《高電壓技術》教學大綱

《高電壓技術》教學大綱適用范圍：202X版本科人才培養(yǎng)方案課程代碼：05142061課程性質：專業(yè)必修課學分：3學分學時：48學時（理論40學時，實驗8學時）先修課程：電路、電機學、電力系統(tǒng)分析、發(fā)電廠電氣部分等后續(xù)課程：無適用專業(yè)：電氣工程及其自動化開課單位：電氣工程與自動化學院一、課程說明本課程是電氣工程及其自動化專業(yè)的一門專業(yè)必修課。本課程主要講授高電壓與絕緣技術領域的氣體、固體及液體電介質的放電過程、絕緣特性，以及影響放電的多種因素；高電壓、高場強下的絕緣特點，電氣設備內絕緣與外絕緣的基本特性；多種過電壓的產生原理、產生裝置、測量方法和抗干擾措施；雷電與操作沖擊過電壓發(fā)生的原理、特點、防護措施，以及絕緣配合。以電氣絕緣材料及高電壓技術的最新發(fā)展，使學生了解我國在電氣工程領域的貢獻和優(yōu)勢、與世界相關行業(yè)的差距，增強學生的民族自豪感和時代緊迫感，同時增強學生的法治觀念、社會責任感和創(chuàng)新意識。二、課程目標通過本課程的學習，使學生達到如下目標：課程目標1：使學生理解電介質材料的低壓電氣特性及高壓放電原理，掌握常見電氣設備高電壓相關試驗原理及過程，掌握一般高電壓防護裝置的使用。課程目標2：具備較好的自學能力，能夠通過多種信息手段查閱學習相關知識，能夠對高電壓學科有較全面的認識，掌握常見電氣設備需要做的各種高壓試驗，掌握針對不同種類過電壓的防護以及絕緣配合。課程目標3：能夠理解“雙碳目標”背景下高電壓應用領域所面臨的復雜工程問題及對社會、健康、安全、法律、文化的影響，培養(yǎng)具有扎實理論基礎，較強實踐能力和創(chuàng)新精神、嚴謹工程態(tài)度的電力人，具有終身學習的能力。三、課程目標與畢業(yè)要求《高電壓技術》課程教學目標對電氣工程及其自動化專業(yè)畢業(yè)要求的支撐見表1。表1課程教學目標與畢業(yè)要求關系畢業(yè)要求指標點課程目標支撐強度1.工程知識1.4能夠將電氣工程及其自動化專業(yè)知識用于復雜電氣工程問題解決方案的比較與優(yōu)化。課程目標1：使學生理解電介質材料的低壓電氣特性及高壓放電原理，掌握常見電氣設備高電壓相關試驗原理及過程，掌握一般高電壓防護裝置的使用。H2.問題分析2.1能夠運用數學、自然科學和工程科學的基本原理，識別和判斷復雜電氣工程問題的關鍵環(huán)節(jié)和參數。課程目標1：使學生理解電介質材料的低壓電氣特性及高壓放電原理，掌握常見電氣設備高電壓相關試驗原理及過程，掌握一般高電壓防護裝置的使用。課程目標2：具備較好的自學能力，能夠通過多種信息手段查閱學習相關知識，能夠對高電壓學科有較全面的認識，掌握常見電氣設備需要做的各種高壓試驗，掌握針對不同種類過電壓的防護以及絕緣配合。M4.研究4.1能夠對電氣工程相關的物理現象、系統(tǒng)特性進行研究和實驗驗證。課程目標2：具備較好的自學能力，能夠通過多種信息手段查閱學習相關知識，能夠對高電壓學科有較全面的認識，掌握常見電氣設備需要做的各種高壓試驗，掌握針對不同種類過電壓的防護以及絕緣配合。課程目標3：能夠理解“雙碳目標”背景下高電壓應用領域所面臨的復雜工程問題及對社會、健康、安全、法律、文化的影響，培養(yǎng)具有扎實理論基礎，較強實踐能力和創(chuàng)新精神、嚴謹工程態(tài)度的電力人，具有終身學習的能力。H注：表中“H（高）、M（中）”表示課程與相關畢業(yè)要求的關聯度。四、教學內容、基本要求與學時分配1.理論部分理論部分的教學內容、基本要求與學時分配見表2。表2教學內容、基本要求與學時分配教學內容教學要求，教學重點難點理論學時實驗學時對應的課程目標1.高電壓技術的發(fā)展與應用概況1.1高壓輸電的發(fā)展；1.2高電壓、高場強下的特殊問題；1.3高電壓下的特殊現象及其應用。教學要求：了解高壓輸電的發(fā)展及應用；理解高電壓、高場強下的電氣現象及應用。重點：高電壓、高場強下的電氣現象。難點：高電壓、高場強下的電氣特性應用。12、32.氣體放電過程的分析2.1帶電質點與氣體放電；2.2低氣壓下均勻電場自持放電的湯遜理論和巴申定律；2.3高氣壓下均勻電場自持放電的流注理論；2.4高氣壓下不均勻電場氣體擊穿的發(fā)展過程。教學要求：掌握帶電粒子的產生和消失方式；掌握氣體放電理論和巴申定律；掌握自持放電的概念與條件；掌握氣體放電過程的影響因素。重點：氣體放電的特點，各種電場型式下的氣體放電理論。難點：不均勻電場下的氣體放電擊穿過程。51、2、33.不同電壓形式下空氣的絕緣特性3.1電場分布的分析與電場調整；3.2持續(xù)作用電壓下空氣的絕緣特性；3.3雷電沖擊電壓下空氣的絕緣特性；3.4操作沖擊電壓下空氣的絕緣特性；3.5提高氣體間隙擊穿電壓的措施。教學要求：理解不同電壓作用下的電場分布特點；掌握不同電壓作用下的氣體擊穿特性；理解氣體電氣強度的影響因素及提高措施。重點：不同電壓型式對氣體電氣特性的作用影響及改善措施。難點：沖擊電壓作用下的氣體擊穿。31、2、34.高壓外絕緣及沿面放電4.1大氣條件對空氣間隙放電的影響；4.2高壓外絕緣及高壓絕緣子；4.3絕緣子的沿面放電；4.4絕緣子的雨中放電；4.5絕緣子的污穢放電。教學要求：理解空氣間隙放電的大氣影響條件；理解沿面放電的概念；理解外絕緣與內絕緣的區(qū)別；理解不同條件下的沿面放電擊穿過程；掌握污閃及預防措施。重點：沿面放電理論及過程。難點：典型設備沿面放電過程分析。31、2、35.液體、固體電介質的電氣性能5.1電介質電氣性能的基本概念；5.2液體、固體電介質的極化、電導與損耗；5.3液體電介質的擊穿；5.4固體電介質的擊穿；5.5電介質中的空間電荷；5.6組合絕緣；5.7電介質的其他性能。教學要求：理解介電常數等相關參數；掌握低壓作用下的極化、電導、介質損耗相關概念及特點；掌握高壓作用下的液體、固體介質擊穿理論及過程；理解液體、固體介質擊穿的相關影響因素；理解組合絕緣的概念和原則。重點：低壓、高壓作用下的液體與固體的電氣現象。難點：介質損耗的產生，組合絕艷的配合。61、2、36.絕緣預防性試驗6.1基本概念；6.2絕緣電阻與泄漏電流的測量；6.3電介質損耗角正切的測量；6.4局部放電的測量；6.5絕緣油中溶解氣體的色譜分析；6.6各種預防性試驗方法的特點；6.7絕緣在線監(jiān)測。教學要求：理解介質電氣實驗的目的和要求；掌握各種預防性實驗的方法和分析；掌握各種耐壓實驗的方法和分析；理解絕緣的在線監(jiān)測應用。重點：預防性實驗和耐壓實驗的任務和要求。難點：各種實驗的測試分析。441、2、37.絕緣耐壓試驗7.1交流高電壓試驗；7.2直流高電壓試驗；7.3沖擊高電壓試驗；7.4高電壓的測量技術。教學要求：理解交流高電壓的產生原理；理解直流高電壓的產生原理；理解沖擊高電壓的產生原理；理解沖擊大電流的產生原理；掌握各種高電壓測試方法；理解高壓測試過程中的電磁干擾限制措施。重點：各種實驗高壓、大電流的產生原理及高電壓測試方法。難點：直流高電壓的產生。341、2、38.傳輸線的波過程8.1波阻抗；8.2波的折射、反射與衰減、變形；8.3通過并聯電容與串聯電感的波過程。教學要求：理解行波相關概念；掌握不同環(huán)境中行波傳輸特性（折、反射）；理解實際線路對行波傳輸影響；掌握平行導線、多導線系統(tǒng)中的行波傳輸分析；理解并聯電容、串聯電感的行波傳輸理論分析。重點：線路的行波傳輸特性分析。難點：平行多導線等環(huán)境下的行波傳輸特性。61、2、39.雷電過電壓及其防護9.1雷電參數；9.2防雷保護的基本措施；9.3架空輸電線路的雷電過電壓；9.4發(fā)電廠、變電站的雷電過電壓及其防護。教學要求：理解雷電相關參數；掌握雷電危害方式；理解雷電過電壓的產生；掌握各種防雷措施。重點：避雷針、避雷器的選擇。難點：雷電過電壓的產生原理，不同場合下的防雷設計。61、2、310.操作過電壓與絕緣配合10.1高壓斷路器的分合閘；10.2空載線路合閘過電壓；10.3切除空載線路過電壓；10.4特快速瞬態(tài)過電壓；10.5操作過電壓的限制措施；10.6絕緣配合的基本概念與基本方法。教學要求：理解各種操作過電壓的形成過程；掌握系統(tǒng)內部過電壓的限制措施。重點：系統(tǒng)操作過電壓的類型及產生原理。難點：操作過電壓的產生與限制。31、2、3合計4082.實驗部分實驗部分的教學內容、基本要求與學時分配見表3。表3實驗項目、實驗內容與學時實驗項目實驗內容和要求實驗學時對應的課程目標1.電介質材料性能測量實驗內容：絕緣介質的絕緣電阻、吸收比、泄漏電流、介質損耗因數（tgδ）等的測量。實驗要求：熟悉西林電橋等各種實驗儀器裝置的使用要求。41、2、32.直流耐壓實驗實驗內容：測試電介質材料（氧化鋅避雷器）的直流耐壓特性，檢測其在0.75U1mA作用下的泄漏電流。實驗要求：熟悉直流高壓發(fā)生器使用操作要求。21、2、33.空氣間隙放電實驗實驗內容：測試不同電極結構和不同氣體間隙下的氣體放電特性及實驗高壓的測量。實驗要求：熟悉實驗變壓器使用操作要求。21、2、3合計8五、教學方法及手段本課程以課堂講授為主，結合討論、視頻資源共享、實驗等教學手段完成課程教學任務和相關能力的培養(yǎng)。學生比較全面地理解各種形態(tài)電介質在不同條件下的放電原理和特點，掌握常用實驗裝置及實驗過程的基本理論和方法，熟悉各種過電壓的產生機理，培養(yǎng)學生思考問題、分析問題和解決問題的能力；使學生具有進行電氣設備的絕緣結構設計和絕緣特性測試的初步能力。在實驗教學環(huán)節(jié)中，介紹常用設備和儀器的原理、結構和使用維護方法以及綜合實驗內容的思路和方案設計等。采用教師講授和學生動手操作的方法；在實驗前學生應復習和掌握與本實驗有關的教學內容、認真閱讀實驗指導書；在實驗中要嚴格遵守實驗紀律，按操作規(guī)程使用儀器；實驗結束后，按規(guī)定對儀器進行維護保養(yǎng)；每完成一項實驗，要認真完成一份實驗報告。六、課程資源1.推薦教材：（1）方瑜等.高電壓技術(第一版)[M].北京:中國電力出版社,2021.2.參考書：（1）趙智大.高電壓技術[M].北京:中國電力出版社,2013.（2）沈其工等.高電壓技術[M].北京:中國電力出版社,2012.（3）吳廣寧.高電壓技術[M].北京:機械工業(yè)出版社,2014.（4）嚴璋等.高電壓絕緣技術[M].北京:中國電力出版社,2015.（5）拉溫德拉·阿羅拉等.高電壓與絕緣工程[M].上海:上海交通大學出版社,2017.（6）梁曦東.高電壓工程(第二版)[M].北京:清華大學出版社,2015.3.期刊：（1）電網技術,國家電網公司主辦（2）高電壓技術,國家高電壓計量站,中國電機工程學會主辦（3）中國電機工程學報,中國電機工程學會主辦（4）絕緣材料,桂林電器科學研究所主辦（5）電磁避雷器,西安電瓷研究所主辦（6）IEEETransactionsonSmartGrid,US,IEEE(InstituteofElectricalandElectronicsEngineers),電氣與電子工程師學會主辦4.網絡資源：（1）愛課程網/home/（2）精品課程網/七、課程考核對課程目標的支撐課程成績由過程性考核成績和期末考核成績兩部分構成，具體考核/評價細則及對課程目標的支撐關系見表4。表4課程考核對課程目標的支撐考核環(huán)節(jié)占比考核/評價細則課程目標123過程性考核課堂表現10（1）根據課堂出勤情況和課堂回答問題情況進行考核，滿分100分；（2）以平時考核成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績。√√√532階段測試10（1）根據每次階段測試（不少于3次）答題情況單獨評分，滿分100分；（2）每次測試單獨評分，取各次階段測試成績的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績；（3）以階段測試最終成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績?！獭獭?32實驗10（1）根據每個實驗的實驗操作完成情況和實驗報告質量單獨評分，滿分100分；（2）每次實驗單獨評分，取各次實驗成績的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績；（3）以實驗成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績?！獭獭?32作業(yè)10（1）主要考核學生對各章節(jié)知識點的復習、理解和掌握程度，滿分100分；（2）每次作業(yè)單獨評分，取各次成績的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績；（3）以作業(yè)成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績?！獭獭?32期末考核60（1）卷面成績100分，以卷面成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績；（2）主要考核電介質的放電過程、絕緣特性測試，高電壓、高場強下的絕緣特點，電氣設備內絕緣與外絕緣的基本特性；多種高電壓的產生方法、產生裝置、測量方法和抗干擾措施；雷電與操作沖擊過電壓發(fā)生的原理、特點、防護措施，以及絕緣配合等內容；（3）考試題型為：填空題、選擇題、判斷題、簡答題、計算題和分析題等?！獭獭?52510合計：100分453718八、考核與成績評定1.考核方式及成績評定考核方式：本課程主要以課堂表現、階段測試、實驗、作業(yè)、期末考試等方式對學生進行考核評價?？己嘶疽螅嚎己丝偝煽冇善谀┰嚲沓煽兒瓦^程性考核成績組成。其中：期末試卷成績?yōu)?00分（權重60%），試題類型為填空題、選擇題、判斷題、簡答題、計算題和分析題等類型，試卷中基本知識、基本理論、基本技能的試題分值不超過50%，綜合應用題、分析題不低于50%；課堂表現、階段測試、實驗、作業(yè)等過程性考核成績?yōu)?00分（權重40%）；過程性考核和考試試題分值分配應與教學大綱各章節(jié)的學時基本成比例。2.過程性考核成績的標準過程性考核方式重點考核內容、評價標準、所占比重見表5。表5過程