杨文学电力安全技术教案新版文档格式.docx
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电介质、电介质极化的概念。
教学难点
电介质极化的分类和原理、介电常数的概念和计算。
教学设计思路
绪论部分是本门课程中心内容的介绍，也是本门课程的第一个内容，在本部分要对本门课的意义、主要内容结构、课程性质、考查方式、纪律要求等做介绍，使学生对课程总体有整体概念。
然后，以数据和案例引起学生对安全的注意，进而引入课程。
以生产和生活中停电带来的危害，使学生对安全可靠供电重要性有深入认识。
任务一重点是使学生认识到电力安全的重要性，以及电力安全是一项技术，用通俗易懂的语言，结合实际，学生理解并不困难。
介电常数涉及高中物理知识，难度较大，但并非特别重要，重点是使学生对概念有个定性的了解，可以根据公式计算其大小，了解其物理意义。
教学过程及内容
教学过程
教学内容
教学设计说明
课
前
预
习
提前联系到学生的情况下，给学生布置和推送电力安全重要性相关的知识、电介质极化相关知识，让学生预习。
因为这是学期第一节课，提前联系学生较困难，尽力联系，但需少准备预习内容，做好联系不上的准备。
课中
情境导入
（15分钟）
事故数据和案例引起学生重视电力安全。
引起学生重视的同时，学生可能因此而恐惧以后的工作，注意排解。
重点难点讲授
（50分钟）
重点：
1.本门课程的概述介绍。
2.电力生产安全可靠的重要意义，及保障措施。
3.电介质的概念和电性能的四个指标。
4.电介质极化现象的概念、分类、原理和应用。
难点：
1.电介质极化现象的分类和原理。
2.介电常数的概念和计算。
问题1.电力专业的学生，安全意识培养非常重要，如何使学生深刻理解其重要性？
解决：
事故数据和案例引起重视，同时要注意排解学生因此可能产生的对未来职业的恐惧。
问题2.电介质极化现象的原理和介电常数等难点。
通过信息化手段和复习高中知识解决。
模拟实训
（分钟）
课堂测验
介电常数相关概念和计算。
（学生用手机接收练习题）
课堂小结
（10分钟）
总结和串联本节知识点，点明重点并画出书中重要概念等。
布置作业和下节课的预习内容。
让学生下载云课堂手机APP并注册登录。
课后
习题和预习。
搜集电力安全相关知识、宣传语。
教学反思
教案附页
绪论
【导入】
据国家能源局统计显示：
2017年，全国发生电力人身伤亡事故53起，死亡62人。
2018年1-5月份，全国发生电力人身伤亡事故20起、死亡21人。
2017年5月14日，山东省电力公司青岛胶州铺集110千伏输电线路工程施工导线展放过程中，发生倒塔，造成4人死亡。
2018年5月20日，江西赣州供电公司发生人身死亡事故。
国网江西赣州供电公司赣南电力实业总公司在220千伏潭东变电站开展线路改造后参数测试工作时，工作人员发生触电事故，造成2人死亡。
停电案例：
2006年某日，北京建外SOHO突然停电，11栋大楼共有13名市民被困电梯中，此次停电影响1900户居民正常用电。
2012年7月30日和31日的大规模停电事故让印度东北部六亿七千万人受到影响。
2017年8月15日，台湾17个县市，688万用户遭遇大面积停电，长达五小时的停电造成新台币8747万元（约合288万美元）的损失，并影响了数百万家庭以及办公室和公司。
【授课】
一、充分认识电力安全可靠生产的重要性
电力事故的危害：
1.电力系统事故危害严重，对生产和生活都会造成重大损失。
2.电力系统发生事故影响电力企业的效益。
电业生产的特点：
高度自动化；
产、供、销同时。
电业生产的目的：
安全可靠地提供高质量的电能是电力系统的核心任务！
电力生产的方针：
安全第一，预防为主！
二、我国用电安全现状
与发达国家差很多，处于世界最低水平。
三、提高电力安全生产水平的措施
1.技术与设备方面
2.安全管理与制度建设
3.员工安全教育
四、电力生产安全目标
企业生产三级控制：
企业、车间、班组。
本节课重点是讲述课程要求、课程考核方式、课程意义和主要内容。
需要引起学生对电力安全重要性的重视，同时，教育学生这是一项意识和技术知识并重的课程。
重点讲述案例：
电容放电、马虎引起事故。
一个形象的比喻：
电能是魔鬼，电介质则是束缚魔鬼的牢笼。
一、电介质概述
1.电介质概念：
即绝缘材料，简称介质。
2.电介质分类：
电介质按物态可分为气体、液体和固体。
气体介质有空气、SF6；
液体介质有变压器油；
固体介质有陶瓷、云母、绝缘纸、玻璃、人工合成绝缘材料（聚氯乙烯、环氧树脂等）。
3.电介质电性能：
极化、击穿、电导、损耗。
二、电介质极化现象
1.极化的概念：
在电场作用下，电介质内正负电荷中心沿电场方向发生微小位移或转向、表面出现束缚电荷的现象称为电介质极化。
2.介电常数：
也叫介质常数、介电系数或电容率，是表征介质在外电场作用下极化程度的物理量，单位为法/米。
其值由介质材料性质决定，很小，常使用相对介电常数。
3.电介质极化的形式和特点
电子式极化：
特点是弹性极化，极化过程极快，无损耗。
离子式极化：
特点是弹性极化，极化过程很快，无损耗。
偶极子式极化：
非弹性极化，极化过程较长，有损耗，受频率和温度影响。
夹层极化：
多层介质中发生，极化过程慢，有损耗，存在吸收现象。
4.影响电介质极化的因素：
相对介电常数εr主要与温度和频率有关，还与介质的种类及极化形式有关。
5.电介质极化现象的应用
选择设备绝缘材料时，要注意根据目的不同选择不同介电常数的材料。
电气设备绝缘为多层组合绝缘材料时要注意各种材料介电常数值的配合。
在绝缘预防性试验中，夹层极化的吸收现象可用来判断绝缘受潮的情况。
任务2-3
本节内容涉及新概念较多，涉及高中物理和数学知识较多，大部分学生基础较差，教学时要充分考虑这种情况，尽量用通俗易懂的语言讲解，深入浅出地授课。
在学习了安全的重要性之后，讲解本节内容，学生很容易会将电导、电介质介损值和安全联系在一起，应引导其正确认识他们的关系。
1.理解电导的概念、电导和电阻的关系、电导和电介质性能的关系。
2.了解电路、电导、电阻、电绝缘等概念。
3.掌握绝缘电阻的测量，并理解其意义。
4.了解电介质的损耗tanδ的测量。
1.绝缘电阻的测量能力。
2.电介质的损耗tanδ的测量能力。
1.培养学生工作认真细心意识，增强学生职业素养。
2.培养学生工作安全意识和安全工作措施应用能力。
2.通过强调工作认真细心，培养学生认真负责的职业道德。
电导的概念及其与电介质性能的关系；
绝缘电阻的测量及其意义。
吸收比、极化指数的意义及其与电介质性能的关系绝缘电阻的测量；
电介质损耗tanδ的测量。
本节课的两个任务围绕两个内容展开：
一是绝缘电阻及其对电介质性能的影响；
二是电介质损耗及其对电介质性能的影响。
根据本节内容和学生情况，设计教学方法和过程：
通过对高中电学的回顾，一方面使学生复习之前的知识，一方面引出本节内容电导和绝缘电阻。
通过形象的比喻，电是老虎，绝缘（电介质）是牢笼，使学生对绝缘电阻和电介质其他电性能（介损值等）有感性的认识和理解。
通过视频动画等信息化手段让学生对绝缘电阻的测量和介损值的测量有更直观更形象认识，达到更深刻掌握本节内容的目的。
绝缘电阻的测量相关知识和资源，介损值相关知识和资源。
这是本节课的两个中心内容，也是两个难点，让学生提前预习，可以发现核心问题，提高课上效率。
欧姆定律、电阻等高中知识的复习回顾。
形象比喻：
电是怪兽、老虎，电介质就是其牢笼，绝缘电阻就是牢笼的坚固程度。
既回顾复习之前知识，使学生由易到难，又引出本节内容。
比喻可以使学生深入浅出的理解课程内容，同时又建立学生感性认知。
1.电导的概念、电导和电阻的关系、电导和电介质性能的关系。
2.绝缘电阻的测量，并理解其意义。
1.绝缘电阻的测量能力。
问题1.绝缘电阻的概念很抽象，如何让学生深刻理解并和安全建立对应关系？
形象比喻。
问题2.测量是实践型内容，如何让学生掌握。
通过信息化手段。
1.绝缘电阻的测量。
2.电介质的损耗tanδ的测量。
提问重难点知识。
总结和串联本节知识点，点明重点并画出书中重要概念等。
总结本节课所讲内容的实际意义。
搜集绝缘摇表使用视频。
欧姆定律；
电阻的概念；
空气绝缘的相对性，这是学生已学过的内容，相对来说较简单，便于由浅入深、由易到难的展开学习内容。
再由一个形象比喻可以使学生更形象更直观的了解绝缘的本质和作用。
一、电介质电导现象
1.电介质电导
在电场作用下，电介质中带电粒子沿电场方向作定向运动，形成电流，这种现象称为电介质的电导。
它是衡量电介质导电能力的参数，用字母G表示，单位S（西门子）。
介质电导的倒数就是绝缘电阻，用R∞表示，单位常用MΩ（兆欧）表示。
在直流电压作用下，电介质中流过的电流如图所示。
即i=ic+ia+Ig
2.介质电导与金属电导的区别
介质电导很小，而金属电导很大；
介质电导主要由离子构成，包括介质本身和杂质分子离解出的离子（主要是杂质离子），故是离子性电导。
而金属电导是由自由电子构成，是电子性电导；
介质电导具有正温度系数，绝缘电阻有负温度系数。
而金属电导具有负温度系数，其电阻为正温度系数。
3.固体介质的绝缘电阻
固体介质的电导由体积电导和表面电导组成，其绝缘电阻包括体积电阻和表面电阻，它们为并联关系。
体积绝缘电阻反映的是绝缘内部的品质。
表面绝缘电阻受绝缘表面状况（脏污、潮湿等）影响很大，实际测量时应消除表面泄漏的影响。
二、影响电介质电导的因素
气体介质的电导极小，可忽略不计。
影响液体和固体介质电导的主要因素是杂质和温度。
杂质增多时，介质电导会明显增加。
在各类杂质中，以水分的影响最大，电气设备绝缘应注意防潮。
杂质对液体介质的电导影响很大。
离子电导随温度升高而增加。
三、电导在工程实际中的应用
1.在直流电压作用下多层介质的电压分布与介质绝缘电阻成正比，在设计直流设备的绝缘时，要注意所用介质的电导率。
2.介质表面的污秽和吸潮情况对表面电导影响很大，测量绝缘电阻值时应消除表面电导影响。
3.预防性试验中，测量绝缘电阻值和直流泄漏电流可以判断设备绝缘是否受潮或有否其它劣化现象
四、绝缘电阻的测量
1.测量原理
绝缘电阻是指直流电压作用下绝缘中流过的电流为泄漏电流时的电阻，在工程上通常指加压1分钟时的绝缘电阻。
对于较大电容量的电气设备绝缘，在直流电压下，其吸收现象比较明显，可以利用吸收比来判断绝缘状况。
吸收比是指绝缘加压60秒时的电阻与加压15秒时的电阻的比值。
对于大型电机或电力变压器及电容器等，由于吸收现象特别显著，1min时吸收电流还在衰减，可以采用极化指数来判别。
极化指数是指加压10min和1min时的绝缘电阻值之比。
吸收比是同一绝缘两个不同时刻的电阻的比值，它与设备的大小、尺寸无关，便于不同结构、相同材料绝缘性能的比较。
2.测量绝缘电阻和吸收比的有效性和局限性
能有效检测出绝缘是否有贯通的集中性缺陷、整体受潮或贯通性受潮等。
不能有效发现未贯通的集中性缺陷、局部缺陷。
3.测量绝缘电阻的接线
绝缘电阻要使用兆欧表来进行测量。
兆欧表按结构可分为手摇式（摇表）、晶体管式和数字式，电压等级一般有100、250、500、1000、2500、5000V等。
兆欧表一般有三个端子：
线路端子L、地端子E和屏蔽端子G。
4.测量绝缘电阻的方法步骤
将被试设备短接后接地充分放电，以免触电，拆除被试设备电源及一切对外连线。
校验兆欧表是否指零或无穷大。
清洁被试设备表面污秽，消除表面泄漏影响。
接好线进行测量。
如用摇表，测量过程中应保持转速恒定。
测试完毕，先断开接线再停止摇表。
试验结束或重复测量时，应将被试设备充分放电。
记录被试设备铭牌、运行编号及大气条件等。
5.影响绝缘电阻测量的因素：
温度、湿度、被试设备剩余电荷、被试设备绝缘表面脏污和受潮。
6.测量结果的分析判断
测量结果应大于规定的允许数值。
测量结果与有关数据比较：
同一设备的各相间的数据；
同类设备间的数据；
出厂试验数据；
耐压前后数据等。
吸收比K大于1.3为绝缘干燥，小于1.3为绝缘受潮。
极化指数大于1.5为合格。
7.测量绝缘电阻注意事项
对于同杆双回架空线路或双母线，当一路带电时，不得测量另一回路的绝缘电阻，以防感应电压危及人身和仪表。
如所侧绝缘电阻过低，应排除表面脏污、受潮等的影响。
屏蔽环装设的位置。
兆欧表的L和E端子接线不能对调，且与被试品间的连线不能绞接或拖地。
为便于比较，对同一设备进行测量时，应采用同样的兆欧表、同样的接线。
试验前后应对被试品充分放电。
五、泄漏电流的测量
在直流电压下，吸收过程结束后流过介质的电流就是泄漏电流。
工程上常取加压1分钟后的电流值作为被试品的泄漏电流。
原理与测量绝缘电阻相同，只是测量泄漏电流时所加的直流电压更高，比测量绝缘电阻更有效，且可绘制泄漏电流与试验电压的关系曲线，便于全面分析。
同时可结合直流耐压试验进行，能有效发现被试绝缘是否有贯通的集中缺陷、整体受潮或贯通的局部受潮，还能发现危险的未贯通集中性缺陷。
不能发现未贯通的局部缺陷。
一、电介质的损耗现象
1.电介质损耗的定义
电介质单位时间内消耗的能量称为电介质功率损耗，简称介质损耗或介损。
2.介质损耗的基本形式
电导损耗：
是由电介质中的泄漏电流引起的。
极化损耗：
是由电介质的极化引起的。
游离损耗：
是由气体电介质在电场作用下出现局部放电引起的。
在交流电压下电导损耗和极化损耗都存在，在直流电压下只有电导损耗。
3.表征介质损耗的指标
如图所示，根据定义有
。
所以：
4.tanδ在工程实际中的应用
选择绝缘。
设计绝缘结构时，材料tanδ的要小，并注意温度和频率对tanδ的影响，以免引起发热使绝缘迅速劣化，甚至发生热击穿。
在绝缘预防性试验中测tanδ可判断绝缘状况。
干燥加热。
二、电介质的损耗tanδ的测量
5.测量的有效性和局限性
测量tanδ能够发现绝缘整体受潮、老化等分布性缺陷或绝缘中的气体放电缺陷。
对于体积小、电容量小的诸如套管、互感器等设备，无论是分布性缺陷还是集中性缺陷都能较好的发现。
不能发现绝缘的集中性缺陷。
特别是绝缘体积越大或集中性缺陷所占比例较小时，测量tanδ很难发现。
6.测量原理与方法
测量tanδ的仪器过去主要是QS1型西林电桥或M型介质试验器，现在多使用数字式介损自动测量仪。
用QS1型西林电桥测量tanδ。
进行测量时，调节R3和C4使电桥平衡，即使检流计中的电流为零，这时有
其中：
代入整理得：
用数字式介损自动测量仪测量tanδ。
数字式介损自动测量仪为一体化结构，内置介损电桥、变频电源、试验变压器和标准电容器等，全自动智能化测量，变频电源抗干扰能力强，性能稳定，测量精度高，测量结果直接显示在液晶屏幕上，还可打印出来。
7.影响测量结果的因素：
电磁场的干扰、被试品表面泄漏电流、温度、电压、设备电容（绝缘体积）。
任务4-6
本节内容分别是气体、液体和固体的击穿现象认知，知识结构是现象、机理、影响因素和预防措施，主要是记忆性内容，相对比较容易理解。
但学生对本节内容主要是处于现象了解层次，对深层的原理和利弊并不了解，更不知道如何利用和预防。
应根据学生已有知识结构由浅及深、由易如难地授课。
本节课的知识虽然层层深入，但对于高职学生来说，最终是让学生明白电介质击穿的危害和预防措施，要重点强调。
本节内容涉及的现象学生多是听说过，多数没有见过真正的发生，可以利用信息化视频资源增长学生知识。
1.掌握电介质击穿的概念。
2.理解气体、液体、固体介质击穿的机理。
3.了解气体、液体和固体介质击穿的预防措施。
1.了解电介质击穿的危害。
2.初步学会电介质击穿的预防。
1.培养学生现象观察能力，锻炼学生由现象认识本质的思维。
2.通过强调细心观察，培养学生认真细心工作的职业道德。
电介质击穿的概念；
气体介质击穿的机理；
变压器油击穿的预防措施。
击穿现象的微观过程和机理讲解。
本节课主要是分别对气体、液体和固体介质击穿的现象研究，包括机理、影响因素和预防措施，是由易到难、由浅入深的知识层级结构。
教学时充分根据此特点，通过对现象的视频观察和讲授导入课程，然后一层层深入，使知识传授过程符合学生学习认知规律。
通过视频动画等信息化手段让学生对电介质的击穿现象有更直观更具体的认识，达到更深刻掌握本节内容的目的。
电介质击穿的概念；
气体击穿的特点和机理；
变压器油击穿的过程。
这些内容本节课的重点也是难点，让学生提前预习，可以发现核心问题，并对课程内容结构有初步了解，提高课上效率。
（8分钟）
气体绝缘的相对性，气体击穿现象电火花的产生原理。
电火花的产生，空气绝缘被击穿。
这是一种学生常识现象，但学生并不知道其原理，对此类“暴力”震撼场景学生兴趣浓厚，以此来引起学生对本节内容的学习兴趣。
1.电介质击穿的概念和特点。
2.气体介质击穿现象的机理。
3.变压器油击穿的机理和预防措施。
1.电介质击穿现象的微观认知。
2.预防措施的理解和记忆。
问题1.电介质击穿现象对大多数学生来说只是听说过，并不常见？
通过视频资料之类的信息化手段使学生了解。
问题2.学生理解和记忆各个击穿现象的措施比较难。
通过对原理和过程的学习使学生真正理解措施，在理解的基础上学习。
（20分钟）
提问和测验重难点知识。
（12分钟）
总结本节知识点，点明重点并画出书中重要概念等。
本节知识结构层次很清晰，在此基础上总结本节重难点。
观察实际电介质击穿现象。
电火花的产生，空气绝缘被击穿。
任务4气体介质的击穿现象认知
一、电介质击穿现象
1.电介质击穿定义
在强电场作用下，当电场强度超过某一临界值时，电介质就丧失其绝缘性能，形成导电通道，这种现象称为电介质击穿。
击穿时加在介质两端的电压称为击穿电压。
电介质击穿时的电场强度就称为击穿场强；
在不均匀电场中常使用平均击穿场强。
二、气体介质的击穿机理
1.气体中带电质点的产生与消失
带电质点的产生：
游离。
中性原子在由外界获得足够的能量，使原子中的一个或多个电子脱离原子核的束缚成为自由电子和正离子，这就是原子的游离。
游离的形式有碰撞游离、光游离、热游离、表面游离等。
带电质点的消失：
去游离。
扩散与复合
2.自持放电与非自持放电
仅由电场就能维持的放电称自持放电；
同时需要其他条件才能放电的现象称为非自持放电。
由非自持放电转入自持放电的电压称起始放电电压。
3.巴申定律
当气体和电极材料一定时，气体间隙的击穿电压Ub是气压P与间隙距离d乘积的函数：
三、极不均匀电场的气体放电
1.出现电晕放电现象
在不均匀电场中，当间隙上外施电压达一定值时，大曲率电极附近区域出现强烈游离，出现象月亮晕光样的淡紫色发光层，并伴随有咝咝声和臭氧气味，这就是电晕放电现象。
电晕放电是极不均匀电场中所特有的一种自持放电形式，放电区域仅局限在大曲率电极附近的强电场范围内，而整个间隙没有击穿。
开始出现电晕放电时的电压称为电晕起始电压。
它小于间隙的击穿电压，电场越不均匀，电晕起始电压与击穿电压的差别越大。
电晕放电过程不但有损耗，还会造成通信干扰、腐蚀金属和有机绝缘物等危害。
2.存在极性效应
在极不均匀场中，气体间隙的击穿电压与曲率大的电极极性有很大关系，这就是极性效应。
以棒—板间隙为例，当棒极极性不同时，空间电荷对电场的畸变作用不同，导致在间隙距离相同的情况下棒极为负时比棒极为正时的击穿电压高得多。
无论棒极的极性如何，
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