绝缘工作斗室外温控系统设计

姚沛全

（广州南方电安科技有限公司，广东 广州511493）

1 引言

每年夏季，中国大部分地区都会出现高温天气。在高温天气下如果作业人员长时间在户外工作，则会出现体温调节机制障碍，体内热蓄积，导致中暑等病症出现[1]。对此国家安全生产监督管理总局、卫生部、人力资源和社会保障部、中华全国总工会联合制定了《防暑降温措施管理办法》，规定日最高气温达到40 ℃以上时，企业应停止当日室外露天作业。

但每年的夏季都是中国城乡居民用电的高峰期，也是供电线网故障的多发期，一旦供电线网发生故障，电力维修作业人员就必须在高温天气下，穿戴绝缘披肩和绝缘手套在绝缘工作斗上进行作业。此时，作业人员会大量出汗、生理机能下降等，导致作业效率和专业判断力降低，更为严重者会出现头晕、恶心、心悸乏力等中暑现象。如果得不到及时救护，有可能导致猝死。因此，高温天气给带电作业人员带来了巨大考验，急需有效的防暑手段。

对此，本文针对高温天气下的带电作业问题，以空调制冷相关理论作为基础，设计了一套可以随绝缘斗臂车移动的绝缘工作斗温控系统[2-6]。该系统主要包括电源模块、控制模块、制冷模块和风机模块，其核心是控制风机和制冷模块使绝缘斗工作区间内作业人员的体感温度处于25～30 ℃之间，有效防止由于高温所引起的各种健康问题，为电力维护维修人员的作业带来了安全保障。

2 温控系统功能要求

为了保证作业人员在户外作业过程中不会出现中暑等问题，需要设计一套温控系统调节作业区域内的环境温度，使作业人员能在一个比较舒适的体感温度下进行作业。同时由于带电作业的特殊性，对作业人员体感温度进行调节的过程中还要保证作业人员身上的绝缘防护服、绝缘手套和工具都保持干燥良好的状态。因此，该温控系统需要实现以下功能：①使作业人员的体感温度保持在25～30 ℃，这样能有效降低人体的体表温度，减少出汗量，降低中暑的风险；②保持绝缘披肩手套、绝缘披肩保持干燥，这样能延长绝缘工器具的使用寿命，同时，保证作业过程中这些绝缘工具能满足绝缘要求；③能耐高压或与高压设备保持1 m 以上的安全距离。

3 现有技术方案分析

目前在实际生活中，户外作业时常用的降温手段主要有冰袋降温服和风冷降温服，如图1 和图2 所示。以下对这几种技术方案的优缺点进行分析。

图1 冰袋降温服

图2 风冷降温服

3.1 冰袋降温服

降温原理：将冰袋放在制服里，通过热交换的方式降低作业人员的体感温度。

优点：成本低、作业人员体表温度下降显著。

缺点：制作时间长，需要将降温服放置在冰箱中3 h 以上；不便于长距离运输保温；续航时间短，不利于长时间工作；水蒸汽冷凝时可能会使绝缘披肩手套潮湿。

3.2 风冷降温服

降温原理：体感在背心前后分别安装了4 个小风扇，使空气在人体体表形成气流，能使汗水瞬间蒸发，带走热量，降低体温。

优点：成本中等，能使体感温度降低10 ℃以上；续航时间长。

缺点：具备电源系统，在作业过程中会存在一定的安全隐患。

由此可见，现有的冰袋降温服难以满足功能要求的第2点；而风冷降温服则难以满足功能要求的第3 点。因此，目前仍缺乏安全可靠的降温技术，来解决高温天气下户外带电作业时的防暑降温问题。

4 绝缘斗温控系统设计

4.1 绝缘温控系统总体设计

本文所设计的绝缘斗温控系统如图3 所示，包括电源模块、控制模块、制冷模块和风机模块。

图3 绝缘斗温控系统示意图

电源模块，主要为温控系统提供可靠的电能。本文考虑到温控系统的工作环境，选用额定电压为48 V 的锂电池组作为电源模块的主要部件，并在输出端加上过流保护部件，防止电流过大烧坏温控系统的电气部件。

控制模块，主要采集温控系统工作区域内的环境信息、计算控制参数和控制风机、制冷模块工作。在本文中控制模块的核心为可编程控制器，环境信息采集主要通过温度传感器、风速传感器和湿度传感器。

制冷模块，主要对吸入制冷室内的空气进行冷却。其组成与一般空调机类似，包括直流变频压缩机、冷凝器、蒸发器、膨胀阀和管路等。

风机模块，主要将制冷室内的冷空气送到绝缘斗工作区，其组成包括直流电机、扇叶、送风管道以及电压调节模块等。

4.2 控制参数计算方法

25 ℃是人体感受到的比较舒适的体感温度，当体感温度达到30 ℃时，就会有闷热的感觉。因此，本系统的控制目标是使作业人员的体感温度保持在25～30 ℃。

根据体感温度计算公式可知，当气温为T、风速为V、相对湿度为RH 时，人体的体感温度为：

由式（1）可知，要使体感温度保持在25～30 ℃之间，关键是要调节本温控系统风机模块的输出风速和制冷模块输出的冷空气温度。

对于风机模块的性能参数，考虑到人体舒适感上限的风速在3.3 m/s 左右（轻风的风速），因此，风速输出范围定在0～3.3 m/s。

假定需要降温的区间为作业人员的上半身和头部（直径约为0.5 m 的圆），则风机模块最大排风量为2 331 m3/h。

对于制冷模块的性能参数，假定风速为3 m/s，进风干球温度为37 ℃，相对湿度为80%，则根据式（1）可知制冷模块输出温度为28 ℃时，能保证体感温度在25～30 ℃之间。此时，制冷模块的制冷量效率为3.3 kW/h。

5 结语

本文针对电力维护维修人员户外作业过程中的防暑降温问题，设计了一种温控系统。通过本文可知，该系统符合行业的需求，能保证作业人员的体感温度在30 ℃以下，但本文只对系统的总体功能模块进行了介绍，以及对核心功能模块的性能参数进行理论计算。因此，下一步还需要在实际中对系统的性能参数进行测试，验证其是否真正能保障绝缘斗臂车上作业人员躲避高温酷暑。