автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.01, диссертация на тему:Повышение безопасности работников, обслуживающих сельские электроустановки, путем совершенствования их средств защиты

ч

'О

V

ik4

О'

' \ о. h,

' « 'Х'О Ч/

О; ^

I

XI

s

i

СУ

см

чу'

ÇV

ь.

• у э уУ^ ¥0 ^

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

на правах рукописи

МАРКАРЯНЦ ЛАРИСА МЕЖЛУМОВНА

Повышение безопасности работников, обслуживающих сельские электроустановки^путем совершенствования их средств защиты

Специальность - 05.26.01. Охрана труда

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель - заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор технических наук, академик В.С.ШКРАБАК Научный консультант - кандидат технических наук,

доцент Е.Г ЛУМИСТЕ

Санкт - Петербург - Пушкин, 1999

Содержание

стр.

Введение.................................................................................4

Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследований.........................8

1.1 Анализ электротравматизма в сельском хозяйстве.....................8

1.2 Причины электротравматизма в сельском хозяйстве...................23

1.3 Применяемые принципы, методы и средства для

/

снижения электротравматизма при эксплуатации

сельских электроустановок..................................................28

1.3.1 Факторы, влияющие на исход электропоражения....................30

1.3.2 Обзор защитных мер по электробезопасности........................39

1.3.3 Материалы патентных исследований...................................49

1.4 Выводы. Цель и задачи исследования.....................................60

Глава 2. Теоретические исследования.............................................62

2.1 Прогнозирование электротравматизма при эксплуатации сельских электроустановок.................................................62

2.2 Анализ системы человек - электроустановка - среда

с точки зрения электробезопасности....................................69

2.2.1. Электрические свойства тканей и клеток..............................72

2.2.2. Действия электрического тока на живой организм..................86

2.3 Теоретический анализ биомашинных систем в электрифицированном животноводстве.................................88

2.4 Теоретические исследования защиты изоляции электро-

установок.....................................................................93

2.5 Выводы........................................................................106

Глава 3. Программа и методика экспериментальных

исследований.,...............................................................108

3.1 Программа экспериментальных исследований........................108

3.2 Методика анализа состояния вопроса...................................110

3.2.1 Частная методика анализа электротравматизма в

сельском хозяйстве и его причин......................................110

3.2.2 Частная методика анализа эффективности известных методов и средств для снижения электротравматизма

и факторов, влияющих на исход электропоражения................111

3.2.3 Частная методика обзора электрозащитных мер и

патентных исследований.................................................112

3.3 Методика теоретических исследований.................................113

3.3.1 Частная методика прогнозирования электротравматизма и анализа системы человек - электроустановка -

среда с точки зрения электробезопасности..........................113

3.3.2 Частная методика теоретического анализа биомашинных систем в электрифицированном животноводстве.............115

3.4 Методика исследования устройства защиты электроустановок............................................................116

3.5 Экспериментальное устройство защитного отключения, контрольно-измерительные приборы и погрешность

измерений......................................................................117

3.6 Методика обработки экспериментальных данных.....................122

3.7 Выводы.........................................................................123

Глава 4. Результаты экспериментальных исследований.....................125

4.1 Схема и принцип действия разработанного устройства

для повышения электробезопасности..................................125

4.2 Результаты лабораторных испытаний разработанного устройства для повышения электробезопасности....................131

4.3 Результаты производственных испытаний разработанного

устройства для повышения электробезопасности...................144

4.4 Выводы........................................................................153

Глава 5. Внедрение. Технико-экономическая эффективность

применения устройства защиты.......................................154

5.1 Внедрение устройства защитного отключения электроустановок для повышения электробезопасности...........154

5.2 Технико-экономическая эффективность...............................154

Общие выводы и рекомендации.................................................158

Литература.............................................................................160

Приложение............................................................................172

ВВЕДЕНИЕ

В условиях расширения применения электрической энергии в сельском хозяйстве особое значение приобретают проблемы обеспечения электробезопасности людей и животных. Нарушения в надежности функционирования электроустановок и необеспечение электробезопасности приводят к гибели людей и животных [65,72].

Условия эксплуатации электроустановок в животноводстве значительно сложнее, чем в других отраслях сельского хозяйства. Это обусловлено повышенной влажностью, которая в течение года колеблется в пределах 90%-100%, запыленностью помещений, температурой, изменяющей от -10° до 28° С, наличием содержания паров аммиака, вызывающих преждевременное разрушение электрической изоляции токоведущих частей электрооборудования. Все эти факторы и оказывают свое отрицательное воздействие на электротехнические изделия, снижая их надежность.

Вопросам обеспечения электробезопасности людей посвящено много работ [11,30,31,47,60,73,87,89]. Однако проблемы электробезопасности на сегодняшний день всё еще весьма актуальны.

В решении проблем обеспечения безопасности людей принимают активное участие органы энергонадзора, несколько десятков научно-исследовательских институтов и конструкторских бюро, различных министерств и ведомств, а также учебные заведения.

Развитие работ по обеспечению электробезопасности людей идет с учетом накопленного в мире опыта, как в области научных исследований, так и в прикладном плане - совершенствовании способов и средств защиты, разработки руководящих, нормативных и инструктивных документов [11]. Все это должно привести к определенным положительным сдвигам. Вместе с тем эти меры сами по себе не могут быть эффективными, если оставить без внимания электропривод и в особенности электродвигатели, как важнейшее звено по преобразованию электрической энергии в механическую.

По статистическим данным в сельском хозяйстве эксплуатируется свыше 20% всех выпускаемых асинхронных электродвигателей мощностью от 0,6 до 100 кВт [3,4,60]. На их долю приходится свыше 70% производственного потребления электроэнергии [60].

Нередки случаи (11%) электротравматизма людей из-за отказа сельских электроустановок по тем или иным причинам [7,8]. Превалирующей среди них является увлажнение изоляции электроустановок, находящихся в животноводческих помещениях с повышенной влажностью окружающей среды, и работающих со значительными перерывами между включениями. Поэтому очевидно, что дальнейший прогресс в сельскохозяйственном производстве не мыслим без повышения эксплуатационной надежности электродвигателей и, тем самым, снижения электротравматизма.

Вопрос с аварийностью электродвигателей стоит очень остро, неблагополучие в работе которых отмечали не только научные, но и общественно политические издания [32,33,36,48,60,73]. Эти проблемы затронуты, но не полностью. По-прежнему, актуальным остается вопрос повышения надежности электроустановок путем разработки более совершенных технических методов и средств безопасной эксплуатации. Прогресс в этой области определяет качество и культура эксплуатации. Особое значение эта проблема приобретает в сельскохозяйственном производстве с его тяжелейшими условиями. Низкие культура и уровень эксплуатации являются причиной электротравматизма людей и аварий электроустановок (24 -28%) [73].

Одной из главных составляющих большой проблемы эксплуатации электроустановок является создание высокоэффективных энергосберегающих способов и средств защиты электроустановок от увлажнения изоляции путём контроля величины сопротивления изоляции в условиях эксплуатации.

В 60-70 годы увлажнение изоляции обмоток являлось причиной отказов более 30% электродвигателей, эксплуатируемых в сельскохозяйственном производстве [6,16,24,25].

Внедрение новых серий электродвигателей с влагостойкими системами

изоляции несколько улучшило положение, однако, уже в начале 80-х годов исследования УНИИИЭСХ отметили повторное увеличение аварий электродвигателей по причине увлажнения изоляции обмоток с 20% до 31.7% [51]. Этому способствовало низкое качество изоляции после ремонтов [34,35,37] и не оправдавшиеся надежды по усиленной влагостойкости электродвигателей новых серий, предназначенных для работы в агрессивной среде сельскохозяйственного производства [106]. Исследования показали, что при влажности воздуха, равной 100% и температуре + 35° С величина сопротивления изоляции электродвигателей падает до критической величины (0,5 мОм) в течении 9-10 суток, а при той же влажности и температуре 0°С - в течении 18-20 суток [51]. Создание обмотки электродвигателя с абсолютной влагостойкостью принципиально недостижимо не только по причине невозможности существования подобных электроматериалов, но и потому, что любой материал, подвергаясь вибрации и термической деструкции, с течением времени стареет и начинает увлажняться. Следовательно, проблема влагозащиты электродвигателей будет актуальна в обозримом будущем, и потребуются эффективные средства для её решения.

Вопросы повышения электробезопасности при эксплуатации сельских электроустановок напрямую связаны с их надежностью и являются актуальными, а, следовательно, требуют специального изучения, что и послужило основанием для выбора темы диссертационной работы. Работа выполняется в соответствии с отраслевой научно-технической программой "Охрана труда" на 1996-2000 гг. (дог. N 29280293 Б от 08.01.93 г.).

Целью исследования является повышение безопасности работников, обслуживающих сельские электроустановки, путем совершенствования их средств защиты.

Научную новизну составляют:

1. Результаты теоретических исследований биомашинных систем в электрифицированном животноводстве.

2. Методология прогнозирования электротравматизма при эксплуатации

сельских электроустановок.

3. Теоретические исследования профилактики электропоражений путем постоянного контроля величин сопротивления изоляции электроустановок и автоматического отключения их в аварийных (критических) ситуациях. ,

Практическая ценность. Ее составляют:

1. Результаты анализа и прогнозирования электротравматизма в сельскохозяйственном производстве.

2. Разработанное устройство для обеспечения электробезопасности людей в сельскохозяйственном производстве. Новизна решений подтверждена заявкой на изобретение устройства защитного отключения электроустановок (приоритет к заявке № 97119679 на патент от 04.12.97г).

3. Опытные образцы предложенного устройства защитного отключения электроустановок, которые внедрены в хозяйствах Брянской области и в учебном процессе БГСХА.

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. Результаты анализа электротравматизма и его прогнозирование;

2. Теоретические исследования, включающие анализ системы человек-электроустановка-среда, анализ биомашинных систем в электрифицированном животноводстве и теоретические исследования защиты изоляции электроустановок;

3. Устройства защитного отключения электроустановок и результаты его экспериментального исследования.

Основные материалы диссертации доложены на научных конференциях СПГАУ, ВНИИОТ и БГСХА в 1995-1999 гг. и нашли отражение в девяти публикациях и автореферате.

Глава 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 1.1 Анализ электротравматизма в сельском хозяйстве

В нашей стране обеспечение безопасных условий труда является общегосударственной задачей. Решение этой задачи неразрывно связано с внедрением безопасной техники, комплексной механизацией, автоматизацией производственных процессов, техническим перевооружением всех отраслей народного хозяйства.

В условиях механизации и электрификации и расширения областей применения электрической энергии особое значение приобретают мероприятия, направленные на снижение травматизма вообще и электротравматизма в частности. Эффективность мероприятий безопасности зависит от того, насколько правильно вскрываются причины несчастных случаев, отсюда вытекает актуальность методических вопросов расследования, учета и анализа травматизма.

Данные по травматизму получены в Департаменте социального развития и охраны труда МСХиП РФ, а также во Всероссийском научно-исследовательском институте охраны труда - ВНИИОТ (г.Орёл).

Динамика летального травматизма в АПК России приведена в таблице 1.1

При общем снижении численности работников в АПК России, значительном уменьшении объема производства сельскохозяйственной продукции в последние годы, кроме 1995 г., отмечалась тенденция к росту Кч, а увеличение Кт наблюдалось с 1990 по 1995 г.г. за исключением 1994 года.

По количеству травм со смертельным исходом на 10 тыс. работающих (Кем) аграрный сектор страны занимает шестое место (2,18) в числе самых травмоопасных отраслей: угольная промышленность - 4,15, рыболовство -4,13, лесная промышленность - 3,10, строительство - 2,64, и промышленность строительных материалов - 2,25.

По данным ВНИИОТ в организациях АПК в 1997 году произошло 1536 несчастных случаев, в результате которых погибло 1575 работников, что на 230 человек меньше, чем в 1996 году.

Каждая третья травма, происшедшая на производстве в России, приходится на агропромышленный комплекс.

Общее сокращение числа случаев летального травматизма произошло за счет значительного сокращения их в Краснодарском и Ставропольском краях (на 23 и 20 погибших по сравнению с 1996 годом соответственно), в Смоленской (на 22), Ульяновской (на 21), Оренбургской (на 18), Кировской (на 10), а Брянской (на 13) областях, а также в ряде других субъектов РФ.

Наряду с сокращением летального травматизма в некоторых областях в отдельных субъектах РФ регистрировался их рост. Наиболее неблагополучными в этом отношении оказались Иркутская, Воронежская, Тюменская, Ростовская, Орловская области, а также некоторые другие субъекты РФ.

Сокращение случаев летального травматизма произошло во всех отраслях агропромышленного производства, за исключением пищевой промышленности, где с 1995 года наблюдается постоянный рост числа случаев смертельного травматизма (в 1997 году погибло на 17 человек больше, чем в 1995 году).

Среди отраслей АПК по летальному травматизму отрасль животноводства занимает одно из первых мест, так как на нее приходится 36% от общего числа травм с летальным исходом (435 человек в 1997 году).

1 V

Динамика основных показателей травматизма в АПК России

РФ и ее субъекты Годы Всего

1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997

Краснодарский край 86 78 112 104 76 104 92 98 93 70 913

Алтайский край 65 74 108 111 108 87 107 65 57 60 842

Ростовская область 67 78 115 101 70 68 111 58 50 57 775

Воронежская область 40 28 99 150 82 80 59 55 47 56 651

Волгоградская область 46 50 66 85 81 75 79 44 46 48 620

Саратовская область 45 51 87 78 67 54 60 37 43 34 557

Красноярский край 60 44 52 66 71 46 43 34 32 39 487

Московская область 43 16 28 46 35 39 49 47 51 48 402

Кировская область 32 84 40 52 56 36 42 41 39 29 401

Брянская область 32 38 52 53 39 49 42 35 32 19 391

Всего по России 1773 1673 2463 2743 2934 2264 2265 1654 1805 1575 20549

В 1995 году коэффициент частоты (Кч) в АПК был в два раза выше, чем в целом по всем отраслям экономики России. Кажущаяся стабилизация отдельных показателей травматизма в 1995 году, объясняется продолжающимся спадом объема производства, неполной занятостью работников, наличием безработицы, пренебрежением отдельных работодателей к социальным гарантиям, положенных пострадавшим от несчастных случаев, участившимся фактам сокрытия наличия травм на производстве от органов статистики и служб государственного, ведомственного и общественного надзора и контроля за состоянием охраны труда.

Распределение числа погибших за 1988-1997 гг. в результате электропоражений по России и по некоторым субъектам федерации, где наибелее высокий уровень электротравм, показано в таблице 1.2. Как видно из таблицы, наибольшее число электропоражений приходится на Краснодарский край - 74 случая. Это составляет 5,76 % от общего числа, а по Брянской области 2,57 % от общего числа. Число электропоражений в 1997 году по Брянской области составило 4 случая, это 4,08 % от общего числа электротравм за 1997 год. Что касается в целом по России, наибольшее количество электропоражений приходится на 1991 год, невзирая на уменьшение численнности работников. Количество травм с летальным исходом за 1997 год в целом по России составляет 7,6 % от общего числа электротравм за рассматриваемый период.

Анализ случаев электротравм с летальным исходом показывает, что он имеет место во всех отраслях сельскохозяйственного производства, однако уровень его различен.

Распределение несчастных случаев с летальным исходом по отраслям сельскохозяйственного прои�