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關鍵詞:750千伏架空輸電線路;感應電壓;感應電流;預防措施
中圖分類號:TM621文獻標識碼: A
隨著750kV輸電線路的迅速發展,超高壓線路走廊不斷擁擠,線路的同塔架設、并行架設、交叉跨越不斷增多。由于停電線路的空載導線形成一個巨大的電容器,處于工頻交變強電磁場中,會耦合產生感應電壓,對作業人員的安全造成較大的威脅。近年來,多處地方都出現過感應電傷人的事件。由于人們對感應電的認識普遍不足,認為感應電壓雖高,碰到感應電只會有麻手的感覺,不會危及人的生命。實際上,通過觸電傷人的諸多事件告訴我們,這是十分危險的,需要引起高度的重視,我們必須通過認真分析研究感應電的產生機理,抓住感應電的本質,方能采取切實可行的防范措施。
1.電磁感應現象
(1)電磁感應現象:閉合電路中的一部分導體做切割磁感線運動,電路中產生感應電流。
(2)感應電流:在電磁感應現象中產生的電流。
(3)產生電磁感應現象的條件:
①兩種不同表述
a.閉合電路中的一部分導體與磁場發生相對運動
b.穿過閉合電路的磁場發生變化
②兩種表述的比較和統一
a.兩種情況產生感應電流的根本原因不同
閉合電路中的一部分導體與磁場發生相對運動時,是導體中的自由電子隨導體一起運動,受到的洛倫茲力的一個分力使自由電子發生定向移動形成電流,這種情況產生的電流有時稱為動生電流。
穿過閉合電路的磁場發生變化時,根據電磁場理論,變化的磁場周圍產生電場,電場使導體中的自由電子定向移動形成電流,這種情況產生的電流稱為感應電流或感生電流。
b.兩種表述的統一
兩種表述可統一為穿過閉合電路的磁通量發生變化。
③產生電磁感應現象的條件
不論用什么方法,只要穿過閉合電路的磁通量發生變化,閉合電路中就有電流產生。
條件:a.閉合電路;b.一部分導體 ; c.做切割磁感線運動。
2.超高壓輸電線路感應電
現階段,電力系統供電是一種單相不對稱的供電系統。其在供電時,高壓輸電線路會在鄰近空間產生高壓電場,同時,交流電流又會在環繞其周圍的空間產生很強的未被平衡的交變磁場。因此,處在超高壓輸電線路下方的線路或長形導體會產生靜電感應和電磁感應現象。由于電容耦合,帶電導體在該物體上會感應出電壓(對地),迫使導體處于一個懸浮電位,該電壓稱為感應電壓。感應電包括電磁感應而產生的感應電壓和感應電流。如果產生感應電的輸電線路不接地,則只有感應電壓存在;一旦線路接地,將產生入地的感應電流。運行中的輸電線路對附近線路的感應電一般來自兩方面:一是電磁感應,它與互感有關;二是靜電感應,它與電容有關。
2.1 靜電感應電壓
電容耦合,又稱電場耦合或靜電耦合,是由于分布電容的存在而產生的一種耦合方式。超高壓輸電線路和下方導體與大地之間存在耦合電容,當超高壓輸電線路有高壓交流電壓時,將在鄰近空間產生高壓電場,從而使空間各點具備一定的電位。處于電場中的停電線路或者長金屬導體,由于電容效應產生靜電耦合,出現靜電感應電壓。若系統三相對稱,且運行線路對停電檢修線路或導體的三相分布電容平衡,則三相感應電壓的矢量和為零。實際系統中,由于運行線路三相導線對檢修線路的距離不相等,三相分布電容不可能完全平衡,三相感應電壓的矢量和不為零,線路上即出現靜電感應電壓。
2.2 電磁感應電壓
電磁感應耦合:又稱磁場耦合,是由于內部或外部空間電磁場感應的一種耦合方式。超高壓輸電線路中的交流電流在其周圍空間會產生未被平衡的交變磁場。根據電磁感應原理,其電流產生的磁力線切割相鄰的電力貫通線時,將產生縱向感應電動勢。由于電磁耦合三相互感不平衡,在停電線路上感應的對地零序電壓,即為電磁感應電壓。因三相距離不相等,則互感各不相同,運行線路的磁場在檢修線路上感應的電動勢也不相等,相加所得電壓的矢量和即為檢修線路或長導體的電磁感應電壓。
3.感應電的危害
3.1案例
2011年7月18日,750千伏吐哈一線停電檢修,并行750千伏吐哈二線帶電運行。在封掛好線路兩側固定接地線后,工作班成員梁某、王某穿著全套合格屏蔽服開始上439#桿塔作業,王某將防墜器通過0.3米長絕緣繩圈掛設在桿塔橫擔上部,梁某開始沿軟梯進人導線端,下軟梯過程中,防墜器金屬繩線部分已與桿塔橫擔下部接觸,當梁某腳觸及導線端均壓環時,被感應電擊倒在均壓環上,身上衣物迅速燃燒,經現場人員放至地面后,已無生命特征。
案例分析:從技術層面來講,本次事故可以終結為兩點:一是感應過大,人體承受不了;二是作業人員操作步驟錯誤,未使用個人保安線,便進入導線端,且防墜器將人體直接串入回路。
3.2感應電分析
3.2.1感應電的大小
架空輸電線路中的感應電現象是由電磁感應產生的,特別是同塔雙回和平行架設的輸電線路尤為突出,帶電線路可以提供持續的工頻電場,致使停電線路產生感應電。當停電線路不接地,則只有感應電壓存在,一旦停電線路接地,將產生入地感應電流。
針對750千伏輸電線路,依據電磁分析仿真計算軟件-ATP(Alternative Transients Program)計算得到運行回路在正常運行負荷下,對停電回路的感應電壓最大為0.85kV。當停電回路間隔8基桿塔的兩端分別加掛臨時接地線后,停電回路臨時接地線間的感應電流最大值為6.04A。當運行回路輸送2000MW負荷時,停電側感應電壓可達1288V.
案例線路系統參數為:標稱電壓750kV,最高運行電壓800kV,操作過電壓倍數1.8,最大輸送功率2300MW,事故時最大輸送功率4000MW。由此可見,理論上停電線路的感應電電壓應大于1288V,但經現場實際測量,當停電回路間隔20基封掛接地線后,感應電壓大于2000V。
3.2.2人體感知水平
電擊對人體的危害程度,主要取決于通過人體電流的大小和通電
時間長短。電流強度越大,致命危險越大;持續時間越長,死亡的可
能性越大。能引起人感覺到的最小電流值稱為感知電流,交流為1mA,直流為5mA;人觸電后能自己擺脫的最大電流稱為擺脫電流,交流為10mA,直流為50mA;在較短的時間內危及生命的電流稱為致命電流,如100mA的電流通過人體1s,可足以使人致命,因此致命電流為50mA。在有防止觸電保護裝置的情況下,人體允許通過的電流一般可按30mA考慮。
人體對電流的反映: 8~10mA 手擺脫電極已感到困難,有劇痛感(手指關節);20~25mA 手迅速麻痹,不能自動擺脫電極,呼吸困難;50~80mA 呼吸困難,心房開始震顫;90~100mA 呼吸麻痹,三秒鐘后心臟開始麻痹,停止跳動。
根據歐姆定律:
(I=U/R)
可以得知流經人體電流的大小與外加電壓和人體電阻有關。人體電阻除人的自身電阻外,還應附加上人體以外的衣服、鞋、褲等電阻,雖然人體電阻一般可達5000Ω,但是,影響人體電阻的因素很多,如皮膚潮濕出汗、帶有導電性粉塵、加大與帶電體的接觸面積和壓力以及衣服、鞋、襪的潮濕油污等情況,均能使人體電阻降低,所以通常流經人體電流的大小是無法事先計算出來的。因此,為確定安全條件,往往不采用安全電流,而是采用安全電壓來進行估算:一般情況下,也就是干燥而觸電危險性較大的環境下,安全電壓規定為36V,對于潮濕而觸電危險性較大的環境(如金屬容器、管道內施焊檢修),安全電壓規定為12V。這樣,觸電時通過人體的電流可被限制在較小范圍內,可在一定的程度上保障人身安全。
3.2.3感應電小結
(1)感應電持續存在,與停電線路是否接地無關;
(2)感應電很大,遠超人體承受能力;
(3)如果不做防感應電措施,人體將受到感應電嚴重傷害,甚至死亡。
3.3個人保安線分析
3.3.1個人保安線的正確
(1)應在線路停電、驗電、接地工序完成之后
(2)作業人員在進入導線端前,應使用個人保安線,先接接地端,后接導線端,確保各連接點牢固可靠;拆除時,順序相反。
(3)個人保安線應使用具有透明絕緣護套的軟銅線,截面積不得小于16mm2。
3.3.2個人保安線的正確認識
3.3.2.1案例中未使用個人保安線
等效電路圖
U:感應電壓
R1:人體接入回路電阻
I1:感應電流
750千伏吐哈二線正常運行負荷2000MW,假設停電線路兩端均已掛設接地,感應電壓U=1200v,屏蔽服導通電阻0.1Ω,人體電阻1500Ω,不考慮接地電阻值。當人體并入回路后,第一時間電流值I1=1200/0.1=12000A,因現行三類屏蔽服的導流能力30A,屏蔽服各部位連接點會瞬間熔斷,人體直接并入電路,則I1’=1200/1500=0.8A。
結論:人身觸電死亡。
3.3.2.2假定案例中使用個人保安線
示意圖
等效電路圖
U:感應電壓
R1:人體接入回路電阻
R2:個人保安線電阻
750千伏線路個人保安線采取不小于16mm2的銅絞線,長度為10米,而銅材料電阻率銅1.75 ×10-8(Ω?mm2/m),電阻近似為零。
結論:作業點導線與橫擔端幾乎無電壓降,人體所處回路被個人保安線回路短接,人體進入導線端僅有麻電感覺,不會導致人體觸電死亡。
3.3.3個人保安線小結
(1)個人保安線可以短路電流;
(2)個人保安線可以增加接地點,降低區段感應電壓;
(3)個人保安線可使作業人員確信線路可靠接地。
4.感應電預防措施
根據長期的運行檢修積累和相關理論填充、研究,針對750千伏架空輸電線路停電檢修作業過程中,針對感應電的預防采取了以下措施。
4.1 對于停電線路必須首先進行驗電才可采取后續的安全措施,由于750千伏輸電線路尚無標準驗電器,應使用帶有金屬端頭的絕緣繩進行驗電。操作過程為,作業人員手持絕緣繩尾部,慢慢將金屬部分接近導線,根據放電的聲音、火花和導線對金屬的排斥程度來判斷線路是否停電。
4.2 停電線路兩端必須使用固定接地線,作業區段使用臨時工作接地,降低線路區段感應電壓,已達到降低感應電流的目的。
4.3 作業點使用個人保安線,短接人體回路電流,確保人身安全。
4.4 作業人員應穿著全套合格屏蔽服,確保人體進入導線端時,不受感應電傷害,且能保證人體進入導線端后,能始終保持等電位狀態,同時,已起到了電場屏蔽作用。
4.5 作業人員的防墜落措施應采用絕緣繩索或裝置,增大人體回路絕對電阻,使人體進入導線端等同于等電位作業,避免通流傷害。
5.結束語
自750千伏輸電線路投運以來,無論是停電作業,還是帶電作業,疑問始終伴隨著我們,雖然我們已經做到了能順利完成,但還談不上效率化,簡約化。由此可見,我們對750千伏輸電線路感應電的認知還很有限,預防預控手段還很粗陋,伴隨著750千伏主網架的逐步成熟,感應電預防措施的進一步完善、優化急不可待。
參考文獻
一、初中物理中的電磁轉換
(一)電磁學的重要性。
電磁學在當今物理學領域中依然有許多問題有待研究。電磁學是由電學和磁學相互獨立的學科發展而成的。在現今學習過程中,這部分內容與力學、電學的知識點有不少相同的部分。在高中及大學的學習中這部分內容將是重中之重。
(二)知識梳理。
1.磁體與磁場。
磁體:帶有磁性的物體叫做磁體。(磁性:物體具有吸引鐵、鈷、鎳等物質的性質。)
磁極間相互作用規律:同名磁極相互排斥,異名磁極相互吸引。
磁場的方向:小磁針靜止時北極所指的方向(北極所受力的方向),為該點的磁場方向。
磁感線:磁體周圍假想的帶有箭頭的曲線。磁感線的疏密程度表示磁場的強弱。磁感線的切線方向為該點的磁場方向。磁感線一般采用虛線,因為磁感線在磁體周圍實際是不存在的。(磁場是實際是存在的。)
2.電流的磁場。
奧斯特實驗:本實驗說明通電導線周圍存在磁場。
本實驗通電導線必須南北放置:排除地磁場的干擾。
本實驗還可以說明通電導線周圍磁場方向與電流方向有關。
通電線圈周圍存在磁場:通電線圈周圍磁場方向的影響因素:電流方向、線圈的繞向。通電線圈周圍的磁場分布與條形磁體相同。
安培定則(右手螺旋定則):四指指向為線圈中電流環繞的方向,大拇指指向為N極。
3.電磁鐵:帶有鐵芯的線圈。
通電線圈磁性強弱的影響因素:有無鐵芯、線圈中電流大小、線圈的匝數。
電磁鐵與永磁體相比的優點:可控制有無磁性、可控制磁性強弱、可控制磁場方向。
4.電磁繼電器:分為低壓控制電路與高壓工作電路兩部分。
5.磁場對電流的作用。
通電直導線在磁場中受到力的作用:受力方向與電流方向有關,受力方向與磁場方向有關。
通電線圈在磁場中的受力情況:通電線圈在磁場中能轉動。(受到力的作用)
通電線圈在磁場中不能持續轉動。(在平衡位置時線圈受到平衡力作用)
磁電現象用于電動機,電磁感應用于發電機。
二、電磁轉換課堂上的實例引入
(一)基礎知識理解,熟練應用概念。
物理是一門具有很強理論性的課程,而且是與實際生活緊密聯系的一門課,所以說物理是一門非常有魅力的課程。對于初中生來講,初涉物理理解的知識體系還不全面,公式概念的記憶上存在一定困難,所以要用理解的方式弄懂并記憶。
例1:演示實驗:給纏繞在鐵釘上的導線通電后鐵釘能夠吸引大頭針,聯系上節課內容磁體能吸引大頭針,說明導線通電后鐵釘具有了磁性。展示一段視頻內容,電磁起重機用銜鐵吸起一堆鋼鐵后再在另一處放下。
經過討論思考得出結論:利用電流可以獲得磁場。
例2:把甲鐵棒的一端靠向乙鐵棒的中間部分,發現二者相互吸引,而把乙鐵棒的一端靠向甲鐵棒的中間部分時, 兩鐵棒互不吸引,那么由此可以判斷:(?搖 ?搖)
A.甲有磁性而乙無磁性
B.甲無磁性而乙有磁性
C.甲乙均有磁性
D.甲乙均無磁性
分析:此題看起來比較抽象,而且不易想到與電磁知識相關,很容易造成錯覺。實際上這道題應用了書中概念問題。兩個鐵棒相互接近時所得的結果不一樣,所以二者中哪個有磁性的答案不能肯定,故排除C、D。然后考慮甲向乙中間部分靠近時候兩者是吸引的。對于磁體來講兩極都具有同性相斥、異性相吸的特性,而中間部分不會被吸引或排斥;對于一般的鐵棒來說,可以被磁體上任何部分吸引。了解到這樣的概念性問題后,將可以輕松判出哪個是磁體,哪個不是。
答案:A
上面這道題涉及了概念問題,這樣和生活經驗和理論知識結合,并且勤于思考、動手,才能將所學知識理解并牢記。
(二)聯系實際,把握要點。
初中物理學習最重要的是培養學生的物理思維及理論聯系實際的能力。不論是在平時的練習還是考試中,都應多方面考查學生面對實際生活的觀察學習能力。
例1:在電磁起重機、發電機、動圈式揚聲器、動圈式話筒、電熨斗和電 風扇中,利用磁場對通電導體有力的作用原理工作的有?搖 ?搖?搖?搖; 利用電磁感應原理工作的有?搖?搖 ?搖?搖。
案例分析:答案是動圈式揚聲器、電風扇;電磁起重機、發電機、動圈式 話筒。
這道題很明確地考察了實際生活中一些機械、日常用品的 物理原理。首先要求學生對這幾種物品有直觀認識,即要求教學中涉及這方面知識的講授。 其次, 詳細講解電磁轉換這部分內容,“磁場對電流的作用”所要表述的內容與“電磁感應”是不同的,磁場對電流的作用主要表現為力的形式,而電磁感應的作用主要表現為電流或者電動勢的產生或變化。學生可以清晰地認識這些細微區別, 就比較容易判斷了。
1.探究通電直導線周圍的磁場。
活動1:探究通電直導線周圍的磁場
問題:如何顯示磁場的存在;如何改變磁場方向。
實驗: 學生自主動手實驗,觀察小磁針的偏轉及在電流方向改變的情況下小磁針的指向變化。
交流:通電導線周圍存在磁場;通電導線周圍的磁場方向與電流方向有關。
介紹:多媒體圖片及文字展示奧斯特生平及此實驗的歷史意義,使學生了解現在看似簡單的科學原理當初是在科學家們的不懈努力下獲得的。
2.探究通電螺線管的外部磁場。
問題:怎樣判斷通電螺線管周圍各點的磁場方向?(利用和前一節判斷磁體的磁場方向類似的方法)
實驗:學生動手實驗,觀察小磁針在螺線管周圍各處時的指向,并在書上圖中畫出。
視頻演示用鐵屑代替小磁針觀察螺線管周圍磁場的分布。
交流:(1)通電螺線管的外部磁場與哪種磁體周圍的磁場相似?
(2)通電螺線管的外部磁場方向與電流方向是否有關?
(3)安培定則:多媒體圖片及文字展示安培發現該定則的過程及背景。
中學物理中的一些實驗能夠使學生受到震撼、對學生形成沖擊.培養學生遵從客觀規律,尊重自然的品質.所以我們在實驗開發上非常重視,能做的實驗一定要做,在創新實驗、自制教具和實驗改造方面做了很多工作.
1創新實驗
案例1自感現象
在2008年北京教育學院組織的《百名名師百節優質課》的活動,全市選出八名物理教師,我很榮幸的參加了,錄制的課題是《自感現象》.在實驗設計上進行了下面兩點創新:
(1)密切聯系實際,從學生熟悉的日光燈引入,利用數字萬用表和實物投影測量日光燈點燃過程的電壓變化.用開關演示啟輝器的作用,最后把問題聚焦到鎮流器上,然后我拆開一個鎮流器,讓學生觀察它的結構,提出問題:“為什么一個帶鐵芯的線圈會有這么大的本事,能夠保證日光燈的啟動和正常發光的電壓要求?”.這個實驗學生感覺很好尤其是我用開關代替啟輝器讓燈亮了,學生發出了驚訝的叫聲,當我要打開鎮流器時學生眼光中流露出迫切的心情.
(2)①在自感的實驗中用一個電路完成了通電和斷電兩個自感實驗.我采用圖1所示的裝置做實驗.L為J2425型變壓器原理說明器的800匝線圈套在閉合鐵心上,兩個小燈泡規格為“6.3 V0.15 A”,調節滑動變阻器的電阻R使它和線圈的電阻相等,電源使用干電池組,電壓6~8 V.
②采用數字化實驗系統用傳感器采集電流,利用計算機保存下來,顯示了電流變化的圖象.分析起來特別的直觀方便.
(3)增加的定性實驗:自感電動勢與線圈中電流變化快慢的關系:通過用一個滑動變阻器代替開關演示當電流緩慢變化時自感電動勢會變小,從而燈光亮度的變化將非常不明顯.這會給學生留下深刻的印象,避免他們死記硬背.
案例2法拉第電磁感應定律
在講解《法拉第電磁感應定律》時,我在引課、定性研究、定量驗證環節設計了三個實驗獲得了非常好的效果.
(1)創設情景,提出問題的實驗
利用電磁爐在自制的線圈中產生感應電動勢,讓額定電壓220 V的燈泡發光.
(2)定性研究,感性體驗的實驗
在玻璃管的不同位置的放上三個相同的連接有發光二極管的線圈,強磁鐵在玻璃管中下落,觀察二極管的亮度從而定性的分析影響感應電動勢的大小的因素.
(3)定量研究,驗證規律的實驗
當原線圈中通以三角波時,在副線圈中會產生方波,利用信號源和雙蹤示波器進行定量研究.
2自制教具
實驗儀器不一定要很高級,有時越是簡單的儀器,越是學生身邊的儀器更能讓學生有親近感.身邊的很多物體都會成為上課的教具,講摩擦力時,我們會用到兩把刷子來演示摩擦力的方向;講微小形變時我們會用到扁平的酒瓶,或者兩面鏡子和激光筆;在講超重和失重時我們會用到礦泉水瓶子等等,這些隨手可取的教具讓學生感覺到物理離我們并不遙遠,而是就在我們身邊,與我們的生活密不可分.除了這些我們還會自制一些教具.
案例1泊松亮斑(“泊松亮斑演示器” 2009年10月獲得北京市自制教具一等獎)
泊松亮斑演示器,大大改觀了以往的實驗現象不明顯,不好調節,易失敗的難題.實驗裝置和實驗現象圖片如下圖.
這個實驗裝置的步驟是光源擴束鏡障礙物(小球)光屏(泊松亮斑).優點是利用較小的場地就可以完成實驗.而且要想使教室里不同位置的每個學生觀察到清晰的“泊松亮斑”,可以拿一塊平面鏡,放在光屏處正對著光源射來的方向,適當轉動平面鏡,平面鏡可以將“泊松亮斑”的圖像反射到不同的位置.這樣一來,給每個學生發一張大白紙,他們在自己的座位上便可以接收到“泊松亮斑”,近距離的進行觀察這一神奇的物理現象.
當學生們自己驗證了這不可思議的實驗現象時,好多學生發出了驚呼聲.這不僅激發了學生學習物理的激情,而且讓學生在領略了自然界美妙規律的同時鞏固了對物理知識和規律的理解.
案例2曲線運動
為了展示物體做曲線運動時速度的方向,我們設計了兩個實驗:
觀察水流離開輸液管時的運動方向的特點?(墨汁離開旋轉的陀螺時,它的運動方向的特點?)分析運動方向與軌跡的關系.
3實驗改進
在傳統實驗的基礎上進行改進,讓實驗效果更好,或者對傳統儀器的功能進行開發,設計更多的實驗.
案例1雙縫干涉測波長的實驗改進
原來的儀器只能一個人看,不能展現在課堂上,為此我們在實驗時將觀看干涉條紋的放大鏡改成了顯微鏡的目鏡,并且在目鏡的一側按照了攝像頭,并連接到電腦上,這樣就把實驗的干涉條紋投影到了大屏幕上,并且通過電腦的軟件可以方便的進行圖片的拍照.用不同顏色的光可以很清楚的看到條紋的變化.
案例2亥姆霍茲線圈的開發應用
亥姆霍茲線圈:串聯起來的兩個線圈,通上電流以后,它的周圍有磁場,磁場的強弱由電流的強弱決定,電流的大小通過和它串聯的電流表顯示,中間區域的磁場近似看成勻強磁場.
在研究產生感應電流的條件時,為了揭示本質,引出磁通量的概念,要有新鮮的、正反兩方面的實驗:只要磁場變就有感應電流嗎?找一個沒有的.導線切割就一定有感應電流嗎?找一個沒有的.把矛盾充分形象的展示出來,使學生有疑問.
(1)將一個自制的矩形線圈垂直磁場放置,當磁場的變化時,線圈中能產生感應電流.
(2)線圈換個位置,與磁場平行,產生磁場的電流變化時,線圈中不能產生感應電流.
(3)線圈一條邊切割磁感線:線圈進磁場,出磁場,有電流
(4)整個線圈完全在里面切割磁感線,沒有電流
在高中物理教學中由于學生已有的知識能力的不足,使得教學目標很多時候不能一步到位,這種情況下如果教師一味拔苗助長、急于求成,這樣做的結果就會增加教學難度、加重學生負擔,使得學生覺得物理越發難學,對激發學生學習物理的興趣和實現高效課堂非常不利。反之這時如果適時把部分知識點難度降低、點到為止,在學生的相關知識和能力到位時再進行反芻式教學,使知識、能力逐級遞進、螺旋上升,制定階段性目標,定能大大降低學習的難度,提高教學效率,真正實現高效課堂。
接下來筆者結合多年的教學實踐談談在高中物理中所進行的反芻式教學。
一、反芻能夠順應學生思維加強對知識點理解
加速度教學中,結合加速度的定義和矢量的運算,學生能夠算出加速度,但是不能理解為什么加速度有方向是矢量?方向的物理意義是什么?更不能理解為什么加速度方向與速度方向相同為加速運動,相反為減速運動?部分學生甚至會認為是教師人為的規定。這顯然與問題的實質相去甚遠。問題的解決安排在學了牛頓第二定律后,這時再把剛才的問題呈現在學生面前,這時學生建立了加速度的方向和力的方向間的關系自然能夠去理解加速度為什么是矢量及其方向的意義,加速度與速度方向相同即力與速度方向相同,該力對運動起促進作用所以加速,反之則減速。也很自然能理解了這不是人為規定。
在摩擦力的新授課教學中,根據靜摩擦力與相對運動趨勢方向相反判斷靜摩擦力方向和理解摩擦力可以是物體運動的動力對學生有一定的難度,這時只需列舉簡單的例子讓學生應用,練習安排不能難度很大,否則費時費力。等學生學了牛頓第二定律后:
安排類似例題:如圖在F作用下,A和B一起加速前進。在運用整體法和隔離法運用牛頓第二定律講解可以得到A受到向右的靜摩擦力作用。這時可以適時安排反芻前面知識:如果A不受靜摩擦力,A將向左相對落后于B(即相對運動趨勢方向),A所受的靜摩擦力方向與相對運動趨勢方向相反,同時該摩擦力也是A加速的動力。
二、反芻能夠對知識進行深入探究、補充和完善
關于重力加速度的教學中,有些教師通常會告訴學生重力加速度與高度和緯度的關系,要求學生進行機械性的記憶。筆者認為這樣安排不如干脆不提,在學習了萬有引力后,講解重力與萬有引力的關系時再引導學生自行總結重力加速度與高度和緯度的關系。
電動勢的教學中電動勢的定義為把每庫侖的正電荷在電源內從負極移送到正極非靜電力所做的功,但是對于非靜電力是怎樣做功?能量又是如何轉化的?學生是一頭霧水。這個問題在學生學習了磁場和電磁感應后教師可以帶領學生進行反芻學習深入研究。
例如可以利用以下模型理解該問題。如圖所示,在空間有豎直向下的勻強磁場,磁感應強度為B,在磁場中有一長為L、內壁光滑且絕緣的細筒MN水平放置,筒的底部有一質量為m、帶電荷量為+q的小球,現使細筒MN沿垂直磁場的方向水平向右以速度v1勻速運動,設小球帶電荷量不變.試分析小球的運動及能量的轉化情況。
由于小球水平方向勻速運動,小球受到與v1垂直的洛倫茲力恒力F1作用,當小球從N運動至M,力F1做功為Bqv1L,移送單位電荷做功為Bv1L,該結果與電磁感應部分的動生電動勢建立關系。所以該電源的非靜電力由F1充當。從能量的角度來看,由于沿NM方向速度v2的存在,所以產生洛倫茲力F2的作用,又由于v1勻速,所以管給球彈力FN的作用,對于球,應該是洛倫茲力分力F1做正功和另一分力F2做負功,又因為洛倫茲力不做功所以兩功代數和為零,又由于水平方向勻速運動FN和F2做功代數和為零,所以FN做功等于F1做功,再分析絕緣管,要維持v1的不變,管必須受到外力F的作用,且F=FN,F所做功也對于力F1做功為Bqv1L,所以綜上是外力F做功消耗外界能量轉化為電勢能。
三、反芻能夠對知識進行再創造,培養創造性思維
磁場部分的應用中有磁流體發電機和電磁流量計,如圖所示是磁流體發電機模型:勻強磁場磁感強度為B,平行金屬板a、b相距為d,將一束等離子體以速度v垂直噴射入磁場,便會在a、b兩金屬板間產生電壓,外電路負載R中就能獲得電流.求穩定時,發電機的電動勢。
在磁場部分是這樣進行分析的:
正負電荷進入磁場后受洛倫茲力作用分別向b、a板偏轉,使得b板和a板聚集了正負電荷,在板間形成電場,從而使得電荷又受與洛倫茲力反向的電場力作用,當電場力與洛倫茲力平衡時兩板即形成穩定的電勢差:
在學習了電磁感應以后可以對該部分內容進行反芻發展,首先引導學生思考表達式中Bdv的組合,學生自然會想到與動生電動勢BLv形式,這時教師可以引導學生建立兩者之間的關系,電磁流量計和磁流體發電機可以分別看作液體和氣體導體切割磁感線產生的動生電動勢,另一方面也可以從微觀上理解導體棒上動生電動勢的產生。
【摘 要】高中物理難學、物理難懂,一度成為學生口頭語,以至于大部分學生選科時,不愿選物理,為改變這種情況,我嘗試用多種方法調動學生積極性,讓他們喜愛物理,最后我覺得只有激活課堂教學,提高課堂教學效率,學生掌握了終身發展必備的物理基礎知識和技能,能運用物理知識和科學方法解決一些問題,自然就喜愛物理。本文作者通過一些案例分析,教學體會,提出激活高中物理課堂教學的一些方法、措施。
【關鍵詞】激活;角色;對話;課堂氣氛
1. 教師在不斷學習中激發自身靈感,豐富知識面,為更好激活課堂打下基礎 教師擔當著課堂教學內容的載體角色,他的教學形象、語言形態和語言能力、人格力量和情感品質,是傳輸教學內容、達成課程目標的重要條件;同時,教師對于各類資源開發與利用的能力直接決定其他資源的利用效益,面對同樣的文體,同樣的學生,同樣的社會生活資源,不同的教師有不同反應,有不同的課堂教學效果。由于新課程的綜合化,學習領域的設置、研究性學習活動等要求教師要有廣博知識。在過去課程體制和應試教育迫使許多教師教教材,導致學生知識面越來越窄,課堂死氣沉沉。而新課程標準給課堂教學帶來生機,給學生學習帶來動力,也給教師帶來了學習壓力。面對生動活潑的課堂,面對全面發展的學生,教師沒有豐富、博深的知識是不能激活課堂。
例如:我在進行“宇宙航行”教學時,運用我所掌握的天體知識以及我國發射神州五號、神州六號、神州七號、嫦娥一號一些知識進行教學,教學過程中我還講述了我國在航天事業取得成就,這樣激發學生好奇心和求知欲,課堂氣氛濃厚,學生積極討論探索三大宇宙速度形成原因。課后我想:若沒有豐富宇宙課外知識,教學又照本宣科只會使課堂死氣沉沉,枯燥乏味,也達不到拓展學生知識面,更失去對學生進行一次愛國主義教育。
在實施課程教學中,教師只有不斷學習,才能從容駕馭日益開放的課堂。在學習過程中,在與學生互動的過程中,教師要不斷給自己充電,才能在教學中產生靈感,不斷意識到自己從未發現過的潛力,給課堂教學帶來無限生機。
2. 通過轉變角色,激活課堂教學 以前課堂教學,教師講學生聽,課堂沒有活力,教學效果比較差,新課程標準提出,發展學生好奇心與求知欲,在教學中師生角色互換,可充分調動學生積極性,激活課堂。
例如:我在“探究功與物體速度變化關系”教學中,若按老教材的教法老師當“演員”獨占課堂,按設計好實驗步驟做實驗,學生做“觀眾”觀看教師做過實驗之后再做實驗,學生聽得毫無興趣,做實驗也是敷衍了事,轉換角色后,把課堂的主要時間讓位給學生,教師退居“二線”只是引導學生探究實驗方案。學生運用所學知識探究,討論實驗方案有四種之多,讓學生獲得獨到的感悟,提高了探究能力,案例中學生是主動參與者,教師是引領者,師生一起充當探索者,在課堂上不斷涌現出奇思妙想,激活課堂。再如:我在“波的形成和傳播”教學時,我讓10名學生臂挽臂站在教室講桌前,左邊同學當振源,其余同學作為波傳播的質點,當作振源的同學上下起立時,帶動各質點也上下振動形成波。通過此演示學生很容易理解波傳播,傳遞的是波的形式和能量,而作為傳遞波的質點并不隨波遷移,同學們臂和臂間相互作用也解釋了波傳播是靠質點間相互作用把波的形式和能量傳遞出去。這樣,課堂成了學生學習的樂園,成了學生與老師共同的舞臺,這種互動式課堂變得更靈活更開發。
教師角色的改變要求教師在備課、教學方式、教學語言、課堂組織形式等各方面都要相應改變。新課程的教學觀強調課堂是師生共建新知識的過程。教師可采用提供學生探究的機會,讓學生解決生活中的問題,也可用案例進行教學。
例如:我在進行“用牛頓運動定律解決問題”教學時,利用案例教學激活課堂,例題,汽車剎車后在地面上留下一條長長痕跡,路警同志測出痕跡長S,剎車后車輪與地面間摩擦系數U,車重G,計算出剎車前汽車行駛速度的大小?我在教學時通過投影或播放鮮活的交通事故案例教學,能讓學生充分動起來,認真分析、思考,教學效果較好,同時,又對學生進行一次安全教育,學生以后有汽車時自然把安全放在首位。
3. 在師生對話中碰撞思想的火花 我國教育界著名學者葉瀾教授認為:“教學過程中師生的內在關系是教學過程創造主體之間的交往(對話、合作、溝通)關系”,這種關系在課堂教學中得以展開和實現,是激活課堂最有效方法。在交流對話中調動學生積極性,豐富課堂氣氛。
例如教學片段“推導動生電動勢大小的表達式”。
師:下面對圖2中“動生”來實施對電磁感應現象研究;
圖2導體棒ab作切割磁感線運動會出現什么現象?
生A:會發生電磁感應現象。
師:能確定嗎?
生B:不會發生電磁感應現象而產生感應電流,因為沒有閉合電路。師:這樣回答就精確多了,ab棒沒有構成閉合電路,不會產生感應電流,會產生什么呢?
生B:產生力的作用。
師:力?什么力?誰受到的力?生B:當ab棒做切割磁感線運動時,棒中自由電子隨棒一起在磁場中垂直磁場運動將受到洛侖磁力作用。
師:自由電子受洛侖茲力作用怎樣運動?生B:將向b端移動。
師:很好!這樣就會在ab棒的兩端分別積累一定數量的正負電荷,從而使ab棒實際上成為一個……生:(全體)電源(池)。
師:對!電源,誰能給出這電源的電動勢定量表達式?
生:思考、討論。
師:想一想,當ab棒的兩端積累的正負電荷不再繼續增加時,隨之運動的自由電子受哪些力?什么關系?
生:哦!我會了。
師:指名學生板演“動生電動勢定量表達式”導出過程。
這是我在教學中選擇了從清晰流暢的邏輯線索中引領學生去發現真理,給學生留下久遠的回憶,同時用簡捷激勵語言激發學生思索,喚起學生探求知識的熱情。
4. 敏捷地捕捉動態課堂氣氛,激活課堂 高中物理課,每次課往往覺得時間很緊,總是想按照計劃把課程內容上完,才會松一口氣。往往忽略學生的感受。這種以“教師中心、教材為中心”的課堂教學方式已不適應新課程要求,下面案例體現教師敏捷地捕捉到學生狀態并加以轉化利用,而且善于創造一種開放的課堂氣氛激活課堂。
案例:星期一早晨,天氣陰暗。我走進高二(9)班教室,一心想著怎樣按備好的課進行教學。但是,當我走進教室時,我覺察到學生剛從家回來,可能是學生在家做家務活或星期天玩得很愉快、太勞累了。多數學生趴在課桌上休息,現在的課堂氣氛不適合上課,我用喚起注意的方式給同學們講了杰出物理學家和化學化法拉第的故事,在向學生講述這個故事時,我不斷注意到誰在聽講,誰提不起精神,或心不在焉。在講法拉第全家6口人就靠父親打鐵為生,由于家境貧寒,他7歲上學,9歲退學,13歲到里波書店當送報童,后因勤快,吃苦耐勞、愛動腦筋而被老板里波先生收為書籍裝訂學徒工,隨著故事深入,全班同學都仔細聽。學生們的聚精會神促使我把法拉第如何發現“磁生電”講得更加有聲有色,為探究電磁感應的產生條件這節課做了最好引入,也激活了課堂。
事后,我想:不論我課備得多好,或者我對課的內容多么富有激情,若學生無動于衷,沒有反應,再好的備課也沒用。課堂上的相互作用情境就是這樣,我必須想方設法,用我的激情、思維靈感激活課堂,這樣才有高效的課堂教學,教室里的生活是充滿偶發性的,每一個時刻都是一個具體情境。要善于捕捉動態課堂氣氛,激活課堂使之有利于提高課堂教學效果。
參考文獻
[1] 物理課程標準研制組編寫《物理課程標準》人民教育出版社
一、情境與探究相結合的“楞次定律”教學案例
(一)新課引入
借助多媒體簡單介紹法拉第繼奧斯特(電流磁效應)后歷經十年艱辛終找出電磁感應規律、楞次在法拉第(磁生電)的研究基礎上展開一系列電磁實驗探究并于一年后總結出感應電流方向的發現史.結合本堂課的教學目標,筆者提出以下兩個問題:“閉合電路產生感應電流的具體條件是什么?”“如何判定電磁感應中感應電流的方向?”
分析借助多媒體為學生創設生動的物理學歷史情境與問題情境,快速吸引學生的注意力,讓學生在趣味了解物理科學家生平事跡的過程中迅速進入學習狀態,讓學生帶著問題進入課堂,積極引導學生思考,有效激發學生對楞次定律學習的興趣.
(二)猜想與假設
順利導入新知后,筆者又拋出一個問題:“既然閉合電路中的感應電流需要激發磁場,那么引起感應電流的原磁場與感應電流所激發磁場的方向二者之間存在何種關系?”,留出2~3 min讓學生進行思考與相互討論.
經思考與討論后,學生主要得出了三個猜想:
猜想一:原磁場方向與感應電流的磁場方向相同;
猜想二:原磁場方向與感應電流的磁場方向相反;
猜想三:因線圈中磁場變化而產生感應電流,故感應電流的磁場方向與原磁場變化有關.
分析創設問題情境,鼓勵學生自由討論和大膽猜想,在積極思考和相互討論中促進學生自主探究能力的養成.
(三)學生分組、設計探究
為了進一步驗證學生們的猜想,筆者將全班學生分為若干小組,借助手中實驗器材合作設計出一個實驗方案,并畫出相應實驗原理圖.這個過程中,筆者提出以下問題來引導學生展開設計探究.
問題一:如何知道引起感應電流的線圈中原磁場的方向與變化?
問題二:如何知道感應電流的方向?
通過指導學生將舊電池、滑動變阻器、靈敏電流計正確連接在一起,觀察電流計電流方向與指針偏轉方向之間的聯系.
問題三:如何知道感應電流激發的磁場的方向?
引導學生多角度探究引發磁場變化的因素,如磁鐵或者電磁鐵的運動能夠引發線圈磁場的變化、滑動變阻器的滑動或者電鍵的通斷均能引發磁場變化等.從諸多實驗方案選出最具代表性的方案,并請學生進行講解說明.然后請全班學生提出改進意見,師生共同合作制定簡便易行的方案,具體方案如下.
條形磁鐵運動的情況N極向下插入線圈N極向上拔出線圈N極向下插入線圈N極向上拔出線圈
原磁場方向(向上或向下)
穿過線圈的磁通量變化情況(增加或減少)
感應電流的方向(流過靈敏電流計的方向)
感應電流的磁場方向(向上或向下)
實驗結論
分析通過問題情境與實驗情境的積極創設,在師生共同探究、合作完善實驗方案的過程中有效引導和啟發學生獨立思考與主動探索,同時幫助學生了解知識的來龍去脈,推動學生知識與能力結構的良好構建.
(四)體驗交流、實驗探究
依據所得實驗方案,各小組自行連接電路圖,展開實驗操作,認真記錄實驗現象.而筆者則認真巡查學生的實驗操作過程,及時糾正一些不規范操作,并適時解決一些實驗難題.
分析通過學生合作進行電路圖連接與實驗操作的實驗探究過程,學生的動手能力、探究能力以及合作意識都有了不同程度的提高,相比于教師演示,學生自主進行實驗探究,學生學習的主體作用得以充分發揮,使得學習印象更為深刻,知識掌握更加牢靠.
(五)體驗感悟、歸納總結
在學生自行動手、真實觀察實驗現象之后,筆者以提問的方式引導學生進行歸納總結.
問題一:感應電流產生磁場的方向與原磁場的方向是否始終相同或者相反?
該問題的提出將原有猜想,為新認知結構的建立打下良好鋪墊.
問題二:感生電流磁場與原磁場所在何種情況下同向?何種情況下反向?
該問題的提出則進一步探討感應電流磁場方向與原磁場方向之間的關系.
問題三:感應電流產生的磁場對于磁通量的變化具有何種作用?
進一步提煉關系,從而得出初步結論:感應電流所產生的磁場對引起感應電流的磁通量變化總是起著阻礙作用.
分析通過創設問題情境,深化學生對于楞次定律的理解,學生在由易到難、循序漸進的提問中積極動腦,在體驗感悟、歸納總結中進一步提升學生的物理探究能力.
(七)體驗內化、應用鞏固
得出初步結論后,筆者又拋出這樣一個問題,以上結論在任何情況下是否都適用呢?同學們能夠想出其它方法來進行有效驗證嗎?
經過認真思索,學生們依據上述電路圖將原、副線圈、電源、電流表、滑動變阻器以及導線進行正確連接,通過驗證電鍵閉合、斷開以及電阻改變瞬間的感應電流方向變化,判斷實驗現象是否與理論結論相一致,并認真填寫下表.隨后,筆者將實驗探究結果顯示于大屏幕上,最終得出結論:Φ原減小時;B原與B感相同;Φ原增大時,B原與B感相反.
K閉合瞬間K斷開瞬間R變大時R變小時
原磁場方向
原磁通量的變化情況
理論判斷感應電流的方向
實驗中感應電的方向
理論判斷與實驗是否一致
分析借助微機動畫模擬創設物理模型情境,將原本看不見、又摸不著的磁級周圍的磁感線生動、直觀地展示在學生眼前,形象化地表現兩磁場之間的“阻礙”作用,不僅突出本節的重點,而且突破了難點,還使學生對定律有一個深刻理解、生動的記憶,同時又激發了學生的學習興趣.
(八)解題小結
[LL]最后,筆者選取一經典例題進行深入剖析,深化學生的理解與運用.
例如圖所示,一水平放置的矩形線圈abcd,在細長的磁鐵的N極附近豎直下落,保持bc邊在紙外,ad邊在紙內,從圖中的位置Ⅰ經過位置Ⅱ到位置Ⅲ,位置Ⅰ和Ⅲ都很靠近Ⅱ,在這個過程中,線圈中感應電流( ).
A.沿abcd流動 B.沿dcba流動
C.由Ⅰ到Ⅱ都是abcd流動,由Ⅱ到Ⅲ是dcba流動
D.由Ⅰ到Ⅱ都是dcba流動,由Ⅱ到Ⅲ是abcd流動
解析該例題時,筆者引導學生掌握楞次定律判斷感應電流方向的基本步驟.首先,對穿過線圈的原磁通量的方向及變化進行準確判斷;然后,根據楞次定律對感應電流的磁場方向進行準確判斷;最后,根據右手螺旋定則對感應電流方向進行準確判斷.
【關鍵詞】圍欄構架發熱;干式空心電抗器;安裝工藝
為了保證企業的用電質量,大部分的變電站都安裝了電力電容器,而這些補償設備一般都串有干式空心電抗器,但是電抗器在實際使用的過程中容易出現致使圍欄結構發熱的問題,如何解決這一瓶頸障礙是安全使用電抗器的關鍵。
一、電抗器使用中的實際問題
補償設備串聯電抗器是為了限制電流涌動的沖擊,通過電抗器來吸收、抑制高次諧波電流。電抗器分為干式空心電抗器以及浸式鐵心電抗器,尤以干式空心的電抗器使用為主,因為這種電抗器具有初始電壓均勻、無滲漏、無噪音污染以及能力強、效果好、價格低等優點。
但是由于電抗器的性質以及結構決定了運行中的電抗器勢必會在周邊產生強烈的磁場,若恰巧此時周邊存在著由導磁金屬構成的閉合、接地環路,電磁將會在回路上產生環流,此時的環路會相應的產生渦流,在環流與渦流的作用下,導磁性的金屬環路會產生高溫發熱的現象,不僅增加了電能的損耗,也改變了電抗器的磁場,影響了電抗器的正常運行。
二、圍欄結構發熱的案例
ZH變電站擴建工程于2009年正式開始使用,該變電站共配有四組電容器,并聯的電容器又串聯著干式空心電抗器,在電抗器周圍設有圍欄結構,圍欄由具有導磁性的角鋼進行連接。
(一)圍欄發熱產生原因
2010年5月份的時候,變電站的工作人員在紅外檢測巡視的時候發現,電容器在運行的時候,周圍了圍欄結構出現了發熱現象,部分的圍欄結構的角鋼達到了102.3度的高溫,相對溫差也較大,為88%左右,超出了正常的范圍;6月份的時候,又投入使用了另外的三組電容器,圍欄結構發熱的現象再次發生。
圍欄結構的發熱不僅造成了能量的損失,也會對周邊的通訊以及信息的傳輸都造成影響,同時威脅著工作人員的人身安全與設備的使用安全,具有嚴重的后果,急需有效的解決。
根據紅外線的診斷結果規范來劃分,當檢測部位的金屬部件熱點溫度高于90度,或者相對溫差大于80%的時候,便可以判斷發生了電流致熱型設備嚴重缺陷。
根據設備的測溫記錄,我們可以計算出金屬圍欄結構的相對溫差為88.5%,屬于重要缺陷的程度;而根據磁場分布線我們可以知道,金屬材質的閉合回路距離電抗器的距離越近,磁場的強度便會越大,反之則會減小,當遠離電抗器3000毫米之外的時候,磁場的強度幾乎為零。
根據國家的安全標準,ZH變電站的金屬圍欄閉合結構距離電抗器的距離過近,未達到安全的磁凈空的要求,處在電抗器周圍比較強的磁場范圍內,導致金屬的回路上產生了電磁環流,增加了圍欄結構的溫度,超過了安全的溫度值。
如果金屬的圍欄結構是與電抗器的中心軸線平行的,基本不會產生電磁的環流,發生磁感應致熱的現象;但如果圍欄結構是與中心線垂直的方向,由于它包圍了交變磁場,感生電流比較大,發熱現象就比較容易發生。
(二)圍欄發熱的處理方法
找到了圍欄結構發熱的原因之后,變電站采取了如下的措施:
1.在圍欄結構的連接處墊上了樹脂的絕緣板,切斷了金屬的圍欄結構成為閉合回路的機會,防止電磁的環流。圍欄的角鋼都是通過金屬的螺栓進行連接的,絕緣的方法便是替換下金屬的螺栓,改用樹脂的絕緣釘,并用絕緣材質的套管螺栓固定,通過在金屬鋼板間加入絕緣材質的方法來切斷電磁的環流。
2.在金屬圍欄以及金屬立柱間設立了絕緣板,同樣切斷了圍欄的閉合回路結構。將閉合的金屬結構切開,每100毫米左右便設置一個絕緣的立柱,并用絕緣材料或是不導磁的夾塊來固定立柱,阻止電磁的環行閉合流動。
(三)圍欄發熱的處理效果
2010年10月份,紅外線的檢測效果現實圍欄結構的溫度明顯降低,11月份的時候已經降到了29.5度,相對溫差值也降到了29%左右,從而可以得出圍欄的發熱缺陷得到了消除解決以及絕緣措施科學有效的結論。
三、對于安裝抗電器的建議
根據事故產生的原因分析過程,我們可以看出電抗器的安裝以及使用過程都有著不可忽視的細節性安全問題,所以在此提出幾點電抗器安裝工藝的建議,希望能夠減少因安裝使用不當而引起的事故。
1.電抗器與圍欄結構的距離。距離電抗器越近,所處的磁場越強,電磁感應效應也勢必越明顯,所以在安裝電抗器的時候,一定要注意與圍欄結構保持距離,以大于3米為最佳最安全的安裝距離。
國家電網公布的電抗器技術標準中對磁凈空距離的要求為:在以電抗器為中心,兩倍直徑的周邊以及垂直范圍內,均不得有導磁金屬的閉合回路存在;而本文的案例中,ZH變電站的電抗器外直徑為1.1米,那么安全的范圍就應該大于2.2米,但是ZH變電站的角鋼結構金屬圍欄距離電抗器中心的距離為1.95米,未達到標準的要求,處在較強的磁場范圍內,才使得結構承受不了環流的電磁感應而發熱。
2.電抗器圍欄結構的導磁性。為了防止圍欄結構的發熱,盡量不要使用具有導磁性的金屬材質,選用了鐵磁性的金屬構件,也不要形成環路;此外電抗器的支撐構件、支柱都要選用無磁性的材料,就連最微小的螺栓都要注意選用樹脂材質的非導磁性材質。
3.如果電抗器周邊有與中心垂直的導磁性金屬圍合結構,一定要切斷電磁的環流路線,使用絕緣材料的立柱,進行分別的接地處理,彼此間的間距以1米左右為宜。
4.在電抗器安裝使用之前,一定要做好設計以及計算工作,保證電抗器使用的安全性。實際生活中,電抗器一旦發生問題,便會帶來一定的耽誤與損失,所以在設計施工階段就應該盡量杜絕圍欄結構的過近,限定圍欄結構的材質,從根本上杜絕電抗器安裝使用的異常。
四、結語
由于在電抗器周圍設置的金屬結構的閉合圍欄結構,而且距離電抗器的距離過近,導致電磁在圍欄上形成了環流,致使圍欄結構發熱,威脅使用安全。
為此而采取的切斷電磁回路的兩個步驟都收到了明顯的效果,降低了圍欄的溫度,減小了相對溫差,所以在電抗器使用安裝的過程中一定要注意圍欄結構的材質以及距離電抗器的安全距離,盡量避免導磁性的閉合環路結構,可以很好的保證發熱缺陷的產生。
ZH變電站的成功之舉,得到了設計施工以及運行等相關單位的重視,對以后電抗器的安裝以及擴大使用都提供了借鑒參照,是電抗器安裝工藝的進步,值得其他的變電站研究學習。
參考文獻
[1]張真濤,王予生.空心電抗器漏磁引起圍欄構架發熱問題的處理[M].電力電容器與無功補償,2012(04).
測量原理:利用雙縫干涉現象中實驗結論:
激光散斑測速:激光散斑測速是一種嶄新的測速技術,它應用了光的干涉原理。用二次曝光照相所獲得的“散斑對”相當于雙縫干涉實驗中的雙縫,待測物體的速度v與二次曝光時間間隔t的乘積等于雙縫間距。實驗中可測得二次曝光時間間隔t、雙縫到屏之距離l以及相鄰兩條亮紋間距x。若所用激光波長為λ,求該實驗確定物體運動速度?
解析:二次曝光照相類似頻閃攝影原理,在同一張同底照片上留下兩個曝光后的影像,這兩個影像成為散斑對,相當于雙縫干涉實驗中的雙縫。
待測物體的速度v與二次曝光時間間隔t的乘積等于雙縫間距d =v?t ……①
雙縫干涉現象中實驗結論 ………②
上式聯立可得:
(二)測量原理:利用電磁感應原理
案例一:在被測物體上安裝上產生勻強磁場的裝置,在某一定高度安裝已知尺寸的矩形線圈,線圈接到傳感器上通過電腦把物體運動信號轉化成電信號,由公式E=Blv或根據i=Blv/R加以分析。實例分析,為了測量列車的運行速度可采用如圖所示的裝置(俯視圖),它是由一塊安裝在列車車頭底部的強磁體和埋設在軌道地面的一組線圈及電流測量紀錄儀組成。當列車經過線圈上方時線圈重產生的電流被記錄下來,就能求出列車在各位置的速度和加速度。假設磁體端部的磁感應強度B,且全部集中在端面范圍內,與端面垂直。磁體的寬度與線圈寬度相同,且都很小,線圈匝數N、寬度L.總電阻R,測試記錄下來的電流---位移圖像如圖所示。
試計算在離O點l0處的速度v的大小?
解析:由圖像可知火車頭部磁場區進入
線圈所包圍的區域與線圈相對運動,產生
感應電動勢,由右手定則可知,電流的方向
相反如圖所示 ,大小由閉合電路歐姆定
律可的:……①
感應電動勢E=Blv……② 聯立可得:
(三)測量原理:利用超聲波反射特點和其在空氣中確定的波速
利用超聲波遇到物體反射的性質,可測定物體運動的有關參量,如圖(a)中儀器A和B通過電纜線駁接,B為超聲波發射與接收一體化裝置,而儀器A和B提供超聲波信號源而且能將B接收到的超聲波信號進行處理并在屏幕上顯示其波形。現固定裝置B,并將它對準勻速行駛的小車C,使其每隔固定時間T,發射一短促的超聲脈沖(如圖b中幅度大的波形)而B接收到的由小車C反射回的超聲波經儀器A處理后顯示如圖b中幅度小的波形,反射滯后的時間已在圖中標出,其中T和ΔT為已知量,另外還知道該測定條件下聲波在空氣中的速度為v0,則根據所給信息可判斷小車的運動方向和速度大小怎樣?
解析:根據圖b的信息可知反射滯后的時間越來越長,說明小車離固定裝置B越來越遠,所以可判斷小車向右運動。為求小車的速度我們不妨建立如圖所示的坐標系,固定裝置B所在的位置為坐標原點O,小車第一次反射聲波的位置x1,第二次反射聲波的位置為x2,這兩次的位置之差為在這兩次反射時間間隔內的位移Δx
由題意可知,超聲波發出后勻速運動碰到障礙物被反射如圖所示,路程是位移為大小的二倍則: ;
同理:,
所以Δx= x2―x1……①
這兩次反射時間間隔如圖(b)中陰影部分長度所示……②所以由速度的定義式()得:
(四)圓周運動與直線運動的結合
如圖下圖實施特恩在1920年設計的測定氣體分子的速率的實驗示意圖。A、B是兩個同軸的圓筒,以一定的角速度一起旋轉。A筒壁開有一與筒的軸線平行的狹縫O,沿軸線放置一根涂有銀層的細鉑絲,抽去兩筒間的空氣 ,當鉑絲通電后,銀層蒸發,圓筒內充滿了銀原子的氣體,一些銀原子會通過狹縫到達圓筒的內層表面沉積起來,形成沉積帶。若測得旋轉角速度ω沉積帶弧長s,圓筒半徑分別為RA、RB,求室溫下銀原子的速率?
解析:單銀原子的速率相對不大時,它離開狹縫在兩筒間飛行內,由于B筒已轉過一定角度,當銀原子連續的通過狹縫時,就會在B內壁上沉積而成一原弧形帶,帶長正好等于
銀原子通過兩筒之間的同一時間內B筒轉過的弧長,設銀原
子的速率v,則由時間相等得:
變形得:
(五)電磁流量計原理:
電磁流量計廣泛適用于測量可導電的液體的流速,進而可測出液體的流量。為簡化,假設流量計是如圖所示的橫截面為長方形的一段導管,其中空部分的長、寬、高分別為圖中的a、b、c 。流量計量端與輸液流體的管道相連(圖中虛線),圖中流量計的上下兩個表面是金屬材料,前后兩面是絕緣材料,現在流量計所在處,加有垂直于前后兩面的磁感應強度為B的勻強磁場,當導電流體穩定的流經流量計時,在管外將流量計上下兩表面分別與一串聯了電阻R的電流表的兩端連接,I表示測得的電流值。已知流體的電阻率為ρ ,不計電流表的內阻,求流體的流速?
解析:當導電液體沿管道流經流量計時,導電流體中的自由電荷(正負離子)在洛倫茲力作用下偏轉,使流量計的上下兩個表面聚集了正負電荷,則上下兩個表面存在了電勢差 。其測量等效電路如圖所示,
由動生感應電動勢;E=Bcv ①
由閉合電路歐姆定律: ②
由電阻定律:③
關鍵詞:輸變電工程,項目評價,環境
Abstract: along with the modern economic and social development, our country electric power transmission and transformation project of eia work has covered the whole level, in the ecological protection also has received the good effect. In this paper, according to transmission and transformation project of environmental impact assessment working practice, mainly expounds the present transmission and transformation project of the evaluation work environment key content, and put forward the transmission and transformation project in the environmental evaluation must implement and abide by the "6 + 2" principle, finally, according to the environmental assessment project of electric some attention problems, this paper is for reference only.
Key words: power transformer engineering, project evaluation, and the environment
中圖分類號:K826.16文獻標識碼:A文章編號:
1.前言
近幾年來,隨著人們生活水平質量的提高及居住環境要求的提高,針對輸變電工程的上訪、投訴和糾紛逐年增加,糾紛的重點多是電磁環境影響,這些現象已得到環保部門和新聞媒體特別關注;城市高壓變電站的建設和高壓架空輸電線路跨越或臨近居民房屋的問題已經成為社會關注的焦點和熱點問題,并且已逐漸成為輸變電工程建設的障礙,文中主要根據個人所從事工作去論述了輸變電工程環境影響評價,并提出一些問題看法。
2輸變電環境影響評價的重點內容
輸變電工程建設期和運行期的環境影響評價重點是:
(1)輸電線路及變電所建設期施工造成的水土流失對環境的影響,以及對生態環境的影響;
(2)建設期輸電線路及變電所引起的居民搬遷與安置問題;
(3)輸電線路及變電所運行時產生的連續可聽噪聲、工頻電場和磁場、無線電干擾對周圍環境可能產生的影響。其中最主要的是輸電線路及變電所運行時產生的工頻電場、無線電干擾、噪聲對周圍環境產生的影響,以及施工期的水土保持、生態和拆遷安置問題。
輸變電建設工程有關電磁環境及其評價因子詳見表1。
表1輸變電建設工程有關電磁環境及其評價因子
項目分類 建設項目名稱 建設項目主要內容 電磁環境因子及單位
高壓電力設備 高壓電力線 1、1000kV特高壓交流架空電力線;
2、±800kV高壓直流輸電線;
3、500kV、750 kV架空電力線;±500kV直流輸電線 1、電磁感應
(1)交流:工頻電場(V/m)、工頻磁感應強度(mT)
(2)直流:合成場強(V/m)、離子流密度(nA/m2)、直流磁感應強度(mT)。
2、電磁噪聲:dB(μV/m)
變電站、牽引變電所 1、面戶外型站所;
2、地面戶內型站所
3、地下戶內型站所
大電流電力設備 變電站、升壓站、開閉站、換流站等
3輸變電項目環評中執行的“6 + 2”原則
與火電建設項目環境影響評價一樣,輸變電項目環評也要執行“6 + 2”原則,只是側重點不一樣。
3. 1法律、法規
所有輸變電項目的建設必須要遵守相應的法律、法規。在環境影響評價過程中,遇到最多的就是線路涉及自然保護區、風景名勝區、飲用水源等問題。隨著社會的發展以及對土地保護、土地利用的高度重視,這些問題還會逐步顯現出來。在遇到上述問題時,評價單位一般應主動與輸變電項目建設單位以及設計單位溝通,說明是與非,分清側重點,最終以改變設計線路或者獲得該敏感區相應機構的認可及其批復文件的方式,來避開法律的可行性問題。
3. 2產業政策與清潔生產
對于輸變電建設項目來講,執行產業政策與清潔生產原則基本上沒有什么障礙,一般輸變電建設項目都能符合《產業結構調整指導目錄( 2011年本)》中鼓勵類的“500 kV及以上交、直流輸變電”項目要求,符合國家有關的產業政策。由于輸變電項目的環境污染因子主要集中在工頻電場、工頻磁場、無線電干擾、噪聲等方面,目前國家還沒有在清潔生產方面對其提出很嚴的要求。
3. 3規劃相符性
對于輸變電項目,規劃相符性是應該引起高度重視的原則。目前,很多輸變電建設項目存在這方面的問題或缺陷。首先,由于目前電網規劃環評的執行力度很不夠,所以,項目環評與規劃環評相符性基本上沒有得到落實;其次,目前絕大多數輸變電項目需要經過鄉鎮,而鄉鎮關于自己所屬地區的發展規劃基本沒有或者不完善,也就是說,實際上輸變電項目建設經過的鄉鎮沒有規劃,因而無法說明與規劃相符性的問題;再次,目前絕大多數的做法是獲得經過地區鄉鎮規劃部門的許可文件,即可認為與規劃相符。事實上,嚴格地講,這種做法是不符合《城鄉規劃法》要求的;第四,即使獲得了經過某地區規劃部門的文件許可,環評文件中也會很大程度地對許可中需要特別注意的方面不予關注,例如:許可中認為“線路原則上可以經過××地區,但是必須距離××礦區100m以外”,但在環評中卻未重視這個問題,甚至現場勘探時,相關人員也不會去這些敏感點察看,更不用說在報告書中精準地體現出來。
3. 4是否滿足環境功能區劃、生態功能區劃
隨著我國大多數省份對于生態的重視,這個原則與要求也會逐步提高。對于不涉及到風景名勝區、自然保護區等方面的輸變電建設項目,此條款基本可以得到落實。但是,涉及到某些生態省的輸變電項目就要重視“生態功能區劃”的問題,例如:浙江省的輸變電項目,就要在生態方面進行重點分析,除了現場踏勘之外,甚至還需要進行生態物種調查。