动、静触头和导电体以及线圈等部分的温度随海拔高度的增加而递增。其温升递增率为海拔每升高100m，温升增加0.1-0.5K，但大多数产品均小于0.4K。而高原地区气温随海拔高度的增加而降低，其递减率为海拔每升高100m，气温降低足够补偿由海拔升高对电器温升的影响。因此，对于使用说明书没有

高海拔降容说明的低压电器的额定电流值可以保持不变，对于连续工作的大发热量电器，可适当降低电源等级使用。对于在使用说明书中有明确说明的，按说明书降容选用。

正泰的NA1-1000说明书中无降容说明，而NA1-2000~6300中有降容要求如下：

正泰的NA8系列降容说明如下：

常熟CW1、CW2、CW3系列降容说明如下：

ABB公司所产空气断路器降容说明如下： 海拔高度（m） <=2000 3000 4000 5000 额定工作电压（V） 690 600 500 440 额定电流（In） In 0.98In 0.93In 0.9In Schneider公司生产的塑壳断路器NS100---NS630型降容说明如下： 海拔高度/m <=2000 3000 4000 5000 额定电流/A 100-800-100-800-100-800-100-630 1250 630 1250 630 1250 630 额定工作电压/V 690 690 550 590 480 520 420 电流降低系数K 1 1 0.96 0.99 0.93 0.96 0.9 伟创AC60系列变频器降容说明如下： 海拔高度（m） <=1000 2000 3000 4000 输出电流（%In） In 0.94In 0.88In 0.82In ABB公司ACS800、ACS550、ACS510系列变频器降容说明如下：

800-1250 460 0.94

ABB公司的PST、PSTB软起动起降容说明：1000-4000m降容系数为0.007%/m

施耐德的ATS22降容说明：1000-2000之间海拔高度，每升高100m，额定电流降低2%，没有2000m以上的说明。

施耐德的ATV系列变频器降容说明：1000m以上每升高100m，功率降低1%，400V的最高海拔3000m，500V/690V的最高海拔2400m。 3.2、绝缘耐压

普通型低压电器在海拔2500时仍有60%的耐压裕度，且通过对国产常用继电器与转换开关等的试验表明，在海拔4000m及以下地区，均可在其额定电压下正常运行。从上面几个断路器的降容说明表中可以看出其工作电压有所降低，所以选用时，应选用额定工作电压为690V及以上的器件。 3.3、动作特性：

海拔升高时，双金属片热继电器和熔断器的动作特性有少许变化，但在海拔4000M下时，均在其技术条件规定的特性曲线\带\范围内RTO等国产常用熔断器的熔化特性最大偏差均在容许偏差的50%以内。而国产常用热继电器的动作稳定性较好，其动作时间随海拔升高有显著缩短，根据不同的型号，分别为正常动作时间和40%-73%。也可在现场调节电流整定值，使其动作特性满足要求。通过对低压熔断器非线性的环境温度对时间-电流特性曲线研究表明，熔体的载流能力在同样的较小的过载电流倍数情况下（即轻过载）熔断时间随环境温度减小而增加，在20度以下时，变化的程度则更大；而在同样的较大的过载电流倍数情况下（即短路保护时），熔断时间随环境温度的变化可不作考虑。因此，在高原地区的使用熔断器开关作为配电线路的过载与短路保护时，其上下级之间的选择性应特别加以考虑。在采用低压断路器时，应留有一定的断路与工作余量。由此可见，熔断器在高原的使用环境下可靠性和保护特性更为理想。 3.4电气间隙及爬电距离

根据海拔高度不同，低压柜内电气间隙及爬电距离修正值如下表 海拔高度（m） 电气间隙倍增系数 电气间隙（mm） 爬电距离（mm） 2000 1.00 10 12 3000 1.14 11.4 13.7 4000 1.29 12.9 15.5 5000 1.48 14.8 17.8 4、高原设备的标示 根据国家标准GBT20626.1-2006特殊环境条件 高原电工电子产品的规定

ABB公司的PST、PSTB软起动起降容说明：1000-4000m降容系数为0.007%/m

施耐德的ATS22降容说明：1000-2000之间海拔高度，每升高100m，额定电流降低2%，没有2000m以上的说明。

施耐德的ATV系列变频器降容说明：1000m以上每升高100m，功率降低1%，400V的最高海拔3000m，500V/690V的最高海拔2400m。 3.2、绝缘耐压

普通型低压电器在海拔2500时仍有60%的耐压裕度，且通过对国产常用继电器与转换开关等的试验表明，在海拔4000m及以下地区，均可在其额定电压下正常运行。从上面几个断路器的降容说明表中可以看出其工作电压有所降低，所以选用时，应选用额定工作电压为690V及以上的器件。 3.3、动作特性：

海拔升高时，双金属片热继电器和熔断器的动作特性有少许变化，但在海拔4000M下时，均在其技术条件规定的特性曲线\带\范围内RTO等国产常用熔断器的熔化特性最大偏差均在容许偏差的50%以内。而国产常用热继电器的动作稳定性较好，其动作时间随海拔升高有显著缩短，根据不同的型号，分别为正常动作时间和40%-73%。也可在现场调节电流整定值，使其动作特性满足要求。通过对低压熔断器非线性的环境温度对时间-电流特性曲线研究表明，熔体的载流能力在同样的较小的过载电流倍数情况下（即轻过载）熔断时间随环境温度减小而增加，在20度以下时，变化的程度则更大；而在同样的较大的过载电流倍数情况下（即短路保护时），熔断时间随环境温度的变化可不作考虑。因此，在高原地区的使用熔断器开关作为配电线路的过载与短路保护时，其上下级之间的选择性应特别加以考虑。在采用低压断路器时，应留有一定的断路与工作余量。由此可见，熔断器在高原的使用环境下可靠性和保护特性更为理想。 3.4电气间隙及爬电距离

根据海拔高度不同，低压柜内电气间隙及爬电距离修正值如下表 海拔高度（m） 电气间隙倍增系数 电气间隙（mm） 爬电距离（mm） 2000 1.00 10 12 3000 1.14 11.4 13.7 4000 1.29 12.9 15.5 5000 1.48 14.8 17.8 4、高原设备的标示 根据国家标准GBT20626.1-2006特殊环境条件 高原电工电子产品的规定

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