方会松
浙江省特种设备科学研究院， 浙江 杭州 310000
摘要：随着技术含量的提高与数量的普及，曳引驱动乘客电梯逐渐成为居民出入高楼大厦必需的垂直交通设施。针对高原环境的气候特征，提出了高原环境对电梯主要电气性能的影响因素，分析了各气候参数对电梯电气性能的影响规律，并提出了确保电梯在高原环境下电梯电气系统正常运行的建议和措施。对电梯在高原环境条件下的设计、制造、安装、调试等方面的工作提供了技术参考。
关键词：高原电梯；电气性能；影响
引言：提起高原，自然地想到我国四大高原，它们均为海拔大于1千米的大区域，而其中的青藏高原的高度作为世界之最，通常作为我国高原环境条件相关实验所选取的主要代表。青藏高原地区安装电梯的可靠性和安全性逐渐引起了当地政府机构的高度重视，也引起了整个行业的重视。然而，国内外都未见有针对高原环境条件下使用电梯的性能设计、制造和安装方面的研究。因此，有必要对电梯在高原环境下的电气性能进行研究，为高原环境下电梯的设计、制造、安装、调试等工作提供技术支持。
一、电梯系统的主要构成
（一）电梯系统相关概念
如今楼高越来越大，作为工业化的产物，电梯成为高层建筑的垂直交通工具，发挥着重要的作用，《特种设备安全监察条例》以及《电梯、自动扶梯、自动人行道术语》给出了电梯的具体定义。随着种类的增多，电梯划分为曳引与强制驱动电梯、液压驱动电梯、自动扶梯与自动人行道、其它类型电梯等四个设备类别，而曳引与强制驱动电梯又分为曳引驱动乘客电梯、曳引驱动载货电梯、强制驱动载货电梯等三个设备品种。
（二）电梯系统基本结构
曳引驱动电梯是指依靠摩擦力驱动的电梯，轿厢与对重通过钢丝绳搭在电梯主机的驱动轮（也称曳引轮）上，两侧科学的布局。同时为了最大利用资源，对重一般体积较小，这样在有限的井道中尽可能的承载乘客，绷紧的钢丝绳在轮上产生摩擦，即我们所说的张力。
二、高原环境下电梯电气系统的主要影响因素及规律
（一）空气气压和空气密度降低的影响
对电梯电气设备绝缘介质强度的影响绝缘介质强度表示电气系统设备耐受电压的能力，当作用在绝缘上的电压超过临界电压值时，将失去绝缘的作用。电梯中的电梯一体化控制器、电动机、接触器以及控制柜中其他电气元件均需要比较可靠的绝缘，防止参数短路、漏电等烧坏电气设备事故。电梯电气系统绝缘介质强度与海拔的变化的规律为：在海拔从0—5000 m的范围内(平均气压每降低7.7—10.5kPa)，其外绝缘强度约降低10％。
对电梯电气设备电气间隙击穿电压的影响电气间隙是保证电气设备性能和安全稳定性的情况下，可以通过空气来实现绝缘的最短距离。一般来讲，电梯的电气设备如变频器、编码器、接触器、电机、开关电压等在设计的时候就已经固定，随着空气气压的降低，其电气间隙击穿电压相应下降。对电梯电气设备温升的影响根据GB／T20645—2006提出的理论，高原环境中空气压力和空气密度低，使得高原环境中电梯电气功率设备散热能力下降，从而使采用普通的对流、通风、空气散热方式的电梯电气(变频器、电动机)温升增高，导致电梯电气系统的电气性能下降。
对电梯开关电气灭弧性能的影响灭弧性能是消除开关电气在瞬间断合时引起的空气电离的能力。电梯设备常用的开关电气元件有接触器、断路器、继电器、变频器等。
尤其是曳引式变频驱动电梯的接触器，在每一次的电梯上升和下降都会有接触器的闭合和切断。电梯接触器以及其他开关元件将会不可避免地产生电弧。空气压力和空气密度降低，使得电气装置周围相比普通环境下单位体积的空气中的游离电子增多，使得电气装置在瞬间闭合和切断的过程中产生较强的电弧，其灭弧性能下降。随着海拔高度的增加，开关电气元件的通断能力也将下降，当海拔超过某一值时，可能会出现灭弧时间不合格或粘连的现象。
（二）空气温度低和日温差大的影响
高原环境的空气温度随着海拔高度的增加而降低，电梯的电气设备热老化性能与平均空气温度密切相关。高原环境下的低温可以部分或全部补偿电气系统的温升，但是，外部平均温度低也对电机的启动特性有影响。较大的日温差容易使电梯的线缆和元器件变形、皲裂或是功能失效。电梯导线和元器件中分子结构也会受到温差的影响，其导电性能参数也会波动变化。温度降低还会使电梯制动器线圈电阻值减少，机械动作冲击增大，减少电梯曳引机的使用寿命。
（三）空气湿度低和太阳强辐射的影响
空气湿度随着海拔高度的增加而降低，空气湿度低使得电梯电气控制系统中的绝缘强度降低。同时，还会造成工频放电电压和冲击闪烁电压也逐渐降低，这将影响到整个控制系统的控制品质。较低的空气湿度不利于电梯曳引机制动器的工作，电梯制动的时候加快了制动片与制动轮的磨损。太阳直接辐射强度随着海拔高度的增加而增加，据统计海拔高度每增加1 000 ml，太阳的直接辐射强度将增加6％，当海拔达到5000m的时候，太阳辐射是低海拔的1.25倍。较强太阳辐射能够对所照物体加热，长时间照射，能够使电梯机房的温度提高，降低了电梯电气元件的绝缘性能。
三、高原环境下电梯电气性能提高的建议
为了全面了解高原环境下电梯电气性能的情况，为电梯安装在高原环境下提供技术参考，笔者对青藏某地区(海拔为4000 m)的100台在用电梯进行调研，针对电梯的电机和制动器线圈温升、电机定子绝缘电阻、整体传动效率等性能测试，获得了比较全面的高原环境下对电梯电气性能影响方面的资料。同时，对提高高原电梯电气性能提出建议是：电梯电气系统在高原环境下应该考虑空气压力和空气密度低、温度低、温差大、湿度低、辐射强等特殊气候因素的影响。针对空气压力低和空气密度低的影响，选择电气设备的时候，其绝缘强度可按每增高1000m，适当提高8％～13％。提高功率器件的容量和提高电气系统的散热性能，适当降低温升值。为了减少温升的影响可对使用设备降额使用。如选用电梯一体化控制器时，海拔高度高于1000m，每100m降额1％。对于电梯中电机选用，首先采取降额选取，海拔每增高100 m电机降额1％。对于户外电梯产品(自动扶梯，自动人行道)，对温升极限值进行海拔修正，修正方法按照GB／T20645—2006执行。对于电梯中的接触器等开关电器，额定电流适当选高，且有必要选用带有灭弧保护装置的接触器。
结语
通过对高原环境下电梯调研情况及实验分析，发现高原环境下电梯电气系统在型号与参数选择方面存在诸多问题：如电气控制柜的设计、电梯电动机和变频器功率选择和功率匹配问题、电力电缆的选择等问题。针对高原环境下此种情况的改进可以从：优化电气控制柜设计及加装散热系统、对海拔超过1000m电梯电气元件每100m降额1%、以及使用有耐寒、耐紫外线辐射的电力电缆。高原环境下对电气绝缘选型时，可选用一般环境下使用的电气绝缘等级，但要考虑电力电缆耐寒、耐紫外线辐射能力，以保证其寿命与电梯寿命匹配。
参考文献：
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