前言

第1章 绪论

1.1真空断路器发展简介/002

1.2输电等级真空断路器的发展/003

1.2.1国外输电等级真空断路器的发展/004

1.2.2国内输电等级真空断路器的发展/006

1.3发展输电等级单断口真空断路器所面临的技术挑战/007

第2章 长触头间隙真空绝缘特性

2.1概述/014

2.2真空间隙击穿的基本理论/014

2.2.1场致发射击穿/015

2.2.2微粒击穿/016

2.3实验研究的基本装置/017

2.4真空灭弧室长真空间隙的工频绝缘特性/018

2.4.1实验数据/018

2.4.2工频击穿场强分析/019

2.5长真空间隙雷电冲击绝缘特性/023

2.5.1触头有效面积的影响/023

2.5.2触头表面粗糙度和直径的影响/028

2.5.3开关操作的影响/029

2.6长真空间隙击穿模型/030

2.6.1均匀场击穿模型/031

2.6.2非均匀场击穿模型/033

2.7总结分析/037

第3章 大开距真空电弧的阳极燃弧模式及控制

3.1真空电弧的阳极过程/040

3.2阳极模式图的实验观察与研究/045

3.2.1实验概述/045

3.2.2实验结果及分析/047

3.2.3实验获得的阳极模式分布图/050

3.3影响阳极斑点临界电流的主要因素/051

3.3.1触头材料的影响/051

3.3.2触头立体角的影响/052

3.3.3纵向磁场对阳极斑点形成的影响/056

3.4阳极斑点对电流过零后电极表面温度的影响/062

3.4.1实验概述/062

3.4.2电流过零后阳极表面温度/064

3.4.3阳极斑点对电流过零后阳极表面温度衰减的影响/068

3.5阳极燃弧模式的控制/071

3.5.1根据阳极燃弧模式图优化分闸特性的方法/071

3.5.2分闸相位对分闸曲线的影响/073

3.5.3纵向磁场的影响/075

3.5.4126 kV真空断路器分闸特性与开断性能的关系/077

第4章 输电等级真空灭弧室的设计

4.1真空灭弧室基本结构/082

4.2绝缘结构设计/083

4.3触头结构设计/085

4.3.1纵向磁场线圈结构/085

4.3.2纵向磁场杯状结构/087

4.3.3纵向磁场马蹄铁结构/087

4.3.4横向磁场螺旋线结构/087

4.3.5横向磁场杯状结构/088

4.4触头材料的选择/089

4.5发热分析与设计/090

4.6波纹管与套管/091

第5章 真空间隙弧后介质恢复过程理论研究

5.1概述/094

5.1.1残余等离子体/094

5.1.2金属液滴/096

5.1.3金属蒸气/097

5.1.4 触头表面状态/098

5.2真空灭弧室弧后中性金属蒸气密度的理论计算与分析/100

5.2.1阳极表面温度计算/101

5.2.2阳极表面金属蒸气蒸发计算/113

5.3真空灭弧室弧后鞘层仿真计算/116

5.3.1电势分布及粒子分布随时间的变化/117

5.3.2粒子密度对弧后鞘层的影响/119

5.3.3粒子初始热运动情况对弧后鞘层的影响/121

5.3.4瞬态恢复电压上升率对弧后鞘层的影响/123

5.3.5不同开距下的弧后鞘层的发展过程/124

5.3.6电子、离子能量分布的仿真结果/125

5.4真空灭弧室弧后介质恢复过程的实验对比/126

5.4.1小电流时的弧后介质恢复特性/127

5.4.2大电流时弧后介质恢复特性/128

5.4.3计算结果与实验结果的对比/129

5.5真空灭弧室弧后金属蒸气的击穿/129

5.6关于真空灭弧室弧后击穿的讨论/132

5.7PIC-MCC方法介绍/135

5.7.1PIC方法/136

5.7.2MCC方法/139

5.7.3PIC-MCC方法的计算流程/141

第6章 输电等级真空断路器的关合过程及其优化控制

6.1输电等级真空断路器合闸速度的优化/146

6.1.1触头间的动熔焊特性/146

6.1.2减轻输电等级真空断路器动熔焊效应的合闸速度优化理论/147

6.2输电等级真空断路器触头预击穿开距与弹跳的实验测量/149

6.2.1预击穿实验/149

6.2.2空载关合弹跳特性实验/151

6.3126 kV真空断路器合闸速度的优化/155

6.4关于合闸过程优化设计的分析/155

6.4.1预击穿距离的分散性与优化合闸速度/155

6.4.2126 kV真空断路器同步关合的合闸速度/156

6.4.3合闸速度对触头冲击力的影响/158

6.4.4关合电流对预击穿和弹跳燃弧时间的影响/159

第7章 输电等级真空断路器操动机构的设计方法

7.1真空断路器操动机构概述/164

7.2弹簧操动机构的分闸系统设计方法/166

7.2.1弹簧操动机构分闸系统/166

7.2.2油缓冲器的结构与设计方法/167

7.2.3根据特定分闸速度曲线设计缓冲器的方法/168

7.3弹簧操动机构的合闸系统设计方法/172

7.3.1弹簧操动机构合闸系统/172

7.3.2通过合闸特性曲线得到凸轮传动比的方法/174

7.3.3凸轮廓线的计算与设计/177

7.4永磁操动机构的设计方法/180

7.4.1新型分离磁路式永磁操动机构/181

7.4.2永磁操动机构特性计算与设计/185

7.4.3126kV分离磁路式永磁机构的设计/193

7.5永磁操动机构的控制/199

7.5.1双线圈变电流控制方法/199

7.5.2永磁操动机构时间分散性分析/208

第8章 真空灭弧室的纳秒连续脉冲老炼技术

8.1纳秒连续脉冲老炼/216

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真空断路器技术由于其自身独特的优点，是取代SF6断路器技术的重要选项。如何提高单断口灭弧室的电压等级，使得真空开关用于输电等级一直是世界范围内广泛关注的问题。《输电等级单断口真空断路器理论及其技术》内容共分10章，分别介绍了长触头间隙真空绝缘特性、大开距真空电弧的控制和熄灭方法、弧后介质恢复和击穿过程、机构关合过程和分断过程的控制、灭弧室设计、机构设计、纳秒脉冲老炼技术等发展输电等级真空开关所遇到的核心问题，也对进一步发展高电压等级真空断路器提出了自己的见解和预测。

《输电等级单断口真空断路器理论及其技术》可以为真空开断技术研究人员提供参考，也可以作为相关学科研究生的教学参考书籍。

输电的基本过程是创造条件使电磁能量沿着输电线路的方向传输。线路输电能力受到电磁场及电路的各种规律的支配。以大地电位作为参考点(零电位）,线路导线均需处于由电源所施加的高电压下,称为输电电压。

输电线路在综合考虑技术、经济等各项因素后所确定的最大输送功率，称为该线路的输送容量。输送容量大体与输电电压的平方成正比。因此，提高输电电压是实现大容量或远距离输电的主要技术手段，也是输电技术发展水平的主要标志。

在输电过程中，输电电压的高低根据输电容量和输电距离而定，一般原则是：容量越大，距离越远，输电电压就越高。远距离输电等级有3、6、10、35、63、110、220、330、500、750等十个等级。

从发展过程看，输电电压等级大约以两倍的关系增长。当发电量增至4倍左右时,即出现一个新的更高的电压等级。通常将 220千伏及以下的输电电压称为高压输电,330～765千伏等级的输电电压称为超高压输电,1000千伏及以上的输电电压称为特高压输电。表中列出了输电电压与输送容量、输送距离的大致范围。提高输电电压,不仅可以增大输送容量,而且会使输电成本降低、金属材料消耗减少、线路走廊利用率增加。至1987年止,世界上已经使用的交流输电电压达到 765千伏。1150千伏的特高压交流输电已经有工业性试验。已建成的最大的直流输电工程,其输电电压为±750千伏，输送距离2400公里，设计输送容量为600万千瓦。2100433B

中文名称

脆性断口

英文名称

brittle fracture surface

定　　义

脆性断裂引起的断口，宏观上呈结晶状，微观上则包括沿晶断口，解理断口或准解理断口。

应用学科

材料科学技术（一级学科），材料科学技术基础（二级学科），材料科学基础（三级学科），材料的表征与测试（四级学科）

如图1为断口形貌

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