автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.03, диссертация на тему:Снижение электротравматизма на угольных предприятиях в условиях вечной мерзлоты

На правах рукописи

Чепайкина Татьяна Алексеевна

СНИЖЕНИЕ ЭЛЕКТРОТРАВМАТИЗМА НА УГОЛЬНЫХ ПРЕДПРИЯТИЯХ В УСЛОВИЯХ ВЕЧНОЙ МЕРЗЛОТЫ

Специальность 05.26.03 - «Пожарная и промышленная безопасность»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Кемерово 2005

Работа выполнена в Техническом институте (филиале) государственного общеобразовательного учреждения высшего профессионального образования Якутский государственный университет им. М.К. Аммосова

Научный руководитель

доктор технических наук Квагинидзе Валентин Суликоевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Разгильдеев Геннадий Иннокентьевич

канди дат технических наук Гришин Михаил Викторович

Ведущая организация

Открытое акционерное общество Холдинговая компания «Якутуголь»

Защита диссертации состоится «15» сентября 2005 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 222.007.01 при Федеральном государственном унитарном предприятии Научный центр по безопасности работ в угольной промышленности ВостНИИ (НЦ ВостНИИ) по адресу:

650002, г. Кемерово, ул. Институтская, 3, тел. 64-28-95, факс 34-30-95

Электронный адрес НЦ ВостНИИ: У0Бгпп@кетпе1гц

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НЦ ВостНИИ.

Автореферат разослан « » 2005 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета, доктор технических наук

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Согласно статистическим данным, показатели смертельного травматизма в угольной промышленности возросли. Случаи поражения электрическим током занимают второе место. Анализ производственного травматизма, основанный на материалах расследования и учета электротравм на разрезе «Нерюнгринский» с 1996 по 2003 годы показал, что коэффициент частоты уменьшился с 1,55 до 0,9, а коэффициент тяжести увеличился с 18 до 55,6. В настоящее время наблюдается интенсивный рост добычи угля в районах Крайнего Севера. В связи с широким применением электроэнергии при разработке месторождений упш остро встает вопрос обеспечения безопасности электроустановок и бесперебойности электроснабжения. Специфические условия эксплуатации горного электрооборудования в сочетании с экстремальными климатическими и горно-геологическими условиями месторождений в районах Крайнего Севера позволяют считать проблему электробезопасности исключительно актуальной. Эксплуатация горного электрооборудования в условиях отрицательных температур характеризуется низкой работоспособностью и малым сроком службы, что, в свою очередь, требует больших, а зачастую и неоправданных трудовых и материальных затрат на ремонты.

Электробезопасность должна не только учитывать параметры организма человека как обьекта поражения, но главным образом строиться на создании безопасных эксплуатационных и внешних условий, которые исключали бы возможность возникновения электрической цепи через организм человека.

Научные исследования влияния внешних факторов на электробезопасность на разрезах Севера с учетом его особенностей проводились не во всех северных регионах. Существующие методы расчета и контроля заземляющих устройств электрооборудования на угольных предприятиях Севера оказались недостаточно совершенны. Таким образом, при разработке открытых месторождений в северных районах страны с суровыми природно-климатическими условиями требуются особые пути решения проблемы электробезопасности. Решению этих задач посвящается настоящая работа.

Диссертация отражает результаты исследований, выполненных автором в период с 1999 по 2004 годы на горнодобывающем предприятии - разрезе «Нерюнгринский» ОАО ХК «Якутуголь».

РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ . БИБЛИОТЕКА 1

**"......г» •

Целью работы является снижение элекггротравматизма путем уточнения методики расчета заземляющего устройства и обоснование организационно-технических мероприятий по повышению электробезопасности на угольных разрезах Севера.

Идея работы заключается в установлении и использовании зависимостей безопасносш производственного объекта от определяющих его факторов для разработки уточненной методики расчета заземляющего устройства и обоснования организационно-технических мероприятий, повышающих электробезопасность горного электрооборудования.

Задачи исследований:

- исследовать состояние электробезопасносш на горнодобывающих предприятиях Севера;

- разработать уточненную методику расчета заземляющих устройств на угольных предприятиях, расположенных в зоне вечной мерзлоты;

- исследовать влияние внешних факторов на электробезопасность на угольных предприятиях, расположенных в зоне вечной мерзлоты:

- разработать комплекс организационно-технических мероприятий, повышающих электробезопасность на угольных предприятиях, расположенных в зоне вечной мерзлоты.

Методы исследований, использованные в работе:

- метод системного и структурно-функционального анализа;

- методы экспериментальных исследований;

- методы анализа результатов наблюдений с использованием аппарата теории вероятности и математической статистики.

Научные положения, выносимые на защиту:

- критерием электробезопасности на угольных предприятиях в условиях вечной мерзлоты является напряжение прикосновения с учетом его зависимости от удельного сопротивления грунта;

- число отказов в работе электрооборудования зависит от концентрации пыли в воздухе и уровня вибрации;

- предельная длина кабельных линий, обеспечивающая безопасную для человека величину тока замыкания на землю, равна 1К ~ 3,5 км при двухступенчатой системе защиты и /, ~ 2,5 км при трехступенчатой системе защиты.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются:

- достаточным объемом исходной статистической информации;

- сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований с доверительной вероятностью 0,8-0,9, установленных на основе методов теории вероятности и математической статистики;

- положительными результатами внедренного на разрезе «Нерюнгрин-ский» комплекса организационно-технических мероприятий.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- установлен новый критерий электробезопасности, учитывающий влияние природно-климатических факторов, геоэлектрической структуры грунта, величины удельного сопротивления земли;

- разработан новый метод расчета заземляющего устройства для условий Крайнего Севера;

- установлена зависимость электробезопасности на угольных предприятиях Севера от климатических факторов, горнотехнических условий, длины пигающих кабелей, количества подключаемого оборудования;

- разработан комплекс организационно-технических мероприятий, позволяющий повысить электробезопасность на угольных предприятиях Севера.

Личный вклад автора состоит:

- в выявлении основных причин несовершенства расчета сети защитного заземления в условиях Крайнего Севера;

- в разработке уточненной методики расчета сети защитного заземления в условиях Крайнего Севера;

- в определении оптимальной длины питающих кабелей, количества подключаемого горного оборудования, влияющих на электробезопасность на угольных предприятиях Севера;

- в разработке и реализации организационно-технических мероприятий по повышению электробезопасности на разрезе «Нерюнгринский».

Практическая ценность работы состоит в разработке новой методики расчета сети защитного заземления, необходимой для практического использования на угольных разрезах Крайнего Севера, определении оптимальной длины питающих кабелей и количества подключаемого горного оборудования, выявлении зависимостей количества отказов электрооборудования от уровня вибрации и концентрации пыли в воздухе, а также в разработке организационно-

технических мероприятий по повышению электробезопасности на разрезе «Не-рюнгринский» ОАО ХК «Якутуголь».

Реализация выводов и рекомендаций работы заключается в том, что разработанные автором методика расчета сети заземления и комплекс организационно-технических мероприятий по повышению электробезопасности внедрены на разрезе «Нерюнгринский» ОАО ХК «Якутуголь». Отдельные положения диссертационной работы используются в учебном процессе Технического института (филиала) Якутского государственного университета им М.К Ам-мосова при чтении курса лекций по дисциплине «Электроснабжение».

Апробация работы. Основное содержание работы, отдельные ее положения и результаты были доложены и обсуждены: на заседании кафедры «Электропривод и автоматизация промышленных установок» Технического института (филиала) Якутского государственного университета; на научном семинаре Технического института (филиала) Якутского государственного университета; на техническом совете ОАО ХК «Якутуголь»; на Республиканской научно-практической конференции «Пути решения актуальных проблем добычи и переработки полезных ископаемых» (Якутск, 2003 г.); на Всероссийской научно-практической конференции «Безопасность - многоуровневый аспект: превентивные меры и методы» (Пенза, 2003 г.); на Международной научно-практической конференции «Совершенствование управления научно-техническим прогрессом в современных условиях» (Пенза, 2004 г.); на 10-й Международной научно-практической конференции «Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири» (Кемерово, 2004 г.); на Республиканской научно-практической конференции «Пути повышения решения актуальных проблем добычи и переработки полезных ископаемых юга Якутии» (Нерюнгри, 2004 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, трех приложений, изложенных на 154 страницах, содержит 50 рисунков, 5 таблиц и список литературы из 120 наименований.

Основное содержание работы

1. Состояние, цель и задачи исследования

Горнодобывающая промышленность относится к числу тех отраслей индустрии, которые характеризуются высокой энерговооруженностью, насыщенностью разнообразным технологическим оборудованием, обслуживание которых нередко приводит к производственным травмам с тяжелыми последствиями и, в частности, к электротравмам.

Динамика электротравматизма по годам характеризуется непрерывным снижением уровня количества электротравм в год (рис.1), но он все еще высок, т.к. применение высокотехнологичного электрооборудования не сопровождается соответствующим повышением эффективности мероприятий по борьбе с электротравматизмом. В связи с этим большое значение приобретают вопросы безопасной эксплуатации горного электрооборудования.

1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004

Рис. 1. Динамика травматизма в пересчете на миллион тонн добытого угля на разрезе «Нерюнгринский»

Анализ эксплуатации горного оборудования па примере разреза «Нерюнгринский» показывает, что в районах Крайнего Севера имеются свои специфические условия: низкая температура окружающей среды от - 40 до -60°С, мно-голетнемерзлые грунты; высокоомность, неоднородность грунтов и значительные сезонные колебания их проводимости; высокие темпы разработки месторождений; отдаленность техники от ремонтных баз. Техническое обслуживание машин и механизмов и материальная обеспеченность находятся на низком уровне, что продиктовано издержками производства, транспортными рас-

ходами, удаленностью от развитых промышленных районов страны. Горногеологические и климатические условия относятся к экстремальным.

На высокий уровень электротравматизма, с одной стороны, влияют специфические условия функционирования угольного предприятия в условиях Севера, несовершенство применяемого электрооборудования, а с другой стороны, как показывают проведенные статистические исследования, уровень организационно-технических мероприятий и отношение к ним инженерно-технических работников и рабочих горных предприятий.

Анализ существующих работ показал, что вопросы электробезопасности на угольных предприятиях Севера с учетом специфики условий функционирования исследованы недостаточно. Существует необходимость в создании уточненной методики расчета защитного заземления, проведении соответствующих исследований влияния внешних факторов на электробезопасность и создании на их основе комплекса организационно-технических мероприятий, повышающих электробезопасность на угольных предприятиях Севера.

2. Расчет и контроль заземляющих устройств электрооборудования на угольных предприятиях Севера

Основной фактор поражения при электротравмах - электрический ток. В момент поражения электрическим током большое значение имеет не только величина тока, но и множество факторов - это психическое и физическое состояния человека, определяющие его величину сопротивления, длительность воздействия тока, путь прохождения тока через человека, производственные и климатические условия во время поражения, а также схема и напряжение цепи.

Основной мерой защиты от опасности прикосновения к поврежденному оборудованию в сети с изолированной нейтралью является применение защитного заземления. В сети с заземленной нейтралью такой мерой является использование зануления.

Принцип действия защитного заземления состоит в снижении напряжения прикосновения ипр, вызываемого током однофазного замыкания на землю, до допустимых значений по условиям безопасности

ипр=иа,а1а,=а1а1а}1,Я<идт, (1)

где из- напряжение заземлившейся фазы; а, = ——— = 1 - -< 1 - коэффициент

<Рк <Рк

напряжения прикосновения, показывающий во сколько раз потенциал заземли-теля больше потенциала на корпусе относительно земли (зависит от формы по-

тенциалыгой кривой заземлителя); а, = ——---коэффициент напряжения

К +1,5Р„

прикосновения, учитывающий падение напряжения в переходном сопротивлении растеканию тока с ног человека; р„- удельное сопротивление верхнего слоя грунта под ногами человека, Ом м; а3 - коэффициент, учитывающий, что только часть (10-20%) тока однофазного замыкания протекает через заземлитель, а большая часть тока проходит по магистральной сети заземления и через емкость в неповрежденные фазы, минуя заземлитель; 13- ток однофазного замыкания в карьерных электроустановках; Лз - сопротивление заземления карьерных электроустановок.

При однофазном замыкании на корпус электрооборудования ток через тело человека определяется выражением

Я К

I, =ЗифшСа1а2а3-^ = 13а1а2ос3—(2) К, к..

Данная формула (2) является одним из основных выражений для оценки напряжения прикосновения к заземленному корпусу, оказавшемуся под напряжением, и выбора параметров карьерных устройств защитного заземления.

Карьерное заземление, как правило, выполняется общим для электроустановок напряжением до и свыше 1000 В. Сеть заземления состоит из центрального и местных заземляющих устройств.

Сопротивление заземлителя зависит от формы, схемы расположения элементов заземлителя и сопротивления грунта. Значительные сезонные колебания проводимости грунтов районов Крайнего Севера определяют серьезные трудности в проектировании и выполнении заземляющих устройств. Нормальная работа заземлителей в условиях Крайнего Севера нарушается также из-за изменения проводимости грунта вокруг заземлителей во время эксплуатации.

Существуют два подхода к нормированию параметров заземляющих устройств. Первый - это уменьшение величины сопротивления заземляющего устройства, что в районах Крайнего Севера связано с большими затратами, и второй - это обеспечение допустимого значения напряжения прикосновения, а к

величине сопротивления заземлителя не предъявляется вообще никаких требований.

В соответствии с ПУЭ (раздел 1, глава 1.7, ред. 2002 г.) в районах вечной мерзлоты допускается увеличение нормируемого сопротивления защитного заземления в раз, но не более десятикратного, где р - удельное сопротивление земли в наиболее неблагоприятное время года. Однако такой подход к решению этого вопроса не служит отправным моментом для объективной оценки условий электробезопасности в электроустановках Крайнего Севера. Много-летнемерзлые грунты имеют сложный (многослойный) электрический разрез. Если брать за основу верхний слой, то в самое электроопасное время года - с середины мая (переходный период от зимы к лету) значение сопротивления верхнего слоя грунта р(=50-250 Ом м (как в средней полосе России), верхние северные структуры начинают оттаивать, нижние еще находятся в мерзлом состоянии и искусственная и естественная заземляющие сети в работу вступают не полностью. Если же при выборе брать за основу удельную проводимость подстилающих слоев, тогда не учитывается ухудшение электробезопасности из-за оттаивания верхних слоев. На температурный режим верхних слоев мерзлых фунтов влияет не только сезон, но и производственная деятельность человека: загрязнение поверхности снега приводит к более раннему оттаиванию верхнего слоя фунта. Если заземлители укладывать на небольшую глубину (до 0,5 м), то сопротивление верхнего слоя грунта весной отличается от зимнего в несколько раз.

Согласно ПУЭ, в сетях напряжением до и выше 10ОО Вис малыми токами замыкания на землю (которые имеют распространение в районах Крайнего Севера) без компенсации емкостных токов сопротивление заземляющего устройства при протекании расчетного тока замыкания на землю в любое время года должно быть

,Ом, (3)

I,

но не более 4 Ом, где 50 - значение напряжения прикосновения. Допускается сопротивление заземляющего устройства до 10 Ом, если суммарная мощность трансформаторов не превышает 100 кВА, что также в районах вечной мерзлоты технически не может быть выполнено.

Согласно вышеприведенной формуле (1), требуемое сопротивление за-землителя по условиям напряжения прикосновения равно

Я = и4" ,Ом, (4)

[,а,а2а3

где а1 - коэффициент напряжения прикосновения, рассчитывается по формулам из технической литературы или берется из справочных таблиц в зависимости от типа заземлителя, формы, размера, числа электродов и расстояния между ними, аг - коэффициент напряжения прикосновения, учитывающий расчетное сопротивление человека, свойства удельного сопротивления грунта (все справочные данные в основном составлены для условий средней полосы России, где для карьерных электроустановок а2 = 0,75); а3 = 0,1-0,2, при обрыве цепи заземления или устройстве отдельных, электрически не связанных выносных заземли-телей а3 увеличивается и достигает 0,9-1. При этом соответственно возрастает напряжение прикосновения и снижается уровень электробезопасности.

Расчетный ток однофазного замыкания на землю определяется:

либо по эмпирической формуле

где иф и и, - соответственно номинальные фазное и линейное напряжения сети, кВ; /, и 1к - соответственно суммарная длина воздушных или кабельных линий, электрически связанных с точкой замыкания на землю, км; ке и кк - эмпирические коэффициенты (для воздушных линий к,- 300-400, для кабельных линий А» =10);

либо, если известна емкость фаз сети относительно земли, по формуле

1,=3иф ®-10-(С./. +С.1. +СтрМтр),А , (6)

где С,и СК- емкость на фазу по отношению к земле 1 км соответственно воздушной и кабельной линий, мкФ; СуиС^,- соответственно емкость относительно корпуса на фазу электрооборудования экскаватора и трансформатора, мкФ;

Нтр - соответственно количество подключенных к сети экскаваторов, передвижных подстанций.

Величину тока однофазного замыкания на землю точно определить невозможно, во-первых, в силу передвижного характера горного производства, то есть постоянного изменения длины кабельных и воздушных линий электропе-

редач и количества подключенного электрооборудования, что влияет на его емкость, во-вторых, из-за невозможности точного учета сопротивлений самозаземления опорных поверхностей электромеханического оборудования. Так, например, при определенных условиях переходное сопротивление опорной поверхности даже одной отдельно взятой машины может удовлетворять регламентированному правилами безопасности общему сопротивлению заземляющего устройства. В условиях Крайнего Севера величины переходных сопротивлений опорных поверхностей изменяются в пределах от 8,5-690 Ом (летом) до 5400-109000 Ом (зимой) у экскаваторов и от 72-1000 Ом (летом) до 32000350000 Ом у буровых станков. Также в каждом отдельном случае необходимо учитывать удельное сопротивление грунта, на котором стоит оборудование.

Исходя из вышеизложенного, можно сделать вывод, что наиболее объективно решается проблема электробезопасности в районах Севера в том случае, если в качестве отправных условий принимать физиологические допустимые значения тока, протекающего через тело человека, с учетом времени его действия и обеспечение допустимого напряжения прикосновения и„р (0, при этом нижний предел сопротивления заземления определяется выражением

, Л 1Т и апр К «„Л

где Я., - сопротивление тела человека, Ом; 1т- ток в цепи тела человека, А; 1р-расчетный ток для данного заземляющего устройства, А; а„р- коэффициент напряжения прикосновения, равный и^^АЛ (из- полный потенциал заземлите-ля, В); I, - ток однофазного замыкания, А.

Внедрение данной методики позволяет широко использовать естественную заземляющую сеть (т.е. многолетнемерзлый грунт рассматривают как некоторую готовую «защитную» конструкцию, созданную самой природой) и приводит к значительной экономии материальных и денежных средств.

В условиях многолетнемерзлых грунтов надежность заземления зависит, прежде всего, от правильного учета геоэлектрической структуры грунтов, величины удельного сопротивления земли, правильного выбора оптимального метода расчета заземляющих устройств и их рациональной конструкции с учетом передвижного характера горных работ.

При высоких удельных сопротивлениях горных пород и затруднительности устройства местных заземлений безопасность вполне может быть обеспече-

на центральным заземляющим устройством при достаточно низком сопротивлении магистральных заземляющих проводников.

Для заземления электроустановок в первую очередь должны быть использованы естественные заземлители. Если при этом обеспечиваются требования к величине нормированного сопротивления заземления или напряжения прикосновения, то искусственные заземлители должны применяться лишь при необходимости снижения токов, протекающих по естественным заземлителям или стекающих с них, и выравнивания потенциала. Требуемые сопротивления заземляющих устройств и напряжения прикосновения должны быть обеспечены при наиболее неблагоприятных условиях (май-июнь).

Расчет заземляющих устройств сводится к определению их сопротивления растеканию электрического тока Я3, которое должно удовлетворять допустимым величинам напряжения прикосновения и„р и шага и„, (ГОСТ 12.103882, ОСТ. 46.180-85).

Напряжение прикосновения определяется по формуле (1).

При этом допустимое значение напряжения прикосновения определяется по формуле

= +1>5'А -Кр,^ . (8)

где ипре„ доп, 1преддоп - предельно допустимые значения напряжения на теле человека, В, и тока через тело человека, мА, зависящие от времени воздействия; р 1 - удельное электрическое сопротивление верхнего слоя земли, Ом-м.

Шаговое напряжение представляет собой также падение напряжения в сопротивлении тела человека

Ци=&-& (9)

где - потенциал заземлителя; /3 - коэффициент шага.

Нижний предел сопротивления заземления рассчитываем, принимая в качестве исходных значений допустимый ток через тело человека и длительность его протекания по формуле (7).

Значение тока замыкания на землю принимают по данным измерений или определяют расчетным путем по протяженности электрически связанной сети согласно принятой расчетной схеме электроснабжения карьера на определенный момент расчета по одной из формул (5 или 6).

Для предварительного выбора типа заземляющего устройства в конкретном районе необходимо знать: литологическую характеристику грунтов, нор-

мативную глубину сезонного оттаивания и глубину деятельного слоя, суммарную влажность грунтов, температуру грунтов в зоне годовых нулевых амплитуд, засоленность грунтов, среднюю ориентировочную температуру и сопротивление грунта, при устройстве выносного контура - наличие трассы, площадь таликовой воды, содержание солей в воде.

Сопротивление растеканию естественных заземлителей следует принимать по результатам измерений либо (при отсутствии замеров) вычислять по соответствующим формулам.

Связь выносного заземлителя с контуром подстанции осуществляется посредством воздушных линий, их суммарное сопротивление равно

(10)

где Яв - собственное сопротивление выносного заземлителя, Ом; Ъа - сопротивление воздушной линии, равное сопротивлению петли провод - земля, рассчитанное с учетом проводимости только подстилающих слоев грунта, т.е. для случая однородной структуры.

Так как выносные заземлители устраиваются на достаточно большом расстоянии от территории подстанции, их взаимным влиянием можно пренебречь. Общее сопротивление заземляющего устройства, состоящее из естественных заземлителей, определяется через сопротивление его элементов.

При невозможности обеспечения требуемой величины сопротивления заземлителя определяется необходимое сопротивление искусственного заземлителя с учетом использования естественных заземлителей

*••; <»>

где И,, - сопротивление искусственного заземлителя, Ом; - сопротивление естественного заземлителя, Ом.

Выбирается конструкция искусственного заземлителя, а также количество повторных заземлителей согласно схеме электроснабжения. Суммарное сопротивление контура заземления представляет собой параллельные между собой контуры искусственных заземлителей.

Расчет естественных и искусственных заземлителей различных типов в условиях резкой неоднородности геоэлектрической структуры (условия Севера) производится по стандартным выражениям с учетом предварительно выполненного расчета эквивалентного удельного сопротивления грунта.

Действенность защитного заземления не обеспечивается лишь соответствующим расчетом и устройством, а зависит от целостности и непрерывности заземляющей сети, а также совместного действия с быстродействующей защитой от замыкания на землю.

Зануление применяют в трехфазных сетях с заземленной нейтралью до 1000 В, т.к. в этих сетях заземление не обеспечивает защиты от электропоражения. Основное требование ПУЭ к устройству занулений - обеспечить значение тока, надежно отключающего аварийный участок сети. Для этого необходимо, чтобы ток короткого замыкания 1кз превосходил ток уставки отключающего аппарата 1нои

1ийк1Н0М , (12) где к - коэффициент, принимаемый в зависимости от вида защитного устройства и означающий кратность тока короткого замыкания относительно тока уставки.

При расчете зануления необходимо, чтобы фазные и нулевые защитные проводники обладали таким сопротивлением, при котором выполнялось бы условие срабатывания защиты (12)

. (13)

/з

Задача расчета - подобрать сечение нулевых защитных проводов таким образом, чтобы удовлетворялось неравенство

^ф расч ^ ^кп расч — ^.фдип + '^илдан ' 0^)

Для создания необходимой величины тока короткого замыкания, для надежного и быстрого срабатывания защиты, полное сопротивление нулевых защитных проводников должно быть не более 50% сопротивления фазного провода, что достигается рядом технических мероприятий.

3. Исследование влияния внешних факторов на электробезопасность на угольных предприятиях Севера

Опасность электропоражения возникает при токах утечки, т.е. токах, протекающих по побочным цепям. Решающую роль в возникновении и существовании токов утечки играет состояние изоляции электроустановок, так как побочные электрические цепи образуются в основном вследствие ухудшения со-

стояния или нарушения изоляции кабелей, электродвигателей, трансформаторов, электрических аппаратов.

В результате проведенных исследований установлено, что в районах Крайнего Севера месяцы май - июль самые электроопасные, т.к. именно в этот период происходит уменьшение омического сопротивления изоляции (рис.2, кривая 1) и увеличение количества пробоев изоляции кабелей (рис.2, кривая 2).

о I II III IV V VI Vil VIH IX X XI XII

Месяцы года

Рис. 2. Зависимости от месяца года: 1 - величины омического сопротивления изоляции сетей 6 кВ (полученная зависимость описывается формулой у=0,0058х2-0,0707х+0,6563); 2 - количества пробоев изоляции кабелей на напряжение 6 кВ на разрезе (полученная зависимость описывается формулой у= -0,711х2+9,3099х-5,75)

Надежность электрооборудования и соответственно электробезопасность персонала в наибольшей степени завися! от уровня вибрации оборудования (рис.3 кривая 2), концентрации пыли в воздухе (рис.3, кривая 1), уровня технической эксплуатации электрохозяйства (рис.4).

g 140- -$ 120--с 100--g 80-íí 60 -I 40 ё 20 -

0,05

2,8 3 4

Запылённость, мг'куб м

0,05

0,1 0,15

Уровень вибрации м/с2

0,2

025

Рис.3. Зависимость количества отказов электрооборудования: 1- от концентрации пыли в воздухе (полученная зависимость описывается формулой у = 7,4х+96); 2 - от уровня вибрации (полученная зависимость описывается формулой у = 433,72х+33,004)

Рис.4. Распределение количества повреждений гибких кабелей, связанных с уровнем технической эксплуатации электрохозяйства: повреждения оболочки острыми кусками породы или угля - 55%; порезы или раздавливание машинами - 25%; неисправности в муфтах и соединениях в результате перемещения кабелей по почве, значительных растягивающих усилий, многократных изгибов и кручений - 15%; прочие - 5%

Климатические особенности районов Крайнего Севера влияют не только на техническое состояние электрооборудования, но и на физическое и психическое состояние человека, на величину концентрации внимания и в итоге на производительность труда и уровень травматизма.

При прикосновении к частям электроустановок, нормально не находящимся под напряжением, величина тока замыкания на землю, исходя из критериев электробезопасности, с точки зрения длительно допустимого напряжения

прикосновения, определяется - = • Согласно ПУЭ при времени

защитного отключения Х = 4,2 с , ипрлоп=-1б0 В и допустимой величине сопротивления заземления Я3= 4 Ом ток равен 1предл111, = = 40 А.

Защиту от замыкания на землю обычно выполняют двухступенчатой или трехступенчатой. С учетом возможности отказа первых ступеней защитного отключения по рассматриваемому фактору величина предельно допустимого тока замыкания на землю не должна превышать

= 21,25Л при1 = 0,7с и =6% = 15Л при!=1с.

Учитывая допущения ПУЭ по величине сопротивления заземления до 1*,= 40 Ом, величина предельно допустимого тока замыкания на землю не должна превышать

=% = 2,125А при 1 = 0,7 с и = %= 1,5А при1=1с.

Для приближенного определения величины тока замыкания на землю может служить эмпирическая формула (5).

25}

Согласно вышеприведенной формуле и рассчитанной величине тока замыкания на землю определяем предельную длину воздушных и кабельных линий, электрически связанных с точкой замыкания на землю

1с * 0,6/, + 0,017/, » 2,125А и 1с « 0,6/, + 0,0111 в « 1,5 А.

Так как длина воздушной линии практически не влияет на величину тока замыкания на землю предельная длина кабельной линии, электрически связанной с точкой замыкания на землю, равна - 1к « 3,5 км при двухступенчатой системе защиты и /, «2,5км при трехступенчатой системе защиты. С увеличением длины трассы величина тока замыкания на землю увеличивается, что недопустимо по условиям электробезопасности.

Для анализа влияния на емкостную составляющую изоляции сетей количества подключенного оборудования определяем критическую величину емкости сети, создающей безопасную величину емкостного тока замыкания на землю, в зависимости от длины кабельной линии, рассчитанной выше

1=Ъ-иф ю-Ю-6 (CJt + CJt ^ С,N, + C„pNmp) = 3иф-а>-С ЛОГ6 =2,\25, А,

I 2125 С =--1 . = ' -= 0,65лосФ,

уи>"10 3 %Г2'3,14"50''0"

где С = (С</< +C\lt + CmpNmp) = O,65MK0 (0,38 мкФ) соответственно

при двух- и трехступенчатой системах защиты.

Проанализировав зависимость изменения длины кабельной линии от количества подключенного оборудования при сохранении безопасной емкости сети, можно сделать вывод, что влияние емкости электрооборудования на величину емкости сети относительно земли незначительно.

Активная же проводимость изоляции сети определяется в основном про-водимостями изоляции подключенного к сети электрооборудования

GHJ=a+bN»+cNIW (15)

где а - слагаемое, учитывающее средние величины протяженности сетей и распределенной проводимости изоляции кабелей, характерные для конкретных условий; Ь, с- коэффициенты, учитывающие средние величины проводимостей изоляции электродвигателей и электроаппаратуры экскаваторов и трансформаторных подстанций, а также сосредоточенных проводимостей изоляции кабелей.

При оценке влияния активной и емкостной составляющих на общую величину сопротивления изоляции сетей от количества подключенного оборудования можно применить формулу (16) , условно принимая, что проводимость фаз одинаковая, т.е. это допущение предполагает однородность по исполнению и протяженности карьерных сетей

3 (Л

1 + й>2СгГ

(16)

ф'\1(зя, + яу+9луг2 '

где 1Лф- фазное напряжение сети, В; - полное сопротивление изоляции сети относительно земли, Ом; Я,, - сопротивление тела человека, Ом

Приняв условно безопасный ток 1с =2,125 А, Яч = 1000 Ом, и„ = 6 кВ, определим I = -¡В1 + X], где Хс= 2тг/С, С=0,65 мкФ, /=50 Гц, определим Я=1/0, Ом, а затем О.

Получили: г=7,588 кОм, С=0,65 мкФ, 11=7,587 кОм и О 1,3-Ю"4 См -это оптимальные значения величин сопротивлений, рассчитанные по условиям электробезопасности при прикосновении человека к частям электроустановок.

Была установлена зависимость (рис.5), показывающая, что для обеспечения величины электробезопасного тока при подключении горного оборудования и с учетом селективной защиты необходимо уменьшать длину питающей линии и ограничивать количество оборудования тремя единицами: либо тремя экскаваторами, либо двумя экскаваторами и одной трансформаторной подстанцией.

2 3 4

N. кол-во акскавзторов

Рис. 5. Зависимость активной проводимости сети от количества подключаемого оборудования С„3=Г(Ы) (1-при №гп=0, ЫЭкс=3; 2 - при Мтп=1, М-Л;с=2). Данная зависимость описывается уравнением 0И1=0,0027+0,425Мж+0,322 Ытп)

4. Разработка рекомендаций, повышающих электробезопасность на угольных предприятиях Севера

Совершенствование контроля изоляции электроустановок. Состояние изоляции электроустановок является одним из решающих факторов, определяющих безопасность эксплуатации электрооборудования карьеров.

Обрабатывая статистические данные количества пробоев кабелей за длительный период времени (рис.2), видим, что период между максимумами многоместных повреждений (наибольшее накопление ослабленных мест в изоляции) составляет 4 месяца, поэтому необходимо проводить профилактические испытания по этому критерию не менее трех раз в год Существующая система профилактики на основе дискретных спорадических испытаний является условием необходимым, но недостаточным для обеспечения безопасной и надежной эксплуатации. В этой связи наиболее эффективной организацией контроля карьерных распределительных сетей является автоматический непрерывный контроль изоляции относительно земли.

Применение новых методов неразрушающего контроля изоляции, автоматического непрерывного контроля изоляции относительно земли новым прибором «Аргус» уменьшило количество выхода из строя изоляции из-за своевременного выявления быстроразвивающихся дефектов, что привело к уменьшению количества случаев электропоражения на 13%.

Совершенствование систем блокировки в электроустановках. Практика эксплуатации устройств защитного отключения показывает, что все случаи неправильной работы могут быть квалифицированы по причине нарушения следующих видов надежности: аппаратной (отказы в элементах схемы и приборов); действия (ложное срабатывание из-за помех режима или недостаточной чувствительности); эксплуатационной (система обслуживания и поверок). Иногда отказы в работе происходят при нарушении сразу нескольких видов надежности.

Практически все современные приключательные пункты, обладающие необходимыми защитами, изготовлены для эксплуатации в диапазоне температур от - 25 до +40°С и поэтому не могут применяться в районах Крайнего Севера. Применяемые же на разрезе «Нерюнгринский» комплектные распределительные устройства серии ЯКНО, которые могут эксплуатироваться при температуре от - 40°С, оборудованы масляными выключателями (время отключения выключателя - 0,1 с). Но со снижением температуры увеличивается вязкость масла и возрастает сопротивление в механизмах, что приводит к снижению скорости отключения выключателя и, как следствие, к аварии (нарушение аппаратной надежности). Согласно ПУЭ при температуре окружающего воздуха ниже -30°С требуется подогрев шкафов с масляными выключателями. Однако

эффективность подогревательных устройств для выключателей наружной установки низка. Это объясняется трудностью обеспечения хорошего подогрева масла и тем, что при периодических нагреваниях и охлаждениях выключателей, связанных с работой нагревательных устройств, образуется водяной конденсат, снижающий качество масла в выключателе. Повышение чувствительности защит за счет усложнения схем снижает вероятность их безотказной работы. Для повышения функциональной надежности аппаратуры защиты необходимо применять схемы с самоконтролем неисправности основных цепей.

Повышение работоспособности коммутационной аппаратуры и приводов к ней для условий передвижных электросетевых усгройств, так называемая эксплуатационная надежность защитного отключения, обеспечивается своевременным обслуживанием и проверкой срабатывания. Неблагоприятные условия работы аппаратуры требуют производства периодических косвенных опробований срабатывания без искусственного замыкания на землю с помощью исполнительных схем.

Усовершенствование схем ЯКНО, введение дополнительных блокировок в схемы АГГВ (автоматического повторного включения) повысило безопасность и надежность карьерного электроснабжения, уменьшило отказы в элементах схемы и приборов на 10%. Количество ложных срабатываний из-за недостаточной чувствительности аппаратуры уменьшилось на 15%.

Рекомендации по безопасным методам работ на опорах воздушных линий (ВЛ) и при прокладке кабеля. Совершенствование методов и средств электрозащиты при прокладке кабеля и работе на опорах воздушных линий электропередач с учетом специфики условий производства на разрезе «Перюн-гринский» позволило снизить случаи травмирования при работе на опорах ВЛ на 10%, при прокладке кабеля - на 20%.

Заключение

Диссертационная работа является научной квалификационной работой, в которой изложены научно обоснованные методические и технические разработки, имеющие существенное значение для повышения элекгробезопасности на угольных предприятиях Севера.

Основные научные результаты, выводы и практические рекомендации заключаются в следующем:

1. В результате проведенного анализа электробезопасности на разрезе "Нерюнгринский" установлено, что 70-85% несчастных случаев происходят по причинам организационного и технического характера. На высокий уровень электротравматизма, с одной стороны, влияют специфические условия функционирования угольного предприятия в условиях Севера, а с другой стороны,

уровень организационно-технических мероприятий, несовершенство применяемого электрооборудования и методов расчета сети защитного заземления.

2. Уточненная методика расчета защитного заземления, основанная на оценке условий электробезонасности по допустимому напряжению прикосновения в условиях Крайнего Севера с учетом природно-климатических факторов, геоэлектрической структуры грунта, величины удельного сопротивления земли и с учетом передвижного характера горных работ позволила наиболее достоверно рассчитать величину сопротивления защитного заземления и обеспечить необходимый уровень электробезопасности.

3. Проведенные исследования показали, что основными факторами, оказывающими наибольшее влияние на уровень безопасности труда, являются климатические и горнотехнические условия, квалификация персонала.

Выявлено, что в районах Крайнего Севера месяцы май-июнь самые электроопасные, так как температура и влажность окружающей среды влияют на количество пробоев изоляции кабелей и отказов электроаппаратуры.

Установлено, что надежность электрооборудования находится в линейной зависимости от уровня вибрапии оборудования и концентрации пыли в воздухе.

4. Расчетным путем определена предельная длина кабельных линий, электрически связанных с точкой замыкания на землю (1^3,5 км), основанная на величине тока замыкания на землю, рассчитанного по условиям электробезопасности при прикосновении к частям электроустановок, нормально не находящимся под напряжением.

Для повышения электробезонасности и улучшения селективности необходимо до трех единиц ограничить количество подключенного к одной линии электрооборудования (либо три экскаватора, либо два экскаватора и одна трансформаторная подстанция).

5. Применение новых методов неразрушающего контроля изоляции, автоматического непрерывного контроля изоляции относительно земли новым прибором «Аргус» уменьшило число случаев выхода из строя электрооборудования по причине повреждения изоляции из-за своевременного выявления бы-строразвивающихся дефектов, что снизило электротравматизм на 13%.

6. Усовершенствование схем ЯКНО, введение дополнительных блокировок в схемы АПВ (автоматического повторного включения) повысило безопасность и надежность карьерного электроснабжения, уменьшило отказы в элементах схемы и приборов на 10%; уменьшилось количество ложных срабатываний из-за недостаточной чувствительности аппаратуры на 15%.

7. Совершенствование методов и средств электрозащиты при прокладке кабельных линий и работе на опорах воздушных линий электропередач позволило снизить случаи травмирования при работе на опорах В Л на 10%, при прокладке кабеля - на 20%.

Внедрение разработанных мероприятий позволило повысить электробезопасность на разрезе «Нерюнгринский» на 20%.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Чепайкина, Т.А. К вопросу расчета защитного заземления электрических установок на разрезах Южной Якутии / Т. А. Чепайкина, B.C. Квагинидзе // Пути решения актуальных проблем добычи и переработки полезных ископаемых: материалы IV региональной научно-практической конференции. -Якутск, 2003.

2. Чепайкина, Т.А. Анализ производственного травматизма на разрезе «Нерюнгринский» / Т.А. Чепайкина, B.C. Квагинидзе // Безопасность - многоуровневый аспект: превентивные меры и методы: материалы Всероссийской научно-практической конференции. - Пенза, 2003.

3. Чепайкина, Т.А. Совершенствование схем контроля изоляции сетей -фактор повышения электробезопасности / Т.А. Чепайкина, B.C. Квагинидзе //Совершенствование управления научно-техническим прогрессом в современных условиях: материалы II Международной научно-практической конференции. - Пенза, 2004.

4. Чепайкина, Т.А. Влияние длины питающих кабелей на электробезопасность / Т.А. Чепайкина, B.C. Квагинидзе //Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири: материалы 10-й Международной научно-практической конференции. - Кемерово, 2004.

5. Чепайкина Т.А. Влияние на электробезопасность количества подключаемого электрооборудования / Т.А. Чепайкина, B.C. Квагинидзе //Пути повышения решения актуальных проблем добычи и переработки полезных ископаемых юга Якутии: материалы республиканской научно-практической конференции. - Нерюнгри, 2004.

6. Чепайкина, Т.А. Уточненная методика расчета защитного заземления на угольных предприятиях Севера / Т.А. Чепайкина, B.C. Квагинидзе //Сборник научных статей. Приложение Горного информационно-аналитического бюллетеня/ МГГУ. - М., 2005.

7. Чепайкина, Т.А. Влияние устройств контроля и защиты на электробезопасность / Т.А. Чепайкина, B.C. Квагинидзе // Сборник научных статей. Приложение Горного информационно-аналитического бюллетеня/ МГТУ. - М., 2005.

Подписано в печать 03 08 05 Тираж 100 экз Формат 60x90 1/16 Печать офсетная. Печ л 1,0 Заказ № 67 2005 г Кемерово Ротапринт НЦ ВостНИИ, ул. Институтская, 3

Р1 4 4 2 9

РНБ Русский фонд

2006-4 8775

Введение

1 Состояние вопроса, цель и задачи исследования

1.1 Состояние травматизма на горнодобывающих предприятиях

1.2 Специфика условий горного производства на Севере

1.3 Анализ работ по безопасности труда на производстве

1.4 Требования к безопасности на горнодобывающих предприятиях

1.5 Задачи исследования 32 Выводы

2 Расчет и контроль заземляющих устройств электрооборудования на угольных предприятиях Севера

2.1 Оценка опасности прикосновения к токоведущим частям оборудования

2.2 Защитное заземление, его нормирование, характеристики

2.3 Расчет заземляющих устройств горного оборудования

2.4 Защита занулением, нормирование, расчет 68 Выводы

3 Исследование влияния внешних факторов на электробезопасность на угольных предприятиях Севера

3.1 Влияние климатических факторов на электробезопасность

3.2 Влияние горно-технических условий на электробезопасность

3.3 Влияние устройств контроля и защиты на электробезопасность

3.4 Влияние длины питающих кабелей на электробезопасность

3.5 Влияние на электробезопасность количества подключенного оборудования

3.6 Влияние квалификации персонала на электробезопасность 103 Выводы

4 Разработка рекомендаций повышающих электробезопасность на угольных предприятиях Севера

4.1 Совершенствование контроля изоляции электроустановок

4.2 Совершенствование систем блокировки в электроустановках

4.3 Рекомендации по безопасным методам работ на опорах ВЛ

4.4 Меры безопасности при прокладке кабелей Выводы

Актуальность работы. Согласно статистическим данным, показатели смертельного травматизма в угольной промышленности возросли. Случаи поражения электрическим током занимают второе место по видам происшествия в отрасли. В настоящее время наблюдается интенсивный рост добычи угля в районах Крайнего Севера. Непрерывно расширяющееся применение электроэнергии при разработке месторождений угля настоятельно требуют обеспечения безопасности электроустановок и бесперебойности электроснабжения. Специфические условия эксплуатации горного электрооборудования в сочетании с экстремальными климатическими и горно-геологическими условиями месторождений в районах Крайнего Севера заставляют считать проблему электробезопасности исключительно актуальной. Эксплуатация горного электрооборудования в условиях отрицательных температур характеризуется низкой работоспособностью и малым сроком службы, что, в свою очередь, требует больших, а зачастую и неоправданных трудовых и материальных затрат на ремонты.

Электробезопасность должна строиться не только на учете параметров организма человека как объекта поражения, но главным образом на создании безопасных эксплуатационных и внешних условий, которые исключали бы возможность возникновения электрической цепи через организм человека.

Научные исследования влияния внешних факторов на электробезопасность на разрезах Севера с учетом его особенностей проводились не во всех северных регионах. Существующие методы расчета и контроля заземляющих устройств электрооборудования на угольных предприятиях Севера оказались недостаточно совершенны. Таким образом, при разработке открытых месторождений в северных районах страны с суровыми природно-климатическими условиями требуются особые пути решения проблемы электробезопасности. Решению этих задач посвящается настоящая работа:.

Диссертация отражает результаты исследований, выполненных автором в период с 1999 по 2004 годы на горно-добывающем предприятии разрезе «Не-рюнгринский» ОАО ХК «Якутуголь».

Целью работы является снижение электротравматизма путем уточнения методики расчета заземляющего устройства и обоснование организационно-технических мероприятий по повышению электробезопасности на угольных разрезах Севера.

Идея работы заключается в установлении и использовании зависимостей безопасности производственного объекта от определяющих его факторов для разработки уточненной методики расчета заземляющего устройства и обоснования организационно-технических мероприятий, повышающих электробезопасность горного электрооборудования.

Задачи исследований:

- исследовать состояние электробезопасности на горнодобывающих предприятиях Севера;

- разработать уточненную методику расчета заземляющих устройств на угольных предприятиях, расположенных в зоне вечной мерзлоты;

- исследовать влияние внешних факторов на электробезопасность на угольных предприятиях, расположенных в зоне вечной мерзлоты;

- разработать комплекс организационно-технических мероприятий, повышающих электробезопасность на угольных предприятиях, расположенных в зоне вечной мерзлоты.

Методы исследований, использованные в работе:

- метод системного и структурно-функционального анализа;

- методы экспериментальных исследований;

- методы анализа результатов наблюдений с использованием аппарата теории вероятности и математической статистики.

Научные положения, выносимые на защиту:

- критерием электробезопасности на угольных предприятиях в условиях вечной мерзлоты является напряжение прикосновения с учетом его зависимости от удельного сопротивления грунта;

- число отказов в работе электрооборудования зависит от концентрации пыли в воздухе и уровня вибрации;

- предельная длина кабельных линий, обеспечивающая безопасную для человека величину тока замыкания на землю, равна 1к и 3,5 км, при двухступенчатой системе защиты и а 1к « 2,5 км, при трехступенчатой системе защиты;

- для повышения электробезопасности и улучшения селективности, ограничить до трех единиц количество подключенного карьерного электрооборудования к одной линии, отходящей от шин распределительного устройства;

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются:

- достаточным объемом исходной статистической информации;

- сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований с доверительной вероятностью 0,8-0,9, установленных на основе методов теории вероятности и математической статистики;

- положительными результатами внедренных на разрезе «Нерюнгринский» комплекса организационно-технических мероприятий.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- установлен новый критерий электробезопасности, учитывающий влияние природно-климатических факторов, геоэлектрической структуры грунта, величина удельного сопротивления земли;

- разработан новый метод расчета заземляющего устройства для условий

Крайнего Севера;

- установлена зависимость электробезопасности на угольных предприятиях Севера от природно-климатических факторов, горнотехнических условий, длины питающих кабелей, количества подключаемого оборудования;

- разработан комплекс организационно-технических мероприятий, позволяющий повысить электробезопасность на угольных предприятиях Севера.

Личный вклад автора состоит:

- в выявлении основных причин несовершенства расчета сети защитного заземления в условиях Крайнего Севера;

- в разработке уточненной методики расчета сети защитного заземления в условиях Крайнего Севера;

- в определении оптимальной длины питающих кабелей, количества подключаемого горного оборудования, влияющих на электробезопасность на угольных предприятиях Севера.

- в разработке и реализации организационно-технических мероприятий по повышению электробезопасности труда на разрезе «Нерюнгринский».

Практическая ценность работы состоит в разработке новой методики расчета сети защитного заземления, необходимой для практического использования на угольных разрезах Крайнего Севера, определении оптимальной длины питающих кабелей и количества подключаемого горного оборудования, выявлении зависимостей количества отказов электрооборудования от уровня вибрации и концентрации пыли в воздухе, а также в разработке организационно-технических мероприятий по повышению электробезопасности на разрезе «Нерюнгринский» ОАО ХК «Якутуголь».

Реализация выводов и рекомендаций работы заключается в том, что разработанные автором методика расчета сети заземления и комплекс организационно-технических мероприятий по повышению электробезопасности внедрены на разрезе «Нерюнгринский» ХК ОАО «Якутуголь», Отдельные положения диссертационной работы используются в учебном процессе Технического института (филиала) государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Якутского государственного университета им. М.К.Аммосова», при чтении курса лекций по дисциплине «Электроснабжение». ' • '

Апробация работы. Основное содержание работы, отдельные ее положения и результаты были доложены и обсуждены: на заседании кафедры Электропривод и автоматизация промышленных установок Технического института (филиала) Якутского Государственного Университета; на научном семинаре Технического института (филиала) Якутского Государственного Университета; на Техническом совете ОАО ХК «Якутуголь»; на Республиканской научно-практической конференции «Пути решения актуальных проблем добычи и переработки полезных ископаемых» (Якутск, 2003 г.); на Всероссийской научно-практической конференции «Безопасность - многоуровневый аспект: превентивные меры и методы» (Пенза, 2003 г.); на международной научно-практической конференции «Совершенствование управления научно-техническим прогрессом в современных условиях» (Пенза, 2004 г.); на 10-й Международной научно-практической конференции «Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири» (Кемерово, 2004 г.); на Республиканской научно-практической конференции «Пути повышения решения актуальных проблем добычи и переработки полезных ископаемых юга Якутии» (Нерюнгри, 2004 г.), в сборнике научных статей Горного информационно-аналитического бюллетеня в издательстве Московского Горного Университета (Москва, 2005 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, 3-х приложений, изложенных на 154 страницах, содержит 50 рисунков, 5 таблиц и список литературы из 120 наименований.

Выводы

1. Применение новых методов неразрушающего контроля изоляции, автоматического непрерывного контроля изоляции относительно земли новым прибором «Аргус» и аппаратом «АБЭК» уменьшило количество выхода из строя изоляции, из-за своевременного выявления быстроразвивающихся дефектов, что привело к уменьшению количества случаев электропоражения на 13%.

2. Усовершенствоване схем ЯКНО, введение дополнительных блокировок в схемы АПВ (автоматического повторного включения) повысило безопасность и надежность карьерного электроснабжения, уменьшило отказы в элементах схемы и приборов на 10%, уменьшилось количество ложных срабатываний из-за недостаточной чувствительности аппаратуры на 15%.

3. Совершенствование методов и средств при прокладки кабельных линий и работе на опорах воздушных линий электропередач позволили снизить случаи травмирования работе на опорах В Л на 10%, при прокладке кабеля — на 20%. ' "

132

Заключение

Диссертационная работа является научно-квалификационной работой, в которой изложены научно обоснованные методические и технические разработки, имеющие существенное значение для повышения электробезопасности на угольных предприятиях Севера.

Основные научные результаты, выводы и практические рекомендации заключаются в следующем:

1. В результате проведенного анализа электробезопасности на разрезе "Не-рюнгринский" установлено, что 70-85% несчастных случаев связано с причинами организационного и технического характера. На высокий уровень электротравматизма, с одной стороны, влияют специфические условия функционирования угольного предприятия в условиях Севера, а с другой стороны недостаточный уровень организационно-технических мероприятий, несовершенство применяемого электрооборудования и методов расчета сети защитного заземления.

2. Уточненная методика расчета защитного заземления, основанная на оценки условий электробезопасности по допустимому напряжению прикосновения в условиях Крайнего Севера с учетом природно-климатических факторов, геоэлектрической структуры грунта, величины удельного сопротивления земли и учетом передвижного характера горных работ позволила наиболее достоверно рассчитать величину сопротивления защитного заземления и обеспечить необходимый уровень электробезопасности.

3. Проведенные исследования показали, что основными факторами, оказывающими наибольшее влияние на уровень безопасности труда, являются климатические и горно-технические условия, квалификация персонала.

Выявлено, что в районах Крайнего Севера месяцы май-июнь самые электроопасные, так как температура и влажность окружающей среды влияют на количество пробоев изоляции кабелей и отказов электроаппаратуры.

Установлено, что надежность электрооборудования находится в прямопро-порциональной зависимости от уровня вибрации оборудования, концентрации пыли в воздухе, что через аварийность и отказы электрооборудования влияет на электробезопасность персонала.

4. Расчетным путем определена предельная длина кабельных линий, электрически связанных с точкой замыкания на землю (1=3,5 км), основанная на величине тока замыкания на землю, рассчитанного по условиям электробезопасности при прикосновении к частям электроустановок, нормально не находящимся под напряжением.

Для повышения электробезопасности и улучшения селективности необходимо ограничить до трех единиц количество подключенного электрооборудования к одной линии: либо тремя экскаваторами, либо двумя экскаваторами и одной трансформаторной подстанцией.

5. Применение новых методов неразрушающего контроля изоляции, автоматического непрерывного контроля изоляции относительно земли новым прибором «Аргус» и аппаратом «АБЭК» уменьшило количество выхода из строя изоляции, из-за своевременного выявления быстроразвивающихся дефектов, что привело к уменьшению количества случаев электропоражения на 13%.

6. Усовершенствоване схем ЯКНО, введение дополнительных блокировок в схемы АПВ (автоматического повторного включения) повысило безопасность и надежность карьерного электроснабжения, уменьшило отказы в элементах схемы и приборов на 10%, уменьшилось количество ложных срабатываний из-за недостаточной чувствительности аппаратуры на 15%.

7. Совершенствование методов и средств электрозащиты при прокладки кабельных линий и работе на опорах воздушных линий электропередач позволили снизить случаи травмирования при работе на опорах В Л на 10%, при прокладке кабеля - на 20%.

Внедрение разработанных мероприятий позволило повысить электробезопасность на разрезе «Нерюнгринском» на 20%.

1. Альтшулер Э.Б., Шевцов Ю.В., Маркович Ю.Б. О проектировании зазем-лителей в условиях многолетней мерзлоты.- Электрические станции, 1978, №8.

2. Антонов М.В., Акимова H.A., Котеленец Н.Ф. Эксплуатация и ремонт электрических машин.- М.: Высшая школа. 1989.

3. Аршава В.Г. и др. Структурно-системный метод анализа причин травматизма. Безопасность труда в промышленности, 1977, №8.

4. Атабеков В.А. Ремонт электрооборудования промышленных предприятий. Издание 5-е, исправленное. М.- Высшая школа - 1985.- 175 с.

5. Бабокин И.А. Управление безопасностью на горном предприятии. М.: Недра, 1989, 251 с.

6. Бабокин И.А. Система безопасности труда на горных предприятиях.- М.: Недра, 1984.

7. Барг И.Г., Эдельман В.И. Воздушные линии электропередачи: Вопросы эксплуатации и надежности.- М.: Статистика, 1974.

8. Бариев Н.В. Электрооборудование одноковшовых экскаваторов. М.: Энергия 1980.

9. Бариев Н.В. Электрооборудование и наладка экскаваторов.- М.: Энерго-атомиздат.1985.

10. Бариев Н.В. Электрооборудование экскаваторов типов ЭКГ-8 и ЭКГ-8И.-М.: Энергоатомиздат. 1981.

11. Баррун Девид Б. Анализ и разработка систем обеспечения безопасности.-М.: МашиностроениеЮ1979.

12. Бацежев Ю.Г., Костюк B.C. Электропривод и электроснабжение. М.: Недра. 1989.

13. Белых Б.П., Заславец Б.И. Распределительные электрические сети рудных карьеров. М.: Недра, 1978, 239 с.

14. Беляков Ю.Н. Совершенствование экскаваторных работ на карьерах / Ю.Н. Беляков, В.Н. Владимиров. М. -Недра.- 1974.-217с.

15. Борисов E.H. Эргономические и психофизиологические факторы производственного травматизма. ЦНИЭ - Уголь, Сер. техн. Безопасности охраны труда и горноспасательное дело, РИ, 1979, №2.

16. Боровиков A.A. Математическая статистиа.- М.: Наука, 1984, 471 с.

17. Бритарев В.А., Замышляев В.Ф. Горные машины и комплексы. М.: Недра 1984.

18. Бурсдорф В.В., Якобе А.И. Заземляющие устройства электроустановок. -М.: Энергоатомиздат, 1987, 400 с.

19. Бухгольц В.П., Павловский A.A., Скрипка В Л. Электрооборудование и электроснабжение буровых и горных работ М.: Недра, 1976, 216 с.

20. Бухтояров В.Ф., Маврицин А.М. Защита от замыканий на землю электроустановок карьеров. М.: Недра, 166 с.

21. Ванат Юзеф. Анализ и разработка систем обеспечения безопасности.- М.: Недра, 1978, 338 с.

22. Венцель Е.С. Теория вероятностей. М.: Наука, 1969, 542 с.

23. Владимиров В.М., Трофимов В.К. Повышение производительности карьерных многоковшовых экскаваторов. М.: «Недра», 1980

24. Гамгарашвили А.Г. Исследование субъективных причин производственного травматизма. Безопасность труда в промышленности, 1978, №9.

25. Гарбузов З.Е., Донской В.М. Экскаваторы непрерывного действия М.: Высшая школа. 1987.

26. Гемке Р.Г. Неисправности электрических машин. Ленинград: Энергоатомиздат. 1989.

27. Гладилин JI.B., Щуцкий Ю.Г., Иноятов М.Б. К расчету защитных заземлений шахтных и карьерных электроустановок. Горный журнал, 1973, №12.

28. Гладилин Л.В., Якуба Ю.Ф. Непрерывность общей сети заземления электроустановок шахт и карьеров основное условие обеспечения электробезопасности. - Изв. Вузов, Горный журнал, 1974, №10.

29. Гладилин Л.В., Щуцкий Ю.Г., Баженцев Н.И. Электробезопасность в горнодобывающей промышленности. М., «Недра», 1977, 327 с.

30. Глеб Л.В., Савульчик Н.И. Система управления безопасностью труда.-Безопасность Труда в промышленности. 1985. - №5.

31. Гордон Г.Н., Вайнштейн Л.И. Электротравматизм и его предупреждение. М.: Энергоатомиздат, 1986, 256 с.

32. Горовой А.И. Ремонт роторных экскаваторов и комплексов. М.: Недра 1978.

33. Гришин В.А., Гришин М.В. Защитное заземление электроустановок разрезов. -М.: ЦНИЭИуголь, 1990.

34. Гроссов Л.Ф. Повышение эффективности эксплуатации и ремонта карьерных мобильных машин. М.:Недра. 1983.

35. ГОСТ 17509-72. Надежность изделий в машиностроении. Система сбора и обработки информации. Методы определения точечных оценок показателей надежности по результатам наблюдений.- 47 с.

36. ГОСТ- 17510-72. Надежность изделий в машиностроении. Система сбора и обработки информации. Планирование наблюдений.- 21с.

37. ГОСТ 12.1.038-82. Предельно допустимые значения напряжений прикосновения и токов. Изменение №1, 1987.

38. Гук Ю.Б. Анализ надежности электроэнергетических установок. Л.: Энергоатомиздат, 1988, 224 с.

39. Данко П.Н., Попов А*Г., Кожевникова Т.Я. Высшая математика в упражнениях и задачах. М.: Высшая школа, 1996, 416 с.

40. Декопов Б.И. и др. Проектирование электроснабжения объектов горно-обогатительныз предприятий. М.: Недра, 1989, 179 с.

41. Диколенко Е.Я. Итоги реструктуризации угольной промышленности, проблемы и перспективы развития. Уголь.-2001.-№6.-с.25-27.

42. Единые правила безопасности при разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом. ПБ 06-07-92. М.: НПО ОБТ,1992.

43. Европейская экономическая комиссия, комитет по углю. Методы анализа статистики несчастных случаев в угледобывающей промышленности, 1974, XI сессия.

44. Ефимов В.Н., ЦветковВ.Н.,Садовников Е.М. Карьерные экскаваторы. -М: «Недра» 1994.

45. Заземляющие устройства промышленных установок. Под ред. Смирнова П.Д., М.: Энергоатомиздат, 1989, 191 с.

46. Иванов B.C., Соколов В.И. Режимы потребления и качество электроэнергии систем электроснабжения промышленных предприятий. М.: Энергоатомиздат, 1987, 336 с.

47. Инструкция по устройству и эксплуатации защитного заземления электроустановок угольных разрезов. Кемерово, ВостНИИ, 1989.

48. Инструкция по безопасной эксплуатации электроустановок открытых горных работ. РД 08-62-94.

49. Карасев А.И. Теория вероятностей и математическая статистика. — М.: Статистика, 1970.

50. Карякин Р.Н., Солнцев В.И. Заземляющие устройства промышленных установок. М.: Энергоиздат, 1989, 130 с.

51. Квагинидзе B.C. Эксплуатация карьерного горного и транспортного оборудования в условиях Севера. М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2002. - 243 с.

52. Квагинидзе B.C. Управление качеством эксплуатации карьерного горнотранспортного оборудования в условиях Севера. Якутск: ЯФ Изд-ва СО РАН, 2001

53. Ковальчук А.Б. Горное дело. М.: Недра 1991

54. Коварский Е.М., Янко Ю.И. Испытание электрических машин. М.-Энергоатомиздат.-1990.- 320 с.

55. Кораблев В.П. Устройства электробезопасности. М.: Энергоатомиздат, 1985. '

56. Коструба С.И. Измерение электрических параметров земли и заземляющих устройств. М.: Энергоатомиздат, 1983, 168 с.

57. Котлярчук В.А., Гончаров А.Ф Электроснабжение экскаваторов. М., «Недра», 1980, 175 с.

58. Котлярчук В.А., Заврыкин Б.С. Распределительные устройства электрических сетей разрезов. М.: Недра, 1982, 94 с.

59. Комолов В.Г., Файб С.И., Алексеев А.А. Ремонт электрических машин. -М.- Транспорт. -1975. -356 с.

60. Кох П.И. Надежность горных машин при низких температурах. М.-Недра.-1972.-206с.• 60. Красовский И.И. Анализ взаимодействия окружающей среды и электроустановок. Кишинев: Штиинца, 1984.

61. Кузминов Л.А., Швалев В.Н. Экономическая оценка работы по охране труда.-М.: Стройиздат, 1973.

62. Лавцевич В.П. Безопасность как объект системного анализа.- Безопасность горных работ. Новочеркасск, 1974.

63. Лесенко Г.В. Организация безопасного труда на производстве. Киев: Техника, 1989, 231 с.

64. Лимитовский А.М. Электрооборудование и электроснабжение геологоразведочных работ. М.: Недра, 1976, 270 с.

65. Лихачев В.Л. Справочник обмотчика асинхронных двигателей. М.-СОЛОН-Пресс.-2004.-240 с.

66. Максименко Н.Н. Заземляющие устройства в многолетнемерзлых грунтах. Красноярск, 1974, 504 с.

67. Манойлов В.Б. Основы электробезопасности. Л.: Энергоатомиздат, 1985, 384с.

68. Махно Л.Е. Эксплуатация и ремонт карьерных экскаваторов в условиях Севера. М.: Недра 1984

69. Межотраслевые правила по охране труда (правила безопасности) при эксплуатации электроустановок (с изм. и доп.).- М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2003.-192 с.

70. Мельников H.B. Краткий справочник по открытым горным работам.- М.: Недра, 1982.

71. Меньшов Б.Г., Альтшулер Э.Б., Шевцов Ю.В Заземление электроустановок в районах Крайнего Севера. М., Недра, 1983, 168 с.

72. Меньшов Б.Г., Альтшулер Э.Б., Бородин H.H. Экспериментальная оценка параметров заземлителей северных газопромыслов. Газовая промышленность, 1980, №4, с.35-37.

73. Меньшов Б.Г., Козыренко В.Е., Альтшулер Э.Б. К вопросу о распределении тока заземлений в многолетнемерзлых грунтах.- Изв. вузов СССР. Электромеханика. 1976, №8.

74. Методика обработки конструкций на технологичность и оценка уровня технологичности изделий машиностроения и приборостроения. Государственный комитет стандартов Совета Министров СССР.-М.-1975.- 74 с.

75. Методические указания по определению уровня качества промышленной продукции. М.: ВНИИС, 1970.

76. Мительман М.В., Мирошкин П.П. Совершенствование электроприводов экскаваторов. М.: Недра 1987.

77. МУЗ-69. Методика выбора номенклатуры нормируемых показателей надежности технических устройств.- М.: Стандарты, 1970.

78. Нейман Ю. Вводный курс теории вероятностей и математической статистики. М.: Наука, 1968, 446 с.

79. Отчет ЮЯГРЭ. Геологический отчет по Южно-Якутскому угольному комплексу, 1992.

80. Парахонский Э.В. Охрана труда на карьерах. М.: Недра, 1988.

81. Певзнер Л.Д. Надежность горного электрооборудования и технических средств. М.:Недра. 1983.

82. Пименов A.A., Воронцов Н.Г. Причины несчастных случаев исследовать с учетом человеческого фактора. Безопасность труда в промышленности, 1978, №4.

83. Пирогов Е.В., Зевин М.Б. Монтаж электроустановок во взрывоопасных зонах. М.: Энергоатомиздат, 1987, 224 с.

84. Правила технической эксплуатации электроустановок П 68 потребителей. Госэнергонадзор Минэнерго России.- М.: ЗАО «Энергосервис», 2003.-392 с.

85. Правила устройства электроустановок. Раздел 1. Общие правила. Главы 1.1, 1.2,1 .7,1.9. Раздел 7. Электрооборудование специальных установок. Главы 7.5, 7.6, 7.10. Министерство энергетики Российской Федерации. 7-е изд. -М.:Изд-во НЦ ЭНАС, 2002. 184 с.

86. Правила безопасности при разработке угольных месторождений открытым способом. М.: Недра, 2000.

87. Плащанский JI.A. Основы электроснабжения. Раздел «Релейная защита». -М.: Издательство Московского горного университета, 2002, 144 с.

88. Рекомендации по проектированию и сооружению заземляющих устройств электроустановок напряжением 0,4 35кВ для районов Якутской АССР. — Якутск: изд. ЯФ СО АН СССР, 1988. - 124 с.

89. Родионов Н.С., Ганзен Г.А., Кирсанов А.Н., Теслинов М.И. Горное и буровое оборудование. М.: Недра. 1983

90. Розенблюм Ф.М. Измерительные органы противоаварийной автоматики энергосистем. М.: Энергоатомиздат, 1981.

91. Рыжев П.А. Математическая статистика в горном деле. М.-Высшая шко-ла.-1973, 147 с.

92. Русихин В.И. Эксплуатация и ремонт механического оборудования карьеров. М.- Недра.-1982.-234с.

93. Рябкова Е.Я. Заземления в установках высокого напряжения. М.: Энергия, 1978, 224 с.

94. Самойлович И.С. Режимы нейтрали электрических сетей карьеров. М., «Недра», 1976, 175 с.

95. Сибикин Ю.Д., Сибикин М.Ю. Техническое обслуживание, ремонт электрооборудования и сетей промышленных предприятий. М.: Издательский центр «Академия».- 2003.- 432 с.

96. Состояние травматизма на угольных предприятиях в 1999 году. ВостНИИ. — Кемерово, 2000.

97. Справочник энергетика карьера. Под ред. Сверделя И.С. М.: Недра, 1973, 435 с.

98. Справочник по электроустановкам угольных предприятий. Электроустановки угольных разрезов и обогатительных фабрик. Под. Ред. Ахмедова Ш.Ш. -М.: Hepa, 1988, 436 с.

99. Справочник по проектированию электроэнергетических систем. Под ред. С.С. Рокотяна и И.М. Шапиро.- 3-е изд.,прераб. и доп. М.: Энергоатомиздат, 1985.

100. Справочник по электроустановкам угольных предприятий. Электроустановки угольных разрезов и обогатительных фабрик. Под общей ред. Дегтярева B.B.-М.: Недра 1988

101. Справочник по ремонту и наладке электрооборудования. Составители Родионов В.Н., Титов В.Г. Нижний Новгород - изд-во «Вента» - 1997. - 108 с.

102. Ушаков К.З., Кирин Б.Ф., Ножкин Н.В. Охрана труда.- М.: Недра,1986, 623 с.

103. Федеральный закон от 21.07.97 № 116-ФЗ «Опромышленной безопасности опасных производственных объектов».

104. Форсюк A.A. Охрана труда. Учебник для вузов.- М.: Издательство Московского государственного горного университета, 1994,330 с.

105. Цапенко Е.Ф., Шкундин С.З. Электробезопасность на горных предприятиях. М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2001, 103 с.

106. Цирель Я.А. Заземляющие устройства воздушных линий электропередачи. JL, Энергоатомиздат, 1989, 160 с.

107. Чулков H.H., Чулков A.H. Электрификация карьеров в задачах и примерах. М.: Недра, 1976, 277 с.

108. Шевченко Н.Ф., Хорунжий М.В. Основы взрывозащищенности электрооборудования. М.: Энергоиздат, 1982, 320 с.

109. Шуцкий В.И. Электробезопасность на открытых горных работах. М.: Недра, 1983.

110. Щуцкий В.И., Глухарев Ю.Д., Малиновский А.К., Плащанский JI.A.

111. Электропривод и электрификация подземных горных работ. М.: Недра. 1981.

112. Щадов М.И. Долгосрочный прогноз и инвестиционная политика развития добычи угля открытым способом. Уголь.-2001.-№4.-с.36-40.

113. Эксплуатационная надежность рудничных электродвигателей серии ВАО.-Уголь Украины, 1972, №8.

114. Электрооборудование и электроснабжение горнорудных предприятий. Под. ред. Виноградова B.C. -М.: Недра, 1989.

115. Электропривод и электрофикация открытых горных работ. Под ред. Белы-ха Б.П. М.: Недра, 1983, 269 с.

116. Электрификация открытых горных работ. Под общей ред. Щуцкого В.И. -М.: Недра. 1987

117. Юриков П.А. Защита линий электропередачи от грозовых перенапряжений. М.: Энергоатомиздат, 1983, 88 с.

118. Ягудаев Б.М., Шишкин Н.Ф., Назаров В.В. Защита от электропоражения в горной промышленности. М., «Недра», 1982, 152 с.

119. Якобе А.И., Бургсдорф В.В. Заземляющие устройства электроустановок. М. ¡Энергоатомиздат, 1987. - 400 с.