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技术分享|高海拔地区电气设备设计注意事项

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浏览:-发布日期:2019-07-29 14:23【

摘要:本文是针对高海拔地区空气密度低、气压低、气温低的自然条件,依据我公司在那曲地区纳木措金圆建材有限公司年产60万吨水泥粉磨生产线项目,所提出的有关低压电器在高海拔地区使用与选型时的选择建议。

关键词:高海拔、生产线、选型、建议

引言:

众所周知我国国土辽阔,土地资源丰富,而海拔超过2000米的地区大约占了国土总面积的35%。而高海拔地区目前有着良好的发展前景,这便需要大量的电气设备。由于海拔升高会导致气压、温度等一系列问题,使得常规的低压电气设备无法满足现场需求,所以低压电气设备如何在高海拔地区安全运行,是特别需要注意的问题。本文依据我公司在那曲地区纳木措金圆建材有限公司年产60万吨水泥粉磨生产线项目,经过反复的测试和总结,针对高海拔地区空气密度低、气压低、气温低的自然条件,提出了低压电器在高海拔地区使用时的选择建议。

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约占全球总面积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。

因此高海拔地区的开关柜在设计时,需要考虑以上种种环境因素。


现场图片

2、高海拔地区对开关柜的设计要求:

(1)高海拔对绝缘耐压的影响及应对方案

常用断路器的介质为空气,即我们常说的空气断路器,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%,因此在电气间隙和爬电距离不改变的条件下,产品的额定绝缘电压和额定工作电压都要降低。例:正常家用普通微型断路器的绝缘耐压等级为400V,我想在高海拔地区使用,由于我不可能改变其电气间隙和爬电距离,所以我只能选用绝缘耐压等级较高的微型断路器。

加大电气距离及爬电距离,根据国家标准:GB/T 16935.1-1997《低压系统内设备绝缘配合》中表A2的海拔修正系数表,对所在海拔高度的低压柜内电气间隙进行验证。相应的电气间隙和爬电距离见下表:

海拔高度(m)

<=2000

3000

4000

5000

电气间隙倍增系数

1.0

1.14

1.29

1.48

电气间隙

10

11.4

12.9

14.8

爬电距离

12

13.7

15.5

17.8

因此本项目设计、加工时,电气间隙按≥16mm;爬电距离按≥20mm设计制作,并且所有母排套黄、绿、红热缩套管。

(2)高海拔对分段能力的影响

分断能力是指断路器开关的一种特殊功能。目前有36KA、50KA等规格,断路器的分断能力是指该断路器安全切断故障电流的能力,常规的空气断路器在选型时会有不同的分段能力供我们选择,例如框架断路器在选型时有:N型,S型,H型等。但由于海拔增高,空气密度的降低,大气压力也随之降低,触头材料的熔点与沸点也随之降低,在电弧电流高温的作用下,触头材料的升华比低海拔时快,触头材料损失严重,因此在高海拔地区,电器的分断能力降低。我们在选型时则需要选择高分断能力的断路器。对于接触器而言,其分断能力由使用类别和额定工作电流的倍数来决定,因此在高海拔地区,接触器的工作电流降为KiIe,其分断能力的降低也应为NKiIe(N为相应使用类别所要求的倍数)。

(3)常用元器件的降容

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。

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

对于变频器类特殊产品,像ABB等公司在说明书中都有明确指出:如果海拔高度在 1000 ~ 4000 m (3300 ~ 13123 ft) 之间,每升高 100 m (328 ft),电流额定值减少 1 %。所以说当遇到超过海拔4000m的项目时,在变频器上要做特殊注意,根据现场设备类型与变频器厂家进行沟通,由变频器厂家提供具体选型资料。注:由于大多数变频厂家可能不曾在该高度做过针对性实验,故提供不出具体参数资料,所以在选型时需格外注意。本次那曲项目由我公司技术部,多次与北京ABB电气传动系统有限公司技术负责人沟通,针对该项目地点的环境、温度、污秽等级、等一系列现场情况共同探讨,制定出一个合理的方案。

对于软启动器的降容来说,因为软启的工作特性,使得它的降容曲线相较变频来说较为平缓,ABB的说明书中当海拔高度在1000米至4000米之间时,需要按照下述计算公式降容使用:占Ie的百分比=100- (x-1000)/100 ,x=软启动器的实际海拔高度。在我们的咨询过程中西门子的软启动器官方给定的最大安装高度为5000m。其中降容曲线如下所示:

阵容曲线图


(5)电容器件的选型使用

众所周知,电容器是由正极、负极和电解质组成,当正负极直接加上一个电压时电极即可储存电荷,两板分别带等量异种电荷,每个极板带电量的绝对值叫电容器的带电量。当电容器两极正负电荷通过导线中和。在放电过程中导线上有短暂的电流产生。这就是电容器正常的工作示意,即充电和放电,起到一个储能元件的作用。电容在实际使用中起到调节电网质量的作用。在那曲项目刚启动时,关于电容器,我们咨询了很多厂家,因为自愈式并联电容器在制作工艺上的问题,且受困于材料本身的影响,要想将常规电容器使用在高海拔地区它的绝缘强度和电气间隙不能满足实际需求。经过我们不断与电容厂家相互探讨,电容厂家为我们特制一款高原型的电容器,该电容器采用拉大电气间隙和更换绝缘介质的方法,来增加电容器的绝缘强度和电气间隙,使的该电容器可以在海拔4600米上的工程流水线上正常工作。

电容器

(6)高海拔对普通二次元器件的影响

高海拔对低压二次元器件的影响,主要方面也是电气间隙和元器件本身材料上,因为高海拔地区平均气温较低,冬天的时候平均气温会低于部分元器件的贮藏温度,因此可能会导致元器件还未经使用,就已出现损坏现象,这些在互感器、多功能表、指示灯等元器件上表现的较为明显,故而该类产品在使用时需要特殊处理,以增加元器件的耐腐蚀度。

(7)高海拔对柜体的影响

该项目我们选用的是ABB 的MNS2.0低压抽出式开关柜,但是在传统的开关柜上我们做了更加详细特殊的绝缘处理。

a):在封闭式垂直母线通道上,我们将垂直排与柜体之间的间隙加大,以保证母排与壳体的最小间隙大于安全间隙;

b):抽屉柜的安全位置是由一个微断开关在把手的作用下调节至我们所需要的点位,但由于抽屉实验位置的插件间隙较小,所以我们想方法在插件的线头上套一个透明的保护套,以此来增加他的绝缘强度;

c):在所有的元器件与固定板之间增加一块绝缘板,以此增加相间对地的保护,例如在熔断器后增加一块绝缘板,使得熔断器的螺丝与安装板隔开;

d):当润滑油进入低温后,蜡质结晶会析出、结晶从而导致粘度增大,温度升高后蜡质结晶受到破坏,回复原始粘度,从而失去润滑的效果。因此本项目我们采用特制润滑油,该润滑油可以保证在低温下可以正常使用,不会出现粘度会变大等现象;

e):正常抽屉柜所使用的二次插件之间的距离不能满足现场需求, 对此我们采用了用一拆一的方法,每相邻两个插件中间隔开一个空格插件,拆除该插件上的金属片,以此增加插件之间的电气间隙。

二次插件

3、结束语

目前,我国在高海拔地区的发展还处于起步阶段,现阶段关于高低压电气如何在高海拔地区应用还需要做更多的验证和实践,而低压电气应用于高海拔地区势在必行。此次,我公司的经典案例,为低压电气在高海拔地区的应用提供有利的经验和保证,为我公司在高海拔领域的发展打下坚实的基础。

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