一種特高壓帶電作業(yè)報(bào)警器的設(shè)計(jì)

葉欣欣，劉衛(wèi)明

（國(guó)網(wǎng)內(nèi)蒙古東部電力有限公司 科學(xué)研究院 ，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020）

0 引言

本文設(shè)計(jì)一款基于單片機(jī)控制的特高壓帶電作業(yè)近電報(bào)警裝置，該裝置有多個(gè)可調(diào)節(jié)的工作擋位，可以根據(jù)實(shí)際需要選擇相應(yīng)的擋位。同時(shí)該裝置有著便于攜帶、安裝簡(jiǎn)單，感應(yīng)靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。

1 背景技術(shù)

人體處于特高壓輸電線路附近時(shí)，輸電線路附近所產(chǎn)生的交變電磁場(chǎng)將在人體中產(chǎn)生感應(yīng)電流，其中當(dāng)人處于輸電線路下方時(shí)所接受到的電磁場(chǎng)強(qiáng)度最大，在人體內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電流最大。當(dāng)感應(yīng)電流超過(guò)人體承受的極限值后，人體會(huì)在電磁場(chǎng)的作用下瞬間產(chǎn)生大量的熱量，大量的熱會(huì)對(duì)人體神經(jīng)細(xì)胞組織造成刺激或損傷，影響人體健康。電力人員在特高電壓環(huán)境下工作時(shí)常常需要佩戴近電報(bào)警器，當(dāng)佩戴人員誤入帶電區(qū)域時(shí)，近電報(bào)警裝置可以在不接觸帶電體情況下利用電磁感應(yīng)檢測(cè)輸電線附近的感應(yīng)電壓，當(dāng)電壓值超過(guò)人體所能承受的極限時(shí)裝置將發(fā)出連續(xù)的警報(bào)聲提醒人員注意危險(xiǎn)及時(shí)撤離危險(xiǎn)區(qū)域，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)防直接觸電與跨步電壓觸電的功能，減少觸電傷亡事故的發(fā)生。

常見(jiàn)的近電報(bào)警器有可穿戴的手表式以及安全帽內(nèi)置式兩種方式，這兩種近電報(bào)警器在實(shí)際應(yīng)用中存在著許多問(wèn)題：①手表式近電報(bào)警器，只能設(shè)置單閾值，不適用于多電壓等級(jí)的報(bào)警；②安全帽內(nèi)置式報(bào)警器采用工業(yè)雙面膠粘貼在安全帽上，雙面膠不可重復(fù)使用，每次拆裝都需要重新粘貼；③現(xiàn)有報(bào)警器僅適用電壓等級(jí)為220kV及以下，220kV以上電壓等級(jí)沒(méi)有匹配的便攜式近電報(bào)警器。

2 總體方案

針對(duì)現(xiàn)有近電報(bào)警器工作模式單一、佩戴方式繁瑣及適用范圍小的缺點(diǎn)，本文設(shè)計(jì)了一種適用于特高壓帶電作業(yè)且可以分級(jí)報(bào)警的便攜式特高壓近電報(bào)警器。

特高壓帶電作業(yè)報(bào)警器硬件設(shè)計(jì)示意圖如圖1所示，主要的組成部件有：感應(yīng)模塊、電壓轉(zhuǎn)換模塊、單片機(jī)、電源電路、報(bào)警模塊；感應(yīng)模塊可以交變磁場(chǎng)中產(chǎn)生感應(yīng)電流，電壓轉(zhuǎn)換模塊將感應(yīng)到的交變電流轉(zhuǎn)換為電壓輸出到單片機(jī)A/D端口，單片機(jī)將采樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后開(kāi)始計(jì)算分析并作出相應(yīng)的輸出，報(bào)警模塊連接蜂鳴器，使單片機(jī)輸出到蜂鳴器。當(dāng)接近高壓帶電區(qū)域時(shí)，感應(yīng)模塊在高壓交變電磁場(chǎng)中產(chǎn)生相應(yīng)的感應(yīng)電流，距離高壓帶電體越近感應(yīng)電流則越大，將感應(yīng)電流經(jīng)電阻轉(zhuǎn)換為電壓后通過(guò)A/D采樣進(jìn)入單片機(jī)，在單片機(jī)內(nèi)和內(nèi)部設(shè)定閾值比較，當(dāng)感應(yīng)電壓大于閾值時(shí)單片機(jī)輸出值到報(bào)警模塊進(jìn)行報(bào)警；通過(guò)接入感應(yīng)模塊芯片不同阻值的電阻，實(shí)現(xiàn)切換不同電壓等級(jí)的報(bào)警。

圖1 報(bào)警器硬件設(shè)計(jì)圖Fig.1 Hardware design diagram of the alarm

3 工作原理

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)不同的電壓等級(jí)（500kV，750kV，1000kV）， 選擇適合的檔位，不同的檔位連接不同的匹配電阻。使用前，先將檔位開(kāi)關(guān)撥至符合現(xiàn)場(chǎng)電壓等級(jí)的檔位，再打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，聽(tīng)到三聲“嘟、嘟、嘟”，表示自檢功能正常，該產(chǎn)品可正常使用，方可進(jìn)入高壓區(qū)域作業(yè)。近電報(bào)警器背面采用別針式胸牌夾具，佩戴在衣服部位。當(dāng)高壓帶電區(qū)域交變磁場(chǎng)穿過(guò)感應(yīng)模塊時(shí)，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，在感應(yīng)模塊內(nèi)將會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。在工頻電場(chǎng)中，不同電壓等級(jí)的交流電產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)強(qiáng)度不同，感應(yīng)模塊在不同電壓等級(jí)的交變電磁場(chǎng)中將感應(yīng)產(chǎn)生不同的感應(yīng)電流，通過(guò)該電壓等級(jí)下的電阻轉(zhuǎn)換為不同的感應(yīng)電壓；經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)入單片機(jī)輸入端口，經(jīng)過(guò)計(jì)算后和設(shè)定閾值比較，同一交變磁場(chǎng)中與帶電體的距離不同產(chǎn)出的感應(yīng)電流也不同，距離越近。磁場(chǎng)越強(qiáng)，感應(yīng)電流越大，感應(yīng)電壓越大。當(dāng)感應(yīng)電壓大于該電壓等級(jí)的安全閾值時(shí)單片機(jī)輸出端口發(fā)出一段高頻率的脈沖至無(wú)源蜂鳴器端口，使蜂鳴器發(fā)出報(bào)警，感應(yīng)電壓越高，脈沖頻率越高，警報(bào)聲越刺耳，整機(jī)電路原理圖如圖2所示。近電報(bào)警器發(fā)出連續(xù)的警報(bào)聲以提醒人員注意危險(xiǎn)及時(shí)撤離危險(xiǎn)區(qū)域，說(shuō)明交變電磁場(chǎng)會(huì)在人體內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流，當(dāng)感應(yīng)電流超過(guò)一定值時(shí)，人體將產(chǎn)生不適感，甚至?xí)?duì)人體神經(jīng)細(xì)胞和組織造成刺激和其他影響。

圖2 近電報(bào)警器電路原理圖Fig.2 Schematic diagram of proximity alarm circuit

4 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

將組裝好的近電報(bào)警裝置開(kāi)機(jī)，聽(tīng)到蜂鳴器嘟嘟嘟聲，表示機(jī)器自檢正常，調(diào)節(jié)近電報(bào)警器的擋位到500kv，開(kāi)始接近500kv電網(wǎng)，隨著距離輸電線的距離越近，蜂鳴器報(bào)警頻率提高，聲音逐漸刺耳。實(shí)驗(yàn)過(guò)程很好的說(shuō)明了近電報(bào)警器工作的可靠性，能夠很好的保障電力工人的安全工作。報(bào)警器樣機(jī)如圖3所示。

圖3 近電報(bào)警器樣機(jī)Fig.3 Prototype of near-electric alarm

5 結(jié)束語(yǔ)

便攜式特高壓帶電作業(yè)報(bào)警器的開(kāi)發(fā)成功的實(shí)現(xiàn)了特高壓帶電體近電報(bào)警的作用，該產(chǎn)品便于攜帶、安裝，感應(yīng)靈敏?？稍诓煌妷旱燃?jí)，不同環(huán)境中使用，為電力工人的安全作業(yè)提供有力的保障。