автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.01, диссертация на тему:Теория и практика системного подхода к обеспечению электробезопасности на открытых горных работах

государственный комитет российской федерации ш высшему образованию

кузбасский государственный технический университет

Р. 3 с л

На правах рукописи

СИДОРОВ Александр Иванович \

УДК 622.864(043.3):621.316.925

теория; и практика системного полхода

к обеспечению электробезопасностй

на открыт горных: работах

Специальность 05,25.01 -Охрана труда и попарная безопасность (прошила ннооть)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Кеиарово-1994

Работа выполнена в Челябинском государства ином техническс университете - .

Научный консультант - заслуженный деятель науки и техники

РФ, доктор технических: наук, профес сор В.И. Щуцкий Официальные оппоненты - застуканный деятель науки и тахни

РФ, доктор технических наук, профессор Т.Н. Раагильдеев;

- доктор технических наук, профессо Е.В. Цугачав;

- доктор технических наук, профессо Р.Х. Гафаятуллин

Ведущее предприятие — научно-исследовательский институт

охраны труда и техники безопасности черной металлургий (г. Челябинск)

Защита диссертации состоится " 21 " февраля 1994 г., в 14 часов на 'заседания специализированного совета Д.063.70.01 при Кузбасском государственном техническом универ ситетв по'адресу: 650026, г.Камерово, ул. Весенняя, 28.

С 'диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. Автореферат разослаЕ " _* 1994 г.

Ученый секретарь. Б.А.АЛЗКСШЩРОБ

специализированного совета

доктор технических наук, профессор

ОБЩАЯ -ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы. В горнодобывающей промышленности наб-лздается непрерывный рост энергоемкости г.орных машин и комплексов и связанные с этим развитие и /сложение системы электроснабжения. В с-вою очередь рост рабочих напряжений, а также увеличение количественных показателей распределительных сетей и оборудования приводят к росту интенсивности и вероятности повреждений в таких сетях, к ухудшению условий электробезопасности.

Дальнейшее повышение уровня электробезопасности в горнодобывающей отрасли во многом сдерживается отсутствием обоснованных методик оценки значимости тех или иных средств обеспечения . электрсбезопасности, требования к защитным- характеристикам которых часто предъявляются без учета их взаимодействия в системе "человек-среда-электроустановка". Сложившееся положение доказывает необходимость системного подхода к обеспечению электробезопасности на открытых горных работах, включающего разработку общих методов и средств " анализа и' синтеза устройств электробезопасности, описание их целостных характеристик, анализ соотношений различных средств обеспечения электробезопасности между собой"и окружающей средой, координацию действия различных средств обеспечения электробезопасности между собой.

В диссертации решается имеющая большое социальное и хозяйственное значение научная проблема, заключающаяся в обосновании и разработке системных требований к средствам обеспечения элекгро-безопасности и создании яа их основе "устройств, обеспечивающих более высокий уровень злекяробезопасности к надежности электроснабжения.

Диссертационная работа выполнялась в соответствия с программой работ , .по решению научно-технической проблемы 0.74.08 . "Разработать и внедрить методы и средства, обеспечивающие дальнейшее повышение безопасности- и 'оздоровление условий труда в народном хозяйстве", утвержденной постановлением Президиума ВЦСПС, ГКНГ и Совета Министров СССР на 1981-1985 г. г. и на 1986-1930 г. г. (задания 02.02 и 02.05).

Целью работы является повышение уровня электробезопасности при эксплуатации электроустановок на открытых горных работах за счет обоснования защитных характеристик я разработки с учетом этих характеристик средств обеспечения электрсбезопаскости.

Идея работы заключается в использовании результатов системного анализа условий электробезопасности для выбора параметров

средств обеспечения электробозопасности и определения направления разработки новых средств обеспечения электробозопасности, формирующих более высокий уровень электробезопасности и надежности систем электроснабжения. '

Задачи исследований:

- выявить закономерности формирования причин элвктротрав-мати&ча;

- установить закономерности изменения электротехнических параметров тела человека в диапазоне частот от 0 до 10 Гг,;

- разработать научные основы выбора и расчета защитных характеристик средств обеспечения элактробезопа сности;

- на основе выявленных закономерностей и обоснованных требованиях разработать принципиально новые способы и на их основе устройства, обеспечивающие более высокий уровень электробезопасности на открытых горных работах.

-!Лвтодн исследований основаны на системном подходе, связаны единой концепцией обеспечения принципиально нового уровня электробезопасности и включат в себя системный анализ, физическое и матеглатическов моделирование, лабораторные и производственные испытания и другие.

'Научные положения и результата, выносимые на зашит?:

- общие закономерности элактротравматизма на открытых горных работах не зависят от отраслевой принадлежности и территориального нахождения предприятий; ...

.-'схема замещения тела человека представляет собой не линейный двухполюсник, вид и структура которого определяется частотой и видам воздействующего напряжения, причем в области частот от I до 10 Га - зто пассивный двухполпсник, а при воздействии на организм человека постоянного тока и токоз, содержащих постоянную составлявду» »двухполюсник становится активным и содержит источник тока; '•

- координация и выбор параметров средств обеспечения электробезопасности могут быть осуществлены исходя из вероятностной природа элзктрстравадатязма; '

- определение параметров относительно зешш сети с изолированной нейтралью мояет быть осуществлено, путем подключения к

одной из фаз сети дополнительной ег.®ости и измерении при зтом • соответствующих напряжений;

- установлены- закономерности работы устройств защити от однофазных замыканий на землю, учитывающие параметра карьерных распределительных сетей, климато-тетаорологическне условия и др.;

- на основа разработанной методики впервые установлены закономерности взаимовлияния средств обеспечения электробезопасяости я обоснован их состав; • ' -

- доказана возможность контроля уровня изоляции сети относительно земли на основе измерения режимных параметров (ток и фазное напряжение, активная и реактивная -мощности) в.конце линии;

- установлены закономерности изменения амплитудно-частотная характеристик карьерной распределительной сети, позволившие разработать способ контроля непрерывности цепи заземления горных машин;

- доказана возможность и предложен способ компенсации тока однофазного замыкания ка землю, основанный на введении в сеть дополнительного напрянэния.

Обоснованность и достоверность научных полотаний. выводов и рекомендаций подтверждается принятыми уровнями допущений при математическом описании явлений и представлении схем замещения реальных распределительных сетей; обоснованностью исходных посы-'лок, вытекающих'ез основ теории электрических цепей; удовлетворительным совпадением качественных характеристик результатов • теоретических исследований с результатами экспериментов, выполненных в реальных сетях и на .физической »/.одели; 'достаточный объемом и-результатами экспериментальных исследований.

Значение работы. Научное значение"работы состоит в дальнейшем развитии теории защиты человека от поражения электрическим током и заключается:

- в установлении общих закономерностей элентротравматиз® на открытых горных работах;

- в установлении закономерностей срабатывания защити от однофазных замыканий на землю в зависимости от таких факторов,, как глимйто-матеорологичэсииэ условия,' параметры нагрузки, время суток а др.;

- в исследовании электротехнических параметров тела человека в диапазоне частот от I до 10 Гц;

- в разработка комплекса дифференцированных показателей

звеньев математической модели злектропоражения и исследовании этих показателей для различных структурных вариантов модели, позволяющих аналитически установить значимость каждого технического средства;

- в разработке основ координации действия и выбора параметров средств обеспечений электробезопасности;

в разработке способа- определения параметров относительно земли сети с изолированной нейтралью, исследовании и оценке его точности;

- в установлении закономерностей изменения амплитудно-частотных, характеристик карьерной распределительной сети;

- в разработке и исследовании способов: контроля уровня изоляции сети относительно земли на основании измерения режимных параметров в конце линии; контроля непрерывности цепи заземления, позволяющего измерять величину сопротивления еамозаземления горных машин и комплексов; компенсации тока однофазного замыкания на землю, основанного на введении в сеть дополнительного напряжения.

Практическое значение работы заключается : ' *

- в разработке информационно-поисковой системы учета, и анализа злектротравматизма; '

- в разработке автоматизированной информационно-поисковой системы учета и анализа срабатываний релейной защиты;

- в разработке методики определения токов, протекавших через тело человека, использование которой улучшит качество расследования злектропоражений; •

. в создании программных .средств. оценки эффективности и расчета требуемых защитных параметров средств обеспечения здект-робезопасности;

- в разработке методики измерения параметров относительно земли в сетях с изолированной.нейтралью, обеспечивающей безопасность при производстве'измерений, простоту и удовлетворительную точность;

- в разработке методических указаний по устройству и эксплуатации защиты от замыканий на землю в сетях 6... 10 кВ на открытых горных работзх, устанавливающих единый порядок эксплуатации защиты на горных предприятиях;

в ' разработке устройств защиты от однофазных замыканий на землю, ■ использование которых обеспечивает повышение уровня злекгробезопасности; -

- в разработке систем компенсации токов однофазного замыкания на землю, обеспечивалдах не только уменьшение в установившемся режиме напряжений.прикосновения и шага, но и повышение надежности электроснабжения за счет снижения вероятности развития перенапряжений в сети.

Реализация работы. Научные положения, выводы и рекомендации использованы:

- ВНЙИБТГ (г. Кривой Рог) результаты разработки и исследования способа определения параметров сети относительно земли, которые вошли в РТМ "Методические указания по устройству и эксплуатации зашиты от замыканий на зешпо в сетях 5... 35 кВ на

■ открытых горных работах" (Минчермет СССР, 1986 г.);

ШйТБЧермет (г. Челябинск) методика анализа электротравматизма; техническое описание, инструкция по эксплуатации и технические условия на устройство защиты от однофазных замыканий на землю; головной экземпляр устройства защиты от однофазных замыканий на землю в сетях с изолированной нейтралью;

- НМИОГР (г.Челябинск) результаты исследований, представленных в монографии "Электробезопасность на открытых горных работах", Я: Недра, 1983, при разработке новых видов средств обеспечения электробезопасности в сетях 6-10 кВ карьеров;

- АО "Шезказганцветмет" (Республика Казахстан) защиты от однофазных замыканий на землю в сетях с 'изолированной нейтралью; система компенсации 'емкостных токов однофазного, замыкания на землю в сетях б кВ 0Ф1.2; методика определения параметров относительно земли сети с изолированной- нейтралью; автоматизированная информационно-поисковая система учёта м анализа работы защиты от однофазных замыканий на землю; --автоматизированное рабочее, место инженера по охране труда ;

- Соколовеко-Сарбайским ГПф (Республика Казахстан) устройство защиты от однофазных замыканий"на землю; система компенсации емкостных токсв однофазного замыкания на землю в сети б кВ дро-бильно-обогатительной фабрики; методика определения параметров относительно земли сети с изолированной нейтралью; информационно -поисковая система учета и анализа работы релейной зашиты;

- Лебединским ГОКом система компенсации емкостных токов однофазного замыкания.на землю в сетях 6 кВ обогатительных фабрик; методика определения параметров относительно земли сети с изолированной нейтралью;

- АО Тайским ГОКом (г.Гай, Оренбургская обл.) методика оп-

ределения параметров относительно зешш в сети с изолированной нейтралью; автоматизированное рабочее место инженера по охране труда; ' . .

- ПО "йкуралнеруд" устройство защиты от однофазных замыка- ■ ний на землю, в сети с изолированной нейтралью и методика определения параметров относительно земли сети с изолированной нейтралью;

- Челябинским государственным техническим университетом теоретические и практические результаты работы в разделе "Основы электробезопасности" при чтении лекций и проведении лабораторных работ по курсу "Безопасность" жизнедеятельности" для студентов электротехнических специальностей и . при подготовке комплекса учебных пособий по названному курсу; видеофильм "Измерение ем' костных токов однофазного замыкания на землю в сетях 6... 35 кВ",

снятый по сценарию и при непосредственном участии автора.

Апробация работы. Основные материалы и результаты диссертационной работы представлялись, докладывались и получили одобрение на: I, II, III Всесоюзных научно-технических конференциях "Электробезопасность на горнорудных предприятиях черной металлургии ССОР" (Орджоникидзе, 1975 г., 14арганец,1979 г., Днепропетровск, 1982 г.); III, Всесоюзных межвузовских .конференциях "Проблемы охраны труда" (Кишинев,1977 г,Каунас,1982 г. ,- Рубежное, 1986 г.), 1,11 научно-технических конференциях "Компенсация токов однофазного замыкания на землю в электрических сетях нал- . ряжением 6...35 кЕ" (Челябинск, 1980 г. , 1984 г.); национально-технических конференциях с международным участием "Электробе-зопаеность-82, -85"'(НРБ, Варна, 1982 г., НРБ, Казашшк.1985 г.); XI -сессии- Всесоюзного научного семинара "Кибернетика электрических систем", "Электроснабжение промышленных предприятий" (Абакан, 1989 г.);' межотраслевом научно-техническом совещании "Режимы нейтрали судовых "электроэнергетических систем. 6 кВ и защита от, однофазных замыканий на корпус"' (Ленинград, 1989 г.); Всесоюзной научно-технической конференции "Разработка методов и средств экономии электроэнергии в электрических системах и системах• электроснабжения' промышленности и транспорта" (Днепропетровск, 1990 г.); семинаре "Электробезопасность в народном хозяйстве" (Москва, 1990 г.); научно-практической конференции ."Охрана труда в цветной металлургии" (Челябинск,1990 г.); Всесоюзной научно-практической конференции "Электро- и пожаробезопасность при эксплуатации электроустановок" (Душанбе,1990 г.); Ееесоюзном се-

.минаре "Злекгробезоласность и надежность, эксплуатации электроо-- борудования'ЧКалининград-Светлогорск, 1991 г.); Всесоюзной научно -практической конференции "Проблемы элекгробезопасности в народном хозяйстве" (Челябинск,1991 г.); региональной конференции "Охрана труда в промышленности" (ПензаЛ991 г.); научно-практической конференции "Контроль изоляции в распределительных сетях" (Челябинск,1992 г.); международной научно-практической конференции "Обеспечение безопасности жизнедеятельности в условиях современных предприятий" (Челябинск, 1993 'г,); УШ, IX международных научно-технических конференциях "Защита от поражения электрическим током" (Польша, Лодзь, 1991т., 1993 г.); на научно-технических конференциях Челябинского государственного технического университета (1973-1993 г. г.).

За разработку устройства защиты от однофазных замыканий на землю в электрических сетях с изолированной нейтралью автор награжден серебряной медалью ВДНХ СССР (постановление N 199-Н от 25111.1991 г. У.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 112 научных работ, в том числе монография, 2 брошюры, 18 авторских свидетельств на изобретения.

Объем габоты. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, приложений и содержит 263 страница машинописного ■текста, 100 рисунков, 58 таблиц, список использованной литературы из 252 наименований. . '

Автор выражает глубокую благодарность проф. ИУШОМУ В. И. за научные • консультации и методическую помощь при подготовке диссертации, а также благодарит сотрудников кафедр систем электроснабжения и "Безопасность, жизнедеятельности" Челябинского государственного технического университета за „ помощь ь проведении исследований и внедрений результатов работы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Значительный вклад в постановку и реиение различных аспектов теоретических и практических • задач проблемы обеспечения элекгробезопасности и надежности систем электроснабжения горных предприятий внесли такие ученые как АйдароЕ Ф. А., . Багаутинов Г. А. , Бацежев ¡й Г., Белых Б. Е , Бянуо М. С.; Вунько Е А.,. Вмот- . ковский С. А., Гимоян Г. Г.,' Гдадилин Л. К , Глухарев Ю. Д., Голубев Е А.,' Гринь К..А.; Дзюбан КС., Жидков КО., Каймаков А. А., Каря-

кин Р. Е , Ковалев Е Ф., Колосюк В. П.. Лейбов р. Ы., Яикаренко А. Г., Лихачев Ф. А., Ляхомский А. Е , Меньшов Б. Г.. Миндели Г. В., Штузко Ф. А., М5Фавьев В. Е , Штров О. А., Пивняк Г. Г., Плащанс-кий Л А., Поляков К Е., Разгильдеев Г. Я , Разумный ¡0. Т., Ревякин А. И., Самойлович й. С.,, Серов В. И., Сирота И. М., Соболев В. Г.; Утегулов Б. & , Цапенко Е. Ф., Шишкин Е Ф., ШипуноЕ Е Ф., 'Шкрабец Ф.Е , Щужий В.И., Чеботаев ЕИ., Ягудаев ЕМ. и другие.

Дальнейшим развитием теории и практики обеспечения электробезопасности на откршш .горных работах является применение системного подхода к указанной проблеме, фи этом под системным подходом понимается определенная научная методология, призванная определять и систематизировать общность методов исследования и создания средств обеспечения электробезопасности.1 Предполагается. что системный, подход не является философской методологией, а ■должен конкретизировать применительно к изучению определенной системы (человек-среда-электроустановка) соответствующие аспекты этой методологии.

фактика ведения открытых горных работ показывает, что количество несчастных случаев, вызванных действием 'электрического тока сравнительно невелико. Однако при рассмотрении производственных травм по тяжести исхода, оказывается, что электротравмы занимают одно из первых мест. Такое положение ^обусловливает необходимость периодического анализа злектротравматизма с целые статистической опенки уровня электробезопасности, уточнения основных направлений в разработке средств обеспечения электробезопасности (СОЭ). •

Для обеспечения статистической однородности учетных материалов была разработана информационно-поисковая система учета и анализа электротоавмзтизма (ИШ). В данной ИШ перфокарта является матричным носителем информации и-совмещает акт расследования нес-, частного случая и его закодированный по 23.признакам поисковый образ. Дальнейшим развитием подобных ИШ стала, разработка автоматизированного рабочего места инженера по охране труда (АРЫ). позволяющего существенно расширить перечень решаемых задач, в т.ч. и по анализу травматизма.

Статистическая оценка условий элегаробезопасности на открытых горных рабейах проводилась как по данным об электропоражениях, так и на основании учета работы релейной защита

"В основу анализа электротравматизма легли данные за 19653979г. г., собранные применительно к железорудным карьерам Соко-

ловско-Сарбайского ГПО и карьерам, подконтрольным Челябинскому округу Госгортехнадзорз, а также данные за 1980-1990 г. г. на горнодобывающих предприятиях цветной металлургией, любезно предоставленные ЦНЙИПП (г.Березовский). Всего в анализе была использована информация по 637 несчастны»,) случаям от электрического тока . . '

Выполненный анализ показал, что на открытых горных работах предприятий цветной металлургии больше всего электропоражений произошло по организационным причинам. На данную группу причин приходится 66,IX электротравм, на группу технических причин -25 Л % и 8,8%. электротравм - на остальные группы. Данные по при. чинам электропоражений на открытых горных работах ряда предярия-- тип Южного Урала и Казахстана (75,7%, 17.4% и 6,9% соответственно) достаточно • хорошо согласуются с данными по цветной металлургии, что подтверждает наличие обдах закономерностей электротравматизма на открытых горных работах, независимо от отраслевой принадлежности и территориального нахождения предприятий подобного профиля.

Детальный анализ электропоражений.происшедших по организационным причинам,■ показал, что из всех пострадавших вследствие нарушения инструкций и. празид техники безопасности, неправильной организации труда и т.п. 86.5% 'были лицами электротехнического персонала. Чаще всего подвергались травмированию электромонтеры и электрослесари (33,8%), машинисты и помощники машинистов экскаваторов (23,0%), машинисты и помощники машинистов электровозов (16,2%). Доля лиц,. имевших 3-5квалификационную группу по элект-рсбезоласности, • составила 282.

Несчастные случаи по организационным причинам происходили з основном с лицами в возрасте до 30 лет (55,7%), со стажем работы по специальности, не превышавши 5 ле.т (53,4%).

Такое положение свидетельствует о "недостаточной профессиональной подготовке молодых рабочих, о необходимости улучшения подготовки по вопросам охраны труда. .Последнее подтверждается анализом динамики электротравматизма, происшедшего по организационным причина).!. Если в целом для данной группы причин наблюдается снижение числа электротравм, то для несчастных случаев зависящих от знания персоналом норм и правил техники безопасности, не выявлено устойчивых темпов снижения. Следует также .отметить, что для дан-нон группы несчастных случаев наблюдается незначительный интервал времени от момента проведения инструктажа и до возникновения

злектротравмы. Если- совокупность электротравм, происшедших по организационным причинам, принять-за 100%, то 50,73% электротравм произошли до истечения двух месяцев после инструкгала, что говорит о низкой эффективности последнего, необходимости внедре- • ния активных форм обучения, а также обоснованной минимизации местных инструкций по охране труда с целью обеспечения их усвоения персоналом практически любой квалификации.

Распределение электропоражений по видам оборудования показало, что больше всего электротравм произошло в электр::ческ;... сетях (46,2%), а также при эксплуатации передвижных электроустановок (40,6%). На электрооборудовании напряжением выше 1000 В произошло 80,2% несчастных случаев. И это при условии, что подобное оборудование эксплуатируется, как правило4, квалифицированным электротехническим персоналом.

Электротравмы, имевшие место в электрических сетях и на передвижных электроустановках, происходили в основном при ведении ремонтных работ (45,7%) и работ по ликвидации аварий (18,5%). Для ремонтных работ характерным является увеличение числа несчастных случаев к концу рабочей недели (четверг - 26,2%, пятница - 21,4%), а в .воскресные дни число электротравм составило 16,7%. При этом элекгропоражения возникали либо в начальные часы работы (от 8 до 10 часов - 21,4% электротравм), либо во второй половине рабочего дня (14-16 часов - 40,5% электротравм). Рас-, прёде'ление электротравм, происшедших при ликвидации .аварий в эле^строустановках,. также имеет резко выраженный максимум, прихо- -дяшийся на.субботу (35,3%).

.Профилактика электротравматизма является весьма сложной и многогранной задачей,, решение которой требует привлечения материальных средств и известного времени. При этом анализ электротравматизма показал, что главное звено в системе "человек-среда-электроустановка" - человек. Из «того следует, что- необходимым условием безопасной эксплуатации" персоналом'зле :троустановок является решение вопросов повышения надежности человека, связанных в первую очередь с развитием в нем психологических качеств, способствующих исключению "отказов" в работе.

, Развитие работ в области психофизиологии элзктробезопаскос-ти и профессионального отбора электротехнического персонала основных профессий карьеров, внедрение результатов исследований, а том числе и представленных в работе, в производство, несомненно. приведет к резкому снижению случаев ошибочных действий р'абот-

ников в процессе производства и дальнейшему снижению злектротра-. вматизма.

Выполненная в работе статистическая оценка величин токов, протекавших через тело человека в момент возникновения злектро-поражения, показала 'ряд недостатков существующей методики определения поражающих токов. Для устранения недостатков этой методики был разработан прибор, позволяющий определять параметры цепи поражения, обосновано и проанализировано аналитическое выражение, позволяющее через величину емкостного тока 033 определять расчетное значение тока, протекавшего через тело человека в сети с изолированной нейтралью. Предложена номограмма для вычисления указанного тока

В обеспечении электробезопасности обслуживающего персонала в электрических сетях горнодобывающих предприятий и бесперебойности электроснабжения потребителей большую значимость имеет работа релейной заэдтеы. Значительное количество срабатываний этой зашиты выдвигает задачу непрерывного получения и обработки информации об условиях действия, надежности и других характеристиках указанной защиты/

Применительно к карьерным распределительным сетям (КРС), где наибольшее количество повреждений приходится на долю однофазных замыканий на землю (033), такая задача былй. решена разработкой автоматизированной ИГО учета и анализа работы релейной защиты, • построенной на базе ПЭВМ IBM PC/AT-286.

Анализ работы релейной защиты, выполненный с помощью разработанной ИПС (было проанализировано более 10 ООО'случаев срабатывания релейной зашиты в'КРС ССГПО. НПО "Лезказганцветмет", "Крр-кинуголь"), показал, что доля срабатываний защиты от 033 (1-я ступень) составляет более 70%, из которых значительная часть вызвана пробоями кабелей (11,7%), а также схлестыванием проводов " передвижных воздушных линий - 7ДХ. Особую опасность представляют касания перемещающимися горными машинами токоведущих злементов электрических с;етей. Показано распределение "срабатываний релейной защиты по видам электрических повреждений. ' •

При выявлении общих закономерностей действий зашиты выполнена оценка корреляционной зависимости мелиу помесячным распределением срабатываний зашиты от 033 (i-я ступень) и температурой воздуха, а также количеством атмосферных осадков. Полученные.ре- • зультаты указывают на слабую связь между 'исходными вариационны}.® рядами.

т

Установлена прямая корреляционная зависимость среднегодового числа срабатываний залиты от 033 '{1-я ступень) от величины емкостного тока СВЗ ( г - 0,70540,12). Среднее число отключений на 1 А емкостного тока составляет 29,2 при доверительном интервале 16,5.. .41,9 для уровня значимости 0,05. •

Анализ распределения длительности простоев при 033 показал хороаую согласованность с геометрическим законом:

Р(1) = 0,6${1 -0,65)\ (1)

где Р{1) - вероятность возможных значений ;

К - 0, 1, 2, ... - числа натурального числового ряда, ' соответствующие времени простоя (в часах), причем 50.

Из обдай массы замыканий на земли количество междуфазных ко. ротких замыканий более чем в 4. раза превышает количество двухфазных замыканий через землю (дэз). Большая опасность ДЗЗ, связанная с недопустимым увеличением потенциала на корпусах оборудования, выдвигает задачу разработки дополнительных мер по защите персонала

На основании ранее найденной зависимости числа 033 от емкостного тока 033 соотношение между возможным количеством двойных замыкан® на землю и током Тс электрически связанной сети описывается следующим образом:

Прзз-ЦГЗгХе. (2)

Как ужз отмечалось выше, одной иэ составляющих профподбора должна быть минимальная чувствительность к электрическому току,' определение которой может быть осуществлено только на специально разработанной для подобного рода исследований аппаратуре. В диссертации сформулированы требования к оборудованию, организации исследований и представлен разработанный комплекс экспериментальных- установок, позволяющий проводить-исследования как в лабораториях. так и в производственных условиях. .

Выполнение исследования электротехнических характеристик тела человека позволили установить некоторые новые закономерности и явления, дополняющие общую теорию о человеке как элементе электрической цепи.

Важнейшим параметром,' определяющим защятоспособные свойства организма, является его электрическое сопротивление. В вопросе об оценке значений этого параметра, к сожалению, нет полной ясности. ■ . . •

Дополнительную сложность в этот вопрос зносят предложения

и оценки, связанные с переносом на человека экспериментальных данных, полученных на животных.

Особые свойства проводимости живого организма при воздействии на него электрического тока связаны со многими факторами, которые 'присущи лишь биологическим объектам.' Поэтому определение проводимости живого организма, в первую очередь человека, - важная и необходимая, информация не только при расследовании несчастных случаев, но и при разработке эффективных средств зашиты людей от электропоражения.

Классическая модель электрического сопротивления тела человека. предложенная Фрейбергом Г. (рис.1,в, выделена сплошной ли-■ нией) не объясняет ряд новых явлений, выявленных исследованиями последних лет.

Так, при воздействии на организм человека постоянного и выпрямленного токов наблюдается влияние полярности приложенного напряжения на пороговые токи, например, на ощутимые. Более чувствительным к электрическому току человек оказывается при протекании последнего по пути правая рука (полюс "минус") - левая рука _ (полюс "плюс"). Это явление может быть учтено коэффициентом полярности $ , который показывает, во сколько раз отличаются токи, вызывающие одинаковые реакции при различных направлениях протекания (рис. 1,6).

. Природа коэффициента полярности обусловлена тем, что при воздействии постоянного и выпрямленного токов в организме человека происходит образование источника тока вполне определенной полярности. Такое утверждение подтверждается следующим. Воздействующие токи являются внешними раздражителями, возбуждающими нервную систему. Известно, что передача нервного импульса происходит за счет изменения потенциала на мембране не'рвногб волокна. Пос-. леднее. в момент воздействия внешнего раздражителя и приводит к образованию источника тока, который,соориентирован перпендикулярно оси электрического поля сердца Следовательно, схема замещения должна включать в себя источник тока (рис. 1,в).

Исследования электротехнических характеристик тела человека з области частот от 0 до 50 Гц, выполненные впервые автором, показывают, что на частоте 1 Гц (рис.1 »а) при протекании тока" через организм человека возникает явление,- подобное резонансу токов. Последнее-дазможко, ейли допустить наличие в схеме замещения индуктивности (рис-. 1,3).

Тагам образом, схема замещения тела Человека является нели-

12

0,8

//3 к„

, i 1 -----

ф .

Рис.1, схема замещения тела человека по пути тока . рука-рука и его характеристики: ..

а - электротехнические характеристика тела

чэяовока в области частот от 0 до 50 Гц; б - зависимость коэффициента полярности /

от коэффициента пульсации Кп ; в - обобщенная схема замещения тала человека

нейным двухполюсником, вид и структурная схема которого опруде-. ляются частотой и видом воздействующего напряжения:

а) в области низких частот - это пассивный двухполюсник,

_ содержащий резистивные, емкостные'и индуктивный элементы;

б) при воздействии на организм человека постоянного и выпрямленного токов двухполюсник становится активным и содержит источник тока.

Проблема определения сопротивления электрическому току тела человека весьма елохна вследствие своеобразного поведения отдель• ных тканей организма и его биологической реактивности. Поэтому чрезвычайно важны результаты экспериментальных исследований влияния на величину сопротивления тела человека таких факторов как время протекания тока, его величина и фор;«а, а так«?, учитывая нелинейность сопротивления тела человека, напряжение, при котором ухе возможен пробой рогового слоя.

Выполненные автором экспериментальные исследования - позволили установить, что сопротивление тела человека при протекании электрического тока изменяется по закону:

2л » а - ё1ь / кОм (3)

где Х/, - величина тока, протекающего через тело человека мА; й , о - коэффициенты уравнения, завися®» от £юрмы тока, протекающего через тело человека. - '

При исследовании зависимостей сопротивления.тела человека от величины тока были "получены также уравнения связи между приложенным напряжением и током; протекающим через тело человека, -на основании которых рассчитаны значения напряжений, при . которых возможен пробой кожного покрова (табл. 1)

• Таблица 1

Значения напряжений, при вторых возможен пробой полного покрова.

Напряжение пробоя. В

Род тока для уровня 52 для уровня -12

значимости " значимости

Переменный, 50 Гц 50,8 42,1 ■

Постоянный 65,4 63.5

Необходимо отметить, что при воздействий постоянньм током в выполненных нами экспериментах наблюдались случаи пробоя рогового слоя уже при, напряжении 50 В.

Аналитическое определение величины напряжения, при котором возможен пробой кожного покрова, было выполнено на основании ис*-следовании изменения падения напряжения на сопротивлении кожного покрова. В результате расчетов таете было получено, что пробой рогового слоя может наступить при напряжении 40 В.

Таким образом, можно отметить, что начало пробоя кожного покрова приходится на напряжение 40 В и зависит от характера воздействия (длительного или кратковременного) приложенного напряжения. _

Проведенные эксперименты позволили уточнить 'зависимости сопротивления тела человека от длительности протекания тока, которые приведены в табл.2 :

Таблица 2 -

Значения и зависимости сопротивлений тела человека при различных условиях воздействия

Величина Зависимость сопротив- Минимальное со-

воздейст- ления тела человека противление тела

вующего от длительности воз- человека, кОм

Ток напряже- действия, ( % , К - ( / = 0, объем. -

ния, В - кОм, t - мин, выборки. - 10 чел.)

0 < 2" 5 мин) .

Переменный 12 г=5,48 + 0,01/ - 0,013/* 3,47

Постоянный 50 |£=4.93 + 0,07/- 0,047/* 4,07

Таким образом, выполненные исследования электротехнических характеристик тела человека позволили установить некоторые .новые закономерности и явления, дополняющие общую теорию о человеке как элементе электрической цепи.

В настоящее время объективные причины привели к отставанию математического, организационного и технического обеспечения безопасности эксплуатации от современных технологических,' конструктивных решений в электрических сетях. Определить пути ликвидации такого отставания можно применением системного анализа, позволяющего использовать совокупность методов и средств вв:ра-

ботки и принятий решений об управлении безопасностью в такой сложной системе как "человека-среда-электроустановка".

Для этих целей на основании структурной схемы возникновения электропоражения ( ? ) для сетей напряжением выше 1000 В (рис.2) .проведены исследования вероятности электропоражения 0?, а также определен ряд количественных характеристик элементов: весомости, коэффициентов значимости, эффективности и опасности.

Структурная схема содержит грзйту начальных событий: Хг Вероятности их' возникновения находятся в пре-

делах от 8,8-ю"* до 1 на 1000 ч (приняты максимальные значения';.

Гоуппу средств обеспечения злектробезопасности (СОЭ) образует элементы £ = 4, ?... 13. Отказы этих элементов обозначены нь рис. 2.через ... при этом'вероятности отказа

находятся в пределах 3,74-Ю"3 ...1.

Логико-аналитическое условие появления события Г з сложно-связанной стоуктурной схеме запишется в виде

Г (4)

где К,, ... , Кс( - означает конъюнкции событий; знак Л -символ конъюнкции; знак V - символ дизъюнкции (логического сложения с1 - строк логического выражения).

Для перехода к вероятностным функциям и анализа качественных показателей элементов и уровня электробезопасности з распределительной сети выполнено приведение исходного логического-выражения к ортогональной дизъюнктивной.нормальной форме.

Показатель "весомость" ( ) • характеризует место !■ -го звена в структурной схеме и определяется для "нулевого уровня" вероятности отказа элементов ( Р[ = = 0,5), -т.е. является инвариантным к надежностным параметрам элементов. Для звеньев группы СОЭ удобнее представить весомость в плане обеспечения безопасности:

. (о)

Из элементов группы СОЭ (рис.2) наибольшую весомость имеет защита от _ 033. 1-я и 2-я ступени (соответственно 0,9935 к 0,9878). Отметим таете высокий уровень безопаскоетной весомости% заземляющего устройства (0,9376) и устройства контроля паоаь^тров заземления (0.9253).. В целом рассматриваемая .группа -элементов обладает более высоким-уровнем безопаеностной весомости ( (?$• -= 0.8874). чем группа начальных-событий ( = 0,7984).

Рис.2. Структурно-логическая схема поражения электрическим током в сети с изолированной нейтралью напряжением выше 1000 В: X прикосновение человека к токоведещим . частям, находящимся под напряжением; ЗГ2~ прикоснова- . ние человека к корпусу электроустановка; прибли-кание человека к корпусу электроустановки (т.е. нахождение в зоне напряжения шага опасной величины); СС^-недостаточный уровень изоляции таз сети относительно зешш; замыкание одной из фаз сети на'"земли (033); ГГц- хвойное замыкание на аашш (ЛЗЗ) в-различных точках сети; ДГг,- отказ 1-ой ступени защиты от 033; 3 8- отказ 2-ой ступени защиты от 033; ЯГ несраба-• тьшание■ :ЯЗ при ДЗЗ; ЗГ -¡-д- отказ (отсутствие) блока в ?3 033, реагирующего на двойные'замыкания на зашю; ОС да-шкты цепи заземления электроустановки; РС, отказ '(отсутствие) устройства контроля параметров за- • землания; X -¡-о- отказ (или отсутствие) системы компенсации токов 033

Коэффициент значимости ¿-го элемента.структурной схемы устанавливает степень зависимости конечного события Р ст изменения вероятности отказа этого элемента и равен частной производной от вероятности электропоражения ^ по вероятности отказа элемента^':

Кал ~ дО.у/. (б)

Соответствующий безопасностный показатель, коэффициент безо-пасностной значимости ¿-го элемента, определяется по выражению:

. . с?)

Наибольшие значения коэффициента имеют устройство контроля параметров заземления - 0,99996 и заземляющее устройство -0,99995,

Произведение вероятности отказа / -го звена на его коэффициент значимости дает новый качественный показатель, который назовем коэффициентом опасности I -го звена:

(8)

Наибольшие значения этого .показателя (для исходной структурной схемы)' имеет: Каг - 3,79'10"*; Км*. ^м - - 1.

Л*о-.3,81-10* - у остальных звеньев коэффициент опасности находится в пределах 10~5 ...-10 г.

Для СОЭ предпочтителен противоположный показатель - коэффициент э(ЬФективности Д -го звена;

Наибольшей эффективностью обладают зашита от 033 и устройство контроля параметров заземления. Отметим низкую-эффективность применяемых систем компенсации -емкостных токов 033 ( 0,613), а при двухфазном замыкании через землю - максимальной токовой зашиты (0,002). .

В результате выполненного системного анализа определена ве--роятность электропсражения в исходной структурной схеме X -3,815-Ю*1). При прикосновении человека к тзкоьедущкм частям ( ф = 1) Значение - 1,002-10*' а.в среднем по всем структурным вариантам - 4,85-Ю~? Одновременный отказ двух звеньев,

например, заземляющего устройства и устройства контроля параметров заземления 2„ -1),не приводит к резкому ухудшению электро-безспасности 2,852-1О*5). Это свидетельствует о достаточном структурном взаиморезервировании данного набора СОЭ, а тага» показывает, что при нарушении работоспособности основного элемента, .обеспечивающего электробезопасность (зашты от 033, 1-я ступень; максимальной токовой защиты; заземляющего устройства), его -защитные функции переносятся на однородное функциональное звено (защиту от 033, 2-ю ступень; блок-от двойных замыканий на землю 'в т.д.).

Применительно, к сетям с глухозаземленной нейтралью напряжением до 1000 Е (электрические сети служб поверхностного комплекса, обогатительных фабрик) также была составлена структурно-логическая схема поражения электрическим током, анализ которой показал, что установка в таких сетях устройств защитного отключения к контроля непрерывности цепи зануления снижает вероятность поражения электрическим током до 5,5-10** .

При разработке и создании систем обеспечения безопасности, защищающих человека от воздействия каких-либо факторов, в т.ч. й электрического тока, весьма актуальным и нерешенным в полном объеме к настоящему времени остается вопрос выбора параметров средств защиты с учетом их взаимодействия в разрабатываемой системе обеспечения безопасности. •

Следует отметить, что методики определения этих параметров, ориентированные на обеспечение абсолютной безопасности, не могут оыть использованы на практике, поскольку само обеспечение абсолютной оезопасности , присущее традиционной технике безопасности. неадекватно законам техносферы и, - несмотря на свою гуманность, не может быть реализовано в действующих системах, т.к. обеспечить е этих системах нулевой риск невозможно. Следовательно. при выборе параметров средств обеспечения безопасности необходимо исходить из концепции приемлемого риска, представляющего собой некоторый компромисс между уровнем безопасности -и возможностями его достижения.,

Обоснование параметров СОЭ с учетом их взаимодействия, необходимость дополнения существующей структуры другими средствами рассмотрим, на примере обеспечения безопасности при возникновении аЗЗ. наиболее часто встречающегося вида повреждения в КРС.

Физически, 033 реализуется как замыкание на 'сеть заземления КРС. В зтом случае возникновение опасности поражения электричке-

гам током при эксплуатации горных машин может быть .проиллюстрировано следующим образом (рис.3).

Защита

от 033 г

Эл. устаноёка

I УКИ I--! 1_____I

77777Г

|£

Заз. магистрш*

77.

г---, ^

I р--1 ^

'—I У К/13 зазе&итеи

___1

■ Рис.3. Схема возникновения опасности поражения электрическим током при появлении 033. в КРС: УКИ - устройство контроля изоляции; УКПЗ - устройство контроля параметров заземления_

В приведенной схеме поражение электрическим током может наступить при возникновении следующих событий: 033; отказе защиты от 033; обрыве заземляющей магистрали, а также прикосновении человека к корпусу электроустановки (выделенные пунктиром устройства пока не рассматриваем). Поскольку перечисленные события являются независимыми, вероятность элетсгропораженйя в этом случае '

Рэ ~ Р/'&'Рз'Р« ' (10)

где Рг - вероятность возникновения ОЗЗг Рз - вероятность отказа зашиты от 033; Р3 - вероятность обрыва заземляющей магистрали; ■ р0 - вероятность прикосновения человека- к корпусу. электроустановки, на которой вознюсло 032.

Включение в состав СОЭ тех или иных»устройств (например, -УКИ. УКПЗ) приведет только к изменению расчетной схемы, а при выполнении условия независимости событий, образуют расчетную схему, вероятность электропоражения определится:

Рэ-Л Рс

С")

где Р; - вероятность возникновения отказа ¿-го СОЭ. Для определения с учетом эффективности достаточности состава СОЭ, координированное™ их взаимодействий необходимо найти А _при появлении той или иной опасной ситуации.в системе

"человек-среда-электроустановка"- и сравнить ее со значением приемлемого риска. О наличии указанных требований будет говорить выполнение следующего неравенства:

% < Л , - <12)

где Р„ - принятое значение приемлемого риска. Если неравенство £12) не выполняется, то допустимая вероятность, например, отказа того иди иного -средства, вводимого или предполагаемого к вводу, определится: р

Pf 4 75- * (13)

где - допустимая вероятность невыполнения защитных ,

свойств предлагаемого средства защита Последующая оценка изменения общего уровня электробезопасности в целом должна осуществляться с помощью рассмотренных выше моделей. В диссертации приведена программа расчета вероятности электрошражения, эффективности СОЭ, построения соответствующих таблиц и графических зависимостей. :

Учитывая значимость защиты от 033, низкую селективность действия защит типа 33!Ы (данные -дан ССПЮ показывают, что этот коэффициент находится на уровне 0,66.., 0,7), а также. требования к саз, обоснованные и сформулированные выше, для КРС было разработано устройство защиты от 033 (а.с. N 1394312), лабораторные исследования и длительная эксплуатация которого на ряде карьеров страны, показали его высокую надежность и селективность действия,' близкую к единице.. В устройстве зашиты можно выделить орган блокировки по напряжению нейтрали сети относительно земли; орган блокировки, действующий при дуговых 033; токовый канал и.выходной канал. Для отстшйкк от -переходных процессов при возникновении'033 имеется блок выдержки времени, создающий временную задержку примерно 0,06 с. .

Внедрение систем компенсации емкостных токов 033 в практику эксплуатации сетей поверхностного комплекса напряжением 6,10 кЕ . сделало актуальной разработку для таких сетей устройств сигнализации и защиты от 033. Решение данной проблемы может быть осуществлено с помощью предлагаемого автором способа защиты, ( а. с. N 445959) „ основанного на введении в . сеть модулированных импульсов. В диссертации дается обоснование предельной частоты вводимых импульсов, показано, что подобные устройства имеют повышенную отстройку от помех. основной частоты, а тага© от высших гармоник в сети, даже при их значительном уровне.

Наряду с "ващгой от 033 обеспечению приемлемого уровня

электробезопасности служит надежное функционирование защитного заземления, эффективность которого в КРС во многом определяется контролем параметров сети заземления. Для контроля сопротивления самозаземления горных машин был разработан бесконтактный способ измерения сопротивления заземления, основанный на введении переменного оперативного тока в землю в виде тока смешения (а.с. NN 1033988, 1128195). Экспериментальное исследование способа, выполненное путем моделирования измерения в электролитической ванне, позволило установить, лто частота источника оперативного переменного тока не должна превышать 2200 Гц. В этом случае методическая погрешность измерения не превысит 5%.

Для оценки возможности применения совокупности фазных проводов 'для контроля непрерывности цепи заземления впервые был выполнен анализ амплитудно-частотных характеристик КРС, схема замещения которой была дополнена генератором высокочастотных колебаний, фильтрами присоединений и шунтирутаим сопротивлением. На основании анализа установлено, что изменение емкости сети относительно земли вызывает незначительное изшнение (рис.4) резонансной частоты сети. При увеличении числа контролируемых горных машин с одной до шести резонансная частота уменьшается "на. 1,28%. Уровень контрольного сигнала практически не меняется при изменении активной составляющей сопротивления изоляции фазы сети относительно земли (не более 6% от уровня выходного напряжения) и < зависит, главным образом, от емкости сети относительна земли (при наличии связи с центральным заземлитедем). • При обрыве заземляющего проводника изменение контрольного сигнала больше в случае расположения генератора высокочастотных колебаний непосредственно на горной машине, а не на.питаювдгй подстанции.

Полученные результаты не только доказали возможность применения совокупности фазных прородов для контроля непрерывности" цепи заземления, но и позволили предложить способ контроля параметров заземления горной машины, в котором контролирующие сигналы вводятся в сеть в виде чередующихся импульсов. Схема устройства, реализующего данный способ, приведена на рис. 5. Оно работает следующим образом. БП, установленный на питающей подстанции. где находится центральный заземлитель, посылает в сеть.опросные импульсы, каждый из которых предназначен для запуска- 'соответствующего БШ. установленного на той или иной передвижной электроустановке- ЕЛИ по контуру нулевой последовательности или по цепи сопротивление самозаземления-грунт-центральный заземли-

C^OJhkV С^ОнкФ

-

ofii opt арз m ops ape op? ops ops сп>мк9

•Рис.4. Зависимость резонансной частоты для реальной ХРС от емкости фильтра присоединения

UA-_

JL

~L

-L 2

J

Г

"777

.6 I

L.

♦иг

~L

~ ?

J

8

Рис.5. Способ контроля непрерывности цепи заземления:

I - совокупность фазных проводов электрической сети;

■ 2,8 - емкостине фильтры присоединения; 3 - блок • приеда импульсов (БП>; 4 - центральный заземлитвль; 5 - заземляющая магистраль; 6заземляющая ашна кабеля; 7 - горная машина; 9 - блок передача импульсов (ЫЕ-!)

тель-совокупность фазных проводов передает на БП импульсы, кото-• рые дешифруются и превращаются в контрольный сигнал, величина которого является критерием непрерывности цепи заземления либо соответствия сопротивления самозаземлений требованиям безопас-

Анализ повреждений изоляции в КРС показывает, что в большинстве случаев они обусловлены старением изоляции, и только относительно небольшое вдело повреждений вызывается- механическим воздействием на изоляцикх Такое положение подсказывает и основные направления повышения надежности и безопасности систем электроснабжения -. постоянный контроль изоляции, а также сниже- • ние перенапряжений в сети", что обеспечивает замедление процесса старения изоляции.

Для разработки способа измерения параметров изоляции {аз сети относительно земли было выполнено исследование области значений напряжения между нейтралью трехфазной сети и землей при подключении к одной из фаз сети дополнительной емкостной проводимости. На основании выполненных исследований, а также анализе соотношений в трехфазной сети с изолированной нейтралью обоснован,, исследован аналитически и экспериментально способ определения параметров относительно земли в сети с изолированной нейтралью, основанный на подключении.к одной, из Дополнительной емкости. Указанный способ прошел широкую проверку как в КРС, так и в распределительных сетях промышленных, предприятий.

Расчет емкостной проводимости сети относительно земли и активной составлявдей сопротивления изоляции Фаз сети относительно -земли проводится по формулам;

емкость; > 11А - напряжения фазы А относительно земли

до и после подключения д С; Ил, ¿¿^ - линейные напряжения сети до и после подключения к фазе А д С \ иг круговая .частота сети; /ипо/-0№Р активная составляющая напряжения нейтрали сети относительно земли; - емкость фазы сети относительно аемля: М-р - фазное напряжение сети.

ноети.

Данный способ ойределения параметров сети относительно земли применим при несимметрии фазных напряжений до'20% и отклонений напряжений в сети до 10%.

В работе обоснован и исследован способ определения сопротивления изоляции линии сети относительно земли, основанный на-измерении режимных параметров Сток и напряжение, активная и реактивная мощности) в конце линии. Экспериментальная проверка данного епособз в Центральных электрических сетях АОЗ и Э "Челя-бэнерго" на линии "Северные Копи - Южные Копи" напряжением 35 кВ показала его приемлемую точность (в эксперименте ошибка не превышала 77.).

Выполненные с помощью разработанного способа измерения параметров сети относительно земли показали, что большинство КРС имеют токи 033 до. 5 А, в то время как в сетях электроснабжения технологического комплекса и поверхности карьеров эти токи достигают десятков ампер.

Для сетей с токами замыкания не более 10 А был разработан и исследован способ компенсации токов однофазного замыкания. на землю, основанный на введении в сеть дополнительного напряжения (а. с. NN 858170, 1111225).' В табл. 3 даны формулы, характеризующие зависимости напряжений нейтрали Цв и поврежденной фазы относительно земли Us, а также тока замыкания на землю 1г от параметров схемы компенсации. Здесь же приведены условия точной - . • компенсации тока 033.

На рис. 6.а приведена упрощенная однофазная схема замещения, поясняющая способ компенсации, и соответствующая ей векторная диаграмма (рис.6,б). В табл.3 и на рис.6 приняты следующие обозначения: Ue - напряжение нейтрали; U '- степень естественной несимметрии сети; li9 - питающее напряжение; Ц» - напряжение поврежденной фазы относительно земли; ilg - напряжение-дополнительного источника; 10 - остаточный ток; Js - ток 033; . Тк компенсирующий ток; - сопротивление замыкания;

d 'i/tarCx. ¿3 du-luurc* .

dg «.- fyorCg - коэффициенты успокоения сети, обусловленные соответственно сопротивлением изоляции фазы сети относительно зешш 7. „ сопротивлением замыкания R3 , сопротивлением дополнительного источника *ZU к дополнительным сопротивлением Rg ; d9 - d + du + - эквивалентный коэффициент, успокоения сети; flf - J Up - отношение вводимого напряжения Щ к фазному напряаевию сети; -

Таблица 3.

Зависимость напряжений нейтрали и повревданной .{езы относительно земли, тока замыкания на землю от параметров схемы компенсации

"^чРоким Нормальный Однофазное замикание ка землю

% и9 . йа ■ и* " у ОчсО^-п^-Ки +¿(¿1 *с!и)]{1-й)

■йо ПдО ^)+и[{д 'Ни * (¿и)] > г/д а*

щ ' V •

% > и и -- 1с Ъ

Условие точной компенсации * «"»С

•г отношение дополнительной емкости Ср к емкости сети относительно земли; - Те емкостный ток 033; - сопротивление цепочки Сд

Сд , ; - внутреннее сопротивление дополнительного источника; Ze- чюлное сопротивление изоляции сети ■ относительно, земли.

Uo

—&

т :

10^

I1»

h

ч

а*

йа

Рис. б. Упрощенная схема замещения ( а )

и соответствуюшдя ей векторная. .

диаграмма С б )

Выполненные исследования процессов' в электрической сети, содержащей систему компенсации, основанную на введении дополни- -тельного напряжения, яри возникновении неполнофазных- режимов, переходных процессов позволили определить необходимые параметры отдельных элементов и условия включения в работу системы компенсации. -

Характеристика средств снижения внутренних- перенапряжений, возникающих При1. 033, приведена в табл.4, анализ которой показывает, что компенсация емкостных токов ОЗЯ обладает наиболее выгодными для эксплуатации качествами. Выполненные в.сети 6 кВ ССГПО экспериментальные исследования позволяют сделать вывод, что наряду, с повышением надежности электроснабжения автоматическая сне тема компенсации емкостных токов 0.33 позволяет существенно снизить напряжения прикосновения и шага, причем при наличии заземления обеспечивается снижение этих напряжений до величин, меньших предельно допустимых уровней в длительном режиме воздействия на человека.

■o cu e-t

"vo

i

!

i i

s

r

•gl ii

P 5 =! =c

«q §

ii

Hill

3

<1/ «

*

s-

H

i I"

•3

i

§

CS &

<s

■Ii

ig«

11 ii

II

: h.

utl rr\|

J—f^H

üj

i

I

53

|

*

l

l

-Ii

?8 ifi

?§ttf

gaga —> e-wö

i

4

^jJU ü es *

^Itei ti^i*

s-

M

"5:

S> 5J

h

s> S

SSI

I "

er

■ii ii

Si £ ^ * |||

Vi

S

3

«S

IS 'S

s-

<J

Sä "j

/V

ör

tt ...

p H a

^ I»

5

- * o . ojfi»»

S 6 v cn 1 * £

I I

iltis

"Kl

E

<1

6 a

J? £

i|

ej "> 3

§1 Ii

H

tS| t)

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации дано теоретическое обоснование и решение имеющей социальное и хозяйственное значение научной проблемы, заключающееся в обосновании и разработке системных требований к средствам обеспечения электробезопасности и создании на их основе устройств, обеспечивающих более высогай уровень электробезо-паености и надежности электроснабжения.

Основные научные результаты, выводы и практические рекомендации можно сформулировать в следующем виде:

1. Статистический метод оценки уровня электробезопасности, основанный на вероятностной природе .электротравматизма,' не выявляя всех связей в системе "человек-среда-электроустановка", позволяет обосновать необходимость системного подхода к обеспечению электробезопасности на открытых горных работах. В этом случае обеспечивается анализ системы "человек-среда-электроустановка", ее целостная характеристика, анализ влияния различных факторов на эту систему.

Проведенный анализ электротравматизма .с помощью разработанной информационно-поисковой системы позволил установить наличие общих закономерностей в причинах, электротравматизма на открытых горных работах независимо от отраслевой принадлежности и территориального нахождения предприятий подобного профиля. • •

2. Учет и анализ работы защиты от однофазных замыканий, как одного из основных средств, определяющих уровень безопасности и надежности электроснабжения, может осуществляться с помощью разработанных ручной или автоматизированной информационно-поисковых систем.

Определены параметры статистических распределений срабатываний (более 10000 случаев) защиты от однофазных замыканий на землю и выявлены зависимости срабатываний защиты.от различных факторов. В частности, получено, что длительность отключения, приходящаяся яа одно срабатывание 1-й ступени защиты от однофазных замыканий на землю с надежностью 0,95 находится в пределах 1,04... 1,15 часа Это на 0,217 часа больше, Чем в среднем по срабатываниям защиты всех видов и характеризует скрытность повреждений при однофазных замыканиях на землю.

3. На основании анализа методов исследования электротехнических-параметров тела человека сформулированы требования к йодобного

рода исследованиям, с учетом 'которых разработан комплекс экспериментальных установок, позволяющий проводить исследования гак в лабораторных, так и производственных условиях.

Впервые исследованы электротехнические параметры тела человека в области частот от 1 до 10 Гц. Предложена обобщенная схема замещения тела.человека, представляющая собой нелинейный двухполюсник, вид и структура которого определяются частотой и видом воздействующего напряжения, причем в области низких частот - это пассивный двухполюсник, содержащий реэистивные, емкостные и индуктивный элементы, а при воздействии на организм человека постоянного и выпрямленного токов - активный двухполюсник, включающий источник тока.

4. Обоснованы и разработаны структурные модели электропоражений для электрических сетей с изолированной и глухозаземленной нейтралями. Выполненный с помощью данных структурных моделей системный анализ условий электробезопасности на открытых горных работах позволил установить, что:

- вероятность электропоражения для исходного варианта

-3

модели равна 3,815 »10 ;

- безойаеностная весомость, как, позитивный показатель места и взаимосвязей элемента в структуре,•имеет наибольшее значение у 1-ой и 2-ой ступенях зашиты от однофазных замыканий на землю, заземляющего устройства и устройств. контроля параметров изоляции и заземления;

- наибольшей эффективностью из применяемых в -настоящее время на открытых горных работах средств обеспечения электро-

• безопасности обладает защита от'однофазных замыканий на землю (1-я ступень задаты), у которой безопасностная весомость равна 0,994;

- установка в электрически^ сетях с глухозаземленной нейтралью напряжением до 1000 В устройств защитного отключения и контроля непрерывности цепи зануления снижает вероятность поражения электрическим током до 5,5-ю"5.

5. Разработаны основы координации и выбора параметров средств обеспечения электробезопасности, базирующиеся на вероятностной пшроде травматизма, которые позволяют определить требования ;с применяемым в настоящее время средствам обеспечения электробезопасности, a Tarase сформулировать услозия для вновь разрабатываемых устройств.

Так, для повышения эффективности зашиты от однофазных замы-

кания на землю необходимо предусматривать в схеме самоконтроль исправности, а для повышения эффективности заземления - разрабатывать и внедрять в практику эксплуатации устройства контроля параметров заземления. ~

6. Для -контроля сопротивления самозаземления горных" машин разработан бесконтактный способ измерения сопротивления заземления,'основанный на введения переменного оперативного тока в землю в виде тока смещения. В данном случае впервые предложено измерять распределенный параметр - сопротивление растеканию тока в земле - резонансным методом.

Анализ амплитудно-частотных характеристик карьерной распределительной сети, выполнений с целью обоснования возможности использования в качестве контролирующих сигналов чередующихся импульсов для определения параметров цепи заземления передвижных-электроустановок, позволил установить, что:

- изменение емкости сети относительно земли приводит к незначительному изменению резонансной частоты (при увеличении емкости в 50 раз, частота уменьшается в 1,28 раза);

- увеличение числа контролируемых горных машин с одной до вести приводит к уменьшению резонансной частоты на 1,28%;

- уровень контрольного сигнала зависит, главным образом, . от емкест.и сети -относительно зешм (при наличии связи

. " с центральным заземлителем);

- источник контрольного сигнала следует располагать 'непосредственно на горной, машине, а не на питающей •

_ • •' подстанции. •-;

7. Для определения параметров относительно земли сети

с изолированной нейтралью (тока однофазного замыкания на землю, активной и емкостной составляющих полного сопротивления изоляции Фаз сети относительно земли* достаточно подключить к одной из фаз сети дополнительную емкость и провести до и .после подключения иааервния величин напряжений данной фазы сети относительно -земли, а также напряжения нейтрали сети относительно земли.

Выполненные 'аналитические и экспериментальные исследования показали, что данный способ определения параметров сети"относительно земли имеет высокую-точность, которая мало зависит от несимметрии напряжения и отклонения напряжений в сети.

3. Аналитически доказала и экспериментально подтверждена

возможность определения сопротивления изоляции фаз линии относи-

■ тельно земли на основании измерения режимных параметров (ток и напряжение, активная и реактивная мощности) в конце линии.

9. Внедрение а практику эксплуатации электроустановок на открытых горных работах разработанных в данной работе устройств, практическая реализация идей, заложенных в предложенные и исследованные способы обеспечения электробезопасности позволит повысить уровень злектробезопасности, уменьшив вероятность электро-поражения'с 3,815-10 до 1,094-ю"5 , что обеспечивает положительный социальный и экономический эффект.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

1. Электробезопасность на открытых горных работах/3. И. Щуцкий, А. М. Маврицын; А. И. Сидоров; Ю. В. Ситчихин - М.: Недра, 1983.

- 192 с.

2. Свдоров А. И. Применение перфокарт для анализа электротравматизма на предприятиях черной металлургии//Элёктробезопасность на горнорудных предприятиях черной металлургии: Тез. докл. конф. Днепропетровск, 1975. - С. 40-41.

3. Сидоров А. И., Ситчихин Ю. Е Прибор, используемый при рсследо-вании электропораженйй//Промышленная энергетика. - 1976.

■ . - N 4. - С. ■ 7-8.

4. Щуцкий В. Л , СВДоров А. И., Ситчихин Ю. К Электрйческая характеристика тела человека и схема его ,замещения//Горные машины и автоматика: Науч. техн. реф. сб. ЩИЭИуголь.' - М., 1976. -

N 12. - С. 11-14. . ■ .

5. Система учета и анализа электротравматизма/В. И. Щуцкий. А. К. Маврицын, й. Е Ситчихин. А. И, Сидоров, С. Т. Шергин: - М. -. ЦНИЭйуголь, 197™. -"17 с.

' б. Ситчихин а В. , Сидоров А. 11 Проверка зашит от однофазных замыканий на землю//Промьшенная энергетика. •- 1977. - Я 5.

- С. 19-21..

7. Щуцкий Е И. , Сидоров А. И., Ситчихин Ю. Е О расследовании элек-троггорайюний//Врошжленная энергетика. - 1977. - N 12.

С. 31-32.

8. Щуцкий Е И., Сидоров А. И., Ситчихин Ю. Е Обобщенная схема замещения сопротивления тела человека//Иэв. вузов СССР. Сер. Горный журнал. - 1978. - N 12. - С. 95-97

9. Сидоров А. И.' Анализ электротравматизма на карьерах Кйного Ура-

ла//Автоматизация энергосистем и энергоустановок промышленных предприятий: Сб. науч. тр. ЧПИ. - Челябинск, 1979. - С. 63-65.

10. Сидоров А. И. Исследование условий злектробезопасности на открытых горных работах//Электробезопасность на горнорудных предприятиях черной металлургии СССР. Тез. докл. конф. - Днеп- ■ ропетровск, 1979. - С. 32-33.

11. Щуцкий В. Е , Ситчихин ¡0. Е , Сидоров А. Е Обобщение опыта эксплуатации защит от однофазных замыканий на землю в электроустановках напряжением свыше 1000 В. - М.: ЦНЙЭИуголь, 1980. - 29 с.

12. -Петров О. А., Сидоров А. И. Способ компенсации тока однофазного замыкания на землю//йзв. вузов СССР. Сер. Энергетика. -1980. - N 7. - С. 18-22. ' . '

13. Щуцкий R И., Сидоров А. И., Ситчихин Ю. К Сравнительная опас-" ность токов различного вида//Электричество. - 1981. - N 12.

- С. 49-51.

14. Щуцкий В. Е, Сидоров А. И. Характеристика местных заземлителей //Изв. вузов СССР. Сер. Горный журнал. - 1982. - N 2. - С. 87-89. • ' '

15. Компенсация емкостных токов однофазного замыкания на землю в сетях 6 кВ ССГОКа/О. А. Петров, ЕЕ Стасяк, Г.С. Валеев, А. Е Сидоров, В. В. Семенов. Б. М. Рыбак//Горный журнал. -1982. .N 8. - С. 51-53.

16. Шуцкий Е Е , Сидоров А.Е Методика за оценка на опасността от различии ввдове электрически ток//НРВ - Въглища. - 1983.

- N 9. - С. 22-24.

17. Shchytskii V.-L, Sidorov-A. I. , Sitchykhin Yu. V. Conparative danger of different kirids of current//Elektnc technology USSR. 1983. - N 1. - P. 109-114.

18. Анализ работы релейной защиты -от однофазных замыканий на векшо/В.Е Щуцкий, O.A. Петров, Ю.Е Ситчихин, А.Е Сидоров// Горный журнал. - 1983. - D 1. - С. 49-51.

19. Шуцкий Е, Ситчихин Kl, Сидоров А. Методика за логико-веро-ятности исследования на структурните схемы на електробеао-пасноетта НРЕ - Национальная научно-техническая конференция с международным участием "Электробеаопасность-85'У/

Сб. тезисов. - НРБ, Казанлык, 1985.- С. 48.

20. Щуцкий ЕЕ, Ситчихин Е Е , Сидоров А Е Характеристика звеньев -структурной модели злектропоражения при напряжении выше 1000 Е - Злектричество. - 1986. - N 5. - С. 65-67.

о

21. Петров О. А. , Ситчихин Е В., Сидоров А. Я Новое устройство для измерения сопротивления заземления//Проблемы охраны труда: Тез. докл. конф. - Рубежное, 1986. - С. 172-173.

22. Руководящие технические материалы. Методические указания по устройству и эксплуатации зашиты от замыканий на землю в сетях 8-35 кВ на открытых горных работах/А. Г. Ликзренко,

Ю.Е Батасов,. Ф. П. Шкрабец, ЕА. Мирошниченко, ЕС. Волотков-ская, O.A. Петров, А. И. Сидоров, Ю. В. Ситчихин - М. : Минчер-мет, 1986. - 39 с.

23. Измерение емкостного токз однофазного замыкания на землю в воздушных сетях 5,10 кВ/0. А. Петров, А. Л Сидоров, В. И. Ду-динова. М. П. Бухметова//Электрические станции. 1987. - N 4.

- С. 75-76.

24. Сидоров А. И. -Об управлении электробезопасностью на открытых горных работах//Автоматизация энергосистем и энергоустановок промышленных предприятий. Сб. науч. тр. ЧПИ. - Челябинск, 1987. - С. 3-5.

25. Шущсий В. И., Сидоров А. И., Ситчихин Ю. Е Режш функционирования устройства контроля непрерывности заземляющей жилы//Изв. вузов СССР. Сер. Горный журнал. - 1988. - S 10. - С. 94-95.

26. Сидоров А. И., Седьницин • А. А. Выбор критериев управления уровнем электробезопасности в системах электроенабжения//Киберне~ гика электрических систем: Тезисы докладов XI сессии Всесоюзного научного, семинара. Абакан, 1989. - С. 142. .

27. Исследование условий электробезопасности в компенсированной . сети/О. А. Петров, A.ÎLСидоров, Ю.В. Ситчихин, В. IL Медников// Горный журнал. 1989. - N9. - С. 45-47.

28. ВеядякН.А., Сидоров А. И. Автоматизированный контроль изоляции в электрических сетях напряжением ' 6-35 кВ. //Элегсгро-безопасность в народном хозяйстве:. Материалы семинара. - М..

. 1990. - С. 95-97. . . '

29. Автоматизированная ИБС учета и анализа релейной залиты/А. я. Сидоров, а а Ситчихин, А. йГ Свигарис,. П. JL Можайцев// Электро- и пожаробезопасность при эксплуатации электроустановок: Тез. докл. Всесоюзной научно-практической гонф. -Душанбе, 1990. - С. 46-49.

30. Сидоров A. PL , Петров О. к.,. Ушаков И. М. Погрешности косвенного метода измерения-емкостных проводимостей относительно земли в электрических сетях напряжением 6-10 кВ// Электричество. - 1990. N 10. - С. 33-36. .

31. Шуцкий а TL , Ситчихин Ю. Е » Сидоров A. PL ' Анализ эффективности средств обеспечения электробезопасности при электрификации открытых горных работ//Горный журнал. - 1990. - N 11. -

С. 52-54. •

32. Петров О. А., Сидоров А.'И., Сельницин А. А. Методика измерения емкостных токов однофазного замыкания на землю в электрических сетях напряжением 6-10 кВ. - Челябинск, 1990. - 24 с.

33. Окраинская IL С. , Безваритний В. А., Сидоров А. И. Состояние электробезопасности на предприятиях цветной металяурго:// Проблемы электробезопасности в народном хозяйстве: Тез. докл. Всесоюзной научно-практической конф. - Челябинск, 1990. -

С. И.

34. Шуцкий В. И., Ситчихин а В., Сидоров А. И. Определение эффективности средств обеспечения электробезопасности в СЭС// Судовая промышленность. Серия: Судовая электротехника и связь. - Ленинград: ЦНИИ "Румб". - 1991. - Вып. К 5. -

С. 5-3.

35. £2c2uckij V.l., Sidorov A. I. System sterovanis ochrona przeciwporaseniova w kopalni odkryvriiowej//YIII Medsunarodova konderencia naukowotechniczna "Ochrona prezciwporazeniova w urzadzeniach elektrycznych". Polska, Lods. - 1991. -

P. 207-212.

36. Шуцкий E И., Сидоров A. TL , Сельницин А. А. О значимости уровня изоляции электроустановок в обеспечении электробезопасности// . ■Изв. вузов СССР. Сер.- Энергетика. - 1991. - N 11. - С. 10-12. •

37. Шуцкий -В.И., Сидоров А. И. Методика определения поражающего тока при расследовании электропоражний//йзв. вузов СССР. Сер. Энергетика - 1991. - N 12. - С. 50-53.

38. Семенов В. В. , Ситчихин Ю.-В., Сидоров А. И. Обоснование технических параметров устройства контроля непрерывности цепи заземлони'л//йонтроль изоляции в распределительных сетях: Тез. докл. конф. - Челябинск, 1992. С. °5-2б.

39. Сидоров А. й., Бендяк R А., Иванов А. Г. Сравнительный анализ различных методов определения параметров сетей с изолирован- -ной нейтралью относительно земли//0беспеиение безопасности жизнедеятельности ь условиях современных предприятий: Тез.-докл.конф. -'Челябинск, 1993. - С. 42-44.

40. Sidorov А., Bondarev ff, Szajirbaew A. Ocena skutecznosci srodkcvf oehrony prseciviporazoniowej stosovanych w sieciach rozcteieiesych w kopalniach odkrywkowych//-lX Miedzynarodowa

konf'erencja naukowo- techní zna. Ochronaprzec í уфогагеп i owa urzadzeniach elektrycznych. - Lodz, Vrzesien, 1993. -P. 280-285.

41. А. с, N 445959 (СССР), МКИ HÖ2 Н 3/16. Способ защиты от однофазных замыканий на землю/О. А. Петров, А.'И. Сидоров, ЕЕ Ситчихин/УОткрытия. Изобретения. - 1974. - N 37.

42. A.C. N 525186 (СССР), МКИ HOI R4/66. Заземдитель/ А. И. Си-• доров, Ю. В. Ситчихин//0ткрытия. Изобретения. - 1976. N 30.

43. A.c. N 536555 (СССР), Ш1 - Н02 Н 3/15. Устройство для защиты от замыкания на землю в сетях с изолированной и компенсированной нейтралью/О. А. Петров, А. И. Сидоров, Е Е Ситчихин// Открытия. Изобретения. - 1976. N 43.

44. A.c. N 540324 (СССР), МКИ ROS Н 3/16. Устройство для завиты сетей с компенсированной и изолированной нейтралью от однофазных замыканий на земжо/0. а. Петров, КХЕ Ситчихин, а. И. Сидоров, Е М. Голов//Открыткя. Изобретения. - 1976. - N 47.

45. A.c. N 773800 (СССР), МКИ Ю1 R 4/66. Заземлите ль/А. И. Сидоров, А.Е Хашковский//Открытия. Изобретения. - 1980. N 39.

46. A.c. К 845115 (СССР),' Ш 001 R 27/20. Устройство для конт-4 роля целостности заземляющей цепи передвижных- злектроуста-

новок/Ю. I]. Ситчихин, А. И. Сидоров//0ткрытия. Изобретения. -1981. - N 25. . -

'47. A.c. N 858170 (СССР), МКИ Н02Н 9/08. Устройство для кэмпен-' сацйи тока однофазного замыкания на землю в электрической ■

.сети/О. А. Петров, А. Ъ Сидоров//Открытия. Изобретения. -■ 1981. - N 31'.

48. A.c. N-1033988 (.СССР), Mfffl G01 R 27-^20.'Устройство для измерения сопротивления-заземления/О. А: Петров, Kl Е Ситчихин А. И. Сидоров//Открытия. Изобретения. - 1983, - N29.

49. A.c. N 1111225 (СССР), МКИ Н02 Б.9/08. Устройство для коп*.. пенсацш тока однофазного замыкания на землю в электрической

сети. /О. А. Петров, А. И. Сидоров//0ткрытия. Изобретения. -1984. - N 32.

50. A.c. N 1128195 (СССР), МКЙ S01"R 27/20. Устройство для автоматического измерения сопротивления заземления/0. А. Петров, Ю. Е Ситчихин, А. И. Сидоров//0ткрытия. Изобретенйя, - 1954.

- К 45. - .

51. A.c. N 1309152 (СССР), МКИ Н02 Н 3/16.-Устройство для запиты от однофазного замыкания на землю в электрической сети „ переменного тока с изолированной или компенсированной ней?-

ралыо/О. А. Петров, КХВ. Ситчихин, А. iL Сидоров//Открыт-ия.. Изобретения. - 1987, - N 17.

52. A.c. N 1356Ó99 (СССР), ЫКИ К02 Н 3/16. Устройство для завд-• ты от однофазного замыкания на землю в электрической сети

переменного тока/О. А. Петров, ЕЗ. Арендт, А. И. Сидоров// • Открытия. Изобретения. - 1987. - N 44.

53. A.c. N 1394312 (СССР), ЫКИ Н02 Н 3/16. Устройство для защиты от однофазного замыкания на землю в электрической сети переменного тока/О. А. Петров, А. И. Сидоров//Открытия. Изобретения. - 1988. - N 17.

54. А. с. N 1742927 (СССР), МКИ Н02 Н 3/16. Устройство для защиты от однофазных замыканий на землю в электрической сети" переменного тока/О. А. Петров: А. И: Сидоров//0ткрытия. Изобретения. - 1992. - N 23.

55. A.c. N 1744749 (СССР), МКИ Н02 Н 3/16. Устройство для защиты от однофазного замыкания на землю в электрической сети переменного тока/О. А. Петров, А. И. Сидоров, Ю. Е Ситчихин// Открытия. Изобретения. - 1992. - N 24.

56. A.c. N 1774425 (СССР), МКИ HQ2 Н 3/16. Устройство для защиты от однофазного замыкания на землю в электрической сети переменного тока/О. А. Петров, А. И. Сидоров, Ю. Е Ситчихин// Открытия. Изобретения. - 1992. - N 41.

/