電氣設備設計中應注意的人類工效學原則

□ 楊耀根

上海通用電氣廣電有限公司 上海 201400

筆者在本文中論述電氣設備設計時應注意的人類工效學原則，這些原則對于高壓電器產品的設計同樣有一定的參考價值。從人類工效學原則出發，在電氣設備設計中，應當注意使所設計的產品和環境系統符合人的生理與心理特點，以使電氣設備在運行中達到既能提高效率，又安全、健康、舒適的目的［1-2］。

1 儀表、顯示屏、操縱裝置的布置

人類工效學認為，存在著一個最佳視野——水平視線上下左右各15°的正常視線區域。在這一區域內布置儀表、顯示屏、操縱裝置時，誤讀率或誤操作率較小。離這一區域越遠，誤讀率或誤操作率就越大。儀表布置視角與誤讀率關系見表1，可見，儀表顯示屏及操縱裝置應盡量布置在最佳視野內。

集中控制的電氣設備安裝的儀表，按用途大體分生產管理儀表、過程控制儀表和操縱監視儀表三大類。目前許多智能電氣設備直接采用電腦控制，其顯示屏的視覺設計優為重要，設計時應注意表1中視角與誤讀率的關系。

同時，在設計立姿操作空間時應考慮在豎直方向上配件、儀表的布置，按其作用、功能、重要程度與操作要求分成若干段，每段所對應的內容各不相同。

在0～500 mm高度之間，適宜于腳控制。在此區域只能設計腳踏板、腳踏鈕或其它不常用的手動控制器。有時會看到電工用腳去踏手動控制器，其根本原因就是手動控制器設計得太低了。

表1 儀表布置與誤讀率關系

在500～700 mm高度之間，手與腳的操作都不方便，因此不宜在此區域設置控制器。高壓電氣設備，如高壓移開式開關設備，在這一區域設置了接地開關的操作軸，原本操作并不方便，但設計了專用的600 mm加長操作手柄來解決這一問題。

在700～1 600 mm高度之間，最適宜于手動操作和觀察。各種重要的手動控制器，以及刀開關、顯示器、工作臺面都設置在這一區域。700～1 600 mm高度之間是最舒適的作業范圍，各種操作按鈕、電壓表、電流表、記錄儀等都應盡量布置在這一區域。高壓斷路器手車搖進搖出操作位置通常就設置為700 mm高度。

在1 600～1 800 mm高度之間，手動操作極不方便，操作時需仰頭踮腳，觀察顯示器時易誤讀，所以在這一區域只能設置報警信號裝置，并配有聲響信號。需觀察的電子顯示板若安裝在這一區域，應前傾15～30°，包括總物料流量表、總電壓表、總電流表。

許多電氣設備的合分閘按鈕都設置在儀表箱門上，若高于1 800 mm，女同志無法操作，所以出現了智能電氣設備，將許多電氣設備控制指令集中在控制臺上。智能電氣設備多數設計成坐-立姿電氣設備控制臺，如圖1所示。在設計時可參考圖1中數據。

▲圖1 坐-立姿電氣設備控制臺

2 儀表布置評估

當儀表布置完成后，需要確定布置區域是否最佳，以使誤操作、誤讀率最低。海洛德分析評價法是人的失誤與可靠性邏輯推演法，用計算系統的可靠分析來評估儀表的布置是否適合于人的操作，一般先求出人在工作時的成功概率，然后進行評估。

人在最佳視野，即水平視線上下左右15°的正常視線區域內最不容易發生錯誤，因此在該區域內布置儀表，誤讀率或誤操作率較小。根據表1，有效工作概率D為：

式中：Di為儀表i的誤讀率。

根據儀表布置位置的誤讀率，可以確定顯示屏上開關指令及數據管理的位置，進而評估是為否最佳。

3 電氣設備的配色

電氣設備的主要功能分為控制、顯示、操作三類，其配色應考慮以下問題［3］。

（1）色彩與電氣設備的功能相適應。

（2）電氣設備外形色彩，即面色與變電所環境色彩相協調。

（3）危險與警示部位的配色應醒目，戶外電氣設備，如箱式變電站、移動式變電站長期在野外運行，其危險標志更要醒目，色彩必須符合國家安全色的標準。

（4）操縱裝置的配色要突出重點，避免誤操作。如隔離開關的操作手柄、斷路器分合閘按鈕應突出操作部位。

（5）顯示器裝置要與背景有一定的對比，以引人注意，同時利于視覺認讀，配有SF6斷路器的電氣設備，應將氣壓表布置在醒目位置，其背景應采用黃色襯面。

（6）儀表盤面配色應考慮與面色相協調，一般儀表盤面色采用白底、黑框、黑指針，因此儀表盤面應采用淡色調，如白色或淺灰色，這樣可以降低誤讀率。

（7）對于電氣設備內部配色，若電氣設備面色采用冷色調，如青色、綠色、藍色等，則柜內外顏色可以一致；若電氣設備面色采用暖色調，如紅色、橘黃色等，則內部應采用明度高的色彩，如淺黃色，以提高柜內明度，利于觀察與檢修。

4 電氣設備中警示標志的設計

電氣設備設計時應重視設備外在安全，在電氣設備上貼警示標志。為了便于識別，警示標志的字符、圖形應盡量簡單、明了。字符、圖形高度通常取為L/200，L為視距，也可按下式計算：

式中：H 為字符高度，mm；θ為最小視角，（′）。

視角θ一般由試驗決定，通常取10～30′。

字符的寬度與高度之比一般取0.6～0.8，筆劃寬與字高之比一般取0.12～0.16。筆劃寬與字高之比還受照明條件的影響，其推薦值見表2。

表2 不同照明條件下字符筆劃寬與字高比推薦值

例如，1 200 mm×2 400 mm×2 400 mm高壓移開式開關設備或600 mm×800 mm×2 200 mm低壓電氣設備，都貼有常用的危險警示標志，通常危險警示標志高度在100 mm左右。因為在變電所高壓配電室或低壓配電室，人走在中間通道離電氣設備近，2 000 mm內足夠看清危險警示標志。

戶外電氣設備則不同，因為背景比較復雜，光線明暗不一，所以危險警示標志高度在100 mm左右就不適宜，需要提高高度。若設定為人在4 000 mm外看見危險警示標志，則字符高度為200 mm。

5 結束語

縱上所述，人類工效學原則不僅適用于電氣設備布置，而且適用于電氣設備配色與警示標志設計。在設計中，需要使人在規定的安全距離內識別出產品危險信息，以免誤入帶電區域，確保電氣設備安全運行。