Введение к работе
Актуальность работы. Обеспечение электробезопасности при ведении
работ в действующих электроустановках является одним из приоритетных направлений в электроэнергетике. Согласно статистике, наиболее высокий электротравматизм, в том числе и смертельный, происходит на воздушных линиях электропередачи (ВЛ) напряжением 10 кВ. Это вызвано, в первую очередь, большой их протяженностью (около 41 % от общей протяженности линий всех уровней напряжения), недостаточной подготовленностью и оснащенностью электрозащитными средствами (ЭЗС) обслуживающего персонала.
Среди основных причин электротравм в электрических сетях можно выделить следующие: непроведение проверки отсутствия напряжения; подачу напряжения во время работы при отсутствии заземления; приближение на опасное расстояние к проводам, находящимся под напряжением. Проверка наличия напряжения зачастую не проводится из-за отсутствия ЭЗС, неисправности или ненадежности находящихся в эксплуатации.
Одним из перспективных видов ЭЗС, позволяющих предотвратить поражение обслуживающего персонала электрическим током, являются бесконтактные устройства контроля наличия напряжения - сигнализаторы напряжения (СИ). Индивидуальные сигнализаторы напряжения (СНИ) используют для определения наличия напряжения на проводах ВЛ с земли, а касоч-ные СИ (СНК) предназначены для непрерывного контроля наличия напряжения при нахождении работника на близком к проводам расстоянии.
Применение СН играет важную роль в обеспечении электробезопасности, что подтверждает статистика по холдингу РАО «ЕЭС России». Например, установлено, что в 2001 г. в электрических сетях десять смертельных электротравм можно было предотвратить при наличии у пострадавших СН (35,7 % от общего числа смертельных электротравм в холдинге).
Изучение существующих конструкций СН и особенностей их эксплуатации показало, что они не всегда способны обеспечить контроль напряжения для надежной защиты обслуживающего персонала. Среди причин низкой эффективности применяемых СН можно выделить недостаточную изученность распределения электрического поля (ЭП) под проводами ВЛ с учетом влияния опоры и тела человека, подверженность применяемых СН внешним воздействиям, неоптимальность конструкций СН и их пространственного расположения.
В связи с этим актуальной является задача разработки новых, более совершенных средств бесконтактного контроля наличия напряжения на проводах ВЛ и методик их использования, применение которых позволит снизить вероятность электропоражения обслуживающего персонала.
Работа выполнена в соответствии с "Комплексной программой обеспечения безопасности профессиональной деятельности и предотвращения травматизма персонала энергетических предприятий холдинга РАО "ЕЭС России", утвержденной приказом по РАО "ЕЭС России"
№390 от 31.07.01, в которой указано на необходимость разработки ЭЗС нового поколения, в частности, сигнализаторов напряжения, и скорейшего оснащения ими предприятий энергетики.
Цель работы - повышение уровня электробезопасности при эксплуатации ВЛ 10 кВ путем разработки и внедрения средств бесконтактного контроля наличия напряжения на проводах.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
-
анализ электротравматизма и выявление наиболее травмоопасных объектов в электроэнергетике;
-
исследование конструкций находящихся в эксплуатации СН, их функциональных возможностей, условий применения и формулирование требований к новым СН;
-
оценка повышения уровня электробезопасности при использовании СН;
-
разработка способа и устройства для измерения напряженности электрического поля вблизи тела человека;
-
теоретическое и экспериментальное исследование электрических полей, создаваемых проводами ВЛ, и факторов, оказывающих на поле влияние;
-
определение оптимальных мест расположения СН различных типов, порогов и зон их срабатывания;
-
разработка конструкций СН, методик их применения, проведение опытной эксплуатации и внедрение созданных СН в энергосистемах страны.
Методы исследований
При решении поставленных задач использовались методы математического анализа (матричная и векторная алгебра, дифференциальное исчисление), теории электромагнитного поля, теории нечетких множеств, экспертных оценок, научного планирования эксперимента. Все вычисления и графические построения производились на ПЭВМ с применением следующих пакетов программ: MathCAD 2002, MSWord ХР, MSExcel ХР, Elcut 5.1. Адекватность расчетов подтверждена экспериментальными исследованиями.
Научные положения и результаты, выносимые на защиту
1. Применение бесконтактных средств контроля наличия напряжения позво
ляет повысить уровень безопасности при эксплуатации ВЛ примерно в
14 раз.
-
Создание СНК с одним порогом срабатывания, способного контролировать наличие напряжения на проводах ВЛ при подъеме на опоры различных конструкций, возможно только при размещении его в верхней части каски.
-
Повышение технических и эксплутационных характеристик СНК достижимо при его конструктивном разделении на две части.
-
Применение в СНК радиосвязи позволяет обеспечить наблюдающего дублирующей системой индикации о наличии напряжения на проводах ВЛ.
-
Касочный сигнализатор напряжения с конструктивно разделенными радиосвязанными рабочей и индикаторной частями, позволяющий проводить непрерывный контроль отсутствия напряжения на проводах ВЛ при подъеме на опору, и индивидуальный сигнализатор напряжения, обеспе-
чивающий проведение проверки наличия напряжения на проводах ВЛ непосредственно с земли.
Научное значение работы
-
Разработана логико-вероятностная модель возникновения электропоражения для оценки повышения уровня электробезопасности при использовании СН на ВЛ.
-
Разработан способ измерения напряженности ЭП в зоне нахождения СН в реальной обстановке.
-
Установлено, что размещение СНК над головой человека при работе на ВЛ обеспечивает надежный контроль наличия напряжения, а экранирование ЭП телом человека сводится к минимуму.
4. Определены пороги и зоны срабатывания различных типов СН.
Практическое значение работы
-
Разработан и изготовлен универсальный комплекс для измерения напряженности электрического поля промышленной частоты, позволяющий проводить измерение как в невозмущенном поле, так и вблизи человека, опоры, заземленных конструкций.
-
Разработаны конструкции и подготовлены к производству:
СНК «Радиус» с конструктивно разделенными рабочей и индикаторной частями, связанными по радиоканалу;
СНИ «ИВА-Н», позволяющий определять наличие напряжения на проводах В Л 10 кВ непосредственно с земли, без подъема на опору;
модифицированный СНИ «ИВА-Н-2», позволяющий определять наличие переменного напряжения 25 кВ между контактным проводом и рельсами железнодорожного пути.
3. Разработаны методики применения и руководства по эксплуатации
СНИ «ИВА-Н», СНИ «ИВА-Н-2» и СНК «Радиус».
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются аргументированностью исходных посыпок, вытекающих из основ электробезопасности, электротехники и радиотехники; соответствием результатов теоретических расчетов и экспериментальных исследований; положительными результатами испьпаний и применения СНИ «ИВА-Н» и СНК «Радиус» в электрических сетях РАО "ЕЭС России", испытаний СНИ «ИВА-Н-2» на Горьковской железной дороге.
Реализация результатов работы
После прохождения испытаний, опытной эксплуатации в ОАО "Киров-энерго", испытаний в РАО «ЕЭС России», экспертным заключением от 2002 г. разрешено использование СНИ «ИВА-Н» на предприятиях и в организациях холдинга РАО «ЕЭС России». На 1.10.2004 г. практически во всех энергосистемах страны эксплуатируется более 32 тыс. сигнализаторов «ИВА-Н».
Разработанная на базе СНИ «ИВА-Н» модификация СНИ «ИВА-Н-2» в 2004 г. испытана в Кировском отделении Горьковской железной дороги и рекомендована к применению в ОАО «Российские железные дороги».
Партия СНК «Радиус» в 2003 г. внедрена в ОАО "Кировэнерго"; за-
вершается подготовка к их промышленному производству.
Результаты работы используются в учебном процессе в Вятском государственном университете (ВятГУ) г. Кирова при подготовке инженеров по специальностям 100100 «Электрические станции», 100200 «Электрические системы и сети», 100400 «Электроснабжение» и в Южно-Уральском государственном университете (ЮУрГУ) г. Челябинска при подготовке специалистов по безопасности жизнедеятельности в техносфере (280101).
Апробация работы
Основные положения и результаты диссертационной работы были доложены, продемонстрированы, рассмотрены и получили одобрение на Международных выставках и семинарах во Всероссийском выставочном центре (ВВЦ) "Охрана труда в электроэнергетике" (1999 - 2004), г. Москва; на Международных выставках и семинарах на ВВЦ "ЛЭП - 2001", "ЛЭП - 2002", "ЛЭП - 2003", "ЛЭП - 2004"; на совещаниях, ежегодно проводимых «Урал-энерго» (в Екатеринбурге, в Перми, в Кирове); на ежегодных Всероссийских научно-технических конференциях ВятГУ "Наука-ПРОТЭК-2002", "Наука-ПРОТЭК-2003", г. Киров; на Всероссийской научно-технической конференции "Безопасность жизнедеятельности на пороге третьего тысячелетия" в 2000 г. и на Всероссийской научно-технической конференции ЮУрГУ "Безопасность жизнедеятельности в третьем тысячелетии" в 2003 г. (г. Челябинск); на Международной научно-практической конференции "Энергетика сегодня и завтра 2004" (г. Киров).
Публикации. По теме диссертации автором опубликовано 19 печатных работ, получено свидетельство на полезную модель и подана заявка на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка и приложений. Объем работы составляет 154 страницы и содержит 73 рисунка, 17 таблиц, 142 наименования библиографического списка, 10 приложений, включая акты внедрения.
