塔式起重機(jī)觸電預(yù)警裝置的技術(shù)措施

【摘 要】設(shè)計(jì)一種塔式起重機(jī)觸電預(yù)警裝置，并給出裝置的各個(gè)設(shè)計(jì)模塊及傳感器安裝位置，從而防止塔式起重機(jī)觸電危險(xiǎn)。

【關(guān)鍵詞】塔式起重機(jī) 觸電預(yù)警 傳感器

《塔式起重機(jī)檢驗(yàn)規(guī)程》規(guī)定《有架空輸電線的場(chǎng)所，起重機(jī)的任何部位與輸電線的安全距離，應(yīng)符合不同電壓等級(jí)的安全距離的規(guī)定，以避免起重機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)入輸電線的危險(xiǎn)區(qū)。當(dāng)起重機(jī)的設(shè)備，如吊臂、吊具、鋼絲繩等部分靠近輸電線時(shí)，在輸電線產(chǎn)生的磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，可能產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，形成電流，對(duì)作業(yè)或相關(guān)人員造成傷害；也有可能由于高壓放電，產(chǎn)生氣隙擊穿，電流通過起重機(jī)流入地面，對(duì)作業(yè)人員造成傷害。為避免塔式起重機(jī)此類事故的發(fā)生而制定本方案。其目的在于防止此類事故的發(fā)生。

一、方案設(shè)計(jì)思路

1.思路一

通過安裝在吊具、吊臂上的傳感器，如磁場(chǎng)傳感器、距離傳感器等，將測(cè)量到的磁場(chǎng)、距離信號(hào)傳送到處理器，由處理器對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大處理，并與安全電壓設(shè)定值進(jìn)行比較，若電壓過大，則報(bào)警電路導(dǎo)通，使警示燈亮，警鈴報(bào)警，提醒工作人員注意；若電壓低于安全回路，則不發(fā)出警報(bào)信號(hào)。圖1所示為其功能原理框圖。

圖1

2.思路二

通過安裝在吊具、吊臂上的傳感器開關(guān)，如霍爾開關(guān)等，當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，開關(guān)導(dǎo)通，使電路閉合，報(bào)警電路導(dǎo)通，使警示燈亮，警鈴報(bào)警，提醒工作人員注意。

3.思路選擇

比較思路一和思路二，思路一更可行。

二、方案組成部分

傳感模塊（包括磁場(chǎng)、距離等傳感器、霍爾開關(guān)）、信號(hào)處理模塊（濾波、放大、比較、輸出等部分）、輸出模塊（報(bào)警裝置等）。

三、方案采用儀器

1.傳感模塊

可采用霍爾傳感器、超聲波傳感器、霍爾開關(guān)等。

2.信號(hào)處理模塊

（1）全電力電子電路模塊，由電力電子器件構(gòu)成，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，但性能可能不穩(wěn)定，器件容易損壞。

（2）集成電路模塊，由單片機(jī)為主，如pic單片機(jī)、8051單片機(jī)等，運(yùn)行穩(wěn)定，可靠性高，但設(shè)計(jì)時(shí)需要編程。

（3）輸出模塊：警鈴、警示燈。

四、傳感器模塊設(shè)計(jì)

1.磁場(chǎng)強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B測(cè)量

（1）方法一

利用霍爾傳感器、工頻場(chǎng)強(qiáng)測(cè)量?jī)x進(jìn)行采樣。其工作原理是，傳感器采用了霍耳效應(yīng)轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器能輸出一個(gè)跟所處磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度呈線性關(guān)系的電壓。

眾所周知，在有電流流過的導(dǎo)線周圍會(huì)感生出磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)與流過的電流的關(guān)系，可由安培環(huán)路定理求出。 用霍爾器件檢測(cè)由電流感生的磁場(chǎng)，即可測(cè)出產(chǎn)生這個(gè)磁場(chǎng)的電流的量值。由此，可以構(gòu)成霍爾電流、電壓傳感器。因?yàn)榛魻柶骷妮敵鲭妷号c加在它上面的磁感應(yīng)強(qiáng)度以及流過其中的工作電流的乘積成比例，是一個(gè)具有乘法器功能的器件，因而可用它檢測(cè)電功率，構(gòu)成具有各種特殊功能的霍爾功率計(jì)和霍爾電度表。由輸入的電信號(hào)建立的磁場(chǎng)，經(jīng)霍爾器件的作用，實(shí)現(xiàn)了磁電變換后，又變成電信號(hào)輸出，這一變換實(shí)現(xiàn)了輸入-輸出信號(hào)間的電隔離，由此可構(gòu)成隔離放大器、隔離耦合器等許多新型產(chǎn)品。

（2）方法二

利用霍爾開關(guān)進(jìn)行采樣。其工作原理是，具當(dāng)一塊通有電流的金屬或半導(dǎo)體薄片垂直地放在磁場(chǎng)中時(shí)，薄片的兩端就會(huì)產(chǎn)生電位差，這種現(xiàn)象就稱為霍爾效應(yīng)。兩端具有的電位差值稱為霍爾電勢(shì)U，其表達(dá)式為

U=KIB/d

其中K為霍爾系數(shù)，I為薄片中通過的電流，B為外加磁場(chǎng)（洛倫慈力Lorrentz）的磁感應(yīng)強(qiáng)度，d是薄片的厚度。

由此可見，霍爾效應(yīng)的靈敏度高低與外加磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比的關(guān)系。

霍爾開關(guān)的輸入端是以磁感應(yīng)強(qiáng)度B來表征的，當(dāng)B值達(dá)到一定的程度（如B1）時(shí)，霍爾開關(guān)內(nèi)部的觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，霍爾開關(guān)的輸出電平狀態(tài)也隨之翻轉(zhuǎn)。輸出端一般采用晶體管輸出，和接近開關(guān)類似有NPN、PNP、常開型、常閉型、鎖存型（雙極性）、雙信號(hào)輸出之分。

霍爾開關(guān)具有無觸電、低功耗、長(zhǎng)使用壽命、響應(yīng)頻率高等特點(diǎn)，內(nèi)部采用環(huán)氧樹脂封灌成一體化，所以能在各類惡劣環(huán)境下可靠的工作?；魻栭_關(guān)可應(yīng)用于接近開關(guān)，壓力開關(guān)，里程表等，作為一種新型的電器配件。

2.傳感器安裝位置

如圖2所示，傳感器需安裝在1、2、3三個(gè)位置上。1位置傳感器可以保障吊臂末端碰到高壓輸電線，2位置傳感器預(yù)防小車與高壓線接觸，3位置傳感器預(yù)防吊鉤鋼絲繩擺動(dòng)與高壓輸電線接觸。

圖2 傳感器安裝位置

五、結(jié)論

只有從技術(shù)上采取防觸電的措施，再加上加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)的安全管理和監(jiān)護(hù)，才能完全杜絕塔式起重機(jī)的高壓觸電事故的發(fā)生。 塔式起重機(jī)防觸電裝置是否可靠有效，關(guān)鍵在于傳感器的靈敏度的選擇（主要是考慮接收電磁信號(hào)的距離）和安裝的位置（也就是保護(hù)的范圍）。

作者簡(jiǎn)介：林永光，男，1962年——，本科機(jī)電一體化，電氣工程師，長(zhǎng)期從事特種設(shè)備檢驗(yàn)工作。