●前言
第1章真空開關概論1
1.1真空開關的基本結構與工作原理1
1.2真空開關的分類4
1.3真空開關的發展歷史與現狀7
1.4下一代真空開關展望9
參考文獻17
第2章真空開關的工作任務18
2.1電力繫統的短路及斷路器關合短路18
2.2真空開關開斷短路電流的物理過程19
2.2.1真空開關短路開斷零區的介質恢復與電壓恢復19
2.2.2暫態恢復電壓的表征20
2.3不同負荷常規電流的合分24
2.3.1空載長線的合分24
2.3.2電容器組的投切25
2.3.3開斷小電感電流27
2.4電力繫統的常規應力與頻繁操作28
2.4.1絕緣要求與環境28
2.4.2受力29
2.4.3頻繁操作與壽命29
2.5真空開關的型式試驗30
2.5.1絕緣試驗30
2.5.2機械性能試驗30
2.5.3短路試驗31
2.5.4操動機構與輔助回路32
2.5.5控制繫統的電磁兼容試驗33
參考文獻35
第3章真空滅弧室技術36
3.1真空滅弧室的歷史、現狀與發展36
3.2真空滅弧室的結構與原理37
3.2.1真空滅弧室的結構37
3.2.2真空滅弧室的工作原理39
3.3電弧控制技術42
3.3.1真空電弧的形態42
3.3.2橫向磁場觸頭結構及熄弧原理43
3.3.3縱向磁場觸頭結構及熄弧原理43
3.4焊接與封接技術45
3.4.1對封接金屬的要求45
3.4.2封接結構46
3.5觸頭材料與動密封47
3.5.1觸頭材料47
3.5.2動密封48
3.6老煉與真空測試49
3.6.1真空滅弧室的老煉49
3.6.2真空測試50
參考文獻51
第4章真空開關開斷過程的物理描述與仿真52
4.1真空電弧的基本特性52
4.1.1真空電弧的伏安特性52
4.1.2陰極斑點53
4.1.3真空電弧的形態58
4.2真空電弧零區現像60
4.2.1低氣壓等離子體鞘層發展60
4.2.2弧後金屬蒸氣密度衰減規律61
4.2.3真空電弧的弧後電流63
4.2.4真空開關的截流現像64
4.3真空電弧的磁場調控67
4.3.1觸頭結構及其磁場分布67
4.3.2TMF-AMF組合磁場觸頭圖像分析68
參考文獻69
第5章高壓真空絕緣70
5.1真空間隙的靜態絕緣70
5.1.1真空間隙的靜態絕緣強度70
5.1.2影響真空絕緣的設計與工藝因素73
5.1.3擊穿弱點與電極材料74
5.1.4基於電場數值分析的126kV雙斷口真空斷路器滅弧室內絕緣設計75
5.2真空滅弧室弧後動態絕緣78
5.2.1暫態恢復電壓79
5.2.2真空介質強度恢復與TRV79
5.2.3多斷口串聯高壓真空開關的動態絕緣80
5.3真空中的固體介質81
5.3.1真空中固體介質表面閃絡機理及其影響因素81
5.3.2真空開關外絕緣分析82
參考文獻83
第6章真空開關的操動機構及其控制84
6.1真空開關的運動特性與操動機構參數84
6.1.1真空開關對操動機構運動特性及機械參數的需求84
6.1.2操動機構的工作參數87
6.1.3運動特性與開斷能力88
6.2彈簧操動機構90
6.2.1彈簧機構的構成90
6.2.2彈簧機構的工作原理91
6.3永磁機構與磁力機構92
6.3.1永磁操動機構的結構原理93
6.3.2磁力操動機構的結構原理93
6.3.3永磁與磁力機構的電磁場分析94
6.3.4永磁機構分析與設計97
6.3.5影響永磁與磁力機構出力特性的因素101
6.4斥力機構102
6.4.1快速斥力機構的工作原理102
6.4.2斥力機構特性分析103
6.4.3影響斥力機構運動特性的因素104
6.4.4三種電磁機構的比較105
6.5電磁類操動機構的調控105
6.5.1基本控制105
6.5.2調速控制107
參考文獻111
第7章直流真空開關112
7.1機械式直流真空斷路器113
7.1.1基本原理113
7.1.2拓撲電路分析115
7.1.3高壓直流真空開關的典型結構116
7.1.4高壓直流真空開關的參數試驗117
7.2真空開關的中頻開斷119
7.2.1中頻換流參數119
7.2.2臨界開斷參數120
7.2.3繫統剩餘能量的消納122
7.3直流真空開關模塊的串聯122
7.3.1模塊結構設計案例123
7.3.2多斷口直流真空斷路器的同步控制124
7.3.3同步控制繫統及冗餘設計125
7.4混合式直流斷路器中的快速真空隔離開關127
7.4.1混合式直流斷路器拓撲127
7.4.2快速開關的工作條件129
7.4.3快速真空開關的運動參數130
7.5中低壓直流真空開關135
7.5.1直流配電斷路器135
7.5.2軌道牽引與艦船直流真空開關139
7.5.3雙電源快速切換開關140
參考文獻144
第8章真空開關的智能化145
8.1智能真空開關的信號檢測繫統145
8.1.1現場參量及植入傳感器146
8.1.2電量傳感器146
8.1.3非電量傳感器149
8.1.4開關量檢測方法152
8.2相控真空開關154
8.2.1相控開關的基本結構155
8.2.2短路故障的相控開斷156
8.2.3相控真空開關的應用實例158
8.3多斷口真空開關的同步補償160
8.3.1多斷口真空斷路器的基本操作控制160
8.3.2多斷口真空斷路器的主動異步開斷162
8.3.3實施案例166
8.4真空開關的電磁兼容與可靠性167
8.4.1電磁干擾源168
8.4.2電磁干擾的抑制168
8.4.3電磁兼容試驗170
8.4.4智能真空開關的可靠性評價171
參考文獻176

隨著現代電力繫統的飛速發展，真空開關以其優異的特性在電力設備中的占比越來越高。伴隨著工業40時代的到來，真空開關技術本身也在快速發展。本書從真空開關基本原理入手,以電力應用為主要參數背景，從工程技術視角描述真空開關設計、制造與使用中涉及的理論與技術問題，並給出了對下一代真空開關的展望。本書內容共分三部分，第壹部分（第1、2章）是真空開關概論及其工作任務;第二部分（第3~6章）為真空開關主體技術以及相關理論，包括真空滅弧室技術、真空開關開斷過程的物理描述與仿真、高壓真空絕緣以及真空開關的操動機構及其控制;第三部分（第7、8章）為真空開關新應用與發展，包括直流真空開關和真空開關的智能化。本書可作為高等學校電氣工程相關專業本科生或研究生選修課教材、教學參考書，也可作為電力工程領域的科技人員與電器制造行業產品研發人員的參考書。