CN109557437A - 一种暂态电击的模拟测量系统 - Google Patents
一种暂态电击的模拟测量系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109557437A CN109557437A CN201811529410.XA CN201811529410A CN109557437A CN 109557437 A CN109557437 A CN 109557437A CN 201811529410 A CN201811529410 A CN 201811529410A CN 109557437 A CN109557437 A CN 109557437A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- electric shock
- transient
- model
- speed
- discharge gap
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 title claims abstract description 163
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title claims abstract description 77
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 52
- 230000035939 shock Effects 0.000 claims abstract description 36
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 29
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims abstract description 5
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 67
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 40
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 38
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 claims description 35
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 25
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 23
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 23
- 238000004088 simulation Methods 0.000 claims description 17
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 14
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 12
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims description 11
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 claims description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 6
- 238000007405 data analysis Methods 0.000 claims description 4
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 abstract description 17
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract description 3
- 238000009413 insulation Methods 0.000 abstract description 3
- 238000007599 discharging Methods 0.000 abstract 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 8
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 6
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 5
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 5
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 4
- 238000011160 research Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 2
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 2
- WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N lead(0) Chemical compound [Pb] WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000013480 data collection Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005685 electric field effect Effects 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 230000005057 finger movement Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 1
- WABPQHHGFIMREM-YPZZEJLDSA-N lead-205 Chemical compound [205Pb] WABPQHHGFIMREM-YPZZEJLDSA-N 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 description 1
- 239000013618 particulate matter Substances 0.000 description 1
- 210000001747 pupil Anatomy 0.000 description 1
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 1
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/12—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
- Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
Abstract
本发明公开一种暂态电击的模拟测量系统，该系统包括：导体模型，配置有支架；电击受体模型，其底部设置有绝缘板；所述电击受体模型与所述导体模型发生暂态电击的触发电击部位设置有放电间隙测控系统，用于监测及控制所述触发电击部位与所述导体模型之间的放电间隙的距离变化；高速数据采集系统，用于控制并测量采样时间内的所述电击受体模型的瞬态电压和瞬态电流，获取暂态电击过程中所述电击受体模型的能量与电荷量的动态特性。通过实施本发明，可获取暂态电击过程中，移动速度对瞬态电流电压的影响，发生暂态电击的精确距离进而确定曝露限值。
Description
技术领域
本发明涉及输送电技术领域，特别涉及一种暂态电击的模拟测量系统。
背景技术
业内，暂态电击是指人体接触到发生静电感应的物体的瞬间，原来积蓄在物体上的电荷通过人体释放到大地。而这一高电位物体向低电位物体放电的现象，即为人体的暂态电击现象。高压输电线下，人体电位升高的原因主要分为交流、直流两种情况，分别说明如下：
1)交流输电线路导线电压极性做周期性变化，周期性变化的交变电场引起人体表面电荷的移动。与金属相比，人体是个电阻值较高的导电体，当作业人员穿绝缘胶鞋并带绝缘工具去接近带电导体作业时，电场中的人体就会出现一定感应电位。
2)直流输电线路的电场效应主要是由导线表面电晕引起的。当导线发生电晕放电后，正离子被正极导线排斥，向负极导线和地面运动，负离子受负极导线的排斥，向正极导线和地面运动，于是正负极导线之间和正负极导线与地面之间充满了带电离子。人在直流线路下，由于静电感应和离子注入，将产生较高的充电电位，周围的离子流场将因此改变。直流线路下对地绝缘的人或物体，截获并积累空间电荷后，会产生充电电压，其大小取决于所穿鞋或物体对地的绝缘电阻。
输电线下的暂态电击对人们的生产和生活活动造成了诸多的影响，例如行人在高压线下面行走时存在一定的安全隐患，特别是特殊天气下，容易发生危险事故。如曾有报到称，惠东县粱化镇220kV鹿江至东澎输电线附近，十多名小学生雨天打伞经过时遭电击，这些现象引起了人们极大甚至过度的惊慌，给人们的生产、生活造成很大的干扰。可见，研究分析输电线下的暂态电击对人们的生产和生活的影响，具有重要的研究意义。
目前，有关人体暂态电击的研究，通常有两种方案，一种由使用人体模型和导电物体组成的放电间隙固定的暂态电击测量系统，来进行瞬态电流和暂态放电能量的测量与分析，在实验开始前放电间隙的距离是可调节的，但一旦带电实验开始后，其距离便不能调整，因此无法模拟人体实际的接触动作。并且，现有的用于实验的放电间隙固定的暂态电击模拟测量系统中，实验结果所呈现的是该固定放电间隙被击穿时的击穿电流，而不能反映实际情况中人体与带电物体由接近到发生暂态电击这一过程。
另一种利用实际人体进行研究，需要参与人员在实际线下进行测量，但此时间隙距离、靠近速度等参量都不可控，不利于实现标准化。
此外，现有的可调节放电间隙结构中，基本是通过可活动的连接部件实现调节，多用于过电压保护及设备保护等领域，但结构复杂，组件较多，而且成本较高，也不能通用在人体暂态电击的相关研究。
发明内容
有鉴于此，为解决上述技术问题，本发明实施例公开一种暂态电击的模拟测量系统，从而获取暂态电击过程中暂态电流电压，进而分析发生暂态电击的精确距离和曝露限值。
为实现上述目的，本发明实施例公开一种暂态电击的模拟测量系统，该系统包括：
导体模型，配置有支架；
电击受体模型，其底部设置有绝缘板；所述电击受体模型与所述导体模型发生暂态电击的触发电击部位设置有放电间隙测控系统，用于监测及控制所述触发电击部位与所述导体模型之间的放电间隙的距离变化；
高速数据采集系统，用于控制并测量采样时间内的所述电击受体模型的瞬态电压和瞬态电流，获取暂态电击过程中所述电击受体模型的能量与电荷量的动态特性。
基于上述实施例，上述暂态电击的模拟测量系统还可包括：输电线路环境模拟系统，设置于所述导体模型周围，用于模拟不同输电环境下的电场。
作为一种可选的实施方式，上述暂态电击的模拟测量系统还可包括：环境监测系统，用于监测模拟暂态电击的环境参数。
作为一种可选的实施方式，上述实施例中的高速数据采集系统可进一步包括总控装置及与所述总控装置连接的测量电路；其中，所述测量电路可包括：
电流测量探头，设置于所述电击受体模型中，用于获取所述电击受体模型经历暂态电击过程的瞬态电流；
电压测量探头，设置于所述电击受体模型中，用于获取所述电击受体模型经历暂态电击过程的瞬态电压；
数据采集卡，与所述电压测量探头及所述电流测量探头的外设接口连接，用于获取所述瞬态电流和所述瞬态电压。
作为一种可选的实施方式，上述实施例中的放电间隙测控系统可进一步包括：
自驱动机构，与所述触发电击部位连接，用于实现和控制所述触发电击部位的位移；
位移传感装置，用于测量暂态电击发生前后，所述电击受体模型和所述导体模型之间的间隙距离变化，并将测量结果反馈给所述高速数据采集系统。
作为另一种可选的实施方式，上述实施例中的放电间隙测控系统可进一步包括：
传动机构，设置在所述触发电击部位上，用于实现和控制所述触发电击部位的位移；
调速机构，用于控制所述传动机构的速度，用于控制放电间隙的缩放速度；
间隙测量装置，用于测量所述触发电击部位与所述导体模型之间的距离。
作为一种可选的实施方式，上述实施例中，所述放电间隙控制系统集成的所述电压测量探头、所述电流测量探头，配置有测量引线，所述测量引线采用屏蔽电缆，该屏蔽电缆内层传递测量信号，外层与所述数据采集卡相连并接地。
作为一种可选的实施方式，上述实施例中的触发电击部位的放电间隙表面包覆或涂覆不同电阻率的材料，来模拟所述触发电击部位的不同电阻。
作为一种可选的实施方式，上述实施例中的调速机构可包括用于驱动所述传动机构的调速电机、以及用于调整所述调速电机转速的调速器，所述调速器与所述高速数据采集系统连接；所述调速机构用于根据所述高速数据采集系统的控制信号控制所述传动机构。
作为另一种可选的实施方式，上述实施例中的所述调速机构可包括用于驱动所述传动机构的调速电机，所述传动机构根据实际测量需求可调整配置对应的传动齿轮比例。
作为一种可选的实施方式，上述实施例中的高速数据采集系统的总控装置可进一步包括：
控制终端，用于根据预设的电流阈值，生成用于控制所述调速电机启停、转向及转速的信号，并用于处理所述数据采集卡采集的数据；
控制信号发射装置，与所述控制终端连接，用于发出控制所述调速电机启停、转向及转速的信号；
控制信号接收装置，与所述调速器连接，用于接收控制所述调速电机启停、转向及转速的信号。
作为一种可选的实施方式，上述实施例中的电击受体模型为人体模型，所述触发电击部位为手指模型，位于所述人体模型伸出的手臂前端；所述手指模型与所述导体模型之间的距离构成可调节的放电间隙；和/或，所述电击受体模型配置有接地电路及控制开关；和/或，所述调速电机为直流电机、步进电机、或交流电机。
作为一种可选的实施方式，上述实施例中的手指模型还配置有外球壳，所述外球壳上设有可打开的观测窗口，用于读取所述间隙测量装置的读数和调节调速器的速度。其中，所述支撑杆安装在所述外球壳的底部，用来支撑球壳内部组件。
作为一种可选的实施方式，上述实施例中的控制终端可进一步包括：
数据处理装置，与所述高速数据采集系统连接，用于将获取的瞬态电流电压的模拟量转化为数字量，计算发生暂态电击时所述电击受体模型的电荷量变化和瞬态能量；
数据分析装置，与所述数据处理装置及所述高速数据采集系统连接，用于建立所述放电间隙的变化及变化速度、环境温湿度与所述暂态电击的暂态电击能量的关联关系，获取输电线路附近带电物体发生暂态电击的曝露限值。
相对于现有技术，本发明各实施例具有以下优点：
采用本发明实施例的暂态电击模拟测量系统后，可实现放电间隙、及放电间隙距离变化速度的可调可控，利用数据采集系统收集暂态电击过程中瞬态电流和瞬态电压，进而分析人体接近带电物体并发生暂态电击的过程中移动速度对瞬态电流电压的影响，以及最终发生暂态电击时人体与带电物体的精确距离，对研究人体暂态电击的特性，并为研究人体位于输电线路下电场中的曝露限值提供了技术支持。因此，通过实施本发明的技术方案，可获取暂态电击过程中，移动速度对瞬态电流电压的影响，发生暂态电击的精确距离进而确定曝露限值。
本发明实施例的更多特点和优势将在之后的具体实施方式予以说明。
附图说明
构成本发明实施例一部分的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例公开的暂态电击的模拟测量系统的组成示意图；
图2为本发明实施例公开的暂态电击的模拟测量系统中放电间隙的测量组件示意图；以及
图3为本发明实施例公开的暂态电击的模拟测量系统采集到的暂态电击过程中的瞬态电流的波形示意图。
附图标记说明
100 导体模型
101 绝缘杆
102 三脚架
103 接地电阻
200 人体模型
201 手指模型
2011 包覆材料
2012 固定扎带
202 绝缘板
203 放电间隙测控系统
2031 传动机构
2032 位移限制部件
2033 传动齿轮组件
204 调速电机
205 等电位引线
206 绝缘衬垫
207 人体模型接地电阻
208 绝缘支架
300 高速数据采集系统
301 数据采集卡
302 控制信号发射装置
303 控制信号接收装置
304 控制终端
305 电流测量探头
306 电压测量探头
307 电流探头屏蔽电缆
308 电压探头屏蔽电缆
400 输电线路环境模拟系统
500 环境监测系统
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面结合附图，对本发明的各实施例作进一步说明：
为了实现在模拟暂态电击过程中，放电间隙的可调可控，甚至实现对放电间隙的调控速度可控，本实施例提出一种模拟人体暂态电击的测量系统，可实现对放电间隙及其距离变化速度的调节控制，本实施例的暂态电击模拟测量系统包括：导体模型、电击受体模型及高速数据采集系统，其中：
导体模型配置有支架，进行模拟测量时导体模型放置于输电线路周围。电击受体模型的底部设置有绝缘板，该电击受体模型与导体模型发生暂态电击的触发电击部位设置有放电间隙测控系统，该放电间隙测控系统用于监测及控制所述触发电击部位与所述导体模型之间的放电间隙的距离变化，实现触发电击部位与导体模型之间的放电间隙及其变化可控。
高速数据采集系统用于控制并测量采样时间内的所述电击受体模型的瞬态电压和瞬态电流，获取暂态电击过程中所述电击受体模型的能量与电荷量的动态特性，进而分析高速数据采集系统采集的数据。
本实施例中，采用自主设计的放电间隙测控系统，控制电击受体模型中触发电击部位的运动和停止，以控制触发电击部位与导体模型之间的放电间隙及其变化速度，通过数据采集系统收集暂态电击过程中瞬态电流和瞬态电压，进而为分析人体接近带电物体并发生暂态电击的过程中，移动速度对瞬态电流电压的影响，以及最终发生暂态电击时人体与带电物体的精确距离，对研究人体暂态电击的特性以及人体位于输电线路下电场中的曝露限值提供了有力的技术支持。
如图1所示，上述实施例中，可选的是，导体模型100可配置有绝缘杆101以及与绝缘杆101连接的三脚架102。导体模型100由绝缘杆102支撑，经接地电阻Rc 103接地。需要说明的是，导体模型100可采用球体，也可以根据线路附近导体的实际情况，换成特定形状的导体。
需要指出的是，接地电阻Rc的阻值可选用100Ω。如果导体模型100直接接地，在导体模型100连接处、接地处等位置的电阻占电路中总电阻的比值过大，对测量结果的影响会比较明显。如果Rc阻值过大，则暂态电击电流幅值明显减小，可能无法反映更严重的情况。
作为一种可选的实施方式，如图1所示，电击受体模型可采用人体模型200，触发电击部位为手指模型201，位于人体模型200伸出的手臂前端，手指模型201与导体模型100之间的距离构成可调节的放电间隙。如图2所示，人体模型200配置有接地电路及控制开关，图2中RB1为人体模型接地电阻。利用电机和调速器实现模拟人体暂态电击测量系统中人体模型的手指模型201和导体球之间放电间隙的变化，使用调速器调节手指模型201的运动速度，通过控制电路实现手指模型201的运动和停止，使用高速数据采集系统300收集暂态电击过程中暂态电流和人体表面电压的波形。
可选的是，上述实施例中的电击受体模型为人体模型200，人体模型200可为等比模型，尺寸可参考GB 10000-88中国成年人人体尺寸。但也不限制电击受体模型采用其他比例的人体模型，或者采用其他形状的模型，可从整个测量系统的便携性考虑，采用更为便携的模型尺寸设计方案。
可选地，上述实施例中，通过预先布置和电流采集装置相连的导体模型100及支架、布置放置在绝缘板上的人体模型200，且将高速数据采集系统300与人体模型200的电晕数据产生部位连接。人体模型200伸出的手臂前端安装的手指模型201，与导体模型100共同构成可调节的放电间隙，并受放电间隙测控系统203的调节控制。
作为一种可选的实施方式，上述实施例中，触发电击部位的放电间隙表面包覆或涂覆不同电阻率的包覆材料2011，来模拟所述触发电击部位的不同电阻。
可选的是，上述实施例中，电击受体模型为人体模型200，触发电击部位为手指模型201，则可采用固定扎带2012来固定手指模型201表面的包覆材料2011，如布料、橡胶等。如图2所示，包覆材料2011应紧贴金属手指模型201表面，从而避免二者之间的空气间隙对实验结果造成影响。需要说明的是，固定扎带2012距放电间隙端部的距离可为3cm-5cm。与此同时，固定扎带2012不应阻碍手指模型201的伸缩运动。
这里，为展示上述实施例一些可能的实现方案，对放电间隙测控系统举例说明如下：
1)作为一种可选的实现方式，放电间隙测控系统可采用机械器件组的方式，如使用千分尺、继电器等装置直接对测量放电间隙，直观监控。
本示例中，间隙测量装置可采用千分尺，所述千分尺的一端与所述触发电击部位连接，另一端连接有传动机构。其中，所述千分尺包括：可动刻度部和固定刻度部，所述可动刻度部与所述传动机构相连接，由所述传动机构控制所述可动刻度部旋转；所述固定刻度部的前端的螺杆穿过所述外球壳，并与所述触发电击部位连接。
例如，手指模型还可配置有外球壳，外球壳上设有可打开的观测窗口，用于读取间隙测量装置的读数和调节调速器的速度；其中，支撑杆安装在所述外球壳的底部，用来支撑球壳内部组件。本示例中，暂态电击的模拟测量系统的操作流程可包括：
S1：闭合接地开关S，将人体模型接地。调节软件设置，控制电机运转以调整人体模型与导体模型的位置，使手指模型刚好接触到导体模型。记录此时千分尺示数d1，设定调速器速度。
S2：控制电机运转，使手指模型与导体模型之间有明显的间隙。调节软件，设定电流阈值判据，判定当电流达到该判据时电机即刻停止运转。
S3：使电机停止运转，断开接地开关S。待人体模型的电位升高并稳定后，控制电机运转，使手指模型向前移动。
S4：暂态电击发生后，闭合接地开关S将人体模型接地。记录此时千分尺读数d2。
S5：收集在指定的采样时间T内通过高速数据采集系统同步采集的电流电压波形。
另外，需要说明的是，上述实施例中，在实际人体的内部，不同组织器官的电导率有所不同。本实施例中，为了模拟相同环境下最严重的放电情况，实验系统中导体模型和人体模型都使用中空的金属材料制作。
在一可选实施例中，上述手指模型还可配置有外球壳，所述外球壳上设有可打开的观测窗口，用于读取所述间隙测量装置的读数和调节调速器的速度。其中，所述支撑杆安装在所述外球壳的底部，用来支撑球壳内部组件。
2)作为另一种可选的实施方式，放电间隙测控系统可采用自动远程监测放电间隙的方案，例如：放电间隙测控系统进一步可包括：自驱动机构及位移传感装置，自驱动机构与所述触发电击部位连接，用于实现和控制所述触发电击部位的位移；位移传感装置用于测量暂态电击发生前后，所述电击受体模型和所述导体模型之间的间隙距离变化，并将测量结果反馈给所述高速数据采集系统。
3)作为又一种可选的实施方式，放电间隙测控系统可采用调速电机，也可通过远程控制调速器来调整电机转速。一般来说，间隙实际运动速度应接近手指的移动速度。通过信号远程控制调速电机的正转、反转。由于电机转速通常较高，可通过改变传动齿轮的比例，控制间隙运动的速度。
例如，该放电间隙测控系统可进一步包括：传动机构，设置在所述触发电击部位上，用于实现和控制所述触发电击部位的位移；调速机构，用于控制所述传动机构的速度，用于控制放电间隙的缩放速度；间隙测量装置，用于测量所述触发电击部位与所述导体模型之间的距离。
在一可选实施例中，所述调速机构可包括用于驱动所述传动机构的调速电机、以及用于调整所述调速电机转速的调速器，所述调速器与所述高速数据采集系统连接；所述调速机构用于根据所述高速数据采集系统的控制信号控制所述传动机构。
在另一可选的实施例中，所述调速机构可包括用于驱动所述传动机构的调速电机，所述传动机构根据实际测量需求可调整配置对应的传动齿轮比例。这里，举例说明如下：
如图2所示，传动机构2031的主要作用是将调速电机204的旋转运动转换为手指模型201的平移运动。传动机构2031可设置在手指模型201的下方，表面设计有凹槽结构，与下方传动齿轮组件2033的齿轮咬合。位移限制部件2032位于传动机构2031的两端，用于限制手指模型的最大伸缩范围，位移限制部件2032最下端的位置应不高于传动齿轮组件2033的圆心。
本实施例中，传动齿轮组件2033为绝缘材料制作的齿轮，使用细长硬质杆作为齿轮轴，齿轮轴的两端固定在外球壳上，应保证齿轮轴只能转动，不能平移。
需要说明的是，本实施例中，暂态电击受体模型的电位可能高达千伏级，而测量电路以及调速电机的传动的工作电压只有几伏。因此，应当消除金属模型外壳与测量电路之间相互影响。因此，调速电机204由绝缘支架208支撑固定，调速电机204可通过其自带的内部电源如电池进行供电，并与整个暂态电击受体模型保持绝缘。传动齿轮组件2033与绝缘支架208均为绝缘体。
此外，在安装控制信号接收装置303的位置，金属外壳表面应有开口，以便于无线信号传输。控制信号接收装置303可安装在开口处，通过绝缘衬垫206与该金属外壳连接。
上述实施例中，绝缘衬垫206可发挥两个作用：一是用于绝缘，一是用于限制手指模型201的运动范围。在金属球壳内部，地电位由电流屏蔽电缆307、电压屏蔽电缆308的外层提供。由于电流测量探头305电流线圈的外壳需要始终接地，因此使用绝缘衬垫206将电流测量探头305与金属外壳隔离。同时，为了固定手指模型，绝缘衬垫206的厚度可在1cm以上，绝缘衬垫206的中间开孔，该孔的直径与手指直径相等，表面光滑。
另外，上述实施例中，采用图2所示的等电位引线205，用于保证手指模型201与整个暂态电击受体模型等电位。等电位引线205的位置同样以不影响手指运动为宜。
作为一个可选的实施方式，调速电机可为配置有调速器的直流电机、步进电机、或交流电机。本实施例中，利用调速器，可收集放电间隙在不同大小、不同变化速度的情况下，对应的发生暂态电击的电流电压波形数据，从而可进一步分析放电间隙变化的速度对暂态电击测量结果的影响。
需要指出的是，电机的控制信号可以通过任意适当的无线传输方式完成，不一定使用红外信号。由于信号传递的信息量很小，距离也比较近，常见的无线通信方式可适用本实施例。
下面，结合一示例，对放电间隙的控制方法说明如下：
本示例中，手指模型的实际运动速度可以通过事先标定获得。在暂态电击实验中，放电间隙控制过程如下：
S10：电机正转，使手指伸至最长。调整人体模型和导体模型位置，使手指模型刚好接触导体模型；
S20：电机反转，将手指模型缩至最短；
S30：电机正转，使手指伸长，同时开始采集电压电流数据，记录时间t1；
S40：检测到电流幅值超过给定阈值后，电机停止转动。记录时刻t2，保存电压电流波形；
S50：根据手指模型的运动速度和运动时间间隔，计算放电间隙长度。
需要说明的是，上述实施例中，可将电压、电流测量探头集成到了放电间隙控制系统中，从而使系统更加便携。测量引线可使用屏蔽电缆，电缆内层传递测量信号，外层与数据采集卡外壳相连并接地。
本实施例中，调速电机利用电机和调速器，实现模拟人体暂态电击测量系统中人体模型的手指模型和导体模型之间放电间隙的变化，使用调速器调节手指模型的运动速度，通过控制电路实现手指模型的运动和停止，使用数据采集系统收集暂态电击过程中瞬态电流和人体表面电压的波形。因此，通过设定调速器的速度，可以分析放电间隙变化的速度对瞬态电流、电压的影响。
作为一种可选的实现方式，上述间隙测量装置可采用位移传感装置，所述位移传感器测量用于测量暂态电击发生前后，所述电击受体模型和所述导体模型之间的间隙距离变化，并将测量结果输入所述放电间隙测控系统。
在一可选实施例中，上述实施例的暂态电击的模拟测量系统还可包括：输电线路环境模拟系统400，输电线路环境模拟系统400设置于所述导体模型100周围，用于模拟不同输电环境下的电场，例如：交流、直流、交直流并行的输电线路环境、以及不同电压等级、不同架设方式、不同温湿度条件的输电线路环境、以及临近建筑物时输电线路周围电场畸变的输电环境。
上述实施例中，输电线路环境模拟系统400可以是实际输电线路，也可以是模拟高压导线。模拟导线的选择依据可为：其在人体暂态电击测量系统周围产生的电场，与被模拟的实际输电线路产生的电场相同。另外，输电线路环境模拟系统400可位于导体模型100的正上方。
在一可选实施例中，上述实施例的暂态电击的模拟测量系统还包括：环境监测系统500，环境监测系统500用于监测模拟暂态电击的环境参数，环境参数如环境温湿度有助于模拟真实的暂态电击，在环境参数与暂态电击能量之间建立关联关系，可更为准确地获取不同环境条件下输电线路附近带电物体发生暂态电击的曝露限值。
上述实施例中，可监测的物理量包括但不限于：地面电场强度、离子流密度、空气温度、湿度、气压、风速、空气中颗粒物浓度等。环境数据可用于修正瞬态电压电流测量值。
可选地，基于上述任一实施例的暂态电击的模拟测量系统，上述高速数据采集系统可进一步包括总控装置及与该总控装置连接的测量电路，其中：
1)测量电路进一步包括：
电流测量探头，设置于电击受体模型中，用于获取所述电击受体模型经历暂态电击过程的瞬态电流；
电压测量探头，设置于电击受体模型中，用于获取所述电击受体模型经历暂态电击过程的瞬态电压；
数据采集卡，与所述电压测量探头、所述电流测量探头连接，用于获取所述瞬态电流和所述瞬态电压。
2)总控装置进一步包括：
控制终端，用于根据预设的电流阈值，生成用于控制所述调速电机启停、转向及转速的信号，并用于处理所述数据采集卡采集的数据；
控制信号发射装置，与所述控制终端连接，用于发出控制所述调速电机启停、转向及转速的信号；
控制信号接收装置，与所述调速器连接，用于接收控制所述调速电机启停、转向及转速的信号。
可选地，基于前述任一所述的暂态电击的模拟测量系统，上述控制终端还可包括数据处理装置及数据分析装置，其中：
1)数据处理装置与所述测量电路连接，用于将获取的瞬态电流电压的模拟量转化为数字量，计算发生暂态电击时所述电击受体模型的电荷量变化和瞬态能量；
2)数据分析装置与所述数据处理装置及所述测量电路连接，用于建立所述放电间隙的变化及变化速度、环境温湿度与所述暂态电击的暂态电击能量的关联关系，获取输电线路附近带电物体发生暂态电击的曝露限值。
在实验中，采集到的电流波形如图3所示，上述实施例中，收集数据采集系统采集的信号的时域波形，将高速数据采集系统采集的瞬态电流、人体模型表面电位的模拟量转化为数字量进行分析，对比分析在设定不同的调速器速度和不同温湿度环境条件时，千分尺的读数和瞬态电流、表面电位等数据的变化情况，得出人体模型靠近导体模型、放电间隙距离变化的过程中，该模拟测量系统中暂态电击的真实情况。
另外，可进一步分析靠近速度、环境温湿度对收集的瞬态电流峰值、人体模型电位变化和暂态电击能量水平的影响，其中人体电荷量变化和瞬态能量的计算公式如下：
上述数据处理、分析过程，对暂态电击的数据处理及分析过程如下：本实施例中，可基于人体稳态充电电位UB，计算人体携带的总能量或总电荷量。利用本专利中的高速信号采集系统，可以得到暂态电击过程中人体能量与电荷量的动态特性，从而对暂态电击进行深入分析。
综上，基于上述任一个实施例，本披露的暂态电击的模拟测量系统中，通过实现放电间隙可调、可控，实现了模拟人体向金属物体运动并发生暂态电击的过程，改变了现有模拟人体暂态电击的实验装置中不能带电调节放电间隙的缺点。
本发明的上述实施例中，使用红外信号发射接受装置，通过设定控制软件中的电流阈值判据，控制电机运动或停止，并通过设定调速电机调速器的速度，获取放电间隙变化的速度对瞬态电流、电压的影响，进而分析人体接近带电物体并发生暂态电击的过程中移动速度对瞬态电流的影响，以及最终发生暂态电击时人体与带电物体的精确距离，对研究人体暂态电击的特性以及人体位于输电线路下电场中的曝露限值提供了技术支持。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种暂态电击的模拟测量系统，其特征在于，包括：
导体模型，配置有支架；
电击受体模型，其底部设置有绝缘板；所述电击受体模型与所述导体模型发生暂态电击的触发电击部位设置有放电间隙测控系统，用于监测及控制所述触发电击部位与所述导体模型之间的放电间隙的距离变化；
高速数据采集系统，用于控制并测量采样时间内的所述电击受体模型的瞬态电压和瞬态电流，获取暂态电击过程中所述电击受体模型的能量与电荷量的动态特性。
2.根据权利要求1所述的暂态电击的模拟测量系统，其特征在于，该暂态电击的模拟测量系统还包括：
输电线路环境模拟系统，设置于所述导体模型周围，用于模拟不同输电环境下的电场；和/或，
环境监测系统，用于监测模拟暂态电击的环境参数。
3.根据权利要求1所述的暂态电击的模拟测量系统，其特征在于，所述高速数据采集系统进一步包括总控装置及与所述总控装置连接的测量电路；其中，所述测量电路包括：
电流测量探头，设置于所述电击受体模型中，用于获取所述电击受体模型经历暂态电击过程的瞬态电流；
电压测量探头，设置于所述电击受体模型中，用于获取所述电击受体模型经历暂态电击过程的瞬态电压；
数据采集卡，与所述电压测量探头及所述电流测量探头的外设接口连接，用于获取所述瞬态电流和所述瞬态电压。
4.根据权利要求1、2或3所述的暂态电击的模拟测量系统，其特征在于，所述放电间隙测控系统进一步包括：
自驱动机构，与所述触发电击部位连接，用于实现和控制所述触发电击部位的位移；
位移传感装置，用于测量暂态电击发生前后，所述电击受体模型和所述导体模型之间的间隙距离变化，并将测量结果反馈给所述高速数据采集系统。
5.根据权利要求1、2或3所述的暂态电击的模拟测量系统，其特征在于，所述放电间隙测控系统进一步包括：
传动机构，设置在所述触发电击部位上，用于实现和控制所述触发电击部位的位移；
调速机构，用于控制所述传动机构的速度，用于控制放电间隙的缩放速度；
间隙测量装置，用于测量所述触发电击部位与所述导体模型之间的距离。
6.根据权利要求5所述的暂态电击的模拟测量系统，其特征在于：
所述放电间隙控制系统集成的所述电压测量探头、所述电流测量探头，配置有测量引线，所述测量引线采用屏蔽电缆，该屏蔽电缆内层传递测量信号，外层与所述数据采集卡相连并接地；和/或，
所述触发电击部位的放电间隙表面包覆或涂覆不同电阻率的材料，来模拟所述触发电击部位的不同电阻。
7.根据权利要求5所述的暂态电击的模拟测量系统，其特征在于：
所述调速机构包括用于驱动所述传动机构的调速电机、以及用于调整所述调速电机转速的调速器，所述调速器与所述高速数据采集系统连接；所述调速机构用于根据所述高速数据采集系统的控制信号控制所述传动机构；或者，
所述调速机构包括用于驱动所述传动机构的调速电机，所述传动机构根据实际测量需求可调整配置对应的传动齿轮比例。
8.根据权利要求7所述的暂态电击的模拟测量系统，其特征在于，所述高速数据采集系统的总控装置进一步包括：
控制终端，用于根据预设的电流阈值，生成用于控制所述调速电机启停、转向及转速的信号，并用于处理所述数据采集卡采集的数据；
控制信号发射装置，与所述控制终端连接，用于发出控制所述调速电机启停、转向及转速的信号；
控制信号接收装置，与所述调速器连接，用于接收控制所述调速电机启停、转向及转速的信号。
9.根据权利要求7所述的暂态电击的模拟测量系统，其特征在于：
所述电击受体模型为人体模型，所述触发电击部位为手指模型，位于所述人体模型伸出的手臂前端；所述手指模型与所述导体模型之间的距离构成可调节的放电间隙。
10.根据权利要求9所述的暂态电击的模拟测量系统，其特征在于，所述手指模型还配置有外球壳，所述外球壳上设有可打开的观测窗口，用于读取所述间隙测量装置的读数和调节调速器的速度。
11.根据权利要求8所述的暂态电击的模拟测量系统，其特征在于，所述控制终端进一步包括：
数据处理装置，与所述测量电路连接，用于将获取的瞬态电流电压的模拟量转化为数字量，计算发生暂态电击时所述电击受体模型的电荷量变化和瞬态能量；
数据分析装置，与所述数据处理装置及所述测量电路连接，用于建立所述放电间隙的变化及变化速度、环境温湿度与所述暂态电击的暂态电击能量的关联关系，获取输电线路附近带电物体发生暂态电击的曝露限值。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811529410.XA CN109557437B (zh) | 2018-12-14 | 2018-12-14 | 一种暂态电击的模拟测量系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811529410.XA CN109557437B (zh) | 2018-12-14 | 2018-12-14 | 一种暂态电击的模拟测量系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109557437A true CN109557437A (zh) | 2019-04-02 |
| CN109557437B CN109557437B (zh) | 2020-04-03 |
Family
ID=65869963
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811529410.XA Active CN109557437B (zh) | 2018-12-14 | 2018-12-14 | 一种暂态电击的模拟测量系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109557437B (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110648574A (zh) * | 2019-09-30 | 2020-01-03 | 武汉大学 | 一种跨步电压及接触电压模拟实验装置及方法 |
| CN112881814A (zh) * | 2021-01-19 | 2021-06-01 | 国网河北省电力有限公司检修分公司 | 高压交流输电线路下钢架大棚对人体电击效应的计算方法 |
| CN115792517A (zh) * | 2022-11-15 | 2023-03-14 | 华北电力大学（保定） | 一种暂态电击下人体感应电测试方法 |
| CN116008626A (zh) * | 2022-11-07 | 2023-04-25 | 华北电力大学（保定） | 一种用于人体感应电击电流的测试方法、系统及装置 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20100295555A1 (en) * | 2007-12-10 | 2010-11-25 | Mtronix Precision Measuring Instruments Gmbh | Apparatus and method for generating a defined charge pulse for carrying out a partial discharge measurement |
| CN103344810A (zh) * | 2013-06-25 | 2013-10-09 | 国家电网公司 | 高压交流输电线路下车辆对人体电击效应的计算方法 |
| CN104777382A (zh) * | 2015-04-16 | 2015-07-15 | 国家电网公司 | 输电走廊附近物体对人体暂态电击的强度检测方法及装置 |
| CN105974187A (zh) * | 2016-06-03 | 2016-09-28 | 三峡大学 | 一种便携式电压在线测量装置 |
| CN207396664U (zh) * | 2017-01-04 | 2018-05-22 | 广西电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种带牵引机构的局部放电源模拟装置 |
-
2018
- 2018-12-14 CN CN201811529410.XA patent/CN109557437B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20100295555A1 (en) * | 2007-12-10 | 2010-11-25 | Mtronix Precision Measuring Instruments Gmbh | Apparatus and method for generating a defined charge pulse for carrying out a partial discharge measurement |
| CN103344810A (zh) * | 2013-06-25 | 2013-10-09 | 国家电网公司 | 高压交流输电线路下车辆对人体电击效应的计算方法 |
| CN104777382A (zh) * | 2015-04-16 | 2015-07-15 | 国家电网公司 | 输电走廊附近物体对人体暂态电击的强度检测方法及装置 |
| CN105974187A (zh) * | 2016-06-03 | 2016-09-28 | 三峡大学 | 一种便携式电压在线测量装置 |
| CN207396664U (zh) * | 2017-01-04 | 2018-05-22 | 广西电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种带牵引机构的局部放电源模拟装置 |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110648574A (zh) * | 2019-09-30 | 2020-01-03 | 武汉大学 | 一种跨步电压及接触电压模拟实验装置及方法 |
| CN112881814A (zh) * | 2021-01-19 | 2021-06-01 | 国网河北省电力有限公司检修分公司 | 高压交流输电线路下钢架大棚对人体电击效应的计算方法 |
| CN116008626A (zh) * | 2022-11-07 | 2023-04-25 | 华北电力大学（保定） | 一种用于人体感应电击电流的测试方法、系统及装置 |
| CN116008626B (zh) * | 2022-11-07 | 2024-06-07 | 华北电力大学（保定） | 一种用于人体感应电击电流的测试方法、系统及装置 |
| CN115792517A (zh) * | 2022-11-15 | 2023-03-14 | 华北电力大学（保定） | 一种暂态电击下人体感应电测试方法 |
| CN115792517B (zh) * | 2022-11-15 | 2024-04-30 | 华北电力大学（保定） | 一种暂态电击下人体感应电测试方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109557437B (zh) | 2020-04-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109557437B (zh) | 一种暂态电击的模拟测量系统 | |
| CN105911374B (zh) | 绝缘子表面电荷测量实验装置 | |
| CN105974346A (zh) | 一种静电场传感器的自动化标定装置及标定方法 | |
| CN109459621A (zh) | 一种导体悬浮电位非接触式测量系统 | |
| CN103499798A (zh) | 一种非接触式静电电压表校准装置及校准方法 | |
| CN104931803B (zh) | 一种绝缘材料表面电势变化实时测量系统 | |
| CN106443435A (zh) | 一种断路器分合闸动作模拟试验装置及试验方法 | |
| CN209446721U (zh) | 一种暂态电击模拟测量系统 | |
| CN103018536B (zh) | 一种接地极冲击散流特性测量装置及方法 | |
| CN109375083A (zh) | 一种带电作业用绝缘垫自动检测装置 | |
| US5818235A (en) | Electrostatic discharge testing | |
| CN114236196B (zh) | 一种多功能程控可调电极的静电放电试验装置 | |
| CN108427042A (zh) | 一种静电场测试仪及静电场测量方法和电荷守恒实验方法 | |
| CN205487037U (zh) | 一种球板摩擦电力-电实时测量装置 | |
| JP2630222B2 (ja) | Ｓａｒ測定装置および測定方法 | |
| CN113406392B (zh) | 一种电缆缓冲层烧蚀过程电阻测量装置及电阻测量方法 | |
| CN209296869U (zh) | 一种带电作业用绝缘垫自动检测装置 | |
| Schlemper et al. | Estimation of mass and length of moving particles in GIS by combined acoustical and electrical PD detection | |
| CN113125907A (zh) | 环境条件可控的导线电晕放电效应测试实验装置及方法 | |
| CN211505683U (zh) | 一种移动式变电站用带电检测设备 | |
| CN207816452U (zh) | 输电线路微风振动测量装置 | |
| Waddel | An electric field meter for use on airplanes | |
| RU165276U1 (ru) | Стенд для моделирования переменного электромагнитного поля в слоистых проводящих средах | |
| CN110412383A (zh) | 飞行式悬垂绝缘子串检测方法及装置 | |
| CN110672712A (zh) | 一种基于圆柱电极的大气离子迁移率测量装置及方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |