一种吸附式漏电警示装置的研究与应用

王家云 李志豪 叶俊 任杰 张亚刚

摘  要：电能在社会中扮演着不可或缺的角色，传导电能的电力设备起到至关重要的作用，电力设备的安全运行是供电可靠的基础，而目前现行的电力设备大多缺乏柜体漏电警示装置，电力设备的柜体是否漏电，对电力运行人员、检修人员和可能接触的相关人员的安全存在重大隐患，因此，研究一种漏电警示装置，能减少作业人员的工作风险，保障作业人员的安全，是一项值得研究和推广的技术。本文通过对电力设备柜体漏电可能的研究，采用模拟柜体带电的方法，简化模型，通过柜体带电取得电源，通过一种吸附式带电警示装置转换为物理状态转换，对电力设备柜体是否带电表现出警示，從而保障作业人员的安全。

关键词：吸附式  漏电  警示装置  研究与应用

中图分类号：TM76                             文献标识码：A                    文章编号：1674-098X（2020）12（c）-0116-03

Abstract： Electric energy plays an indispensable role in the society， and the power equipment that conducts electric energy plays a vital role. The safe operation of power equipment is the basis of reliable power supply. However， most of the current power equipment lack of cabinet leakage warning device. Whether the cabinet of power equipment leaks electricity or not， there is a major hidden danger to safety of power operators， maintenance personnel and related personnel who may contact. Therefore， the study of a leakage warning device， which can reduce the risk of operators and ensure the safety of operators， is a technology worthy of research and promotion.In this paper， through the research on the possibility of electric equipment cabinet leakage， using the method of simulating the cabinet charged， simplifying the model， obtaining the power supply through the cabinet electrification， and converting it into the physical state conversion through an adsorption type live warning device， the alarm is displayed on whether the power equipment cabinet is charged， so as to ensure the safety of the operators.

Key Words： Adsorptive; Electric leakage; Warning device; Research and application

随着社会经济的蓬勃发展，电力能源广泛应用到了社会发展的各个方面，在现行的能源体系中，电力的作用尤为重要。在整个供电环节中，由于各种原因而引起的漏电事故往往不可避免，漏电事故的发生轻则导致设备停止运行，重则会损坏电气设备，引起火灾，甚至危害电气工作人员的生命安全[1]，因此电力设备供电的可靠性、安全性越发重要。然而目前在运行的电力设备大多无柜体带电警示装置，对于电力设备柜体是否带单不掌握，从而对运行维护人员存在极大的安全隐患。

基于目前的现行情况，如果对运行的电力设备柜体进行改造，存在以下缺点：第一，费用高昂，维护麻烦，效率极低，需要耗费大量人力和物力。

第二，造成供电中断且停电时间长，影响居民用电，破坏了供电的连续性，供电可靠性降低。

所以一款灵活便捷、造价低、安装便捷、便于全面推行的柜体漏电警示装置，正在被电力相关工作人员需要，该装置可以最大程度的提高工作效率、最终保证供配电设备的高效性、低故障率、安全运行，从而提高供电设备的可靠性、经济性、安全性[2]。

1  吸附式漏电警示装置结构

1.1 吸附式漏电警示装置结构

吸附式漏电警示装置主要由光电耦合器、直流推拉式电磁铁、电池组和机械警示装置安装在一起，成为一种简易便携的漏电警示装置。其工作原理图见图1、图2。

1.1.1 光电耦合器

光电耦合器（Optical Coupler），也被称做光耦，是靠红外光来传输电气信号的器件。光耦由红外发光二极管、光接收元件以及晶体管等元件构成，它可以进行电—光—电间的转换。

光耦的基本结构是将光发射器（红外发光二极管，红外LED） 和光敏器（硅光电探测敏感器件）的芯片封装在同一外壳内，并用透明树脂灌封充填作光传递介质，通常将光发射器的管脚作输入端，光敏器的引脚作为输出端，当输入端加电信号时，光发射器发出的光信号通过透明树脂光导介质投射到光敏器后导通，从输出端转换成电信号输出，实现了以光为媒介的电→光电信号转换传输，并在电气上是完全隔离的[3]，最终实现了电→光→电信号的转换。

光电耦合器具有体积小、寿命长、无触点，抗干扰能力强，输入和输出之间绝缘，单向传输信号等优点，广泛用在电脑终端机，可控硅系统设备，测量仪器，影印机，自动售票，家用电器，如风扇、加热器等电路之间的信号传输，使之前端与负载完全隔离，目的在于增加安全性，减小电路干扰，简化电路设计[4-5]。

1.1.2 推拉式电磁铁

推拉式电磁铁的原理的工作原理，推拉式电磁铁主要由线圈、动滑杆和静铁芯电源控制器等配件组成。它运用了螺旋管的漏磁通原理，利用电磁铁动滑杆和静铁心长距离吸合，即行程（50～100mm）以上。实现牵引杆的直线往复运动。推拉电磁铁是根据电磁的原理，由电量来控制整体的动作以及功率的大小。 其中电磁铁的作用就是通过电流来产生磁性，利用不同的磁圈，加上电源来控制磁性的大小，形成一个可以推、拉的动作，使其在一个整体中运行，就像是活塞一样运动，它的结构有时通过弹簧来实行快速的变           换[6-7]。

推拉电磁铁是根据电磁的原理，由电量来控制整体的动作以及功率的大小。其中电磁铁的作用就是通过电流来产生磁性，利用不同的磁圈，加上电源来控制磁性的大小，形成一个可以推、拉的动作，使其在一个整体中运行。

推拉式其结构也是通过电磁铁的磁心以及电磁圈，形成一个可以推和拉的动作。在一个整体中运行，就像是活塞一样运动，它的结构有时通过弹簧来实行快速的变换，也有的是用按钮式来改变它的位置，从而达到更换磁性的原理。

所以通常将这个结构称之为直动推拉式，电磁铁的作用就是通过电流来产生磁性，概括不同的磁圈，加上电源来控制磁性的大小，推拉式电磁铁比较小，容易安装到一些小的场所。

能频繁启动工作，也可长期通电吸合。可用于各种简单或复杂的工艺流程中做为动作执行单元，以实现远距离控制、集中控制或自动控制。

1.1.3 机械警示装置

图2为机械警示装置示意图，该警示装置由上端盖板、下端警示颜色和弹簧几个部分组成，绿色表示不带电，红色表示带电，弹簧一端与上端盖板连接，一端与推拉式电磁铁连接。

2  吸附式漏电警示装置的工作原理

将图1、2装置合成一个小巧的吸附式漏电警示装置，将之吸附于正常运行的电力设备本体上，用于检测电力设备本体是否漏电。

在电力设备本體漏电的情况下，电流将流过吸附式漏电警示装置电路图中的光电耦合器，光电耦合器内部中的二极管将发光，这时候吸附式漏电警示装置的下半部分电路将导通，形成一个完整的电路，电池将给推拉式电磁铁两端提供电压，使得推拉式电磁铁完成一次动作。

图2吸附式漏电警示装置机械警示图中，平时上端盖板部分将遮住红色部分，漏出绿色部分，表示设备不带电，在设备带电的情况下，推拉式电磁铁将使得弹簧动作，图中的弹簧一端与上端盖板连接，一端与推拉式电磁铁连接，在吸附式漏电警示装置电路图中的推拉式电磁铁动作一次，弹簧的推拉式电磁铁一端将不再受力，弹簧将会将上端盖板受力使其遮住绿色部分，漏出红色部分，表示设备存在漏电的情况，这样就完成吸附式漏电警示装置一次完整的动作，将电力设备漏电信号转换成机械警示信号，警示电力工作人员该电力设备存在漏电情况，将大大保证电力工作人员的人身安全，同时，也让电力工作人员掌握设备缺陷情况，及时发现缺陷并进行处理，提高了供电可靠性。

将弹簧装置与吸附式漏电警示装置电路图中的开关相连，在吸附式漏电警示装置一次完整的动作后，弹簧随之将开关拉开，使得吸附式漏电警示装置电路图形成开路，在光电耦合器感应到漏电电流的情况下，推拉式电磁铁不再动作，同时也能减少电池的损耗，从而能最大程度延长吸附式漏电警示装置的使用寿命。

在电力工作人员处理完电力设备漏电的缺陷后，可以手动将吸附式漏电警示装置复位，在下次电力设备本体存在漏电的情况，又再进行动作。

3  吸附式漏电警示装置的运用与推广前景

该装置完美解决上文提出的两个问题：

第一，能检测电气设备外壳箱体的漏电情况，弥补现有电力设备本体漏电情况下的预警功能缺失的问题，通过状态转换及声光形式对表柜是否带电提出预警，保障作业人员的作业安全。

第二，安装便捷，吸附式漏电警示装置小巧，以磁吸附式原理，可以在各式

金属箱体外壳进行布置安装，操作方便，效果突出，在所有电气表柜中均能有效运用，即可以完善现有电气表柜对箱体漏电的警示功能的不足，也能避免大规模的箱体功能改造带来的不便，是一种经济实用的漏电检测警示装置。

吸附式漏电警示装置具备以上的优点，同时体积小巧，造价低，具有很大的经济效益与推广前景。

参考文献

[1] 小型漏电断路器可靠性试验关键技术的研究[D].周艺璇.石家庄：河北工业大学，2015.

[2] 漏电保护器运行智能监管系统的研究与开发[D].黄海.长沙：长沙理工大学，2013.

[3] 赵银秋. 高速光电耦合器电路仿真与设计[D].电子科技大学，2015.

[4] 黄俊民. 工业通信中光电耦合器的应用[J]. 中国新技术新产品，2020（17）：34-35.

[5] 郭俊泽. 基于CMOS工艺的高速光电耦合器芯片设计[D].成都：电子科技大学，2019.

[6] 梅阳寒，刘志伟，范四立，等.一种基于麦克斯韦理论的LED晶片支架移送装置研究[J].现代制造技术与装备，2018（1）：27-29.

[7] 张昊一，席明，陈敬友，等.基于CSR主从一体51单片机的安全无线智能电磁锁系统设计与实现[J].信息通信，2016（5）：79-81.