前言本内容巾四部分组成：第一部分介绍真空开关的基础理论，主要内容包括真空开关发展简史和国内外生产真空开关的现状，特别重点博述广我国真空开关发展近况，值得骄傲的是我国真空开关产品产量已居世界首位，在产品质量上与世界水平相当，即技术工接近于无差距。在基础理论方面重点介绍真空电弧的阴极斑点和阳极斑点的作用以及真空电孤的电压特性，真空中的击穿理论，绝缘强度和熄弧过程。在真空灭弧室结构方面，重点阐述了横网磁场和纵向磁场的灭弧理论。这部分内容是读者学习和提高真空开关理论的主要部分，也是用来开发真空开关新产品的必备条件。第二部分介绍了真空开关当前研究和应用的状况，以使读者能进一步了解到国内外真空开关在向哪·个方向发展和扩大应用，以立于不败之地。特别在本书中还提到我国对单断口126kV和单断口252kV的真空开关已着于进行研发，使其成为在高电压开关中绿色产品之一。此外，有关真空开关的相控同步操作技术、真空度的在线监测、真空开关的直流应用，大容量真空发电机断路器的开发、特殊用的真空熔断器的应用等亦在书中作了事点介绍。第三部分介绍了真空开关在运行过程中产片操作过电压的抑制措施，并提出了如何彻底消灭操作过电压的探讨和列举了实现无操作过电压现象产品的具体措施，这些论点获得了国内外专家们的赞许，第四部分介绍了高压真空断路器的试验，包括试验的主要设备，试验线路图、试验方法以及典型的试验结果和结论等。自20世纪50年代末，出现真空和SF。两种性能优异的灭弧介质和绝缘介质，并被成功地应用到断路器领域。从此后，真空断路器和SF。断路器逐渐树立起高压断路器市场的主流产品地位，并占领了整个高压断路器领域。当前真空被限制在10kV和35kV电压等级的范围，而SF。断路器应用在72.5kV及以上的高电压等级，但不久发现SF。气体经过电弧的高温分解作用后可产生毒的分解物，更重要的是从环境保护角
IV真空开关技术与应用度看，SF。气体是一种湿室效应气体，它对地球温暖化系数（GlobalWarningPotential）是CO，的24900倍，而且SF。气体的分子结构非常稳定，其寿命长达3200年。本世纪SF。的产量主要用于断路器和其他输配电设备等电力工业，在生产和运行过程中，SF。气体会有很大的泄漏。若SF。气体的排放量继续增大的话，其温室效应的影响将相当可观。从全球环境保护出发，1997年在H本京都会议上提出了决议，即《联合国气候变化框架公约京都议定书》，到2030年将禁止SF。气体的使用。为此，当前尽快开发更高电压等级的真空断路器及有关重要课题外，学习和熟悉高电压等级真空断路器试验也是十分重要的。本书适用于从事高压电器产品的开发、设计，制造和使用单位的有关工程技术人员阅读，并可作为高等院校电器、发输配电等专业的教学和科研人员：研究生参考用书。本书的出版得到了机械工业出版社林春泉、王等编辑的大力支持，对于她们对本书的文字修饰和大量的编辑工作，在此表示感谢和致敬。作者王季梅2007年1月于西安
目录前苔第1部分真空开关的基础理论1第1章真空开关发展概况·1. 1真空开关发展简史121. 2国内生产中等电压真空开关的现状1.37国内外开发研究高压真空断路器的概况1.4国内外对真空断路器向超高压电压等级的发展趋势...1720参考文献22第2章真空电弧的基本理论-..222. 1真空电弧的阴极斑点262.2真空电弧的电压特性332. 3真空电弧的阳极斑点40参考文献42第3章真空中的电击穿理论423. 1真空间隙的绝缘强度和电击穿3. 249影响真空击穿的各种因素·553.3真空中固体绝缘介质的绝缘性能60参考文献62第4章真空电弧熄灭后的绝缘恢复特性和熄弧原理624. 1弧后绝缘介质恢复过程的分析654.2绝缘介质恢复过程时间的确定4.368真空电弧的弧后电流和过零现象4.470电流强追开断后的绝缘恢复特性.4.572横向磁场熄弧原理744.6纵向磁场熄弧原理·
V真空开关技术与应用..83参考文献·第2部分有关真穿开关的研究和应用86第1章 有关真空开关的研究.861. 1相控真空断路器同步关合电容器组的研究.1.290真空断路器选相分断控制算法的研究··.1131.3电子操动的基本概念研究1191.4真空灭弧室的直流电弧老炼研究-1231.5126kV真空灭弧室的排气和老炼研究1291.6真空灭弧室真空度的在线监测1.7选用重力热管来提高126kV高压真空断路器额定132电流的研究1421.8126kV真空断路器性能的创新改革1.9发展252kV和更高电压等级真空断路器的145探讨性分析 1511.10高压大容量真空式短路电流开断器.157参考文献···159第2章有关真空开关的应用1592.1真空开关在电力、工业、交通和其他方面的应用......1682.2高压真空熔断器产品的开发185参考文献·第3部分真空开关操作过电压的抑制186真空断路器产生操作过电压现象和抑制措施第1童1861. 1操作过电压的发生种类1.2188高频灭弧现象产生多次重燃过电压的分析1911. 3三相同时截流现象·1921.4过电压的控制方法用于电动机电路中的真空断路器如何防止截流的第2章194试验和研究2. 1194概述
VI目录2. 2195试验2. 3产生过电压的模拟试验199203参考文献205真空开关的裁流现象和操作过电压第3章2053. 1截流现象2133.2操作过电压的类型及分类2253.3操作过电压的抑制方法2323.4实际负载的过电压及其保护方式239参考文献240第4章真空开关操作过电压的阻容保护装置4.1240概述2404.2RC保护装置的工作原理及试验结果..4.3243RC保护装置介绍4.4245怎样选用操作过电压保护装置4.5245使用RC保护装置的几个问题4.6实例247.4.7结论251251参考文献·252第5章改进触头材料抑制操作过电压的途径·5. 1252低过电压触头材料之一.2585.2低过电压触头材料之二5. 3263高开断能力间题266第6章真空开关操作过电压的测试，.6. 1概述2666.2测试系统的组成266.6.3软件编程2686.4实例269+第7章采用永磁操动机构同步选相技术来抑制操作过271电压的分析2717. 1概述7. 2271永磁操动机构的结构和工作原理
VI真空开关技术与应用7. 3279用永磁操动机构实现同步操作技术：7.4289关于实现无操作过电压措施的探讨第4部分高压真空断路器的试验292第1章试品基本考核试验·2921.1视述1.2292试品基本考核试验的内容第2章试品绝缘性能、起消晕电压和无线电干扰电平及299机构箱防雨性能试验·2992. 1概述2.2299试品绝缘性能考核第3章高压真空断路器和有关试验原理及示波图符号305说明3053.1高压真空断路器概述3053.2试验回路原理3063.3开断试验主要内容3083.4试验回路原理和示波图符号说明311第4章高压真空断路器的基本短路试验·第5章峰值耐受电流和短时耐受电流试验以及额定短路电流315开断次数试验3155.1峰值耐受电流和短时耐受电流试验5.2315额定短路电流开断次数试验第6章近区故障试验方式L90试验和试验方式L75试验以及318失步关合、开断试验·6. 1318近区故障3206.2失步关合、开断试验.322第7章线路充电电流开断试验··.3227. 1概述7.2322线路充电电流开断方式1试验7. 3323线路充电电流开断方式2试验7.4324线路充电电流开断方式3试验
目IX录7.5326线路充电电流开新方式4试验附录327附录A日本研制成低过电压真空断路器的报导附录B荷兰Holec公司采取真空断路器--极提早分开327的措施329附录 C采用避雷器保护的方法330附录D采用RC阻容保护的方法附录E西安交通大学电气工程公司生产的6~10kV333系统避器：335附录F真空灭弧室和真空开关主回路的电阻值测量.338附录 G带脱离器复合外套金属氧化物避雷器·344附录H金属氧化物避雪器361附录I无间隙和有串联间隙的金属氧化物避雷器
第1部分真空开关的基础理论第1章真空开关发展概况1.1真空开关发展简史18世纪初，人们就开始设想到利用真空中的一些特点来分断电流1-3]，到1893年美国里顿豪斯（Rittenhause）设计的第一个结构简单的真空灭弧室以专利发表后，就引起了人们的重视。1920年瑞典佛加（Birka）公司又第一次制成了真空开关，尽管其分断能力极小，尚无实用价值，但却吸引了人们的兴趣。1923年前后，索伦森（Sorenson）教授和门登霍尔（Mendenhall）在美国加里福尼亚工学院开始进行了真空中分断电流的研究工.作，并成功地在41kV下分断了926A工频电流，于1926年公布了研究成果。此后，美国和德国的一些电气公便致力于真空开关的研究，但由于当时的科学技术对真空开关的要求也不追切，所以研究成果不甚显著。直至第二次世界大战后，20世纪50年代初期，随着科学技术的进步，才使真空开关的研究L作有了较快的进展。1955年，罗斯（H.C.Rn88）在美国詹宁斯（Jernings）无线电制造公司多年来生产几安的高频真空转换开关的基础上，制成了15kV/200A的真空开关，们在整个50年代，对真空开关触头尚末找到适当的材料，使其分断能力一直停留在4~5kA的水平。直到如年代初，由于平导体技术的迅速发展，提供了治炼含气量极低的金属材料的方法后，同时在真空开关结构研究七也取得了突破，才有了一个跃变。1961年，美国通用电气公司在此成果的基础上，在李天和（T.H.Lee）博士、考帮（J.D.Cobine）、单斯（M.PReece）、里奇（J.A.Rich）法拉尔（G、A.Farral）等许多人的
2真空开关技术与应用努力下，开始生产额定电压15kV、分断能力12.5kA的真空断路器。1966年进一步试制成功15kV、25kA和31.5kA的真空断路器，从此真空开关正式进入了电力开关的行列，为电力工业服务。到目前为止，开关的额定电流已达到6300A，如合理地采用冷却措施可提高到8000A，据日本东芝公司2004年14报导，采用特大直径铜棒，加上强迫冷却措施，可以制成额定电流10000A的真空灭弧室，如图1.1-1所示。现在单断口真空灭弧室的工作电压已达到145kV。日本对纵向磁场结构真空灭弧室的研究已突破了在12kV下分断200kA的能力。现在美国、日本、英国、德国和俄罗斯等国家都图1.1-124kV/10000A真空灭弧室已大量生产不同规格的真空开关。应用范围也越来越广泛，据不完全统计，许多国家在35kV及以下电压等级的变电所所用的断路器中已有70%~80%采用了真空断路器。1.2国内生产中等电压真空开关的现状中等电压真空开关一般是指3.6~72kV这个范围。我国与俄罗斯设定的中等电压范围是指7.2~40.5kV，日本中等电压范围是指3.6~72kV，而欧洲国家的中等电压范围是指3.6~36kV。我国在此电压范围内，自1991年以来其产量每年的增长率仅次于日本，最近几年来年产量已占全世界总产量的50%左右，超过日本。其典型的产品如图1.1-2所示。图a和图b为12kV的户内真空断路器，图c为40.5kV的户内真空断路器，图d为南京电力自动化设备总厂自行设计制造的双稳态永磁操动机构（目前还未配装电子控制系统，不能实现同步合分闸，即无选相合闸和分闸功能）的40.5kV/1600A的真空断路器，图e为12kV的户外真空断路器。图f
第1部分真空开关的基础理论为10kV无撞击熔断器式结构的真空负荷开关，图g为10kV带撞击熔断器式结构的真空负荷开关，图h为12kVZFN□-12（R.D）真空负荷开关一熔断器组合电器。图i为7.2kV/400A的真空接触器剖面图，b)2AeCd)图1.1-2真空开关的典型产品外形