1高海拔地區的特征一般來(lái)說(shuō),對于低壓配電系統海拔在2000m以上,高壓配電系統海拔在1000m以上的地區統稱(chēng)為高海拔地區。據測算,我國高海拔地區面積占全國總面積65%。高海拔地區具有的自然氣候條件較惡劣,其特征為:(1)空氣密度及氣壓較低。(2)空氣溫度較低,溫度變化較大。(3)空氣絕對濕度小。(4)太陽(yáng)輻射強度較高。(5)降水量較少。(6)大風(fēng)日多。(7)土壤溫度較低,且凍結期長(cháng)。
2高海拔地區戶(hù)內中壓開(kāi)關(guān)柜的設計要求2.1氣壓及空氣密度的降低,引起了外絕緣強度的降低2.1.1對絕緣介質(zhì)強度的影響空氣的介質(zhì)絕緣強度是隨著(zhù)氣壓的升高而增加,在空氣稀薄或真空狀態(tài)下又隨著(zhù)真空度的提高而增加。試驗表明,海拔每升高1000m,平均氣壓則降低7.7~10.5 kPa,外絕緣強度降低8%~13%。2.1.2對電氣間隙擊穿電壓的影響對于設計定型的產(chǎn)品,由于電氣間隙已固定,隨著(zhù)空氣壓力的降低,擊穿電壓也下降。為了保證產(chǎn)品在高海拔地區使用時(shí)有足夠的耐擊穿能力,必須增大電氣間隙和爬電距離。
小型化中壓開(kāi)關(guān)柜,用以環(huán)氧樹(shù)脂等固體絕緣材料整體澆注的電器設備,由于將外絕緣變?yōu)閮冉^緣,也可以用于高海拔地區,但一般固封工藝要求高,成本顯著(zhù)增加。2.2空氣溫度降低及溫度變化增大的影響
(1)對產(chǎn)品性能的影響。
在海拔較高且環(huán)境溫度較低的地區,環(huán)境溫度對開(kāi)關(guān)柜中一、二次元器件(如斷路器等)的可靠性有一定的影響,所以必要時(shí)還要經(jīng)過(guò)低溫試驗驗證產(chǎn)品的性能。
(2)對產(chǎn)品溫升的影響。
氣壓或空氣密度的降低引起空氣介質(zhì)冷卻效應的降低。對于以自然對流、強迫通風(fēng)或空氣散熱器為主要散熱方式的電工產(chǎn)品,由于散熱能力降低,而增加溫升。環(huán)境平均溫度和最高溫度均隨海拔的升高而降低。高海拔環(huán)境氣溫的降低可以部分或全部補償因氣壓降低而引起電工產(chǎn)品運行中的溫升增加。因此,對于開(kāi)關(guān)和銅排等導體一般進(jìn)行產(chǎn)品設計時(shí)可不考慮高海拔對溫升的影響。器件說(shuō)明書(shū)對海拔高度有降容說(shuō)明的按照器件說(shuō)明書(shū)降容選用。
對于電抗器和變壓器,在設計時(shí)注明海拔高度,由供方進(jìn)行相應的設計。高壓固態(tài)軟起動(dòng)器中的可控硅和液體電阻等發(fā)熱器件按照相關(guān)產(chǎn)品選型規范選型。
(3)日夜溫差或溫度變化對產(chǎn)品結構的影響。
高海拔空氣溫度的日夜溫差大。較大的溫度變化使環(huán)氧樹(shù)脂澆注的產(chǎn)品,如電流電壓互感器、絕緣件等容易變形、龜裂,密封結構容易破裂。
(4)低溫環(huán)境要求
在環(huán)境溫度較低的高海拔地區,開(kāi)關(guān)柜內的一、二次元器件除了滿(mǎn)足海拔的要求外,還必須滿(mǎn)足低溫環(huán)境的要求。傳動(dòng)組件的潤滑方式必須滿(mǎn)足低溫環(huán)境的要求。2.3環(huán)境污穢水平對爬電距離的影響
高污穢環(huán)境對電氣設備的影響重點(diǎn)表現在以下三方面:(1)整個(gè)電氣回路(一次、二次)和銅排連接的腐蝕影響高、低壓成套開(kāi)關(guān)柜使用在一些使用環(huán)境出現高污穢腐蝕性氣體或鹽霧或粉塵等的電氣室時(shí),必然這些氣體或粉塵等在接觸潮濕性環(huán)境后,即可會(huì )轉化成很強的腐蝕性(轉化為酸),如SO2,H2S,氯氣、鹽霧等氣體,而電氣回路中常見(jiàn)處理工藝如鍍銀等或裸銅連接對這些強酸非常敏感,粉塵或氣體一旦轉化為強酸,就會(huì )腐蝕開(kāi)關(guān)柜的電路部分,改變導線(xiàn)的化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì),觸點(diǎn)的傳導性等,數月后可出現的明顯后果為:
a)、裸銅母線(xiàn)的顏色變化:銅的一些部位變?yōu)闇\藍色/銅的一些部位變黑/脫落(粉化效應);
b)、腐蝕鍍銀母線(xiàn)和鍍銀開(kāi)關(guān)接頭(開(kāi)關(guān)器件連接端頭或內部觸頭),導致銀線(xiàn)突出(銀須效應);
c)、本地母線(xiàn)的過(guò)熱,母線(xiàn)接合點(diǎn)的傳導性降低,從而導致過(guò)熱;
d)、可抽取式鍍銀觸點(diǎn)(電插頭&輔助滑動(dòng)/插入式觸點(diǎn))開(kāi)始氧化,它們變黑,并開(kāi)始出現過(guò)熱;
e)、開(kāi)關(guān)開(kāi)始出現過(guò)熱、或停止運行;
f)、腐蝕帶有裸露表面的電纜(電力線(xiàn)或輔助電線(xiàn)),導致出現爆裂、高電阻等情況。這些缺陷通常迅速出現于制造商的保質(zhì)期內,直接影響開(kāi)關(guān)柜的電氣性能。如果是一次線(xiàn)路出現問(wèn)題,將出現溫升過(guò)熱,接地故障等事故;如果是二次線(xiàn)路出現問(wèn)題,卻出現誤分,誤合或拒動(dòng)作或誤報等等缺陷,直接影響產(chǎn)品的運行功能,事故后果非常嚴重,將會(huì )造成大面積的停電以及破壞供電系統的穩定性。
這些現象通常出現在以下領(lǐng)域通用工業(yè)流程中:石油和天然氣,化工,冶金、造紙或紙漿廠(chǎng)、水泥,污水處理工廠(chǎng)、海島或港口工程,船舶或海上石油鉆井平臺等等使用領(lǐng)域。
(2)結構零件在高污穢環(huán)境下的腐蝕影響
據于上述使用環(huán)境中,結構零件按常規的處理,也將出現腐蝕情況。結構零件的表面處理工藝是直接影響這些情況的原因,漆膜工藝和厚度,鍍鋅層工藝、附著(zhù)力和厚度等等指標都應根據使用環(huán)境嚴酷程度不同,按等級進(jìn)行規范,有目的選擇對應的防護漆或鍍鋅層厚度,減輕腐蝕的作用,加強電化腐蝕和化學(xué)腐蝕的防護措施。結構零件的腐蝕也會(huì )直接或間接影響產(chǎn)品的性能,尤其一些承擔動(dòng)熱穩定性的應力的結構零件,如母線(xiàn)橫梁等,導致結構強度不夠,最后影響成套開(kāi)關(guān)設備的性能,如耐受短路強度等等;柜體結構的緊固件的腐蝕也是常見(jiàn)現象,緊固件的腐蝕將直接影響到結構的強度。這些情況都是結構零件在高污穢環(huán)境下的腐蝕影響。
(3)元器件在高污穢環(huán)境下的腐蝕影響
元器件在高污穢環(huán)境下的腐蝕也是存在的,其腐蝕后造成的影響是顯而易見(jiàn)的,其后果也很?chē)乐?。主要在于部分選型人員未能關(guān)注環(huán)境因素下來(lái)選型,在這些特殊使用環(huán)境下,元器件的設計和制造工藝是經(jīng)過(guò)特殊處理過(guò)的,包括其電路的工藝設計、塑料的材料構成、接頭端子等。這些措施可以使開(kāi)關(guān)器件等有耐鹽霧、耐腐蝕、耐潮濕等特性,國外的器件在這些方面做得比較規范,如施耐德電氣公司的大部分低壓器件就有專(zhuān)門(mén)使用在3C1或3C2等級的特性,選型時(shí)可以咨詢(xún)相關(guān)的技術(shù)支持部門(mén)。
器件作為成套設備的主要構成,其可靠性和安全性是非常關(guān)系到成套設備產(chǎn)品的質(zhì)量?jì)?yōu)劣,器件的選擇非常關(guān)鍵,所以在高污穢的環(huán)境下元器件選型一定要選擇適合的型號,來(lái)保證三防功能的實(shí)現。
從上述三方面的情況可以得知,在高污穢環(huán)境下,高、低壓成套開(kāi)關(guān)設備的設計和制造,必須從器件的設計選型開(kāi)始,就應注重環(huán)境因素的選型;并在產(chǎn)品制造工藝設計入手,解決電路耐腐蝕的問(wèn)題和結構零件的表面涂敷防護問(wèn)題,盡量減輕腐蝕性氣體或粉塵等造成的腐蝕問(wèn)題。其主要實(shí)現手段就是要從產(chǎn)品制造工藝設計層面考慮。
對于高污穢環(huán)境下的電路腐蝕的防護,即導體的防護一般常用的防護工藝方法有:導體全長(cháng)鍍錫,或包熱縮套管,或硫化絕緣,或刷黑漆(三防漆種),或全長(cháng)鍍鎳,或鍍鎳加鉻等等方法。
對于高污穢環(huán)境下的結構設計,一方面要保證更高防護等級的封閉開(kāi)關(guān)柜的設計實(shí)現,在結構設計要考慮保證防護等級的實(shí)現,改善設計不合理的地方;另一方面,對照相關(guān)國家、行業(yè)標準的要求,選擇合適的金屬材料,如使用耐腐蝕能力強的進(jìn)口敷鋁鋅鋼板或不銹鋼板。在金屬板材的表面處理工藝規定進(jìn)行規范,如在工藝流程中加鈍化處理,或二道涂漆工藝(先防銹底漆涂敷后再面漆)等,同時(shí)考慮漆種的選擇,涂層厚度、涂層附著(zhù)力及質(zhì)量檢測標準等,內部結構件如用鍍鋅件,也要規范相應的鍍鋅工藝要求,如鍍鋅工藝流程、鍍鋅層厚度和鋅層附著(zhù)力等。
隨著(zhù)我國經(jīng)濟的發(fā)展,在高海拔地區使用的低壓成套設備越來(lái)越多,例如我國的青藏鐵路,超過(guò)49%的路段都在海拔4000米以上,沿線(xiàn)數十個(gè)車(chē)站所使用的高壓、中壓和低壓開(kāi)關(guān)柜安裝場(chǎng)所的海拔都在4000米以上。按照國標,低壓成套開(kāi)關(guān)設備安裝場(chǎng)所的海拔不得超過(guò)2000米,對于應用在高海拔地區的低壓成套開(kāi)關(guān)設備,如何突破海拔2千米的高度限制是一個(gè)很重要的課題。
高海拔地區空氣密度低,紫外線(xiàn)輻射強,所以當海拔超過(guò)2000米后,開(kāi)關(guān)設備內部的絕緣和耐壓水平、開(kāi)關(guān)設備的散熱能力都隨著(zhù)海拔的增加而降低,同時(shí)各種開(kāi)關(guān)電器的滅弧能力也隨著(zhù)海拔增加而降低。