用于模拟物体触电场景的系统的制作方法

1.本发明涉及电力技术领域，具体地涉及一种用于模拟物体触电场景的系统。


背景技术：

2.触电死亡事故时有发生，且大多数发生在低压配电。目前低压配电主要依靠剩余电流保护装置来实行触电保护。为了实现对人身触电的精准保护，研发新一代漏电保护器的意义重大。其中，获取多种不同场景下生物体的触电电流波形，得到生物体触电的特征规律是新型漏电保护器研发的关键。生物体触电是一个极其复杂的过程，目前现有的触电物理试验平台仅考虑模拟少数场景下的生物体触电试验，由于试验平台的缺陷，目前仅涉及研究动物心室颤动电流与触电时间的相关性，这样得到的试验结果为防人身触电提供的理论基础较为单一，难以满足需求。


技术实现要素：

3.为了克服现有技术存在的不足，本发明实施例提供了一种用于模拟物体触电场景的系统。
4.为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种用于模拟物体触电场景的系统，包括：
5.配电柜，包括：
6.三相隔离变压器，与三相交流电连接，用于实现三相或单相电压供电；
7.三相调压器，与三相隔离变压器连接，用于实现无级且平滑地调节电压大小；
8.漏电保护器接入装置，用于接入漏电保护器以对生物体进行保护，且用于测量各类漏电保护器的可靠性；
9.三/单相供电模拟电路，采用电阻和电感的串并联组合，用于实现电路的y型接法或三角形接法，包括三相负载；
10.线路基础漏电模拟电路，采用集中式电容和泄漏阻抗，泄漏阻抗的阻抗值连续可调，通过下调阻抗值来模拟线路的绝缘性下降时的漏电情况；
11.生物体触电模拟装置，用于执行生物体在不同的触电通道、触电方式和环境湿度下的触电试验；
12.数据采集装置，分别与线路基础漏电模拟电路以及生物体触电模拟装置连接，用于采集线路基础漏电模拟电路的漏电电流波形以及生物体的触电电流波形。
13.在本发明实施例中，触电通道包括以下中的至少一种：从生物体的左前肢至右后肢、右前肢至左后肢、左前肢至左后肢、右前肢至右后肢，触电方式包括捆绑方式和/或点触方式，环境湿度的范围为10％～100％；
14.生物体触电模拟装置还用于执行生物体在不同的重量和电压等级下的触电试验，电压等级的范围为0至400v。
15.在本发明实施例中，配电柜还包括：
16.断路器，设置于三相隔离变压器和三相交流电之间，还设置于三相调压器和漏电保护器接入装置之间的a相、b相、c相以及零线的线路中。
17.在本发明实施例中，配电柜还设置有地线，通过连接地线来实现三相五线制的线路方式，通过断开地线来实现三相四线制的线路方式；
18.数据采集装置还用于在三相五线制和三相四线制的情况下采集生物体的触电电流波形。
19.在本发明实施例中，数据采集装置还用于采集三/单相供电模拟电路的电流波形和电压波形，数据采集装置还用于采集总剩余电流的波形，总剩余电流为漏电电流和触电电流之和。
20.在本发明实施例中，数据采集装置的采样频率的范围为180khz至220khz，数据采集装置对总剩余电流和触电电流的采集精度的范围为0.08ma至0.12ma。
21.在本发明实施例中，三相隔离变压器、所述三相调压器以及三/单相供电模拟电路的容量范围为180kva至220kva，三相调压器的电压调节范围为0至400v，三相交流电的电压范围为360v至400v。
22.在本发明实施例中，系统还包括：
23.植物触电模拟装置，用于执行植物在不同的触电方式、环境湿度和电压等级下的触电试验；
24.植物包括树枝，数据采集装置还用于采集树枝触电中的触电电流波形。
25.在本发明实施例中，线路基础漏电模拟电路还设置接口，接口用于电气设备取电，线路基础漏电模拟电路还用于模拟电气设备发生漏电；数据采集装置还用于在电气设备发生漏电的情况下采集漏电电流波形。
26.在本发明实施例中，生物体触电模拟装置包括：
27.固定装置，采用绝缘板，用于固定生物体；
28.地板，采用导电板，导电板与地线连接。
29.在本发明实施例中，用于模拟物体触电场景的系统包括：配电柜，包括：三相隔离变压器，与三相交流电连接，用于实现三相或单相电压供电；三相调压器，与三相隔离变压器连接，用于实现无级且平滑地调节电压大小；漏电保护器接入装置，用于接入漏电保护器以对生物体进行保护，且用于测量各类漏电保护器的可靠性；三/单相供电模拟电路，采用电阻和电感的串并联组合，用于实现电路的y型接法或三角形接法，包括三相负载；线路基础漏电模拟电路，采用集中式电容和泄漏阻抗，泄漏阻抗的阻抗值连续可调，通过下调阻抗值来模拟线路的绝缘性下降时的漏电情况；生物体触电模拟装置，用于执行生物体在不同的触电通道、触电方式和环境湿度下的触电试验；数据采集装置，分别与线路基础漏电模拟电路以及生物体触电模拟装置连接，用于采集线路基础漏电模拟电路的漏电电流波形以及生物体的触电电流波形。这样，可以实现以下有益效果：
30.(1)设计并构建了可模拟多种场景的生物体触电物理试验平台，可以模拟多种生物体在不同触电工况下的触电试验，其中，不同触电工况至少包括不同的触电通道、触电方式和环境湿度。获取漏电电流波形以及生物体的触电电流波形的特征数据，建立生物体触电数据库，为防人身触电提供理论基础；(2)在模拟不同的触电情况下，验证各类漏电保护装置动作的准确性及可靠性。
附图说明
31.附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：
32.图1示意性示出了根据本发明实施例的用于模拟物体触电场景的系统的示意图；
33.图2示意性示出了根据本发明实施例的配电柜的示意图；
34.图3示意性示出了根据本发明实施例的线路基础漏电模拟电路和生物体触电模拟装置的示意图；
35.图4示意性示出了根据本发明实施例的树枝的触电电流波形图；
36.图5示意性示出了根据本发明实施例的生物体的触电电流波形图之一；
37.图6示意性示出了根据本发明实施例的生物体的触电电流波形图之二；
38.图7示意性示出了根据本发明实施例的生物体的触电电流波形图之三；
39.图8示意性示出了根据本发明实施例的生物体的触电电流波形图之四。
40.附图标记说明
41.10-配电柜；
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11-三相隔离变压器；
42.12-三相交流电；
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13-三相调压器；
43.14-漏电保护器接入装置；
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15-三/单相供电模拟电路；
44.16-三相负载；
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17-线路基础漏电模拟电路；
45.18-生物体触电模拟装置；
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19-数据采集装置；
46.20-漏电保护器；
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21-断路器；
47.22-地线；
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23-绝缘棒；
48.24-地板；
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25-生物体；
49.26-固定装置。
具体实施方式
50.以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。
51.需要说明，若本技术实施方式中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
52.另外，若本技术实施方式中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施方式之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本技术要求的保护范围之内。
53.图1示意性示出了根据本发明实施例的用于模拟物体触电场景的系统的示意图。可参见图1，本发明实施例提供一种用于模拟物体触电场景的系统，包括：
54.配电柜10，包括：
55.三相隔离变压器11，与三相交流电12连接，用于实现三相或单相电压供电；
56.三相调压器13，与三相隔离变压器11连接，用于实现无级且平滑地调节电压大小；
57.漏电保护器接入装置14，用于接入漏电保护器20以对生物体进行保护，且用于测量各类漏电保护器的可靠性；
58.三/单相供电模拟电路15，采用电阻和电感的串并联组合，用于实现电路的y型接法或三角形接法，包括三相负载16；
59.线路基础漏电模拟电路17，采用集中式电容和泄漏阻抗，泄漏阻抗的阻抗值连续可调，通过下调阻抗值来模拟线路的绝缘性下降时的漏电情况；
60.生物体触电模拟装置18，用于执行生物体在不同的触电通道、触电方式和环境湿度下的触电试验；
61.数据采集装置19，分别与线路基础漏电模拟电路17以及生物体触电模拟装置18连接，用于采集线路基础漏电模拟电路17的漏电电流波形以及生物体的触电电流波形。
62.触电死亡事故时有发生，且大多数发生在低压配电。目前低压配电主要依靠剩余电流保护装置来实行触电保护，现行触电保护装置以剩余电流的幅值作为动作判断依据，难以实现对生物体触电的精准保护。为了实现人身触电的精准保护，研发新一代漏电保护器意义重大，其中获取多种场景下生物体的触电电流波形，得到生物体触电的特征规律是新型漏电保护器研发的关键。
63.生物体触电是一个复杂的过程，由此，在本发明实施例中，设计并构建了可模拟多种场景的生物体触电物理试验平台，可以模拟多种生物体在不同触电工况下的触电试验，其中，不同触电工况至少包括不同的触电通道、触电方式和环境湿度。获取漏电电流波形以及生物体的触电电流波形的特征数据，建立生物体触电数据库，为防人身触电提供理论基础。
64.在本发明实施例中，配电柜10中包括漏电保护器接入装置14，漏电保护器接入装置14用于接入漏电保护器20以对试验生物体进行保护，同时，在模拟不同的触电情况下，可以测量及验证各类漏电保护装置动作的准确性及可靠性，并且便于调试人员设置漏电保护器20的参数。
65.由于人身触电的触电通道是多种多样的，每一种不同触电通道下对应的漏电电流波形和触电电流波形的特征数据会有所区别，漏电保护器的研发需要考虑到这种区别，以实现对生物体触电的精准保护。具体地，对于人身触电来说，由于通常是腿部接地，因此触电通道常见为“左手至右腿”、“右手至右腿”、“右手至左腿”以及“左手至左腿”。因此，在一实施例中，触电通道包括以下中的至少一种：从生物体的左前肢至右后肢、右前肢至左后肢、左前肢至左后肢、右前肢至右后肢。示例性地，试验生物体可以为猪。这样来模拟人身在不同的触电通道下的触电场景。需要说明的是，除了上述列举的几种，本发明实施例也可以模拟其他不同的触电通道下的触电场景，对此不作限定。
66.触电事故中的触电方式也是多种多样的，例如人身在触电时，可能是与漏电电线缠绕，也可能是与漏电电源点接。因此，本发明实施例还可以模拟不同触电方式下的触电场景，在一实施例中，触电方式包括捆绑方式和/或点触方式。
67.类似地，不同的环境湿度、生物体重量或电压等级下对应的漏电电流波形和触电电流波形的特征数据也会有所区别，漏电保护器的研发需要考虑到这种区别，得到不同触
电场景下生物体触电的特征规律，以实现对生物体触电的精准保护。因此，在本发明实施例中，环境湿度的范围设置为10％～100％；生物体触电模拟装置18还用于执行生物体在不同的重量和电压等级下的触电试验，其中电压等级的范围为0至400v。
68.本发明实施例提供了一种可模拟多种触电场景的生物体触电平台。对于生物体的触电场景，通过该平台至少可以模拟不同的触电通道、触电方式、生物体重量、环境湿度和电压等级条件下的生物体触电试验，这样获得了多种不同的触电场景下生物体的触电电流波形，进而得到了多种不同的触电场景下生物体触电的特征规律，建立生物体触电数据库，为漏电保护器的研发提供了理论基础，进而为防人身触电提供更有效更准确的帮助。
69.图2示意性示出了根据本发明实施例的配电柜的示意图。可参见图2，配电柜10还包括：断路器21，设置于三相隔离变压器11和三相交流电12之间，断路器21还设置于三相调压器13和漏电保护器接入装置14之间的a相、b相、c相以及零线的线路中。
70.参见图2，配电柜10还设置有地线22，通过连接地线22来实现三相五线制的线路方式，通过断开地线22来实现三相四线制的线路方式。数据采集装置19还用于在三相五线制和所述三相四线制的情况下采集生物体的触电电流波形。
71.在低压配tn-c系统(三相四线制)与tn-s系统(三相五线制)两种不同的接线方式下，生物体的触电电流特征及保护方式也是有差异的。因此，在本发明实施例中，对比研究低压配网tn-c系统(三相四线制)与tn-s系统(三相五线制)两种不同接线方式下，生物体的触电电流特征及保护方式配置的差异，为漏电保护器的研发提供更精准更全面的理论基础，进而为防人身触电提供更有效更准确的帮助。
72.配电柜10主要由三相调压器13、三相隔离变压器11和漏电保护器接入装置14组成。为了全真模拟台区真实触电环境，在一实施例中，三相调压器13、三相隔离变压器11以及三/单相供电模拟电路15的容量范围均设置为180kva至220kva，优先地，可以选取为200kva。由于人体承受的最大电流时间是30ma
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s，为了确保生物体安全，漏电保护器接入装置14接入漏电保护器20以对生物体进行保护。配电柜10可对整体设备及运行状态进行控制和保护。
73.在一实施例中，三相调压器的电压调节范围为0至400v，调节方式可以采用按钮式调节。三相交流电12的电压范围为360v至400v，优选地，可以为280v。三相隔离变压器11与三相交流电12连接，可以实现三相或单相电压单独供电。
74.图3示意性示出了根据本发明实施例的线路基础漏电模拟电路和生物体触电模拟装置的示意图，可参见图3。三/单相供电模拟电路15中的三相负载16可调。在一实施例中，生物体触电模拟装置18包括：固定装置26和地板24。其中固定装置26采用绝缘板，用于固定生物体。地板24采用导电板，导电板与地线连接。生物体触电模拟装置18的其他部分可采用绝缘材料，同时便于观察。触电接线端需配备绝缘棒23。
75.在一实施例中，数据采集装置19还用于采集三/单相供电模拟电路15的电流波形和电压波形，数据采集装置19还用于采集总剩余电流的波形，总剩余电流为线路基础漏电模拟电路17的漏电电流和生物体的触电电流之和。
76.因此，可以设置主回路电流检测传感器、主回路电压检测传感器、总剩余电流检测传感器以及生物体触电电流检测传感器。数据采集装置19主要包含了电压传感器、电流传感器、数据采集器、数据采集程序及后台数据库。数据采集装置19可以实时显示生物体的触
电电流波形与幅值，可访问历史数据。在一实施例中，总剩余电流的采集范围为0～1a，采集精度为0.1ma，即0.01％。生物的触电电流的采集范围为0～100ma，采集精度为0.1ma，即0.1％。主回路电流的采集精度为400a，0.1％。主回路电压的采集精度为1000v，0.1％。数据采集装置19的采样频率的范围为180khz至220khz，示例性地，可以设置为200khz，即5us采集一次。数据采集器可以采用高速24位8通道并行256khz采集模拟量，数据采集程序及后台数据库可以采用工控机。
77.在本发明实施例中，数据采集装置19可以采集：线路基础漏电模拟电路17的漏电电流、生物体的触电电流、总剩余电流、三/单相供电模拟电路15的电流波形和电压，并可以展示电压和电流的动态波形，获取触电电流和漏电电流的波形特征与数据，为建立生物体触电数据库提供便捷。
78.在一实施例中，线路基础漏电模拟电路17采用集中式电容及泄漏阻抗，其中泄漏阻抗的阻抗值连续可调，通过下调阻抗值来模拟线路的绝缘性下降时的漏电情况。相位可在容性范围内对应调节，供电电压的相位滞后于漏电电流的相位，可随时切换阻抗的星形或三角形的连接方式。线路基础漏电模拟电路17还设置预留接口，用于各种常规电气设备取电，同时模拟电气设备发生漏电时的工作情况。数据采集装置19还用于在电气设备发生漏电的情况下当实时监测并记录漏电电流。
79.在一实施例中，系统还包括：植物触电模拟装置，用于执行植物在不同的触电方式、环境湿度和电压等级下的触电试验。植物包括树枝，数据采集装置19还用于采集树枝触电中的触电电流波形。除了模拟生物体的多种触电场景，本发明还可以执行植物在不同的触电方式、环境湿度和电压等级下的触电模拟试验。
80.为验证本方案的可行性，选取典型工况的试验进行示例性地说明。图4示意性示出了根据本发明实施例的树枝触电电流的波形图。图4对应的试验条件为：三相四线制交流输出三相交流400v，试验对象为树枝，触电方式采用点触和捆绑方式。根据树枝触电实验结果图4显示，在点触和捆绑的方式下，树枝触电电流始终为图4所示的完整正弦波。
81.图5示意性示出了根据本发明实施例的生物体的触电电流波形图之一。图5对应的试验条件为：三相四线制交流输出三相交流400v，试验对象为生物体，环境湿度采用10％，触电方式采用捆绑方式，触电通道采用右前肢至右后肢。
82.图6示意性示出了根据本发明实施例的生物体的触电电流波形图之二。图6对应的试验条件为：三相四线制交流输出三相交流400v，试验对象为生物体，环境湿度采用10％，触电方式采用点触方式，触电通道采用右前肢至右后肢。
83.图7示意性示出了根据本发明实施例的生物体的触电电流波形图之三。图7对应的试验条件为：三相四线制交流输出三相交流400v，试验对象为生物体，环境湿度采用60％，触电方式采用捆绑方式，触电通道采用右前肢至右后肢。
84.图8示意性示出了根据本发明实施例的生物体的触电电流波形图之四。图8对应的试验条件为：三相四线制交流输出三相交流400v，试验对象为生物体，环境湿度采用60％，触电方式采用点触方式，触电通道采用右前肢至右后肢。
85.根据生物体触电实验结果图5、图6、图7和图8所示，生物体触电后2至3周期电流呈现了特有递增趋势，生物体的触电电流随着环境湿度的增加，触电电流的幅值增加。捆绑触电方式下生物体的触电电流比点触方式下的触电电流要大。这样，通过分析得到生物体的
触电电流波形与树枝触电电流变化规律特点，可为生物体触电保护提供支撑。
86.需要说明的是，图4、图5、图6、图7和图8只是选取典型工况的试验进行示例性地说明，并不局限于此。根据本发明实施例提供的用于模拟物体触电场景的系统，可以模拟更多种触电工况下的触电试验，至少可以模拟不同的触电通道、触电方式、生物体重量、环境湿度和电压等级条件下的生物体触电试验。这样获得了多种不同的触电场景下生物体的触电电流波形，进而得到了多种不同的触电场景下生物体触电的特征规律，建立生物体触电数据库，为漏电保护器的研发提供了理论基础，进而为防人身触电提供更有效更准确的帮助。
87.本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
88.本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
89.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
90.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
91.在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(cpu)、输入/输出接口、网络接口和内存。
92.存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(ram)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(rom)或闪存(flash ram)。存储器是计算机可读介质的示例。
93.计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(pram)、静态随机存取存储器(sram)、动态随机存取存储器(dram)、其他类型的随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(cd-rom)、数字多功能光盘(dvd)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
94.还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
95.以上仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术。对于本领域技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的权利要求范围之内。