外文翻譯-海拔高度對低壓開關設備和控制設備元件運行性能的影響

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1海拔高度對低壓開關設備和控制設備元件運行性能的影響摘 要由于高度的升高，空氣密度的降低會影響低壓開關柜和控制設備部件的運行性能。對于高空應用，對這些部件的工作性能的影響知之甚少?？諝饷芏鹊慕档蜁绊戨娊橘|(zhì)耐壓、熱行程、過載校準、接觸壽命和中斷能力等特性。試驗是在一個能夠產(chǎn)生所需電路參數(shù)的電氣實驗室進行的。試驗是用真空室人工降低空氣密度來模擬海拔高達 6000 米的高度，并進行了實況調(diào)查研究，確定了在較高海拔地區(qū)低壓元件的工作性能。1 引言對于用于低壓開關柜、電機控制中心和電池板的低壓開關設備和控制設備組件(LVCS)的高空應用(例如海拔 1000 米至 6000 米)，幾乎沒有技術指導。這些 LVCs 包括：塑殼斷路器、斷開開關、熔斷器、起動器、接觸器、軟起動固態(tài)啟動器、變頻驅(qū)動器、過載繼電器、控制繼電器和變壓器。由于氣壓和密度隨著海拔高度的增加而減小，影響了 LVCS 的工作性能，理論上降低了耐壓、熱額定值、影響校準、影響接觸壽命、降低接觸器中斷性能、降低短路中斷能力。有一些基于 IEEE STD 的指導。它提供了電壓額定值(介電承受能力)和電流額定值(熱差)的經(jīng)驗修正因子 [l]。見表一.如何應用這些高度校正系數(shù)的例子見表。然而，沒有提供關于運行性能標準的信息，例如電流中斷，這也可能受到在較高度上介電和熱特性的降低的影響。因此，在高空應用設備的工程師幾乎沒有適當選擇 LVCs 的指導，實際上，對于 3000 米以上的應用，根本沒有提供任何指導。發(fā)現(xiàn)高度要求的 LVC 行業(yè)標準的一個例子是 NEMA 標準 ICs1-1993[2]。這個NEMA 標準定義了兩個高度等級。1 公里是指海拔不超過 1000 米的設備設施。使用功率半導體設備的系統(tǒng)通常為 1 公里級。2 公里是指海拔不超過 2000 米的設備設施。電磁和手動設備為 2 公里級。然而，在本標準中沒有對這些高度以上的 LVCs 給予2指導。此外，國際電工委員會(EC)標準 IEC60947-1 載有一項限制，規(guī)定 LVCs 不得應用于 2000 m[3]以上。然而，iec 60947-1 中包含了一份允許在較高海拔地區(qū)使用LVCs 的說明，但必須解決降低空氣介電強度和冷卻效果的問題。正如 NEMA 標準一樣，iec 60947-1 中沒有為符合 2000 m 以上使用的 LVCs 提供指南，也沒有關于如何在較高海拔地區(qū)降低介電強度和冷卻效果的指南。因此，為了在不同的高度解決這些 LVC 的性能和應用問題，啟動了一個研究項目。該程序不僅研究了高空空氣介質(zhì)強度(耐壓性能)和冷卻效應(熱容量)的降低所造成的影響，而且還研究了其他運行性能標準，以確定是否有任何顯著的性能變化，例如校準、過載中斷、接觸壽命和短路中斷。為了研究不同海拔高度對 LVCs 工作性能的影響，采用真空室模擬了正常情況下在相應高度上的空氣密度。見圖 1。被測試的 LVCs 包括符合 IEC 標準、NEMA 標準和承保人實驗室標準(標準等)[31~41][51][61][71][91[91][10 lU 11]的部件。32 測試程序注釋必須指出的是，這項調(diào)查并不是一個合格的類型測試程序，而是一個程序，以確定是否有顯著變化的性能數(shù)據(jù)由于空氣密度的變化。因此，為了作出這一決定，試驗參數(shù)有時比常模更嚴格。此外，這些測試裝置被選為 LVCs 的代表性樣本，并希望對這些特定樣本的測試能夠顯示出有意義的發(fā)現(xiàn)。這是一個第一步的過程，以確定哪些經(jīng)營業(yè)績將表明重大的趨勢?？赡苄枰M一步的測試，以更準確地確定高度對作戰(zhàn)性能的確切影響。在本次調(diào)查中所述的 0 米高度，氣壓標準為 101.3 kPa，實際上不是在海平面，而是在測試實驗室的高度，大約為 200 米 [12]。每組試驗前記錄實驗室的氣壓，范圍為 99.9kPa~103.3 kPa。在最大試驗高度 6000 米時，試驗室內(nèi)的氣壓為 47.1 kPa。圖2 顯示了氣壓與海拔的相關性，并被用于建立以 101.3 kPa 為基礎的海平面氣壓測試壓力 [12]。雖然研究中沒有考慮濕度，但它可能對某些測試產(chǎn)生了一定的影響。在整個試驗過程中對濕度進行了監(jiān)測，不同海拔高度(0~6000 m)的濕度確實發(fā)生了變化，濕度分別從 17%RH 下降到 12%RH。43 耐壓性能分析該標準，等，要求通過空氣和表面的要求，以及介電耐壓試驗。這些介電性能要求是保守的，而且 LVCs 具有非常高的介電承受能力。因此，在產(chǎn)品上進行介電耐壓試驗可能不會表明與高海拔地區(qū)的野外使用有任何顯著的相關性。材料選擇、所用材料的孔隙率、設計結構等因素對 LVC 介質(zhì)耐壓性能的影響可能比在較高海拔高度下較低的空氣密度影響下的介電強度降低更為重要。然而，為了解決在較高的高度上對介質(zhì)耐壓性能的影響，LVC 樣品在設計的電路中進行了測試，該電路基于標準等。介電耐壓試驗如下：1.三條線路終端機通過跳線連接在一起。這三個負荷終端也是由跳線連接在一起的。在線路和負載端子之間施加了 2200 V 的耐壓測試電壓，并打開了設備的觸點。見圖 3A。2.空氣壓力逐漸降低，直至達到海拔 6000 m 的氣壓，即 0~6000 m 的高度。3.電路變了。跳投者被移走了。B 相線路終端通過跳線器連接到地球上。A 和 C相負荷終端通過跳線連接在一起。該裝置的觸點是封閉的，并且在 B 和 C 相線端子之間施加了 2200 V 的耐壓測試電壓。見圖 3b。4.空氣壓力逐漸增大，直到達到 0 米的氣壓，即海拔從 6000 米上升到 0 米。每次 LVC 的測試持續(xù)時間約為 4 分鐘。在整個測試過程中，對高壓電源的電流進行了監(jiān)測，并設置為 50 mA 的泄漏電流跳閘。5對下列 LVCs 進行了耐壓試驗：IEC 接觸器、NEMA 接觸器、IEC 斷路器、NEMA 斷路器。所有設備都成功地經(jīng)受住了 2200 V 的攻擊，沒有在任何高度發(fā)生故障。研究結果表明，在器件的設計上有足夠的馀量，因此在較高的高度上，介質(zhì)耐壓性能不需要去額定值。4 熱載流量眾所周知，對于露天的匯流排系統(tǒng)，由于較高海拔的空氣密度較低，冷卻和產(chǎn)生的熱載流量受到不利影響。因此，如表 1 所示，IEEE 標準 27 提供了關于基于海拔高度的電流降額的指南[1] 。然而，較高海拔處的空氣密度越低，對 LVC 的影響就越小，因為內(nèi)部組件載流部件與部件模制品接觸。S1.1 瞬時冷卻是通過成型材料傳導熱量來實現(xiàn)的，成型材料反過來將熱量分配給安裝板。通過將器件置于高度試驗箱中，并在模擬的高度空氣壓力下進行溫升試驗，評估了該器件對 LVCS 熱載流量的影響。然而，由于真空試驗室的厚鋁壁可能起到散熱器的作用，并影響試驗結果，因此試驗樣品不是直接安裝在試驗室上，而是用金屬絲懸掛。因此，空氣密度的變化應是影響溫度試驗結果的唯一變量。以下 LVC 接受溫度測試：IEC 接觸器、NEMA 斷路器、HRC 保險絲。所有溫度測試均在 LVC 的最大額定電流下進行。溫升試驗結果如圖 4 所示。試驗表明，海拔高度對熱容有顯著影響。測試還表明，帶有熱元件的設備，如斷路器和保險絲，比沒有熱元件的設備受到的影響更大。熱元件，如接觸器。有趣的是，保險絲受到的影響如此之大，以至于在高空使用保險絲時，需要解決這一問題。此外，圖 4 中繪制的是基于 IEEE 標準27 的 O m 至 3000 m 的熱校正系數(shù)，外推 3000 m 至 6000 m。65 組件性能校準提供過載電流保護的 LVC 包含用于監(jiān)測的雙金屬，共晶或電子元件。當前， 在這種情況下，空氣密度下降更高的海拔可能會對校準產(chǎn)生影響，因為通過加熱實際監(jiān)測負載電流或 12R 轉(zhuǎn)移，例如，熱量的對流和輻射到雙金屬片。 而且，電子設備通常包含熱量傳感元件，例如熱敏電阻。 使用這些元素用于監(jiān)控環(huán)境，電路板，復位時間等，并可能影響低空作業(yè)性能密度。 比較不同的校準通過進行過載校準來評估高度在過載跳閘設置的 300％進行測試并監(jiān)控。以下 LVC 受到過載校準測試：NEMA 共晶過載繼電器，IEC 雙金屬過載繼電器，IEC 電子過載繼電器帶電流變壓器，IEC 電子過載繼電器，具有霍爾效應電流監(jiān)視器。校準結果性能測試如圖 5 所示。測試表明共晶和雙金屬過載繼電器受到影響高海拔地區(qū)的空氣密度和電子過載繼電器不會受到不利影響。 因此，它會必須使用高度校正因子與共晶和雙金屬過載繼電器，以避免滋擾跳閘。 研究結果支持使用電子過載繼電器適用于 2000 米以上的應用。76 工作狀況觸點壽命是電機接觸器應用要求的一部分。操作類型影響給定應用的接觸器的選擇和尺寸，例如，正常啟動和停止操作的次數(shù)（AC3），微動和插入占空比的百分比（AC4）等[3] 。制造商提供接觸器壽命曲線和公式，以幫助應用工程師為應用選擇合適尺寸的接觸器。但是，如果高海拔地區(qū)的接觸生活發(fā)生重大變化，應用工程師必須解決這一變化。選擇具有眾所周知的接觸壽命的接觸器用于該測試。拆開接觸器樣品并仔細稱重每個觸點。然后重新組裝接觸器并在各個高度進行接觸壽命性能測試。在測試結束時重新稱重接觸。使用該數(shù)據(jù)，評估高度對接觸壽命性能的影響。NEMA 接觸器進行接觸壽命測試。 接觸壽命測試結果的一個例子如圖 6 所示。研究結果表明，高海拔地區(qū)較低的空氣密度對接觸壽命沒有顯著影響。 相反，調(diào)查結果表明，在更高的海拔高度，接觸壽命略有改善。 因此，沒有必要改變用于選擇和選擇海拔高達 6000 米的接觸器的接觸壽命標準。7 超載中斷性能分析具有有限中斷容量的開關設備，例如作為接觸器和斷開器，可能需要中斷電流為其額定值的十到二十倍，例如鎖定轉(zhuǎn)子電流，浪涌電流等。這種中斷能力是不是正常的工作要求，而是一項要求過載情況。 因此，中斷是至關重要的隨著海拔的增加，不應減少容量。具有良好記錄的中斷能力的接觸器是選擇進行此測試。每個測8試的起始測試電流比海平面接觸器的已知最大中斷電流小 50 A. 可以理解的是，中斷性能水平存在一些差異，因此，在每個當前級別進行了五次測試。 如果設備通過，則電流水平增加 50A，并且重復測試系列直到確定最大中斷水平。 保持測試條件不變，盡可能將測試作為開場（0 次拍攝）進行。因此，在這些測試中，外部密閉接觸器是用于消除對測試樣品中斷性能的任何影響。IEC 接觸器受到接觸器過載的影響中斷測試。 中斷的結果性能測試如圖 7 所示。調(diào)查結果表明在更高的海拔高度，接觸器中斷得到改善。接觸器可以成功的電流量中斷，隨著海拔的升高而增加。 因此，不需要中斷接觸器的額定值將在海拔高度達6000 米時降級。8 短路中斷性能分析作為測試程序的一部分，HRC 保險絲和反向保險絲時間限流斷路器進行了測試短路情況。 由于有保證這些設備的短路中斷能力，決定保持短路測試條件不變。 然后監(jiān)測峰值允通電流（I，）允許通過能量（12t ）和中斷時間，確定是否有任何重大變化空氣密度的變化。 測試是在開放時進行的（僅限 0 次），以保持測試條件更多不變。 測試站的制作開關用于啟動短路電流。 由于測試 saomples 是最新的限制裝置，A 相的試驗閉合角為 70°選擇因為該角度與電流限制一致保險絲測試標準[13]。經(jīng)驗表明，這種閉合角度是電流中斷的一個困難案例限制斷路器。9以下 LVC 發(fā)生短路中斷測試：IEC 斷路器，NEMA 斷路器，HRC 保險絲。短路中斷測試是在 LVC 的額定短路電流和 1 電壓。中斷性能的發(fā)現(xiàn)示例測試結果如圖 8 至圖 10 所示表明所有 LVC 似乎都有足夠的保證金設備的設計使他們能夠打斷他們的高海拔額定中斷電流。然而調(diào)查結果還表明，雖然峰值電流仍然存在相當穩(wěn)定，清理時間更長，在某些情況下在這種情況下，let-thru 值會在更高的海拔高度上增加。保險絲似乎受到的影響更大，特別是在更高的故障電流下，比這個趨勢的斷路器。在一個組合起動器可能會對組件造成更大的損壞影響 1 類或 2 類協(xié)調(diào)分類[3]。進一步對組合啟動器進行短路測試研究應考慮這種影響。109 總結綜上所述，該實驗是一個事實發(fā)現(xiàn)過程，以確定是否有任何高海拔地區(qū)的性能發(fā)生重大變化（3000 米至 6000 米）用于 LVC。 如果發(fā)生了重大變化確定后，就未來提出了建議行動，例如，進一步的測試，測試類型，增加采樣，等等。根據(jù)該實驗確定的內(nèi)容如下：1.介電耐壓性能不明顯，在較高的高度受影響，進一步的調(diào)查是無正當論據(jù)。在較高的高度上，介電耐壓性能沒有受到明顯的影響，因此不需要進一步的研究。2.具有熱元素的 LVCs 在較高的海拔高度上的熱 AMPAT 性能受到影響，對熔斷器有顯著的影響。應對此類熱元件 LVCs 進行進一步的測試和取樣，即熱磁路斷路器、熔斷器、熱型過載繼電器。對于沒有熱元件的元件，沒有必要作進一步的研究，即接觸器、斷開管、開關。3.在具有熱元件的器件上，校準性能在較高的高度上受到影響，而對采用電子過流傳感的 LVCs 則沒有影響。應對熱元件 LVCs 進行進一步的測試和取樣，即熱磁路斷路器、熔斷器、熱型過載繼電器。對于無熱元件的 LVCs，尚不需要進一步的研究，這些器件應考慮在高空應用，如電子型過載繼電器、電子跳閘單元斷路器等。4.在較高的海拔高度，接觸壽命沒有降低，也沒有必要進行進一步的研究。5.在較高的高度上，接觸器過載中斷性能得到改善，不需要進一步的研究。116.在較高的海拔高度，短路中斷性能受到影響，對引信的影響更為顯著。應進一步進行測試和取樣，并應包括組合起動機單元，以確定對第 1 和第 2 類協(xié)調(diào)分類的影響。最后，在今后的測試方案中還應考慮其他附加部件，例如控制電路變壓器、軟起動固態(tài)啟動器、變頻驅(qū)動器。鳴謝這項工程進行了大量工作。進行了 1000 多項試驗，并得到了其他人的無數(shù)咨詢和協(xié)助。作者要感謝那些幫助和提供了寶貴的援助，在整個方案，但特別感謝亨利·查卡科夫斯基，加里·布呂斯基和?，敗べZ馬雷丁。參考文獻12[l] ANSI C3.20-1969AEEE Std. 27-1969, “IEEE Standard for Switchgear Assemblies Including “Metal-Enclosed Bus”, The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc., 1969, New York, NY, 10017. 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