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摘要：本文从夜间带电作业抢修角度出发，了解了在夜间抢修作业时作业人员对现场照明的感知，针对普通照明设备的弊端，利用现有成熟技术研制新的带电作业专用的便捷式绝缘照明装置。
关键词：带电作业 绝缘 LED光源
一.引言
随着社会的发展人们生活水平的提高，人们对用电的须求也越来越高，供电设备的维护、检修与用户的须求是一组不可调和的矛盾；为解决这一矛盾，供电公司大力发展带电作业技术。
带电作业技术对人员的要求更加苛刻，不但要求作业人员精湛的技艺，还要求作业人员有良好的心理素质，和作业风险的防范能力；在带电作业中也有这样的说法：完成一项带电作业项目，一半靠精湛的技艺，一半靠作业危险防护。因此带电作业人员的视野和视角在带电作业工作中尤为重要，特别在夜间带电抢修作业时。
二.带电作业夜间抢修照明须求分析
2.1夜间带电作业抢修环境
目前大多夜间抢修发生在市区，人口密集区，抢修地点通常在市政道路的两侧，道路两侧有着较高的树木，带电用绝缘斗臂车须穿越树木后进行带电作业。
2.2夜间带电作业抢修照明情况
目前带电作业夜间抢修通常使用：落地式移动照明装置，分布在绝缘斗臂车的周围；手提移动式照明装置，在带电作业中使用非常不方便，头灯因为其材料问题缩短了带电体与人的安全距离禁止使用。
2.3作业人员的感受
（1）落地式移动照明设备太重，有20KG左右，搬运困难。
（2）落地式移动照明设备照射的角度比较难选择，放置在侧面，因树木等遮挡，眼前只有零星的视线；如果移动照明设备放置在正前方，作业人员有强烈的反光感，照成作业人员眼花，头脑晕眩。
（3）落地式移动照明设备的光很刺眼，灯光不稳定，有时频闪。
（4）手提移动式照明设备，在斗内作业人员使用非常不方便，频繁换工具，作业点照明忽暗忽亮，作业人员非常难受。
（5）移动照明设备的续航能力不够，通常一次作业须要两台移动照明设备交替使用。
（6）作业时间久了，光线感觉不适应，很难受。
（7）头灯等体积小，使用方便的照明设备因会缩短带电体与人体的安全距离而不能使用。
三、设计理念和设计思想
3.1发光源选择
目前半导体照明技术日异月新，半导体照明以寿命长、节能、绿色环保等显著优点，目前已被广泛应用于工业设备、仪器仪表、交通信号灯、汽车、背光源以及各种照明等方面，其特点非常符合带电作业的须求，将发光源方向定向在半导体发光源及LED光源。
3.1.1 LED 发出白光的方法[1]
LED 能发出从紫外到红外不同颜色的光，光的强弱与电流有关。对于照明来说，人们更需要的是白色的光源，白光是多种颜色混合而成的光，目前实现白光LED 的技术大抵可分为三种：一是用InG aN 蓝色LED 激发钇铝石（ YA G）荧光粉或其它荧光粉；二是利用三基色（ R G B ，即红光、绿光、蓝光）原理将红、绿、蓝三种高亮度LED 混合成白光；三是用紫外光LED 激发三基色荧光粉或其它荧光粉，产生多色光混合成白光。三种技术均已实现产业化，其结构也从单芯片到多芯片不等。[1]
3.1.2LED光源特点
(1)发光效率高。白炽灯、卤钨灯的光效为12 ～ 24lm /W, 荧光灯的光效为50 ～ 70 lm /W, 钠灯的光效为90 ～ 140 lm /W, 大部分的耗电变成热量损耗。LED的光效经改良后可达到50 ～ 200 lm /W,而且光的单色性好、光谱窄, 无需过滤可直接发出有色可见光。目前, 世界各国均加紧提高LED光效的研究, 在不远的将来其发光效率将有更大的提高。
(2)节能, 耗电量少。在同样的照明效果下,LED的耗电量是白炽灯泡的八分之一, 荧光灯管的二分之一。
(3)使用寿命长。LED灯体积小、重量轻, 用环氧树脂封装, 可承受高强度机械冲击和震动, 不易破碎。LED的平均寿命达10 万小时, 是普通灯管的数十倍。LED灯具的使用寿命可达5 ～ 10 年。
(4)安全环保。LED为全固态发光体, 耐震、耐冲击不易破碎, 发热量低, 无热辐射, 是冷光源, 不含汞、钠元素等可能危害健康的物质, 废弃物可回收,没有污染。
(5)开关时间短。响应时间最低可达到1 微秒, 一般为几个毫秒(现用的光源响应时间200 毫秒)。
3.1.3人对光的感知和疲劳度的关系
人对不同种光有着不同的感觉，同时在不同光线和光源的感觉是不一样的，有学者对此做出详细的实验，得出相关结论，在此引用文献[3]试验结论：环境亮度的提高有助于提高人员视觉敏感度，降低疲劳感，而高色温白光LED 比低色温白光LED 和高压钠灯具有更好的疲劳缓解效果。
3.1.4光源的确定
综上所诉结合前3方面的考虑，将便捷式绝缘照明装置的光源确定为三芯片封装（红绿蓝三基色）LED光源。其安全可靠和对人的疲劳度影响少而优选。
3.2LED自由曲面透镜设计
带电作业对光的集中度没有特殊要求，对光分布只要求均匀，采用均匀自由面设计，其设计计算过程引用[4]
3.3外部结构和散热绝缘设计
3.3.1结构设计思路
落地式的移动照明装置虽然在抢修现场的照明范围很广，但是由于落地式照明装置在夜间抢修中的环境等客观因素限制了其照明效果，在工作点能接收到的照明效果欠佳；手提式移动照明工具使用起来非常不方便，因此设计人员放弃原有落地式照明装置和手提式两种设计思路，另辟蹊径：悬挂设计或简易固定设计。
新照明装置悬挂在导线上或简易固定在横担上，照明装置的全部光源均为有效光源，而且不受环境树木的影响，能给作业点的作业人员充足的照明；由于作业点离光源很近，对光功率要求就低了很多，因此可以将新照明装置设计的比较小巧。
新的思路同样存在须要克服的技术问题，带电作业通常在城区10KV运行线路上作业，将照明装置悬挂在带电导线上，照明装置应符合带电辅助绝缘工器具的试验要求，及交流耐压20KV持续1min且,在试验时无电晕发生、无闪络、无击穿、无明显发热为合格。
3.3.结构设计
新照明装置的结构大体可以分为三个部分，最内层的灯具主体部分、固定和悬挂部分、最外层的主绝缘部分。
主体部分为180°泛光设计，发光体由环氧树脂制作的灯管360°环绕，180°用作为透光面，为照明装置的主要透光区；背面180°添加硬度材料，提高灯管的背面的机械强度；电路等设计与其他普通照明装置没有区别，在此从略。
固定部分主要由两部分组成：第一是固定在导线上的装置，第二部分时安装在横担上的简易固定装置。目前通过一种特殊材料制作的绝缘夹钳安装在照明装置的尾部来实现，将照明装置悬吊在导线上；同时对绝缘夹钳做了技术要求，要求5级风的情况下（风速10米/S），绝缘夹钳与导线的连接不应有移位、松动、甚至脱落的情况；目前通过给将照明装置的背部添加高强度永磁材料，安装时只须要将照明装置放置在在线路主横担上来实现简易安装。同时对使用的永磁材料做了技术要求，5级风的情况下（风速10米/S）要求将照明灯具倒挂在横担上，要求照明装置10小时内无脱落的现象。
外部主绝缘部分，外部主绝缘采用已经在带电作业中广泛应用的环氧树脂，其耐压要求已经达到交流耐压20KV持续1min且直流耐压30KV持续1min,在试验时无电晕发生、无闪络、无击穿、无明显发热的标准。外部主绝缘部分，采用一体浇筑式方法制作，与照明装置的主体部分无缝紧密连接，使其达到良好的绝缘效果。
3.3.2散热和绝缘配合设计
便捷式绝缘照明装置设计尺寸长度208 mm，直径32 mm；照明装置100%绝缘包裹，灯管采用绝缘透明材料，其绝缘的主要目的是：在任何情况下，不应使用照明工具而引起相间安全距离以及带电体与接地体的安全距离的缩短。
由于便捷式绝缘照明装置使用了大量的绝缘材料，其密封性能较高，随之而来的是散热问题，由于绝缘和散热本身是一组矛盾，而LED的功率一般只有5W，功率较低热量较小，从而设计师考虑只要将LED的发光体的热量传到至照明装置的其他部位，就不会引起LED的损坏即可。因此在内部主体设计时，就考虑将LED的发光体与各部分做散热连接，使热量均匀的散部在主体的外表面，然后与通过绝缘部分与外界进行热交换，从而保证LED工作时不因散热问题而烧坏。
3.3.3电脑3D建模
将设计好的便捷式绝缘照明装置在电脑中利用Rhinoceros软件进行建模。
3.4便捷式绝缘照明装置的各参数
便捷式绝缘照明装置设计尺寸长度208 mm、直径32 mm、重260g；其额定工作电压3.7V，配置额定容量为2000mAh的锂电池；按泛光模式下，强光功率为5W，连续放电时间为10h;循环使用次数为1000次。
3.5便捷式绝缘照明装置优点
（1）简单节能：光源采用原装进口大功率LED，能耗低，效率高。功率：5W。
（2）强磁吸座：采用超强磁吸，固定性更好。
（3）无极调光：可以调节不同的光线强度适应任何光线环境。
（4）绿色养生：无污染、紫外线、红外线和热辐射。
（5）保健护眼：采用低压恒流电源，无频闪，无眩光，照射面积广，亮度均匀，视觉效果好。真正做到了发光柔和、平稳、连续，接近自然光，是真正的理想光源。
（6）经久耐用：LED灯的寿命长达50000小时。
（7）效能优势：
①独立电池不需要外接电源。
②尺寸小巧可以随身携带，还可以当做警示灯。
③采用通用式USB充电插孔，让您外出更方便。
④绝缘结构，结实耐用。
4.总结
本文通过对带电作业夜间抢修现场照明情况的了解，发现现场照明存在一定的安全缺陷，为此对该情况进行了讨论分析，试制出新式便捷式绝缘照明装置，为夜间带电抢修提供了可靠的照明，为用户可靠用电保驾护航，为今后带电作业设备的研制提供了宝贵的思路和可借鉴的素材。
参考文献
[1]方志烈，发光二极管材料与器件的历史、现状和展望，物理学和高新技术，32 卷（ 2003 年）5 期：295~301.
[2]王晓明等：LED———新一代照明光源.
[3]公路隧道照明光源对疲劳度的影响.杨勇.
( 交通运输部公路科学研究院; 国家交通安全设施质量监督检验中心，北京100088).
[4]实现LED 照明的自由曲面透镜设计 丁毅、郑臻荣 、顾培夫.
(浙江大学信息科学与工程学院光电工程系现代光学仪器国家重点实验室, 杭州310027).
作者简介：
汤永根（1983-），男，浙江丽水人，国网浙江丽水市莲都供电公司技师、工程师，长期从事配网运行、检修、带电作业等研究工作。
论文作者:杨劭炜,汤永根,徐欧珺
论文发表刊物:《电力设备》2016年第18期
论文发表时间:2016/11/30
标签：作业论文; 装置论文; 光源论文; 照明设备论文; 夜间论文; 便捷论文; 人员论文; 《电力设备》2016年第18期论文;