海拔对低压成套开关设备温升影响的研究分析

海拔对低压成套开关设备温升影响的研究分析

赵选国  李林  唐云平 毛浩东

（昆明高海拔电器检测有限公司  ）

摘要

温升是考核低压成套开关设备和控制设备在长期运行的一个重要指标。海拔升高，空气密度降低，使得以空气作为散热媒介的产品散热困。GB/T7251.1-2013中规定了低压成套开关设备安装地点不得超过海拔2000m,对于运行在高海拔地区的低压成套开关设备，要充分考虑低压成套开关设备长期运行、介电强度的降低、元器件的分断能力下降和空气冷却效果的减弱，来保障低压成套开关设备在高原环境下稳定运行。国家标准阐述了海拔对温升有影响，每个不同产品的温升值受海拔影响程度不同。本文从低压成套开关设备的温升验证来分析海拔对温升影响，以低压抽出式成套开关设备GCS-4000A、动力柜XL-630A型号为例，在高海拔环境模拟试验室分别模拟0m、1000m、2000m、3000m、4000m海拔高度下进行动力柜的温升验证。进一步细化海拔对低压成套开关设备温升的影响。

关键词：低压成套开关设备；温升；海拔；影响

Abstract

Temperature rise is an important index to evaluate the long-term operation of low-voltage switchgear and control equipment. As the altitude increases, the air density decreases, making the heat dissipation of products using air as a heat dissipation medium difficult. In GB/T7251.1-2013, it is stipulated that the installation location of low-voltage switchgear sets shall not exceed 2000m above sea level. For low-voltage switchgear sets operating at high altitudes, it is necessary to fully consider the long-term operation of low-voltage switchgear sets, the reduction of dielectric strength, the reduction of breaking capacity of components and the weakening of air cooling effect. To ensure the low-voltage switchgear in the plateau environment stable operation. The national standard states that altitude has an effect on temperature rise, and the temperature rise of each different product is affected by altitude to a different degree. In this paper, the influence of altitude on temperature rise is analyzed from the temperature rise verification of low-voltage switchgear sets. The models of low-voltage withdrawable switchgear sets GCS-4000A and power cabinet XL-630A are taken as examples. The temperature rise of the power cabinet was verified in the high altitude environment simulation laboratory at 0m, 1000m, 2000m, 3000m and 4000m respectively. The influence of altitude on temperature rise of low-voltage switchgear assembly is further refined.

Key words: low-voltage switchgear; Temperature rise; Altitude; influence

1、前言

随着我国西部大开发战略的深化实施，西部高海拔地区对低压成套开关设备的需求越来越大，但是低压成套产品的检验机构大多都在平原地区，在检测过程中无法直接验证低压成套开关设备在高海拔地区的性能。使用在高海拔地区的低压成套开关设备应充分考虑海拔对其的影响，随着海拔高度的增加，空气密度减小，大气压力的下降，使得以空气为介的质散热方式的产品散热困难。由于低压成套开关设备长时间处于满负荷工作状态，加速了低压成套开关设备的老化，损坏了它的绝缘。这样不利于低压成套开关设备稳定运行。

本文阐述低压成套开关设备在高海拔环境模拟试验验室进行不同海拔点的温升验证，通过试验数据分析比对，来为用户和制造厂提供一定的参考,为今后优化高原型标准提供数据。

2、试验概况

2.1样品概述

试验样品1型号为XL,额定电流630A的动力柜，动力柜有四个出线回路，主开关的额定电流为800A,第一个出线回路断路器额定电流为315A,第二个出线回路断路器额定电流为315A,第三个出线回路断路器额定电流为100A,第四个出线回路断路器额定电流为63A。温升验证试验电流：第一个出线回路试验电流为225A,第二个出线回路试验电流为225A,第三个出线回路试验电流为100A,第一个出线回路试验电流为50A。

试验样品2型号为GCS,额定电流4000A，柜体主要分为进线柜、馈电柜、控制柜。进线柜主开关的额定电流为6300A,馈电柜的第一、二出线单元断路器额定电流为2000A,控制柜第三、四个出线单元断路器额定电流为32A,控制柜第五、六个出线单元断路器额定电流为80A,控制柜第七个出线单元断路器额定电流为125A,控制柜第八、九个出线单元断路器额定电流为630A。温升验证时整个成套设备进行降容验证。温升验证试验电流为：进线柜额定电流3200A,馈电柜的第一、二个出线单元额定电流为1200A,控制柜第三、四个出线单元额定电流为20A,控制柜第五、六个出线单元断路器额定电流为50A,控制柜第七个出线单元断路器额定电流为60A,控制柜第八、九个出线单元额定电流为300A。

2.2试验方法

为了验证低压成套开关设备在最严酷条件下进行温升试验，本文采用温升验证试验方法a进行整个成套设备的验证。样机、元器件额定电流进行降容使用。根据每个出线回路的试验电流选择合适的试验导线。采用倒送电流法进行三相温升试验。三相试验平均电流偏差控制在0％~+3%以内。将动力柜XL-630A、GCS-4000A分别放置在高海拔环境模拟试验室分别模拟海拔0m、1000m、2000m、3000m、4000m进行低压成套开关设备温升验证，参照温升布点图进行温升测试点的布置。测试点主要布置在断路器进出线端、母线连接处、抽屉插接件连接处、外壳、手柄。温升验证时，低压成套开关设备的防护等级应满足成套设备运行的防护等级。

2.3试验结果

将动力柜XL-630A、GCS-4000A在每个不同海拔点下记录每个测试点的温度值，保证每个模拟海拔下每个测试点的温升达到稳定值。所谓温升稳定，是指所有测量点（包括周围环境温度）的温升变化在一个小时内不超过1K。最后通过计算得出每个测试点的对应的温升值，并对相邻的两个海拔点和以0m海拔为基准参考的温升数据进行对比分析。在本文中不判定两个试验样品的温升是否符合相关标准限值的规定，试验数据只用于分析验证海拔对低压成套开关设备的温升影响的规律。

3 试验数据分析

3.1对相邻的两个海拔点温升数据进行比较分析

XL-630A动力柜数据详见表3-1，GCS-4000A数据详见表3-2。

从表3-1中分析得出，0m-1000m温升升高的范围为0.8-3.3K，1000m-2000m温升升高的范围为0.9-3.5K，2000m-3000m温升升高的范围为0.3-3.6K，3000m-4000m温升升高的范围为1.1-4.1K，XL-630A动力柜各测试点温升值变化和海拔的变化基本成线性关系。

从表3-2中分析得出，0m-1000m温升升高的范围为2.8-6.3K，1000m-2000m温升升高的范围为0.5-5.9K，2000m-3000m温升升高的范围为0.3-6.4K，3000m-4000m温升升高的范围为0.3-8.5K。海拔升高后，温升值的变化范围逐渐增加。0m-1000m温升值升高更为明显。通过表1和表2进行比较发现，GCS低压抽出式开关柜温升随海拔的升高温升范围逐渐加大。XL-21动力柜相邻两个海拔之间温升值变化值基本一致。GCS柜相邻两个海拔之间温升值变化值差异大。

3.2以0m海拔为基准参考

将1000m、2000m、3000m、4000m的温升值减去0m海拔温升值进行比对分析，XL-21动力柜数据详见表3-3，GCS数据详见表3-4。

从表3-3中分析得出，0m-1000m温升升高的范围为1.4-3.3K，0m-2000m温升升高的范围为2.1-6.3K，0m-3000m温升升高的范围为2.4-9.3K，0m-4000m温升升高的范围为3.5-12.8K，随着试验海拔的不断增加，温升值变化范围也在增大。温升值较高的测试点海拔升高对它的作用越明显，温升值较低的测试点海拔升高对它的影响相对不明显。

从表3-4中分析得出，0m-1000m温升升高的范围为2.8-6.3K，0m-2000m温升升高的范围为4.2-10.7K，0m-3000m温升升高的范围为6.1-18.4K，0m-4000m温升升高的范围为7.5-22.5K，随着试验海拔的不断增加，温升值变化范围也在增大。温升值较高的测试点海拔升高对它的作用越明显，温升值较低的测试点海拔升高对它的影响相对不明显。

3.3XL-630A动力柜在不同海拔下温升变化曲线

选取XL-630A动力柜主开关出线端A相、主开关出线端C相、C1断路器进线端C相、C3断路器进线端C相、主开关手柄，绘制海拔对温升值的影响曲线，通过图3-1进行数据比对分析。

图3-1  温升值和海拔变化的曲线

从图中可以看出，XL-630A动力柜测试点在0m海拔时温升值最低，4000m海拔时温升最高。温升值随海拔升高而增加，随着海拔升高所有测试点温升值变化的趋势基本一致，海拔的升高和温升值的升高基本成线性关系。从0海拔开始， 海拔每升高1000m,温升值升高5％左右。海拔升高至4000m,温升值升高20％左右。

3.4 GCS-4000A柜在不同海拔下温升变化曲线

选取GCS-4000A柜主开关进线端B相、主开关出线端B相、C7热继进线端A相、C6断路器出线端C相、C6断路器进线端C相，绘制海拔对温升值的影响曲线，通过图3-1进行数据比对分析。

图3-2  温升值和海拔变化的曲线

从图中可以看出，GCS-4000A柜测试点在0m海拔时温升值最低，4000m海拔时温升最高。温升值随海拔升高而增加，随着海拔升高所有测试点温升值变化的趋势基本一致，海拔的升高和温升值的升高基本成线性关系。2000m海拔和3000m下的温升值变化较小。海拔升高4000m,温升值升高比较明显。从0海拔开始， 海拔每升高1000m,温升值升高5％左右。海拔升高至4000m,温升值升高20％左右。

4、结论

所有测试点在0m海拔时温升值最低，4000m海拔时温升值最高。海拔升高，空气密度降低，低压成套开关设备温升值也会随之升高；虽然低压成套开关设备的布置方式不一样。海拔的升高和温升值的升高基本成线性关系；低压成套开关设备随着海拔升高所有测试点温升值变化的曲线趋势基本一致。排除其个别和特殊情况，对数据进行分析处理；推导出低压成套开关设备温升值随海拔升高的变化率公式如下；

Z-----温升值随海拔升高的变化率：

L-----温度递减率，为0.0065K/m；单位为开每米（K/m）；

h-----海拔高度（不大于4000m），单位为米（m）；

T-----海拔递增值，为129.9987K,单位为开（K）；

参考文献：

[1] GB/T 7251.1-2023,低压成套开关设备和控制设备第1部分：总则[S]

[2] 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].

[3] GB/T 20626.2-2018,特殊环境条件高原电工电子产品第2部分：选型和检验规范[S].

[4]谢国政 ，赵荣浩 ，赵磊.高原电器产品短时耐受强度试验室建设研究[J].环境技术,2014（06）:78-82.