电气绝缘测试技术大纲.docx
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电气绝缘测试技术大纲
《电气绝缘测试技术》教学大纲
1课程的基本描述
课程名称：
电气绝缘测试技术
ElectricalInsulationMeasurementTechnique
课程编号：
300515XI13R
课程性质：
专业方向课
适用专业：
电气工程及其自动化（C）
参考教材：
理论
曹晓珑等电气绝缘测试技术.北京：
机械工业出版社（第三版），2002
实验
陈亭.《电气绝缘测试技术实验指导书》.内部教材，2004
总学时：
40学时
理论学时：
34学时
实验学时：
6学时
上机学时：
0学时
学分：
2学分
开课学期：
第6学期
前导课程：
电介质物理学、电气测试技术、电路、模拟电子技术、概率论与数理统计
后续课程：
电缆测试技术
中文描述
在电介质与绝缘技术领域中，不论是理论研究还是产品的发展和质量的保证，都与绝缘测试技术的应用分不开。
《电气绝缘测试技术》是电气工程及其自动化专业电气绝缘与电缆方向的一门专业课，通过本课程的学习，使学生能够牢固掌握表征绝缘材料和绝缘结构电气绝缘性能参数的定义、影响因素、测试原理和测试技术，能够运用本课程所学基础知识理解工程领域的各种技术标准和实验操作规程，并指导实际工程实践，具备电气绝缘测试工程师的基本理论和基本技能；同时为“电缆测试技术”和研究生课程“电气绝缘测试技术专题”奠定进一步学习的基础。
CoursesDescription
Inthefieldofdielectricandinsulationtechnology,whetherthetheoreticalresearchordevelopmentandguaranteeoftheproductionandquality,itcanhardlybepromotedwithouttheapplicationoftheinsulationmeasurementtechnique."ElectricalInsulationMeasurementTechnique"isaspecializedcourseforstudentswhoaremajorinthebranchofelectricalinsulationandcabledirectioninthespecialtyofelectricalengineeringandautomation.Throughstudyingthiscourse,thestudentscanfirmlymasterthedefinition,influencefactors,measurementprincipleandtechnologyofelectricalinsulationparametersofinsulationmaterialsandstructure.Thevarioustechnicalstandardsandexperimentsoperatingproceduresofengineeringfieldcanbeunderstandwithbasicknowledgeofthiscourse,andengineeringpracticecanbeguided.Thebasictheoryandskillsthatanelectricalinsulationtestengineershouldhavecanalsobeacquired.Atthesametime,afoundationisestablishedforfurtherstudyforthecourse“cablemeasurementtechnology"andthegraduatecourse"specialsubjectofelectricalinsulationmeasurementtechnology”
2教学定位
2.1课程教学目标
1、掌握表征绝缘材料和绝缘结构电气绝缘性能参数的定义、影响因素、测试原理和测试技术，能够运用本课程所学基础知识对电气工程领域复杂工程问题进行建模和分析；
2、能够应用电气绝缘测试技术的基本原理表述电气设备绝缘性能测试问题，并能对试验方案进行分析和改进；
3、能够应用电气绝缘测试技术的专业知识分析电气设备绝缘诊断与状态评估中复杂工程问题，并能针对特定研究需求设计可行性试验并对试验数据进行分析，得出有效结论；
4、能够运用本课程所学知识理解工程领域的各种技术标准和实验操作规程，并指导实际工程实践，能够就电气设备绝缘诊断与状态评估中复杂工程问题与业界同行进行有效沟通。
2.2课程目标与毕业要求的对应关系
毕业要求
毕业要求指标点
课程目标
1
2
3
4
1、工程知识
1.4掌握电气绝缘与电缆相关的电介质理论与测试、结构设计、电力与通信线路的传输特性及监控、绝缘的理化特性等专业知识，能够应用于该方向（专业方向E）相关复杂工程问题的表述、建模、方案分析及改进求解中。
√
√
4、研究
4.1掌握材料、部件（元件）、设备、系统等性能测试分析与验证方法，并理解其适用范围
√
10、沟通
10.1能够就电气工程领域复杂问题与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流；
√
2.3课程的主要特点
电气绝缘测试技术课属于工程技术类课程，是高电压工程师和电气绝缘工程师必备的基础知识和技能。
该课程以电气绝缘性能参数的定义、影响因素、测试原理和测试技术为主线，主要讲授绝缘电阻（率）、电容（相对介电常数）、介质损耗因数、介电强度、局部放电和老化性能等参数测试的基础理论和基本技能。
课程内容侧重于工程技术本身，同时要兼顾技术发展趋势，为学生进一步学习和工作打下扎实的基础。
2.4教学方法
基于传统授课（多媒体授课与板书授课相结合）的教学方式，本课程采用基于问题式和探究式的教学方法，首先对电气绝缘测试与一般的电气测量进行对比，分析电气绝缘测试过程中的难点，然后引导、启发学生思考，从而使学生深入理解电气绝缘测试的基础理论以及测试原理，并掌握绝缘测试的基本技能。
在授课时既要注意测试原理和测试技术进步的描述，又要和工程实际相结合，使学生掌握电气绝缘和高电压测试技术的基础理论，为学生进一步学习和工作打下扎实的基础。
同时通过该课程的学习，提高工程意识和解决实际问题的能力。
3知识点与学时分配
3.1绪论
电气绝缘测试技术所涉及的内容、电气绝缘测试与一般电工测试的关系和学习该课程的必要性。
（学时：
1学时）（了解，核心）
共1学时
3.2绝缘电阻（率）测试
基本概念（学时：
1学时）
绝缘电阻、体积绝缘电阻（率）、表面绝缘电阻（率）的定义及相互关系（运用，核心）
体积绝缘电阻（率）的影响因素（运用，核心）
试样预处理的目的和处理条件（运用，核心）
电极系统与试样（学时：
0.5学时）
试样几何尺寸（运用，核心）
二电极系统和三电极系统的优缺点和使用场合（运用，核心）
电极材料选择原则（运用，核心）
典型电极材料简介（了解，推荐）
直接法测绝缘电阻（学时：
1学时）
兆欧表法（了解，核心）
高阻计法和检流计法（运用，核心）
比较法测绝缘电阻（学时：
0.5学时）
电桥法（运用，核心）
电流比较法（了解，核心）
充放电法测绝缘电阻（学时：
1学时）
充电法和自放电法（了解，核心）
绝缘电阻测试技术和泄漏电流测试（学时：
1学时）
高绝缘电阻测试的影响因素及即对应的消除措施（运用，核心）
泄露电流测试技术和意义（了解，核心）
共5学时
3.3电容、相对介电常数和损耗因数的测量
基本概念、试样和电极系统（学时：
1学时）
高绝缘电阻测试的影响因素及即对应的消除措施（运用，核心）
泄露电流测试技术和意义（了解，核心）
高压西林电桥（学时：
4学时）
电桥原理图、读数公式、灵敏度（运用，核心）
高精密西林电桥的改进措施（运用，核心）
大电容西林电桥、反接和对角线接地西林电桥（理解，核心）
低压阻容电桥（学时：
1学时）
电容比例臂电桥原理图、读数公式（理解，核心）
电阻比例臂电桥原理图、读数公式（理解，核心）
变压器电桥（学时：
1学时）
流比器电桥原理图、安匝平衡原理与电桥读数公式、灵敏度（运用，核心）
电压比变压器电桥原理图、平衡原理与电桥读数公式、灵敏度（理解，核心）
工频损耗测试技术（学时：
1学时）
电桥不平衡的原因（运用，核心）
强电场干扰下损耗因数的测量（运用，核心）
耦合阻抗对测试结果的影响（运用，核心）
谐振法测量电容、损耗因数及高频测试技术（学时：
2学时）
谐振法测电容（运用，核心）
变Q值法测损耗因数（运用，核心）
变电纳法测损耗因数（运用，核心）
高频测试技术（运用，核心）
共10学时
3.4绝缘介电强度测试
基本概念（学时：
1学时）
介电强度实验分类，介电强度影响因素，电极与试样，升压方式（理解，核心）
工频电压下介电强度实验（学时1学时）
实验线路、工频高压测量（运用，核心）
直流电压下介电强度实验（学时：
1学时）
直流高压发生器，直流高压的测量（运用，核心）
冲击电压下介电强度实验（学时：
1学时）
冲击电压发生器，冲击电压的测量（运用，核心）
冲击电压介电强度实验程序（理解，核心）
共4学时
3.5局部放电测试技术
基本概念（学时：
2学时）
局部放电的定义、产生原因、危害及局部放电测试的意义（运用，核心）
工频电压下局部放电的物理机理（运用，核心）
绝缘体内局部放电、表面放电和电晕放电及对应的波形（了解，核心）
直流电压下和冲击电压下的局部放电机理（了解，推荐）
描述局部放电的参数（学时：
1学时）
实际放电量和视在放电量的定义和相互关系，放电起始电压、放电熄灭电压，放电电流、放电能量及功率等（运用，核心）
局部放电电测法（学时：
4学时）
脉冲电流法一（直接法）：
包括测试线路原理图并进行灵敏度分析（运用，核心）
脉冲电流法二（平衡法）：
包括西林电桥法和差分法的测试线路原理图和工作原理和干扰抑制比的定义等（运用，核心）；
其它电测法简介：
干扰仪法和平行四边形法（了解，推荐）
局部放电非电测法简介（学时：
1学时）
超声法、光学测量法、红外摄像法及气相色谱法（了解，推荐）
局部放电测试技术（学时：
2学时）
局部放电测试系统的分度校正（运用，核心）
局部放电定位技术（理解，推荐）
局部放电测试系统干扰种类、鉴别方法和抗干扰措施（运用，核心）
共10学时
3.6在线测量与绝缘诊断
漏电流的测量和电容、损耗因数的测量（了解，推荐）
局部放电测量（了解，推荐）
自学
3.7电气绝缘可靠性试验
老化与可靠性试验的基本概念（学时：
1学时）（了解，核心）
Weibull分布及其参数估计（学时：
1学时）（了解，核心）
电老化试验（学时：
1学时）（了解，核心）
热老化试验（学时：
1学时）（了解，核心）
共4学时
3.8其它学时
实验（学时：
6学时）
3.9课程覆盖的知识领域和知识单元汇总
涵盖的知识体系
知识领域
知识单元
知识点
支撑毕业要求指标点
高电压与绝缘技术知识领域
绝缘电阻（率）测试（6/40）
绪论
基本概念
电极系统与试样
直接法测绝缘电阻
比较法测绝缘电阻
充放电法测绝缘电阻
绝缘电阻测试技术和泄漏电流测试
1.4、4.1、10.1
电容、相对介电常数和损耗因数的测量（10/40）
基本概念、试样和电极系统
高压西林电桥
低压阻容电桥
变压器电桥
工频损耗测试技术
谐振法测量电容、损耗因数及高频测试技术
1.4、4.1、10.1
绝缘介电强度测试（4/40）
基本概念
工频电压下介电强度实验
直流电压下介电强度实验
冲击电压下介电强度实验
1.4、4.1、10.1
局部放电测试技术（10/40）
基本概念
描述局部放电的参数
局部放电电测法
局部放电非电测法简介
局部放电测试技术
1.4、4.1、10.1
在线测量与绝缘诊断（0/40）
漏电流的测量和电容、损耗因数的测量
局部放电测量
1.4、4.1、10.1
电气绝缘可靠性试验（4/40）
老化与可靠性试验的基本概念
Weibull分布及其参数估计
电老化试验
热老化试验
1.4、4.1、10.1
序号
实验项目名称
知识点（实验内容）
支撑毕业要求指标点
1
绝缘电阻率的测量
利用髙阻计测量不同电极结构、不同环境条件下试样的绝缘电阻并分析测试误差的来源
1.4、4.1
2
工频电压下绝缘相对介电常数的测量
利用西林电桥测量不同试样的Cx与tanδ并分析测试过程中桥臂断线对测试结果的影响
1.4、4.1
3
局部放电测试
搭建局部放电测试系统并对其进行分度校正，充分考虑局放过程中的干扰，测试绝缘内部局部放电和电晕放电特性
1.4、4.1
4讲授提示及方法
4.1绪论
重点：
理解电气绝缘测试与一般电工测试区别，学习该课程的意义。
难点：
无。
讲授提示：
回顾电气绝缘测技术发展历程及发展趋势，注重技术发展对应年代相关技术的进步。
4.2绝缘电阻（率）测试
重点：
相关定义、直接法中高阻计法原理图（包括三电极系统在内）、微弱电流测试的影响因素和对应技术措施，绝缘电阻各种测试方法的特点和适用范围。
难点：
直接法中高阻计法原理图（包括三电极系统的接线方式）、微弱电流测试的影响因素和对应技术措施。
讲授提示与方法：
通过直接法的讲解，突出高绝缘电阻测试技术的核心是微弱电流的测试；从测试原理上，通过检流计法、高阻计法和充电法的阻值范围的逐次提高对应的技术改进突出微弱电流测试技术的本质；在技术层面上，要引导学生讨论为弱电流测试技术在其它测试技术中的应用，起到举一反三的作用。
4.3电容、相对介电常数和损耗因数的测量
重点：
绝缘结构在交流电压下的等效电路、相对介电常数和损耗因数定义、西林电桥原理图及灵敏度分析，高精密西林电桥的改进措施，工频损耗测试的影响因素和工频损耗测试技术；高频谐振法原理和高频测试技术，变电纳法与变Q值法的区别等。
难点：
西林电桥灵敏度分析，高精密西林电桥的改进措施，如何消除分布杂散电容、残余电感和分布电容的影响，工频测试技术与高频测试技术的区别，变电纳法与变Q值法的原理。
讲授提示与方法：
通过一般西林电桥到高精密西林电桥的由浅入深地讲解，使学生掌握工频损耗测试技术的核心是如何测得准的问题，而影响测试的关键问题是如何消除或减小杂散电容、分布电容和残余电感的影响。
高频测试重点讲述为什么调电容而不调电阻，为什么采用替代法。
并讨论本课程所涉及技术如何利用到其它领域的交流测试技术。
4.4介电强度试验
重点：
工频、直流和冲击电压发生及测量。
难点：
冲击电压发生器原理及测量。
讲授提示与方法：
对于工频介电强度试验，从测试系统基本回路开始逐步试验变压器、调压器、保护及接地等；直流介电强度试验重点突出倍压整流串级电路；冲击电压发生器从讲解波头和波尾的形成原理（试品充电形成波头，放电形成波尾）而后讲解多边串级回路和高效回路原理（并联充电，串联放电），冲击电压的测量重点强调波形的测量。
4.5局部放电的测量
重点：
局部放电的物理过程、产生原因、危害及测试意义；局部放电的辩证参数和影响因素；脉冲电流法的原理、分度校正；干扰的判别和抑制干扰措施等。
难点：
脉冲电流法的原理、分度校正；干扰的判别和抑制干扰措施。
讲授提示与方法：
讲授过程要突出局部放电信号为高频、弱信号，抗干扰技术为局部放电测试技术的核心，如系统的隔离和滤波、检测阻抗与放大器的配合、以及平衡法等；讲授过程中注意理论联系实际以及技术的发展趋势等。
4.6绝缘诊断和在线监测技术
重点：
如何将已学过的技术应用到电力系统现场进行离线的绝缘诊断和在线的绝缘监测中。
难点：
电力系统现场绝缘诊断和在线监测技术的核心问题。
讲授提示与方法：
自学。
4.7绝缘可靠性试验
重点：
电老化和热老化。
难点：
老化定律和试验因素水平的确定；Weibull分布及参数估计（最小二乘估计）
讲授提示与方法：
强调老化试验为加速试验，而加速试验的加强因子及水平选择的依据为老化定律，结合工程实际区分开研究性试验和验证性试验的区别。
5作业设计
本课程是一门专业课，习题的目的在于提高或加深所学内容的理解和运用能力。
在习题设计的时候本着循序渐进的原则，由浅入深，习题的主要形式为结合工程实际的思考题，习题涵盖的主要内容见下表：
1、表征绝缘材料和绝缘结构电气绝缘性能参数的定义、影响因素；
2、绝缘性能测试试样与电极系统的选择；
3、绝缘性能测试的测试原理、影响因素和技术；
通过上述作业来反映学生对知识的掌握程度，以及学生的思维方法，针对存在的问题进行课堂教学的改进。
6实验设计
6.1实验教学基本信息
开课专业名称
实验学时
实验学时及项目分配
开设学期
验证性
演示性
综合性
设计性
合 计
电气工程及其自动化
6
4/4/2
2/2/1
0/0/0
6/6/3
6
6.2实验教学目的与基本要求
本课程的教学对象为电气工程及其自动化专业电气绝缘与电缆方向在读本科生，课程主要讲述电气绝缘材料和绝缘结构性能指标和可靠性指标的测试方法。
通过学习学生需要掌握电气绝缘性能参数的定义、影响因素、测试原理和测试技术等基本知识。
为了使学生更好地理解和深刻把握这些知识，在理论讲解的基础上开设相应的实验课，培养学生的实践能力、分析问题和解决问题的能力。
实验项目共3个：
绝缘电阻率的测量、工频电压下绝缘Cx及tanδ的测量、局部放电测试。
其中前两个实验为验证性实验，第三个为综合性实验。
实验内容对学生进一步理解本课程的工程实践应用提供了良好的素材，也为本专业的毕业设计教学环节及毕业后工作做好了积累。
实验基本要求：
实验一：
学习和掌握髙阻计法测试绝缘电阻（率）的原理及髙阻计的基本操作，了解各种因素对测试结果的影响。
要求对绝缘电阻（率）的定义、电极系统、影响绝缘电阻的因素、绝缘电阻测试方法以及影响绝缘电阻测试的因素等内容认真复习。
实验二：
学习和掌握高压西林电桥的工作原理和基本操作，了解各种因素对测试结果的影响。
实验验证西林电桥灵敏度的影响因素以及测试过程中桥臂断线对测试结果的影响。
实验三：
学习和掌握脉冲电流法的测试原理、系统构成及分度校正，局部放电的抗干扰技术。
按要求确定实验方案，搭建测试系统，测试介质内部的局部放电及及电晕放电。
6.3主要仪器设备
ZC-36高阻计，局部放电仪，QS37高压西林电桥，控制台，电热控温箱，试验变压器。
6.4主要消耗材料
绝缘板，凡士林，酒精，脱脂棉，铜线，铜电极，刀片，导线，焊锡，松香，焊油，鱼夹，地线，电机线棒，圆规，直尺，制图板，导线，铝箔，耐高温屏蔽线，玻璃管。
6.5实验项目设置
序号
实验项目编号
实验项目名称
实验目的及内容提要
学时数
实验类型
实验要求
每组人数
1
300515XI1301
绝缘电阻率的测量
目的：
1、学习绝缘电阻的测试方法，了解各种因素对测试结果的影响；
2、学习和掌握工程常用仪器设备高阻计的原理和基本操作。
内容：
1、测量贴和不贴铝箔的三电极试样的体积电阻Rv和表面电阻Rs；
2、测量二电极系统下不贴铝箔的试样电阻；
3、测量不贴铝箔情况下，受潮试样的表面电阻Rs；
4、测量线有无屏蔽对测试结果的影响。
2
验证
必做
2
2
300515XI1302
工频电压下绝缘相对介电常数的测量
目的：
1、学习Cx与tanδ的测试方法，了解各种因素对测试结果的影响；
2、学习和掌握工程常用仪器设备高压电桥的原理和基本操作；
内容：
1、在1kV试验电压下测平板试样的Cx与tanδ；
2、在1kV试验电压下测聚氯乙烯绝缘电缆样品，平衡后改变电压观察主桥平衡情况；
3、观察试样Cx和标准电容器断开时，电桥的平衡情况。
2
验证
必做
2
3
300515XI1303
局部放电测试
目的：
1、理解和掌握局部放电脉冲电流法所用设备、试验方法和实验原理；
2、了解局部放电测试中抗干扰方法；
3、掌握局部放电测试系统的分度校准方法。
内容：
1、了解实验仪器，熟悉实验仪器的使用方法；
2、局部放电测试系统的分度校正；
3、测量局部放电的起始电压，熄灭电压,放电量；
4、设计或选择试样和电极结构，选择测试典型绝缘内部和电晕的放电波形。
2
综合
必做
6
6.6教学基本要求
1、实验前做好充分准备，包括网上进行实验内容的预习、虚拟测试线路的连接等；
2、实验开始前，要求学生必须较为熟练掌握实验设备的操作；
3、实验过程中严格遵守实验室规章制度，爱护实验设备。
4、实验结束后能独立撰写实验报告，准确分析实验结果。
本课程实验分为两类：
验证性实验和综合性实验。
1、验证性实验以学生为具体实验操作主体，要求学生掌握相关基础知识和基本技能。
学生根据实验指导中给出的实验要求，测试不同条件不同样品的绝缘电阻（率）、电容（相对介电常数）及损耗因数等参数，结合所学理论知识分析实验结果的正确性。
逐步培养学生严格认真、独立思考的实验态度。
2、综合性实验要求学生能够依据所学理论知识，根据实验要求和内容，构建相应的局部放电测试系统并进行分度校正，在此过程中要充分考虑抗干扰技术，并利用该平台对绝缘内部局部放电和电晕放电特性进行测试。
6.7实验考核方式及成绩评定
每次实验考核成绩构成：
总成绩100%；实验预习占10%，实验纪律占10%，实验操作及结果分析占40%，实验报告撰写占40%。
三次实验平均分作为本课程实验最终实验分数。
7考核与成绩评定
7.1考核方式及成绩评定
考核方式：
学习表现、作业、实验与期末考试
考试成绩构成：
总成绩100%；学习表现占总成绩的10%；作业2次，占总成绩的10%；实验3次，占总成绩的10%；报告一份，占总成绩的10%；期末考试成绩占总成绩的60%，考试采取闭卷笔试。
补考成绩构成：
补考采取闭卷笔试，不含学习表现、作业、实验及报告成绩，总成绩直接由B卷给出。
7.2考核评价的标准
1、学习表现：
以学生记笔记情况、课堂讨论、回答问题和考勤为评价标准；
2、作业考核：
以开卷笔试形式考察学生阶段性的学习效果，及时发现教学过程中出现的问题，并及时了解学生学习状况。
作业试题以应用题型为主，考察学生综合运用所学知识的能力。
3、实验：
3次实验，记录每个学生实验出勤情况、实验完成质量及实验报告完成情况，在实验报告中要求学生根据实验现象回答思考题。
4、报告：
查阅国内外文献，针对电力系统现场进行离线的绝缘诊断和在线的绝缘监测技术写一份报告，并提出自己的见解。
5、期末考核：
考试题大体上可以分为三种类型，重点考察学生对基本概念、基本方法、基本技术的掌握和综合应用。
填空题：
根据学过的基本概念、原理，回答问题。
约占25%。
简答题：
根据学过的基本概念、原理和做过的实验，分析结果，回答问题。
约占45%。
应用题型
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