高原型气候对电气设备的影响

随着国家西部大开发战略的实施和深入, 近年来批国家重点工程相继在西部建设,而我国西部大部分地区为高海拔地区, 是典型的高原型气候, 如何才能使电气设备满足高原型气候特点显得尤为重要。国家对西部高原地区的开发，使更多的工程在高原地区建设。但是高原地区的气候具有其自身的特性，电气设备受气候的影响需要做出相应的调整。

一、电气设备在高原地区气候条件下变化特点

恶劣的自然气候条件，较低的空气压力、密度和空气温度，较小的空气绝对湿度，较大的早晚温差，高太阳辐射照度，极少的降水量以及长时间冻土期等高原地区的特点，很大程度上造成电气设备性能的下降，其具体表现为以下方面。

1、设备电气性能减弱的主要原因是空气压力或空气密度的降低。首先，低空气压力或空气密度，是电气设备外绝缘强度降低的主要原因。其额定电流可以保持不变，外绝缘强度就会随着空气密度的减小和湿度的下降而降低，正常的绝缘距离就明显不能满足。供配电首先要考虑的是绝缘问题，绝缘水平对运行的安全至关重要。其次，是表现在电气间隙击穿电压上。为了加强电器产品的耐击穿能力，那么在高原高寒环境下, 必须以加大电气间隙作为解决办法。第三，做为开关电器，低气压、低气密对以空气为介质的灭弧性能、分断性能上有很大的反向作用，这就使电气设备使用寿命大大缩短。作为一个电气设计人员，都希望自己设计的产品性能和使用寿命达到最佳使用效果，那么在设计时就要认真考虑开关电器的这些性能提升问题。第四，造成以空气为介质的电气产品冷却效应有所下降, 电器产品中多数以自然对流为主要散热方式，这就降低了散热能力，增加了设备的温升，间接导致电气产品的绝缘性能下降。第五，在产品机械结构和密封上，也有很大的变化。能发生物理和化学性质的变化，主要表现在低密度、低浓度、多孔性材料上；由于空气压力或空气密度的降低，加大了电气设备内外压力差，造成设备内部的气体或液体从密封容器中泄漏，这样就对电气设备埋下了极大的事故隐患，对于密封要求严格的电气产品来说，就极大的降低了设备的电气性能和绝缘强度；而且可能因为承受压力的变化，还会致使容器破裂或爆炸，例如高压断路器的真空泡。

2、空气温度降低及温度变化同样也是引起设备性能的变化的原因。日夜温差大是高原空气温度的特点。较大的温度变化在电气设备以及高低压配电室内极易产生凝露，凝露会使产品外壳变形、开裂、绝缘降低、瓷件碎裂、密封结构容易破裂等。对于高压开关柜内的环氧树脂浇注产品，如电流电压互感器、绝缘件等影响很大。在户外使用的电工产品和电气设备由于受到强烈的太阳辐射强度而温度增高，在空气中的氧气和水分的作用下，还会使有机绝缘材料和涂料的老化加速，以及缩短电气设备的使用寿命等。

3、空气绝对湿度减小同样关系着电气设备的使用安全平均绝对湿度是随海拔升高而降低。当绝对湿度降低时，就会使空气的介电系数降低，介电绝缘强度降低，同样会使电气产品的外绝缘强度降低，因此在设计选型时，一定要对电气产品的工频放电电压与冲击闪络电压以零海拔时的平均绝对湿度：11g/m3 为基准进行湿度修正。

二、高原型气候对电气设备的影响

1、空气压力及密度对外绝缘强度的影响。外绝缘强度与空气的压力和密度有直接关系。当海拔高度不超过5000m时，平均气压会随着高度每升高1000m降低7.7 至10.5KPa，导致电气设备的外绝缘强度降低8%至13%。空气压力及密度的降低导致了电气设备绝缘材料的放电能力沿表面降低，并且这种降低程度和电场是否均匀有关，电场越均匀，绝缘材料放电能力降低的越慢。此外，除了电场的均匀程度外，绝缘材料的介质常数也是影响高原地区电气设备绝缘材料放电能力降低的原因之一，介质常数越大，沿表面放电电压的能力越低。绝缘水平的高低在传输线路设备中有着至关重要的作用，也对投入资金和线路有着重要影响。但是海拔的增高，导致空气压力降低，绝缘材料放电电压降低，进而影响整个机房电气设备的性能，因此在高原地区选择绝缘材料时要综合考虑电气设备的性能和投入资本等。

2、空气压力及密度对电气间隙击穿电压的影响。已经设计好的产品，其电气间隙是固定的。空气压力及密度降低时，会使产品的击穿电压降低。产品电气间隙的击穿电压的降低程度也与电场的均匀程度有关，电场越均匀，击穿电压降低的越高。因此，高原使用的产品的击穿电压方面的能力必须要适应其气候特点，可增大电气间隙，提高产品在击穿电压方面的能力。

3、空气压力及密度对电晕及放电电压的影响。如果电场强度超过临界值就会引起电晕，电晕是带电体周围的空气产生电离时的放电、发光现象，即高场强下带电体表面空气局部放电现象。而外施电压是导致产生电晕的原因，该外施电压也被称为起晕电压。空气压力和导电体表面的曲率半径是导致起晕电压高低变化的原因，空气压力升高会增加电机的起始电压。高原地区空气压力低，则电晕起始电压被降低，更容易产生电晕现象。在高海拔地区可通过增大导体表面曲率半径限制电晕现象的产生。此外空气压力降低还会导致高压避雷器的工频放电电压降低，低气压时内部气压也下降，导致起始电压降低。

4、空气压力及密度对开关电器灭弧性能的影响。开关电器的灭弧性能会随着空气压力及密度的降低而降低，气压的降低会延长交、直流电弧的燃弧时间，增加飞弧距离。当海拔升高1000m 时，会导致燃弧时间被延长5%。海拔超过一定高度后，灭弧时间将不能满足开关电器的要求。

5、空气压力和密度对介质冷却效应的影响。空气介质冷却效果会随着空气压力及密度降低而降低，如果产品以空气或自然对流或强迫通风的方式散热，那么随着空气压力及密度的降低，其温度会增加。当海拔不超过5000m时，高度每升高1000m，会使温度随之增加3%至10%。其中，自然对流冷却设备受空气压力及密度影响较低，强度通风冷却设备收到的影响更大，海拔超过100m 后，每100m 温度将增加2K，甚至更多。因此，冷却效应还与选择的冷却系统有关，应该综合考虑高原型气候的特点和冷却系统的特性选择具有最佳性能的冷却系统。

6、温度变化对电气设备的影响。高原地区的温度低，海拔越高温度降低越大。平均空气温度会影响绝缘材料的热老化寿命。高原地区温度的降低可以对由于气压降低导致的温度升高进行补偿。每100m 可补偿温度0.5K。此外还对电气开关的电弧冷却产生有利的影响，还可提高放电电压。但是高原地区的温差大，温差大会使产品的外壳或密封结构易产生变形、破裂的现象。线圈电阻也会由于温度降低而降低，冲撞增加，进而减少机械和电器设备的寿命。

高原地区的气候具有温度低、温差大、空气压力密度随海拔升高而降低等特点。高原地区气候的这些特点会对广播电视机房电气设备的性能产生影响，导致设备的外绝缘强度、放电电压、电晕等方面性能的劣化。因此在高原地区进行广播电视机房设备选择时需要充分考虑高原地区气候的影响，选择满足性能需求的电气设备。

参考文献：

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