新型近电报警器的研制

崔椿洪

(国网安徽省电力公司芜湖供电公司，安徽 芜湖 241000)

检修人员误接触带电设备或线路是威胁检修工作安全性的重要因素,在检修工作中，遇到设备存在较强的感应电、线路瞬间误送电、检修人员误入其他带电间隔等意外情况，将给检修人员带来严重的安全风险，2014年安徽省电力公司就发生过一起类似的触电伤亡事故。这些事故的发生，固然与检修人员安全观念不强有关，但也存在较为严峻的客观原因。

因此，为确保检修人员人身安全，有必要开发一种随身警示装置，检修人员携带其进入高压带电区域时，装置可发出警报提示注意安全，以避免检修人员发生触电事故。

基于这些需求，本文研究高压电场的探测技术，基于该技术提出近电警示装置的技术方案，并通过硬件方式予以实现。该研究成果可实际应用于现场检修工作中，在检修人员靠近带电设备时发出声音警报，对于避免人员触电事故具有重要意义。

1 近电报警器设计思路

近电报警器设计的基本原理是采用高灵敏度的定向式电场传感器，感受传感器周围交流电场的强度，如果感受到传感器周围的电场超过相应强度时，系统将立即启动声光报警，提醒人员设备带电，防止相关人员触电事故的发生。整个系统的框架原理图如图1所示。

图1 报警系统的框架原理图

整个系统的工作过程为：利用高压电场探测技术的近电报警器接近高场区域，当周围的电场强度超过电场传感器限值时，电场传感器启动，输出相应的控制信号给控制电路，控制电路根据电场传感器的控制信号，启动报警电路，发出报警信息，提示工作人员，从而使工作人员远离高压区，确保其工作过程中的人身安全。

2 电场测量原理

根据高压电场的测量原理及主要元件的构成，又可分为电容型、电阻型和感应型，本文采用电容型电路。由于报警器使用环境的复杂性和重要性，采用声光组合的形式，以便工作人员能够及时地了解到电场强度的变化。

通过分析高压电场的测量原理，可以将整个测量报警装置看成由R1、R2、C0、C0′构成的一个等效RC回路, 或者一个高压信号继电器(见图2)。

高压电场传感器也同样具有继电器的可靠性、选择性、快速性、灵敏性要求。高压电场探测器与人的隔离电容为C0，人体可等效为电容C0′，由于C0很小，阻抗很大，因此限制了通过人体C0′上的泄漏电流，保证了验电人员的安全。基于高压电场探测技术的近电报警器的工作原理是，通过检测流过验电器对地杂散电容中的电流来指示电压是否存在，并通过验电器指示部分的声、光显示，给予操作人员清晰可辨的听觉、视觉信号。

图2 高压电场探测原理图

3 电路设计

为了实现基于高压电场探测技术的近电报警，对整个电路进行了设计，整个电路如图3所示。防误模块的电场传感器电路由二极管D1、平波电容C1、电阻R1、稳压二极管D5组成，整流桥的交流输入端采集接地夹头与探测触头之间的电位，用于感应交流电场。

对于带电设备而言，D1能将交流电场电压变换为直流电压、通过平波电容C的平滑滤波后经电阻R1分压后输出至场效应管V1的栅极，一旦接地夹头伸向带电设备，当与设备带电部分接近时，由于场效应管输入阻抗极高，因此只要稍微接近带电设备，即使不接触，场效应管栅极也会得到足够的直流电压，当直流电压超过开启电压门槛值后，场效应管即导通，驱动报警电路的发光二极管D4闪光，同时语音有源喇叭S2报警，告知设备带电，禁止靠近，从而遏止了触电事故的发生。它具有极高的灵敏度，能够在设备安全距离之外就发出有效告警，原理如图3所示。

此外，系统还具有自检功能，通过按下按键SA2，输出有电状态的信号，从而防止系统的损坏而导致的报警失灵现象的发生。

图3 系统电路原理图

4 报警器性能测试

为了验证基于高压电场探测技术的近电报警器是否能够正常工作，真正起到防触电事故的目的，对整个系统进行了制作和测试，测试数据见表1。

表1 系统试验结果

从测试结果可看出，本项目所研发的基于高压电场探测技术的近电报警器可有效地实现对高压电气设备周围电场强度的测试，使检修人员能够及时地了解到检修过程中周围电气设备的带电状态，从而有效地减少误入高压区导致的触电事故的发生。

5 结语

系统利用电容分压原理和电压型场效应管电压驱动原理，实现对高压电气设备周围电场强度的感应和测量，同时系统通过耦合电容的调节，实现对不同电场强度的测量；操作人员通过佩戴高电场近电报警器，当发现周围电场强度超过某一定值时，系统发出报警信息，提示操作人员离开，从而避免操作人员误入高压区引起的触电事故的发生。