高低压电器及设计

本书在全面介绍电力系统用高压电器和低压电器国内外发展状况的基础上，对高压电器和低压电器的用途、结构特点、技术参数、试验方法及设计原则进行了系统介绍，对*研制的高压电器和低压电器的产品及其设计技术的发展水平和动向进行了讲述。本书包括“电力系统对高低压电器的基本要求、低压电器和高压电器”三篇，书中的大量示例由国内外的行业企业提供。 本书具有系统性、全面性、实用性和先进性的特点。本书既可作为高等院校电气类专业的教材，也可供从事高压电器、低压电器制造业的管理人员和设计人员以及电力系统的运行与维护人员参考。

前言第1篇电力系统及其对高低压电器的基本要求第1章电力系统及其短路故障的计算111概述1111动力系统、电力系统和电力网间的关系1112电力系统中的电能质量标准参数2113电力系统的接线312电力系统的关合与开断4121电力系统关合与开断的类型5122电力系统关合与开断时电弧的燃烧与熄灭613电力系统短路故障6131电力系统短路电流的定义6132电力系统短路故障的形式7133电力系统短路故障的关合7134电力系统短路故障的开断8135电力系统开断短路故障时的瞬态恢复电压914短路故障关合与开断的计算12141单相短路故障的关合12142单相短路故障的开断14143三相短路故障的开断1815电容负荷的关合与开断22151空载长线关合与开断时的过电压23152无功补偿用电容器组关合与开断时的过电压2516开断小电感电流电路时的过电压27161小电感电流的出现27162开断空载变压器时的过电压2817开断近区故障时的过电压与限制措施28171开断近区故障时的过电压28172开断近区故障时限制过电压的措施3118失步故障的开断31181失步故障与联络用高压断路器31182单相反相开断时的失步故障电流32183单相反相开断时高压断路器断口上的瞬态恢复电压32184三相反相开断时首开相的工频恢复电压32思考题与习题33第2章电力系统中的高低压电器及其设计技术综述3421概述34211高低压电器的定义34212行业与产品的发展历程35213高低压电器的技术发展3722电力系统对高低压电器的基本要求37221电力系统对低压电器的基本要求38222电力系统对高压电器的基本要求3823高低压电器与用电设备间的特性配合41231保护电器与被保护对象的特性配合41232高低压电器之间的保护特性配合41233高低压电器的保护特性4224关于高低压开关设备的解释性说明4325低压电器研发新技术及应用44思考题与习题44第2篇低 压 电 器第3章低压电器概述4531低压电器类型4532低压电器市场4533低压电器行业46331行业状况46332产品现状46333发展趋势4734低压电器技术的发展47341标准47342已应用的技术47343待研究的技术51思考题与习题52第4章低压配电电器5341低压配电电器的定义、分类和性能53411定义53412分类53413性能要求5342低压开关类电器55421类型55422用途55423典型产品5543低压熔断器类电器59431原理59432类型60433结构61434主要技术参数61435产品选择62436典型产品6344低压断路器类电器64441概述64442分类64443基本特性与技术参数66444工作原理68445低压断路器设计技术89446典型产品的设计技术9545终端电器100451概况100452特征101453分类101思考题与习题105第5章低压控制电器10751定义与分类10752接触器109521定义109522分类109523结构111524工作原理113525技术现状11553继电器117531概况117532中间继电器118533时间继电器119534热继电器121535电流继电器和电压继电器123536速度继电器12454起动器12555主令电器12556变阻器和电阻器12857电磁铁128571概况128572电磁铁的设计与优化12958低压电器用银基触头材料135思考题与习题136第6章低压电器试验技术13861概述13862一般检查13963动作范围试验144631概述144632动作特性试验144633保护特性试验14664温升试验149641概述149642试验条件149643试验依据151644试验方法152645试验类型153646试验电路154647试验结果的判定15465绝缘介电性能试验154651概述154652绝缘电阻的测量155653冲击耐受电压试验156654工频耐受电压试验15966额定接通与分断能力试验160661概述160662接触器的额定接通与分断能力试验160663低压断路器的额定接通与分断能力试验16167短路接通与分断能力试验16268短时耐受电流能力试验16369寿命试验164691机械寿命试验164692电寿命试验164思考题与习题168第3篇高 压 电 器第7章高压电器概述16971高压电器的定义16972高压电器的作用和特点17073电力系统对高压电器的要求及高压电器的工作条件170731电力系统的两类工作状态170732电力系统对高压电器的要求170733高压电器的工作条件17174高压电器的工作环境17175高压电器的分类17276高压电器的基本技术参数177761电压178762电流179763开断时间180764额定绝缘水平18177高压电器设备的发展182思考题与习题183第8章电力系统短路故障的关合与开断18481综述18482短路故障的关合18483单相短路故障的开断18684三相短路故障的开断188841三相不接地短路故障的开断188842三相接地短路故障的开断18985电力系统的瞬态恢复电压特性190851双频电路190852电力系统的瞬态恢复电压19186近区故障的开断19387失步故障的开断195871单相反相故障的开断195872三相反相故障开断时首开相的工频恢复电压19688电容负荷的关合与开断19689大电感负荷的开断200思考题与习题201第9章高压断路器及其操动机构20291高压断路器的定义和组成203911高压断路器的定义203912高压断路器的组成20392电力系统对高压断路器的基本要求20393高压断路器的种类、结构与主要技术参数206931高压断路器的分类206932高压断路器的主要技术参数209933高压断路器参数的选择21194高压电器产品型号的编制211941产品型号的内容211942产品型号的命名原则212943产品型号的组成21295高压断路器的操动机构214951定义和工作原理214952基本要求214953分类方式215954分闸方式216955技术要求21796高压断路器中的其他装置21797高压断路器的发展方向217思考题与习题218第10章六氟化硫高压断路器和全封闭组合电器220101概况2201011六氟化硫气体2201012SF6高压断路器2211013六氟化硫全封闭组合电器223102SF6高压断路器的种类及其工作原理2231021按结构形式不同的分类2231022按断口数量不同的分类2261023按使用场所不同的分类2261024按灭弧室壳体绝缘方式不同的分类2261025按灭弧原理不同的分类227103SF6高压断路器的操动机构2341031功能要求2351032原理和应用2351033优缺点比较2381034发展趋势239104六氟化硫全封闭组合电器(GIS)2411041概况2411042GIS的组成元件2431043GIS的三相共筒化、复合化和小型化2471044GIS的二次系统现代化和智能化247思考题与习题248第11章高压真空开关电器249111真空电弧的特性2491111真空间隙的击穿2491112真空电弧的两种形态与熄灭原理2501113真空电弧的伏安（ui）特性曲线2511114截断电流和过电压的限制252112真空灭弧室2541121概况2541122结构255113高压真空断路器2641131概 述2641132现状2651133应用2661134构成2671135特点2671136型号2681137设计2681138高压真空断路器的技术进步2701139高压真空断路器标准27111310影响高压真空断路器技术参数的因素27111311高压真空断路器的分类27411312高压真空断路器的常见产品及问题28711313高压真空断路器的操动机构28911314操作过电压298114高压真空接触器299思考题与习题301第12章其他高压电器302121高压隔离开关3021211定义、用途与分类3021212结构型式3031213产品技术304122中压级自动转换开关306123高压接地开关307124高压负荷开关3081241定义3081242技术参数3081243种类及其性能3091244应用315125高压熔断器3151251定义3151252特性3151253结构316126高压避雷器3181261用途3181262间隙放电特性3181263管式避雷器3191264阀型避雷器3201265磁吹阀式避雷器3201266金属氧化物避雷器（压敏电阻）320127重合器与分段器322思考题与习题322第13章高压开关设备试验323131概况323132高压开关设备试验的类型323133高压开关设备试验的方法326134绝缘试验3281341工频耐压试验3281342冲击电压试验3291343局部放电试验3301344人工污秽试验3301345泄漏电流试验3301346无线电干扰试验(RIV)330135大容量试验3311351概述3311352开断和关合能力试验3311353出线端进行短路开断和关合试验3321354近区故障的开断和关合试验3391355电容电流的开断和关合能力试验339136短时和峰值耐受电流试验340137温升和机械性能试验3411371温升试验3411372回路电阻试验3441373机械性能试验344138电磁兼容（EMC）试验345思考题与习题345附录346参考文献349

前言*为贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010—2020年)》和《国家中长期人才发展规划纲要(2010—2020年)》，于2010年开始实施“卓越工程师教育培养计划”(简称“卓越计划”)。作为首批实施高校之一，湖南工程学院为推进“卓越计划”，对相关专业的专业课程进行了整合，本书即是在对电气工程及其自动化专业开设的“低压电器”和“高压电器”两门课程内容进行整合的基础上编写而成的。 本书所述的“高低压电器”之“电器”，是指用于电力系统，对电能的产生、输送和应用起控制、保护、检测、变换与切换及调节作用的电气器具。按照额定电压的大小不同，分为低压电器和高压电器。本书采用的国家标准。 本书结合行业企业产品生产发展状况，在介绍高低压电器基本原理的基础上，以大量案例，较全面地反映了当今国内外高低压电器的产品与技术发展情况。 本书首次将“低压电器”和“高压电器”作为一个整体进行介绍，它既可用于高等院校电气类学生就高低压电器进行集中课程或单独课程的学习，也可以为相关行业企业工程技术人员进行产品设计和系统集成提供有益帮助。 全书共分三篇。其中，第1篇为电力系统及其对高低压电器的基本要求，包括第1章电力系统及其短路故障的计算和第2章电力系统中的高低压电器及其设计技术综述；第2篇为低压电器，包括第3章低压电器概述、第4章低压配电电器、第5章低压控制电器和第6章低压电器试验技术；第3篇为高压电器，包括第7章高压电器概述、第8章电力系统短路故障的关合与开断、第9章高压断路器及其操动机构、第10章六氟化硫高压断路器和全封闭组合电器、第11章高压真空开关电器、第12章其他高压电器和第13章高压开关设备试验。 本书由湖南工程学院李靖教授（博士）编著。编写过程中，得到了西安交通大学、清华大学、上海电器科学研究所（集团）有限公司、西安高压电器研究院有限责任公司、桂林电器科学研究所、正泰电器、德力西电气、良信电器、西开电气、平高电气、上海诺雅克电气有限公司、厦门ABB开关有限公司、深圳市泰永电气科技有限公司、沈阳二一三电器有限公司和湖南工程学院等单位许多同志的帮助，他们为本书提供了大量宝贵的专业资料。作为主审，贺湘琰老师对全书进行了审阅，提出了不少宝贵意见，在此一并表示感谢。 由于编者水平有限，书中不妥之处在所难免，恳请读者批评指正。 编者