新型跨步电压监测器的初步设计

任 佳,王 雷,郝建华,胡雪平（国家电网绍兴供电公司,浙江 绍兴 312000）



新型跨步电压监测器的初步设计

任 佳,王 雷,郝建华,胡雪平
（国家电网绍兴供电公司,浙江 绍兴 312000）

摘 要：众所周知，电气设备发生接地故障时，接地点附近会产生跨步电压和接触电压，这给直接查找故障的运行人员和线路巡线人员带来了很大的安全风险，对跨步电压的有效监测能够避免其可能造成的人身伤害。本文试论一种新型可穿戴跨步电压监测器的初步设计方案。

关键词：跨步电压；监测器；设计方案

1 跨步电压产生的原理及危害

1.1 原理

电气设备接地故障时，接地点处的接地电流是从接地点向四周散射的。离开接地点越远，电流通过的截面就越大，电流密度就越小，到达一定距离时（15～20m），电流密度实际已趋于零。由于地中电流通过的截面变化，在电流途径单位长度上的电阻是越变越大的，因此，在电流途经单位上的电压降也是不同的，离接地点越远，单位长度上的电压降就越小。因此，当人在这个接地电流入地点周围电位分布区行走时，其两脚之间（Δa）产生的电压差（Δu），就是跨步电压。

1.2 危害

人受到跨步电压时，电流虽然是沿着人的下身，从脚经腿、胯部又到脚与大地形成通路，没有经过人体的重要器官，好像比较安全。但是实际并非如此！因为人受到较高的跨步电压作用时，双脚会抽筋，使身体倒在地上。

2 跨步电压监测器工作原理

跨步电压监测器主要由两只套在足部的电压获取装置和系在腰间的电压判断装置、声光报警装置等组成。值班员在所检查时可利用此装置防止跨步电压对人体造成的危害，并可迅速确定接地范围。其主要工作原理如下：

两只足部的电压获取装置通过导线和腰间的电压判断装置串联，在值班员行走的过程中，电压获取装置通过踩在足底的金属片来获取两脚所踩地面处的电压值，并通过电压判断装置内部的电压表来判断两脚间的电压差。

正常情况下或未进入接地区域内时，两脚间电压差为零，声光报警装置无显示；当发生接地故障且值班员已进入接地区域时，两脚间就会产生电压差，当这个电压差超过报警定值（可设定为5V左右）时，声光报警装置会发出明显的声光报警信号，提示值班员注意已进入接地区；当电压差超过对人体会造成危害的短路定值（可设定为25V左右）时，短路保护装置短接电压表，使两脚间等电位。

3 跨步电压检测器各组成功能

3.1 电压判断部分

电压判断部分将电压获取装置所采集的电压差与预先设定的报警定值及短路定值进行快速比较，从而决定检测器的动作。是整个接地检测器的心脏。对其设计要求如下：（1） 电压判断装置应能实现直流电压检测与交流电压检测的切换，从而在直流系统接地时也能实现跨步电压的报警与保护功能。（2） 电压判断装置分析判断动作过程应十分快速灵敏可靠，理论上应实现零时限，保证值班员在步行速度较快或者奔跑时也能实现跨步电压的报警与保护功能。

3.2 短路保护部分

短路保护装置是在电压判断装置检测到电压超过对人体会造成危害的大定值时，迅速将电压表短接，使两脚间等电位，从而消除跨步电压影响的装置。同时，由于在跨步电压过大时会将电压表短接，不仅减少了对电压表的冲击，也使电压表的量程可以降低到100V以下，从而可以不用考虑高电压时的变压及绝缘问题，还可以同时提高电压表的灵敏度）此部分也集成于电压判断装置中。对此部分的要求如下：（1）短路保护装置的短路导线应与两脚的电压获取装置可靠连接，且短路线的截面及电阻应满足要求。（2）当电压差超过限值时，短接电压表的过程应灵敏，快速，理论上应实现零时限短接。

3.3 声光报警部分

声光报警装置用来在出现跨步电压时，发出声光报警来提示值班员注意。对本装置的要求如下：（1）声信号应包括两种，“嘀嘀嘀”的报警信号以及“请单脚按原路跳出接地区域”的脱险提示信号。（2）光信号应在接地监测器的醒目位置设置多处，采用波长最长的红光，且亮度充足，闪烁快速，使值班员在夜晚或者较嘈杂的情况下也能引起注意。（3） 类似于倒车雷达，声光信号均应随着跨步电压的升高而渐变急促，“嘀嘀嘀”的声信号和光信号的闪烁频率应随电压的升高而提高。

3.4 值班员触电报警部分

值班员触电报警装置的作用是在值班员不幸触电倒地后，触电报警装置能第一时间发出无线通讯信号通知主控室人员对触电值班员进行抢救。它是通过在值班员两个足底各设一个压力感应器来实现的。当值班员站立或者正常行走时，足底的压力感应器至少有一个可以感应到压力（人体重力）；当值班员触电倒地后，两个压力感应器都感应不到压力，此时触电报警装置延时3秒通过无线电信号连接设在主控室的接收装置，主控室的接收装置会发出“巡视人员有触电危险，请注意！”的报警。

3.5 自检部分

跨步电压检测器在使用前要进行相关检查以确定是否可以正常使用，即应能够实现装置自检。自检部分与电压判断装置集成在一起，其应具备的功能及具体实现方式如下：（1）检测器电池电量是否充足，可通过电压判断装置上的电量显示来检查）。（2）电压获取装置与判断装置是否连接良好无断线、以及短路保护装置的短接线是否无断线。具体检查方法为：将两脚获取装置的金属片碰触，观察判断装置是否有断线信号报出。（3）声光装置是否正常，按下声光试验按钮，观察声光装置是否正常。（4）短路保护装置是否正常，按下短接电压表试验按钮，检查短路保护装置是否可靠迅速动作。（5）检查触电报警装置是否正常，按下触电报警装置试验按钮，检查触电报警装置报警是否正常，检查压力感应器是否正常。

4 应用前景

跨步电压监测器结构简单、功能性强、有着广阔的应用前景，它为变电人员的日常安全生产提供了一个强有力的保障。概括来说，它的功能有以下几个方面：（1）在查找35kV及以下所内设备发生单相接地故障时保障人身安全，同时对接地范围给出一个基本参考。（2）在查找直流系统接地故障时保障人身安全，同时对接地范围给出一个基本参考。（3）值班员在巡视设备时，附近设备忽然发生接地故障时保障人身安全。（4）消除雷雨天气时避雷器（针）引雷时所产生的跨步电压，使雷雨天气巡视成为一种可能。

参考文献：

[1]刘吉来,黄瑞梅.高电压技术[M].北京:中国水利水电出版社,2004.

[2]李景禄.接地装置的运行与改造[M].北京:中国水利水电出版社,2005.

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