一種吸附式漏電警示裝置的研究與應(yīng)用

王家云 李志豪 葉俊 任杰 張亞剛

摘? 要：電能在社會(huì)中扮演著不可或缺的角色，傳導(dǎo)電能的電力設(shè)備起到至關(guān)重要的作用，電力設(shè)備的安全運(yùn)行是供電可靠的基礎(chǔ)，而目前現(xiàn)行的電力設(shè)備大多缺乏柜體漏電警示裝置，電力設(shè)備的柜體是否漏電，對(duì)電力運(yùn)行人員、檢修人員和可能接觸的相關(guān)人員的安全存在重大隱患，因此，研究一種漏電警示裝置，能減少作業(yè)人員的工作風(fēng)險(xiǎn)，保障作業(yè)人員的安全，是一項(xiàng)值得研究和推廣的技術(shù)。本文通過(guò)對(duì)電力設(shè)備柜體漏電可能的研究，采用模擬柜體帶電的方法，簡(jiǎn)化模型，通過(guò)柜體帶電取得電源，通過(guò)一種吸附式帶電警示裝置轉(zhuǎn)換為物理狀態(tài)轉(zhuǎn)換，對(duì)電力設(shè)備柜體是否帶電表現(xiàn)出警示，從而保障作業(yè)人員的安全。

關(guān)鍵詞：吸附式? 漏電? 警示裝置? 研究與應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：TM76? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：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

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，電力能源廣泛應(yīng)用到了社會(huì)發(fā)展的各個(gè)方面，在現(xiàn)行的能源體系中，電力的作用尤為重要。在整個(gè)供電環(huán)節(jié)中，由于各種原因而引起的漏電事故往往不可避免，漏電事故的發(fā)生輕則導(dǎo)致設(shè)備停止運(yùn)行，重則會(huì)損壞電氣設(shè)備，引起火災(zāi)，甚至危害電氣工作人員的生命安全[1]，因此電力設(shè)備供電的可靠性、安全性越發(fā)重要。然而目前在運(yùn)行的電力設(shè)備大多無(wú)柜體帶電警示裝置，對(duì)于電力設(shè)備柜體是否帶單不掌握，從而對(duì)運(yùn)行維護(hù)人員存在極大的安全隱患。

基于目前的現(xiàn)行情況，如果對(duì)運(yùn)行的電力設(shè)備柜體進(jìn)行改造，存在以下缺點(diǎn)：第一，費(fèi)用高昂，維護(hù)麻煩，效率極低，需要耗費(fèi)大量人力和物力。

第二，造成供電中斷且停電時(shí)間長(zhǎng)，影響居民用電，破壞了供電的連續(xù)性，供電可靠性降低。

所以一款靈活便捷、造價(jià)低、安裝便捷、便于全面推行的柜體漏電警示裝置，正在被電力相關(guān)工作人員需要，該裝置可以最大程度的提高工作效率、最終保證供配電設(shè)備的高效性、低故障率、安全運(yùn)行，從而提高供電設(shè)備的可靠性、經(jīng)濟(jì)性、安全性[2]。

1? 吸附式漏電警示裝置結(jié)構(gòu)

1.1 吸附式漏電警示裝置結(jié)構(gòu)

吸附式漏電警示裝置主要由光電耦合器、直流推拉式電磁鐵、電池組和機(jī)械警示裝置安裝在一起，成為一種簡(jiǎn)易便攜的漏電警示裝置。其工作原理圖見(jiàn)圖1、圖2。

1.1.1 光電耦合器

光電耦合器（Optical Coupler），也被稱(chēng)做光耦，是靠紅外光來(lái)傳輸電氣信號(hào)的器件。光耦由紅外發(fā)光二極管、光接收元件以及晶體管等元件構(gòu)成，它可以進(jìn)行電—光—電間的轉(zhuǎn)換。

光耦的基本結(jié)構(gòu)是將光發(fā)射器（紅外發(fā)光二極管，紅外LED） 和光敏器（硅光電探測(cè)敏感器件）的芯片封裝在同一外殼內(nèi)，并用透明樹(shù)脂灌封充填作光傳遞介質(zhì)，通常將光發(fā)射器的管腳作輸入端，光敏器的引腳作為輸出端，當(dāng)輸入端加電信號(hào)時(shí)，光發(fā)射器發(fā)出的光信號(hào)通過(guò)透明樹(shù)脂光導(dǎo)介質(zhì)投射到光敏器后導(dǎo)通，從輸出端轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出，實(shí)現(xiàn)了以光為媒介的電→光電信號(hào)轉(zhuǎn)換傳輸，并在電氣上是完全隔離的[3]，最終實(shí)現(xiàn)了電→光→電信號(hào)的轉(zhuǎn)換。

光電耦合器具有體積小、壽命長(zhǎng)、無(wú)觸點(diǎn)，抗干擾能力強(qiáng)，輸入和輸出之間絕緣，單向傳輸信號(hào)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用在電腦終端機(jī)，可控硅系統(tǒng)設(shè)備，測(cè)量?jī)x器，影印機(jī)，自動(dòng)售票，家用電器，如風(fēng)扇、加熱器等電路之間的信號(hào)傳輸，使之前端與負(fù)載完全隔離，目的在于增加安全性，減小電路干擾，簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)[4-5]。

1.1.2 推拉式電磁鐵

推拉式電磁鐵的原理的工作原理，推拉式電磁鐵主要由線(xiàn)圈、動(dòng)滑桿和靜鐵芯電源控制器等配件組成。它運(yùn)用了螺旋管的漏磁通原理，利用電磁鐵動(dòng)滑桿和靜鐵心長(zhǎng)距離吸合，即行程（50～100mm）以上。實(shí)現(xiàn)牽引桿的直線(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。推拉電磁鐵是根據(jù)電磁的原理，由電量來(lái)控制整體的動(dòng)作以及功率的大小。 其中電磁鐵的作用就是通過(guò)電流來(lái)產(chǎn)生磁性，利用不同的磁圈，加上電源來(lái)控制磁性的大小，形成一個(gè)可以推、拉的動(dòng)作，使其在一個(gè)整體中運(yùn)行，就像是活塞一樣運(yùn)動(dòng)，它的結(jié)構(gòu)有時(shí)通過(guò)彈簧來(lái)實(shí)行快速的變? ? ? ? ? ?換[6-7]。

推拉電磁鐵是根據(jù)電磁的原理，由電量來(lái)控制整體的動(dòng)作以及功率的大小。其中電磁鐵的作用就是通過(guò)電流來(lái)產(chǎn)生磁性，利用不同的磁圈，加上電源來(lái)控制磁性的大小，形成一個(gè)可以推、拉的動(dòng)作，使其在一個(gè)整體中運(yùn)行。

推拉式其結(jié)構(gòu)也是通過(guò)電磁鐵的磁心以及電磁圈，形成一個(gè)可以推和拉的動(dòng)作。在一個(gè)整體中運(yùn)行，就像是活塞一樣運(yùn)動(dòng)，它的結(jié)構(gòu)有時(shí)通過(guò)彈簧來(lái)實(shí)行快速的變換，也有的是用按鈕式來(lái)改變它的位置，從而達(dá)到更換磁性的原理。

所以通常將這個(gè)結(jié)構(gòu)稱(chēng)之為直動(dòng)推拉式，電磁鐵的作用就是通過(guò)電流來(lái)產(chǎn)生磁性，概括不同的磁圈，加上電源來(lái)控制磁性的大小，推拉式電磁鐵比較小，容易安裝到一些小的場(chǎng)所。

能頻繁啟動(dòng)工作，也可長(zhǎng)期通電吸合?？捎糜诟鞣N簡(jiǎn)單或復(fù)雜的工藝流程中做為動(dòng)作執(zhí)行單元，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制、集中控制或自動(dòng)控制。

1.1.3 機(jī)械警示裝置

圖2為機(jī)械警示裝置示意圖，該警示裝置由上端蓋板、下端警示顏色和彈簧幾個(gè)部分組成，綠色表示不帶電，紅色表示帶電，彈簧一端與上端蓋板連接，一端與推拉式電磁鐵連接。

2? 吸附式漏電警示裝置的工作原理

將圖1、2裝置合成一個(gè)小巧的吸附式漏電警示裝置，將之吸附于正常運(yùn)行的電力設(shè)備本體上，用于檢測(cè)電力設(shè)備本體是否漏電。

在電力設(shè)備本體漏電的情況下，電流將流過(guò)吸附式漏電警示裝置電路圖中的光電耦合器，光電耦合器內(nèi)部中的二極管將發(fā)光，這時(shí)候吸附式漏電警示裝置的下半部分電路將導(dǎo)通，形成一個(gè)完整的電路，電池將給推拉式電磁鐵兩端提供電壓，使得推拉式電磁鐵完成一次動(dòng)作。

圖2吸附式漏電警示裝置機(jī)械警示圖中，平時(shí)上端蓋板部分將遮住紅色部分，漏出綠色部分，表示設(shè)備不帶電，在設(shè)備帶電的情況下，推拉式電磁鐵將使得彈簧動(dòng)作，圖中的彈簧一端與上端蓋板連接，一端與推拉式電磁鐵連接，在吸附式漏電警示裝置電路圖中的推拉式電磁鐵動(dòng)作一次，彈簧的推拉式電磁鐵一端將不再受力，彈簧將會(huì)將上端蓋板受力使其遮住綠色部分，漏出紅色部分，表示設(shè)備存在漏電的情況，這樣就完成吸附式漏電警示裝置一次完整的動(dòng)作，將電力設(shè)備漏電信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械警示信號(hào)，警示電力工作人員該電力設(shè)備存在漏電情況，將大大保證電力工作人員的人身安全，同時(shí)，也讓電力工作人員掌握設(shè)備缺陷情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷并進(jìn)行處理，提高了供電可靠性。

將彈簧裝置與吸附式漏電警示裝置電路圖中的開(kāi)關(guān)相連，在吸附式漏電警示裝置一次完整的動(dòng)作后，彈簧隨之將開(kāi)關(guān)拉開(kāi)，使得吸附式漏電警示裝置電路圖形成開(kāi)路，在光電耦合器感應(yīng)到漏電電流的情況下，推拉式電磁鐵不再動(dòng)作，同時(shí)也能減少電池的損耗，從而能最大程度延長(zhǎng)吸附式漏電警示裝置的使用壽命。

在電力工作人員處理完電力設(shè)備漏電的缺陷后，可以手動(dòng)將吸附式漏電警示裝置復(fù)位，在下次電力設(shè)備本體存在漏電的情況，又再進(jìn)行動(dòng)作。

3? 吸附式漏電警示裝置的運(yùn)用與推廣前景

該裝置完美解決上文提出的兩個(gè)問(wèn)題：

第一，能檢測(cè)電氣設(shè)備外殼箱體的漏電情況，彌補(bǔ)現(xiàn)有電力設(shè)備本體漏電情況下的預(yù)警功能缺失的問(wèn)題，通過(guò)狀態(tài)轉(zhuǎn)換及聲光形式對(duì)表柜是否帶電提出預(yù)警，保障作業(yè)人員的作業(yè)安全。

第二，安裝便捷，吸附式漏電警示裝置小巧，以磁吸附式原理，可以在各式

金屬箱體外殼進(jìn)行布置安裝，操作方便，效果突出，在所有電氣表柜中均能有效運(yùn)用，即可以完善現(xiàn)有電氣表柜對(duì)箱體漏電的警示功能的不足，也能避免大規(guī)模的箱體功能改造帶來(lái)的不便，是一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的漏電檢測(cè)警示裝置。

吸附式漏電警示裝置具備以上的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)體積小巧，造價(jià)低，具有很大的經(jīng)濟(jì)效益與推廣前景。

參考文獻(xiàn)

[1] 小型漏電斷路器可靠性試驗(yàn)關(guān)鍵技術(shù)的研究[D].周藝璇.石家莊：河北工業(yè)大學(xué)，2015.

[2] 漏電保護(hù)器運(yùn)行智能監(jiān)管系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)[D].黃海.長(zhǎng)沙：長(zhǎng)沙理工大學(xué)，2013.

[3] 趙銀秋. 高速光電耦合器電路仿真與設(shè)計(jì)[D].電子科技大學(xué)，2015.

[4] 黃俊民. 工業(yè)通信中光電耦合器的應(yīng)用[J]. 中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2020（17）：34-35.

[5] 郭俊澤. 基于CMOS工藝的高速光電耦合器芯片設(shè)計(jì)[D].成都：電子科技大學(xué)，2019.

[6] 梅陽(yáng)寒，劉志偉，范四立，等.一種基于麥克斯韋理論的LED晶片支架移送裝置研究[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2018（1）：27-29.

[7] 張昊一，席明，陳敬友，等.基于CSR主從一體51單片機(jī)的安全無(wú)線(xiàn)智能電磁鎖系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].信息通信，2016（5）：79-81.