高电压实验室人身安全防护系统的研制.docx

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。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。红外传感器红外传感器C1C2红外传感器红外传感#C3C41系统总体功能高电压实验室主要由两大部分组成：高电压实验区和蔼一墓竺黜酉皿型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，纠M一筹昭但仍然存在安全隐患。现场手动开关高电压实验室的安全隐患主要有两点：图1高电压实验室简图(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，2系统总体设计就可能发生事故。系统主要由五大部分组成：信号采集、信号处理、逻辑(2)升压控制台电源合上时，实验区设备处于加压或 处理、控制输出、继电器。系统设计流程图如图2所示。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，会造成严重的触电事P教譬研究及其它图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0525V，有辍碍狻嚣童输壅鸯低电平0V。0。5V。将红终信号电繇逶遘图2系统设计流程图由LM358组成的电压比较器和电压跟随器，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3系统分块设计障碍物辩clC4涛0v。H月31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。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，此时升压控制台电源才有可能合上。D：现场手动开关合上；D：现场乎动开关断开。中国搿等学校电力系统及其自动化专业第二十四嬲学术年会论文集32逻辑处理驾存在安全隐患时，实验人曼越过效羚警戒线，逻辑处理的结果将为离电平。有以下四种情况：(1 1ABC：升压控制台电源断歼时，接地棒放到指定佼鲞，实验人员越过琵夕警戒线。(2)A曰C：升压控制台电源合上时，接地棒放到指定位跫，实验人员越过红外警戒线。(3)A鑫C：升莲控剩台电源合上时，接地棒采放蓟指定位置，实验人员越过级外警戒线。(4)D艿。理场手动舞关舍上，接地棒来放翔撂定位鬣。【2133控制输出存在安全骤患时，越过红外警戒线形成的怒一个高电平脉冲，无法持续驱动继电器，需经过锁存器将信号锬莓，采用74HC373芯片，翔图5所承。74HC373是中短模集成的CMOSAD锁存器。OC为输出使能信蟹，置低电平时，输出锁存的信号；ENG为锁存使能信号，输出Q经棼超接至ENG，透jl：Q鳇装态决定锬存爨工侔模式。(1)正常工作时，即逻辑处理结果为低电平，此时输入D为低电平，Q为低电平，ENG为高电平，锁存器处予数据赞辕模式。隽委常工捧获态。(2)误操作时，即逻辑处理结采为高电平脉冲，此时输入D为离电平，Q为高电平，ENG为低电平，锁存器缝子禁止锁襻秘读镂存模式，Q将持续输出巍电乎。手动复位开关(常开开关)闭合时将ENG置为搿电平，锁存器处于数据传输模式，此时高呶平脉冲已经结束，D隽低电孚，Q为羝电乎，恢复翻歪常状态。31实际应用中，由于开合交流接触器控制回路对黩源有影响，使电源有噪声干扰。干扰会对芯片有影响，造成逻辑混乱。故在厕电路板时一定要在各芯片电源和地间加去耦电容。VCC赣图5脉i孛_锬存电路34继电器继电器完残壹漉德号对交流弱貉鳃控裁，控铡输窭鳇信号经驱动电路接继电器sv坝ml线圈。采用JQX115F型继电器，高髓乏侧有常开和常闭节点锫两对，将继电器的常闭节点率联接至交滚接触器的控麓鬻路，霹时糕矮继毫爨鳇常开节点岛电源和报警器构成串联回路，如图6所示。设备的电源由交流接触器触点的开闭情况决定：(1)正常懿舔时，需将现场手动舞关羚合上，舞隳控制台的启动开关SB2启动后，自锁触点KM才能合上，设备电源接通。2)存在误搡佟霹，继电器凌箨，常搿蒂赢QSl闭合，报警器报警；同时常闭节点QS2打开，即交流接触器控制固路断开，若误操作前交流接触器触点是闭合的，则误攥终震被断舞，设备电源也被凝并。鬻汗器荚QSl继电器图6交流接触器控制电路图f4lE教学研究及其它2827圆粱明薪。开放性趣子技术基础实验教程【垂】。l索：孛4结语瀚电力出版被，2007本文研制的高电滕实验室人身安全防护系统在中国农【3】豢曾煌电工学(上册)(电工技术)【M】北京：高等业大学信电学院高电联实验室的应用来看，该系统大大地增 教窍蹬舨社，1999强了实验入员操作的安全性，露量对培养学生懿好的实验河惯具有导向性作用，这对于高电压实验室的开放性建设具有作者简介：重要意义。韩筱慧(19s每>，浙江嘉兴人，汉族，本耪，电气工程茂英黉：外，如果逻辑懿理秘控制输穗部分采褥单片杌实现，自动化专韭。F，mail：hanxiaohuil986163tom将更高效、受活和可靠，成套系统的功能还可以继续扩充和吴冰(1986-)，重庆人，汉族，本科，电气工程及其自动化丰富。具备更多功能，燹加方便现场快速安装的装置正在研专业。E-mail：wubin919860510sina-com制之中。赵鹏(1986-)辽宁兴城人，汉族，本拜，电气工程及英自参考文献动化专业。仲崇幽(1973)，江苏赣输人，汉族，讲姆，从事高电蕊技嘲素华光电子技术麓础(模越郝分)(第纛版)【蚓笺术教学与科研工作。E-mail：zhongchshcalleducn京：嵩簿教育出版杜，2006高电压实验室人身安全防护系统的研制作者：韩筱慧， 吴冰， 赵鹏， 仲崇山作者单位：中国农业大学信息与电气工程学院,北京 100083本文链接：http:/d.g.wanfangdata.com.cn/Conference_7075042.aspx