基于特殊环境因素下高、低压成套开关设备设计和制造的探讨 作者：广州白云电器设备股份有限公司电气研究所 杨成懋，王义，张宇怀 来源：赛尔输配电产品应用开关卷 总第82期 摘要：本文根据目前市场需求，结合国家对环境技术的研究，提出高原环境和高污秽环境下对高低压成套开关设备的影响。根据这些影响提出解决相关的技术问题的措施和方案关键点，并具体运用到实际的设计过程中，最终保障使用两类特殊环境下的产品顺利开发起到指导作用，同时保证产品质量，满足了社会的需求。
关键词：市场需求，研发方向，环境技术，设计，工艺
前言：
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迈入二十一世纪以来，我们国家在经济、政治和文化等各个层面都得到快速稳定发展，尤其经济的快速发展，不仅给中国各行各业的发展带来了勃勃生机，同时也深刻的影响着人们的思想观念、行为方式。行业及其所生产的产品发展方向，必然受到其所在的业务环境、市场需求发展方向、以及国家政策等方面的影响，同时也与使用者思想观念、行为方式有密切的联系。
高、低压成套开关设备，作为对电能的接受、输送、分配、控制及保护作用的电器产品，如何来适应各种各样的需求；如何规划其发展方向，产品的研发方向该如何确定，这些问题摆在行业领导企业管理者面前的重大战略问题。解决这些问题，应该根据市场的需求和国家政策的引导，来正确决策产品的发展，满足电力行业的不同环境使用场合以及当前和未来的技术、功能的需要；同时还应与基本国情、国家未来经济、社会发展的整体规划的需求相协调。
白云电器作为在华南地区专业于输变配电领域的大型电器制造企业，针对市场环境的发展，以优良的产品服务社会为宗旨，不断提升产品质量；综合市场环境和国家政策的指导，在高、低压成套开关设备领域深耕细作、固本强基，不断地研发和完善满足顾客需求的各种技术方案，其中包括两项专门根据环境技术来确立的研发方向，下面根据研发的情况，跟同行共同分享、探讨。
一、环境因素确定的高低压成套开关设备的两大发展方向
针对环境因素而确定产品的发展方向，也是目前高、低压成套开关设备的发展方向之一，目前市场需求提出了两大发展方向。
第一，随着国家西部大开发和国家西部能源经济的大发展，适应高海拔环境的高低压成套
开关设备也成为目前部分市场招标的技术要求。我国幅员广大，具有世界上九种气候类型分类的六种气候区，包括湿热、亚湿热、暖温、寒温、寒冷、干热，且有世界上特有的广大的高海拔地区，海拔超过2000m的高原面积占国土面积的33%;海拔超1000m的面积达58％，并有1800公里跨越湿热带到寒冷区域的海岸线和470万平方公里的近海大陆架及石油资源蕴藏丰富的塔克拉玛干沙漠。电力行业是先行行业，在高海拔地区环境中，必然有大量控制电力的成套开关设备配套使用，成套产品经受此类严酷自然环境均会造成严重的影响，使产品不能发挥正常功能或使用寿命缩短。而根据国家标准，高压成套产品适用的正常海拔环境为1000m及以下，低压成套产品的适用的正常海拔环境为2000m及以下。而超过以上海拔高度的产品都必须重新进行研发设计、试验研究，从产品的设计着手，充分考虑高海拔环境对高低压成套开关设备性能的影响。
第二，2008年开始的全球性金融危机的影响，我们国家为了振兴经济，大规模投入4万亿资金，进行经济刺激计划，重点进行不同行业内的结构调整和技术改造提升；分别出台了化工行业、钢铁行业、有冶金行业、船舶制造行业和交通运输行业等产业的振兴，技改
项目必然很多，迅速拉动了适合这些市场需求特点的电器产品市场，“三防”要求的高低压成套开关设备成为部分招投标技术要求之一。由于高、低压成套开关设备一般都近于用户侧布置，基于实现空间优化和降低成本（电缆长度、土木工程）等，工业客户在接近工业流程的电气室内使用开关成套设备。这些使用场合必然有在现场环境中存在着腐蚀性气体，酸、碱、盐的雾或液体，粉尘并伴随潮湿或高温等环境因素，即高污秽的环境，设备使用在这些场合不作技术处理，必然有对电路和产品结构的腐蚀作用，尤其对电路的腐蚀导致电气使用功能造成严重的损害，直接影响产品的运行功能，事故后果非常严重，将会造成大面积的停电以及破坏供电系统的稳定性。这些情况在很多事故分析中不断地出现，所以基于高污秽的环境，出现“三防”型概念特点的高低压成套开关设备。该类成套产品的设计，重点应从产品的制造工艺入手，考虑各种腐蚀、盐雾、湿热等环境对产品的影响。
上述高、低压成套开关设备两类发展方向都是基于环境技术这门基础学科而所确定的发展方向，对保证产品的正常功能发挥和提高产品的可靠性、机械、电气寿命等密切相关。
二、环境技术对上述发展方向产品设计的指导
什么是环境技术呢，其对产品设计有哪些指导意义？
环境技术是研究各种环境条件对材料和产品的影响，通过对材料和产品进行环境试验、评价，从而到影响规律，并研究相应防护技术措施，以确保产品在预定环境条件下，可靠安全运行的一门综合性基础技术。它是与气象、地理、试验设备、测试技术、材料工艺和可靠性等多专业相交叉的综合学科，对保证产品的正常功能发挥和提高产品的可靠性、耐久性水平密切相关。
根据对国际环境技术的学术动态的调查，近年来IEC为使环境条件和环境试验的标准工作更好的协调，将IECTC75和TC50合并组建为IECTC104委员会，并将制订一系列指导各类专业产品合理选择环境条件和环境试验方法的导则性文件。爱白网
其实我国对环境技术的研究也有很长的历史，广州电器科学研究所作为研究环境技术的先行者，参与了我国60～70年代热带和化工防腐电工产品的研究，并研究制订了环境条件、试验方法、产品环境技术要求和环境试验设备的行业标准，并贯彻实施，相应的研究了防护技术措施，发展了一批新材料、新工艺。对我国援外工程项目和外贸出口起到了极大的推动作用，而且促进我国基本型产品水平的迅速提高。化工防腐电工产品也发展了系列的产品，基本满足了化工、冶金等企业的需要，实现较广泛的推广，成效显著；在60年代中，我国也建立了高原用电工产品的专业研究机构（如西安高压电器研究所、昆明电器科学研究院等），西安高压电器研究所作为国家电器设备试验研究的重点试验室，特别在“七五”期间开展了大量的基础研究工作，分别进行了“高海拔绝缘特性—不同气压、温度、湿度对绝缘特性及放电过程的影响”和“高海拔电晕特性研究”等等攻关课题，制订了部分高原环境条件的标准，并发展了部分高原型产品。
80年代初，我国成立了《全国电工电子产品环境条件与环境试验标准化技术委员会》及其分会，有电子、航空、铁道等十二个部有关专家参加，进一步推动了我国环境技术标准化工作的发展，迄今已对应于IEC和按国内需要制订了95个标准。
机械产品环境技术研究，自80年代中由机械部组织深入系统的调查后，开始实施“七.五”和“八五”的科技攻关计划和开展有关标准化工作，使环境技术由面向电工产品发展到面向整个机械行业。目前已完成了21项基础标准的制订，包括机械产品（含电工产品、仪器、仪表)环境条件分类、分级，使用环境条件，各类机械产品的通用环境技术要求，产品防护类型及部分试验方法，也为机械行业推荐出一批耐候性优良的新材料、新工艺，提出了一批指导性文件，并在生产实践中应用，取得了良好的社会经济效益。“九.五”由于机械部的支持，正在执行专项科技攻关研究项目，并成立了《机械工业环境技术研究中心(METRC)》。
当前由于高新技术的发展，新材料、新工艺日新月异，计算机技术已广泛应用于各类机械产品，实现机电仪一体化，产品使用的环境领域更广泛和严酷，产品的可靠性要求也更高，新材料、新产品如何预估使用寿命非常迫切，因此环境技术的研究将显得更重要和引起国内外的广泛重视。
高、低压成套开关设备在环境因素影响下的产品开发，需根据国家标准和机械行业的标准来进行，国家标准和机械行业的标准对环境因素影响下产品的设计有指导性的意义。国家针对环境技术的研究体现在标准制定和试验规则的制订，其对现实的产品研发有非常大的指导作用，根据这些标准，可以了解上述高原环境对电工产品的主要影响因素，部分标准还提出了中肯的设计指导意见和方案；同时也可以了解防腐要素，给出不同腐蚀环境下的人工试验规则，对于金属件的漆膜防护和镀锌防护等都有对应的要求，能对具体的设计工作有很大的帮助。
右派分子 所以了解目前国际和国家在环境技术上研究，对于指导我们进行具体的产品设计有现实的意义。
三、两种环境因素对高低压成套产品不同的影响和设计方向探讨
根据JB/T7573-94《高原环境条件下电工产品通用技术条件》机械行业标准介绍，总结出以下高原气候条件对高低压成套开关设备的影响规律。
（一）高原气候条件对电工产品性能和电气设备的影响规律
高原具有较恶劣的自然气候条件，其特征为：a、空气压力或空气密度较低；b、空气温度较低，温度变化较大；c、空气绝对湿度较小；d、大阳辐射照度较高；e、降水量较少；f、年大风日多；g、土壤温度较低，且冻结期长。这些特征对电工产品性能有下面四大影响规律，列出如下：
1、空气压力或空气密度降低的影响
1）对绝缘介质强度的影响
空气压力或空气密度的降低，引起外绝缘强度的降低。在海拔至5000m范围内，每升高1000m，即平均气压每降低7.7~10.5kPa,外绝缘强度降低8%~13%.
2)对电气间隙击穿电压的影响
对于设计定型的产品,由于其电气间隙已经固定,随空气压力的降低,其击穿电压也下降.为了保证产品在高原环境使用时有足够的耐击穿能力,必须增大电气间隙.高原用电工产品的电气间隙可按下表进行修正.
使用地点的海拔高度/m | 0 | 1000 | 2000 | 3000 | 4000 | 5000 |
相应大气气压/kPa | 101.3 | 90.0 | 79.5 | 70.1 | 掌中宽带61.7 | 54.0 |
电气间隙 修正系数 | 以零海拔为基准 | 1.00 | 1.13 | 1.27 | 1.45 | 1.64 | 1.88 |
以1000mm海拔为基准 | 0.89 | 1.00 | 1.13 | 1.28 | 1.46 | 1.67 |
以2000mm海拔为基准 | 0.78 | 0.88 | 1.00 | 1.13 | 1.29 | 1.47词频 |
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3)对电晕及放电电压的影响
a、高海拔低气压使高压电机的局部放电起始电压降低，电晕起始电压降低，电晕腐蚀严重；
b、高海拔低气压使电力电容器内部气压下降，导致局部放电起始电压降低；
c、高海拔低气压使避雷器内腔电压降低，导致工频放电电压降低。
