一种对高压电缆警报安全帽的研究

汪 楠 冯 睿 凌 敏 陆欣云

（南京工程学院 211167）

一种对高压电缆警报安全帽的研究

汪 楠 冯 睿 凌 敏 陆欣云

（南京工程学院 211167）

当前，安全帽已经被冠上“安全三宝”之一的称号，由此我们可以看出安全帽在日常作业中发挥的重要作用。特别是近年来，随着人们对作业安全性的逐渐重视，社会对作业的关注度也越来越高，这也导致对安全帽的需求量也不断加大。传统安全帽主要发挥对抗冲击的作用，进而保护作业人员的头部安全，现有的电磁感应式报警安全帽的精度过低，误差较大，因此无法在电力工程中无法得到广泛应用。但是本文设计的主要是一种可以用于高压电缆报警的安全帽，接下来就设计目的、安全帽构成、工作原理等进行简单分析。

高压电缆；报警；安全帽

就当前来看，我国绝大部分的变电站均为无人值守和巡维管理的模式，因此一旦变电站发生事故，有很大可能危机工作人员的生命安全和健康，而开关爆炸、主变泄漏、电抗器起火等均会不定向产生很大的冲击和坠落物，因此规范佩戴安全帽能够抵抗人体头部遭受的坠落物以及其他原因带来的伤害。因此所有在变电站现场工作的人员均应佩戴安全帽。但是常常有部分临时工、民工等其他单位的人员在进入变电站时不佩戴安全帽，缺乏安全意识，引发很大安全隐患[1]。因此，为了进一步保证变电站的安全生产和管理，研发一套用于高压电缆报警的安全帽，实现对进入变电站工作人员的实时监控，将风险将至最低。

1 高压电缆的警报安全帽设计目的

当前，市场上现有具备报警功能的安全帽仅仅只能对超过规定安全距离的情况发出报警，电力工作进入高压变电所等高危场所需要佩戴安全帽。安全帽对人体头部受坠落物及其他特定因素引起的伤害起防护作用。鉴于电力系统经常出现故障，电缆检修不便。现研究一种故障点磁场异常检测安全帽，当工作人员在电缆下行走，头顶上方出现异常磁场，安全帽会发出语音警报。同时安全帽增加了护目镜，有效保护视力。此外还装有语音对话功能，帮助工作中的检修人员能够实时沟通。

2 高压电缆的警报安全帽

2.1 高压电缆的警报安全帽组成结构

高压电缆的警报安全帽主要由八大部分构成：其中分别为：①头盔本体；②小电源；③运算放大器；④多圈感应磁头；⑤功率放大器；⑥蜂鸣器；⑦护目镜（内嵌式）：⑧语音对讲机，具体如图1所示。

图1 高压电缆的警报安全帽组成结构图

2.2 高压电缆的警报安全帽放大器分析

考虑到安全帽内部空间较小，使用寿命长。所以我们采用低功耗型，由于电子电路集成化的最大优点是能使复杂电路小型轻便，所以随着便携式仪器应用范围的扩大，必须使用低电源电压供电、低功率消耗的运算放大器相适用。常用的运算放大器有TL-022C、TL-060C等，其工作电压为± 2V～±18V，消耗电流为50～250mA。目前有的产品功耗已达微瓦级，例如ICL7600的供电电源为1.5V，功耗为10MW，可采用单节电池供电。高压电缆的警报安全帽采用D类功率放大器。D类（数字音频功率）放大器是一种输入模拟音频信号或PCM数字信息变换成PWM（脉冲宽度调制）或PDM（脉冲密度调制）的脉冲信号，然后用PWM或PDM的脉冲信号去控制大功率开关器件通/断音频功率放大器，也称为开关放大器。具有效率高的突出优点[2]。数字音频功率放大器也看上去成是一个一比特的功率数模变换器，放大器由输入信号处理电路、开关信号形成电路、大功率开关电路（半桥式和全桥式）和低通滤波器（LC）等四部分组成。D类放大或数字式放大器。系利用极高频率的转换开关电路来放大音频信号的。

2.3 高压电缆的警报安全帽报警系统原理分析

为了充分满足高压电缆测量的需要，在本次研究的高压电缆报警安全帽主要重点考虑以下几个方面的技术要求：①电缆电压测量较为精确；②语音报警系统启动及时；③抗干扰性和稳定性强；④减少测量系统对被测量系统的干扰。为了充分考虑上述技术问题，本文设计的安全帽主要是以C8051F020单片机为核心开展言之安全帽的电缆测量和语音报警设备，主要由传感器、测量电路、单片机综合分析电路以及输出电路四大部分构成，系统原理图如图2所示。

图2 高压电缆的警报安全帽报警系统原理图

其报警系统的主要原理为：先由电场传感器将电缆信号转变为待测电缆相对应的电压信号，然后由测量电路对电压信号开展滤波放大处理，待放大处理后的电压信号被输入单片机中，在单片机中实现AD转换，并对数据开展综合处理，最后再由单片机控制输出电路将待测电缆值通过数字音频爆出，并根据设置进行报警。

3 高压电缆的警报安全帽优点和效益分析

高压电缆的警报安全帽具有四个优点：①具有很高的效率，通常能够达到85%以上；②体积小，可以比模拟的放大电路节省很大的空间；③无裂噪声接通；④低失真，频率响应曲线好。外围元器件少，便于设计调试。在正常和有故障的磁场环境下能够做出不同反应，当处于异常磁场下其会发出警报；安全帽佩戴人员能够与1km内其他佩戴人员或持有语音对讲接收端的人员正常语音对话；护目镜能够有效保护佩戴者的面部（主要是眼睛）；其实用性、性价比高，适合电力工作机构大批采购[3]。

4 高压电缆的警报安全帽注意事项

针对本文设计出来的高压电缆的警报安全帽应注意以下注意事项：①不能将该安全帽贮存在酸性、碱性、高温、潮湿以及日晒等地方；也不能将其跟硬物放置在一起；②在佩戴安全帽之前应该仔细观察其外观是否出现裂纹、磨损和凹凸不平等；一旦发现安全帽存在可能影响其性能的缺陷时应该报废，以免降低安全帽的安全性；③工作人员在佩戴安全帽是必须将安全帽戴正、戴牢，保证安全帽不能晃动，要系紧下颚带，并调节好后箍防止安全帽脱落；④若安全帽遭受过一次冲击或者被用于做过试验，应报废，以免发生危险。

[1]陈韬，涂岸，路峰，徐静静，田力.UWB无线定位技术在报警安全帽中的运用[J].中国科技信息，2011，22：82+92.

[2]朱明增.变电站现场佩戴安全帽智能监控预警系统研究[J].中国新技术新产品，2015，24：178～179.

[3]徐天奇.智能防触电安全帽系统的设计[J].中国安全生产科学技术，2012，03：206～208.

指导老师：陆欣云。

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1004-7344（2016）15-0324-01

2016-5-10