高电压实验室人身安全防护系统的研制.pdf

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1、中国高等学校电力系统及其自动化专业第二十四届学术年会论文集高电压实验室人身安全防护系统的研制．韩筱慧，吴冰，赵鹏，仲崇山中国农业大学信息与电气工程学院，北京100083摘要：在高电压实验室中，由于高压实验的特殊性，实验人员的人身安全时刻受到威胁，为此设计一套高电压实验室人身安全防护系统，严格保证实验人员实验时的人身安全变得尤为重要。本文介绍了高电压实验室人身安全防护系统的设计过程，分析了该系统各部分的工作原理，给出了设计方案及原理图。同时对系统的升级及新功能的开发作出了合理的展望。关键词：高电压；人身安全；开放性实验室建设0引言《高电压技术》是研讨电力系统过电压和绝缘问题的一门课程，是强电专

2、业学生知识结构中不可或缺的组成部分，高电压实验室承担了该课程的相关实验。虽然实验室有严格的操作规程。但实践中，因为学生从事高电压实验的经验不足，高电压实验室的教师人数难以满足需要，实验人员仍有可能因麻痹大意而出现事故。以上现实导致高电压实验室开展教学科研工作的效率低下，且仍存在安全隐患。调查发现，目前高校高电压实验室都没有结合了高电压实验的操作规程及实验室实际情况的人身安全防护系统投入使用。所以，开发一套能够彻底对实验人员人身安全起防护作用的系统就显得十分迫切，而且具有重要的现实意义。同时，对高校开放性高电压实验室的建设，提高学生强电实验能力，增强安全意识，起到很好的推动作用。本系统设计采用

3、基本电子元件，通过信号采集、信号处理、逻辑处理、控制输出、触发报警、自动跳闸等设计步骤，充分考虑了各种不安全因素，具有较高的安全防护能力。1系统总体功能高电压实验室主要由两大部分组成：高电压实验区和放置升压控制台的操作区，实验区有护栏隔离，现场有用于接地放电的接地棒，如图l所示。虽然有护栏的隔离保护，但仍然存在安全隐患。高电压实验室的安全隐患主要有两点：(1)升压控制台电源断开时，由于实验区设备可能有残余高压，此时若在未接地放电的情况下接触实验设备，就可能发生事故。(2)升压控制台电源合上时，实验区设备处于加压或待加压状态，此时若进入实验区接近或触摸高压带电体，或者在带电情况下对设备接地放电

4、，会造成严重的触电事故，并可能损坏高电压实验设备。针对上述隐患设计系统总体功能：(1)升压控制台电源断开时。在未接地放电的情况下闯红外警戒线，系统应报警提醒先放电。(2)升压控制台电源合上时，实验人员欲进入实验区或进行接地放电操作，越过红外警戒线立即断开控制台电源并报警提示。(3)在接地棒未放到指定位置时，认为存在接地棒仍滞留在高压带电部位的可能，为防止带地线加压，升压控制台电源不能合上。红外传感器C1红外传感#C4现场手动开关图1高电压实验室简图红外传感器C2红外传感器C32系统总体设计系统主要由五大部分组成：信号采集、信号处理、逻辑处理、控制输出、继电器。系统设计流程图如图2所示。皿型筹

5、昭竺黜酉纠M一墓蔼一P教譬研究及其它图2系统设计流程图3系统分块设计3．1信号采集和信号处理(1)泡源信号AA信号反应交流接触器控制翮路带电情况，郧通过A信号就熊反应实验区设备是否处于待加滕或加压状态。交漉接触器控制鼹路秀220V残380V，邋过降压整流为直流低压信号，阐路带电时倍号A为5V，不带电时A为0V。A信号取得过程如下：用降压变压器将交流接魅器控制匿骆220V或380V的魄疆降到9V志右，经整流桥整流和滤波电路，再经LM7805芯片输出5V信号即得到A信号。fl】A：舞疆控麓台邀源合上；A：舞歪控裁螽毫潦龋舅。(2)接地棒信号B接地放电是高电膘实验中的必要步骤，B信号反应是否进行戴

6、步骤的操作。鑫裁一释熊经受频繁舞关砖击静铝合金开关，其基本原理是一个单刀双置开关，如图3所示。接地棒放到指定位置B为5V，接地棒来放到指定位登B梵0V。B：接地棒放到指定位置；B：接地棒来放到指定位置。图3接地棒开关原理图(3)签努信号C1一C4红外发射和接收传感器分布在实验现场，可根据实验室实际情况安放对数。由于高电压实验时会产生强大的电磁于挽，医_l羹：爨蠢分布在瑷场的导线均镶选震带瓣蔽导线。C1一C4反应实验人员是否越过红外警戒线。纽外避障传感器无阻碍物时信号线输比为高电平0．5—2．5V，有辍碍狻嚣童输壅鸯低电平0V。0。5V。将红终信号电繇逶遘由LM358组成的电压比较器和电压跟随

7、器，完成信号的比较放大与隔离。如图4所示。凭障碍物时C1一C4为5V，有障碍物辩cl—C4涛0v。H月o：实验人员未越过红外警戒线；o：实验人员越过红外警戒线。鼹毒红终信号处理毫路(4)现场手幼开关信号D现场手动开关和继电器的常闭节点一起串联在交流接憨器控潮西路。结合实验规程。迸入实验区蓠将璃场手动开荧断开，此时升压控制台电源不可熊合上，即电源信号只能为A。遴锈趣压操作懿，需将瑷场手饕嚣关会t，此时升压控制台