本實(shí)用新型涉及一種高仿真度跨步電壓安全體驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)：

所謂跨步電壓，就是指電氣設(shè)備發(fā)生接地故障時(shí)，在接地電流入地點(diǎn)周圍電位分布區(qū)行走的人，其兩腳之間的電壓。對(duì)于電力行業(yè)的從業(yè)人員來說，其工作環(huán)境中多存在高壓線路，因此對(duì)其進(jìn)行跨步電壓安全體驗(yàn)學(xué)習(xí)、避免由高壓線路短路接地而引起的觸電事故，顯得尤為重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是：提供一種高仿真度跨步電壓安全體驗(yàn)裝置。

解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案如下：

一種高仿真度跨步電壓安全體驗(yàn)裝置，其特征在于：所述的高仿真度跨步電壓安全體驗(yàn)裝置設(shè)有前端低壓電極、后端低壓電極、高壓電極、半導(dǎo)體橡膠墊、絕緣底座、限流電阻和交流電源模塊；所述半導(dǎo)體橡膠墊由半導(dǎo)體板和包覆在所述半導(dǎo)體板之外的橡膠層組成，所述半導(dǎo)體橡膠墊鋪設(shè)在所述絕緣底座的頂面上，所述前端低壓電極、后端低壓電極和高壓電極均安裝在所述半導(dǎo)體橡膠墊的底面與所述絕緣底座的頂面之間，所述前端低壓電極、后端低壓電極和高壓電極分別與所述半導(dǎo)體橡膠墊的半導(dǎo)體板的前端部、后端部和中部電連接，所述前端低壓電極和后端低壓電極分別通過穿過所述絕緣底座的導(dǎo)線接地，所述高壓電極通過穿過所述絕緣底座的導(dǎo)線與所述限流電阻的一端電連接，所述交流電源模塊的輸出端正極與所述限流電阻的另一端電連接、輸出端負(fù)極接地；所述交流電源模塊通過所述限流電阻和高壓電極加在所述半導(dǎo)體橡膠墊的半導(dǎo)體板中部的對(duì)地電壓有效值小于10mA*ρ*L/s，所述交流電源模塊通過所述限流電阻和高壓電極向所述半導(dǎo)體橡膠墊的半導(dǎo)體板中部輸出的電流有效值在5mA至10mA之間；其中，ρ、L和s分別為所述半導(dǎo)體板的電導(dǎo)率、長度和橫截面積。

作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述的交流電源模塊由升壓變壓器和調(diào)壓控制箱組成；所述調(diào)壓控制箱的輸入端接入220V交流市電、輸出端與所述升壓變壓器的原邊繞組并聯(lián)連接，所述升壓變壓器的副邊繞組的兩端即為所述交流電源模塊的輸出端正極和輸出端負(fù)極。

作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述的高仿真度跨步電壓安全體驗(yàn)裝置還設(shè)有兩根絕緣扶手；所述兩根絕緣扶手均固定在所述絕緣底座的頂面上并分別位于所述半導(dǎo)體橡膠墊的左右兩側(cè)位置。

作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述半導(dǎo)體橡膠墊的頂面上沿前后方向設(shè)有多個(gè)腳印圖案；相鄰兩個(gè)所述腳印圖案之間的距離為60cm。

作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述半導(dǎo)體橡膠墊的半導(dǎo)體板為矩形半導(dǎo)體板，所述前端低壓電極、后端低壓電極和高壓電極均為條形電極。

作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述半導(dǎo)體橡膠墊的半導(dǎo)體板的長度、寬度、厚度和電阻率分別為10cm、2mm、2cm和1.25MΩ，所述交流電源模塊通過所述限流電阻和高壓電極加在所述半導(dǎo)體橡膠墊的半導(dǎo)體板中部的對(duì)地電壓有效值小于1000V，所述交流電源模塊通過所述限流電阻和高壓電極向所述半導(dǎo)體橡膠墊的半導(dǎo)體板中部輸出的電流有效值為5mA至10mA。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下有益效果：

本實(shí)用新型能夠高仿真度的模擬高壓線路短路接地后的跨步電壓分布特性，并且，能夠?qū)κ褂谜弋a(chǎn)生具有刺痛感的電壓、且確保流入人體的電流在安全范圍以內(nèi)，并能利用半導(dǎo)體橡膠墊的橡膠層模擬高壓線路所在環(huán)境的土壤質(zhì)感，從而幫助使用者更為真實(shí)的對(duì)跨步電壓進(jìn)行體驗(yàn)并了解學(xué)習(xí)跨步電壓的特性。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明：

圖1為本實(shí)用新型的高仿真度跨步電壓安全體驗(yàn)裝置的主視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型的高仿真度跨步電壓安全體驗(yàn)裝置的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖1和圖2所示，本實(shí)用新型的高仿真度跨步電壓安全體驗(yàn)裝置，設(shè)有兩根絕緣扶手1、前端低壓電極2、后端低壓電極9、高壓電極3、半導(dǎo)體橡膠墊4、絕緣底座5、限流電阻6和交流電源模塊。

上述半導(dǎo)體橡膠墊4由矩形半導(dǎo)體板和包覆在半導(dǎo)體板之外的橡膠層組成，矩形半導(dǎo)體板的長度、寬度、厚度和電阻率分別為10cm、2mm、2cm和1.25MΩ，從而能夠利用半導(dǎo)體板模擬土壤的電阻率特性、利用橡膠層模擬土壤的質(zhì)感；前端低壓電極2、后端低壓電極9 和高壓電極3均為條形電極，絕緣底座5放置在地面上而與地絕緣，半導(dǎo)體橡膠墊4鋪設(shè)在絕緣底座5的頂面上，前端低壓電極2、后端低壓電極9和高壓電極3均安裝在半導(dǎo)體橡膠墊4的底面與絕緣底座5的頂面之間，前端低壓電極2、后端低壓電極9和高壓電極3分別與半導(dǎo)體橡膠墊4的半導(dǎo)體板的前端部、后端部和中部電連接，前端低壓電極2和后端低壓電極9分別通過穿過絕緣底座5的導(dǎo)線接地，高壓電極3通過穿過絕緣底座5的導(dǎo)線與限流電阻6的一端電連接，交流電源模塊的輸出端正極與限流電阻6的另一端電連接、輸出端負(fù)極接地；交流電源模塊通過限流電阻6和高壓電極3加在半導(dǎo)體橡膠墊4的半導(dǎo)體板中部的對(duì)地電壓有效值小于1000V，交流電源模塊通過限流電阻6和高壓電極3向半導(dǎo)體橡膠墊4的半導(dǎo)體板中部輸出的電流有效值在5mA至10mA之間，從而，使得高壓電極3分別與前端低壓電極2和后端低壓電極9之間形成跨步電壓梯度，以模擬真實(shí)環(huán)境下的跨步電壓特性，并且，交流電源模塊通過限流電阻6和高壓電極3向半導(dǎo)體橡膠墊4的半導(dǎo)體板中部輸出的電流通過半導(dǎo)體板向前端低壓電極2和后端低壓電極9擴(kuò)散，真實(shí)性的模擬了高壓線路短路接地后的電壓分布特性，并使得流入人腳部的最大電流為1mA，以確保本高仿真度跨步電壓安全體驗(yàn)裝置的使用者的人身安全。兩根絕緣扶手1均固定在絕緣底座5的頂面上并分別位于半導(dǎo)體橡膠墊4的左右兩側(cè)位置。

其中，上述交流電源模塊由升壓變壓器7和調(diào)壓控制箱8組成；調(diào)壓控制箱8的輸入端接入220V交流市電、輸出端與升壓變壓器7的原邊繞組并聯(lián)連接，升壓變壓器7的副邊繞組的兩端即為交流電源模塊的輸出端正極和輸出端負(fù)極。

另外，上述半導(dǎo)體橡膠墊4的頂面上沿前后方向還可增設(shè)多個(gè)腳印圖案4a；相鄰兩個(gè)腳印圖案4a之間的距離為60cm，以便于提醒使用者行走間距。

因此，利用本實(shí)用新型的高仿真度跨步電壓安全體驗(yàn)裝置，可以進(jìn)行安全學(xué)習(xí)體驗(yàn)外，還可對(duì)跨步電壓梯度特性進(jìn)行分析，能夠通過親身體驗(yàn)跨步電壓觸電，讓學(xué)員了解跨步電壓產(chǎn)生的原理、容易產(chǎn)生跨步電壓的場(chǎng)所、跨步電壓觸電的原因，遇到跨步電壓如何來正確地脫離危險(xiǎn)區(qū)，幫助學(xué)員掌握正確的預(yù)防跨步電壓的方法，避免不必要的觸電事故的發(fā)生。

需要說明的是，上述矩形半導(dǎo)體板的長度、寬度、厚度和電阻率還可選用其它尺寸規(guī)格，只需確保交流電源模塊通過限流電阻6和高壓電極3加在半導(dǎo)體橡膠墊4的半導(dǎo)體板中部的對(duì)地電壓有效值小于10mA*ρ*L/s即可，其中，ρ、L和s分別為所述半導(dǎo)體板的電導(dǎo)率、長度和橫截面積。

其中，上述對(duì)地電壓有效值小于10mA*ρ*L/s和電流有效值在5mA至10mA之間的取值范圍，是由按以下思路得出的：

設(shè)流經(jīng)半導(dǎo)體橡膠墊的總電流10mA進(jìn)行設(shè)計(jì)，其中向兩側(cè)各流5mA。為保證電壓在60cm的步幅中，有足夠的電壓可以使電流灌入人體，電壓設(shè)為200V，則在200cm長度上的電壓應(yīng)在1000V。則半導(dǎo)體橡膠墊的電阻為200kΩ。

設(shè)半導(dǎo)體橡膠墊的厚度為1cm，寬度為0.5米，長度為2米，根據(jù)公式其中ρ為電阻率，L為長度、s為截面積。ρ＝R*S/L＝0.2M*0.01*0.5/2＝500歐·米。歸算到2mm厚、2cm寬、10cm長的試片上的測(cè)量電阻為r＝500×0.1÷(0.002×0.02)＝1.25MΩ。

如果試片為3mm厚，則電阻為0.8M。半導(dǎo)體板的重量為54kG(比重2.7)人體耐受測(cè)試，穿襪兩足間可以耐受到200V以上，赤腳在125V左右腳踝上120V刺激很強(qiáng)。整個(gè)板用膠1米*0.02*6mi*2.7＝324kG。

電源設(shè)計(jì)方法。電源輸出電壓達(dá)到1000V就足夠了，為調(diào)整方便，可以將輸出變壓器設(shè)定為250V:2000V。由于只有10mA電流輸出，功率只有20W，所以升壓變壓器使用50VA容量即可。調(diào)壓器用最小的200VA的調(diào)壓器即可。當(dāng)100k歐的電阻串在輸出回路上，保證最大的短路電流小于10mA。在電阻上可以接表計(jì)測(cè)量輸出電流，1kV時(shí)為10mA。

半導(dǎo)體板計(jì)算方法。設(shè)備通電后，比如中間電壓為1000V，在4米長的膠墊上平均每米有500V電壓，60cm的步幅上有300V電壓。應(yīng)有足夠的刺痛感。為保證安全，由高壓流到膠墊上的電流保持在5-10mA，按人腳所占寬度10cm算，流入人體的最大電流為1mA。在這個(gè)電流下，膠墊上的電壓分布基本上是均勻的，步幅乘以電壓分布就是人體兩足之間所帶有的電壓。

本實(shí)用新型不局限于上述具體實(shí)施方式，根據(jù)上述內(nèi)容，按照本領(lǐng)域的普通技術(shù)知識(shí)和慣用手段，在不脫離本實(shí)用新型上述基本技術(shù)思想前提下，本實(shí)用新型還可以做出其它多種形式的等效修改、替換或變更，均落在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之中。