研制一种可控角度的绝缘安全门卡

摘要：针对计量表箱柜门容易因外力的施加引发晃动，甚至自动关闭的问题，研发出一种绝缘安全门卡，具有角度可控、操作简易、便于携带等特点，以实现固定柜门开合角度的目的，进一步保障计量的设备安全和运维的操作安全。

关键词：安全门卡；便携式；绝缘

0   引言

习近平总书记多次对安全生产工作发表重要讲话，深刻论述安全生产红线、安全发展战略等重大理论和实践问题，提出“安全第一，预防为主”的安全生产要求。电力是现代社会不可或缺的基础设施，其安全运行对维护社会秩序和经济秩序的行稳致远至关重要，决定了电力安全在国家安全生产工作的基础性地位。计量运维关系着电力供应的稳定性和可靠性，是电力安全的重要组成部分。计量柜是日常运维的电能计量装置之一，柜箱的现场状态直接影响着运维工作的效率和质量。

1   背景技术

计量柜是一种专门用于安装电度表、电能表、电压表、电流表、互感器等电力测量元件的电缆室或机柜，用于开合、控制和保护电力设备。作业人员装拆或检修电力设备时，需要实施开关柜门的操作。现有的计量柜柜门多是简单通过铰链与柜体连接，缺乏支撑构件。运维人员在作业时是站立或蹲在柜门和柜体之间，而受风力、障碍物撞击或人为施加外力等客观或主观因素的影响，开启的柜门持续由外向柜体方向移动，柜门呈现逐渐闭合的趋势，从而引发一系列的痛点难点问题。

痛点难点如下：（1）柜门无法固定，在移动过程中容易夹伤作业人员的手部或撞伤头部、背部等身体部位，带来不可忽视的人身安全隐患；（2）计量柜门上通常安装有用于电力测量的仪器仪表，且均是带电运行，在柜门无法固定的情况下，作业人员为躲避移动的柜门或被意外撞击时可能误碰误触柜门的带电部位，轻则阻碍仪器仪表正常运行或设备受损，导致电能计量不稳定不准确、电力供应中断等，重则产生电弧或电火花，发生人体触电或爆炸的伤亡事故；（3）为避免柜门在作业过程中随意开合，监护人员需要全程手扶柜门，分散了监督作业人员活动状态以及管控作业现场的注意力，可能错过制止违章作业或提示作业风险的机会，既造成人力运维成本的不必要浪费，又可能引发监护不到位、监护失职。因此，本文将以上述的技术问题为导向，展开对柜门固定装置的研发探索。

2   便携式绝缘安全门卡的研制

现有的技术主要聚焦于两方面克服作业中的柜门开合问题，一是改造电气柜本体。在满足电气柜设计、制作标准的前提下增加配置，在柜体与柜门之间的衔接处安装固定的支架或调节器。二是利用现场环境，在电气柜外部寻找附件可固定的点，使用绝缘胶带或绳状物体将该固定点与柜门相连。两种技术方案均有值得肯定的地方，但有各自无法克服的缺陷。第一种方案看似能够从根本上解决柜门的开合问题，但综合实际情况看，电气柜的生产技术指标要符合规范及设计要求并按照规定的产品执行标准来生产，样品生产后需待相关单位验收通过才能全面批量生产。在柜门和柜体链接处安装固定装置虽仅仅是微小的变动，但涉及改变电气柜的内部结构，在一定程度上使得验收标准的同步改变，这种改变能否得到相关部门的认可尚待商榷。另外，在电气柜中安装固定装置，势必会令设计图纸、生产环节等发生相应的变动，成本的增加是必然的。第二种方案受到现场环境以及现有工器具的限制。因作业现场存在条件差异，现场无法找到有效的固定端，即便能够连接好也存在固定不牢甚至断裂的风险；若现场缺少符合条件的用作连接的工具，该种方案也无法落地。

总体来说，前述两种方案的实用性、操作性不强，未能契合现场作业的需求。本文结合以上两种方案的优缺点，设计了一种便携式的绝缘安全门卡，能够在不改变计量柜的内部结构且不受限于现场作业环境的情况下有效阻止柜门的摆动。

2.1设计要求

绝缘安全门卡的设计重点考虑以下三点：

（1）绝缘性。计量柜门不带电是电气柜的基本安全设计原则，旨在保护作业人员免受电击和其他电气危害。但在非正常情况下，例如漏电，柜体内或柜门上电气设备的电流可能传导至计量柜，间接传导至固定柜门的门卡，令门卡成为带电部位，致使门卡安装或取下的操作存在安全风险，因而门卡的首要特征应是具备绝缘性。

（2）稳定性。柜门是由金属材料制作，具有相当的重量。安装安全门卡后产生的阻力须达到阻止柜门向柜体方向移动，令柜门与柜体之间形成某个角度且能够长时间保持不变，门卡应满足抗冲击性强、硬度高的设计要求。简而言之，安全门卡具备稳定性是能够固定柜门的关键所在。

（3）灵活性。本文设计的是便携式安全门卡，便于携带的特质决定了该门卡的体积要适中，能够存放于工具箱或工具袋之中；鉴于作业时间有限，安全门卡应操作简易便捷，避免作业人员在安装过程花费过长时间，反而使运维工作无法按时完成。此外，不同种类的计量柜尺寸不尽相同，为最大限度地增加门卡的实用性，安全门卡应灵活地适用于不同尺寸的柜门。

2.2 设计原理

柜体和柜门之间由铰链连接，铰链内部通常包含一个或多个弹簧，利用该弹簧实现柜门的开关。当柜门处于打开状态，弹簧被拉伸，储存了弹性能量，要关闭柜门时，弹簧释放储存的能量，产生一个向内的推力；柜门关闭，弹簧被压缩，存储弹性能量，当柜门打开时，弹簧释放储存的弹性能量，产生一个向外的推力，使得柜门被推开。风吹或障碍物推动柜门之所以能够使柜门产生向柜体方向关闭的趋势，是由于此时对柜门产生向柜体方向的压力，该压力大于门铰弹簧释放弹性势能所产生向外的推力，从而导致柜门向柜体方向移动。若要有效阻止柜门关闭，则需要对柜门额外施加向外的压力，辅助铰链的弹簧共同抵抗此时柜门向柜体方向的压力，使内外达到受力平衡，柜门保持开启且静止状态。

本文先预设安全门卡安装于柜门、铰链、柜体之间，再进一步设计门卡的形状、结构。为使门卡长时间稳定放置于预设的安装位置，保持不倾斜、不变形，从材料力学、建筑学和工程学的角度出发，在三角形的框架内搭建门卡的模型最为稳妥。在以上三种学科的实践应用中，三角形是常见的结构形式。三角形的稳定性来源于内部各元素之间的相互关系，在承受重立和外部负载的情况下，不论施加多大的力，三角形都是力的平衡体，能够有效分散和传递力量，避免结构弯曲、扭曲或变形。

2.3 绝缘安全门卡的结构设计

利用以上原理，本文提出两种技术方案如下：

方案一：磁吸支撑杆 由十字圆头螺丝、两条带有磁铁片的支撑杆构成。两条支撑杆的一端各打上螺丝孔，以孔为正三角的顶点，两条支撑杆上下叠放，把螺丝先拧入孔中；利用两端都带有磁铁的支撑杆，通过磁铁的吸力将支撑杆没有打孔的两端呈正三角的架构吸附在柜门和柜体上，待确定好正三角顶角的角度后，拧紧螺丝，从而达到在柜门内侧固定柜门的目标。

方案二：便携式安全门卡 初级版：结构由旋转挂钩、空心的塑料三棱柱两部分构成，把挂钩简便地挂在柜门和柜体的铰链处，通过塑料三棱柱块阻止柜门关闭。

升级版：由金属钩环、绝缘板及伸缩杆三部分组成，金属扣环和伸缩杆外部用绝缘胶带缠绕包裹实现绝缘保护的作用。金属钩环为中轴，两块大小、厚度相同的绝缘板通过隐形铰链相连，绝缘板拼接后的底座呈三角形；两条伸缩杆用螺栓连接的方式横着固定在绝缘板内侧，随着柜门开启的角度，支撑、调节及控制两块绝缘板之间的夹角。

对比方案一和方案二，方案一磁吸支撑杆制作简单，但在现场操作相对繁琐，操作三个步骤才能使支撑杆撑起柜门，况且加入的磁吸原理无法应用至塑料、不锈钢表箱上，适用范围狭窄，实用性低。方案二便携式绝缘安全门卡相较操作简便，挂钩式的设计使作业人员操作一至两个动作即可完成整个安全门卡的安装或拆卸过程，且通用于不同材料制成的计量柜。初级版和升级版安全门卡最大的差异在材料的选用方面。初级版由塑料整体制成，成本极低，电绝缘性优良，采购方便，但塑料的重量轻，可靠性低，在实际应用中无法产生与趋向关闭的柜门抗衡的压力，容易受到柜门与柜体的挤压而掉落；耐用性差，机械强度低，在长时间的使用中遭受磨损，使用寿命短，实施效果得不到保障。

升级版的便携式安全门卡由金属和绝缘板制作而成。金属、绝缘板比塑料重、硬度高，耐用性、抗压性强，再加上裸露的金属部位缠裹上绝缘胶带能提供绝缘保护层，确保作业人员使用的安全性和可靠性。金属钩环设有弹簧卡扣，用作控制钩环的开合，弹开卡扣令钩环向外侧打开，方便作业人员把绝缘安全门卡钩挂在柜门和柜体的铰链上；弹上卡扣，闭合钩环，起到防止安全门卡掉落、倾斜歪倒的作用。伸缩杆的设计灵活地调节绝缘板之间的夹角，有便于作业人员根据实际需求调整、固定柜门开启的角度。

综上所述，最后确定升级版的便携式绝缘安全门卡为解决柜门固定问题的最佳方案。

3具体实施方式

作业人员在计量运维过程中使用便携式绝缘安全门卡的标准化流程如下：

（1）检查绝缘安全门卡的绝缘保护层是否有破损、裂纹、脱落。

（2）经检查，安全门卡绝缘良好且无金属裸露后，弹开金属钩环的卡扣，打开钩环的一端，调整钩环至合适位置。

（3）将绝缘安全门卡通过金属钩环挂在柜门和柜体之间的铰链。

（4）走到柜门的背面，沿着铰链的方向弹上卡扣，关闭钩环。

（5）根据柜门开启的角度调整伸缩杆的长度，限定绝缘板的夹角。

（6）工作结束后，弹开金属钩环，取下绝缘安全门卡。

通过以上简洁明了的步骤，可以顺利进行便携式绝缘安全门卡的安装和拆卸。鉴于便携式安全门卡具有由金属制成的部分，操作过程中存在触电、电弧灼伤等风险，在实施以上步骤的操作前，要保证作业人员已接受相关的安全教育培训，并且已佩戴合适的防护装备和做好安全措施确保个人人身安全。

本文研制的便携式安全门卡解决了当前作业现场遇到的柜门晃动的风险，保障了计量设备和运维人员的人身安全和作业安全，确保计量装置准确运行，提高供电可靠性。经现场作业的初步应用验证，使用便携式绝缘安全门卡固定柜门后，作业人员避免了因柜门意外移动或摆动引致的不必要操作，将平均作业时间由原来的30分钟缩减至现在的27.6分钟，按每年约1500项的作业数量计算，运维成本大幅下降。

4  结束语

本文研制的便携式绝缘安全门卡及同步设计的标准化操作流程简单便捷，解决了柜门无法固定，甚至受外力影响意外关闭的难题，规避因柜门晃动带来的各种现场作业风险，最终成果能推广应用至绝大部分的户外计量柜、变电站屏柜、日常各类办公或生活用柜。秉承着“一切事故都可以预防”的安全观，通过对工器具改造创新的举措，减少了现场运维的时间，有效节省客户的时间成本，提升客户服务满意度，全面体现了服务型企业“为客户创作价值”的服务理念。

[参考文献]

[1]王思谨，刘晓岑，王周宏.一种柜门外开关柜内部检查技术[J].电力系统装备.2020（01）.

[2]陈德，连亦芳，丁梁.中置式开关柜柜门互闭锁装置 [J].农村电气化.2015（12）.

[3]桑庆华.试井专用井口闸门开关限制器的研制.中国新技术新产品.2009（08）.

[4]一种用于开关柜的柜门调节器[P].中国专利; CN109610960A. 2019-04-12.

[5]一种简易的表计固定支架[P].中国专利：CN217634696U. 2022-10-21.

[6]一种更换电能表时开关柜门开合支架[P].中国专利： CN115864166A. 2023-03-28.

[7]作者简介：黄颖君（1998.04-），女，广东江门，研究方向：电能计量运维方面。