电气设备设计中应注意的人类工效学原则

□ 杨耀根

上海通用电气广电有限公司 上海 201400

笔者在本文中论述电气设备设计时应注意的人类工效学原则，这些原则对于高压电器产品的设计同样有一定的参考价值。从人类工效学原则出发，在电气设备设计中，应当注意使所设计的产品和环境系统符合人的生理与心理特点，以使电气设备在运行中达到既能提高效率，又安全、健康、舒适的目的［1-2］。

1 仪表、显示屏、操纵装置的布置

人类工效学认为，存在着一个最佳视野——水平视线上下左右各15°的正常视线区域。在这一区域内布置仪表、显示屏、操纵装置时，误读率或误操作率较小。离这一区域越远，误读率或误操作率就越大。仪表布置视角与误读率关系见表1，可见，仪表显示屏及操纵装置应尽量布置在最佳视野内。

集中控制的电气设备安装的仪表，按用途大体分生产管理仪表、过程控制仪表和操纵监视仪表三大类。目前许多智能电气设备直接采用电脑控制，其显示屏的视觉设计优为重要，设计时应注意表1中视角与误读率的关系。

同时，在设计立姿操作空间时应考虑在竖直方向上配件、仪表的布置，按其作用、功能、重要程度与操作要求分成若干段，每段所对应的内容各不相同。

在0～500 mm高度之间，适宜于脚控制。在此区域只能设计脚踏板、脚踏钮或其它不常用的手动控制器。有时会看到电工用脚去踏手动控制器，其根本原因就是手动控制器设计得太低了。

表1 仪表布置与误读率关系

在500～700 mm高度之间，手与脚的操作都不方便，因此不宜在此区域设置控制器。高压电气设备，如高压移开式开关设备，在这一区域设置了接地开关的操作轴，原本操作并不方便，但设计了专用的600 mm加长操作手柄来解决这一问题。

在700～1 600 mm高度之间，最适宜于手动操作和观察。各种重要的手动控制器，以及刀开关、显示器、工作台面都设置在这一区域。700～1 600 mm高度之间是最舒适的作业范围，各种操作按钮、电压表、电流表、记录仪等都应尽量布置在这一区域。高压断路器手车摇进摇出操作位置通常就设置为700 mm高度。

在1 600～1 800 mm高度之间，手动操作极不方便，操作时需仰头踮脚，观察显示器时易误读，所以在这一区域只能设置报警信号装置，并配有声响信号。需观察的电子显示板若安装在这一区域，应前倾15～30°，包括总物料流量表、总电压表、总电流表。

许多电气设备的合分闸按钮都设置在仪表箱门上，若高于1 800 mm，女同志无法操作，所以出现了智能电气设备，将许多电气设备控制指令集中在控制台上。智能电气设备多数设计成坐-立姿电气设备控制台，如图1所示。在设计时可参考图1中数据。

▲图1 坐-立姿电气设备控制台

2 仪表布置评估

当仪表布置完成后，需要确定布置区域是否最佳，以使误操作、误读率最低。海洛德分析评价法是人的失误与可靠性逻辑推演法，用计算系统的可靠分析来评估仪表的布置是否适合于人的操作，一般先求出人在工作时的成功概率，然后进行评估。

人在最佳视野，即水平视线上下左右15°的正常视线区域内最不容易发生错误，因此在该区域内布置仪表，误读率或误操作率较小。根据表1，有效工作概率D为：

式中：Di为仪表i的误读率。

根据仪表布置位置的误读率，可以确定显示屏上开关指令及数据管理的位置，进而评估是为否最佳。

3 电气设备的配色

电气设备的主要功能分为控制、显示、操作三类，其配色应考虑以下问题［3］。

（1）色彩与电气设备的功能相适应。

（2）电气设备外形色彩，即面色与变电所环境色彩相协调。

（3）危险与警示部位的配色应醒目，户外电气设备，如箱式变电站、移动式变电站长期在野外运行，其危险标志更要醒目，色彩必须符合国家安全色的标准。

（4）操纵装置的配色要突出重点，避免误操作。如隔离开关的操作手柄、断路器分合闸按钮应突出操作部位。

（5）显示器装置要与背景有一定的对比，以引人注意，同时利于视觉认读，配有SF6断路器的电气设备，应将气压表布置在醒目位置，其背景应采用黄色衬面。

（6）仪表盘面配色应考虑与面色相协调，一般仪表盘面色采用白底、黑框、黑指针，因此仪表盘面应采用淡色调，如白色或浅灰色，这样可以降低误读率。

（7）对于电气设备内部配色，若电气设备面色采用冷色调，如青色、绿色、蓝色等，则柜内外颜色可以一致；若电气设备面色采用暖色调，如红色、橘黄色等，则内部应采用明度高的色彩，如浅黄色，以提高柜内明度，利于观察与检修。

4 电气设备中警示标志的设计

电气设备设计时应重视设备外在安全，在电气设备上贴警示标志。为了便于识别，警示标志的字符、图形应尽量简单、明了。字符、图形高度通常取为L/200，L为视距，也可按下式计算：

式中：H 为字符高度，mm；θ为最小视角，（′）。

视角θ一般由试验决定，通常取10～30′。

字符的宽度与高度之比一般取0.6～0.8，笔划宽与字高之比一般取0.12～0.16。笔划宽与字高之比还受照明条件的影响，其推荐值见表2。

表2 不同照明条件下字符笔划宽与字高比推荐值

例如，1 200 mm×2 400 mm×2 400 mm高压移开式开关设备或600 mm×800 mm×2 200 mm低压电气设备，都贴有常用的危险警示标志，通常危险警示标志高度在100 mm左右。因为在变电所高压配电室或低压配电室，人走在中间通道离电气设备近，2 000 mm内足够看清危险警示标志。

户外电气设备则不同，因为背景比较复杂，光线明暗不一，所以危险警示标志高度在100 mm左右就不适宜，需要提高高度。若设定为人在4 000 mm外看见危险警示标志，则字符高度为200 mm。

5 结束语

纵上所述，人类工效学原则不仅适用于电气设备布置，而且适用于电气设备配色与警示标志设计。在设计中，需要使人在规定的安全距离内识别出产品危险信息，以免误入带电区域，确保电气设备安全运行。