水浸漏電報(bào)警裝置的研究

王 超，吳春芳

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司江門開平供電局，廣東 江門 529300）

廣大輸電網(wǎng)、農(nóng)配網(wǎng)一線員工在開展線路故障巡視途中，可能經(jīng)過漏電區(qū)域，有發(fā)生漏電導(dǎo)致的跨步電壓觸電的可能。因此需要研究發(fā)明一種簡(jiǎn)單易用的跨步電壓和漏電電壓的感應(yīng)報(bào)警器，方便一線員工涉水巡線使用。當(dāng)員工途經(jīng)有跨步電壓、水浸漏電區(qū)域時(shí)，該裝置可以發(fā)出聲光報(bào)警，消除跨步電壓和水浸設(shè)備漏電傷人的風(fēng)險(xiǎn)，全面提升一線員工故障巡視作業(yè)安全水平。

1 水浸觸電的基本原因和原理分析

1.1 水浸環(huán)境跨步電壓與漏電電壓產(chǎn)生的原因

當(dāng)遇到輸配電線路斷線落地或者設(shè)備內(nèi)部線路漏電產(chǎn)生故障電流，會(huì)使地面的表面形成電位分布。會(huì)產(chǎn)生跨步電壓；若有人站在靠近故障電氣設(shè)備外殼的位置，觸碰故障設(shè)備外殼與腳之間的電壓差就是漏電電壓，水浸區(qū)域的設(shè)備電阻降低，分布范圍更大，危險(xiǎn)性更大。

1.2 水浸漏電觸電事故的特點(diǎn)

一是觸電人員與漏電設(shè)備之間有距離，無直接觸碰，未能提前制定針對(duì)性防范措施。二是事故環(huán)境潮濕，涉水環(huán)境觸電后也不易擺脫電流，引起觸電事故。三是施救人員直接下水施救觸電傷害風(fēng)險(xiǎn)性較大，有造成群死群傷事故的可能。

1.3 剩余電流動(dòng)作保護(hù)器應(yīng)用和失靈原因分析

在實(shí)際使用過程中常有剩余電流保護(hù)失靈情況，漏跳、誤跳，導(dǎo)致漏電觸電事故失去保護(hù)，主要有以下原因：

低壓剩余電流動(dòng)作保護(hù)的設(shè)定值固定，沒有跟隨負(fù)荷發(fā)展等實(shí)際情況動(dòng)作調(diào)整，設(shè)定值不符合實(shí)際；一線人員的技術(shù)水平參差不齊，對(duì)如何設(shè)定剩余電流，日常如何維護(hù)不清楚，特別是用戶單位的剩余電流動(dòng)作保護(hù)裝置更是裝上就不管了，日常運(yùn)維缺失；低壓設(shè)備日曬雨淋，運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，剩余電流動(dòng)作保護(hù)裝置失靈情況偶有發(fā)生；設(shè)置不合理，經(jīng)常誤跳，運(yùn)維人員退出剩余電流保護(hù)，造成保護(hù)失效。

2 本課題項(xiàng)目技術(shù)方案和實(shí)施

本裝置采用有線檢測(cè)與無線感應(yīng)相結(jié)合的報(bào)警方式，通過魔術(shù)貼方便穿脫使用的方式將整個(gè)裝置安裝在絕緣鞋和工作服的外側(cè)，通過等電位連接的方法，不影響絕緣鞋、工作服的保護(hù)效果。漏電感應(yīng)電路和信號(hào)回路之間通過高精度電壓互感器進(jìn)行分隔，防止高低壓之間互相串入，通過近電感應(yīng)原理對(duì)臨近水浸漏電設(shè)備預(yù)警，通過兩腿電壓差對(duì)跨步電壓區(qū)域預(yù)警。

跨步電壓檢測(cè)模塊主要由單片機(jī)、聲光報(bào)警模塊、采樣電壓調(diào)制模塊、鋰電模塊等組成，電路原理圖如圖1所示。

圖1 電路原理圖

2.1 單片機(jī)

單片機(jī)采用國產(chǎn)高性能單片機(jī)ESP32 模組，該模組具備32 位雙核MCU，主頻達(dá)240 MHz，具備3×UART、4×SPI、2×I2C 及12 位高精度ADC 模塊，同時(shí)模組集成Wi-Fi 模塊+藍(lán)牙模塊，方便后續(xù)功能升級(jí)更新。

單片機(jī)主要通過ADC模塊，對(duì)運(yùn)放電路調(diào)制后的模擬量信號(hào)進(jìn)行采集，最高分辨率可達(dá)0.06 V AC。采集后的模擬量信號(hào)數(shù)據(jù)經(jīng)過算法計(jì)算后，根據(jù)設(shè)定閾值控制聲光報(bào)警模塊進(jìn)行聲光報(bào)警操作。

2.2 聲光報(bào)警模塊

聲光報(bào)警模塊由高亮度紅色LED、綠色LED及高分貝蜂鳴器組成，可根據(jù)MCU 的控制，進(jìn)行常亮、閃爍、常響、間斷蜂鳴等各種報(bào)警動(dòng)作。

2.3 采樣電壓調(diào)制模塊

采樣電壓調(diào)制模塊由安裝在兩腳部的電壓采樣觸點(diǎn)、高精度電壓互感器和運(yùn)放電路組成。兩腳部的電壓經(jīng)過電壓互感器隔離濾波后，通過運(yùn)放電路對(duì)電壓互感器的模擬量信號(hào)進(jìn)行調(diào)制處理后，再輸入到單片機(jī)MCU的ADC模塊進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。

2.4 鋰電模塊

鋰電模塊主要由18650 鋰電池、充放電模塊、電量監(jiān)測(cè)模塊、電源管理模塊等組成。該模塊主要對(duì)單片機(jī)提供長(zhǎng)時(shí)間供電，以便可在戶外長(zhǎng)時(shí)間使用。

3 項(xiàng)目應(yīng)用和效果分析

通過本水浸漏電報(bào)警器的現(xiàn)場(chǎng)使用，可以將啟動(dòng)電壓設(shè)置在潛水的安全電壓6 V 以下。一線巡視人員在故障巡視過程中，到達(dá)跨步電壓區(qū)域，水浸漏電區(qū)域感應(yīng)到的電壓達(dá)到6 V 后，該裝置可以立即進(jìn)行聲光報(bào)警，報(bào)警聲音超過70 dB，在漏電電壓到達(dá)危險(xiǎn)電壓之前及時(shí)提醒巡視人員離開漏電區(qū)域，可以大大減少跨步電壓和水浸設(shè)備漏電傷人的風(fēng)險(xiǎn)。該產(chǎn)品還具有穿脫方便，攜帶簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。該裝置已經(jīng)在開平局各生產(chǎn)班組推廣應(yīng)用，也可以推廣到涉水環(huán)境下的各種工作服上使用，如應(yīng)急救援，水產(chǎn)養(yǎng)殖等區(qū)域都可以應(yīng)用，具有良好的實(shí)用推廣性。

4 結(jié)束語

經(jīng)過實(shí)踐可以看出，本次研制的跨步電壓、水浸漏電報(bào)警裝置可以有效解決水浸漏電和跨步電壓觸電等隱患，對(duì)員工工作過程中的生命安全起到很好的保護(hù)作用，應(yīng)用范圍廣泛，具有廣闊的市場(chǎng)前景。