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《高电压技术》课程教学大纲

学分：3 总学时：54
理论学时：54 面向专业：电气工程及自动化
大纲执笔人：赵法起 大纲审定人：李有安
课程编号：
一、说明
1.课程的性质、地位和任务
《高电压技术》是电气类专业的一门专业选修课，是一门理论性和实践性都很强的课程。本课程的任务是使学生了解和掌握电气设备在高电压作用下绝缘电气性能的基本知识和高电压试验的基本技术；了解和掌握过电压的基本理论和过电压的保护方法，为今后从事高电压工程领域的研究和技术工作打下必要的专业基础。
2.课程教学的基本要求
先修课程：《电路》、《模拟电子电路》、《电机学》、《电磁场》、《电气设备》、《电力系统分析》等。
本课程在教学过程中应注意联系生产实践中具体设备讲解概念和基本理论，培养学生的自学能力、分析和解决问题能力及实践能力。
教学方法上以传统讲授与多媒体教学手段相结合，以“少而精”为原则，重点介绍高电压技术中的基本物理过程、现象和试验方法，不过多地介绍烦琐的公式推导和试验步骤。开展电子课件的研制，演示放电过程、波过程、内过电压和外过电压的形成过程。适当介绍利用计算机进行过电压计算的方法。
本课程的教学环节包括：课堂讲授、习题课、课外作业等。通过本课程各个教学环节的学习，重点培养学生工程应用能力的提高。
3.课程教学改革
总体设想：为解决授课学时少授课内容多的矛盾，在有限的教学时间里较好的完成授课任务，必须做到重点突出、精讲多练，尽量使用现代教学手段如多媒体教学等，在增加信息量的前提下也能保证教学质量。采用启发式教学，培养学生的自学能力。课堂上增加讨论，调动学生的学习兴趣，以及学习的主观能动性。
二、教学大纲内容
第一章 气体放电的基本物理过程（讲课6学时）
§1-1 带电粒子的产生和消失
气体中带电粒子的产生及其迁移率和扩散，正离子和负离子的产生和消失。
§1-2 电子崩
电子崩产生的原因及其运动规律
§1-3 自持放电条件
推倒自持放电的条件：γ（e(ad)-1）=1,及放电特性
§1-4 气体放电的流注理论
空间电荷，空间光电离对气体放电的影响，解释高电压下的放电现象。
§1-5 不均匀电场中的放电过程
稍不均匀电场和极不均匀电场放电特性，电晕放电现象
§1-6 放电时间和冲击电压下的气隙击穿
总的放电时间的求解T1+Ts+Tf, 冲击电压波形标准化和击穿特性
§1-7 沿面放电和污闪事故
沿面放电和污闪事故的特性与特点及防范措施，固体介质和绝缘子为例
学习要求：了解气体放电的一般现象和概念；理解持续电压作用下均匀电场气体放电理论、不均匀电场中的气体放电特性；理解冲击电压下的气体放电特性；了解大气条件对气隙击穿电压的影响，掌握提高气隙击穿电压的具体措施；理解沿面放电的概念，掌握提高干闪、湿闪、污闪放电电压的方法。
重点难点：解释高电压下的气体放电现象，电晕放电现象。
思考题：如何有效的防止沿面放电和污闪事故发生？
第二章 气体介质的电气强度（讲课4学时）
§2-1 均匀和不均匀电场气隙的击穿特征
击穿放电外特性与形成的电场大小及形状计算范围
§2-2 极不均匀电场气隙的击穿特征
直流电，工频交流，雷击电压，操作电压形成的击穿特征
§2-3 大气条件对气隙的击穿特性的影响及其校正
对空气密度，对湿度，对海拔的三方校正
§2-4 提高气体介质电气强度的方法
改变电极的形状，利用空间电荷，采用屏蔽，采用高气压，采用高电气强度气体，采用真高空提高气体介质电气强度的方法
§2-5 六氟化硫和气体绝缘电气设备
六氟化硫的绝缘特性及其混合气体，气体绝缘设备特性
重点难点：直流电，工频交流，雷击电压，操作电压形成的击穿特点
思考题：六氟化硫的绝缘特性及其混合气体可应用与那些场合？
第三章 液体和固体介质的电气特征（讲课6学时）
§3-1 液体和固体介质的极化，电导和耗损
电子式极化，离子式极化，偶极子极化，电导计算，损耗计算，夹层极化
§3-2 液体介质的击穿
纯净液体介质几穿理论，工程变压器油击穿理论及防范措施
§3-3 固体介质的击穿
电击穿理论，热击穿理论，电化学击穿理论及影响因素温度，均匀度，时间
§3-4 组合绝缘的电气强度
油屏蔽式绝缘，油纸绝缘，组合绝缘中的电场
学习要求：
重点难点： 电击穿理论，热击穿理论，电化学击穿理论
思考题：工程变压器油击穿理论及防范措施措施有那些？
第四章 电气设备绝缘预防性试验（讲课6学时）
§4-1 绝缘的老化
热老化，电老化，其他老化方式
§4-2 绝缘电阻，吸收化和泄漏电流的测量
双层电介质的吸收现象，绝缘电阻的测量，漏电流测量，吸收比测量
§4-3 介质损耗角正切的测量
西林电桥测量，测量中的影响因素，电场，湿度，温度，电容
§4-4 局部放电的测量
非电检测，光检测，噪声检测，化学分析，脉冲电流法测量
§4-5 电压分布的测量
学习要求：理解电介质的极化、电导和损耗的概念；了解液体和固体介质的击击穿理论，掌握提高液体和固体介质击穿电压的措施；了解局部放电的概念和改善措施；理解多层绝缘的电压分布和电场分布；了解电介质在高电压作用下的累积效应和其他性能。
重点难点：电介质的极化、电导和损耗的概念，提高液体和固体介质击穿电压的措施。
思考题：在进行这些实验时应注意哪些问题？
第五章 绝缘的高压试验（讲课8学时）
§5-1 工频高电压试验
高电压实验变压器，变压器串级装置，基本接线
§5-2 直流高电压试验
直流高电压产生高压整流，倍压整流，串级直流，及实验范围
§5-3 冲击高电压试验
冲击高电压发生器，充电放电过程，操作冲击高电压发生，实验方法
§5-4 高电压测量技术
高压静电电压表，峰值电压表，球系测压器，高压分压气
学习要求：理解电气设备绝缘电阻和吸收比或极化指数测量、泄漏电流测量、介质损耗角正切值tgd测量、局部放电测量、绝缘油试验等非破坏性试验的原理和方法；了解破坏性试验的试验设备，掌握交流和直流高电压的测量方法。
重点难点：电气设备绝缘电阻和吸收比或极化指数测量、泄漏电流测量、介质损耗角正切值tgd测量、局部放电测量、绝缘油试验等非破坏性试验的原理和方法；交流和直流高电压的测量方法。
思考题：绝缘的高压试验对于那些设备要进行测试？
第六章 输电线路和绕组中的波过程（讲课6学时）
§6-1 波沿均匀无损单导线的传播
线路方程及解，波速和波阻抗，单导线波过程
§6-2 行波的折射和反射
折射系数和反射系数，特殊情况的波过程，集中参数等值电路
§6-3 行波的多次折和反射
折射和反射计算及过程分析
§6-4 波在多导线系统中的传播
分析波过程方程组
学习要求：理解单根无损导线中行波波动方程及其解的物理意义、行波的折射与反射；理解行波通过串联电感和并联电容时电压波时间和空间陡度的变化；了解变压器绕组中的波过程。
重点难点：行波的折射和反射，波沿均匀无损单导线的传播
思考题：线路方程及解的确定方法？
第七章 雷电放电及防雷保护 （讲课8学时）
§7-1 雷电放电和雷电过电压
雷云形成，雷电放电，雷电参数雷电过电压形成
§7-2 防雷保护装置
避雷针，避雷线，避雷范围，保护间隙和各式避雷器
§7-3 架空输电线路防雷保护
输电线路耐雷性能指标，线路雷害事故过程几防范措施，耐雷性能计算
§7-4 变电所的防雷保护
直击雷防护，阀式避雷器保护作用，进线段保护，防雷接线
§7-5 旋转电机的防雷保护
旋转电机的防雷保护特点，措施，接线
学习要求：了解雷电放电过程和雷电参数；理解避雷针（线）和避雷器的工作原理；理解输电线路感应雷过电压和雷击杆塔塔顶时导线的过电压及耐雷水平，掌握提高线路耐雷水平的措施和输电线路防雷的基本原则和具体措施；掌握变电所及进线保护段的防雷措施、变压器与旋转电机防雷措施。
重点难点：避雷针（线）和避雷器的工作原理；提高线路耐雷水平的措施和输电线路防雷的基本原则和具体措施；变电所及进线保护段的防雷措施、变压器与旋转电机防雷措施。
思考题：避雷针，避雷线，避雷范围，保护间隙和各式避雷器的应用场合？防雷保护措施，接线？
第八章 内部过电压（讲课8学时）
§8-1 切断空载线路过电压
采用分布参数分析过程，避免过电压的方法，采用不重燃断路器
§8-2 空载线路过合闸电压
空载线路过合闸过电压的形成，影响因素和限制措施
§8-3 切除空载变压器过电压
采用等值电路分析形成过程，影响因素和限制措施
§8-4 断续电弧接地过电压
分析形成过程，影响因素和限制措施，中性点接地，接消弧线圈
§8-5 工频电压升高
空载长线的电容影响，不对称短路，甩负荷造成的过电压
§8-6 谐振过电压
线性谐振，参数谐振， 铁磁谐振形成的过电压
学习要求：了解内过电压的分类；理解工频电压升高产生的原因；理解切/合空载线路（电容）过电压、切空载变压器过电压、间歇电弧接地过电压产生的原因限制措施；了解谐振过电压产生的原因。
重点难点：内部过电压的种类
思考题：中性点接地，接消弧线圈如何避免内部过电压？

第九章 电力系统绝缘配合（讲课2学时）
§9-1 绝缘配合基本概念
架空线与变电所，多级配合，两极配合，统计法配合
§9-2 中性点接地方式对绝缘水平的影响
最大长期工作电压，雷电过电压，内部过电压
§9-3 绝缘配合惯用法
雷电过电压，操作过电压下的绝缘配合，工频绝缘水平确定
§9-4 架空输电线路的绝缘配合
绝缘自串的选择，空间间距的选择绝缘配合应用
学习要求：了解绝缘配合的基本概念与原则；了解线路及设备等绝缘水平的确定。
重点难点：中性点接地方式对绝缘水平的影响
思考题：电力系统绝缘配合是依靠的原则是甚么？

三、考核方式、方法
本课程成绩考核方式均为考试，学期总评成绩的评定方法： 平时成绩（包括实验成绩、作业成绩、出勤听课情况等）占总评成绩的30%； 期末考试成绩占总评成绩的70%；考试形式采用闭卷笔试，题型有：填空、选择题、问答题、绘图题、计算题。
四、建议教材及教学参考书
《高电压工程》/邱毓昌——西安交通大学出版社，1995
《高电压技术》/重庆大学——电力工业出版社，1981
《高电压工程》/（美）库费尔（E.Kuffel）, （美）阿卜杜勒（M.Abdullah）著；缪始森译，水利电力出版社，1984
《高电压技术》/唐兴怍——重庆大学出版社，1991
《高电压技术》/周泽存——水利电力出版社，1988
《高电压技术》/张一尘——中国电力出版社，2000
《高电压技术》/赵智大——中国电力出版社，1999年