（昆明高海拔电器检测有限公司 云南昆明 651799）
摘要：本文简述了高海拔环境对低压成套开关设备的影响，提出了相应产品性能提升方法，阐明了试验验证对于高原型低压成套开关设备的重要性。
关键词：高海拔；低压成套开关设备；性能；试验
0 引言
低压成套开关设备和控制设备是指额定电压交流不超过1000V，直流电压不超过1500V的成套设备；低压成套开关设备在低压供电系统中负责完成电能的控制、保护、测量、转换和分配。由于低压成套开关设备深入到生产现场、公共场所、居民住宅等地点，因此低压成套开关设备在设计时需保证工作安全可靠，运行维护方便，投资经济合理。
1 海拔影响
GB 7251.1-2013《低压成套开关设备和控制设备 第1部分：总则》7 使用条件7.1.4海拔明确规定安装海拔不得超过2000m[1]，等同标准IEC 61439-1:2011《Low-voltage switchgear and controlgear assemblies-Part1:General rules》也明确规定The altitude of the site does not exceed 2000m。但我国地势西高东低，呈阶梯状分布，并且向海洋倾斜，海拔超过2000m地区超过国土面积的1/4，遍及西藏自治区、青海省、甘肃省、四川省、云南省，如拉萨3658.0m、日喀则3844m、西宁2261.2m、玉树3696m、甘南2897m、阿坝2617m、接近2000m海拔的昆明1891.4m、丽江2384m、大理2007m、迪庆3294m。
在高原环境下，空气压力和空气密度下降，空气温度降低及温度变化增大，空气绝对湿度减小以及紫外线辐射等太阳辐射照度增加，影响低压成套开关设备正常使用，产生散热困难以及绝缘击穿电压降低的不利情况。因此，提高低压开关成套设备在高海拔条件下的可靠性水平对于应用于高原地区的产品至关重要。
1.1介电性能
高海拔地区恶劣自然环境的影响主要在于空气密度和湿度，由于海拔升高，空气密度逐渐降低，绝缘强度随之降低，外绝缘表面及不同电位的带电间隙比较容易击穿，电气间隙和爬电距离影响较大，正常的绝缘距离显得不足。正常情况下海拔与气压的对应关系如表1所示。
表1 海拔与气压对应关系表
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随着海拔的上升，空气密度的下降，低压开关设备运行过程中散热条件将越来越差，空气绝缘强度随之变弱；气压平均每降低7.7~10.5kPa外绝缘强度随之降低8%~13%，易出现绝缘击穿事故。
1.2温升
低压电器产品的温升随海拔升高而递增，而多数电气设备的散热方式都是自然对流、强迫通风或采用空气散热器的方式散热；空气密度降低, 空气介质冷却效应降低，散热效果减小，温升就会随之升高。虽然环境温度随海拔升高而降低，但对于户内使用的低压成套开关设备，补偿作用相对较弱。
1.3耐低温性能
一般情况下，海拔每升高100m,环境温度降低0.5℃；在高海拔环境下，低压成套开关设备需要具备耐低温能力，不同海拔高度的平均温度见表2，最低温度值见表3。
表2 海拔高度与平均温度值对应关系表
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表3 海拔高度与最低温度值对应关系表
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2 产品性能提升
低压成套开关设备本身具有多层次、多品种的特点，涵盖众多产品型号，比如常见的固定柜GGD，抽屉柜GCS、MNS，动力柜XL-21，低压无功功率补偿柜GGJ，综合配电柜JP柜，动力配电箱JXF，另有型号XMJ、XM、SDY、XRM、XLW、XMC、PZ30、SDG、CDC、CCKX、XCZ等。在高原环境使用低压成套开关设备，需要重视海拔、空气密度、气压、温度的影响。产品的可靠性要通过相应参数的调整来降低环境产生的不利影响，具体方法有：
（1）调整电气间隙参数，提高绝缘性能，严选生产材料和元器件，创新结构设计。
（2）设计足够大的外绝缘强度裕度，使其能够弥补高海拔空气密度下降造成的外绝缘强度下降，从而保证设备在高海拔地区使用时耐冲击电压符合要求。
（3）考虑到高海拔地区空气介质冷却效应的降低，低压成套开关设备的使用需考虑降容系数，要根据海拔高度不同来确定[2]。
2.1 加强绝缘强度
增大相间、相对地的电气间隙和爬电距离，加强保护，在线圈表面涂放电晕漆，选用额定电压高一级的产品。通常情况海拔2000m以下，额定冲击耐受电压Uimp为2.5kV及以下时，最小电气间隙为1.5mm，12kV对应14.0mm，因此为保证产品运行的可靠性，应考虑在高海拔地区使用的产品应增大绝缘强度，设计时增加电气间隙和爬电距离。
2.2 降低额定容量或提高散热效率
当产品温升的增加不能为环境气温的降低所补偿时，需要降低额定容量使用，其降低值为绝缘允许极限工作温度每超过1℃，降低1%额定容量。对连续工作的大发热量电器，可适当降低电流使用。还可在功率器件与绝缘导热层接触部位设置导热基板,增大功率器件与绝缘导热层的接触面积,提高功率器件的散热效率。
2.3 防寒措施
用于户外较高海拔地区，或者天气状况较恶劣出现极端低温气候可能性较大，日温差较大的低压产品，选用结构性能稳定的材料，可以考虑用电加热器防寒，并且加强产品的密封程度。
3 试验验证
在相应海拔高度下进行试验或在人工模拟环境条件（模拟试验室）进行试验可以更准确地验证产品设计满足使用条件的程度，从而进行产品性能改进。
3.1 电气间隙
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3.2 介电性能
在相应海拔高度下进行试验条件复杂，难以实现；在人工模拟环境条件（模拟试验室）进行试验则易于实现，根据标准GB/T 7251.1-2013 10.9条介电性能要求进行试验即可，无需进行修正，数据准确，结论可靠，保证产品在高原地区使用时有足够的工频耐压能力和雷电冲击耐压能力[3]；当产品使用地点海拔与试验地点海拔不同时，则需对试验电压进行海拔修正。
3.3 温升验证
标准规定的温升验证限值见表4，高原型低压成套开关设备通过人工模拟环境条件（模拟试验室）试验易于掌握产品温升验证情况，可根据试验结果进一步提高产品性能，改进产品特性。
4 结论
高海拔环境下低压成套开关设备需要通过产品设计调整以降低环境产生的不利影响；加强绝缘强度，户内型产品需考虑降低额定容量或提高散热效率以满足温升限值要求，户外型产品则需加强防寒措施减弱恶劣环境的影响，保证产品的稳定性和可靠性，通过试验验证进一步提高产品的安全性。
表4 温升限值
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参考文献：
[1] 全国低压成套开关设备和控制设备标准化技术委员会. GB/T 7251.1-2013 低压成套开关设备和控制设备 第一部分：总则[S].2013-12-31发布.
[2] 潘耀坤,陈坚祖.高海拔环境下高低压成套开关设备的设计与应用探析[J].机电信息，2015，（21）：97-98.
[3] 全国高原电工产品环境技术标准化技术委员会.GB/T 20626.1-2017 特殊环境条件 高原电工电子产品 第1部分：通用技术要求[S].2017-09-29发布.