1.3 低压成套开关设备的工作条件和若干主要技术参数
1.3.1 低压成套开关设备的使用条件
要正确地使用低压开关柜和控制设备，就必须满足低压开关柜的使用条件。
在GB/T 16935.1—2008《低压系统内设备的绝缘配合 第1部分：原理、要求和试验》标准中对电气间隙的要求涉及低压开关柜主元件的安装、一次和二次载流导体的安装、开关柜内各种导电结构件的电气间隙以及人身安全防护距离等各种技术问题。这些都与低压开关柜的设计和制造密切相关。
除了电气间隙和冲击耐受电压的要求外，在高海拔地区使用的低压开关柜还需要考虑辐射（紫外线）、静电、绝缘、灭弧、温度、沙尘、外形和密封等各种因素，具体可参见GB/T 20626.1—2006《特殊环境条件 高原电工电子产品 第1部分：通用技术要求》标准的要求。
1.低压成套开关设备对安装区域海拔的要求
随着中国经济的发展，在高海拔地区使用的低压成套开关设备越来越多，例如我国的青藏铁路，超过49.08%的路段都在海拔4000m以上，沿线数十个车站所使用的高压、中压和低压开关柜安装场所的海拔自然也就在4000m以上。按照国家标准，低压成套开关设备安装场所的海拔不得超过2000m。对于应用在高海拔地区的低压成套开关设备，如何突破海拔2000m的高度限制是一个很重要的课题。
高海拔地区空气密度低，紫外线辐射强，所以当海拔超过2000m后，开关设备内部的绝缘和耐压水平、开关设备的散热能力都随着海拔的增加而降低，同时各种开关电器的灭弧能力也随着海拔增加而降低。
国家标准GB/T 16935.1—2008中，对海拔超过2000m的低压开关柜内爬电距离和电气间隙给出了定量数据。
标准摘录：GB/T 16935.1—2008《低压系统内设备的绝缘配合 第1部分：原理、要求和试验》
表A2 海拔修正系数
根据GB/T 16935.1—2008的表A2计算得出表1-6。
表1-6 电气间隙及爬电距离
一般来说，海拔每升高100m，低压成套开关设备内各种绝缘材料的绝缘强度降低1%，母线和低压开关电器的温升增加0.4K，高发热低压开关电器的温升增加2K。所以，当低压成套开关设备安装场所的海拔超过2000m后，低压成套开关设备需要整体降容。
关于高原环境下低压开关电器的技术要求见GB/T 20645—2006《特殊环境条件 高原用低压电器技术要求》、GB/T 20626.1—2006《特殊环境条件 高原电工电子产品 第1部分：通用技术要求》等标准。
表1-7用于计算低压开关电器随着海拔变化的降容系数。
表1-7 低压开关电器随着海拔变化的降容系数
国家标准GB/T 20626.1—2006对应用在高原环境下的低压成套开关设备和低压开关电器提出了一系列特殊要求：
标准摘录：GB/T 20626.1—2006《特殊环境条件 高原电工电子产品 第1部分：通用技术要求》
第5.3部分：电工电子产品的电气间隙
第5.5部分：温升
在高原环境条件下，温升限值不应超过常规型相应产品标准规定的值。第5.6部分：工频耐受电压和雷电冲击耐受电压
工频耐受电压和雷电冲击耐受电压的海拔修正系数表
在试验测试时，要按当地的海拔将工频耐受电压和冲击耐受电压乘以表中的系数K。
【例1-1】 设某型低压成套开关设备的额定绝缘电压Ui符合如下要求：300V<Ui≤690V，对应的工频耐受电压是AC 1890V/5s。如果此低压成套开关设备被用在海拔4000m处，试问此低压成套开关设备的工频耐受电压是多少？
解：
我们设想此低压成套开关设备的原型在海拔接近零之处进行型式试验（例如上海电科所试验站，它的海拔是4m），查GB/T 20626.1—2006的第5-6部分的表格得知海拔4000m处的修正系数是1.67，于是在4000m处的工频耐受电压1890/1.67≈1132V。
如果要保持工频耐受电压为1890V/5s，则必须加大电气间隙。查GB/T 20626.1—2006第5-5部分的表得知4000m处的电气间隙倍增系数是1.29，也即低压成套开关设备的最小电气间隙由10mm增至12.9mm。
注：低压成套开关设备的工频耐受电压等级见GB 7251.1—2013的表8“主电路的工频耐受电压值”。
2.低压成套开关设备周围空气温度和大气条件
根据国家标准GB 7251.1—2013《低压成套开关设备和控制设备 第1部分：型式试验和部分型式试验成套设备》（等同于IEC 60439-1：2011），我们有如下定义：
（1）低压成套开关设备的周围空气温度
1）低压配电所户内的成套设备的周围空气温度：周围空气温度不得超过+40℃，而且在24h内其平均温度不超过+35℃。周围空气温度的下限为-5℃。
2）低压配电所户外成套设备的周围空气温度：周围空气温度不得超过+40℃，而且在24h内其平均温度不超过+35℃。周围空气温度的下限为
——温带地区为-25℃；
——严寒地区为-50℃。
（2）大气条件
1）低压配电所户内成套设备的大气条件：空气清洁，在最高温度为40℃时，其相对湿度不得超过50%。在较低温度时，允许有较大的相对湿度。例如，+20℃时相对湿度为90%。但应考虑到由于温度的变化，有可能会偶尔产生适度的凝露。
2）低压配电所户外成套设备的大气条件：最高温度为+25℃时，相对湿度短时可高达100%。
3.污染等级
对于低压成套开关设备来说，柜内绝缘材料都按污染等级3来考虑。包括型式试验和出厂检验，爬电距离和电气间隙也一律按污染等级3的要求确定试验参数和检验参数。
根据国家标准GB 7251.1—2013《低压成套开关设备和控制设备 第1部分：型式试验和部分型式试验成套设备》（等同于IEC 60439-1：2011），我们有如下定义：
（1）污染等级
污染等级指成套设备所处的环境条件。
对外壳内的开关器件或元件，可使用外壳内环境条件的污染等级。
为了确定电气间隙和爬电距离，确立了以下四个微观环境的污染等级：
污染等级1：无污染、或仅有干燥的非导电性污染。
污染等级2：一般情况下，只有非导电性污染。但是，也应考虑到偶然由于凝露造成的暂时的导电性。
污染等级3：存在导电性污染，或者由于凝露使干燥的非导电性污染变成导电性的污染。
污染等级4：造成持久性的导电性污染。例如由于导电尘埃或雨雪造成的污染。
（2）工业用途的污染等级标准
如果没有其他规定，工业用途的成套设备一般在污染等级3环境中使用。而其他污染等级可以根据特殊用途或微观环境考虑采用。
1.3.2 低压成套开关设备的主要技术参数
根据GB 7251.1—2013和GB 14048.1—2012这两个标准，低压成套开关设备和控制设备的技术参数包括如下内容：
（1）额定电压Ue
额定电压包括主电路和控制电路的额定电压Ue以及额定绝缘电压Ui。
低压成套开关设备的额定电压Ue一般使用IEC推荐的标准值。主电路的额定工作电压一般为400V和690V，控制电路的额定电压则一般采用220V交流或直流。主电路的额定工作电压和控制回路的额定电压允许偏差为±10%。
额定绝缘电压Ui是指低压成套开关设备和控制设备的名义电压值，这一电压值与介电强度试验、电气间隙和爬电距离有关。
注1：任何一个电路中的最高额定工作电压不得超过低压成套开关设备中各种元件的额定绝缘电压。
注2：在低压成套开关设备内，额定电压既不是指低压配电网的标称电压，也不是指设备正常运行时所加载的电压。低压成套开关设备的额定电压是指在低压开关柜运行过程中可能出现的持续最高电压。
低压成套开关设备的额定电压要高过低压配电网标称电压5%～10%。例如低压配电网的标称电压为380V，而低压成套开关设备额定电压Ue的电压范围是380V×（5%～10%）≈400～418V。
注3：国家标准GB 156—2007在前言中有一段说明，摘录如下：
标准摘录：GB 156—2007《标准电压》，等同于IEC 60038
本标准的全部技术内容为强制性。
本标准对应于IEC 60038：1983《IEC标准电压》及其第1次修改：1994第2次修改：1997（英文版），其一致性为非等效。IEC 60038是一项较特殊的基础标准，它在尊重各国标准电压体系的前提下，通过协商提供了以50Hz和60Hz为基本参数的两个标准电压系列，并在每个系列中综合提供了该系列基本电压等级。各国可根据本国情况选择其中的标准电压系列和该系列的基本电压等级。我国一直采用50Hz的标准电压系列。本标准规定的大部分标准电压等级与IEC 60038一致，个别电压等级存在较大差异。主要差异如下：
——删掉了IEC序言和前言；
——根据我国实际将IEC标准电压230/400V和400/690V分别改为220/380V和380/660V，同时增加了我国煤矿井下使用的1140V；
——鉴于我国有专门的供电电压允许偏差标准（GB/T 12325），且技术要求更严格，因此删去了IEC 60038的电压范围规定；
4.7 发电机的额定电压（见表7）
表7 发电机的额定电压
注：与发电机出线端配套的电气设备额定电压可采用发电机的额定电压，并应在产品标准中加以具体规定。
由此可见，400V和690V的额定电压可以理解为发电机的端口电压，也包括变压器低压绕组的端口额定电压。对于低压开关电器的额定电压，国家标准GB 14048.1—2012有如下规定：
标准摘录：GB 14048.1—2012《低压开关设备和控制设备总则》，等同于IEC60947-1：2011，MOD
4.3.1 额定电压
电器应规定几种额定电压：
注：一定型式的电器可以有一个或多个额定电压或一个额定电压范围。
4.3.1.1 额定工作电压Ue
电器的额定工作电压是一个与额定工作电流组合共同确定电器用途的电压值，它与相应的试验和使用类别有关。
对于单极电器，额定工作电压一般规定为跨极二端电压。对于多极电器，额定工作电压规定为相间电压。
4.3.1.2 额定绝缘电压Ui
电器的额定绝缘电压是一个与介电试验电压和爬电距离有关的电压值。在任何情况下最大的额定工作电压值不应超过额定绝缘电压值。
注：若电器没有明确规定额定绝缘电压，则规定的工作电压的最高值被认为是额定绝缘电压值。
4.3.1.3 额定冲击耐受电压（Uimp）
在规定的条件下，电器能够耐受而不击穿的具有规定形状和极性的冲击电压峰值。该值与电气间隙有关。电器的额定冲击耐受电压应等于或大于该电器所处的电路中可能产生的瞬态过电压规定值。
注：额定冲击耐受电压优选值见表12。
表12 额定冲击耐受电压
注：表12适用于均匀电场，情况B（见2.5.62）
表12A 与额定绝缘电压对应的介电试验电压
a仅适用于直流
b试验电压值依据GB/T 16935.1—2008中的4.1.2.3.1第3段。
c直流试验电压仅在交流试验电压不适用时使用，见8.3.3.4.1.3的规定。
低压开关电器常用的额定电压见表1-8。
表1-8 开关电器的常用额定电压
①数据为常用数据。
对于低压断路器的辅助回路，在GB 14048.2—2008（等同于IEC 60947-2∶2006标准）中规定了辅助回路额定电压的优先值。辅助回路额定电压见表1-9。
表1-9 GB14048.2—2008中规定的辅助回路额定电压
额定绝缘电压Ui对所有的开关电器的绝缘特性有重要意义，开关电器的绝缘特性就是按照Ui的标准化值来设计的；额定工作电压Ue关系到断路器的通断能力参数，而对交流接触器则关系到工作制和使用类别。
在低压开关电器的产品样本中，每种设备都给出了Ui和Ue的数值。
（2）额定电流Ie与温升
低压成套开关设备和控制设备中某支路的额定电流由该支路的主元件决定，而主元件的额定电流则由该主元件制造厂根据其内部各元器件的额定值、布置方式和应用情况来确定，只有其内部各个部件按照标准规定的试验条件下测试温升不超过限定值才允许承载上述额定电流。
标准摘录：GB 7251.1—2013《低压成套开关设备和控制设备 第1部分：总则》，等同于IEC 61439-1：2011
标准摘录：
5.3 电流额定数据
5.3.1 成套设备的额定电流（InA）
成套设备的额定电流应为下列所述情况的电流较小者；
——成套设备内所有并联运行的进线电路的额定电流总和；
——特殊布置的成套设备中主母线能够分配的总电流。
通过此电流时，各部件的温升均不能超过9.2中规定的限值。
9.2 温升极限
成套设备和它的电路在特定条件下应能承载其额定电流（见5.3.1、5.3.2和5.3.3），考虑到元件的额定数据、它们的布置和应用，且当按照10.10验证时不超过表6中所给出的温升限值适用于周围空气平均温度不超过35℃。
表6 温升限值（9.2）
1）“内装元件”一词指：
——常用的开关设备和控制设备；
——电子部件（例如：整流桥、印制电路）；
——设备的部件（例如：调节器、稳压电源、运算放大器）。
2）温升极限为70K是根据10.10的常规试验而定的数值。在安装条件下使用或试验的成套设备，由于接线、端子类型、种类、布置与试验（常规）所用的不尽相同，因此端子的温升会不同，这是允许的。
3）那些只有在成套设备打开后才能接触到的操作手柄，例如：不经常操作的抽出式手柄，其温升极限允许提高到25K。
4）除非另有规定，在正常工作情况下可以接近但不需触及的外壳和覆板，允许其温升提高10K。距离成套设备基座2m以上的外表面和部件可认为是不可触及的。
5）就某些设备（如电子器件）而言，它们的温升限值不同于那些通常的开关设备和控制设备，因此有一定程度的灵活性。
6）对于10.10的温升试验，须由初始制造商在考虑元件制造商所采用的任何附加测量点和限值的基础上规定温升限值。
7）如满足列出的所有判据，裸铜母线和裸铜导体的最大温升不应超过105K。
从标准看，额定电流与温升紧密关联。我们来看看低压成套开关设备在进行型式试验时允许的温升限定值，见表1-10。
表1-10 低压成套开关设备在进行型式试验时允许的温升限定值
70℃的温升极限是基于标准中规定的常规试验确定的数值。在实际安装条件下，由于接线的形式、布置和试验条件不尽相同，可能出现不同的温升，所以测试时允许出现不同的温升。
装在成套开关设备内部的操作手柄、抽出式把手等，若不经常操作，只是在打开门板后才能触及，则此手柄或把手的温升允许略高一些。除非另有规定，有些在正常工作时无须触及的外壳和盖，温升界限可提高10℃。
（3）短路电流
在成套设备中一条电路由于故障或者错误连接而造成短路故障，由此而导致的过电流被称为短路电流。
在短路状态下短路电路的线路阻抗和短路点阻抗很小，因此短路电流很大，导线和开关电器因此而剧烈发热，有时还伴随着剧烈的电弧放电。
GB 7251.1—2013在3.8.7条中对一条电路中出现的预期短路电流给出定义：在尽可能接近成套设备电源端，用一根阻抗可以忽略不计的导体使电路的供电导体短路时流过的电流的有效值。
我们在选配低压线路中各种开关电器时，元器件的短路分断能力都是依据预期短路电流来确定的。