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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、低压成套开关设备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。这些都与低压成套开关设备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—2017《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。
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、中压和低压开关设备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。如图1-1所示。
图1-1 击穿电压与 pd （气压与触头间距的乘积）之关系
我们从图1-1中看到，开关电器动、静触头间和导电结构对接地金属外壳间的击穿电压与海拔的关系：海拔越高击穿电压就越低。此曲线又叫做巴申曲线，是德国科学家巴申（Friedrich Paschen）在1889年总结出来的。
我们还看到击穿电压存在最小值。最小值之左侧随着真空度越高击穿电压亦越高，这就是真空断路器的基本原理。
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计算得出电气间隙及爬电距离数据见表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—2021《特殊环境条件 高原用低压电器技术要求》、GB/T 20626.1—2017《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。
用于计算低压开关电器随着海拔高度变化的降容系数见表1-7。
表1-7 低压开关电器随着海拔高度变化的降容系数
国家标准GB/T 20626.1—2017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—2017《特殊环境条件 高原电工电子产品 第1部分：通用技术要求》
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 U i 符合如下要求：300V< U i ≤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—2017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—2017第5-2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10×1.29=12.9mm。
注：低压成套开关设备的工频耐受电压等级见GB/T 7251.1—2023的表8“主电路的工频耐受电压值”。
根据国家标准GB/T 7251.1—2023《低压成套开关设备和控制设备 第1部分：总则》（等同于IEC 61439-1：2020），我们有如下定义：
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℃。
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%。
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/T 7251.1—2023《低压成套开关设备和控制设备 第1部分：总则》（等同于IEC 61439-1：2020），我们有如下定义：
标准摘录：GB/T 7251.1—2023《低压成套开关设备和控制设备 第1部分：总则》
附录C中提及的污染等级是指成套设备所处的宏观环境条件。
对于外壳内的开关器件和元件，可使用外壳内微观环境条件的污染等级。
为了评定电气间隙和爬电距离，确定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。此污染无影响。
污染等级2：
一般情况下只有非导电性污染，但要考虑到偶然由于凝露造成的暂时导电性。
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：
持久的导电性污染，例如由于导电尘埃、雨雪或其他潮湿条件造成的污染。
成套设备内部的微观环境可能不同于外部的宏观环境。特定类型的成套设备的污染等级在相关的成套色号被标准中给出。
注：设备微观环境的污染等级可能受外壳内安装方式的影响。当需要打开成套设备以正常使用或运行时，安装的宏观环境能对微观环境产生影响。
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。
低压成套开关设备的主要技术参数包括：额定电压 U n 、额定绝缘电压 U i 、额定冲击耐受电压 U imp ，以及额定电流 I nA 。这几个主要技术参数来源于国家标准GB/T 7251.1—2023《低压成套开关设备和控制设备 第1部分：总则》和GB/T 14048.1—2023《低压开关设备和控制设备 第1部分：总则》。
低压成套开关设备的额定电压 U n 、额定绝缘电压 U i 和额定冲击耐受电压 U imp 的定义来自国家标准GB/T 7251.1—2023《低压成套开关设备和控制设备 第1部分：总则》，摘录如下：
标准摘录：GB/T 7251.1—2023《低压成套开关设备和控制设备 第1部分：总则》
U n
成套设备制造商宣称成套设备主电路预定连接的电气系统最大标称值。
注1：对于多相电路，指线间电压。
注2：不考虑瞬态电压。
注3：由于系统允差，电源电压值可超过额定电压。
注4：电压分别为交流和直流应用的有效值和平均值。
U e
成套设备制造商为成套设备或成套设备的一条电路宣称的与额定电流共同确定设备使用的电压值，交流（有效值）或直流（平均值）。
注：对于多相电路，指线间电压。
U i
由成套设备制造商为成套设备或成套设备的一条电路给出的，表征绝缘规定的（长期）耐受能力的耐受电压有效值。
注1：对于多相电路，指线间电压。
注2：额定绝缘电压不一定等于设备的额定工作电压，额定工作电压主要与功能特性有关。
U imp
成套设备制造商为成套设备或成套设备的一条电路规定的以表征其绝缘规定的耐受瞬态过电压能力的冲击耐受电压值。
从国家标准GB/T 7251.1—2023中，我们看到成套开关设备的额定电压 U n 与开关柜柜内电路的额定电压 U e 不同， U e 属于开关柜柜内设备运行电压的范畴。此外， U e 的最大值就是开关柜内额定绝缘电压 U i ，而开关柜柜内电路的绝缘特性所规定的耐受过电压冲击能力的电压值就是额定冲击耐受电压 U imp 。
低压成套开关设备的额定电压 U e 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%。
低压成套开关设备的额定绝缘电压 U i 与柜内电气间隙和爬电距离有关。
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 U e 的电压范围是（5%~10%）×380V≈400~418V。
关于低压配电网的标称电压，见国家标准GB/T 156—2017在前言中有一段说明，摘录如下：
标准摘录：GB/T 156—2017《标准电压》。
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（见表1）；
——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；
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。
对于低压成套开关设备和控制设备内部安装的低压开关电器，它们的额定工作电压 U e 、额定绝缘电压 U i 等参数，国家标准GB/T 14048.1—2023有如下规定：
标准摘录：GB/T 14048.1—2023《低压开关设备和控制设备 第1部分：总则》。
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。
5.3.1.1 额定工作电压（ U e ）
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。
对于某些电器和特殊用途电器，可采用不同的方法确定 U e ，具体方法在有关产品标准中规定。
对用在多相电路中的多极电器，应区分以下两点：
a）用于单一对地故障不会在一极两端出现相间全电压的系统的电器：
——中性点接地系统；
——不接地和用阻抗接地的系统。
b）用于单一对地故障会在一极两端出现相间全电压的系统（即相接地系统）的电器。
对于不同的工作制和使用类别，电器可以规定多组额定工作电压和额定工作电流或额定功率组合。
对于不同的工作制和使用类别，电器可以规定多组额定工作电压和相应的接通和分断能力。
注1：应注意的是额定工作电压可能与电器内的实际工作电压不同（见3.7.52）
根据IEC60038，应规定三相系统的额定工作电压，如230/400V或者400V（50Hz）、277/480V或480V（60Hz），如适用。较低值为对中性线的电压值，较高值是相同电压值。当仅标明一个电压值时，它指的是三线系统相间电压值。
注2：某些类型的设备可能不止一个额定电压或者额定电压范围。
5.3.1.2 额定绝缘电压（ U i ）
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。
5.3.1.3 额定冲击耐受电压（ U imp ）
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19 与额定绝缘电压对应的介电试验电压
注：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/T 14048.2—2020（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 GB/T 14048.2—2020中规定的辅助回路额定电压
额定绝缘电压 U i 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 U i 的标准化值来设计的；额定工作电压 U e 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 U i 和 U e 的数值。
与额定电压的定义类似，低压成套开关设备的额定电流与低压开关电器的额定电流不完全一致。具体见GB/T 7251.1—2023和GB/T 14048.1—2023。
我们看GB/T 7251.1—2023是如何定义低压成套开关设备的额定电流的。
标准摘录：GB/T 7251.1—2023《低压成套开关设备和控制设备 第1部分：总则》
成套设备制造商宣称的，在规定的条件下能承载的，成套设备各部件的温升不超过规定限值的不间断电流值。
注1：成套设备的额定电流（ I nA ）见3.8.10.7；主电路的额定电流（ I nc ）见
注2：一般情况下，在确定电路的额定电流时，不考虑电动机、变压器等的涌流。
I pk
成套设备制造商宣称的在规定条件下能承受的短路电流峰值。
I cw
成套设备制造商宣称的，在规定条件下，用电流和时间定义的能耐受的短时电流交流有效值或直流平均值。
注：额定短时耐受电流与IEC TR61641中给出的内部电弧故障额定值不同。
I cc
成套设备制造商宣称的在规定条件下在SCPD全部动作时间内（断开时间）能承受的预期短路电流值。
I nc
当主电路是成套设备一个柜架单元中唯一有电流的主电路时，主电路所能承载的额定电流。
注1：根据各自的器件标准，主电路的额定电流能低于安装在主电路中的器件的额定电流。
注2：由于决定额定电流的因素很复杂，因此无标准值给出。
注3：一个成套设备只能由一个单独的柜架单元组成。
I ng
考虑同时加载在成套设备同一柜架单元的其他电路的相互热影响，主电路所能承载的额定电流。
注1：在某些成套设备设计上， I ng 可能等于 I nc 。
注2：一个成套设备可能只由一个单独的柜架单元组成。
I nA
在任何部件的温升不超过规定极限的情况下，能由成套设备分配的额定电流。
注：如果将来进一步增加电路，则不超过成套设备的额定电流。
I B
正常运行时电气回路承载的电流。
注： I B 通常由用户提供。
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。
我们看GB/T 7251.1—2023是怎么说的：
标准摘录：GB/T 7251.1—2023《低压成套开关设备和控制设备 第1部分：总则》
5.3.1 成套设备的额定电流（ I nA ）
成套设备的额定电流应为下列所述情况的电流最小值：
——进线电路的总组额定电流（ I ng ），它是单个进线电路的组额定电流，或者是成套设备内并行且同时工作的进线电路的组额定电流的总和；
——特殊布置的成套设备中主母线能分配的总电流。该电流应在各个部件的温升不超过9.2规定的限值的情况下承载。
注1：进线电路的组额定电流可能低于安装在成套设备内的（符合各自器件标准的）进线器件的额定电流。
注2：就此而论主母线是指在运行中正常连接的单个母线或单个母线的组合体，例如使用母线连接器。
5.3.2 主出线电路的额定电流（ I nc ）
主出线电路的额定电流是当同一柜架单元内所有其他出线主电路都不带电流时，该出线电路所能承载的电流（见10.10）。该电流应在成套设备各个部件的温升不超过9.2规定的限值的情况下承载。
如果给出了电路的组额定电流 I ng ，则一条电路的额定电流 I nc 是自愿给出的。如果指定了 I nc ，则可评估在轻载柜架单元单个电路上的最大允许连续负载电流，单个电路上的负载有可能允许超过 I ng ，但绝不允许超过 I nc 。
注： I ng 表示在全负载柜架单元内的最大允许连续负载电流。
5.3.3 主电路组额定电流（ I ng ）
主电路组额定电流是，在初始制造商规定的一个特定的协议中，可能由该电路连续并同时与至少同一个成套设备或成套设备的柜架单元的一个其他电路承载的电流。该电流应在成套设备各个部件的温升不超过9.2规定的限值的情况下承载。
注1：如果成套设备的设计中已经按照IEC 61439（所有部分）之前的版本给出RDF，则 I ng 能用 I nc ×RDF计算。如果声明 I ng ，初始制造商应说明组额定电流所涵盖的特定布置：
——同一成套设备或柜架单元中允许安装的电路/功能单元的类型、额定值和最大数量；
——各柜架单元和/或成套设备内的功能单元的布置。
注2：对于具有给定 I ng 的功能单元，也能用功率损耗来说明成套设备或成套设备柜架单元的具体布置。
注3：在大多数情况下，初始制造商提供的同一类型的柜架单元能根据特定客户的需求，配备不同数量和不同类型的电路（功能单元）。通常，并不是安装在一个柜架单元的所有电路都连续且同时承载其额定电流。因此，由初始制造商规定的具体布置明确了哪些情况由 I ng 值所包含连续且同时承载的主电路组额定电流应等于或大于出线电路的假定负载（等于IEC 60364-1中电路的设计电流 I B ）。
出线电路的假定负载应由相关成套设备标准规定。
……
为每种类型的主电路给出 I ng 的另一种选择是为每种类型的主电路给出 I nc 和适当的RDF。
以上GB/T 7251.1—2023定义的各种电流参数，对于低压成套开关设备来说非常重要。另外，峰值耐受电流 I pk 和短时耐受电流 I cw 在1.4.2节中阐述。
GB/T 7251.1—2023中定义的主电路组额定电流 I ng 和出线电流 I nc 的关系，就是额定分散系数RDF的关系。额定分散系数RDF的值见于GB/T 7251.1—2005的表1，虽然此表在该标准的后续版本中没有出现，但是依然具有实践意义。
标准摘录：GB/T 7251.1—2005《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》
表1 额定分散系数RDF
看如下所示的框架单元的单线图：
图中进线电流是 I ng ，出线电流是 I nc 。按GB/T 7251.1—2023的5.3.3条的注1，可用 I ng =RDF×Σ I nc 来计算。
设10路馈电回路的电流总和Σ I nc =1000A，查GB7251.1—2005的表1得到RDF值：RDF=0.6，则总进线电流 I ng =0.6×1000=600A，也即上图中的进线断路器额定电流取值为600A。
额定电流与低压成套开关设备的柜内温升紧密关联。GB/T 7251.1—2023中对额定电流与温升的关系做了说明，如下：
标准摘录：GB/T 7251.1—2023《低压成套开关设备和控制设备 第1部分：总则》
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）
（续）
a“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、印刷电路）；
——设备的部件（例如：调节器、稳压电源、运算放大器）
b 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
c 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
d 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
e 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
f 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
g 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
我们从标准中看到了温升的限制值。
对于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℃。
特别提醒：温升是设备表面温度与环境温度之差，因此温升的单位既可以是摄氏度（℃），也可以是开尔文温标K。不管温升的单位采用℃还是K，两者的数值是一样的。
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/T 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。
另外，低压成套开关设备的短路参数主要是指主母线系统的额定峰值耐受电流 I pk 和额定短时耐受电流 I cw ，它们决定了低压成套开关设备的动稳定性和热稳定性，具体见第2.2.3节。