新型近電報警器的研制

崔椿洪

(國網安徽省電力公司蕪湖供電公司，安徽 蕪湖 241000)

檢修人員誤接觸帶電設備或線路是威脅檢修工作安全性的重要因素,在檢修工作中，遇到設備存在較強的感應電、線路瞬間誤送電、檢修人員誤入其他帶電間隔等意外情況，將給檢修人員帶來嚴重的安全風險，2014年安徽省電力公司就發生過一起類似的觸電傷亡事故。這些事故的發生，固然與檢修人員安全觀念不強有關，但也存在較為嚴峻的客觀原因。

因此，為確保檢修人員人身安全，有必要開發一種隨身警示裝置，檢修人員攜帶其進入高壓帶電區域時，裝置可發出警報提示注意安全，以避免檢修人員發生觸電事故。

基于這些需求，本文研究高壓電場的探測技術，基于該技術提出近電警示裝置的技術方案，并通過硬件方式予以實現。該研究成果可實際應用于現場檢修工作中，在檢修人員靠近帶電設備時發出聲音警報，對于避免人員觸電事故具有重要意義。

1 近電報警器設計思路

近電報警器設計的基本原理是采用高靈敏度的定向式電場傳感器，感受傳感器周圍交流電場的強度，如果感受到傳感器周圍的電場超過相應強度時，系統將立即啟動聲光報警，提醒人員設備帶電，防止相關人員觸電事故的發生。整個系統的框架原理圖如圖1所示。

圖1 報警系統的框架原理圖

整個系統的工作過程為：利用高壓電場探測技術的近電報警器接近高場區域，當周圍的電場強度超過電場傳感器限值時，電場傳感器啟動，輸出相應的控制信號給控制電路，控制電路根據電場傳感器的控制信號，啟動報警電路，發出報警信息，提示工作人員，從而使工作人員遠離高壓區，確保其工作過程中的人身安全。

2 電場測量原理

根據高壓電場的測量原理及主要元件的構成，又可分為電容型、電阻型和感應型，本文采用電容型電路。由于報警器使用環境的復雜性和重要性，采用聲光組合的形式，以便工作人員能夠及時地了解到電場強度的變化。

通過分析高壓電場的測量原理，可以將整個測量報警裝置看成由R1、R2、C0、C0′構成的一個等效RC回路, 或者一個高壓信號繼電器(見圖2)。

高壓電場傳感器也同樣具有繼電器的可靠性、選擇性、快速性、靈敏性要求。高壓電場探測器與人的隔離電容為C0，人體可等效為電容C0′，由于C0很小，阻抗很大，因此限制了通過人體C0′上的泄漏電流，保證了驗電人員的安全?；诟邏弘妶鎏綔y技術的近電報警器的工作原理是，通過檢測流過驗電器對地雜散電容中的電流來指示電壓是否存在，并通過驗電器指示部分的聲、光顯示，給予操作人員清晰可辨的聽覺、視覺信號。

圖2 高壓電場探測原理圖

3 電路設計

為了實現基于高壓電場探測技術的近電報警，對整個電路進行了設計，整個電路如圖3所示。防誤模塊的電場傳感器電路由二極管D1、平波電容C1、電阻R1、穩壓二極管D5組成，整流橋的交流輸入端采集接地夾頭與探測觸頭之間的電位，用于感應交流電場。

對于帶電設備而言，D1能將交流電場電壓變換為直流電壓、通過平波電容C的平滑濾波后經電阻R1分壓后輸出至場效應管V1的柵極，一旦接地夾頭伸向帶電設備，當與設備帶電部分接近時，由于場效應管輸入阻抗極高，因此只要稍微接近帶電設備，即使不接觸，場效應管柵極也會得到足夠的直流電壓，當直流電壓超過開啟電壓門檻值后，場效應管即導通，驅動報警電路的發光二極管D4閃光，同時語音有源喇叭S2報警，告知設備帶電，禁止靠近，從而遏止了觸電事故的發生。它具有極高的靈敏度，能夠在設備安全距離之外就發出有效告警，原理如圖3所示。

此外，系統還具有自檢功能，通過按下按鍵SA2，輸出有電狀態的信號，從而防止系統的損壞而導致的報警失靈現象的發生。

圖3 系統電路原理圖

4 報警器性能測試

為了驗證基于高壓電場探測技術的近電報警器是否能夠正常工作，真正起到防觸電事故的目的，對整個系統進行了制作和測試，測試數據見表1。

表1 系統試驗結果

從測試結果可看出，本項目所研發的基于高壓電場探測技術的近電報警器可有效地實現對高壓電氣設備周圍電場強度的測試，使檢修人員能夠及時地了解到檢修過程中周圍電氣設備的帶電狀態，從而有效地減少誤入高壓區導致的觸電事故的發生。

5 結語

系統利用電容分壓原理和電壓型場效應管電壓驅動原理，實現對高壓電氣設備周圍電場強度的感應和測量，同時系統通過耦合電容的調節，實現對不同電場強度的測量；操作人員通過佩戴高電場近電報警器，當發現周圍電場強度超過某一定值時，系統發出報警信息，提示操作人員離開，從而避免操作人員誤入高壓區引起的觸電事故的發生。