автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.01, диссертация на тему:Защита электротехнического персонала тягового электроснабжения от вредного воздействия электромагнитных полей

На правах рукописи

¿Г

Закирова Альфия Резавановна

ЗАЩИТА ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОГО ПЕРСОНАЛА ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ОТ ВРЕДНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ

Специальность 05.26.01 - «Охрана труда (электроэнергетика)»

1 6 МАЙ 2013

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Екатеринбург 2013

005058839

005058839

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Уральский государственный университет путей сообщения» на кафедре НОЦ «Техносферная безопасность».

Научный руководитель -

Кузнецов Константин Борисович — доктор технических наук, профессор, заведующий учебным центром охраны труда и безопасности, Уральский государственный университет путей сообщения, г. Екатеринбург.

Официальные оппоненты:

Хусаинов Шамиль Нагимович - доктор технических наук, профессор кафедры «Теоретические основы электротехники», Южно-Уральский государственный университет, г. Челябинск;

Кравчук Игорь Леонидович — доктор технических наук, заместитель генерального директора ОАО НТЦ «Научно-исследовательский и проектный институт по добыче полезных ископаемых открытым способом», г. Челябинск.

Ведущее предприятие —

Институт охраны труда Федерации независимых профсоюзов, г. Екатеринбург.

Защита состоится 23 мая 2013 г., в Ю00 часов, в ауд. 1001 на заседании диссертационного совета Д 212.298.05 при Южно-Уральском государственном университете по адресу: 454080, г. Челябинск, пр. им. В.И. Ленина, 76, Южно-Уральский государственный университет.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью учреждения, просим направлять по адресу: 454080, г. Челябинск, пр. им. В.И. Ленина, 76, диссертационный совет ЮУрГУ.

Автореферат разослан «,//»

2013 г.

Ученый секретарь Совета доктор технических наук, профессор

Ю.С. Усынин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования

Охрана труда - это система сохранения жизни и здоровья работников в процессе трудовой деятельности. Она может быть реализована путем предотвращения или снижения уровня воздействия на работников опасных и вредных производственных факторов.

Электротехнический персонал электроустановок тягового электроснабжения подвергается воздействию комплекса вредных факторов производственной среды, основными из которых являются электрическое (ЭП) и магнитное поля (МП).

Проведенные отечественными и зарубежными специалистами физиологические исследования свидетельствуют о вредном воздействии электромагнитного поля (ЭМП) низкой частоты (НЧ) на организм человека; в результате такого воздействия возникают заболевания систем: сердечнососудистой, нервной, эндокринной, иммунной, а также лейкемии, опухоли головного мозга.

Исследование заболеваний на Западно-Сибирской железной дороге - филиале ОАО «РЖД» показало, что за 25 лет количество обращений железнодорожников в больничные учреждения по некоторым заболеваниям существенно возросло. По сравнению с контрольными группами городских жителей: по заболеваниям злокачественных опухолей - более чем в два раза, по заболеваниям эндокринной системы - в четыре, заболеваниям системы кровообращения - в четыре. Можно предполагать, что рост обращений с заболеваниями связан с множеством причин, однако здесь нельзя исключать вредное воздействие ЭМП.

В процессе трудовой деятельности на персонал, находящийся в зоне воздействия ЭМП постоянного и однофазного переменного тока тяговой сети, действуют одновременно высокие уровни напряженности ЭМП со спектром высших гармонических составляющих выпрямленного напряжения и тока до 10 кГц, предельно допустимые уровни (ПДУ) которых в настоящее время не нормируются (кроме значений для частоты 50 Гц и 10 кГц).

К настоящему времени в научных исследованиях по воздействию ЭМП на персонал тягового электроснабжения уровни напряженности ЭМП оцениваются только методами расчета и без учета высших гармонических составляющих выпрямленного напряжения и тока до 10 кГц.

Для оценки воздействия ЭМП от высших гармонических составляющих выпрямленного тока и напряжения на электротехнический персонал необходимо разработать методику нормирования ЭМП и средства защиты в частотном диапазоне до 10 кГц с учетом существующих требований СанПиН 2.2.4.1191-03.

В 2011 году органами здравоохранения разработан проект документа СанПиН «Гигиенические требования к физическим факторам производственной среды», в котором до сих пор предлагается оценивать уровни напряженности ЭП и МП частотой до 30 кГц в виде отдельных вредных производственных факторов.

Существует потребность в разработке и принятии наряду с действующими показателями нового нормируемого показателя ЭМП, учитывающего комплексное воздействие обеих составляющих.

Таким образом, разработка средств и методов защиты персонала тягового электроснабжения от вредного воздействия ЭМП является актуальной.

Цель работы

Снижение влияния уровня напряженности ЭМП от систем тягового электроснабжения на здоровье электротехнического персонала.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Статистически исследовать заболеваемость персонала, подверженного по роду своей деятельности влиянию ЭМП. Оценить уровень относительного риска причинения вреда здоровью персонала и проанализировать его с уровнем относительного риска причинения вреда здоровью населения;

2. Определить электроустановки, являющиеся источниками ЭМП, теоретически и экспериментально оценить уровни их напряженности с учетом высших гармонических составляющих выпрямленного напряжения и тока в частотном диапазоне до 10 кГц;

3. Разработать устройство для комплексной оценки на рабочих местах электрического и магнитного полей.

Научная новизна

— оценка проведения статистического исследования заболеваемости персонала при эксплуатации электрифицированных и неэлектрифицированных участков железной дороги, введение понятия «относительный риск»;

— разработка методических указаний «Критерии оценки ЭМП в производственных условиях для частотного диапазона до 10 кГц»;

— разработка устройства для измерения уровня плотности потока энергии электромагнитного поля (энергетической нагрузки).

Область исследований соответствует п. 3 паспорта специальности: «Разработка методов контроля, оценки и нормирования опасных и вредных факторов производства, способов и средств защиты от них».

Теоретическая и практическая значимость работы:

— впервые статистически обработаны данные по обращениям в негосударственные медицинские учреждения персонала, работающего на электрифицированных и неэлектрифицированных участках железных дорог;

— введено понятие «относительный риск», рассчитан уровень такого риска причинения вреда здоровью персонала и проанализирован с уровнем относительного риска причинения вреда здоровью населения;

— впервые разработаны методические указания «Критерии оценки ЭМП в производственных условиях для частотного диапазона до 10 кГц», дающие возможность при проведении аттестации на рабочих местах комплексно оценить уровни напряжённости ЭМП от устройств тягового электроснабжения;

— впервые предложено и разработано устройство для измерения уровня плотности потока энергии электромагнитного поля (энергетической нагрузки).

Методология и методы исследования

При решении поставленных задач использованы следующие методы: экспериментальный, анализа данных, математическая статистика, регрессионный анализ. Расчеты и математическое моделирование проводились в программной среде 31аЙ8Йса.

Положения, выносимые на защиту

1. Статистические выводы при оценке заболеваемости персонала, подверженного и не подверженного влиянию ЭМП по роду своей деятельности. Введение понятия «относительный риск». Оценка уровней относительного риска причинения вреда здоровью персонала в сравнении его с уровнем относительного риска причинения вреда здоровью населения.

2. Теоретические и экспериментальные исследования напряженности ЭМП на рабочих местах персонала в РУ-3,3 кВ с учетом высших гармонических составляющих выпрямленного напряжения и тока до 10 кГц.

3. Методические указания «Критерии оценки ЭМП в производственных условиях для частотного диапазона до 10 кГц» с учетом существующих требований СанПиН 2.2.4.1191-03 и нормируемых параметров ЭМП стран ЕС в низкочастотном диапазоне до 10 кГц.

4. Обоснование применения устройства для измерения уровня плотности потока энергии электромагнитного поля (энергетической нагрузки).

Степень достоверности и апробация результатов

Достоверность обусловлена глубиной теоретических проработок, базирующихся: на научных принципах, разработанных ведущими отечественными и зарубежными учеными в области изучения ЭМП, статистических материалах, авторских разработках и обобщениях собственного практического опыта.

Результаты работы с целью ее реализации переданы в Федеральную службу Роспотребнадзора РФ, в службу охраны труда и промышленной безопасности Свердловской железной дороги.

На два способа контроля уровня напряженности магнитного поля и одно устройство для измерения плотности потока энергии электромагнитного поля получены три патента на изобретения.

Теоретические положения, практические результаты и выводы используются:

- в учебном процессе ФГБУ ВПО УрГУПС (Екатеринбург) в лекционных, практических и лабораторных работах по курсам «Безопасность жизнедеятельности», «Электробезопасность» специальностей 190401 («Электроснабжение железных дорог») и 280102 («Безопасность технологических процессов и производств»),

- при подготовке бакалавров и магистров по направлению подготовки 280700 «Техносферная безопасность»,

- в Учебном центре охраны труда и безопасности для слушателей повышения квалификации по направлению «Организация безопасной эксплуатации электроустановок потребителей».

Основные материалы и результаты диссертационной работы доложены, рассмотрены и одобрены на ежегодной межвузовской научно-технической конференции Уральского государственного университета путей сообщения «Молодые ученые - транспорту-2009», Екатеринбург; на 12 Международной НПК «Техносферная безопасность, надежность, качества, энерго-и ресурсосбережение», Краснодарский край, пос. Новомихайловский (6-10 сентября 2010 г.) и на научно-технической конференции «Транспорт XXI века: исследование, инновации, инфраструктура», (15-16 ноября 2011 г.), Екатеринбург.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ, в том числе в изданиях по списку, рекомендованному ВАК РФ, - 2 работы, в рецензируемых изданиях - 3 работы; имеются 3 патента.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель, основная идея и научные положения, выносимые на защиту, отмечена научная значимость и практическая ценность работы.

В первой главе проведён анализ отечественных и зарубежных научных публикаций, касающихся воздействия ЭМП на человека, методов исследования уровней напряженности ЭМП, нормирования напряженности ЭМП частотой до 10 кГц, а также устройств для защиты человека от влияния ЭМП.

Большой вклад в изучение воздействия электромагнитного поля на биологические объекты, в том числе и на организм человека, в разработку нормативов, стандартов, способов и средств защиты от опасного и вредного воздействия ЭМП внесен такими учеными, как Р.В. Афанасьев В.Н. Бинги, В.Ф. Бухтояров, Т.В. Коляда, Р.Н. Карякин, Ю.И. Кольчугин, А.Б. Косарев, Б.И. Косарев, К.Б. Кузнецов, A.B. Меркулов, В.Н. Никитина, И.С. Окраинская, Ю.П. Пальцев, B.C. Петухов, JI.B. Походзей, Н.Б. Рубцова, Т.Е. Сазонова, А.И. Сидоров, Ю.П. Сыромятников, Г.И. Тихонова, Ю.А. Токарский, М. Andrew, D. Savitz, В. Robert и др.

Анализ нормирования напряженности ЭМП низкочастотного (НЧ) диапазона в разных странах показывает, что встречаются противоречия для одного и того же диапазона частот: нормируются разные уровни напряженности ЭМП, причем значения величин нормируемых значений отличаются в десятки и даже сотни раз.

В существующей системе санитарно-эпидемиологического нормирования напряженности ЭМП в Российской Федерации:

- отсутствуют ПДУ, регламентирующие уровни напряженности ЭМП в производственных условиях, для рассматриваемого частотного диапазона частот до 10 кГц, кроме 50 Гц и 10 кГц;

- оценка напряженности ЭМП проводится раздельно по электрической и магнитной составляющей, однако на персонал при эксплуатации тягового

электроснабжения одновременно действуют высокие уровни напряженности электрического и магнитного полей.

На существующем этапе исследований в России нет точной картины степени вредного воздействия ЭМП на биологические объекты, поэтому в диссертации для сравнения степени вредного воздействия исследована заболеваемость персонала, обслуживающего электрифицированные и неэлектрифицированные участки железной дороги.

Проведено исследование заболеваемости персонала, подверженного воздействию ЭМП, на основе удельного показателя - числа обращений персонала с определенными заболеваниями на 1000 обратившихся в некоммерческие учреждения здравоохранения (НУЗ) за шесть лет.

Использовались данные дорожных больниц Свердловской железной дороги, обслуживающих население Пермского края, Свердловской и Тюменской областей и Ханты-Мансийского автономного округа.

Рассмотрена заболеваемость персонала локомотивных бригад Свердловской железной дороги: основная группа - персонал, обслуживающий электрифицированные участки; контрольная группа - персонал, обслуживающий неэлектрифицированные участки (Сургутское отделение Свердловской железной дороги).

Анализ заболеваемости проводился с помощью программного продукта Б1а115Йка для следующих классов заболеваний: заболевания нервной системы, эндокринной системы, системы кровообращения, рассматривались также новообразования и заболевания крови, для которых на основе имеющихся данных выявлена физиологическая связь с воздействием ЭМП.

Для аппроксимации (выравнивания) эмпирических кривых распределения и сопоставления их с теоретическими применяется нормальный (логарифмический нормальный) закон распределения, с целью объективной характеристики эмпирических частот с теоретическими используется статистический показатель - критерий согласия Шапиро - Уилка при п < 100.

Для расчетного значения статистики Ж по критерию Шапиро - Уилка определяется приближенная вероятность г и табличные значения того, чему равна искомая вероятность Р. Если вероятность Р вычисленного критерия больше 0,1, то данный критерий дает основание считать, что принятое допущение о законе распределения случайной величины правомерно. Если же вероятность получить вычисленное значение критерия меньше 0,1, мы заключаем, что принятая статистическая модель не дает правильного описания данных.

\У-критерий Шапиро - Уилка:

где — логарифм г-го упорядоченного наблюдения, а значения а, соответствует

2

ж=

(1)

табличным данным.

Приближенная вероятность равна:

2 = (2)

где значения у, Л?£ для соответствующего размера выборки являются табличными данными.

Интервальный вариационный ряд распределения количества обращений персонала основной группы в НУЗ с заболеванием крови представлен на рис. 1.

/{х;х,а)

Рис. 1. Гистограмма распределения количества обращений персонала основной группы в НУЗ с заболеванием крови

Получены характеристики логарифмически нормального закона распределения: среднее значение — среднее количество обратившихся работников основной группы в лечебные учреждения за шестилетний период с данным видом заболевания, составившее х=0,43 и стандартное отклонение а = 0,2 - количество работников, которые могли еще обратиться с данным видом заболевания от среднего показателя. По правилу трех сигм максимально возможное отклонение от среднего показателя дг+З-а будет равно 1,03. Значение плотности вероятности равно 0,94.

По \У-критерию Шапиро - Уилка вероятность вычисленного значения критерия: р = 0,25; таким образом, на основе этих данных логарифмически нормальное распределение оказывается приемлемой моделью для описания заболевания крови у персонала основной группы.

Персонал локомотивных бригад, работающий на электровозах, где напряжение 3,3 кВ, наиболее интенсивно подвергается воздействию ЭМП тяговой сети. Исследование показало, что на протяжении шести лет число

обращений в больничные учреждения персонала локомотивных бригад по всем рассмотренным заболеваниям существенно возросло; относительное превышение числа заболеваний у основной группы по сравнению с контрольной составляет: по злокачественным опухолям - в 6,6 раз, заболеваниям крови — в 6,0, системы кровообращения - в 9,3, эндокринной системы - в 5,8 раз, нервной системы - в 10,7.

Введено понятие «относительный риск» причинения вреда здоровью персонала по различным видам заболеваний, под которым понимается отношение числа обратившегося персонала тягового электроснабжения (населения) с конкретным заболеванием в медицинские учреждения в течение года к среднесписочной численности персонала (населения), закрепленной за данным медицинским учреждением.

Относительный риск (рис. 2) причинения вреда здоровью персонала (населения) от вредных производственных факторов вычисляется из соотношения:

N

оя = (3)

N К '

с

где Ы2 — количество обращений в лечебные учреждения с данным диагнозом, 1/год;

Ыс - среднесписочная численность населения, закрепленных за данным медицинским учреждением 1/год.

2004 2005 2006 2007 2008 2009

Рис. 2. Динамика относительного риска причинения вреда здоровью (заболевание крови) населения и персонала, 2004—2009 гг.

ы основная группа в контрольная группа и население в России

Анализ динамики относительного риска причинения вреда здоровью персонала с 2004-го по 2009-й гг. показал, что относительный риск причинения вреда здоровью (заболевание крови) контрольной группы в четыре раза ниже, чем основной. Относительный риск причинения вреда здоровью основной группы в два раза ниже, чем населения в России: Результаты проведенного статистического исследования свидетельствуют, что при исключении вредного производственного фактора — электромагнитного поля, возможно обращаемость электротехнического персонала в лечебные учреждения с заболеваниями крови, вызванных влиянием ЭМП, снизится в среднем в четыре раза.

Для сохранения жизни и здоровья персонала требуется разработка мероприятий и средств защиты для снижения времени воздействия ЭМП.

Во второй главе рассчитаны токи и напряжения высших гармонических составляющих от преобразователей на тяговых подстанциях (ТП), уровни напряженности ЭП и МП на рабочих местах электротехнического персонала.

Искаженные кривые напряжения и тока питающей сети в процессе работы вентильного преобразователя имеют периодический характер, что позволяет производить их гармонический анализ и определять наличие в кривых напряжения и тока ряда гармоник, кратных основной частоте.

В этой главе рассмотрен расчет напряженности МП на рабочих местах в зоне «+» и «-» шины в РУ-3,3 кВ. Для бесконечно длинных проводов с противоположно направленными токами величина напряженности МП может быть определена из выражения для векторного потенциала А этого поля в соответствии с рис. 3.

Рис. 3. Схема распространения магнитного поля под шинным мостом в РУ-3,3 кВ

Модуль абсолютной величины вектора напряженности магнитного поля в точке М может быть найден из' векторной суммы модулей и Н из выражения:

/

(4)

На основе соотношений

Н

—---^-+--

2я [х2 + у2 х2 + (И-у) 10

I; -у | у — к

+

(5)

2

н* =

V

2я

х2 + у2

(6)

Аналогично проведен расчет напряженности ЭП на рабочих местах в зоне «+» и «—» шины в РУ-3,3 кВ.

Расчетные значения напряженности МП и ЭП от токов и напряжений переменных составляющих в шинах «+» и «—» для частот 100, 200, 600, 1200,1800 в точке М приведены в таблице 1.

Таблица 1

Расчетные значения напряженности МП и ЭП в РУ-3,3 кВ

х = 1 м; у = 1,8 м; И0 = 3 м; <1 = 2 м

Л Гц /А А иаь В Щ А/м ЕЛ В/м

100 158,3 60,2 5,87 9,37

200 10,3 35,2 0,38 5,48

600 42,05 55,1 1,56 8,58

1200 57,89 38,2 2,14 5,95

1800 28,07 12,4 1,05 1,92

В данной главе применена методика расчета уровня напряженности ЭМП в распределительном устройстве РУ-3,3 кВ от переменных составляющих выпрямленного тока и напряжения с учетом частотного диапазона до 10 кГц.

Приведены расчеты уровней напряженности ЭП и МП для частот, кратных основной частоте - 100, 200, 600, 1200,1800 Гц, - образующихся в процессе работы преобразователя на ТП; уровни напряженности МП и ЭП не превышают нормируемых значений СанПиН 2.2.4.1191-03 для частоты 50 Гц.

Третья глава посвящена экспериментальным исследованиям электромагнитных полей на рабочих местах персонала тяговой подстанции.

Измерения проведены прибором «Экофизика» МИ ПКФ-09-001 в соответствии с методикой измерения МП, обеспечивающим автоматическое измерение модулей напряженностей ЭП и МП при любой ориентации датчика в пространстве с допустимой относительной погрешностью измерения не более 10 %.

Исследования проведены: при температуре +18 °С, относительной влажности 40 %; температуре наружной: -25 °С, ветер 3-5 м/с; рабочее напряжение £/ра6 = 3,3 кВ, рабочий выпрямленный ток /ра6 до 1000 А; коэффициент загрузки сети 0-Н.

В табл. 2 приведен анализ напряженности МП в точках № 1-9 под шинным мостом в РУ-3,3 кВ.

Таблица 2

Анализ напряженности МП (А/м) под шинным мостом в РУ-3,3 кВ

1 2 3 4 5 6 7 8 9 -^норм, А/м

50 8 6 12 125 125 125* 15 8,5 6,5 80

100 б 5 5 8 10 9 6 5 4 Не норм.

200 2 1 1 5 7 7 3 2 2 Не норм.

250 5 4 0 18 18 18 15 4 4 Не норм.

350 3 2 2 10 10 5 11 3 3 Не норм.

400 0,5 0,5 0,7 2 2 2 1 0,5 0,8 Не норм.

500 0,5 0,5 0,7 0,2 0,1 0,2 0,5 0,5 0,8 Не норм.

550 0,5 0,5 0,7 7 6 8 7 0,5 0,8 Не норм.

1м. А 400 300 600 1000 1000 1000 750 420 350

♦Выделенные значения превышают нормируемые по СанПиН 2.2.4.1191-03.

Из табл. 2 видно, что определенной величине тока и частоте соответствует свое значение напряженности МП. Для точек № 4-6 уровни напряженности МП составляют 125 А/м, что превышает значения ПДУ МП по СанПиН 2.2.4.1191-03 в 1,5 раза. Значения напряженности МП, указанные для данных точек, представляют опасность для здоровья электротехнического персонала. Возникает необходимость в разработке средств защиты для ограничения времени влияния на персонал МП.

В работе принята гипотеза о прямо пропорциональной зависимости напряженности МП переменных составляющих от величины выпрямленного тока. Показано, что при выпрямленных токах значительно превышающих 1000 А, измеренные значения напряженности МП от высших гармонических составляющих переменного тока, приведенные к частоте 50 Гц, могут достигнуть десятикратного превышения значения действующих норм.

В табл. 3 приведен анализ напряженности ЭП в точках № 1-9 под шинным мостом в РУ-3,3 кВ.

Таблица 3

Анализ напряженности ЭП (В/м) под шинным мостом в РУ-3,3 кВ_

си =3,3 кВ

1 2 3 4 5 6 7 8 9 ^норм. В/м

25 12 8 12 28 12 12 17 53 12 Не норм.

50 9 9,8 10 17 10 42 42 14 10 5000

100 2 2 2 4 2 3 3 4 2 Не норм.

150 5 7,5 5 8 7 7 8 8 7 Не норм.

200 1 0,7 0,6 1 0,8 0,9 1 1 1 Не норм.

300 2 3 2 4 3 4 3 3 3 Не норм.

400 0,5 0,2 0,2 0,3 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 Не норм.

500 0,2 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 Не норм.

600 1 2,1 1 3 2 0,3 3 3 2 Не норм.

Из табл. 3 видно, что определенной величине тока и частоте соответствует свое значение напряженности ЭП. Уровни напряженности ЭП под шинным

мостом (от ВП до ячеек РУ-3,3 кВ) показали невысокие значения, что обусловлено для ряда измеряемых точек нахождением токоведущих частей над металлическими ячейками, где силовые линии напряженности ЭП от шин, проходящих над ячейками, замыкаются на них. Для уровня напряженности ЭП характерны неизменные значения величин напряженности, так как напряжение электроустановок практически остается неизменным.

При оценке напряженности ЭМП по существующим в настоящее время нормативным документам не учитывается спектр частот до 10 кГц (кроме 50 Гц и 10 кГц). Возникает необходимость разработки методики (методических указаний) нормирования напряженности ЭМП в частотном диапазоне до 10 кГц с помощью приведения величин напряженностей ЭМП от высших гармонических составляющих выпрямленного напряжения и тока к частоте 50 Гц, которые нормируются по СанПиН 2.2.4.1191-03, регламентирующим ПДУ ЭМП для частоты 50 Гц.

В четвертой главе приведены обоснования и порядок разработки методических указаний «Критерии оценки ЭМП в производственных условиях для частотного диапазона до 10 кГц» (методические указания) с применением понятия «энергетический показатель» (на основе вектора Пойтинга) и введением зависимости напряженности МП и ЭП от частоты переменного тока, учитывающих воздействие суммарного спектра значений напряженности МП и ЭП от высших гармонических составляющих Нпр, бпр и Епр, принимая во внимание требования СанПиН 2.2.4.1191-03 и нормируемые параметры ЭМП стран ЕС в низкочастотном диапазоне.

В настоящее время директивой ЕС (Directive 2004/40/ЕС) установлены допустимые уровни напряженности ЭП и МП для частотного диапазона от 0 Гц до 300 ГТц. Предлагается использовать зависимость значений напряженности МП (А/м) и ЭП (В/м) от частоты по Европейской директиве для частотного диапазона от 50 Гц до 820 Гц.

Допустимые уровни напряженности по директиве ЕС в зависимости от частоты используются для приведения значении напряженности ЭМП от высших гармонических составляющих выпрямленного тока к нормируемым значениям напряженности ЭМП для частоты 50 Гц по СанПиН 2.2.4.1191-03. Появляется возможность получить расчетные значения напряженности ЭМП переменного тока в частотном диапазоне от 50 до 820 Гц.

Зависимость значений напряженности МП (А/м) и ЭП (В/м) от частоты с использованием нормируемого значения для 50 Гц Наорм в этом случае с использованием российских нормируемых значений напряженности будет иметь вид:

где амп и аЭп - коэффициенты приведения для магнитной и электрической составляющих ЭМП; /- частота, Гц.

'РФ50 ~~ ИЭП

500 /

(7)

Коэффициент приведения:

°мп =аэп =0>02-/ (8)

Воздействие на электротехнический персонал суммарного спектра напряженности МП и индукции МП от высших гармонических составляющих Н„Р (А/м) и Вп р (Тл), приведенных к частоте 50 Гц можно оценить из соотношения:

10 кГц 10 кГц

= £ амп#, и К = £ амп3. (9)

;=1Гц ;=1Гц

где Hí - измеренные значения напряженности МП;

Bi - измеренные значения индукции МП.

Воздействие суммарного спектра напряженности ЭП от высших гармонических составляющих Епр (В/м):

ЮкГц

£"пр = £ аэаЕ1- (10)

У=1Гц

Для частотного диапазона от 820 Гц до 10 кГц значения ПДУ МП рекомендуется принимать в соответствии с директивой ЕС равными 24,4 А/м, а значения ПДУ ЭП — равными 610 В/м.

При пересчете уровней напряженности МП (А/м) под шинным мостом в РУ-3,3 кВ при максимальных рабочих токах подстанции, то есть при одновременной работе двух тяговых трансформаторов и реализации максимальной мощности, показано, что уровни напряженности МП на рабочих местах могут достигать величин превышения ПДУ МП (80 А/м) для разных точек измерения от 1,4 до 9 раз.

Для комплексной оценки напряженности электрической и магнитной составляющих ЭМП низкочастотного диапазона (до 10 кГц) дополнительно введено понятие «энергетическая нагрузка» Р„0рМ в кВт/м2 в виде вектора Пойтинга:

^норч 2 ^Т, ^" 0 0

Введено понятие «допустимое время пребывания персонала в ЭМП» на основании учета нормируемой величины энергетической нагрузки:

Р . -Т (12)

, _ норм, 8 ч 4 '

ДОП. — ро 5

норм,Т

где Р„ориЛч - нормируемая энергетическая нагрузка, кВт/м2, для 8-часовой экспозиции; Г - время рабочей смены, ч; Р°т?»,т - нормируемая энергетическая нагрузка, кВт/м2, для фактического времени рабочей смены Т, ч, при общем воздействии.

При оценке воздействия ЭМП на отдельные части организма персонала, то есть при локальном воздействии допустимое время пребывания можно определить из соотношения:

Р ■ Т

* норм, 8 ч Л

доп. рл М-5/

-I норм, Т

Нормируемая энергетическая нагрузка при локальном воздействии:

$

^норм.Т — 2 £ ^норм.Т'

где 5 - площадь поверхности всего тела человека, 0,849 м2; - площадь отдельных частей тела человека, м2.

При оценке напряженности ЭП и МП с учетом высших гармонических составляющих выпрямленного тока и напряжения в диапазоне частот до 10 кГц ПДУ энергетической нагрузки можно определить из соотношения:

ЮкГц 1 ( 10 кГц 10 кГц

ЕР =— V Е V Н

норм 2 ' ( норм / ; норм

ЮкГц

Е

У=0Гц ■'^угОГц У=0Гц у

(15)

Для решения проблемы нормирования напряженности ЭМП частотой до 10 кГц и комплексного воздействия электрической и магнитной составляющих на электротехнический персонал разработаны «Методические указания», в которых:

— обоснованы соотношения для оценки напряженности ЭМП на персонал в виде энергетической нагрузки на основе применения вектора Пойтинга;

— разработана методика приведения уровня напряженности ЭП и МП от высших гармонических составляющих выпрямленного тока и напряжения к частоте 50 Гц;

— получено соотношение для оценки ПДУ энергетической нагрузки от суммарного воздействия ЭМП от высших гармонических составляющих выпрямленного тока и напряжения.

В пятой главе разработано устройство для измерения уровня плотности потока энергии электромагнитного поля (энергетической нагрузки).

На рис. 4 приведена схема устройства для измерения плотности потока энергии электромагнитного поля.

Рис. 4. Схема устройства для измерения плотности потока энергии электромагнитного поля

Предлагаемое устройство работают следующим образом.

Переменное электромагнитное поле 16 электроустановки переменного тока 1, воздействуя на спиралевидную рамку 5 измеряемой антенны магнитного поля 4 и на две плоские проводящие параллельные пластины 3, разделенные слоем диэлектрика, измеряемые антенны 2 электрического поля, подключенные к блоку питания (на схеме не представлен), создает переменный ток, пропорциональный величине напряженности воздействующего электромагнитного поля 16. Полученный сигнал переменного тока поступает на вход соответствующего усилителя 7 магнитного поля и усилителя 6 электрического поля, имеющие входное полное сопротивление, близкое к нулю. На выходе усилителей б и 7 формируется сигнал переменного напряжения, кратный величине входящего переменного тока. Переменное напряжение с выхода усилителей б и 7 поступает на соответствующее звено частотной коррекции 9 для магнитного поля и звено частотной коррекции 8 для электрического поля, учитывающие особенности частотных свойств измеряемых антенн 4 и 5 и усилителей б и 7. После звена частотной коррекции 8 и 9 сигнал переменного напряжения подается на вход соответствующего амплитудного детектора 11 для магнитного поля и амплитудного детектора 10 для электрического поля, которые преобразуют входное переменное напряжение в постоянное с величиной, равной амплитуде входного переменного напряжения.

Полученный сигнал переменного напряжения, пропорциональный напряженности электромагнитного поля, поступает на вход цифроаналогового преобразователя 12, результирующего числовые значения величин зарегистрированных сигналов электромагнитных полей, которые анализируются в процессоре 13, и с помощью множительного логического элемента «И» рассчитывается плотность потока энергии (энергетическая нагрузка)

электромагнитного поля; результат расчетных значений индуцируется на жидкокристаллический алфавитно-цифровой дисплей 14.

Таким образом, использование в предлагаемом устройстве процессора с множительным логическим элементом «И» позволяет определить плотность потока энергии, то есть энергетическую нагрузку электромагнитного поля.

Устройство для измерения плотности потока энергии преобразует полученные значения напряженности магнитного и электрического поля и тем самым дает возможность комплексно оценить ЭМП.

В рамках диссертационной работы разработаны следующие способы и устройства:

— способ контроля уровня напряженности МП и реализующие этот способ устройство, которое обеспечивает непрерывный контроль уровня напряженности МП и позволяет предупредить персонал о превышении его предельно допустимого уровня;

— способ контроля уровня напряженности МП по приведенным уровням от высших гармонических составляющих переменного тока и реализующее этот способ устройство.

Вышеуказанные способы и устройства позволяют:

— измерять уровни напряженности ЭМП на рабочих местах электротехнического персонала;

— осуществлять непрерывный контроль уровня напряженности МП;

— предупреждать электротехнический персонал о превышении ПДУ МП, осуществляя защиту его здоровья в процессе трудовой деятельности.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

С целью сохранения здоровья электротехнического персонала, на основе выполненных исследований, в диссертационной работе решена важная научно-техническая задача охраны труда: защита электротехнического персонала тягового электроснабжения от вредного воздействия ЭМП путем реализации обоснованных предложений по нормированию и оценке напряженности ЭМП, а также разработаны технические предложения по защите персонала. На основании выполненных теоретических и экспериментальных исследований можно отметить основные результаты и сделать следующие выводы:

1. Результаты статистического исследования данных о заболеваниях электротехнического персонала свидетельствует, что электротехнический персонал обращается в медицинские учреждения с заболеваниями: нервной и эндокринной систем, новообразованиями, системы кровообращения и крови от 5,8 до 10,7 раз чаще, чем персонал неэлектротехнический. С большой степенью вероятности это связано и с вредным воздействием ЭМП спектра частот выпрямленного тока и напряжения;

2. Введено понятие «относительный риск» причинения вреда здоровью электротехнического персонала (населения) от влияния вредных производственных факторов и оценен уровень такого риска. Анализ динамики

относительного риска причинения вреда здоровью персонала с 2004-го по 2009-й гг. показал, что относительный риск причинения вреда здоровью (заболевание крови) контрольной группы в четыре раза ниже, чем основной.

3. Установлено, что источниками вредного воздействия ЭМП от высших гармонических составляющих на электротехнический персонал являются выпрямительные преобразователи тяговых подстанций, которые служат генераторами высших гармоник тока и напряжения. На рабочих местах персонала, обслуживающего РУ-3,3 кВ, экспериментально и теоретически получены уровни напряженности ЭМП спектра частот в диапазоне до 10 кГц, оценка действия которых на персонал требует специальной методики. В ряде случаев уровни напряженности МП частотой 50 Гц превышают нормируемые значения, и требуется разработка устройств защиты персонала от вредного влияния ЭМП этого диапазона частот;

4. Предложены обоснованные методические указания - «Критерии оценки ЭМП в производственных условиях для частотного диапазона до 10 кГц», — позволяющие при проведении аттестации рабочих мест по условиям труда оценить вредные производственные факторы рабочей среды - электрическую и магнитную составляющую ЭМП;

5. Для сохранения жизни и защиты здоровья персонала при воздействии ЭМП от высших гармонических составляющих выпрямленного напряжения и тока разработаны и получены патенты на следующие устройства и способы:

— устройство для измерения плотности потока энергии, преобразующее полученные значения напряженности МП и ЭП в энергетический показатель, дающий возможность комплексно оценить ЭМП;

— способ контроля уровня напряженности МП и реализующее этот способ устройство, которое обеспечивает непрерывный контроль напряженности МП и позволяет предупредить персонал о превышении ПДУ МП;

— способ контроля уровня напряженности МП по приведенным уровням от высших гармонических составляющих переменного тока и реализующее этот способ устройство.

Вышеуказанные способы и устройства позволяют измерять уровни напряженности ЭМП на рабочих местах электротехнического персонала, осуществлять непрерывный контроль этих уровней и предупреждать персонал о превышении ПДУ МП, осуществляя защиту его здоровья в процессе трудовой деятельности.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

Статьи, входящие в издания, рекомендованные ВАК

1. Закирова, А.Р., Кузнецов, К.Б., Белинский, С.О. Нормирование допустимой энергетической нагрузки ЭМП в диапазоне частот до 10 кГц // Безопасность жизнедеятельности. - 2012. - № 7. - С. 21-24.

2. Закирова, А.Р., Кузнецов, К.Б. О риске вредного воздействия на человека ЭМП электрических установок // Вестник Южно-Уральского

государственного университета. Серия «Энергетика». - 2012,- Выпуск 17. -№ 16.-С. 56-61.

Статьи в рецензируемых журналах

3. Закирова, А.Р., Кузнецов, К.Б. Нормирование допустимой энергетической нагрузки электромагнитного поля в диапазоне частот до 10 кГц // Электробезопасность. - 2010. - № 2—3. - С 50-66.

4. Закирова, А.Р., Кузнецов, К.Б. Вредное воздействие электромагнитных полей и заболеваемость работников // Электробезопасность. -2010.-№ 1.-С 25-33.

5. Закирова, А.Р., Кузнецов, К.Б. Анализ заболеваемости работников при воздействии ЭМП // Техносферная безопасность, надежность, качества, энерго- и ресурсосбережение: Материалы международной научно-практической конф. / Краснодарский край, пос. Новомихайловский : Ростовский государственный строительный университет, 2010. - Т. 38. - С. 108-113.

Статьи и труды научных конференций

6. Закирова, А.Р., Кузнецов, К.Б. Об оценке вредного воздействия электромагнитных полей на территории тяговой подстанции // Безопасность жизнедеятельности в третьем тысячелетии: сб. научн. материалов IV Международной научно-практической конференции / Челябинск : Из-во ЮУрГУ, 2009. - Т.1. -С. 196-200.

7. Закирова, А.Р. Проблемы нормирования электромагнитных полей // Материалы Всероссийской научно-технической конференции «Транспорт, наука, бизнес: проблемы и стратегия развития», поев. 130-летию Свердл. ж.д. : сб. научн. тр. - Екатеринбург : Из-во УрГУПС, 2008. - С. 261-261.

8. Закирова, А.Р. Вредное воздействие электромагнитных полей и заболеваемость работников // Молодые ученые - транспорту-2009 : сб. научн. тр. - Екатеринбург : Из-во УрГУПС, 2009. - Т. 2. - С. 230-236.

9. Закирова, А.Р., Кузнецов, К.Б., Белинский, С.О. Электромагнитная совместимость персонала и электрооборудования распределительных устройств тягового электроснабжения // Безопасность жизнедеятельности : сб. научн. тр. // Под научн. ред. С.О. Белинского, канд. техн. наук. - Екатеринбург : Изд-во УрГУПС, 2009. - Вып. 79(162). - С. 76-80

10. Закирова, А.Р. Проблемы нормирования ЭМП // Безопасность жизнедеятельности : сб. научн. тр. // Под научн. ред. С.О. Белинского, канд. техн. наук. - Екатеринбург : Изд-во УрГУПС, 2009. - Вып. 79(162). - С. 49-54.

Монография

11. Закирова, А.Р. Оценка вредных факторов воздействия электромагнитного поля на персонал тяговых подстанций. - Екатеринбург : Изд-во УрГУПС, 2010.-82 с.

Патенты РФ

12. Закирова, А.Р., Кузнецов, К.Б. Способ контроля уровня напряженности магнитного поля электроустановок переменного тока и устройство для его осуществления. Пат. РФ на изобретение № 2436111 от 10.12.2011, опубл. 10.12.2011. Бюл. №34.

13. Закирова, А.Р., Кузнецов, К.Б. Устройство для измерения плотности потока энергии электромагнитного поля. Пат. РФ на изобретение № 2441248 от 27.01.2012, опубл. 27.01.2012. Бюл. № 3.

14. Закирова, А.Р., Кузнецов, К.Б. Способ контроля уровня напряженности магнитного поля по приведенным уровням высших гармонических составляющих переменного тока и устройство для его осуществления. Пат. РФ № 2457500 от 27.07.2012, опубл. 27.07.2012. Бюл. №21.

Подписано в печать 23.04.2013. Формат 60x84 1/16 Бумага офсетная. Усл. печ. л. 1,22 Тираж 100. Заказ 46 Издательство УрГУПС 620034, Екатеринбург, ул. Колмогорова, 66.

Федеральное Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования |

Уральский государственный университет путей сообщения ,

На правах рукописи

Закирова Альфия Резавановна

ЗАЩИТА ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОГО ПЕРСОНАЛА ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ОТ ВРЕДНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ I

Специальность 05.26.01 - «Охрана труда (электроэнергетика)»

1 Диссертация

00 на соискание ученой степени

о кандидата технических наук

с\1

СО О

со

Научный руководитель -доктор технических наук, профессор Кузнецов К.Б.

Екатеринбург 2013

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ............................................................................................................. 4

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 4

1.1. Обзор научных публикаций, касающихся воздействия ЭМП на человека, методов исследования уровня напряженности ЭМП, нормирование напряженности ЭМП в частотном диапазоне до 10 кГц............................. 10

1.2. Статистические исследования заболеваемости работников железнодорожного транспорта........................................................... 19

1.3. Введение понятия «относительный риск» причинения вреда здоровью персонала..................................................................................... 29

1.4. Выводы................................................................................. 30

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ

ИССЛЕДОВАНИЯ УРОВНЕЙ НАПРЯЖЕННОСТИ ЭМП ЧАСТОТОЙ ДО 10 кГц, ВОЗДЕЙСТВУЮЩИЕ НА ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ ПЕРСОНАЛ........................................................................................................... 31

2.1. Источники вредного воздействия ЭМП на электротехнический персонал Гармонический состав выпрямленного напряжения и тока на тяговых подстанциях................................................................................... 37

2.2. Исследование уровней напряженности электромагнитных полей на рабочих местах персонала в РУ-3,3 кВ................................................... 36

2.3. Выводы.................................................................................. 42

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ

ИССЛЕДОВАНИЯ УРОВНЕЙ НАПРЯЖЕННОСТИ ЭМП ЧАСТОТОЙ ДО 10 кГц, ВОЗДЕЙСТВУЮЩИЕ НА РАБОТНИКОВ

ОБСЛУЖИВАЮЩИХ ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ.......................................... 43

3.1. Экспериментальные исследования напряженности электромагнитных полей на рабочих местах персонала в РУ-3,3 кВ................................................................................................ 43

3.2. Сравнение экспериментальных и теоретических данных с ПДУ напряженностей электромагнитных полей в частотном диапазоне до 10 кГц........................................................................................................................... 58

4. МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ

ПОЛЕЙ........................................................................................

4.1 Методические указания «Критерии оценки ЭМП в производственных условиях для частотного диапазона до 10 кГц», использованием нормируемых параметров ЭМП стран ЕС в низкочастотном диапазоне и вектора Пойтинга............................................................................ 61

5. СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОГО ПЕРСОНАЛА

ОТ ВОЗДЕЙСТВИЯ ЭМП ЧАСТОТОЙ ДО 10 кГц........................... 72

5.1. Способ контроля уровня напряженности магнитного поля по приведенным уровням высших гармонических составляющих переменного тока и устройство для его осуществления............................................... 72

5.2. Способ контроля уровня напряженности магнитного поля электроустановок переменного тока и устройство для его осуществления .... 74

5.3. Устройство для измерения плотности потока энергии ЭМП................ 77

5.4. Выводы.................................................................................. 81

ЗАКЛЮЧЕНИЕ............................................................................... 82

Литература..................................................................................... 84

Приложения

96

ВВЕДЕНИЕ

Охрана труда - это система сохранения жизни и здоровья работников в процессе трудовой деятельности. Она может быть реализована путем предотвращения или снижения уровня воздействия на работников опасных и вредных производственных факторов.

Электротехнический персонал электроустановок тягового

электроснабжения подвергается воздействию комплекса вредных факторов производственной среды, основными из которых являются электрическое (ЭП) и магнитное поля (МП).

Проведенные отечественными и зарубежными специалистами физиологические исследования свидетельствуют о вредном воздействии электромагнитного поля (ЭМП) низкой частоты (НЧ) на организм человека; в результате такого воздействия возникают заболевания систем: сердечнососудистой, нервной, эндокринной, иммунной, а также лейкемии, опухоли головного мозга.

Исследование заболеваний на Западно-Сибирской железной дороге - филиале ОАО «РЖД» показало, что за 25 лет количество обращений железнодорожников в больничные учреждения по некоторым заболеваниям существенно возросло. По сравнению с контрольными группами городских жителей: по заболеваниям злокачественных опухолей - более чем в два раза, по заболеваниям эндокринной системы - в четыре, заболеваниям системы кровообращения - в четыре. Можно предполагать, что рост обращений с заболеваниями связан с множеством причин, однако здесь нельзя исключать вредное воздействие ЭМП.

В процессе трудовой деятельности на персонал, находящийся в зоне воздействия ЭМП постоянного и однофазного переменного тока тяговой сети, действуют одновременно высокие уровни напряженности ЭМП со спектром высших гармонических составляющих выпрямленного напряжения и тока до 10 кГц, предельно допустимые уровни (ПДУ) которых в настоящее время

не нормируются (кроме значений для частоты 50 Гц и 10 кГц).

К настоящему времени в научных исследованиях по воздействию ЭМП на персонал тягового электроснабжения уровни напряженности ЭМП оцениваются только методами расчета и без учета высших гармонических составляющих выпрямленного напряжения и тока до 10 кГц.

Для оценки воздействия ЭМП от высших гармонических составляющих выпрямленного тока и напряжения на электротехнический персонал необходимо разработать методику нормирования ЭМП и средства защиты в частотном диапазоне до 10 кГц с учетом существующих требований СанПиН 2.2.4.1191-03.

В 2011 году органами здравоохранения разработан проект документа СанПиН «Гигиенические требования к физическим факторам производственной среды», в котором до сих пор предлагается оценивать уровни напряженности ЭП и МП частотой до 30 кГц в виде отдельных вредных производственных факторов. Существует потребность в разработке и принятии наряду с действующими показателями нового нормируемого показателя ЭМП, учитывающего комплексное воздействие обеих составляющих.

Таким образом, разработка средств и методов защиты персонала тягового электроснабжения от вредного воздействия ЭМП является актуальной.

Цель работы

Снижение влияния уровня напряженности ЭМП от систем тягового электроснабжения на здоровье электротехнического персонала.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Статистически исследовать заболеваемость персонала, подверженного по роду своей деятельности влиянию ЭМП. Оценить уровень относительного риска причинения вреда здоровью персонала и проанализировать его с уровнем относительного риска причинения вреда здоровью населения;

2. Определить электроустановки, являющиеся источниками ЭМП, теоретически и экспериментально оценить уровни их напряженности с учетом

высших гармонических составляющих выпрямленного напряжения и тока в частотном диапазоне до 10 кГц;

3. Разработать устройство для комплексной оценки на рабочих местах электрического и магнитного полей.

Научная новизна

- оценка проведения статистического исследования заболеваемости персонала при эксплуатации электрифицированных и неэлектрифицированных участков железной дороги, введение понятия «относительный риск»;

- разработка методических указаний «Критерии оценки ЭМП в производственных условиях для частотного диапазона до 10 кГц»;

- разработка устройства для измерения уровня плотности потока энергии электромагнитного поля (энергетической нагрузки).

Область исследований соответствует п. 3 паспорта специальности: «Разработка методов контроля, оценки и нормирования опасных и вредных факторов производства, способов и средств защиты от них».

Теоретическая и практическая значимость работы:

- впервые статистически обработаны данные по обращениям в негосударственные медицинские учреждения персонала, работающего на электрифицированных и неэлектрифицированных участках железных дорог;

- введено понятие «относительный риск», рассчитан уровень такого риска причинения вреда здоровью персонала и проанализирован с уровнем относительного риска причинения вреда здоровью населения;

- впервые разработаны методические указания «Критерии оценки ЭМП в производственных условиях для частотного диапазона до 10 кГц», дающие возможность при проведении аттестации на рабочих местах комплексно оценить уровни напряжённости ЭМП от устройств тягового электроснабжения;

- впервые предложено и разработано устройство для измерения уровня плотности потока энергии электромагнитного поля (энергетической нагрузки).

Методология и методы исследования

При решении поставленных задач использованы следующие методы: экспериментальный, анализа данных, математическая статистика, регрессионный анализ. Расчеты и математическое моделирование проводились в программной среде Statistica.

Положения, выносимые на защиту

1. Статистические выводы при оценке заболеваемости персонала, подверженного и не подверженного влиянию ЭМП по роду своей деятельности. Введение понятия «относительный риск». Оценка уровней относительного риска причинения вреда здоровью персонала в сравнении его с уровнем относительного риска причинения вреда здоровью населения.

2. Теоретические и экспериментальные исследования напряженности ЭМП на рабочих местах персонала в РУ-3,3 кВ с учетом высших гармонических составляющих выпрямленного напряжения и тока до 10 кГц.

3. Методические указания «Критерии оценки ЭМП в производственных условиях для частотного диапазона до 10 кГц» с учетом существующих требований СанПиН 2.2.4.1191-03 и нормируемых параметров ЭМП стран ЕС в низкочастотном диапазоне до 10 кГц.

4. Обоснование применения устройства для измерения уровня плотности потока энергии электромагнитного поля (энергетической нагрузки).

Степень достоверности и апробация результатов

Достоверность обусловлена глубиной теоретических проработок, базирующихся: на научных принципах, разработанных ведущими отечественными и зарубежными учеными в области изучения ЭМП, статистических материалах, авторских разработках и обобщениях собственного практического опыта.

Результаты работы с целью ее реализации переданы в Федеральную службу Роспотребнадзора РФ, в службу охраны труда и промышленной безопасности Свердловской железной дороги.

На два способа контроля уровня напряженности магнитного поля и одно устройство для измерения плотности потока энергии электромагнитного поля получены три патента на изобретения.

Теоретические положения, практические результаты и выводы используются:

- в учебном процессе ФГБУ ВПО УрГУПС (Екатеринбург) в лекционных, практических и лабораторных работах по курсам «Безопасность жизнедеятельности», «Электробезопасность» специальностей 190401 («Электроснабжение железных дорог») и 280102 («Безопасность технологических процессов и производств»),

- при подготовке бакалавров и магистров по направлению подготовки 280700 «Техносферная безопасность»,

- в Учебном центре охраны труда и безопасности для слушателей повышения квалификации по направлению «Организация безопасной эксплуатации электроустановок потребителей».

Основные материалы и результаты диссертационной работы доложены, рассмотрены и одобрены на ежегодной межвузовской научно-технической конференции Уральского государственного университета путей сообщения «Молодые ученые - транспорту-2009», Екатеринбург; на 12 Международной НПК «Техносферная безопасность, надежность, качества, энерго-и ресурсосбережение», Краснодарский край, пос. Новомихайловский (6-10 сентября 2010 г.) и на научно-технической конференции «Транспорт XXI века: исследование, инновации, инфраструктура», (15-16 ноября 2011 г.), Екатеринбург.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ, в том числе в изданиях по списку, рекомендованному ВАК РФ, - 2 работы, в рецензируемых изданиях - 3 работы; имеются 3 патента.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных на 160 страницах машинописного текста, содержит 27 рисунков, 24 таблицы, список используемой литературы из 112 наименований и 6 приложений.

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Обзор научных публикаций, касающихся воздействия ЭМП на человека, методов исследования уровня напряженности ЭМП, нормирование напряженности ЭМП в частотном диапазоне до 10 кГц

Большой вклад в изучение воздействия электромагнитного поля на биологические объекты, в том числе и на организм человека, в разработку нормативов, стандартов, способов и средств защиты от опасного и вредного воздействия ЭМП внесен такими учеными, как Р.В. Афанасьев, В.Н. Бинги,

B.Ф. Бухтояров, П.А. Долин, Т.В. Коляда, Р.Н. Карякин, Ю.И. Кольчугин, А.Б. Косарев, Б.И. Косарев, К.Б. Кузнецов, A.B. Меркулов, В.Н. Никитина, И.С. Окраинская, Ю.П. Пальцев, B.C. Петухов, Л.В. Походзей, Н.Б. Рубцова, Т.Е. Сазонова, А.И. Сидоров, Ю.П. Сыромятников, Г.И. Тихонова, Ю.А. Токарский, М. Andrew, D. Savitz, В. Robert и др.

На железнодорожном транспорте работы в области исследования проблем электромагнитной безопасности принадлежат: М.П. Бадеру, С.О Белинскому.,

C.П. Власову, А.П. Киселеву, А.Б. Косареву, Б.И. Косареву, A.B. Котельникову, К.Б. Кузнецову, J. Arrilaga, D. Bradley, Р Bodger и другим ученым и специалистам в области электрификации железнодорожного транспорта.

Усилия специалистов разных стран по решению проблемы влияния вредных ЭМП на человека объединены в рамках международных организаций -Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), Международной ассоциации по радиационной защите (IRPA), Международного комитета по защите от неионизирующих излучений (ICNIRP) и Европейского комитета по электромагнитной совместимости (CENELEC).

В 1996 году Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) создала Международный проект - электромагнитные поля для расследования

потенциальных рисков для здоровья, связанных с технологиями, излучающими ЭМП. В 1997 года был образован Российский национальный комитет по защите от неионизирующего излучения (РНКЗНИ). Основными целями Комитета являются разработка концепции по обеспечению комплексного решения проблем защиты от неионизирующих излучений населения России и биосистем окружающей среды.

За последние 10 лет были неоднократно проведены международные совещания в рамках проектов по изучению биологического действия электромагнитных полей, семинары по вопросам дозиметрии электромагнитных полей в биологических исследованиях, доклады по результатам работы в области защиты здоровья от неблагоприятного биологического действия ЭМП.

Проведенные физиологические исследования зарубежных специалистов [116, 127, 128, 130, 131] свидетельствуют о возможном развитии заболеваний крови (табл. 1.1) у взрослого населения, проживающего вблизи линий электропередач, радиолокационных станций, пользующегося железнодорожным транспортом.

Таблица 1.1

Возможность развития заболеваний крови у взрослого населения, проживающего вблизи линий электропередач, радиолокационных станций, пользующегося

железнодорожным транспортом

Публикации Отдаленные последствия Есть (+), нет (-) связи

Szmigielski et al.,1982 Лейкемия, рак щитовидной железы, +

Wertheimer, leeper,1982 рак легкого +

McDowall M.,1986 лейкемия -

Stevens R. et al.,1986 лейкемия -

Vena et al., 1991,1994 лейкемия -

Floderus et al.,1993 Острая лейкемия, -

Хроническая лимфоидная, +

леикемия, опухоли мозга +/-

Feychting et Лейкемия, хронический лимф +/-

al., 1992,1994 лейкоз, опухоли мозга -

Проведенные биологические исследования зарубежных специалистов [92, 97, 98, 105, 108-112] воздействия ЭМП низкочастотного диапазона (НЧ)

на работников обслуживающих электроустановки также предупреждают о вредном влиянии ЭМП в НЧ диапазоне (табл. 1.2).

Проведенные биологические исследования российских специалистов [4, 5, 8, 9, 12, 14-18, 20, 23, 25-27, 29, 34, 37, 39, 41, 46, 48, 54, 55, 57, 61, 65-68, 72, 73, 87, 91] не дает точной картины воздействия ЭМП на организм человека.

Таблица 1.2

Основные публикации зарубежных исследователей воздействия ЭМП НЧ

на работников обслуживающих электроустановки

Мтёег С., 2001 Возникновение лейкемии, опухолей головного мозга от влияния низких частот электромагнитного поля на работников железнодорожного транспорта в Швеции.

ВигсЬ I, 2000 Последствия от воздействия магнитного поля частотой 60 Гц на персонал обслуживающий подстанции.

ЗаукгО, 1999 Воздействие магнитных полей на сердечно-сосудистую систему работников электроэнергетических компаний, смертность.

АШ-есМэопЬ, 1996 Заболеваемость раком среди мужчин железнодорожных профессии -машинисто