你設(shè)計(jì)的電路板能在海拔3000m的地方工作嗎？

硬件筆記本

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) {6 b( ?/ _+ F: t* R概述設(shè)計(jì)電子產(chǎn)品時(shí)有很多個(gè)指標(biāo)需要考慮，需要檢驗(yàn)，而海拔高度很少被提及或者關(guān)心，這是一個(gè)很少被人提及的設(shè)備性能參數(shù)。真正應(yīng)用在高海拔地區(qū)的電子產(chǎn)品可能會(huì)存在一系列特有的問題。
海拔高度是某地與海平面的高度差，是表示地面某個(gè)地點(diǎn)高出海平面的垂直距離。我國(guó)地廣物博，地理?xiàng)l件和氣候條件十分復(fù)雜，西北部地區(qū)多數(shù)是高原，我國(guó)海拔2000M以上的地區(qū)約占33%，海拔3000M以上的地區(qū)約占16%。不少城市都處在海拔2000M以上的地區(qū)，比如：拉薩3658.0M，西寧2261.2M等等。隨著國(guó)家西部開發(fā)政策的實(shí)施，電子設(shè)備在高海拔地區(qū)的應(yīng)用越來(lái)越多，故設(shè)計(jì)師們要引起重視。
海拔越高的地區(qū)，空氣密度就越小，大氣壓降低，使得空氣粘性系數(shù)增加，空氣分子數(shù)就會(huì)減少，從而導(dǎo)致傳遞的熱量減少，這是由于空氣對(duì)流傳熱是通過分子碰撞傳遞能量得來(lái)的。這樣熱傳遞效率就會(huì)降低，電子部件的散熱性能變得更差。在5000M的高度上，放熱系數(shù)比海平面上的值要下降21%，對(duì)流散熱傳遞的熱量也將下降21%。在10000M的高度上將達(dá)到40%。對(duì)流散熱傳遞的熱量減少將導(dǎo)致產(chǎn)品溫升的增加。因此處于高海拔地區(qū)的設(shè)備散熱性降低。數(shù)據(jù)中心的設(shè)備在運(yùn)行中都會(huì)產(chǎn)生熱量，由于局部區(qū)域的分子數(shù)量減少，使發(fā)熱元件的溫度不容易散掉，造成設(shè)備局部溫升過高，如果散熱不及時(shí)就會(huì)造成部分器件燒壞。
海波越高的地區(qū)，空氣越稀薄，絕緣介質(zhì)強(qiáng)度就會(huì)降低，這樣使設(shè)備容易放電，致使通常的絕緣距離變得不足。海拔高的地區(qū)容易發(fā)生凝露，降低電子設(shè)備的爬電距離。數(shù)據(jù)中心電子設(shè)備的絕緣器件性能也會(huì)下降。出于安全考慮，一般總希望絕緣材料的絕緣電阻盡可能大，絕緣材料主要包括氣體絕緣材料、液體絕緣材料、固體絕緣材料三種。在電子信息產(chǎn)品廣泛采用氣體介質(zhì)和固體介質(zhì)達(dá)到絕緣的目的，因此絕緣介質(zhì)的好壞直接影響產(chǎn)品的安全性能。如果設(shè)備的絕緣材料在電場(chǎng)中由于超過其絕緣強(qiáng)度被破壞而失去應(yīng)有的絕緣性能，這時(shí)就會(huì)出現(xiàn)絕緣擊穿現(xiàn)象，設(shè)備將無(wú)法繼續(xù)正常工作。
表1列出了不同海拔高度時(shí)的大氣壓力：

高海拔還會(huì)使在大氣中滅弧的高低壓電器的分?jǐn)嗄芰�降低。�?dāng)分?jǐn)嗄芰Σ缓细駮r(shí)，應(yīng)選用額定容量高一級(jí)的產(chǎn)品。直流電機(jī)在低濕度和低氣壓的高原環(huán)境中使用，容易產(chǎn)生較大的換向火花，如果換向火花不合格，應(yīng)選用換向性能好的電機(jī)或采取措施減小換向火花等級(jí)，甚至降低容量使用。
6 O; j  c5 _% Y! ^, O# w# N一般海拔超過1000M的地區(qū)就必須要開始考慮對(duì)電子設(shè)備的影響。當(dāng)然絕大多數(shù)的設(shè)備都可以滿足在3000M的海拔高度下可以正常工作，但我國(guó)海拔3000M以上的地區(qū)約占16%，設(shè)計(jì)或選擇電子產(chǎn)品時(shí)一定要注意。
8 m$ c- O9 B0 `( C  D0 p1 Q所有的電子設(shè)備都有工作海拔高度范圍，那么其工作海拔的高度范圍是如何得出的呢，不可能將產(chǎn)品拿到不同海拔的地區(qū)都跑一遍去測(cè)試�？梢圆捎脤ｉT用于測(cè)量海拔高度的壓力傳感器進(jìn)行模擬測(cè)試，通過對(duì)設(shè)備施加不同的氣壓值，得出設(shè)備能承受的工作海拔數(shù)值。
可見，處于高海波地區(qū)的引入電子產(chǎn)品時(shí)，要充分考量電子設(shè)備或在高海拔的地區(qū)能夠正常工作。
$ R0 _- G2 e8 s% ^# u5 F4 y) T$ ~4 p細(xì)述電源或電子設(shè)備在高海拔時(shí)引起的問題及對(duì)策隨著海拔高度的增加，其特征為：
a、空氣壓力或空氣密度較低；
4 [2 B5 b# b2 ~" Ub、空氣溫度較低，溫度變化較大；
c、空氣絕對(duì)濕度較��；
- l; e+ ~7 D/ C2 h& [5 m; O/ Ld、大陽(yáng)輻射照度較高；
+ C* [, r3 S& g0 b+ ]. @e、降水量較少；
2 ~& ]0 j9 o4 k' u( D9 X# d# If、年大風(fēng)日多；
- d9 C( ?3 {) Wg、土壤溫度較低，且凍結(jié)期長(zhǎng)。
! [0 p* B2 b4 a4 b5 {" P這些特征性能有下面四大影響規(guī)律，列出如下：
一、空氣壓力或空氣密度降低的影響
1、對(duì)絕緣介質(zhì)強(qiáng)度的影響 空氣壓力或空氣密度的降低，引起外絕緣強(qiáng)度的降低。在海拔至5000m范圍內(nèi)，每升高1000m，即平均氣壓每降低7.7~10.5kPa,外絕緣強(qiáng)度降低8%~13%.
4 T+ q+ n2 }1 A0 O2 |3 B3 @1 {+ L% X2 y6 f2、對(duì)電氣間隙擊穿電壓的影響對(duì)于設(shè)計(jì)定型的產(chǎn)品,由于其電氣間隙已經(jīng)固定,隨空氣壓力的降低,其擊穿電壓也下降.為了保證產(chǎn)品在高原環(huán)境使用時(shí)有足夠的耐擊穿能力,必須增大電氣間隙.
3、對(duì)電暈及放電電壓的影響
a、高海拔低氣壓使高壓電機(jī)的局部放電起始電壓降低，電暈起始電壓降低，電暈腐蝕嚴(yán)重；
b、高海拔低氣壓使電力電容器內(nèi)部氣壓下降，導(dǎo)致局部放電起始電壓降低；
. \' E3 P% N2 h3 \( c' Mc、高海拔低氣壓使避雷器內(nèi)腔電壓降低，導(dǎo)致工頻放電電壓降低。
4、對(duì)開關(guān)電器滅弧性能的影響
: U! b- H+ Z& }1 [* V7 p空氣壓力或空氣密度的降低使空氣介質(zhì)滅弧的開關(guān)電器滅弧性能降低，通斷能力下降和電壽命縮短。
) `4 z# G' J+ }a）、直流電弧的燃弧時(shí)間隨海拔升高或氣壓降低而延長(zhǎng)；
b）、直流與交流電弧的飛弧距離隨海拔升高或氣壓降低而增加。
5、對(duì)介質(zhì)冷卻效應(yīng)，即產(chǎn)品溫升的影響
空氣壓力或空氣密度的降低引起空氣介質(zhì)冷卻效應(yīng)的降低。對(duì)于以自然對(duì)流、強(qiáng)迫通風(fēng)或空氣散熱器為主要散熱方式的電工產(chǎn)品，由于散熱能力的下降，溫升增加。在海拔至5000m范圍內(nèi)，每升高1000m，即平均氣壓每降低7.7~10.5kPa,溫升增加3%~10%.
a、 靜止電器的溫升隨海拔升高的增高率，每100m一般在0.4K以內(nèi),但對(duì)高發(fā)熱電器,如電爐、電阻器、電焊機(jī)等電器，溫升隨海拔升高的增高率，每100m達(dá)到2K以上。
, i" n: j3 k( _; K4 V& N5 wb、 電力變壓器溫升隨海拔的增高與冷卻方式有關(guān)，其增加率每100m為：油浸自冷，額定溫升的0.4%；干式自冷,額定溫升的0.5%；油浸強(qiáng)迫風(fēng)冷，額定溫升的0.6%；干式強(qiáng)迫風(fēng)冷,額定溫升的1.0%；
# ~5 w( C. y, Z# d9 Y- R; Vc、 電機(jī)的溫升隨海拔升高的增高率每100m為額定溫升的1%。
6、對(duì)產(chǎn)品機(jī)械結(jié)構(gòu)和密封的影響
a、引起低密度、低濃度、多孔性材料（例如：電工絕緣材料、隔熱材料等）的物理和化學(xué)性質(zhì)的變化；
! d4 u6 V( p( M( _5 c3 Rb、潤(rùn)滑劑的蒸發(fā)及塑料制品中增塑劑的揮發(fā)加速；
c、由于內(nèi)外壓力差的增大，氣體或液體易從密封容器中泄漏或泄露率增大，有密封要求的電工產(chǎn)品，間接影響到電氣性能；
. p2 H6 h+ y8 K7 A( ~) Q$ u( hd、引起受壓容器所承受壓力的變化，導(dǎo)致受壓容器容易破裂。
- B! ]* L% l  [4 P+ O; h* @! N: n二、空氣溫度降低及溫度變化（包括日溫差）增大的影響
1、高原環(huán)境空氣溫度對(duì)產(chǎn)品溫升的補(bǔ)償平均空氣溫度和最高空氣溫度均隨海拔升高而降低，電工絕緣材料的熱老化壽命決定于平均空氣溫度。高原環(huán)境空氣溫度的降低可以部分或全部補(bǔ)償因氣壓降低而引起電工產(chǎn)品運(yùn)行中溫升的增加。環(huán)境空氣溫度的補(bǔ)償值為0.5K/hm。
8 \: o' [2 e. }2、日溫差或溫度變化對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的影響高原空氣溫度的日溫差大。較大的溫度變化使產(chǎn)品外殼容易變形、龜裂，密封結(jié)構(gòu)容易破裂。
5 u: c" P9 b/ e, [  R% B三、空氣絕對(duì)濕度減小的影響
; l+ O' C1 p. F1、絕對(duì)濕度對(duì)外絕緣強(qiáng)度的影響
* w/ b  G9 M4 Q( y" J! f) d) J3 D平均絕對(duì)濕度隨海拔升高而降低。絕對(duì)濕度降低時(shí)，電工產(chǎn)品的外絕緣強(qiáng)度降低，因此要考慮工頻放電電壓與沖擊閃絡(luò)電壓的濕度修正。濕度修正以零海拔時(shí)的平均絕對(duì)濕度：11g/m3為基準(zhǔn)，具體修正按GB311.2中有關(guān)規(guī)定。
0 [. J' e8 t# j( R2、絕對(duì)濕度對(duì)電機(jī)換向及炭刷磨損的影響
絕對(duì)濕度的降低使換向器電機(jī)的換向火花增大，同時(shí)使電機(jī)炭刷的磨損率增加。
四、太陽(yáng)輻射照度，包括紫外線輻射照度增加的影響
1、高原熱輻射增加的影響
% d' d  w- j% I3 Q海拔5000m時(shí)最大太陽(yáng)輻射度為低海拔時(shí)相應(yīng)值的1.25倍，熱輻射對(duì)物體起加熱作用。對(duì)于戶外用電工產(chǎn)品，太陽(yáng)熱輻射的增加引起較大的表面附加溫升，降低有機(jī)絕緣材料的材質(zhì)性能，使材料變形，產(chǎn)生機(jī)械熱應(yīng)力等影響。
2 F9 z+ I5 x' d1 L2、高原紫外線輻射增加的影響
9 m2 C% ]* K) ]紫外線輻射照度隨海拔升高的增加率比太陽(yáng)總輻射照度的增加率大得多，海拔3000m時(shí)已達(dá)低海拔時(shí)相應(yīng)值的2倍。紫外線引起有機(jī)絕緣材料的加速老化，使空氣容易電離而導(dǎo)致外絕緣強(qiáng)度和電暈起始電壓降低。
從上述四大影響看出，電子產(chǎn)品在高原環(huán)境上的設(shè)計(jì)應(yīng)該減低這些影響，提高絕緣配合，同時(shí)增大電氣間隙，在選擇材料上和器件上綜合考慮，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和選擇高原型器件入手，解決相關(guān)技術(shù)問題，其主要實(shí)現(xiàn)手段就是要從產(chǎn)品設(shè)計(jì)層面考慮。

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