ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

«Утверждаю»

Проректор по УМР

_ Л.О. Штриплинг

«»_ 2013_ год

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

по дисциплине

«ТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОФИЗИКА

ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО И

ПОСТОЯННОГО ТОКОВ» (Б.2.В.01) Направление 140400.62 «Электроэнергетика и электротехника»

Профиль подготовки «Электрические и электронные аппараты»

Разработана в соответствии с ФГОС ВПО, ООП по направлению подготовки бакалавров 140400.62 «Электроэнергетика и электротехника»

Программу составил: к.т.н., доц. _/А.С. Татевосян/ Обсуждена на заседании кафедры от « » мая 2013 г. № Зав. кафедрой ТиОЭ _/К.И. Никитин/ «_»2013 г.

Согласовано:

Руководитель ООП _/В.Н. Горюнов/ Зав. кафедрой ЭсПП «_»2013.

Ответственный за методическое обеспечение ООП _/В. В. Тевс/ «_»2013 г.

1. Цель и задачи дисциплины Изучение физических процессов, сопровождающихся нарушением электрической прочности диэлектриков в электрических и электронных аппаратах, имеет важное значение по обеспечению экономически оправданных и технически выполнимых приемов и методов проектирования и эксплуатации изоляции электрических аппаратов, увеличению их срока службы и повышения надежности в работе.

Целью дисциплины является овладение студентами теоретических основ создания и измерения высоких напряжений, пробоя в газах, жидких и твердых диэлектриках; методов неразрушающего контроля изоляции и испытания высоковольтной аппаратуры; изучение генераторов высоковольтных импульсов, особенностей их применения в экспериментальной физике и промышленных технологиях, а также сильноточных испытательных установках.

Фундаментом дисциплины являются теоретические и экспериментальные данные по электрическим явлениям в газообразных, жидких и твердых изоляционных средах.

Основные задачи дисциплины:

Роль электрических и электронных аппаратов в решении актуальных вопросов 1) использования высокого напряжения в выработке, передаче, потреблении электрической энергии;

Получение навыков решения теоретических задач по видам электрической изоляции 2) оборудования высокого напряжения и методам профилактических испытаний высоковольтного оборудования и устройств защиты изоляции высоковольтного оборудования от перенапряжений;

Овладение приемами работы с высоковольтным оборудованием различного 3) назначения; проведения различного вида измерений на высоком напряжении;

организации технического обслуживания и безопасности работ на высоком напряжении.

2. Место дисциплины в структуре ООП Дисциплина «Техника и электрофизика электрических аппаратов высокого напряжения переменного и постоянного токов» входит в вариативную часть «Математического и естественнонаучного цикла» подготовки бакалавров и является основой для дисциплин цикла СД.

Студент, начинающий изучение дисциплины «Техника и электрофизика электрических аппаратов высокого напряжения переменного и постоянного токов», должен знать физику, математику, теоретические основы электротехники – электрические и магнитные цепи, комплексы и системы электрических и электронных аппаратов.

Дисциплины, изучаемые одновременно: «Теоретические основы электротехники. Теория электромагнитного поля», «Электрические контакты», «Силовая электроника», «Электрические и электронные аппараты».

Последующие дисциплины: «Основы теории электрических и электронных аппаратов», «Электрические машины», «Электрический привод».

3. Требования к результатам освоения дисциплины 3.1. В результате освоения дисциплины «Техника и электрофизика электрических аппаратов высокого напряжения переменного и постоянного токов» должны быть сформированы следующие компетенции:

- способность применять методы испытания электрооборудования и объектов электроэнергетики и электротехники (ПК – 43);

- готовность к проверке технического состояния и остаточного ресурса оборудования и организация профилактических осмотров и текущего ремонта (ПК – 48);

- готовность к составлению инструкций по эксплуатации оборудования и программ испытаний (ПК – 51).

3.2. В результате освоения дисциплины студент должен демонстрировать освоение указанными компетенциями по дескрипторам «знания, умения, владения», соответствующие тематическим модулям дисциплины, и применимые в их последующем обучении и профессиональной деятельности:

- Знать:

З.1. Роль высокого напряжения в выработке, передаче, потреблении электрической энергии, в экологических проблемах, в которых участвуют электрические и электронные аппараты ;

З.2. Виды электрической изоляции оборудования высокого напряжения;

З.3. Методы профилактических испытаний высоковольтного;

З.4. Методы и устройства защиты изоляции высоковольтного оборудования от перенапряжений.

- Уметь:

У.1. Выполнять расчеты электрической прочности изоляционных;

У.2. Выполнять расчеты по оценке уровня и показателя защищаемых объектов;

У.3. Выполнять измерения на высоком напряжении и анализировать полученные данные.

- Владеть:

В.1. Основными приемами работы с высоковольтным оборудованием различного назначения;

В.2. Основными приемами проведения различного вида измерений на высоком напряжении;

В.3. Основными приемами организации технического обслуживания и безопасности работ на высоком напряжении.

3.3. Проектируемые результаты и признаки формирования компетенций.

Индекс Проектируемые результаты освоения Средства и Технология компетенции дисциплины «Техника и электрофизика технологии формирования 4. Объем дисциплины и виды учебной работы в часах и зачетных единицах Очная форма обучения Самостоятельное изучение материала дисциплины 108 Вид аттестации за семестр (зачет, Заочная форма обучения Вид аттестации за семестр (зачет, 5. Содержание дисциплины по модулям и видам учебных занятий 5.1. Содержание дисциплины по модулям Устройства для получения постоянного и переменного напряжений.

Измерение высоких напряжений.

Электростатические поля и регулирование распределения напряженности поля.

Электрический пробой в газах, в твердых и жидких диэлектриках.

Диэлектрические параметры изоляции. Испытания изоляции высоким напряжением.

Генераторы импульсных напряжений.

Электрофизические промышленные технологии.

Производство и передача электрической энергии. Виды напряжений в Л, С Л, С Устройства для получения постоянного напряжения. Устройства для получения переменного напряжения Устройства для получения импульсного напряжения. Системы управления.

Измерение высоких напряжений. Измерение максимального напряжения искровыми разрядниками. Электростатические вольтметры. Измерение прибором с использованием добавочного резистора или делителя напряжения.

Роторные вольтметры и флюксметры. Измерение пиковых значений напряжений. Системы с делителями напряжений и измерение импульсных напряжений. Скоростные цифровые регистраторы переходных процессов.

и регулирование распределения напряженности поля Электростатические поля и регулирование распределения напряженности поля. Распределение напряженности электрического поля и пробивные напряжения воздушных промежутков. Поля в однородных изотропных материалах. Поля в комбинированных изоляционных системах из изотропных материалов. Численные методы расчета напряженности электростатического Электрический пробой в газах. Характеристики газа (классическая Л, С Л, С Вторичные процессы на катоде. Самостоятельный разряд в газе. Стримерный механизм. Закон Пашена. Эффект Пеннинга. Пробивная напряженность поля.

Пробой в неодно-родных полях. Влияние прилипания электронов на условия пробоя. Частичный пробой, коронный разряд. Эффект полярности.

Импульсные пробивные напряжения. Пробой в твердых и жидких диэлектриках. Статическая электризация в силовых трансформаторах.

Неразрушающие методы испытания изоляции Модуль 5. Диэлектрические параметры изоляции. Испытания изоляции Перенапряжения, испытания и координация уровней изоляции. Молния.

Испытательные грозовые импульсы. Характеристики испытательных коммутационных импульсов напряжения. Испытания изоляции высоким напряжением и статистическая обработка результатов. Оценка вероятностей пробоя.

Координация изоляции. Современные устройства защиты энергосистем.

Конструкции и испытания внешней изоляции. Эксплуатация в загрязненной окружающей среде. Механизм перекрытия по поверхности загрязненных изоляторов при переменном и постоянном напряжениях. Измерения и испытания. Снижение вероятности перекрытий в условиях загрязнения.

Конструкции изоляторов. Испытания внешней изоляции.

Модуль 6. Генераторы импульсных напряжений импульсов высокого напряжения прямоугольной формы. Импульсные трансформаторы. Спиральные генера-торы. Генераторы сильных импульсных токов. Ем-костные накопители энергии. Индуктивные накопители энергии.

Магнитно-кумулятивные генераторы.

Установки высокого напряжения для экспериментальной физики. Ускорители электронов. Линейные ускорители ионов. Термоядерные установки.

Ускорители макроскопических тел (электромагнитные «пушки»). Источники рентгеновского излучения.

Модуль 7. Электрофизические промышленные технологии Электрофизические промышленные технологии. Электрофильтры. Л, С Л, С Нейтрализа-торы статического электричества. Электроискровая обработка.

Магнитно-импульсные технологии. Электронно-лучевая плавка.

Сильноточные испыта-тельные установки. Имитаторы тока молнии при испытаниях объектов на молниеустойчивость. Испытания ограничителей перенапряжений. Ударные генераторы.

5.2. Содержание практических занятий Цель практических занятий – закрепление теоретического материала дисциплины, овладение методами решения задач.

1 Исследование электрической прочности воздушных промежутков в+ - + неоднородном поле.

2 Разряды в воздухе при переменном напряжении промышленной частоты. + - + 3 Электрические разряды по поверхности твердого диэлектрика. + - + 4 Исследование генератора (трансформатора) импульсных напряжений. + - + 6. Образовательные технологии.

6.1. Для достижения планируемых результатов освоения дисциплины «Техника и электрофизика электрических аппаратов высокого напряжения переменного и постоянного токов» используются следующие образовательные технологии:

6.1.1. Информационно-развивающие технологии.

6.1.2. Развивающие проблемно-ориентированные технологии.

6.1.3. Личностно ориентированные технологии обучения.

Индивидуальное Междисциплинарное 6.2. Интерактивные формы обучения (в соответствии с положением П ОмГТУ 75.03-2012. «Об использовании в образовательном процессе активных и интерактивных форм проведения учебных занятий») № Семестр, Применяемые технологии интерактивного обучения Кол-во 7. Самостоятельная работа студентов (указываются все виды работ в соответствии с учебным планом) Самостоятельная работа направлена на закрепление и углубление полученных теоретических и практических знаний, развитие навыков практической работы.

7.1. Объем СРС и распределение по видам учебных работ в часах Работа с лекционным материалом, самостоятельное изучение отдельных тем электронных источников; чтение и изучение учебника и учебных пособий.

Обоснование трудоемкости (в часах) на выполнение СРС:

7.2. Тема домашнего задания 7.2.1. Изучение процессов дугового разряда и определение вольтамперной характеристики дуги переменного тока цифровым методом (модуль 4).

7.2.2. Темы рефератов.

1. Физические процессы в ионизированных газах.

2. Импульсный трансформатор.

3. Классификация конфигурации электрических полей.

4. Классификация перенапряжений и их кратность.

5. Виды разрядов в газах.

6. Пробой жидких диэлектриков.

7. Пробой твердой изоляции.

8. Факторы, воздействующие на электрическую изоляцию высоковольтных устройств при 9. Сущность метода измерения сопротивления изоляции.

10. Сущность метода испытания изоляции повышенным напряжением.

8. Методическое обеспечение системы оценки качества освоения программы дисциплины К промежуточной аттестации студентов по дисциплине «Техника и электрофизика электрических аппаратов высокого напряжения переменного и постоянного токов» могут привлекаться ведущие преподаватели кафедры.

8.1. Фонды оценочных средств (в соответствии с П ОмГТУ 73.05 «О фонде оценочных средств по дисциплине») Фонд оценочных средств позволяет оценить знания, умения и уровень приобретенных компетенций.

Фонд оценочных средств по дисциплине «Техника и электрофизика электрических аппаратов высокого напряжения переменного и постоянного токов» включает:

- экзаменационные билеты;

- экзаменационные вопросы;

- варианты домашнего задания;

- тестовый комплекс;

- задания для проведения занятий в интерактивной форме.

Оценка качества освоения программы дисциплины «Техника и электрофизика электрических аппаратов высокого напряжения переменного и постоянного токов» включает текущий контроль успеваемости, промежуточную аттестацию (по модулям), итоговую аттестацию.

Студентам предоставлена возможность оценивания содержания, организации и качества учебного процесса.

8.2. Контрольные вопросы по дисциплине Модуль 1.

Производство и передача электрической энергии. Виды напряжений в энергосистеме.

Испытательные напряжения.

Получение высоких напряжений. Устройства для получения постоянного напряжения.

Устройства для получения переменного напряжения.

Устройства для получения импульсного напряжения.

Модуль 2.

Измерение высоких напряжений.

Измерение максимального напряжения искровыми разрядниками.

Электростатические вольтметры.

Измерение прибором с использованием добавочного резистора или делителя напряжения.

Роторные вольтметры и флюксметры.

10. Измерение пиковых значений напряжений.

11. Системы с делителями напряжений и измерение импульсных напряжений.

12. Скоростные цифровые регистраторы переходных процессов.

Модуль 3.

13. Электростатические поля и регулирование распределения напряженности поля.

14. Распределение напряженности электрического поля и пробивные напряжения воздушных промежутков.

15. Поля в однородных изотропных материалах.

16. Поля в комбинированных изоляционных системах из изотропных материалов.

17. Численные методы расчета напряженности электростатического поля.

Модуль 4.

18. Электрический пробой в газах.

19. Характеристики газа (классическая статистическая физика).

20. Элементарные процессы при пробое газов.

21. Вторичные процессы на катоде.

22. Самостоятельный разряд в газе.

23. Стримерный механизм. Закон Пашена. Эффект Пеннинга.

24. Пробивная напряженность поля.

25. Пробой в неоднородных полях.

26. Влияние прилипания электронов на условия пробоя.

27. Частичный пробой, коронный разряд.

28. Эффект полярности.

29. Импульсные пробивные напряжения.

30. Пробой в твердых и жидких диэлектриках.

31. Статическая электризация в силовых трансформаторах.

32. Неразрушающие методы испытания изоляции.

Модуль 5.

33. Диэлектрические параметры изоляции.

34. Измерение тангенса угла диэлектрических потерь и емкости изоляции. Измерения частичных разрядов.

35. Перенапряжения, испытания и координация уровней изоляции.

36. Молния. Испытательные грозовые импульсы.

37. Характеристики испытательных коммутационных импульсов напряжения.

38. Испытания изоляции высоким напряжением и статистическая обработка результатов.

39. Оценка вероятностей пробоя. Координация изоляции.

40. Современные устройства защиты энергосистем.

41. Конструкции и испытания внешней изоляции.

Модуль 6.

42. Эксплуатация в загрязненной окружающей среде.

43. Механизм перекрытия по поверхности загрязненных изоляторов при переменном и постоянном напряжениях.

44. Снижение вероятности перекрытий в условиях загрязнения.

Конструкции изоляторов. Испытания внешней изоляции.

45.

Генераторы импульсных напряжений для электрофизических и технологических установок.

46.

Кабельные генераторы для получения импульсов высокого напряжения прямоугольной 47.

Импульсные трансформаторы.

48.

Спиральные генераторы. Генераторы сильных импульсных токов.

49.

Емкостные накопители энергии.

50.

Индуктивные накопители энергии.

51.

Магнитно-кумулятивные генераторы.

52.

Установки высокого напряжения для экспериментальной физики.

53.

Ускорители электронов. Линейные ускорители ионов.

54.

Термоядерные установки.

55.

Ускорители макроскопических тел (электромагнитные «пушки»).

56.

Источники рентгеновского излучения.

57.

Модуль 7.

58. Электрофизические промышленные технологии.

59. Электрофильтры.

60. Устройства для электроокраски.

61. Электросепарация.

62. Электрофотография.

63. Нейтрализаторы статического электричества.

64. Электроискровая обработка.

65. Магнитно-импульсные технологии.

66. Электронно-лучевая плавка.

67. Сильноточные испытательные установки.

68. Имитаторы тока молнии при испытаниях объектов на молниеустойчивость.

69. Испытания ограничителей перенапряжений.

70. Ударные генераторы.

9. Ресурсное обеспечение дисциплины.

9.1. Материально-техническое обеспечение дисциплины 9.1.1. Современные приборы, установки (стенды), специализированные лаборатории и Вычислительная техника широко используется при проведении практических занятий и домашних заданий. Моделирование электромагнитных процессов в электрических аппаратах в пакетах Micro-Cap и электромагнитных полей в пакете Elcut, решение систем алгебраических уравнений и систем дифференциальных уравнений в пакете Matcad. ПК на базе процессора Intel Pentium IV – 6 шт.

Технические средства обучения и контроля.

9.1.2.1. Мультимедийные лекционные аудитории.

9.1.2.2. Использование тестовых заданий для текущего контроля знаний студентов, полученных при самостоятельном изучении лекционного курса и в период промежуточных аттестаций.

9.1.3 Вычислительная техника.

9.1.3.1. При изучении теоретического курса - работа студентов с обучающее контролирующими программами, содержащими учебный материал по отдельным вопросам 9.1.3.2. При проведении практических занятий - применение пакета программ по исследованию электрической прочности воздушных промежутков в неоднородном поле;

разряды в воздухе при переменном напряжении промышленной частоты; электрические разряды по поверхности твердого диэлектрика; исследование генератора (трансформатора) импульсных напряжений.

Учебно-методическое и информационное обеспечение 9.2.

9.2.1. Основная литература 1. Техника и электрофизика высоких напряжений. Учеб./ Е. Куффель, В.Цаенгль, Дж.Куффель – Изд-во ИД «Интеллект», 2010 - 704 с.

2. Физические процессы в электрических аппаратах. Учеб. пособие / А.С. Варфоламеева, Н.Н. Кургузов, Л.И. Кургузова, Ю.А. Леньков, К.И. Никитин / Под. ред. Никитина К.И. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2007. - 197 с.

9.2.2. Дополнительная литература 1. Методы расчета магнитных систем электрических аппаратов. Программа ANSYS: учеб.

пособие для вузов по специальности «Электрические и электронные аппараты»

направления подгот. дипломир. специалистов «Электротехника, электромеханика и электротехнологии»/ О.Б. Буль. – М.:Академия, 2006.- 284 с.

2. Электрические и электронные аппараты: конспект лекций/ Ю.З. Ковалев, А.И. Мирошник, В.В. Барсков; ОмГТУ. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2007. – 123 с.

3. Тихонов, А.И. Высокочастотная электроника. Учеб. по курсу лекций/ А.И. Тихонов – Омск: кан. 2012. – 318 с.

4. Шкаев, А.Г Твердотельная электроника: консп. лекций / А.Г. Шкаев - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2009. – 56 с.

9.2.3. Периодические издания 1. Электротехника. 2000-2013.

2. Электричество. 2000-2013.

3. Электротехника: ЭРЖ. 2000-2013.

9.2.4. Информационные ресурсы 1. ЭБС «АРБУЗ»

2. Научная электронная библиотека elibrary.ru 3. Интегрум