絕緣工作斗室外溫控系統(tǒng)設(shè)計

姚沛全

（廣州南方電安科技有限公司，廣東 廣州511493）

1 引言

每年夏季，中國大部分地區(qū)都會出現(xiàn)高溫天氣。在高溫天氣下如果作業(yè)人員長時間在戶外工作，則會出現(xiàn)體溫調(diào)節(jié)機(jī)制障礙，體內(nèi)熱蓄積，導(dǎo)致中暑等病癥出現(xiàn)[1]。對此國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局、衛(wèi)生部、人力資源和社會保障部、中華全國總工會聯(lián)合制定了《防暑降溫措施管理辦法》，規(guī)定日最高氣溫達(dá)到40 ℃以上時，企業(yè)應(yīng)停止當(dāng)日室外露天作業(yè)。

但每年的夏季都是中國城鄉(xiāng)居民用電的高峰期，也是供電線網(wǎng)故障的多發(fā)期，一旦供電線網(wǎng)發(fā)生故障，電力維修作業(yè)人員就必須在高溫天氣下，穿戴絕緣披肩和絕緣手套在絕緣工作斗上進(jìn)行作業(yè)。此時，作業(yè)人員會大量出汗、生理機(jī)能下降等，導(dǎo)致作業(yè)效率和專業(yè)判斷力降低，更為嚴(yán)重者會出現(xiàn)頭暈、惡心、心悸乏力等中暑現(xiàn)象。如果得不到及時救護(hù)，有可能導(dǎo)致猝死。因此，高溫天氣給帶電作業(yè)人員帶來了巨大考驗，急需有效的防暑手段。

對此，本文針對高溫天氣下的帶電作業(yè)問題，以空調(diào)制冷相關(guān)理論作為基礎(chǔ)，設(shè)計了一套可以隨絕緣斗臂車移動的絕緣工作斗溫控系統(tǒng)[2-6]。該系統(tǒng)主要包括電源模塊、控制模塊、制冷模塊和風(fēng)機(jī)模塊，其核心是控制風(fēng)機(jī)和制冷模塊使絕緣斗工作區(qū)間內(nèi)作業(yè)人員的體感溫度處于25～30 ℃之間，有效防止由于高溫所引起的各種健康問題，為電力維護(hù)維修人員的作業(yè)帶來了安全保障。

2 溫控系統(tǒng)功能要求

為了保證作業(yè)人員在戶外作業(yè)過程中不會出現(xiàn)中暑等問題，需要設(shè)計一套溫控系統(tǒng)調(diào)節(jié)作業(yè)區(qū)域內(nèi)的環(huán)境溫度，使作業(yè)人員能在一個比較舒適的體感溫度下進(jìn)行作業(yè)。同時由于帶電作業(yè)的特殊性，對作業(yè)人員體感溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)的過程中還要保證作業(yè)人員身上的絕緣防護(hù)服、絕緣手套和工具都保持干燥良好的狀態(tài)。因此，該溫控系統(tǒng)需要實現(xiàn)以下功能：①使作業(yè)人員的體感溫度保持在25～30 ℃，這樣能有效降低人體的體表溫度，減少出汗量，降低中暑的風(fēng)險；②保持絕緣披肩手套、絕緣披肩保持干燥，這樣能延長絕緣工器具的使用壽命，同時，保證作業(yè)過程中這些絕緣工具能滿足絕緣要求；③能耐高壓或與高壓設(shè)備保持1 m 以上的安全距離。

3 現(xiàn)有技術(shù)方案分析

目前在實際生活中，戶外作業(yè)時常用的降溫手段主要有冰袋降溫服和風(fēng)冷降溫服，如圖1 和圖2 所示。以下對這幾種技術(shù)方案的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析。

圖1 冰袋降溫服

圖2 風(fēng)冷降溫服

3.1 冰袋降溫服

降溫原理：將冰袋放在制服里，通過熱交換的方式降低作業(yè)人員的體感溫度。

優(yōu)點(diǎn)：成本低、作業(yè)人員體表溫度下降顯著。

缺點(diǎn)：制作時間長，需要將降溫服放置在冰箱中3 h 以上；不便于長距離運(yùn)輸保溫；續(xù)航時間短，不利于長時間工作；水蒸汽冷凝時可能會使絕緣披肩手套潮濕。

3.2 風(fēng)冷降溫服

降溫原理：體感在背心前后分別安裝了4 個小風(fēng)扇，使空氣在人體體表形成氣流，能使汗水瞬間蒸發(fā)，帶走熱量，降低體溫。

優(yōu)點(diǎn)：成本中等，能使體感溫度降低10 ℃以上；續(xù)航時間長。

缺點(diǎn)：具備電源系統(tǒng)，在作業(yè)過程中會存在一定的安全隱患。

由此可見，現(xiàn)有的冰袋降溫服難以滿足功能要求的第2點(diǎn)；而風(fēng)冷降溫服則難以滿足功能要求的第3 點(diǎn)。因此，目前仍缺乏安全可靠的降溫技術(shù)，來解決高溫天氣下戶外帶電作業(yè)時的防暑降溫問題。

4 絕緣斗溫控系統(tǒng)設(shè)計

4.1 絕緣溫控系統(tǒng)總體設(shè)計

本文所設(shè)計的絕緣斗溫控系統(tǒng)如圖3 所示，包括電源模塊、控制模塊、制冷模塊和風(fēng)機(jī)模塊。

圖3 絕緣斗溫控系統(tǒng)示意圖

電源模塊，主要為溫控系統(tǒng)提供可靠的電能。本文考慮到溫控系統(tǒng)的工作環(huán)境，選用額定電壓為48 V 的鋰電池組作為電源模塊的主要部件，并在輸出端加上過流保護(hù)部件，防止電流過大燒壞溫控系統(tǒng)的電氣部件。

控制模塊，主要采集溫控系統(tǒng)工作區(qū)域內(nèi)的環(huán)境信息、計算控制參數(shù)和控制風(fēng)機(jī)、制冷模塊工作。在本文中控制模塊的核心為可編程控制器，環(huán)境信息采集主要通過溫度傳感器、風(fēng)速傳感器和濕度傳感器。

制冷模塊，主要對吸入制冷室內(nèi)的空氣進(jìn)行冷卻。其組成與一般空調(diào)機(jī)類似，包括直流變頻壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器、膨脹閥和管路等。

風(fēng)機(jī)模塊，主要將制冷室內(nèi)的冷空氣送到絕緣斗工作區(qū)，其組成包括直流電機(jī)、扇葉、送風(fēng)管道以及電壓調(diào)節(jié)模塊等。

4.2 控制參數(shù)計算方法

25 ℃是人體感受到的比較舒適的體感溫度，當(dāng)體感溫度達(dá)到30 ℃時，就會有悶熱的感覺。因此，本系統(tǒng)的控制目標(biāo)是使作業(yè)人員的體感溫度保持在25～30 ℃。

根據(jù)體感溫度計算公式可知，當(dāng)氣溫為T、風(fēng)速為V、相對濕度為RH 時，人體的體感溫度為：

由式（1）可知，要使體感溫度保持在25～30 ℃之間，關(guān)鍵是要調(diào)節(jié)本溫控系統(tǒng)風(fēng)機(jī)模塊的輸出風(fēng)速和制冷模塊輸出的冷空氣溫度。

對于風(fēng)機(jī)模塊的性能參數(shù)，考慮到人體舒適感上限的風(fēng)速在3.3 m/s 左右（輕風(fēng)的風(fēng)速），因此，風(fēng)速輸出范圍定在0～3.3 m/s。

假定需要降溫的區(qū)間為作業(yè)人員的上半身和頭部（直徑約為0.5 m 的圓），則風(fēng)機(jī)模塊最大排風(fēng)量為2 331 m3/h。

對于制冷模塊的性能參數(shù)，假定風(fēng)速為3 m/s，進(jìn)風(fēng)干球溫度為37 ℃，相對濕度為80%，則根據(jù)式（1）可知制冷模塊輸出溫度為28 ℃時，能保證體感溫度在25～30 ℃之間。此時，制冷模塊的制冷量效率為3.3 kW/h。

5 結(jié)語

本文針對電力維護(hù)維修人員戶外作業(yè)過程中的防暑降溫問題，設(shè)計了一種溫控系統(tǒng)。通過本文可知，該系統(tǒng)符合行業(yè)的需求，能保證作業(yè)人員的體感溫度在30 ℃以下，但本文只對系統(tǒng)的總體功能模塊進(jìn)行了介紹，以及對核心功能模塊的性能參數(shù)進(jìn)行理論計算。因此，下一步還需要在實際中對系統(tǒng)的性能參數(shù)進(jìn)行測試，驗證其是否真正能保障絕緣斗臂車上作業(yè)人員躲避高溫酷暑。