一種對高壓電纜警報安全帽的研究

汪 楠 馮 睿 凌 敏 陸欣云

（南京工程學院 211167）

一種對高壓電纜警報安全帽的研究

汪 楠 馮 睿 凌 敏 陸欣云

（南京工程學院 211167）

當前，安全帽已經被冠上“安全三寶”之一的稱號，由此我們可以看出安全帽在日常作業中發揮的重要作用。特別是近年來，隨著人們對作業安全性的逐漸重視，社會對作業的關注度也越來越高，這也導致對安全帽的需求量也不斷加大。傳統安全帽主要發揮對抗沖擊的作用，進而保護作業人員的頭部安全，現有的電磁感應式報警安全帽的精度過低，誤差較大，因此無法在電力工程中無法得到廣泛應用。但是本文設計的主要是一種可以用于高壓電纜報警的安全帽，接下來就設計目的、安全帽構成、工作原理等進行簡單分析。

高壓電纜；報警；安全帽

就當前來看，我國絕大部分的變電站均為無人值守和巡維管理的模式，因此一旦變電站發生事故，有很大可能危機工作人員的生命安全和健康，而開關爆炸、主變泄漏、電抗器起火等均會不定向產生很大的沖擊和墜落物，因此規范佩戴安全帽能夠抵抗人體頭部遭受的墜落物以及其他原因帶來的傷害。因此所有在變電站現場工作的人員均應佩戴安全帽。但是常常有部分臨時工、民工等其他單位的人員在進入變電站時不佩戴安全帽，缺乏安全意識，引發很大安全隱患[1]。因此，為了進一步保證變電站的安全生產和管理，研發一套用于高壓電纜報警的安全帽，實現對進入變電站工作人員的實時監控，將風險將至最低。

1 高壓電纜的警報安全帽設計目的

當前，市場上現有具備報警功能的安全帽僅僅只能對超過規定安全距離的情況發出報警，電力工作進入高壓變電所等高危場所需要佩戴安全帽。安全帽對人體頭部受墜落物及其他特定因素引起的傷害起防護作用。鑒于電力系統經常出現故障，電纜檢修不便。現研究一種故障點磁場異常檢測安全帽，當工作人員在電纜下行走，頭頂上方出現異常磁場，安全帽會發出語音警報。同時安全帽增加了護目鏡，有效保護視力。此外還裝有語音對話功能，幫助工作中的檢修人員能夠實時溝通。

2 高壓電纜的警報安全帽

2.1 高壓電纜的警報安全帽組成結構

高壓電纜的警報安全帽主要由八大部分構成：其中分別為：①頭盔本體；②小電源；③運算放大器；④多圈感應磁頭；⑤功率放大器；⑥蜂鳴器；⑦護目鏡（內嵌式）：⑧語音對講機，具體如圖1所示。

圖1 高壓電纜的警報安全帽組成結構圖

2.2 高壓電纜的警報安全帽放大器分析

考慮到安全帽內部空間較小，使用壽命長。所以我們采用低功耗型，由于電子電路集成化的最大優點是能使復雜電路小型輕便，所以隨著便攜式儀器應用范圍的擴大，必須使用低電源電壓供電、低功率消耗的運算放大器相適用。常用的運算放大器有TL-022C、TL-060C等，其工作電壓為± 2V～±18V，消耗電流為50～250mA。目前有的產品功耗已達微瓦級，例如ICL7600的供電電源為1.5V，功耗為10MW，可采用單節電池供電。高壓電纜的警報安全帽采用D類功率放大器。D類（數字音頻功率）放大器是一種輸入模擬音頻信號或PCM數字信息變換成PWM（脈沖寬度調制）或PDM（脈沖密度調制）的脈沖信號，然后用PWM或PDM的脈沖信號去控制大功率開關器件通/斷音頻功率放大器，也稱為開關放大器。具有效率高的突出優點[2]。數字音頻功率放大器也看上去成是一個一比特的功率數模變換器，放大器由輸入信號處理電路、開關信號形成電路、大功率開關電路（半橋式和全橋式）和低通濾波器（LC）等四部分組成。D類放大或數字式放大器。系利用極高頻率的轉換開關電路來放大音頻信號的。

2.3 高壓電纜的警報安全帽報警系統原理分析

為了充分滿足高壓電纜測量的需要，在本次研究的高壓電纜報警安全帽主要重點考慮以下幾個方面的技術要求：①電纜電壓測量較為精確；②語音報警系統啟動及時；③抗干擾性和穩定性強；④減少測量系統對被測量系統的干擾。為了充分考慮上述技術問題，本文設計的安全帽主要是以C8051F020單片機為核心開展言之安全帽的電纜測量和語音報警設備，主要由傳感器、測量電路、單片機綜合分析電路以及輸出電路四大部分構成，系統原理圖如圖2所示。

圖2 高壓電纜的警報安全帽報警系統原理圖

其報警系統的主要原理為：先由電場傳感器將電纜信號轉變為待測電纜相對應的電壓信號，然后由測量電路對電壓信號開展濾波放大處理，待放大處理后的電壓信號被輸入單片機中，在單片機中實現AD轉換，并對數據開展綜合處理，最后再由單片機控制輸出電路將待測電纜值通過數字音頻爆出，并根據設置進行報警。

3 高壓電纜的警報安全帽優點和效益分析

高壓電纜的警報安全帽具有四個優點：①具有很高的效率，通常能夠達到85%以上；②體積小，可以比模擬的放大電路節省很大的空間；③無裂噪聲接通；④低失真，頻率響應曲線好。外圍元器件少，便于設計調試。在正常和有故障的磁場環境下能夠做出不同反應，當處于異常磁場下其會發出警報；安全帽佩戴人員能夠與1km內其他佩戴人員或持有語音對講接收端的人員正常語音對話；護目鏡能夠有效保護佩戴者的面部（主要是眼睛）；其實用性、性價比高，適合電力工作機構大批采購[3]。

4 高壓電纜的警報安全帽注意事項

針對本文設計出來的高壓電纜的警報安全帽應注意以下注意事項：①不能將該安全帽貯存在酸性、堿性、高溫、潮濕以及日曬等地方；也不能將其跟硬物放置在一起；②在佩戴安全帽之前應該仔細觀察其外觀是否出現裂紋、磨損和凹凸不平等；一旦發現安全帽存在可能影響其性能的缺陷時應該報廢，以免降低安全帽的安全性；③工作人員在佩戴安全帽是必須將安全帽戴正、戴牢，保證安全帽不能晃動，要系緊下顎帶，并調節好后箍防止安全帽脫落；④若安全帽遭受過一次沖擊或者被用于做過試驗，應報廢，以免發生危險。

[1]陳韜，涂岸，路峰，徐靜靜，田力.UWB無線定位技術在報警安全帽中的運用[J].中國科技信息，2011，22：82+92.

[2]朱明增.變電站現場佩戴安全帽智能監控預警系統研究[J].中國新技術新產品，2015，24：178～179.

[3]徐天奇.智能防觸電安全帽系統的設計[J].中國安全生產科學技術，2012，03：206～208.

指導老師：陸欣云。

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1004-7344（2016）15-0324-01

2016-5-10