高电压技术课程教学大纲

课程名称：	高电压技术	课程模块编码：	6013A503
总学时数：	36	课内实践学时数：	4
学    分：	2	开课单位：	电信学院
先修课程：	电路、电子技术、电机学
适用专业：	电气工程及其自动化

 

一、课程性质、目的和任务

《高电压技术》课程是电气工程及其自动化学生必修专业课程之一。本课程主要研究高电压、强电场下各种电气物理问题，是从事电力系统的专业人员必须掌握的专业知识，既具有完整的理论体系，又是一门实践性很强的学科。通过本课程的学习，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；能针对各种不同的过电压采取不同的防护措施，并能根据系统电路及元器件的性质，设计保护的类型，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。主要支撑毕业要求1.3、2.1、2.2、2.3、3.2、3.3、4.1、4.2、4.3达成。

通过本课程的学习，达到以下教学目标：

1、工程知识

掌握必要的高电压技术基本知识，能够应用高电压技术基本知识对电气工程领域相关工程问题的数学模型或解决方案进行比较、综合、优选，并提出改进思路。

2、问题分析

能够理解并恰当表述高电压工程实际问题，找到合适的解决高电压工程实际问题的方案与方法。

3、设计/开发解决方案

掌握高电压技术领域的专业知识和设计方法，为满足特定需求和标准的电气工程设计项目提供解决方案，在具体的设计过程中能用到本课程的基本知识并体现创新意识。

4、研究

能够基于科学原理并采用科学方法对电气工程领域的相关工程问题进行深入研究，完善解决方案，并反馈到工程设计与实践中。

表1 课程教学目标对专业毕业要求的支撑

二、教学内容及教学基本要求

第一章 气体放电的基本物理过程

1、教学要求

理解气体在强电场作用下逐步由电介质演变为导体的物理过程。

掌握气体介质的电气强度及其提高方法。

2、教学内容

第一节 带电质点的产生与消失

知识要点：带电质点的产生；带电质点的消失。

第二节 均匀电场小气隙放电过程

知识要点：汤逊理论；巴申定律。

第三节 均匀电场大气隙的放电过程

知识要点：空间电荷对电场的畸变；流注的形成。

第四节 不均匀电场的放电过程

知识要点：电场不均匀度的特点与划分；极不均匀电场的电晕放电；极不均匀电场的放电过程。

第五节 放电时间和冲击电压下的气隙击穿

知识要点：放电时间；冲击电压波形标准化；冲击电压下气隙的击穿特性。

第六节 沿面放电与污秽放电

知识要点：沿面放电的一般过程；绝缘子的干闪与湿闪；绝缘子的污闪。

3、本章重点、难点

本章重点：汤逊理论；流注理论；沿面放电与污秽放电。

本章难点：汤逊理论。

4、本章学时数

本章教学时数：6学时，其中讲课6学时，实验0学时。

第二章   气体介质的电气强度

1、教学要求

了解气体放电的基本物理过程。

理解各种气隙在各种高电压作用下的击穿规律和实验结果。

掌握提高气体介质电气强度的方法。

2、教学内容

第一节 不同电压形式下气隙的击穿电压

知识要点：均匀电场气隙的击穿电压；稍不均匀电场气隙的击穿电压；极不均匀电场气隙的击穿电压。

第二节 大气条件对空气间隙击穿电压的影响

知识要点：击穿电压的影响因素。

第三节 提高气隙击穿电压的措施

知识要点：改善电场分布；削弱气体游离。

第四节 六氟化硫气体的理化特性和绝缘特性

知识要点：SF6气体的理化特性；SF6气体的绝缘特性。

3、本章重点、难点

本章重点：不同电压形式下气隙的击穿电压；提高气隙击穿电压的措施。

本章难点：不同电压形式下气隙的击穿电压。

4、本章学时数

本章教学时数：2学时，其中讲课2学时，实验0学时。

第三章   液体、固体电介质的电气性能

1、教学要求

理解电介质极化、电导、损耗的机理以及液体和固体电介质的击穿特性。

掌握提高液体和固体电介质击穿电压的措施。

2、教学内容

第一节 电介质的极化、电导和损耗

知识要点：电介质极化、电导、损耗。

第二节 液体电介质的击穿

知识要点：击穿机理；影响击穿电压的因素；提高击穿电压的方法。

第三节 固体电介质的击穿

知识要点：击穿机理；影响击穿电压的因素；提高击穿电压的方法。

第四节 电介质的老化

知识要点：电老化；热老化；受潮老化。

第五节 组合绝缘的介电常数、介质损耗和击穿特性

知识要点：介电常数与介质损耗；击穿特性。

3、本章重点、难点

本章重点：电介质的极化、电导和损耗；液体和固体电介质的击穿机理；组合绝缘的击穿特性。

本章难点：组合绝缘的击穿特性。

4、本章学时数

本章教学时数：6学时，其中讲课6学时，实验0学时。

第四章   绝缘的预防性实验

1、教学要求

理解兆欧表的工作原理、微安表的保护原理、西林电桥的工作原理。

掌握绝缘电阻、直流泄漏电流、介质损耗角正切值及局部放电的测量方法。

2、教学内容

第一节 绝缘电阻和吸收比的测量

知识要点：兆欧表的工作原理；绝缘电阻与吸收比的测量。

第二节 直流泄漏电流的测量

知识要点：直流高电压的产生；实验接线；微安表的保护。

第三节 介质损耗角正切值的测量

知识要点：西林电桥的基本原理；影响测量结果的主要因素。

第四节 局部放电的测量

知识要点：测量的基本原理；局部放电的检测方法。

3、本章重点、难点

本章重点：绝缘电阻吸收比的测量；泄漏电流的测量；介质损耗角正切值的测量；局部放电的测量。

本章难点：西林电桥的基本原理。

4、本章学时数

本章教学时数：6学时，其中讲课4学时，实验2学时。

第五章   高压试验设备及高电压的测量

1、教学要求

理解交流高电压、直流高电压、冲击高电压的产生机理。

掌握交流高电压、直流高电压、冲击高电压的测量原理。

2、教学内容

第一节 工频高压试验设备及其测量

知识要点：交流高压试验设备；工频高电压的测量。

第二节 直流高压试验设备及其测量

知识要点：直流高压试验设备；直流高电压的测量。

第三节 冲击高压试验设备及其测量

知识要点：雷电冲击电压的产生；操作冲击电压的产生；冲击高电压的测量。

3、本章重点、难点

本章重点：交流高电压、直流高电压、冲击高电压的产生。

本章难点：交流高电压、直流高电压、冲击高电压的测量。

4、本章学时数

本章教学时数：4学时，其中讲课4学时，实验0学时。

第六章   线路和绕组中的波过程

1、教学要求

掌握线路和绕组中波过程的基本规律。

2、教学内容

第一节 均匀无损单导线线路中的波过程

知识要点：波过程的基本概念；波过程的基本规律。

第二节 波的折射与反射

知识要点：行波的折射与反射；彼德逊法则；波的多次折射与反射。

第三节 波的衰减与畸变

知识要点：导线电阻和泄漏电导的影响；冲击电晕的影响。

第四节 波在多导线系统中的传播

知识要点：波在多导线系统中的传播机理。

第五节 绕组中的波过程

知识要点：变压器绕组中的波过程；旋转电极绕组中的波过程。

3、本章重点、难点

本章重点：波的折射与反射；波的衰减与畸变；绕组中的波过程。

本章难点：波的衰减与畸变；绕组中的波过程。

4、本章学时数

本章教学时数：2学时，其中讲课2学时，实验0学时。

第七章   雷电及防雷保护装置

1、教学要求

了解雷电放电过程。

理解防雷保护装置的工作原理。

掌握避雷针与避雷线保护范围的计算方法。

2、教学内容

第一节 雷电放电

知识要点：先导；主放电；余光。

第二节 雷电参数及计算模型

知识要点：雷电参数；雷电放电的计算模型；感应雷击过电压。

第三节 避雷针和避雷线的保护范围

知识要点：避雷针的保护范围；避雷线的保护范围。

第四节 避雷器

知识要点：保护间隙和排气式避雷器；阀式避雷器；金属氧化物避雷器。

第五节 接地装置

知识要点：接地和接地电阻的基本概念；工作接地；保护接地；防雷接地；降低接地电阻的措施；接地电阻的测试；土壤电阻率的测试。

3、本章重点、难点

本章重点：接地电阻的测试；土壤电阻率的测试。

本章难点：避雷针的保护范围；避雷线的保护范围。

4、本章学时数

本章教学时数：4学时，其中讲课2学时，实验2学时。

第八章   电力系统防雷保护

1、教学要求

掌握电力系统常用防雷保护措施。

2、教学内容

第一节 输电线路的防雷保护

知识要点：耐雷性能指标；耐雷性能分析；雷击跳闸率；防雷保护措施。

第二节 发电厂、变电站的防雷保护

知识要点：直击雷过电压防护；侵入波过电压防护；变电站进线段保护；变压器防雷保护；旋转电机防雷保护。

3、本章重点、难点

本章重点：输电线路、发电厂、变电站的防雷保护。

本章难点：变压器与旋转电机的防雷保护。

4、本章学时数

本章教学时数：2学时，其中讲课2学时，实验0学时。

第九章   电力系统内部过电压

1、教学要求

掌握电力系统内部过电压的产生机理与限制措施。

2、教学内容

第一节 切除空载线路过电压

知识要点：发展过程；影响因素和限制措施。

第二节 空载线路合闸过电压

知识要点：发展过程；影响因素和限制措施。

第三节 切空载变压器过电压

知识要点：发展过程；影响因素和限制措施。

第四节 间歇电弧接地过电压

知识要点：发展过程；影响因素和限制措施。

第五节 工频电压升高引起过电压

知识要点：空载线路的电容效应；不对称接地引起的工频过电压；甩负荷引起的过电压。

3、本章重点、难点

本章重点：电力系统内部过电压的产生机理与限制措施。

本章难点：电力系统内部过电压的产生机理。

4、本章学时数

本章教学时数：2学时，其中讲课2学时，实验0学时。

第十章   电力系统绝缘配合

1、教学要求

理解绝缘配合的基本概念。

掌握绝缘配合的基本方法

2、教学内容

第一节 绝缘配合的基本概念

知识要点：绝缘配合的基本概念。

第二节 绝缘配合的基本方法

知识要点：多级配合；两级配合；统计法；简化统计法。

第三节 电气设备绝缘水平的确定

知识要点：电气设备绝缘水平。

第四节 架空输电线路绝缘水平的确定

知识要点：绝缘子片数的确定；空气间隙的确定。

3、本章重点、难点

本章重点：绝缘配合的基本方法；架空线路绝缘水平的确定。

本章难点：绝缘配合的基本方法。

4、本章学时数

本章教学时数：2学时，其中讲课2学时，实验0学时。 

表2 知识单元、学时分配与教学目标对应表

知识单元		知识点		理论 学时	教学 目标
序号	描述	序号	描述
1	气体放电的基本物理过程	1	带电质点的产生与消失	6	1、2
		2	均匀电场小气隙放电过程
		3	均匀电场大气隙的放电过程
		4	不均匀电场的放电过程
		5	放电时间和冲击电压下的气隙击穿
		6	沿面放电与污秽放电
2	气体介质的电气强度	1	不同电压形式下气隙的击穿电压	2	1、2
		2	大气条件对空气间隙击穿电压的影响
		3	提高气隙击穿电压的措施
3	液体、固体电介质的电气性能	1	电介质的极化、电导和损耗	6	1、2
		2	液体电介质的击穿
		3	固体电介质的击穿
		4	电介质的老化
		5	组合绝缘的介电常数、介质损耗和击穿特性
4	绝缘的预防性实验	1	绝缘电阻和吸收比的测量	6	1、2、3
		2	直流泄漏电流的测量
		3	介质损耗角正切值的测量
		4	局部放电的测量
5	高压试验设备及高电压的测量	1	工频高压试验设备及其测量	4	1、2、3
		2	直流高压试验设备及其测量
		3	冲击高压试验设备及其测量
6	线路和绕组中的波过程	1	均匀无损单导线线路中的波过程	2	1、2、4
		2	波的折射与反射
		3	波的衰减与畸变
		4	波在多导线系统中的传播
		5	绕组中的波过程
7	雷电及防雷保护装置	1	雷电放电	4	1、2、3
		2	雷电参数及计算模型
		3	避雷针和避雷线的保护范围
		4	避雷器
		5	接地装置
8	电力系统防雷保护	1	输电线路的防雷保护	2	1、2、3
		2	发电厂、变电站的防雷保护
9	电力系统内部过电压	1	切除空载线路过电压	2	1、2、3、4
		2	空载线路合闸过电压
		3	切空载变压器过电压
		4	间歇电弧接地过电压
		5	工频电压升高引起过电压
10	电力系统绝缘配合	1	绝缘配合的基本概念	2	1、2、3
		2	绝缘配合的基本方法
		3	电气设备绝缘水平的确定
		4	架空输电线路绝缘水平的确定
	总计			36

 

三、课内实践环节教学安排及要求

表3  课内实践环节教学安排表

注：实验类型是指验证性、综合性、设计性，上机、课内实践等项目不需填写本项内容。

四、教学手段、方法建议

课程教学以课堂教学、实验教学、课外作业、综合讨论、网络课程等共同实施。主要采用启发式教学法、项目驱动法、案例教学法、模块化教学法、翻转课堂等。注重采用师生互动的方法，让学生参与课堂教学，及时发现在学生中普遍存在的问题，及时地加以解决。

本课程课堂教学流程如图1所示。

图1 高电压技术课堂教学流程

本课程安排4次课外作业：

1、气体放电的基本物理过程

2、液体、固体电介质的电气性能

3、高压试验设备及高电压的测量

4、线路和绕组中的波过程

五、课程考核方式及要求

本课程考核内容为支撑毕业要求对应的课程目标，主要考查毕业要1.3、2.1、2.2、2.3、3.2、3.3、4.1、4.2、4.3所对应的课程目标的达成情况。

（一）考核内容

1、气体放电的基本物理过程

2、液体、固体电介质的电气性能

3、绝缘的预防性实验

4、高压试验设备及高电压的测量

5、线路和绕组中的波过程

6、电力系统防雷保护

7、电力系统内部过电压

8、电力系统绝缘配合

（二）考核方式

1．考核方式：考试（√）；考查（）

2．成绩评定：采用（N+2）的考核模式

计分制：百分制（√）；五级分制（）；两级分制（）

采用（N+2）考核模式：笔记考核（10%）过程考核（40）％；期末考核（50）％
其中过程考核构成：

考勤考纪（25）％；作业（25）％；阶段测试（25）％；实验操作（25）％

六、课程教学目标达成情况评价分析

1. 定量评价

需要根据公式逐步计算出每项课程教学目标的达成度。

2. 定性分析

需要针对课程教学目标以及毕业要求分析以下内容：

（1）上次评价中存在的问题，这次改进的情况；

（2）该课程目前存在的问题，以及后续教学过程需要改进的措施。

七、建议教材及参考资料

建议教材：

1．《高电压技术》，赵智大主编，中国电力出版社，2013年版

2．《高电压技术》，高长伟等主编，清华大学出版社，2018年版

参考资料：

1．《高电压技术》，吴广宁主编，机械工业出版社，2007年版

2．《高电压技术》，周泽存等主编，中国电力出版社，2007年版

八、课程教学目标与毕业要求关系表

表4 课程教学目标与毕业要求的关系

毕业要求	指标点	高电压技术
1．工程知识：能够将数学、自然科学、工程基础、专业基础和专业知识用于解决电气工程及相关领域的复杂工程问题。	1.1 能够运用数学、自然科学和工程基本知识对电气工程领域相关工程问题进行识别、准确表达、分析或求解。
	1.2掌握专业基础知识，并能将其用于电气工程领域相关工程问题的推演和分析，得出有意义的结果。
	1.3 掌握电气工程领域的专业知识，能够对电气工程领域复杂工程问题的数学模型或解决方案进行比较、综合、优选，并提出改进思路。	M
2．问题分析：能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别、表达、并通过文献查阅、研究分析电气工程领域的复杂工程问题，获得有效结论。	2.1能够运用数学、自然科学和工程科学的基本原理对电气工程领域复杂工程问题进行数学建模、求解或机理分析。	M
	2.2能够运用工程科学的基本原理，对电气工程领域的工程实际问题进行识别和准确表达，以满足电气运行维护、工程设计的需要。	M
	2.3能够运用电气工程专业知识对复杂工程问题进行分解、分析和钻研，并结合文献研究得出有效结论。	M
3．设计/开发解决方案：针对电气工程相关领域的复杂工程问题，设计满足特定需求的系统、单元（部件）或工艺流程，并能够在设计环节中体现创新意识，考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素。	3.1能够综合运用所掌握的专业知识、技术手段和开发工具，设计满足特定需求的产品或系统。
	3.2掌握电气工程设计领域的专业知识、设计方法和工程设计工具，为满足特定需求和标准的电气工程设计项目提供解决方案。	M
	3.3在电气工程相关领域复杂工程问题设计过程中，体现创新意识，考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素。	M
研究：能够基于科学原理并采用科学方法对电气工程领域的复杂工程问题进行研究，包括设计实验、分析与解释数据、并通过信息综合得到合理有效的结论。	4.1能够针对电气工程领域的工程实际问题进行初步的推理、建模与仿真分析。	M
	4.2能够运用科学方法设计实验方案、搭建实验平台、获取实验数据。	M
	4.3能够对实验结果进行合理分析、解释，通过信息综合得出合理有效的结论，完善解决方案，并反馈到工程设计和实践中。	M
5．使用现代工具：能够针对电气工程及相关领域的复杂工程问题，开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，包括对复杂工程问题的预测与模拟，并能够理解其局限性。	5.1具有计算机熟练应用和电气图纸绘制的技能。
	5.2熟悉C语言、MATLAB、STEP7、PROTEUS、KEIL等软件仿真和在线硬件仿真工具的运用，能对工程问题进行模拟和预测，并理解其局限性。
	5.3能够根据工程实际问题检索文献、查询资料、合理选择技术。
6．工程与社会：能够基于电气工程领域的背景知识进行合理分析，评价复杂工程问题的解决方案对社会、健康、安全、法律以及文化的影响，并理解应承担的责任。	6.1了解电气工程技术的发展现状与趋势，具有工程实习和社会实践的经历。
	6.2 认识工程问题与社会伦理道德联系，树立正确的工程伦理道德观，具备高度的责任感从事工程活动。
	6.3能够评价电气工程领域工程实际问题的解决方案对社会、健康、安全、法律以及文化的影响，并能正确理解由于这些影响所应当承担的责任。
7．环境和可持续发展：针对电气工程及相关领域的复杂工程问题，能够分析和评价工程实践对环境、社会可持续发展的影响。	7.1理解电气产品及工程项目运行对环境和社会可持续发展可能产生的影响。
	7.2能够从经济效益、社会效益、利用效率、污染以及安全隐患多个方面贯彻环境保护和社会可持续发展的理念。
	7.3理解电气工程及相关领域的工程实践活动对环境和社会的双重性，判断其可能对人类和环境造成损害的隐患。
8．职业规范：具有人文社会科学素养，社会责任感，能够在工程实践中理解并遵守工程职业道德和规范，履行职责。	8.1 具有人文知识、思辨能力和科学精神。
	8.2了解国情，理解社会主义核心价值观，维护国家利益，具有推动民族复兴和社会进步的责任感。
	8.3能够在工程实践中理解并遵守工程职业道德和规范，履行职责。
9．个人和团队：具有团队精神，能够在多学科背景下的团队承担个体、团队成员以及负责人的角色。	9.1对企业运作的模式有认知能力。
	9.2 能够主动与其他学科的成员合作，胜任团队成员的角色与责任。
	9.3 具有技术团队的构建、运行、协调和负责的能力。
10.沟通：能够就电气工程及其相关领域的复杂工程问题与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流，包括撰写报告和设计文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令，并具备一定的国际视野，能够在跨文化背景下进行沟通和交流。	10.1 具备就电气工程及其相关领域的工程实际问题进行人际交往和口头表达的能力。
	10.2 具有撰写设计文稿、技术总结报告及项目申请报告的能力。
	10.3 具备一定的外文文献阅读、理解能力和外语交流和沟通能力。
11.项目管理：理解并掌握工程管理与经济决策方法，并能在多学科环境中应用。	11.1 了解电气工程领域工程管理与经济决策基本知识，理解并掌握相应的工程管理与经济决策方法。
	11.2 能够在多学科环境中应用工程管理与经济决策方法进行工程设计与实践。
	11.3 具有初步的项目实施过程中的运行和管理能力。
12．终身学习：具有自主学习和终身学习的意识，有不断学习和适应发展的能力。	12.1有积极向上的价值观，具备自主学习和终身学习的意识。
	12.2掌握自主文献检索、资料查询及运用现代信息技术跟踪并获取相关信息的基本方法。
	12.3能够针对个人或职业发展的需求，采用合适的方法自主学习、自我完善、可持续发展。

 

九、大纲说明

需要特殊表述的大纲中未尽事宜，如课程改革、整合情况等。

 

执   笔   人：高长伟

参加研讨人员：樊爱龙、鲁永久、王福庭

审   核   人：关大陆

审   批   人：赵双元