新型跨步電壓監測器的初步設計

任 佳,王 雷,郝建華,胡雪平（國家電網紹興供電公司,浙江 紹興 312000）

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新型跨步電壓監測器的初步設計

任 佳,王 雷,郝建華,胡雪平
（國家電網紹興供電公司,浙江 紹興 312000）

摘 要：眾所周知，電氣設備發生接地故障時，接地點附近會產生跨步電壓和接觸電壓，這給直接查找故障的運行人員和線路巡線人員帶來了很大的安全風險，對跨步電壓的有效監測能夠避免其可能造成的人身傷害。本文試論一種新型可穿戴跨步電壓監測器的初步設計方案。

關鍵詞：跨步電壓；監測器；設計方案

1 跨步電壓產生的原理及危害

1.1 原理

電氣設備接地故障時，接地點處的接地電流是從接地點向四周散射的。離開接地點越遠，電流通過的截面就越大，電流密度就越小，到達一定距離時（15～20m），電流密度實際已趨于零。由于地中電流通過的截面變化，在電流途徑單位長度上的電阻是越變越大的，因此，在電流途經單位上的電壓降也是不同的，離接地點越遠，單位長度上的電壓降就越小。因此，當人在這個接地電流入地點周圍電位分布區行走時，其兩腳之間（Δa）產生的電壓差（Δu），就是跨步電壓。

1.2 危害

人受到跨步電壓時，電流雖然是沿著人的下身，從腳經腿、胯部又到腳與大地形成通路，沒有經過人體的重要器官，好像比較安全。但是實際并非如此！因為人受到較高的跨步電壓作用時，雙腳會抽筋，使身體倒在地上。

2 跨步電壓監測器工作原理

跨步電壓監測器主要由兩只套在足部的電壓獲取裝置和系在腰間的電壓判斷裝置、聲光報警裝置等組成。值班員在所檢查時可利用此裝置防止跨步電壓對人體造成的危害，并可迅速確定接地范圍。其主要工作原理如下：

兩只足部的電壓獲取裝置通過導線和腰間的電壓判斷裝置串聯，在值班員行走的過程中，電壓獲取裝置通過踩在足底的金屬片來獲取兩腳所踩地面處的電壓值，并通過電壓判斷裝置內部的電壓表來判斷兩腳間的電壓差。

正常情況下或未進入接地區域內時，兩腳間電壓差為零，聲光報警裝置無顯示；當發生接地故障且值班員已進入接地區域時，兩腳間就會產生電壓差，當這個電壓差超過報警定值（可設定為5V左右）時，聲光報警裝置會發出明顯的聲光報警信號，提示值班員注意已進入接地區；當電壓差超過對人體會造成危害的短路定值（可設定為25V左右）時，短路保護裝置短接電壓表，使兩腳間等電位。

3 跨步電壓檢測器各組成功能

3.1 電壓判斷部分

電壓判斷部分將電壓獲取裝置所采集的電壓差與預先設定的報警定值及短路定值進行快速比較，從而決定檢測器的動作。是整個接地檢測器的心臟。對其設計要求如下：（1） 電壓判斷裝置應能實現直流電壓檢測與交流電壓檢測的切換，從而在直流系統接地時也能實現跨步電壓的報警與保護功能。（2） 電壓判斷裝置分析判斷動作過程應十分快速靈敏可靠，理論上應實現零時限，保證值班員在步行速度較快或者奔跑時也能實現跨步電壓的報警與保護功能。

3.2 短路保護部分

短路保護裝置是在電壓判斷裝置檢測到電壓超過對人體會造成危害的大定值時，迅速將電壓表短接，使兩腳間等電位，從而消除跨步電壓影響的裝置。同時，由于在跨步電壓過大時會將電壓表短接，不僅減少了對電壓表的沖擊，也使電壓表的量程可以降低到100V以下，從而可以不用考慮高電壓時的變壓及絕緣問題，還可以同時提高電壓表的靈敏度）此部分也集成于電壓判斷裝置中。對此部分的要求如下：（1）短路保護裝置的短路導線應與兩腳的電壓獲取裝置可靠連接，且短路線的截面及電阻應滿足要求。（2）當電壓差超過限值時，短接電壓表的過程應靈敏，快速，理論上應實現零時限短接。

3.3 聲光報警部分

聲光報警裝置用來在出現跨步電壓時，發出聲光報警來提示值班員注意。對本裝置的要求如下：（1）聲信號應包括兩種，“嘀嘀嘀”的報警信號以及“請單腳按原路跳出接地區域”的脫險提示信號。（2）光信號應在接地監測器的醒目位置設置多處，采用波長最長的紅光，且亮度充足，閃爍快速，使值班員在夜晚或者較嘈雜的情況下也能引起注意。（3） 類似于倒車雷達，聲光信號均應隨著跨步電壓的升高而漸變急促，“嘀嘀嘀”的聲信號和光信號的閃爍頻率應隨電壓的升高而提高。

3.4 值班員觸電報警部分

值班員觸電報警裝置的作用是在值班員不幸觸電倒地后，觸電報警裝置能第一時間發出無線通訊信號通知主控室人員對觸電值班員進行搶救。它是通過在值班員兩個足底各設一個壓力感應器來實現的。當值班員站立或者正常行走時，足底的壓力感應器至少有一個可以感應到壓力（人體重力）；當值班員觸電倒地后，兩個壓力感應器都感應不到壓力，此時觸電報警裝置延時3秒通過無線電信號連接設在主控室的接收裝置，主控室的接收裝置會發出“巡視人員有觸電危險，請注意！”的報警。

3.5 自檢部分

跨步電壓檢測器在使用前要進行相關檢查以確定是否可以正常使用，即應能夠實現裝置自檢。自檢部分與電壓判斷裝置集成在一起，其應具備的功能及具體實現方式如下：（1）檢測器電池電量是否充足，可通過電壓判斷裝置上的電量顯示來檢查）。（2）電壓獲取裝置與判斷裝置是否連接良好無斷線、以及短路保護裝置的短接線是否無斷線。具體檢查方法為：將兩腳獲取裝置的金屬片碰觸，觀察判斷裝置是否有斷線信號報出。（3）聲光裝置是否正常，按下聲光試驗按鈕，觀察聲光裝置是否正常。（4）短路保護裝置是否正常，按下短接電壓表試驗按鈕，檢查短路保護裝置是否可靠迅速動作。（5）檢查觸電報警裝置是否正常，按下觸電報警裝置試驗按鈕，檢查觸電報警裝置報警是否正常，檢查壓力感應器是否正常。

4 應用前景

跨步電壓監測器結構簡單、功能性強、有著廣闊的應用前景，它為變電人員的日常安全生產提供了一個強有力的保障。概括來說，它的功能有以下幾個方面：（1）在查找35kV及以下所內設備發生單相接地故障時保障人身安全，同時對接地范圍給出一個基本參考。（2）在查找直流系統接地故障時保障人身安全，同時對接地范圍給出一個基本參考。（3）值班員在巡視設備時，附近設備忽然發生接地故障時保障人身安全。（4）消除雷雨天氣時避雷器（針）引雷時所產生的跨步電壓，使雷雨天氣巡視成為一種可能。

參考文獻：

[1]劉吉來,黃瑞梅.高電壓技術[M].北京:中國水利水電出版社,2004.

[2]李景祿.接地裝置的運行與改造[M].北京:中國水利水電出版社,2005.

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.02.178