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

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新型跨步電壓監(jiān)測器的初步設(shè)計(jì)

任 佳,王 雷,郝建華,胡雪平
（國家電網(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，接地點(diǎn)附近會產(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了很大的安全風(fēng)險，對跨步電壓的有效監(jiān)測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)測器的初步設(shè)計(jì)方案。

關(guān)鍵詞：跨步電壓；監(jiān)測器；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，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)，電流通過的截面就越大，電流密度就越小，到達(dá)一定距離時（15～20m），電流密度實(shí)際已趨于零。由于地中電流通過的截面變化，在電流途徑單位長度上的電阻是越變越大的，因此，在電流途經(jīng)單位上的電壓降也是不同的，離接地點(diǎn)越遠(yuǎn)，單位長度上的電壓降就越小。因此，當(dāng)人在這個接地電流入地點(diǎn)周圍電位分布區(qū)行走時，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，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，沒有經(jīng)過人體的重要器官，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，雙腳會抽筋，使身體倒在地上。

2 跨步電壓監(jiān)測器工作原理

跨步電壓監(jiān)測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、聲光報警裝置等組成。值班員在所檢查時可利用此裝置防止跨步電壓對人體造成的危害，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導(dǎo)線和腰間的電壓判斷裝置串聯(lián)，在值班員行走的過程中，電壓獲取裝置通過踩在足底的金屬片來獲取兩腳所踩地面處的電壓值，并通過電壓判斷裝置內(nèi)部的電壓表來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，兩腳間電壓差為零，聲光報警裝置無顯示；當(dāng)發(fā)生接地故障且值班員已進(jìn)入接地區(qū)域時，兩腳間就會產(chǎn)生電壓差，當(dāng)這個電壓差超過報警定值（可設(shè)定為5V左右）時，聲光報警裝置會發(fā)出明顯的聲光報警信號，提示值班員注意已進(jìn)入接地區(qū)；當(dāng)電壓差超過對人體會造成危害的短路定值（可設(shè)定為25V左右）時，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)定的報警定值及短路定值進(jìn)行快速比較，從而決定檢測器的動作。是整個接地檢測器的心臟。對其設(shè)計(jì)要求如下：（1） 電壓判斷裝置應(yīng)能實(shí)現(xiàn)直流電壓檢測與交流電壓檢測的切換，從而在直流系統(tǒng)接地時也能實(shí)現(xiàn)跨步電壓的報警與保護(hù)功能。（2） 電壓判斷裝置分析判斷動作過程應(yīng)十分快速靈敏可靠，理論上應(yīng)實(shí)現(xiàn)零時限，保證值班員在步行速度較快或者奔跑時也能實(shí)現(xiàn)跨步電壓的報警與保護(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到電壓超過對人體會造成危害的大定值時，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，由于在跨步電壓過大時會將電壓表短接，不僅減少了對電壓表的沖擊，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的變壓及絕緣問題，還可以同時提高電壓表的靈敏度）此部分也集成于電壓判斷裝置中。對此部分的要求如下：（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)電壓差超過限值時，短接電壓表的過程應(yīng)靈敏，快速，理論上應(yīng)實(shí)現(xiàn)零時限短接。

3.3 聲光報警部分

聲光報警裝置用來在出現(xiàn)跨步電壓時，發(fā)出聲光報警來提示值班員注意。對本裝置的要求如下：（1）聲信號應(yīng)包括兩種，“嘀嘀嘀”的報警信號以及“請單腳按原路跳出接地區(qū)域”的脫險提示信號。（2）光信號應(yīng)在接地監(jiān)測器的醒目位置設(shè)置多處，采用波長最長的紅光，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)，聲光信號均應(yīng)隨著跨步電壓的升高而漸變急促，“嘀嘀嘀”的聲信號和光信號的閃爍頻率應(yīng)隨電壓的升高而提高。

3.4 值班員觸電報警部分

值班員觸電報警裝置的作用是在值班員不幸觸電倒地后，觸電報警裝置能第一時間發(fā)出無線通訊信號通知主控室人員對觸電值班員進(jìn)行搶救。它是通過在值班員兩個足底各設(shè)一個壓力感應(yīng)器來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)值班員站立或者正常行走時，足底的壓力感應(yīng)器至少有一個可以感應(yīng)到壓力（人體重力）；當(dāng)值班員觸電倒地后，兩個壓力感應(yīng)器都感應(yīng)不到壓力，此時觸電報警裝置延時3秒通過無線電信號連接設(shè)在主控室的接收裝置，主控室的接收裝置會發(fā)出“巡視人員有觸電危險，請注意！”的報警。

3.5 自檢部分

跨步電壓檢測器在使用前要進(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）檢測器電池電量是否充足，可通過電壓判斷裝置上的電量顯示來檢查）。（2）電壓獲取裝置與判斷裝置是否連接良好無斷線、以及短路保護(hù)裝置的短接線是否無斷線。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報出。（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作。（5）檢查觸電報警裝置是否正常，按下觸電報警裝置試驗(yàn)按鈕，檢查觸電報警裝置報警是否正常，檢查壓力感應(yīng)器是否正常。

4 應(yīng)用前景

跨步電壓監(jiān)測器結(jié)構(gòu)簡單、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)提供了一個強(qiáng)有力的保障。概括來說，它的功能有以下幾個方面：（1）在查找35kV及以下所內(nèi)設(shè)備發(fā)生單相接地故障時保障人身安全，同時對接地范圍給出一個基本參考。（2）在查找直流系統(tǒng)接地故障時保障人身安全，同時對接地范圍給出一個基本參考。（3）值班員在巡視設(shè)備時，附近設(shè)備忽然發(fā)生接地故障時保障人身安全。（4）消除雷雨天氣時避雷器（針）引雷時所產(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)：

[1]劉吉來,黃瑞梅.高電壓技術(shù)[M].北京:中國水利水電出版社,2004.

[2]李景祿.接地裝置的運(yùn)行與改造[M].北京:中國水利水電出版社,2005.

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