《输配电系统电力开关技术》介绍了从中压到特高压电力系统中的开关技术。
本书系统地讨论了开关的电气特性，详细介绍了负荷电流及故障电流如何被开断、故障电流所产生的影响，对比了各种开关设备尤其是断路器。作者还用开合试验中的测量结果解释了实际开合现象的各种情况。
书中的亮点还包括输配电领域*新的技术发展，如特高压系统、高电压等级真空开关、发电机断路器、分布式发电、直流开断、电缆系统特性、隔离开关开合、特快速暂态现象以及断路器可靠性研究等。
《输配电系统电力开关技术》主要特色：
? 1) 概括了输配电系统中的电流开合技术。
? 2) 介绍了前沿技术发展，如输电等级真空开关、SF6对环境的影响和替代以及断路器测试等方面。
? 3) 提供了应对不可接受的开合暂态现象的实用指导。
? 4) 给出了全球认可的IEC标准在开关设备方面的大量细节，展示了断路器的当前应用案例。
? 5) 展示了大量的来自于满容量试验、知名的培训课程以及实际电网测量结果的图表。
? 6) 致力于为一线工程师提供实际应用指导。
? 7) 面向电气工程师、电网工程师、电力系统应用工程师、顾问、电力系统资产经理、研究生和电力系统方向高年级本科生的书籍。
【内容简介】
《输配电系统电力开关技术》是5位国际开关电器技术领域知名专家毕生经验的总结，是开关电器领域的一本力作。与传统的开关电器著作相比，本书强调了开关与电网之间的相互作用，包括各种开合工况下的暂态分析、选相开合等。书中还专门介绍了开关设备可靠性。相信无论是电力系统领域的工程师，还是电力设备领域的工程师，以及高等院校和科研机构的科研人员和学生，都可以从中受益。
【作者简介】
René Smeets有超过30年的从事10kV到1200kV开关设备开合工作的经验。在过去的19年中他在荷兰的DNV GL（即前KEMA）大容量试验室工作。他是IEEE会士。他还担任“电流零点俱乐部”主席，该俱乐部是一个由电流开断领域专家组成的非正式组织。他拥有博士学位，从2001年起担任艾因霍芬大学兼职教授，从2013年起担任西安交通大学客座教授。他曾任IEEE期刊的客座编辑，在开关和试验方面发表过大量文章。他曾在世界各地讲授开关方面的课程。
Lou van der Sluis从代尔夫特工业大学获得电气工程硕士学位。他于1977年加入KEMA大容量试验室成为一名试验工程师，参与了数据采集系统的开发、试验回路的计算机仿真以及试验数据的数字化分析。从1992年起他成为代尔夫特工业大学电力系统系的全职教授。他是IEEE高级会员。
Mirsad Kapetanovi?于1993年和1997年在波黑共和国萨拉热窝大学分别获得硕士学位和博士学位。1982年他担任萨拉热窝的动力投资电力研究所高压断路器设计部负责人。1997年起他担任萨拉热窝大学电气工程学院兼职教授。现在他是该校全职教授，并兼任埃内古博斯公司研发经理。他是IEEE会员。
David F.Peelo于1965年以优异成绩毕业于都柏林大学电气工程专业。随后在瑞典卢德维卡市ASEA公司的高压实验室工作。1973年他加入加拿大温哥华市卑诗水电局，成长为一名开关专家，并于2001年退休。随后作为一名独立顾问开始了新的职业生涯，并开始攻读博士学位。他于2004年获得博士学位，研究内容为高压空气隔离开关的开合现象。
Anton Janssen在电力传输与电/气配送工业领域从事管理工作已有35年，包括在KEMA大容量实验室的管理岗位。他尤其感兴趣的领域包括电力暂态、保护与系统稳定性、资产与寿命管理、优化各种能源的组合、电力公司与政府的合作、优化网络和变电站拓扑、协调各种不稳定的可持续能源，以及指导博士生等。
【媒体评论】
对于中压和高压断路器、负荷开关或熔断器的设计工程师和测试工程师，以及高压试验室经理而言，他们将发现《输配电系统电力开关技术》是一本非常有用且便于参考的图书。
——IEEE电气工程杂志
【目录】
译者序
原书前言
第1章 电力系统中的开合操作1
1.1简介1
1.2本书的结构2
1.3电力系统分析5
1.4开合操作的目的7
1.4.1绝缘隔离与接地7
1.4.2母线转换7
1.4.3负载投切7
1.4.4分断故障电流8
1.5开关电弧9
1.6暂态恢复电压（TRV）12
1.6.1暂态恢复电压的描述12
1.6.2暂态恢复电压的负载侧和电源侧分量14
1.7开关设备17
1.8断路器的分类19
参考文献23
第2章 电力系统中的故障24
2.1简介24
2.2非对称电流25
2.2.1基本概念25
2.2.2直流时间常数27
2.2.3三相系统中的非对称电流29
2.3短路电流对系统和元器件的影响31
2.4故障统计数据37
2.4.1短路的发生及特点37
2.4.2短路电流的幅值38
参考文献40
第3章 故障电流的开断与关合42
3.1简介42
3.2故障电流开断42
3.3出线端故障43
3.3.1简介43
3.3.2三相电流的开断44
3.4变压器限制的故障50
3.4.1用于计算暂态恢复电压的变压器建模51
3.4.2外部电容53
3.5电抗器限制的故障53
3.6架空线故障56
3.6.1近区故障56
3.6.2长线故障71
3.7失步开合72
3.7.1简介72
3.7.2发电机和系统间的开合过程73
3.7.3两个系统间的开合过程75
3.8故障电流的关合75
3.8.1关合短路电流对断路器的影响75
3.8.2三相系统关合时的操作电压暂态77
参考文献83
第4章 负载开合85
4.1开合正常负载85
4.2开合容性负载86
4.2.1简介86
4.2.2开合单相容性负载87
4.2.3开合三相容性负载92
4.2.4延迟击穿现象93
4.2.5开合架空线101
4.2.6关合电容器组104
4.3开合感性负载110
4.3.1电流截流110
4.3.2电流截流的影响111
4.3.3感性负载开合的工况112
参考文献122
第5章 开合过程暂态计算125
5.1解析法计算125
5.1.1简介125
5.1.2 LR电路的关合125
5.1.3 RLC电路的开断129
5.2暂态过程的数值仿真133
5.2.1历史回顾133
5.2.2电磁暂态分析程序134
5.2.3电磁暂态仿真程序概述137
5.3暂态计算时网络元器件的表示方法138
参考文献140
第6章 气体介质中的电流开断141
6.1简介141
6.2空气作为开断介质143
6.2.1概述143
6.2.2通过拉长电弧开断故障电流144
6.2.3灭弧栅片147
6.2.4敞开空气中的电弧149
6.2.5采用压缩空气开断电流150
6.3油作为开断介质151
6.3.1简介151
6.3.2多油断路器中的电流开断152
6.3.3少油断路器中的电流开断154
6.4六氟化硫（SF6）作为开断介质155
6.4.1简介155
6.4.2物理特性156
6.4.3 SF6的分解产物159
6.4.4 SF6对环境的影响162
6.4.5 SF6替代167
6.5 SF6-N2混合气体168
参考文献169
第7章 气体断路器172
7.1油断路器172
7.2空气断路器174
7.3 SF6断路器176
7.3.1简介176
7.3.2双压式SF6断路器178
7.3.3压气式SF6断路器179
7.3.4自能式SF6断路器183
7.3.5双动原理187
7.3.6倍速原理188
7.3.7旋弧式SF6断路器189
参考文献189
第8章 真空中的电流开断190
8.1简介190
8.2作为开断环境的真空191
8.3真空电弧194
8.3.1简介194
8.3.2阴极鞘层和阳极鞘层195
8.3.3扩散型真空电弧196
8.3.4集聚型真空电弧199
8.3.5磁场控制的真空电弧200
参考文献205
第9章 真空断路器206
9.1真空灭弧室的基本特性206
9.2真空开关的触头材料209
9.2.1纯金属209
9.2.2合金210
9.3真空开关的可靠性211
9.4电寿命211
9.5机械寿命212
9.6开断能力213
9.7绝缘耐受能力213
9.8电流传导214
9.9真空度214
9.10高电压等级真空开关215
9.10.1简介215
9.10.2高电压等级真空断路器的发展216
9.10.3高电压等级真空断路器的实际应用217
9.10.4 X射线辐射218
9.10.5高压真空断路器与高压SF6断路器的比较218
参考文献219
第10章特殊开合工况222
10.1发电机电流分断222
10.1.1简介222
10.1.2发电机断路器225
10.2输电系统中的电流延迟过零227
10.3隔离开关开合228
10.3.1简介228
10.3.2空载电流开合229
10.3.3母线转换用开合237
10.4接地239
10.4.1接地开关239
10.4.2高速接地开关239
10.5与串联电容器组有关的开合241
10.5.1串联电容器组的保护241
10.5.2旁路开关242
10.6开合操作导致的铁磁谐振244
10.7并联电容器组附近的故障电流开断245
10.8特高压系统中的开合247
10.8.1绝缘水平248
10.8.2特高压系统中与开合相关的特性248
10.9高压交流电缆系统的特性250
10.9.1背景250
10.9.2当前现状250
10.10直流系统中的开合253
10.10.1简介253
10.10.2低压与中压直流开断253
10.10.3高压直流开断255
10.11分布式发电系统中的开合暂态过程257
10.11.1总体考虑257
10.11.2失步情况258
10.12非机械式装置的开合259
10.12.1故障电流限制259
10.12.2熔断器259
10.12.3 Is限流器261
参考文献262
第11章 操作过电压及其限制措施267
11.1过电压267
11.2操作过电压269
11.3操作过电压的限制270
11.3.1限制措施270
11.3.2采用合闸电阻限制270
11.3.3采用避雷器限制272
11.3.4采用快速投入并联电抗器限制276
11.4采用选相开合限制操作过电压276
11.4.1选相开合的原理276
11.4.2选相分闸277
11.4.3选相合闸278
11.4.4极间错相位关合技术279
11.4.5选相开合技术的应用279
11.4.6各种操作过电压限制措施的比较288
11.4.7金属氧化物避雷器对断路器瞬态恢复电压的影响290
11.4.8对断路器的功能要求292
11.4.9可靠性方面294
11.5实际应用中的操作过电压数据295
11.5.1架空线295
11.5.2并联电容器组和并联电抗器296
参考文献298
第12章 开关设备可靠性研究300
12.1国际大电网会议（CIGRE）关于开关设备可靠性的研究300
12.1.1可靠性300
12.1.2全球范围的调查301
12.1.3设备样本与故障统计302
12.2电寿命与机械寿命307
12.2.1燃弧引起的劣化307
12.2.2电寿命验证方法308
12.2.3机械寿命310
12.3 CIGRE关于断路器寿命管理方面的研究310
12.3.1维护311
12.3.2监测与诊断311
12.3.3对于负载频繁投切断路器的寿命管理313
12.4变电站和系统可靠性研究313
参考文献314
第13章标准、规范与试运行316
13.1故障电流开断试验标准316
13.1.1 IEC关于瞬态恢复电压描述的背景和历史317
13.1.2 IEC对瞬态恢复电压的描述319
13.1.3 IEC规定的试验方式320
13.1.4 IEC 规定的瞬态恢复电压参数的选择和应用323
13.2容性电流开合试验的IEC标准326
13.3感性负载开合试验的IEC标准328
13.3.1并联电抗器的开合328
13.3.2中压电动机的开合331
13.4规范和试运行331
13.4.1通用规范331
13.4.2断路器规范332
13.4.3要求标书提供的信息333
13.4.4应随标书提供的信息333
13.4.5断路器的选择333
13.4.6断路器的试运行333
参考文献334
第14章试验335
14.1简介335
14.2大容量试验336
14.2.1简介336
14.2.2直接试验339
14.2.3合成试验342
参考文献356
附录缩略语表357
【前言】
原书前言
当时间进入到19世纪，电气工程领域开始了一场革命。在一个相当短的时期内，发明了变压器，设计了发电机和电动机，出现了从直流输电到交流输电的跨越。在20世纪前叶，输电电压不断增长，输电损耗也随之降低。为了提高运行效率，电力系统开始互连，备用电源或旋转电源得以共享，从而成本支出得以降低。
电力开关的主要任务是将电力系统的故障部分隔离，使正常的部分继续工作。当今的电力系统是人类所设计、建造并运行的*复杂的系统之一。尽管电力开关技术复杂而且需要具备高稳健性，但是它可使用户以相当简单而且可靠的方式接通或断开负载。电力开关技术还可以保护系统免受故障的影响。然而，其代价是导致系统每个状态的变化都会产生暂态，它不仅影响系统的运行状况，而且会影响到系统中的每一个元器件。
在早期的电力系统中，自从开始使用电力开关技术，其标准化就开始了，包括其参数等级、测试技术和高压断路器制造方面等。在美国，这方面的工作率先由一些工程学会和制造商学会展开，如成立于1884年的美国电气工程师学会（AIEE），1963年它与美国无线电工程师学会（IRE）合并成为美国电气电子工程师学会(IEEE)。
在欧洲，国际电工委员会(IEC)成立于1906年，国际大电网会议(CIGRE)成立于1921年。1927年国际大电网会议决定将研究委员会作为其组织框架，由研究委员会负责工作组和专责组的运作。工作组和专责组的职责是收集现场数据和进行系统调查，其研究报告为制定和修改IEC标准提供依据。
在过去的若干年间，在输配电系统电力开关技术方面出过很多书和出版物。这方面大量的知识来自于CIGRE和IEEE工作组的工作，包括相关标准、技术手册、研究报告和学术论文等。
对于想熟悉电力开关技术及其对系统影响的电力系统工程师而言，相关的文献不仅不易获取，而且有时这些文献也难以理解。《输配电系统电力开关技术》将架起一座桥梁将电力系统工程师的日常实践与相关文献连接起来。
《输配电系统电力开关技术》作者在CIGRE、IEC和IEEE的相关工作组拥有长期的工作经验，在电力开关设备的制造方面、电力开关对系统的影响方面和电力开关的大容量试验方面都很熟悉。相关章节总结了作者们在CIGRE技术手册、发表的学术论文及制定相关标准方面的贡献。
《输配电系统电力开关技术》参考了相关标准，并且像一条线一样用标准将本书穿了起来。这种做法一方面是因为相关标准对实际中所遇到的几乎各种开合操作问题都进行了指导，另一方面，这种做法还为引导读者正确理解标准及标准提出的背景提供帮助。
如果没有断路器及开关介质方面的重要章节，《输配电系统电力开关技术》将是不完整的。这方面的内容主要取材于Mirsad Kapetanovi?教授所著的《高压断路器——理论、设计与试验方法》一书，该书受KEMA实验室委托由萨拉热窝ETF-电气工程学院于2011年发行。
作者感谢Zdenek Matyas硕士，他花了很多时间使本书的文字、图表、公式等与IEC标准相一致，并使术语保持一致。
感谢Viktor Kertész教授检查了本书中所有的数学部分，还要感谢Romain Thomas硕士关于暂态的数值仿真方面的贡献。
我们将《输配电系统电力开关技术》献给Geert Christaan Damstra教授(1930—2012)，无论他在开关制造厂Hazemeyer、KEMA实验室还是在埃因霍芬工业大学期间，他的一生对电力开关制造技术、测量技术及实验技术方面的发展做出了杰出的贡献。他的整个一生都活跃在高电压技术领域并做出了真正有价值的创新工作，直到生命的*后一刻，他为许多人树立了楷模。
René Smeets
于荷兰阿纳姆市
