基于便携式近电告警器理论化研究的浅谈

基于便携式近电告警器理论化研究的浅谈

张晓波王辉

（1.国网浙江省电力公司宁波供电公司浙江宁波31500）

摘要：本文主要研究了近电告警器在电气工作中的安全必要性，同时对其便携式、智能化提出了理论的研究理念；从理论化研究的角度出发，给出了基于模拟电荷法的架空线路电场计算方法，并对三相、单相架空线电场进行了仿真。

关键词：近电；告警器；便携式；理论化研究

1.引言

近电告警器是电气工作中经常被使用的辅助安全工具。而配网电力设备在故障检修时，必须按照规定程序进行，例如10kV架空线路检修时，基本流程为“断开线路两端开关停电→验电棒验电→挂接地线→检修工作”，其中验电棒验电步骤确保10kV线路断电，保证工作人员的工作安全，但疏忽大意造成的触电事故屡屡发生。如果有一种便携式告警器，在工作人员进入高压危险区域时，能够自动发出声光和振动报警，提示工作人员已经靠近高压带电物体，就可以提高人员警惕性，减少触电悲剧的发生。

目前，国内已经有一些近电报警器产品，但普遍存在误报（表现为周围一旦有带电体即报警）、功能单一（无法根据带电物体距离发出不同程度的报警）等缺点[1-4]。

2.便携式智能告警器的研究现状

基于模拟电荷法，研究并提出10kV架空线路的电场计算方法，探讨人体和建筑物对电场分布的影响。对单相、三相架空线的电场进行仿真和试验研究，提取近电告警判据。

本文所研究的便携式智能告警器近电告警器一般采用电场判据，具备靠近带电体就发出告警的基本功能，当佩戴近电告警器的人误入带电区和误攀带电杆时，近电告警器应能及时发出连续的音响报警信号，提醒作业人员注意危险，防止由于错觉和失误造成的触电伤亡事故。

对便携式智能近电告警器的功能定义如下：测量工作人员所在位置的工频电场，本产品特指10kV配电线路附近；实现电场暴露限值报警，判断电场是否超越电场曝露限值，若超过，则发出声光报警；实现10kV线路安全距离报警，通过测量工频电场以及内嵌智能算法，计算工作人员离开10kV线路的大致距离，并实现两段式的危险距离报警，算法应能考虑人体存在对电场的影响，考虑周围导电物体存在对电场的影响。

3.便携式智能告警器的理论化研究

架空输电导线表面及其周围空间的电场分布可采用的计算方法有逐次镜像法、模似电荷法和矩量法等。本文采用“国际大电网会议第36.01工作组”推荐的模拟电荷法来计算架空输电导线下空间工频电场强度[5-8]。计算时作如下假定：

a)大地为无穷大导体平面；

b)导线为相互平行且与地面平行的无限长光滑园柱形导体；

c)导线支撑物（包括铁塔、金具和绝缘子等）及任何其他邻近物体的影响可忽略不计；

d)导线间水平间距为常数，导线高度为平均对地高度或弧垂最低点高度。

e)本文以10kV架空线路进行了建模、仿真、试验结果比对，该方法对其它电压等级线路完全适用。

我国规定的工频输电频率为50Hz，根据，其波长=6000km，远远大于架空输电线路自身长度，输电线产生的电场完全符合准静态的特征，可采用准静态场的方式来处理。

现有文献一般都采用模拟电荷法来建立线路电场的计算模型，忽略杆塔、绝缘子和避雷线等对电场强度的影响，以10kV三相水平排列的单回路架空线路为例，对工频电场的模拟电荷法说明如下：

（1）计算输电线上的电压矩阵[U]

电压矩阵为一复数矩阵，按额定电压的1.05倍来计算电压矩阵，公式如下：

根据空间点电荷周围场强的计算原理以及场强的叠加原理，可得到空间任何一点P(x,y)的电场强度计算公式如下：

4理论化研究的浅谈

从理论化研究的角度出发，给出了基于模拟电荷法的架空线路电场计算方法，并对三相、单相架空线电场进行了仿真。确定近电告警器内置的判据如下：1）第一段近电告警判据。试验仿真结果表明，当距离导线4米的时候，所有测量结果都大于“百V/m”数量级，较周围无10kV线路的正常电场环境5-10V/m要高出很多。将第一段近电告警判据确定为100V/m，进行声光报警提醒周围有高压带电体。2）第二段近电告警判据。试验仿真结果表明，当离开10kV线路接近0.7米时（0.7m为10kV安全作业距离），电场强度值可以达到“千V/m”数量级。因此，将第二段近电告警判据确定为1000V/m，可以同时进行声光和振动告警，提醒作业人员已经接近安全作业距离。3）曝露值报警判据。依据国家标准，当测量的电场强度大于4kV/m（公众暴露限值），进行连续的声光报警，提醒不要长期处于该位置。

研究也提出了一种多段式近电告警判据，可以依据电场强度的大小判断佩戴者的近电距离和电磁环境，其中，第一段近电告警判据实现基本近电告警，第二段近电告警判据实现安全作业距离告警，曝露值判据实现电场环境超标告警。

参考文献

[1]胡泽文，何为，姚德贵，等.高压工频电场警示仪的研究[J].电测与仪表，2009，46(525):45-48.

[2]王雯霞，翁桂荣.利用霍尔元件进行电场测量及报警显示[J].苏州大学学报：自然科学版，2003，19(4):47-50.