任 佳,王 雷,郝建華,胡雪平（國(guó)家電網(wǎng)紹興供電公司,浙江 紹興 312000）

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新型跨步電壓監(jiān)測(cè)器的初步設(shè)計(jì)

任 佳,王 雷,郝建華,胡雪平
（國(guó)家電網(wǎng)紹興供電公司,浙江 紹興 312000）

摘 要：眾所周知，電氣設(shè)備發(fā)生接地故障時(shí)，接地點(diǎn)附近會(huì)產(chǎn)生跨步電壓和接觸電壓，這給直接查找故障的運(yùn)行人員和線路巡線人員帶來(lái)了很大的安全風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)跨步電壓的有效監(jiān)測(cè)能夠避免其可能造成的人身傷害。本文試論一種新型可穿戴跨步電壓監(jiān)測(cè)器的初步設(shè)計(jì)方案。

關(guān)鍵詞：跨步電壓；監(jiān)測(cè)器；設(shè)計(jì)方案

1 跨步電壓產(chǎn)生的原理及危害

1.1 原理

電氣設(shè)備接地故障時(shí)，接地點(diǎn)處的接地電流是從接地點(diǎn)向四周散射的。離開接地點(diǎn)越遠(yuǎn)，電流通過(guò)的截面就越大，電流密度就越小，到達(dá)一定距離時(shí)（15～20m），電流密度實(shí)際已趨于零。由于地中電流通過(guò)的截面變化，在電流途徑單位長(zhǎng)度上的電阻是越變?cè)酱蟮?，因此，在電流途?jīng)單位上的電壓降也是不同的，離接地點(diǎn)越遠(yuǎn)，單位長(zhǎng)度上的電壓降就越小。因此，當(dāng)人在這個(gè)接地電流入地點(diǎn)周圍電位分布區(qū)行走時(shí)，其兩腳之間（Δa）產(chǎn)生的電壓差（Δu），就是跨步電壓。

1.2 危害

人受到跨步電壓時(shí)，電流雖然是沿著人的下身，從腳經(jīng)腿、胯部又到腳與大地形成通路，沒(méi)有經(jīng)過(guò)人體的重要器官，好像比較安全。但是實(shí)際并非如此！因?yàn)槿耸艿捷^高的跨步電壓作用時(shí)，雙腳會(huì)抽筋，使身體倒在地上。

2 跨步電壓監(jiān)測(cè)器工作原理

跨步電壓監(jiān)測(cè)器主要由兩只套在足部的電壓獲取裝置和系在腰間的電壓判斷裝置、聲光報(bào)警裝置等組成。值班員在所檢查時(shí)可利用此裝置防止跨步電壓對(duì)人體造成的危害，并可迅速確定接地范圍。其主要工作原理如下：

兩只足部的電壓獲取裝置通過(guò)導(dǎo)線和腰間的電壓判斷裝置串聯(lián)，在值班員行走的過(guò)程中，電壓獲取裝置通過(guò)踩在足底的金屬片來(lái)獲取兩腳所踩地面處的電壓值，并通過(guò)電壓判斷裝置內(nèi)部的電壓表來(lái)判斷兩腳間的電壓差。

正常情況下或未進(jìn)入接地區(qū)域內(nèi)時(shí)，兩腳間電壓差為零，聲光報(bào)警裝置無(wú)顯示；當(dāng)發(fā)生接地故障且值班員已進(jìn)入接地區(qū)域時(shí)，兩腳間就會(huì)產(chǎn)生電壓差，當(dāng)這個(gè)電壓差超過(guò)報(bào)警定值（可設(shè)定為5V左右）時(shí)，聲光報(bào)警裝置會(huì)發(fā)出明顯的聲光報(bào)警信號(hào)，提示值班員注意已進(jìn)入接地區(qū)；當(dāng)電壓差超過(guò)對(duì)人體會(huì)造成危害的短路定值（可設(shè)定為25V左右）時(shí)，短路保護(hù)裝置短接電壓表，使兩腳間等電位。

3 跨步電壓檢測(cè)器各組成功能

3.1 電壓判斷部分

電壓判斷部分將電壓獲取裝置所采集的電壓差與預(yù)先設(shè)定的報(bào)警定值及短路定值進(jìn)行快速比較，從而決定檢測(cè)器的動(dòng)作。是整個(gè)接地檢測(cè)器的心臟。對(duì)其設(shè)計(jì)要求如下：（1） 電壓判斷裝置應(yīng)能實(shí)現(xiàn)直流電壓檢測(cè)與交流電壓檢測(cè)的切換，從而在直流系統(tǒng)接地時(shí)也能實(shí)現(xiàn)跨步電壓的報(bào)警與保護(hù)功能。（2） 電壓判斷裝置分析判斷動(dòng)作過(guò)程應(yīng)十分快速靈敏可靠，理論上應(yīng)實(shí)現(xiàn)零時(shí)限，保證值班員在步行速度較快或者奔跑時(shí)也能實(shí)現(xiàn)跨步電壓的報(bào)警與保護(hù)功能。

3.2 短路保護(hù)部分

短路保護(hù)裝置是在電壓判斷裝置檢測(cè)到電壓超過(guò)對(duì)人體會(huì)造成危害的大定值時(shí)，迅速將電壓表短接，使兩腳間等電位，從而消除跨步電壓影響的裝置。同時(shí)，由于在跨步電壓過(guò)大時(shí)會(huì)將電壓表短接，不僅減少了對(duì)電壓表的沖擊，也使電壓表的量程可以降低到100V以下，從而可以不用考慮高電壓時(shí)的變壓及絕緣問(wèn)題，還可以同時(shí)提高電壓表的靈敏度）此部分也集成于電壓判斷裝置中。對(duì)此部分的要求如下：（1）短路保護(hù)裝置的短路導(dǎo)線應(yīng)與兩腳的電壓獲取裝置可靠連接，且短路線的截面及電阻應(yīng)滿足要求。（2）當(dāng)電壓差超過(guò)限值時(shí)，短接電壓表的過(guò)程應(yīng)靈敏，快速，理論上應(yīng)實(shí)現(xiàn)零時(shí)限短接。

3.3 聲光報(bào)警部分

聲光報(bào)警裝置用來(lái)在出現(xiàn)跨步電壓時(shí)，發(fā)出聲光報(bào)警來(lái)提示值班員注意。對(duì)本裝置的要求如下：（1）聲信號(hào)應(yīng)包括兩種，“嘀嘀嘀”的報(bào)警信號(hào)以及“請(qǐng)單腳按原路跳出接地區(qū)域”的脫險(xiǎn)提示信號(hào)。（2）光信號(hào)應(yīng)在接地監(jiān)測(cè)器的醒目位置設(shè)置多處，采用波長(zhǎng)最長(zhǎng)的紅光，且亮度充足，閃爍快速，使值班員在夜晚或者較嘈雜的情況下也能引起注意。（3） 類似于倒車?yán)走_(dá)，聲光信號(hào)均應(yīng)隨著跨步電壓的升高而漸變急促，“嘀嘀嘀”的聲信號(hào)和光信號(hào)的閃爍頻率應(yīng)隨電壓的升高而提高。

3.4 值班員觸電報(bào)警部分

值班員觸電報(bào)警裝置的作用是在值班員不幸觸電倒地后，觸電報(bào)警裝置能第一時(shí)間發(fā)出無(wú)線通訊信號(hào)通知主控室人員對(duì)觸電值班員進(jìn)行搶救。它是通過(guò)在值班員兩個(gè)足底各設(shè)一個(gè)壓力感應(yīng)器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)值班員站立或者正常行走時(shí)，足底的壓力感應(yīng)器至少有一個(gè)可以感應(yīng)到壓力（人體重力）；當(dāng)值班員觸電倒地后，兩個(gè)壓力感應(yīng)器都感應(yīng)不到壓力，此時(shí)觸電報(bào)警裝置延時(shí)3秒通過(guò)無(wú)線電信號(hào)連接設(shè)在主控室的接收裝置，主控室的接收裝置會(huì)發(fā)出“巡視人員有觸電危險(xiǎn)，請(qǐng)注意！”的報(bào)警。

3.5 自檢部分

跨步電壓檢測(cè)器在使用前要進(jìn)行相關(guān)檢查以確定是否可以正常使用，即應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)裝置自檢。自檢部分與電壓判斷裝置集成在一起，其應(yīng)具備的功能及具體實(shí)現(xiàn)方式如下：（1）檢測(cè)器電池電量是否充足，可通過(guò)電壓判斷裝置上的電量顯示來(lái)檢查）。（2）電壓獲取裝置與判斷裝置是否連接良好無(wú)斷線、以及短路保護(hù)裝置的短接線是否無(wú)斷線。具體檢查方法為：將兩腳獲取裝置的金屬片碰觸，觀察判斷裝置是否有斷線信號(hào)報(bào)出。（3）聲光裝置是否正常，按下聲光試驗(yàn)按鈕，觀察聲光裝置是否正常。（4）短路保護(hù)裝置是否正常，按下短接電壓表試驗(yàn)按鈕，檢查短路保護(hù)裝置是否可靠迅速動(dòng)作。（5）檢查觸電報(bào)警裝置是否正常，按下觸電報(bào)警裝置試驗(yàn)按鈕，檢查觸電報(bào)警裝置報(bào)警是否正常，檢查壓力感應(yīng)器是否正常。

4 應(yīng)用前景

跨步電壓監(jiān)測(cè)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能性強(qiáng)、有著廣闊的應(yīng)用前景，它為變電人員的日常安全生產(chǎn)提供了一個(gè)強(qiáng)有力的保障。概括來(lái)說(shuō)，它的功能有以下幾個(gè)方面：（1）在查找35kV及以下所內(nèi)設(shè)備發(fā)生單相接地故障時(shí)保障人身安全，同時(shí)對(duì)接地范圍給出一個(gè)基本參考。（2）在查找直流系統(tǒng)接地故障時(shí)保障人身安全，同時(shí)對(duì)接地范圍給出一個(gè)基本參考。（3）值班員在巡視設(shè)備時(shí)，附近設(shè)備忽然發(fā)生接地故障時(shí)保障人身安全。（4）消除雷雨天氣時(shí)避雷器（針）引雷時(shí)所產(chǎn)生的跨步電壓，使雷雨天氣巡視成為一種可能。

參考文獻(xiàn)：

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DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.02.178