自1985年学院第一届本科生招生开始, 《高电压技术》作为电气工程及其自动化专业的主干课程。高压教学团队一直致力于高电压技术课程的建设和发展, 2001年开展了高电压技术校级课程建设, 2008年本课程成为校级精品课程, 2011年成为上海市教委重点课程建设项目, 2014年建立“高电压技术”教学团队。2017年成为上海市教委精品课程建设项目。并在2018年, 电气工程及其自动化专业顺利通过中国工程教育认证。基于一直以来对“高电压技术”课程的不断建设, 结合工程教育认证, 该课程具有完善的教学团队, 完整的教学大纲、教案、多媒体课件及教学微视频等配套网络资源。
学院的“电气工程及其自动化”专业, 每年为国家电网输送大量人才, 对于关系到国计民生的电力网络, 要作为一名合格的电力工作者, 学生不仅要具有扎实的电气工程相关专业基础作为知识储备, 而且拥有坚定的信仰、崇高的理想、良好的职业道德等优秀思想品质也是非常重要的。“高电压技术”作为电气工程及其自动化的专业核心课, 是从事电气专业工作必备基础课程。在讲授专业知识的同时, 时刻贯彻思想政治品德教育, 围绕“能源中国”及“一带一路”的战略构想, 结合我国特高压电网的发展, 在《高电压技术》课程的育人目标上, 培养爱国、吃苦、勇于创新、积极向上的专业精神。
“高电压技术”课程由于其专业性较强, 所涉及的学科门类较多, 比如:数学、物理学、化学、电工学及电子学等, 所授专业内容也十分庞杂。因此, 高电压技术教学团队必须对课堂教学内容进行整合优化, 突出专业特色, 同时能够结合课程思政的总体思想, 设计典型教学案例, 紧扣“课程思政”主题, 制作相关思政主题的教学微视频, 基于本课程已经建设的上海市精品课程网络资源, 进一步完善网上资源, 结合发挥高压团队成员的教学特点, 在教学方案、教学案例等内容和方式上群策群力, 深度挖掘课程核心知识点与思想政治的内部关联, 以期达到最佳的教学效果, 从而能提升本课程的教学质量并实现立德树人的育人目标。
通过《高电压技术》试点课程思政建设, 能够培养学生以下目标:
一、通过特高压输电电压等级发展现状的介绍, 了解我国输电线路电压等级的发展过程, 在此过程中理解和领会我国特高压电网由“追随”到“引领”的过程, 培养学生的爱国主义情怀和民族自豪感, 激发行业荣誉感, 增强创新意识, 具有积极向上的精神。
二、通过对电介质的击穿特性、避雷设备的保护范围计算等内容的学习, 培养学生严谨的科学态度, 增强安全意识, 并在学习中能培养考虑社会、环境和安全等因素的能力。
三、通过对电力系统电压内容的学习, 能够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, 履行责任。
电晕放电是极不均匀电场间隙放电的特有形式, 以该内容作为教学案例, 将专业的《高电压技术》课程内容和课程思政内容相结合, 在课程内容、课程思政的探索实践、案例设计及详细的教学展示上进行设计。
主要包含两方面内容:一是电气设备和线路绝缘结构中气隙的电场大多是不均匀的, 与均匀电场相比, 不均匀电场气隙的放电具有存在明显的电晕风电和存在极性效应两个明显不同于少不均匀电场的特点;二是对于电晕放电, 重点理解电晕放电的物理过程, 电晕放电的不良生态效应、抑制措施及积极的工程意义。
根据电晕放电的物理过程, 认识到学习过程中要理论联系实际;结合电晕放电的不良生态效应, 要培养学生能具有环境意识, 树立环保观念;对于电晕放电的积极意义, 要学会全面分析, 认识到事物的两面性, 凡事有两面性, 看事物要用发展的眼光, 全面分析利弊, 以便权衡得失, 这就是马克思主义哲学的辩证思维方式。详细设计如图所示。
电晕放电, 是极不均匀电场特有的一种放电形式, 对于棒板间隙, 最大场强通常出现在曲率半径比较小的棒电极附近, 随着间隙上所加电压的升高, 在曲率半径小的棒电极附近空间率先达到自持放电条件, 在棒电极附近局部区域形成自持放电。伴随着游离而存在的复合和激发, 发出大量的光辐射, 造成在电极周围会有淡紫色的发光层, 似日月的晕光, 此为电晕放电。
此处可引导学生, 在日常所见到的高压输电线路的绝缘子附近、变电所的高电压等级区域, 能够听到“呲呲”的放电声, 阴雨天或者晚上时, 还能看到蓝紫色的晕光, 理论联系实际, 学生更容易理解电晕放电这一高电压技术的重要概念。
同时结合实际运行情况, 进一步深入引导学生, 电晕放电了, 此时变电所和输电线路还在正常运行, 这是什么原因。从而引申解释, 电晕放电中的电晕放电层不可能向外扩展, 此时整个气体间隙仍然没有击穿, 间隙还是处于绝缘状态。通过理论联系实际, 将学习到的理论知识用于实际工程问题中, 从而能深入理解理论含义, 进一步提高指导实际工程的能力。从而既强调了科学理论的重要作用, 又强调了提高理论联系实际能力的重要性。
针对工程中常见的架空线路导线对地间的电场以及高压电气设备周围的电场, 则在电场强度大的部位就会出现电晕放电, 电晕放电会带来许多危害:出现电晕时, 回路中将有明显的电晕电流流过, 再加上发出的声、光、热、化学反应都要消耗能量, 所以电晕放电时、造成功率的损耗;还造成对周围无线电通信和电气测量的干扰 (用示波器观察时可看到电晕电流为一个个断续的脉冲) ;电晕放电时所产生的某些气体具有氧化和腐蚀作用;在一些环境要求比较高的场合, 电晕放电时发出的噪声有可能超过环保标准。
电晕放电产生的无线电干扰、噪声等属于电力系统电磁环境方面的问题, 会带来大量居民投诉、阻碍输电线路架设等实际问题, 噪声太大时还会使周围居民、行人及电力人员心情烦躁, 此时需要培养环境意识, 挺高人们对环境和环境保护的认识水平和认识程度, 同时鼓励学生们培养为保护环境而不断调整自身经济活动和社会行为, 协调人与环境、人与自然互相关系的实践活动的自觉性。同时, 深入理解环境意识包括的两方面含义, 其一是人们对环境的认识水平, 即环境价值观念, 包含有心理、感受、感知、思维和情感等因素;其二是人们保护环境行为的自觉程度。这两者相辅相成, 缺一不可, 在此基础上, 引申出抑制电晕的常用措施。
对于电晕放电带来众多的不良效应, 超高压输电线路通常采用分裂导线来限制电晕, 将每相输电导线分裂成几根并联的子导线, 但总的截面积不变。采用分裂导线后, 增大了导线的等值半径, 使导线表面的电场强度减小, 从而限制电晕。此时可以提议学生平时在户外多观察, 特别是沿着高铁沿线建设的超特高压输电线路, 可以直观看到输电线路采用的两分裂、四分裂、六分裂还是八分裂导线, 反过来还能推测线路的电压等级, 将理论和实际紧密联系起来。
电晕放电在某些情况下, 有可以被利用的一面, 例如利用电晕放电削弱雷电侵入波电压的幅值和陡度, 利用电晕放电净化空气 (负离子发生器) 、电除尘及静电喷涂等。由此可见, 任何事物都具有两面性, 看待事物要用发展的眼光, 可以充分发挥事物的积极的一面, 弱化消极的一面, 才能使其更充分的物尽其用。
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