《電涌保護(hù)器原理與試驗》教學(xué)大綱

1、電涌保護(hù)器原理與試驗Principle and Testing of SPD一、課程基本情況課程類別：專業(yè)任選課課程學(xué)分：2學(xué)分課程總學(xué)時：32學(xué)時，其中講課：26學(xué)時，實驗（含上機(jī)）：6學(xué)時，課外 學(xué)時課程性質(zhì)：選修開課學(xué)期：第6學(xué)期先修課程：電路分析、雷電學(xué)原理適用專業(yè)：安全工程（雷電科學(xué)與技術(shù)方向）教 材：李祥超，電涌保護(hù)器原理與應(yīng)用，氣象出版社，2011年，第1次出版。開課單位：大氣物理學(xué)院雷電科學(xué)與技術(shù)系二、課程性質(zhì)、教學(xué)目標(biāo)和任務(wù)本課程為安全工程（雷電科學(xué)與技術(shù)方向）專業(yè)任選課，通過對本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)熟悉電涌保護(hù)器的設(shè)計原理和測試步驟，并了解國內(nèi)外主要品牌的防雷產(chǎn)品。通過實驗實

2、訓(xùn)，了解電涌保護(hù)器的設(shè)計及測試方法。課程主要內(nèi)容對電涌保護(hù)器（SPD）的基本原理、結(jié)構(gòu)、測試方法和應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行了完整介紹。課程難點：雷電波傳輸過程的分析，對雷電、雷電過電壓的形成及雷電流的傳輸過程的分析。重點內(nèi)容：常用于SPD中的非線性元件氧化鋅壓敏電阻、氣體放電管、半導(dǎo)體過電壓保護(hù)器件等的工作原理和測試方法。掌握電涌保護(hù)器（SPD）的工作原理、測試方法和選用原則，從工程實踐的角度講述SPD的性能優(yōu)劣和使用原則。了解對SPD的測試設(shè)備的工作原理進(jìn)行了分析，使學(xué)生拓寬了學(xué)習(xí)的知識面。三、教學(xué)內(nèi)容和要求第1章雷電的基礎(chǔ)知識（2學(xué)時）1.1雷電的成因及雷擊閃電的特性（1學(xué)時）（1）了解雷云的形成、電

3、離層與地面間的電荷平衡； （2）理解雷電波的頻譜分析； （3）掌握尖端放電與雷擊、雷電流的特性；重點：雷擊的主要形式難點：雷電流的主要破壞作用1.2雷電過電壓的抑制措施（1學(xué)時）（1）理解雷電過電壓的形成； （2）掌握雷電過電壓的抑制措施；重點：雷電的靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)難點：電涌保護(hù)第2章雷電波的傳輸過程（2學(xué)時）2.1無損單導(dǎo)線線路中的波過程、行波的折射與反射（1學(xué)時）（1）了解波動方程及其通解、通解的物理意義； （2）理解波傳播過程中的能量關(guān)系、行波的折射與反射； （3）掌握特殊條件下的折射、反射；重點：雷電波在線路中傳播的物理過程難點：線路末端開路和短路條件下的折射、反射2.2 行波通過

4、串聯(lián)電感和并聯(lián)電容（0.5學(xué)時）（1）掌握無限長直角波通過串聯(lián)電感和并聯(lián)電容；重點：波通過兩器件傳播的物理過程難點：等值電路和對應(yīng)公式推導(dǎo)2.3 行波的多次折射、反射，無損平行多導(dǎo)線系統(tǒng)匯總的波過程（0.5學(xué)時）（1）了解三導(dǎo)線串聯(lián)時波過程的計算； （2）理解三導(dǎo)線串聯(lián)時波過程的特點； （3）掌握無損平行多導(dǎo)線系統(tǒng)中波的傳播規(guī)律；重、難點：對典型例子進(jìn)行分析第3章氧化鋅壓敏電阻的原理與測試（2學(xué)時）3.1 ZnO壓敏電阻的電壓電流特性（1學(xué)時）（1）了解溫度特性； （2）理解ZnO壓敏電阻伏安特性對應(yīng)等效電路； （3）掌握ZnO壓敏電阻伏安特性；重點：常用參數(shù)難點：ZnO壓敏電阻伏安特性曲線各

5、區(qū)域特性3.2 ZnO壓敏電阻的響應(yīng)特性、耐受能量沖擊特性（0.5學(xué)時）（1）了解響應(yīng)現(xiàn)象； （2）理解能量吸收能力； （3）掌握壓敏電阻的可靠性；重點：壓敏電阻的劣化機(jī)理難點：壓敏電阻的劣化的預(yù)防3.3 ZnO壓敏電阻的并聯(lián)使用（0.5學(xué)時）（1）了解壓敏電阻并聯(lián)存在的問題； （2）理解壓敏電阻并聯(lián)測試； （3）掌握壓敏電阻并聯(lián)使用的原理；重點：壓敏電阻的限制電壓特性難點：兩片壓敏電阻并聯(lián)電流分配的特性第4章氣體放電管的原理及測試方法（2學(xué)時）4.1 帶點質(zhì)點與氣體放電（1學(xué)時）（1）了解帶電質(zhì)點的產(chǎn)生和消失； （2）掌握氣體放電的主要形式；重點：輝光放電、弧光放電難點：電暈放電4.2 氣體

6、放電管的工作原理（0.5學(xué)時）（1）了解氣體放電管的結(jié)構(gòu)； （2）理解氣體放電管的伏安特性； （3）掌握氣體放電管的應(yīng)用；重點：氣體放電管主要技術(shù)參數(shù)難點：氣體放電管使用選擇4.3 氣體放電管的試驗方法及性能要求（0.5學(xué)時）（1）了解測試環(huán)境； （2）理解標(biāo)稱交流放電電流的試驗回路和方法； （3）掌握常用參數(shù)的定義及測試方法；重點：直流火花放電電壓試驗難點：波形為8/20s的標(biāo)稱沖擊放電電流的試驗回路和方法第5章半導(dǎo)體過電壓保護(hù)器件（2學(xué)時）5.1 瞬態(tài)電壓抑制二極管（TVS管）（1學(xué)時）（1）了解PN結(jié)的結(jié)構(gòu)及特性； （2）理解TVS的特性； （3）掌握TVS的工作原理；重點：TVS的性能

7、參數(shù)難點：TVS的典型應(yīng)用5.2 雪崩擊穿二極管（ABD管）（0.5學(xué)時）（1）理解雪崩二極管的基本結(jié)構(gòu)； 5.3 電涌抑制晶閘管（TSS管）（0.5學(xué)時）（1）了解TSS的性能判據(jù)（2）理解期間基本結(jié)構(gòu)和等效電路（3）掌握開關(guān)象限特性重點：TSS開管特性的四個區(qū)域難點：TSS結(jié)構(gòu)的等效電路第6章電涌保護(hù)器的工作原理（2學(xué)時）6.1 低壓電涌保護(hù)器（SPD）的工作原理（1學(xué)時）（1）理解電涌保護(hù)器的基本原理；（2）掌握電涌保護(hù)器的類型、低壓蒂娜用保護(hù)器的沖擊波形重、難點：常用的低壓電涌保護(hù)器的結(jié)構(gòu)6.2 信號線路電涌保護(hù)器（SPD）的工作原理（1學(xué)時）（1）了解DCS系統(tǒng)（2）理解DCS工業(yè)控

8、制系統(tǒng)模擬信號分析；（3）掌握數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)組合式SPD、RS-232信號接口SPD、RS-485信號接口SPD、RJ-45接口SPD、1/4短路線型SPD重點：常用信號系統(tǒng)SPD的保護(hù)電路難點：1/4短路線型SPD工作原理第7章電涌保護(hù)器的試驗方法和性能要求（2學(xué)時）7.1低壓配電系統(tǒng)的電涌保護(hù)器的術(shù)語和定義、試驗方法和性能要求（1學(xué)時）（1）了解外殼防護(hù)等級（IP代碼）； （2）理解SPD的標(biāo)識和標(biāo)志、接線端子和連接、防直接接觸試驗、確定限制電壓、動作負(fù)載試驗、SPD的脫離器和SPD過載時的安全性能； （3）掌握一般試驗程序；重點：級沖擊電流試驗、級和級標(biāo)稱放電電流試驗、級和級沖擊電壓試

9、驗、級符合波試驗難點：SPD脫離器的動作負(fù)載耐受試驗、TOV特性試驗7.2電信和信號網(wǎng)絡(luò)的電涌保護(hù)器的試驗方法和性能要求（1學(xué)時）（1）了解環(huán)境試驗、機(jī)械特性試驗； （2）理解一般檢查； （3）掌握電氣特性試驗；重點：傳輸特性試驗、回波損耗。近端串?dāng)_難點：沖擊限制電壓、交流耐受試驗第8章電涌保護(hù)器(SPD)的選擇和使用原則（4學(xué)時）8.1 SPD在低壓配電系統(tǒng)的應(yīng)用（1學(xué)時）（1）了解低壓配電系統(tǒng)SPD基本功能； （2）理解低壓配電系統(tǒng)SPD的使用條件； （3）掌握低壓配電系統(tǒng)SPD設(shè)計的類型；重點：SPD的主要保護(hù)原件分類難點：低壓配電系統(tǒng)正常和異常使用條件8.2 低壓配電系統(tǒng)SPD的安裝和

10、保護(hù)效果（0.5學(xué)時）（1）了解附加保護(hù)的必要性； （2）理解振蕩現(xiàn)象對保護(hù)距離的影響； （3）掌握連接倒下長度的影響、保護(hù)和安裝的可能模式；重點：保護(hù)區(qū)域的概念難點：根據(jù)試驗等級選擇SPD的位置8.3 低壓配電系統(tǒng)SPD的選擇（0.5學(xué)時）（1）了解預(yù)期壽命和失效模式； （2）理解保護(hù)距離； （3）掌握SPD的選擇步驟；重點：選擇SPD和其他SPD之間的配合難點：SPD和其他電器之間的相互關(guān)系8.4 SPD輔助器件的特性（0.5學(xué)時）（1）了解事件計數(shù)器和狀態(tài)顯示器； （2）掌握脫離器；重點：脫離器的基本脫離功能8.5 SPD的配合規(guī)則和原則（0.5學(xué)時）（1）了解能量通過方法； （2）理解

11、兩個SPD的一般配合； （3）掌握用于SPD的兩個ZnO壓敏電阻的配合、帶空氣間隙的SPD和帶氧化鋅電阻的SPD間的配合；重點：用于SPD的兩個ZnO壓敏電阻的配合難點：帶空氣間隙的SPD和帶氧化鋅電阻的SPD間的配合8.6信和信號網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中風(fēng)險管理及雷電過電壓的耦合機(jī)理（0.5學(xué)時）（1）了解風(fēng)險管理； （2）理解風(fēng)險評價； （3）掌握耦合機(jī)理；重點：對于電信線或信號線采用的保護(hù)措施難點：風(fēng)險的處理8.7 電信和信號網(wǎng)絡(luò)中SPD的使用和安裝（0.5學(xué)時）（1）了解關(guān)于在SPD安裝電纜的考慮、三，五或多接線端子SPD； （2）理解SPD的使用要求、雙接線端子SPD； （3）掌握雷電感應(yīng)過電壓對

12、建筑物內(nèi)系統(tǒng)的影響；重點：限制低頻電涌電壓SPD的選擇難點：SPD的限制電壓被保護(hù)系統(tǒng)性能的兼容性第9章運行中電涌保護(hù)器的檢測技術(shù)（2學(xué)時）9.1 SPD檢查內(nèi)容、要求和方法（1學(xué)時）（1）了解SPD的外觀、安裝工藝； （2）理解SPD之間連接的要求； 9.2 SPD測試內(nèi)容、要求和方法（1學(xué)時）（1）了解SPD表面溫度； （2）理解SPD絕緣電阻、SPD后備保護(hù)器； （3）掌握限壓型SPD的直流參考電壓和泄露電流；重、難點：金屬氧化物壓敏電阻的壓敏電壓和泄漏電流值的測量原理第10章沖擊電壓發(fā)生器的原理（2學(xué)時）10.1沖擊電壓發(fā)生器的基本原理（1學(xué)時）（1）了解沖擊電壓發(fā)生器滿足的要求、簡化

13、回路的近似計算； （2）理解沖擊電壓發(fā)生器基本回路； （3）掌握沖擊電壓波形；重點：沖擊電壓發(fā)生器的技術(shù)特性指標(biāo)難點：沖擊電壓發(fā)生器串聯(lián)放電是的等效回路10.2 擊電壓發(fā)生器放電回路的數(shù)學(xué)分析（0.5學(xué)時）（1）了解沖擊測量系統(tǒng)的轉(zhuǎn)移特性； （2）理解沖擊高壓分壓系統(tǒng)的構(gòu)成； 重點：頻率響應(yīng)難點：階躍響應(yīng)10.3沖擊高電壓的測量原理（0.5學(xué)時）（1）了解阻容串聯(lián)分壓器、微分積分測量系統(tǒng)；（2）理解電阻分壓器； （3）掌握電容分壓器重點：電容分壓器的測量回路難點：分布式電筒分壓器性能分析第11章?lián)綦娏靼l(fā)生器的原理及測量技術(shù)（2學(xué)時）11 .1沖擊電流發(fā)生器的（1學(xué)時）（1）了解沖擊電流發(fā)生器的電流幅值和波形的調(diào)節(jié)； （2）理解沖擊電流發(fā)生器的結(jié)構(gòu)； （3）掌握基本原理；重點：沖擊電流發(fā)生器的回路難點：沖擊電流發(fā)生器電容排列11 .2沖擊電流發(fā)生器的恒流充電（1學(xué)時）（1）了解。采用恒流源充電的必要性（2）掌握L-C恒流源的基本原理重點：T型網(wǎng)絡(luò)和橋型網(wǎng)絡(luò)難點：恒流充電裝置的實例第12章組合波沖擊發(fā)生器的原理（2學(xué)時）12.1 組合波沖擊發(fā)生器（1學(xué)時）（1）了解組合波的試驗對象（2）理解CW試驗的規(guī)定（3）掌握組合波的定義