高压断路器——理论、设计与试验方法

书籍目录

译者序

原书序

致谢

第1章开关装置简介

11开关装置的用途

12开关装置的定义

121隔离开关

122接地开关

123快速接地开关

124负荷开关

125合闸开关

126接触器

127熔断器

128火花间隙

129避雷器

1210故障电流限制器

1211起动器

1212开关稳定器

1213继电器

1214断路器

1215隔离断路器

第2章气体中的电弧

21电弧的基本过程和物理特性

211金属表面电子发射机理

212电弧中的载流子

213触头上的能量平衡

214触头侵蚀机理

215触头侵蚀研究的实验结果

216触头材料的分类

2161高导电率金属与合金

2162抗化学腐蚀的金属与合金

2163难熔金属

2164烧结材料

217触头材料的特性

22直流电弧

221气体放电的伏安特性

222直流电弧的熄灭

23交流电弧

231交流电弧的伏安特性

232热击穿和电击穿区域

233电弧电导率、功率与弧柱中的能量消耗

第3章电弧建模

31PT（黑盒）电弧模型

311Mayr与Cassie方程

312动态电弧方程的普遍形式

313电弧模型和相关参数概况

314PT电弧模型的实际应用

315电弧参数的求取

316数值处理

317有效性检验

318电流零区测量

3181电流测量

3182电压测量

3183处理原始测量数据以转换为电弧电流和电弧电压

3184电流测量系统的性能

32电弧物理模型

321电弧物理模型的通用方程组

322具有焓流的简化电弧物理模型

3221附加假定条件

3222方程组

3223SF6等离子体的热力学特性

3224电弧电流的时间关系式

3225横截面和电弧电压的确定

3226沿电弧轴线压力分布的确定

3227静止和稳定气流条件下的SF6气体状态方程

3228SF6气体热力学特性的计算表达式

33高压SF6断路器操作的计算机仿真

331计算机仿真程序

332特征量

333熄弧窗口

34电弧建模的其他工具

341电弧直径和电弧温度

342气体和真空中的电弧电压

343冷态电压特性

344极限曲线

345截流系数

346断路器的电寿命

第4章真空电弧

41真空电弧简介

411阴极和阳极鞘层

412扩散型与集聚型真空电弧

4121扩散型电弧

4122集聚型电弧

42通过磁场控制真空电弧

421横向磁场原理

422纵向磁场原理

第5章灭弧介质

51空气

511在空气中拉长灭弧

512磁吹灭弧

513压缩空气灭弧

52矿物油

521多油断路器的灭弧

522少油断路器的灭弧

53六氟化硫（SF6）

531物理特性

532SF6分解物

533SF6对环境的影响

5531臭氧损耗

5532温室效应

5533生态病理学和对健康的潜在影响

534SF6替代物

54SF6/N2混合气体

55真空

551保持高真空

552更高电压等级下真空的应用

553真空中的触头材料

第6章开合方式与暂态过程

61负载类型

611阻性负载

612容性负载

613感性负载

6131大电感电流：短路

6132小电感电流

62短路电流

621短路电流与电压之间的关系

622直流分量百分数

623非对称电流的有效值和峰值

63瞬态恢复电压（TRV）

631TRV的定义

632单频瞬态恢复电压波形

633双频瞬态恢复电压波形

634瞬态恢复电压的两参数包络线

635瞬态恢复电压的四参数包络线

636分布参数电路中的瞬态恢复电压

637IEEE/ANSI规定的瞬态恢复电压波形

638三相电网中的瞬态恢复电压

639首开极系数

6310近区故障的瞬态恢复电压

6311起始瞬态恢复电压（ITRV）

6312瞬态恢复电压、起始瞬态恢复电压和近区故障

6313失步条件下的瞬态恢复电压

6314短路电流非对称性对瞬态恢复电压的影响

6315电弧电压对瞬态恢复电压的影响

6316截流对瞬态恢复电压的影响

6317弧后电流对瞬态恢复电压的影响

6318阻尼对瞬态恢复电压的影响

64电容电流开合过程中的暂态现象

641电容电路

642成功的电容电流开断的实例

643重击穿情况下电容电流开断的实例

644连续重击穿引起的电压级升

645小电容电流的截流

646断路器特性对电容电流开合的影响

647负载和电源侧阻抗的影响

648三相电路中的电容电流开断

649电容器组的关合

6410架空线的关合与重合闸

65小电感电流开合过程中的暂态现象

651小电感电流的截流

652空载变压器的开合

653并联电抗器的开合

654复燃现象

655并联电抗器开合过程中的过电压

656虚拟截流

66非标准开合方式

661变压器和串联电抗器限制故障

6611变压器限制故障

6612串联电抗器限制故障

662无电流零点的短路电流

663发展性故障——感性工况

664发展性故障——容性工况

665短路电流的并联开断

67过电压的防护方法

671合闸电阻及其作用

672避雷器

6721阀式避雷器

6722金属氧化物避雷器

第7章断路器的工作原理与设计

71断路器的要求

72断路器的分类

721油断路器

722空气断路器

723SF6断路器

7231双压力式SF6断路器

7232单压力（压气）式SF6断路器

7233自能单压力式SF6断路器

7234双动原理

7235倍速原理

7236旋弧式SF6断路器

724真空断路器

73操动机构

731气动操动机构

732液压操动机构

733弹簧操动机构

734电磁驱动机构

735电动机驱动机构

74断路器的维修和状态监测

741监测参数的选择

742监测特性的解释

第8章选相开合

81选相开合的原理

811选相分闸

812选相合闸

82对断路器的功能要求

821机械特性

822电气特性

83选相开合的实际应用

831并联电容器组的选相开合

832空载架空线的选相开合

833并联电抗器的选相开合

834空载变压器的选相开合

84可靠性问题

85优势与经济因素

第9章短路与开合试验

91大容量实验室

92直接与间接试验

921三相直接试验

922单相直接试验

93合成试验

931开断过程的几个阶段

932关合过程的几个阶段

933合成试验方法的类型

9331电流引入法

9332电压引入法

9333三相合成试验方法

9334对特高压断路器进行试验的合成回路

934延弧回路

935电流回路的电压

94短路和开合试验的实例

941试验文件中包括的信息

942短时耐受电流和峰值耐受电流试验

943出线端故障试验

9431试验方式T10

9432试验方式T30

9433试验方式T60

9434试验方式T100s

9435试验方式T100a

944临界电流试验方式

945单相和异相接地故障试验

946近区故障试验

9461试验方式L90

9462试验方式L75

9463试验方式L60

947失步试验

9471试验方式OP1

9472试验方式OP2

948容性电流开合试验

9481线路充电电流开合试验

9482电缆充电电流开合试验

9483电容器组电流开合试验

949感性负载开合试验

9410电寿命试验

9411试验后的状态评估

94111空载操作

94112检查

第10章高压断路器的选型

101额定特性的选择

1011额定电压

1012额定绝缘水平

1013额定频率

1014额定电流

1015额定短时耐受电流

1016额定峰值耐受电流

1017额定短路持续时间

1018额定短路关合电流

1019额定短路开断电流

10110与额定短路开断电流相关的瞬态恢复电压

10111近区故障的额定特性

10112失步的额定特性

10113额定操作顺序

10114额定时间参量

10115辅助和控制回路的额定电源电压和频率

10116机械寿命（M1和M2级）

10117重击穿性能和容性电流开合额定值（C1和C2级）

10118感性负载电流开合额定值

10119电寿命（E1和E2级）

102使用条件的选择

1021正常使用条件

10211户内装置的正常使用条件

10212户外装置的正常使用条件

1022特殊使用条件

10221海拔

10222污秽

10223环境温度

10224空气湿度

10225覆冰

10226风速

10227地震

103断路器类型的选择

参考文献

结束语

缩略语表

作者简介

本书作者是高压开关设备领域的国际知名专家，英文版由国际权威高压设备试验和认证机构——KEMA组织出版，全面讲述了高压断路器的工作原理和技术现状，并介绍了国外实际产品的原理与设计，使读者能够更好地理解高压断路器的最新技术。

本书充分反映了近年来国际范围内高压断路器基础理论、工作原理、产品设计、试验技术方面的当前进展，对现代高压断路器及开关设备的设计、制造、运行和科技管理具有积极的推动作用。与同类书相比，本书内容丰富且反映了国外产品的最新发展，详尽地说明了IEC标准及其他标准，特别阐述了高压断路器的最新试验方法，包括很多KEMA独有、专有的试验技术和方法以及试验报告内容。

本书可为高压电器研究、设计、试验、运行和管理的广大工程技术人员提供很有价值的帮助，同时也可作为高等工科院校电气工程专业特别是电器、高电压技术方向的本科生、研究生教材。

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