一种用于不停电作业人员人体泄漏电流测量及报警装置的制作方法

1.本发明涉及电力安全作业设备技术领域，特别涉及一种用于不停电作业人员人体泄漏电流测量及报警装置。


背景技术：

2.电能的发生和使用需要通过电力网传输，其远距离输送主要通过架空线路和电力电缆完成。架空线路结构简单，投资小，在全球范围内的到了广泛应用。目前我国的架空线路网络建设不断完善，到2019年，全国供电可靠率达到99％以上，架空线路系统的建设已经基本满足国家用电的要求，保证了家家光明。因此，维护四通八达的架空线路网络是我国电网运行的重要任务。架空线路的安全稳定运行，提升了输电的稳定性，保障了整个电力系统的安全。
3.上世纪逐渐兴起的不停电作业一直以来极大地降低了由于电能故障导致的经济损失。我国有众多地区电缆支线线路与架空线路中存在着大量的电缆线段，使得作业人员开展检修作业时，不能实现转移检修区段的电力负荷，存在作业环境复杂的问题，因此一旦发生电力事故，作业人员必要花费较长的时间进行抢修。而目前随着信息化、高科技的发展和应用，用户需要供电企业提供安全、可靠、合格、不间断的电能，停电时间越长，对电力用户的影响越大，极大的降低了电网的供电安全性与供电稳定性。线路不停电作业能够有效的减少电力设备的停电时间，提升用户体验，降低用户平均故障时间，逐步成为了电力产业建设的关注点，其关键技术的应用与推广刻不容缓。
4.而目前在不停电作业工作中，如何提供架空线路工作人员人身安全保障俨然成为不停电作业的关键内容。为了能够保障用电的稳定性，相关作业人员必须对架空线路进行定期检修，目前10kv中压配电线路在我国敷设的范围较广，其既敷设在城市的僻静郊区，又敷设在城市闹区中心，还覆盖到了部分乡村。因此其作业环境复杂，检修难度日益增大。在工作人员检修的过程中，持续供电会与作业相互冲突，带电检修作业对作业人员的人身安全带来了很大的威胁，使得作业危险预警工作的重要性日益突出。而当前对作业人员的保护措施主要集中于采用被动的绝缘服绝缘手套等手段，相应的主动监测及预警装置仍然匮乏。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种用于不停电作业人员人体泄漏电流测量及报警装置，本发明适用于架空线不停电作业中作业人员体表电流的实时监测，弥补了现有安全监测方式的不足，同时，该装置可以实现对于人体体表电流的远距离传输，实现作业现场与监控后台的双重预警，提高不停电作业人员自身安全性，保障作业的顺利进行。
6.本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的，一种用于不停电作业人员人体泄漏电流测量及报警装置，包括电流采集电极单元、人体泄漏电流测量单元、电场天线、电场预警单元、蓝牙通信模块、mcu及锂电池模块；
7.所述电流采集电极单元包括两片圆片状采集电极，所述人体泄漏电流测量单元包括采样电阻和保护模块，采样电阻通过导线串联在两个采集电极之间，所述采样电阻两端的压降作为所述保护模块的输入，保护模块对信号滤波后输出至 mcu的采集端口；
8.所述电场天线的检测信号经电场预警单元输出至mcu的外部中断接口，所述电场预警单元为jw0858集成模块；
9.蓝牙通信模块与mcu连接，用于与另设的接收装置通信；
10.所述人体泄漏电流测量单元、电场天线、电场预警单元、蓝牙通信模块以及 mcu集成在一个片状的pcb板内，该pcb板安装在不停电作业人员绝缘靴鞋垫足弓处，两片采集电极分别粘贴于鞋垫的正面与背面。
11.本发明进一步设置为，所述采集电极包括铜电极以及覆盖在所述铜电极上的一层导电橡胶，铜电极通过导线与采样电阻连接，采集电极与鞋垫粘贴时，铜电极的一侧与鞋垫进行粘贴。
12.本发明进一步设置为，所述采样电极直径为10mm，厚度为400μm，其中导电橡胶厚度300μm，铜电极厚度100μm。
13.本发明进一步设置为，所述保护模块包括二级低通滤波电路实现对于泄露电流信号的滤波，设置上限截止频率为200hz。
14.本发明进一步设置为，所述保护模块还包括3.3v双向tvs模块，用于对mcu 采集端的信号进行过压保护。
15.本发明进一步设置为，mcu的采集端口采样频率为10ksa/s。
16.本发明进一步设置为，所述电场预警单元的输出端接入mcu外部触发io口，并将其设置为最高优先级。
17.本发明进一步设置为，mcu检测电场预警单元的输出信号，当该信号为高电平时，mcu发出预警信号，并将预警信号经由蓝牙通信设备传出，mcu设定为上升沿触发模式。
18.本发明进一步设置为，电场天线采用pcb布线表层布线方式设置在pcb板内。
19.本发明进一步设置为，还包括一个塑料保护壳，所述pcb板以及锂电池模块安装在保护壳内，所述保护壳安装在不停电作业人员绝缘靴鞋垫足弓处。
20.综上所述，本发明的有益效果有：
21.1.不停电作业人员在工作过程中，站立于升高的绝缘斗臂车内，其作业过程中由于需要使用佩戴了绝缘手套的双手在通电的架空线上进行作业；当绝缘手套破损或外部环境导致绝缘潮湿时，将在人体内形成泄漏电流，并最终经足底与斗臂车流入大地；通过本装置，可将采集电极放置于作业时人员穿戴的绝缘靴内，当发生上述路径的电流泄漏时，将实现实时采集；
22.2.当人体保护绝缘失效时，人体体表将会与导线形成等势体，因此足底电场将明显升高；本发明集成了电场天线及电场预警单元，当足底产生工频高电场时，将发出高电场预警信号；
23.3.发明的装置结构简单，操作容易，可实现对人体泄漏电流的实时监测与预警，为提升不停电作业人员的安全监测水平提供了有效支撑，从而对提高不停电作业水平具有重要意义。
附图说明
24.图1是本发明的整体结构示意图；
25.图2是本发明中采集电极的示意图；
26.图3是本发明中采集电极电流采集原理图；
27.图4是本发明中电场预警单元电路图；
28.图5是本发明的运行逻辑图。
29.图中，100、采集电极；101、导电橡胶；102、铜电极。
具体实施方式
30.下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。
31.实施例：参考图1-5，一种用于不停电作业人员人体泄漏电流测量及报警装置，包括电流采集电极单元、人体泄漏电流测量单元、电场天线、电场预警单元、蓝牙通信模块、mcu及锂电池模块。
32.所述电流采集电极单元包括两片圆片状采集电极，所述人体泄漏电流测量单元包括采样电阻和保护模块，采样电阻通过导线串联在两个采集电极之间，所述采样电阻两端的压降作为所述保护模块的输入，保护模块对信号滤波后输出至 mcu的采集端口。
33.所述电场天线的检测信号经电场预警单元输出至mcu的外部中断接口，所述电场预警单元为jw0858集成模块。
34.蓝牙通信模块与mcu连接，用于与另设的接收装置通信。
35.所述人体泄漏电流测量单元、电场天线、电场预警单元、蓝牙通信模块以及 mcu集成在一个片状的pcb板内，该pcb板安装在不停电作业人员绝缘靴鞋垫足弓处，两片采集电极分别粘贴于鞋垫的正面与背面。
36.所述采集电极包括铜电极以及覆盖在所述铜电极上的一层导电橡胶，铜电极通过导线与采样电阻连接，采集电极与鞋垫粘贴时，铜电极的一侧与鞋垫进行粘贴。所述采样电极直径为10mm，厚度为400μm，其中导电橡胶厚度300μm，铜电极厚度100μm。双层结构的采集电极通过质地较柔软的导电橡胶实现与人体脚底以及鞋底的柔软接触，可避免铜电极损坏。采样电阻为100ω。
37.引发人体泄漏电流的为电压为50hz交流信号，因此需对采样电阻的电压信号进行预处理后进入采集mcu，因此保护模块包括二级低通滤波电路实现对于泄露电流信号的滤波，设置上限截止频率为200hz，所述保护模块还包括3.3v双向tvs模块，用于对mcu采集端的信号进行过压保护。
38.设置mcu的adc采集端口采样频率为10ksa/s，从而保证对于每个工频周期内不低于200次采样，依次为s1，s2…s200
.利用mcu单元对200个采样点进行最大值求取，每200个样本最大值为s
max
。当s
max
大于设定阈值电流相应的电压数值时，则由mcu输出预警信号。泄露电流i
test
与测量电压u
test
关系表达式为：
39.u
test
＝i
test
·r40.式中采样电阻r＝100ω。
41.所述电场预警单元的输出端接入mcu外部触发io口，并将其设置为最高优先级。mcu检测电场预警单元的输出信号，当该信号为高电平时，mcu发出预警信号，并将预警信号
经由蓝牙通信设备传出，mcu设定为上升沿触发模式。
42.电场预警单元的电路图如图4所示，电场测量灵敏度可通过改变r1电阻式实现调节。电场天线采用pcb布线表层布线方式设置在pcb板内，本发明中设定其长度为20mm，宽度为0.2mm。
43.本发明还包括一个塑料保护壳，所述pcb板以及锂电池模块安装在保护壳内，塑料保护壳内尺寸设置为40mm*20mm*3mm。所述保护壳安装在不停电作业人员绝缘靴鞋垫足弓处。
44.作业过程中，本装置可实现对于经由足底路径人体泄漏电流的实时连续测量。若设定人体泄漏电流预警值为30ma，则当mcu计算的s
max
数值达到3v时，装置将发出预警信号，并通过串口将预警信号发送至蓝牙模块。蓝牙模块将此电流预警信号发送至接收装置。
45.当由于绝缘损坏使人体与导体成为等势体时，电场预警单元也将发出连续脉冲信号并经由外部中断端口发送至mcu，mcu设定为上升沿触发模式，则可实现对于预警信号的实时相应，在1us内实现对于体表高电场的预警并将该信号由串口发送至蓝牙通信模块，蓝牙模块将此电场预警信号发送至接收装置。
46.以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。