高低壓電器及設計內容簡介

本書在全面介紹電力系統(tǒng)用高壓電器和低壓電器國內外發(fā)展狀況的基礎上，對高壓電器和低壓電器的用途、結構特點、技術參數(shù)、試驗方法及設計原則進行了系統(tǒng)介紹，對目前新研制的高壓電器和低壓電器的產(chǎn)品及其設計技術的發(fā)展水平和動向進行了講述。本書包括“電力系統(tǒng)對高低壓電器的基本要求、低壓電器和高壓電器”三篇，書中的大量示例由國內外的行業(yè)企業(yè)提供。 本書具有系統(tǒng)性、全面性、實用性和先進性的特點。本書既可作為高等院校電氣類專業(yè)的教材，也可供從事高壓電器、低壓電器制造業(yè)的管理人員和設計人員以及電力系統(tǒng)的運行與維護人員參考。

前言

第1篇電力系統(tǒng)及其對高低壓電器的基本要求

第1章電力系統(tǒng)及其短路故障的

計算1

1.1概述1

1.1.1動力系統(tǒng)、電力系統(tǒng)和電力網(wǎng)間

的關系1

1.1.2電力系統(tǒng)中的電能質量標準參數(shù)2

1.1.3電力系統(tǒng)的接線3

1.2電力系統(tǒng)的關合與開斷4

1.2.1電力系統(tǒng)關合與開斷的類型5

1.2.2電力系統(tǒng)關合與開斷時電弧的

燃燒與熄滅6

1.3電力系統(tǒng)短路故障6

1.3.1電力系統(tǒng)短路電流的定義6

1.3.2電力系統(tǒng)短路故障的形式7

1.3.3電力系統(tǒng)短路故障的關合7

1.3.4電力系統(tǒng)短路故障的開斷8

1.3.5電力系統(tǒng)開斷短路故障時的瞬態(tài)

恢復電壓9

1.4短路故障關合與開斷的計算12

1.4.1單相短路故障的關合12

1.4.2單相短路故障的開斷14

1.4.3三相短路故障的開斷18

1.5電容負荷的關合與開斷22

1.5.1空載長線關合與開斷時的過

電壓23

1.5.2無功補償用電容器組關合與

開斷時的過電壓25

1.6開斷小電感電流電路時的過電壓27

1.6.1小電感電流的出現(xiàn)27

1.6.2開斷空載變壓器時的過電壓28

1.7開斷近區(qū)故障時的過電壓與限制

措施28

1.7.1開斷近區(qū)故障時的過電壓28

1.7.2開斷近區(qū)故障時限制過電壓的

措施31

1.8失步故障的開斷31

1.8.1失步故障與聯(lián)絡用高壓斷路器31

1.8.2單相反相開斷時的失步故障

電流32

1.8.3單相反相開斷時高壓斷路器斷口上

的瞬態(tài)恢復電壓32

1.8.4三相反相開斷時首開相的工頻

恢復電壓32

思考題與習題33

第2章電力系統(tǒng)中的高低壓電器及其

設計技術綜述34

2.1概述34

2.1.1高低壓電器的定義34

2.1.2行業(yè)與產(chǎn)品的發(fā)展歷程35

2.1.3高低壓電器的技術發(fā)展37

2.2電力系統(tǒng)對高低壓電器的基本要求37

2.2.1電力系統(tǒng)對低壓電器的基本

要求38

2.2.2電力系統(tǒng)對高壓電器的基本

要求38

2.3高低壓電器與用電設備間的特性

配合41

2.3.1保護電器與被保護對象的特性

配合41

2.3.2高低壓電器之間的保護特性

配合41

2.3.3高低壓電器的保護特性42

2.4關于高低壓開關設備的解釋性說明43

2.5低壓電器研發(fā)新技術及應用44

思考題與習題44第2篇低 壓 電 器

第3章低壓電器概述45

3.1低壓電器類型45

3.2低壓電器市場45

3.3低壓電器行業(yè)46

3.3.1行業(yè)狀況46

3.3.2產(chǎn)品現(xiàn)狀46

3.3.3發(fā)展趨勢47

3.4低壓電器技術的發(fā)展47

3.4.1標準47

3.4.2已應用的技術47

3.4.3待研究的技術51

思考題與習題52

第4章低壓配電電器53

4.1低壓配電電器的定義、分類和性能53

4.1.1定義53

4.1.2分類53

4.1.3性能要求53

4.2低壓開關類電器55

4.2.1類型55

4.2.2用途55

4.2.3典型產(chǎn)品55

4.3低壓熔斷器類電器59

4.3.1原理59

4.3.2類型60

4.3.3結構61

4.3.4主要技術參數(shù)61

4.3.5產(chǎn)品選擇62

4.3.6典型產(chǎn)品63

4.4低壓斷路器類電器64

4.4.1概述64

4.4.2分類64

4.4.3基本特性與技術參數(shù)66

4.4.4工作原理68

4.4.5低壓斷路器設計技術89

4.4.6典型產(chǎn)品的設計技術95

4.5終端電器100

4.5.1概況100

4.5.2特征101

4.5.3分類101

思考題與習題105

第5章低壓控制電器107

5.1定義與分類107

5.2接觸器109

5.2.1定義109

5.2.2分類109

5.2.3結構111

5.2.4工作原理113

5.2.5技術現(xiàn)狀115

5.3繼電器117

5.3.1概況117

5.3.2中間繼電器118

5.3.3時間繼電器119

5.3.4熱繼電器121

5.3.5電流繼電器和電壓繼電器123

5.3.6速度繼電器124

5.4起動器125

5.5主令電器125

5.6變阻器和電阻器128

5.7電磁鐵128

5.7.1概況128

5.7.2電磁鐵的設計與優(yōu)化129

5.8低壓電器用銀基觸頭材料135

思考題與習題136

第6章低壓電器試驗技術138

6.1概述138

6.2一般檢查139

6.3動作范圍試驗144

6.3.1概述144

6.3.2動作特性試驗144

6.3.3保護特性試驗146

6.4溫升試驗149

6.4.1概述149

6.4.2試驗條件149

6.4.3試驗依據(jù)151

6.4.4試驗方法152

6.4.5試驗類型153

6.4.6試驗電路154

6.4.7試驗結果的判定154

6.5絕緣介電性能試驗154

6.5.1概述154

6.5.2絕緣電阻的測量155

6.5.3沖擊耐受電壓試驗156

6.5.4工頻耐受電壓試驗159

6.6額定接通與分斷能力試驗160

6.6.1概述160

6.6.2接觸器的額定接通與分斷能力

試驗160

6.6.3低壓斷路器的額定接通與分斷

能力試驗161

6.7短路接通與分斷能力試驗162

6.8短時耐受電流能力試驗163

6.9壽命試驗164

6.9.1機械壽命試驗164

6.9.2電壽命試驗164

思考題與習題168第3篇高 壓 電 器

第7章高壓電器概述169

7.1高壓電器的定義169

7.2高壓電器的作用和特點170

7.3電力系統(tǒng)對高壓電器的要求及高壓

電器的工作條件170

7.3.1電力系統(tǒng)的兩類工作狀態(tài)170

7.3.2電力系統(tǒng)對高壓電器的要求170

7.3.3高壓電器的工作條件171

7.4高壓電器的工作環(huán)境171

7.5高壓電器的分類172

7.6高壓電器的基本技術參數(shù)177

7.6.1電壓178

7.6.2電流179

7.6.3開斷時間180

7.6.4額定絕緣水平181

7.7高壓電器設備的發(fā)展182

思考題與習題183

第8章電力系統(tǒng)短路故障的關合與

開斷184

8.1綜述184

8.2短路故障的關合184

8.3單相短路故障的開斷186

8.4三相短路故障的開斷188

8.4.1三相不接地短路故障的開斷188

8.4.2三相接地短路故障的開斷189

8.5電力系統(tǒng)的瞬態(tài)恢復電壓特性190

8.5.1雙頻電路190

8.5.2電力系統(tǒng)的瞬態(tài)恢復電壓191

8.6近區(qū)故障的開斷193

8.7失步故障的開斷195

8.7.1單相反相故障的開斷195

8.7.2三相反相故障開斷時首開相的

工頻恢復電壓196

8.8電容負荷的關合與開斷196

8.9大電感負荷的開斷200

思考題與習題201

第9章高壓斷路器及其操動機構202

9.1高壓斷路器的定義和組成203

9.1.1高壓斷路器的定義203

9.1.2高壓斷路器的組成203

9.2電力系統(tǒng)對高壓斷路器的基本要求203

9.3高壓斷路器的種類、結構與主要技術

參數(shù)206

9.3.1高壓斷路器的分類206

9.3.2高壓斷路器的主要技術參數(shù)209

9.3.3高壓斷路器參數(shù)的選擇211

9.4高壓電器產(chǎn)品型號的編制211

9.4.1產(chǎn)品型號的內容211

9.4.2產(chǎn)品型號的命名原則212

9.4.3產(chǎn)品型號的組成212

9.5高壓斷路器的操動機構214

9.5.1定義和工作原理214

9.5.2基本要求214

9.5.3分類方式215

9.5.4分閘方式216

9.5.5技術要求217

9.6高壓斷路器中的其他裝置217

9.7高壓斷路器的發(fā)展方向217

思考題與習題218

第10章六氟化硫高壓斷路器和全封閉

組合電器220

10.1概況220

10.1.1六氟化硫氣體220

10.1.2SF6高壓斷路器221

10.1.3六氟化硫全封閉組合電器223

10.2SF6高壓斷路器的種類及其工作

原理223

10.2.1按結構形式不同的分類223

10.2.2按斷口數(shù)量不同的分類226

10.2.3按使用場所不同的分類226

10.2.4按滅弧室殼體絕緣方式不同的

分類226

10.2.5按滅弧原理不同的分類227

10.3SF6高壓斷路器的操動機構234

10.3.1功能要求235

10.3.2原理和應用235

10.3.3優(yōu)缺點比較238

10.3.4發(fā)展趨勢239

10.4六氟化硫全封閉組合電器(GIS)241

10.4.1概況241

10.4.2GIS的組成元件243

10.4.3GIS的三相共筒化、復合化和

小型化247

10.4.4GIS的二次系統(tǒng)現(xiàn)代化和

智能化247

思考題與習題248

第11章高壓真空開關電器249

11.1真空電弧的特性249

11.1.1真空間隙的擊穿249

11.1.2真空電弧的兩種形態(tài)與熄滅

原理250

11.1.3真空電弧的伏安（ui）特性

曲線251

11.1.4截斷電流和過電壓的限制252

11.2真空滅弧室254

11.2.1概況254

11.2.2結構255

11.3高壓真空斷路器264

11.3.1概 述264

11.3.2現(xiàn)狀265

11.3.3應用266

11.3.4構成267

11.3.5特點267

11.3.6型號268

11.3.7設計268

11.3.8高壓真空斷路器的技術進步270

11.3.9高壓真空斷路器標準271

11.3.10影響高壓真空斷路器技術參數(shù)

的因素271

11.3.11高壓真空斷路器的分類274

11.3.12高壓真空斷路器的常見產(chǎn)品及

問題287

11.3.13高壓真空斷路器的操動機構289

11.3.14操作過電壓298

11.4高壓真空接觸器299

思考題與習題301

第12章其他高壓電器302

12.1高壓隔離開關302

12.1.1定義、用途與分類302

12.1.2結構型式303

12.1.3產(chǎn)品技術304

12.2中壓級自動轉換開關306

12.3高壓接地開關307

12.4高壓負荷開關308

12.4.1定義308

12.4.2技術參數(shù)308

12.4.3種類及其性能309

12.4.4應用315

12.5高壓熔斷器315

12.5.1定義315

12.5.2特性315

12.5.3結構316

12.6高壓避雷器318

12.6.1用途318

12.6.2間隙放電特性318

12.6.3管式避雷器319

12.6.4閥型避雷器320

12.6.5磁吹閥式避雷器320

12.6.6金屬氧化物避雷器（壓敏

電阻）320

12.7重合器與分段器322

思考題與習題322

第13章高壓開關設備試驗323

13.1概況323

13.2高壓開關設備試驗的類型323

13.3高壓開關設備試驗的方法326

13.4絕緣試驗328

13.4.1工頻耐壓試驗328

13.4.2沖擊電壓試驗329

13.4.3局部放電試驗330

13.4.4人工污穢試驗330

13.4.5泄漏電流試驗330

13.4.6無線電干擾試驗(RIV)330

13.5大容量試驗331

13.5.1概述331

13.5.2開斷和關合能力試驗331

13.5.3出線端進行短路開斷和關合

試驗332

13.5.4近區(qū)故障的開斷和關合試驗339

13.5.5電容電流的開斷和關合能力

試驗339

13.6短時和峰值耐受電流試驗340

13.7溫升和機械性能試驗341

13.7.1溫升試驗341

13.7.2回路電阻試驗344

13.7.3機械性能試驗344

13.8電磁兼容（EMC）試驗345

思考題與習題345

附錄346

參考文獻3492100433B

在大接地電流系統(tǒng)或三相四線制系統(tǒng)中發(fā)生單相短路時，根據(jù)對稱分量法可知單相短路電流為：

式中，

在工程設計中，常用（1-2）到（1-4）計算低壓配電線陸單相短路電流，即

式中，

在無限大容量系統(tǒng)中或遠離發(fā)電機處短路時，兩相短路電流和單相短路電流均較三相電路電流小，因此，選擇和校驗電器設備應采用三相短路電流，兩相短路電流主要用來校驗相間短路保護的靈敏度，單相短路電流主要用于單相短路保護的整定及校驗。

單相短路恢復電壓的計算

開斷中性點直接接地發(fā)電機電路中的母線單相接地短路故障主接線圖，L和R分別為發(fā)電機的電感和電阻，C為發(fā)電機的對地電容。設高壓開關電氣觸頭分離瞬間，短路電流的非周期分量已衰減完，即不考慮短路電流的非周期分量。

忽略高壓開關電器電弧壓降

式中，

短路電流

此時的母線單相對地短路回路為電容性電路（實際上是R-L-C電路），電容的充電過程和交流電源

考慮到電力系統(tǒng)短路回路中的回路電阻R通常很小，一般均能滿足R<

該頻率一般要比工頻高很多。因此，為求得過渡過程中的電容電壓

由三要素法，可得高壓開關電器斷口上的恢復電壓

式中，

進一步分析可知，當R<

式中，

單相短路降低操作過電壓的措施及機理

在高壓斷路器斷口兩端并聯(lián)電阻，可以降低短路故障關合時的操作過電壓。

1、并聯(lián)電阻的分類

根據(jù)并聯(lián)電阻的阻值大小不同，可將并聯(lián)電阻分為低值（幾個到幾十歐姆）、中值（幾百到幾千歐姆）和高值（幾萬歐姆及以上）三類。其中，并聯(lián)低值電阻可限制短路電流、降低工頻和恢復電壓和振幅系數(shù)，以及減慢恢復電壓的上升速度；并聯(lián)高值電阻的目的通常是為每相使用的高壓斷路器多個斷口進行均壓。

2、并聯(lián)電阻的電路

用裝有并聯(lián)電阻的高壓開關電器開斷發(fā)電機母線單相接地故障時的電路。該電器有主斷口

3、并聯(lián)電阻

主斷口

此時，恢復電壓為

式中，

由上式，可畫出主斷口并聯(lián)電阻后的恢復電壓曲線。

采用并聯(lián)電阻阻尼振蕩后，恢復電壓的最大值

恢復電壓最大上升速度出現(xiàn)的t=0時，其值為

由上式可知，并聯(lián)電阻

4、并聯(lián)電阻后開斷輔助斷口

1）輔助斷口的開斷電流

為輔助斷口

忽略流經(jīng)電容C的電流，則輔助斷口

式中

比較式（1-14）和（1-15），并考慮短路故障時wL>R，

式中，

2）并聯(lián)電阻

計算輔助斷口

輔助斷口

式中，

雖然輔助斷口的瞬態(tài)恢復電壓仍有高頻振蕩，但其工頻恢復電壓和開斷電流都得到了一定程度的降低，所以，輔助斷口的開斷條件遠比主斷口的輕松。

使用設備、工藝裝備、儀器儀表，裝配調試高低壓電器及成套設備、避雷器、防爆電氣產(chǎn)品的人員。

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