CN115792517B - 一种暂态电击下人体感应电测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种暂态电击下人体感应电测试方法，包括搭建测试环境、调试仪器参数、分别测试人体接地时接触对地绝缘的金属支架的感应电、人体绝缘时金属支架接地和不解地时的感应电、计算暂态电击能量、统计暂态电击能量与人体感受之间的关联关系，获得预防金属支架感应电阈值步骤。本发明可以较为准确地得到人体与大棚分别处于不同状态时人体暂态电击感受、暂态电击电流、暂态电压特性，而且还可以计算暂态电击能量，进而分析暂态电击能量与人体感受的关联关系。它弥补了仿真计算精度不够、环境单一的缺陷，可以得到更为准确的感应电试验数据，为日常生活中居民对于感应电的防护提供一定参考意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种人体感应电测试方法，尤其涉及一种暂态电击下人体感应电测试方法，属于高电压技术领域。
背景技术
随着经济的快速发展，中国正在大力发展超特高压交直流输电工程。与此同时，由于我国人口数量多、土地资源匮乏，输电走廊邻近居民生活区的情况日益普遍。由于静电感应，输电线路会在线下周围人体与金属架构上产生感应电荷，形成电位差，当人体与金属架构接触时，会发生暂态电击现象，人体会感受到电击感，引发不悦或者恐慌，严重影响周围居民的生产生活，甚至引发线路投诉或线路工程抵制。
针对感应电和暂态电击问题，国内的专家学者进行了大量的研究。目前大多数学者采用有限元法分析暂态电击现象，例如华北电力大学的董松昭2013年在学位论文《特高压输电线路邻近民房时畸变电场研究》中通过有限元法计算了1000kV交流输电线路附近民房周围的电场畸变情况；陕西电力科学研究院吴健2011年在《高压电器》发表文章“交流输电线下人体暂态电击的研究”，采用有限元分析法计算了输电线路下方金属伞、晾衣架和汽车的感应电压以及蓄积的能量水平，同时分析了可能引起人体暂态电击的情况；山东农业大学王冉冉2021年在《高电压技术》发表“特高压交流输电线路线下钢架建筑的感应电压”，采用有限元法对1000kV交流输电线路下方钢架大棚的感应电压和感应电流进行计算，较深入地探讨了钢架结构感应电的影响因素，为线路的设计提出了一些建议。也有学者利用模拟电荷法研究工频电场的分布情况，如长沙理工大学的罗日成2019年在《电力学报》发表“500kV同塔双回紧凑型输电线路工频电场的计算及改善措施研究”,采用模拟电荷法分析500kV交流输电线路下方特定高度处工频电场的分布情况。
目前对于暂态电击的研究多集中于仿真计算与等效试验，而对真实场景中高压线路附近人体与大棚等金属导体间暂态电击现象研究不够充分，对暂态电击发生时的感应电压及暂态电击电流缺乏有效统计，对人体感受与电击电流及能量的关联特征也有待进一步深入研究。
发明内容：
为解决上述问题，本发明提供一种暂态电击下人体感应电测试方法。
本发明采取下述技术方案：
一种暂态电击下人体感应电测试方法，包括如下步骤：
步骤1：搭建测试环境：在双回线路下方区域搭建金属支架试验平台；金属支架包括1根以上横向钢管和2根以上径向钢管，横向钢管为对称形状，中间为拱形，两端为立柱，立柱垂直于拱形的弦，由等间距平行排列的径向钢管固定；
金属支架试验平台还包括电流线圈、示波器、高压探头；示波器的电压端口通过高压探头连接至金属支架上，高压探头另一端接地，测量感应电压，其电流端口通过电流线圈连接到与人体接触的第一金属板，测量人体接触金属支架瞬间发生暂态电击的电流大小；电流线圈采用金属屏蔽箱屏蔽，金属箱外壳接地；
步骤2：调试仪器参数：示波器的采样率设置为2.5GSa/s；示波器触发方式设置为单次触发；示波器的采样时间设置为两个工频周波时间；示波器的模拟带宽设置为200MHz；
步骤3：测试人体接地时接触对地绝缘的金属支架的感应电：人体脚踩第一金属板与大地良好接触，金属支架放置于绝缘底座上，对地绝缘；测量人体接触金属支架瞬间发生暂态电击的电流大小，获得暂态电压波形，并且记录此时的人体感受；
步骤4：测试人体绝缘时接触接地金属支架的感应电：金属支架通过第二金属板与大地良好接触，人体脚踩第一金属板，第一金属板下放置绝缘板；测量人体接触金属支架瞬间发生暂态电击的电流大小，获得暂态电压波形，并且记录此时的人体感受。
步骤5：测试人体绝缘时接触对地绝缘金属支架的感应电：人体脚踩第一金属板，第一金属板下放置绝缘板；金属支架通过绝缘底座对地绝缘，测量人体接触金属支架瞬间发生暂态电击的电流大小，获得暂态电压波形，并且记录此时的人体感受。
步骤6：计算暂态电击能量：
其中，Q为暂态电击能量，Ip为感应电流峰值，Ri为人体电阻，Td为电流脉冲宽度；
步骤7：统计暂态电击能量与人体感受之间的关联关系，获得暂态电击能量的正态分布概率密度函数；
步骤8：获得预防金属支架感应电阈值：计算人体在不同电击感受下的暂态电击能量均值，据此建立人体不同电击感受对应的感知阈值。
进一步，横向钢管的立柱高度为1m，拱顶对地高度为4m，拱顶与拱足中点对地高度为3m，拱足间距为12m，每两根横向钢管间距为1m，拱顶位于导线弧垂最低点下方，距离边相导线8m。
更进一步，横向钢管和径向钢管由80mm×80mm钢管制成。
采用上述技术方案，本发明取得的技术效果是：
1、本发明可以较为准确地得到人体与大棚分别处于不同状态时人体暂态电击感受、暂态电击电流、暂态电压特性，而且还可以计算暂态电击能量，进而分析暂态电击能量与人体感受的关联关系。
2、本发明弥补了仿真计算精度不够、环境单一的缺陷，可以得到更为准确的感应电试验数据，为日常生活中居民对于感应电的防护提供一定参考意义。
附图说明：
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。
图1是本发明的流程图；
图2是本发明实施例1的金属支架布置图；
图3是本发明实施例1的金属支架结构示意图；
图4是本发明实施例1的人体接地接触对地绝缘金属支架时感应电试验电路图；
图5是本发明实施例1的人体绝缘接触接地金属支架时感应电试验电路图；
图6是本发明实施例1的人体绝缘接触对地绝缘金属支架时感应电试验电路图；其中：
其中：1-金属支架；2-双回线路的下相导线；3-第一金属板；4-绝缘底座；5-绝缘板；6-第二金属板；7-金属屏蔽外壳。
具体实施方式：
实施例1
如图1所示，一种暂态电击下人体感应电测试方法，包括如下步骤：
步骤1：搭建测试环境：在特高压同塔双回线路下方区域搭建金属支架试验平台；本实施例在1000kV特高压同塔双回线路下方附近区域搭建了金属支架1，金属支架1与线路相对位置如图2所示。图2中1000kV特高压同塔双回输电线路导线型号为8×LGJ630，线路档距约为620m。双回线路的上、中、下相导线弧垂最低点与地面高度分别为77.5m、56.5m、33.5m，两回线路间距为34m。金属支架1端面位于双回线路的下相导线2最低点下方，距离边相导线8m。如图3所示，金属支架1包括10根横截面为80mm×80mm的横向钢管和7根径向钢管，横向钢管为对称形状，中间为拱形，两端为立柱，立柱垂直于拱形的弦，横向钢管的立柱高度为1m，拱顶对地高度为4m，拱顶与拱足中点对地高度为3m，拱足间距为12m，每两根横向钢管间距为1m，由等间距平行排列的径向钢管固定。
本试验所使用的设备有：8585c皮尔森电流线圈、TEKTRONIX MDO3104泰克示波器、高压探头。示波器的电压端口通过高压探头连接至金属支架上，高压探头另一端接地，进行感应电压数值读取。示波器的电流端口通过电流线圈连接到与人体接触的第一金属板3上。测量人体接触金属支架1瞬间发生暂态电击的电流大小。
步骤2：调试仪器参数：其中，信号处理装置的相关参数设置如下：
(1)示波器的采样率：典型暂态电击过程的电压、电流波形上升时间为数十纳秒，根据奈奎斯特采样定律，为保证波形不失真，示波器采样率需设置为2.5GSa/s；
(2)示波器触发方式：设置为单次触发，以确保可以抓取到瞬间的暂态电击电流波形；
(3)示波器的采样时间：因人体接触带电物体的瞬间可能存在抖动，从首次接触到稳定接触需要数十毫秒的时间，其间人体与被感应物体之间有多次接触与分离的过程，被感应物体对人体会发生多次暂态电击，为完整记录每一次暂态电击波形，采样时间设置为40ms，即两个工频周波时间；
(4)示波器的模拟带宽：为保证暂态电击模拟信号中的高频分量不被滤除，示波器的模拟带宽设置为200MHz；皮尔森电流线圈：电流线圈精度为±1％，初始脉冲响应并具有高阻抗负载特性，为防止电流测量过程受到外界电磁场的影响，采用金属屏蔽箱对其屏蔽，金属箱外壳接地。
(5)皮尔森电流线圈：皮尔森电流线圈精度为±1％，初始脉冲响应并具有高阻抗负载特性，为防止电流测量过程受到外界电磁场的影响，采用金属屏蔽箱对其屏蔽，金属箱外壳接地。
步骤3：测试人体接地时接触对地绝缘的金属支架的感应电：
如图4所示，人体脚踩第一金属板3与大地良好接触，并通过接地线连接至***土地1m深的接地针。金属支架1放置于绝缘底座4上，对地绝缘。测量人体接触金属支架1瞬间发生暂态电击的电流大小，获得暂态电压波形，并且记录此时的人体感受。
步骤4：测试人体绝缘时接触接地金属支架的感应电：如图5所示，金属支架1通过第二金属板6与大地良好接触，人体脚踩第一金属板3，第一金属板3下放置绝缘板5；测量人体接触金属支架1瞬间发生暂态电击的电流大小，获得暂态电压波形，并且记录此时的人体感受。
步骤5：测试人体绝缘时接触对地绝缘金属支架的感应电：如图6所示，人体脚踩第一金属板3，第一金属板3下放置绝缘板5；金属支架1通过绝缘底座4对地绝缘，测量人体接触金属支架1瞬间发生暂态电击的电流大小，获得暂态电压波形，并且记录此时的人体感受。
步骤6：步骤6：计算暂态电击能量：
其中，Q为暂态电击能量，Ip为感应电流峰值，Ri为人体电阻，Td为电流脉冲宽度，电流脉冲宽度为Ip至5％Ip持续时间；
步骤7：统计暂态电击能量与人体感受之间的关联关系，建立暂态电击能量的正态分布概率密度函数；
步骤8：获得预防金属支架感应电阈值：计算人体在不同电击感受下的暂态电击能量均值，据此建立人体不同电击感受对应的感知阈值。
Claims (3)
1.一种暂态电击下人体感应电测试方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1：搭建测试环境：在双回线路下方区域搭建金属支架试验平台；金属支架(1)包括1根以上横向钢管和2根以上径向钢管，横向钢管为对称形状，中间为拱形，两端为立柱，立柱垂直于拱形的弦，由等间距平行排列的径向钢管固定；
金属支架试验平台还包括电流线圈、示波器、高压探头；示波器的电压端口通过高压探头连接至金属支架(1)上，高压探头另一端接地，测量感应电压，其电流端口通过电流线圈连接到与人体接触的第一金属板(3)，测量人体接触金属支架瞬间发生暂态电击的电流大小；电流线圈采用金属屏蔽箱屏蔽，金属箱外壳接地；
步骤2：调试仪器参数：示波器的采样率设置为2.5GSa/s；示波器触发方式设置为单次触发；示波器的采样时间设置为两个工频周波时间；示波器的模拟带宽设置为200MHz；
步骤3：测试人体接地时接触对地绝缘的金属支架的感应电：人体脚踩第一金属板(3)与大地良好接触，金属支架(1)放置于绝缘底座上，对地绝缘；测量人体接触金属支架(1)瞬间发生暂态电击的电流大小，获得暂态电压波形，并且记录此时的人体感受；
步骤4：测试人体绝缘时接触接地金属支架的感应电：金属支架通过第二金属板(6)与大地良好接触，人体脚踩第一金属板(3)，第一金属板(3)下放置绝缘板(4)；测量人体接触金属支架(1)瞬间发生暂态电击的电流大小，获得暂态电压波形，并且记录此时的人体感受；
步骤5：测试人体绝缘时接触对地绝缘金属支架的感应电：人体脚踩第一金属板(3)，第一金属板(3)下放置绝缘板(4)；金属支架(1)通过绝缘底座对地绝缘，测量人体接触金属支架(1)瞬间发生暂态电击的电流大小，获得暂态电压波形，并且记录此时的人体感受；
步骤6：计算暂态电击能量：
其中，Q为暂态电击能量，Ip为感应电流峰值，Ri为人体电阻，Td为电流脉冲宽度；
步骤7：统计暂态电击能量与人体感受之间的关联关系，获得暂态电击能量的正态分布概率密度函数；
步骤8：获得预防金属支架感应电阈值：计算人体在不同电击感受下的暂态电击能量均值，据此建立人体不同电击感受对应的感知阈值。
2.根据权利要求1所述的暂态电击下人体感应电测试方法，其特征在于：所述横向钢管的立柱高度为1m，拱顶对地高度为4m，拱顶与拱足中点对地高度为3m，拱足间距为12m，每两根横向钢管间距为1m，拱顶位于双回线路的下相导线(2)的弧垂最低点下方，距离边相导线8m。
3.根据权利要求1所述的暂态电击下人体感应电测试方法，其特征在于：所述横向钢管和径向钢管由80mm×80mm钢管制成。
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