Введение к работе
-3221
Актуальность проблемы. Несмотря на широкое применение различных технических и профилактических мероприятий, направленных на улучшение условий электробезопасности, проблема снижения электротравматизма остается по-прежнему актуальной. Общая доля травм в промышленности, вызванных действием электрического тока, незначительна - 0,5...3,0%. однако электротравматизм со смертельным и тяжелым исходом составляет в общем числе подобных несчастных случаев 20...60 %, Ежегодно в России от поражения электрическим током в электроустановках зданий гибнет 4-5 человек, теряют трудоспособность и получают инвалидность около 30 тысяч человек.
В настоящее время наблюдается бурный рост электропотребления в быту (электромеханизация домашних работ, электрообогрев, электроплиты, приборы для отдыха и развлечения и т.п.). Несмотря на внедрение устройств защитного отключения (УЗО) в жилых, общественных я административных зданиях по-прежнему имеются случаи группового поражения людей электрическим током с летальных исходом. По данным статистики тенденции к снижению уровня травматизма как в бытовых, так и производственных электрических сетях пока не наблюдается. При этом следует отметить, что третья часть бытового травматизма приходится на детей.
В системе с изолированной нейтралью не обеспечивается селективность работы аппаратуры защитного отключения, которая срабатывает и при однополюсном прикосновении человека к токоведущей фазе, и при снижении сопротивления изоляции фазы сети относительно земли. Повысить надежность электроснабжения и снизить электротравматизм при эксплуатации таких сетей можно путем разработай и внедрения новых способов и устройств распознавания причины утечки и контроля изоляции фаз сети относительно земли.
На воздушных линиях в сетях с гаухозаземлеиной нейтралью (ГЗН) устраиваются повторные заземлители нулевого провода, предназначенные для уменьшения напряжения прикосновения. Количество и величину сопротивления этих заземлителей нельзя считать рациональными как с точки зрения обеспечения электробезопасности, так и минимизации затрат.
Роль целостности нулевого защитного проводника и его сопротивления в системе с ГЗИ как для обеспечения электробезопасности, так и качества электрической энергии общеизвестна. Однако, в процессе эксплуатации таких сетей нередко наблюдаются случаи обрыва или отгорания этого проводника, что крайне недопустимо. Требуется совершенствование и разработка новых устройств контроля непрерывности нулевого защитного проводника и внедрение их в системы электроснабжения с глухозаземлениой нейтралью.
Электробезопасность при обслуживании и использовании тех или иных рабочих машин, механизмов и приборов в значительной мере зависит от уровня сопротивления изоляции фаз электроустановок относительно земли, не только в системах с изолированной нейтралью, но и с глухозаземлениой, а также от совершенствования средств контроля и измерения параметров изоляции под рабочим напряжением.
Анализ статистических данных разных источников показывает, что от 25 до 70 % пожаров возникает из-за низкого сопротивления изоляции или плохого контакта в электропроводках. Как правило, при пожарах погибают люди.
Все это еще раз доказывает необходимость осуществления непрерывного контроля состояния изоляции, раскрытия и учета всех факторов, влияющих на величину и длительность протекания тока через тело человека в аварийных ситуациях, с целью разработки технических и организационных мероприятий по повышению уровня электробезопасности.
До настоящего времени не рассматривалось влияние электродвигателей в системе с ГЗН на исход электропоражения. Это актуально еще и потому, что наметилась тенденция к росту числа тяжелых электротравм при пуско-наладочных и ремонтно-монтажных работах.
Дальнейшее повышение уровня электробезопасности во многом сдерживается или недостаточностью, или отсутствием обоснованных методик и приборов оценки значимости тех или иных средств, устройств, факторов обеспечения безопасности обслуживания электроустановок. Кроме того, не в полной мере реализован аппарат обоснования соответствующих параметров средств обеспечения электробезопасности, основанных, в частности, на применении теории нечетких множеств.
Диссертационная работа выполнялась в соответствии с координационным планом научно-исследовательских работ по проблемам охраны труда на 1986-1990 гг., утвержденным Государственным комитетом народного образования СССР, № 16-05; проблемой 0.74.08 «Разработать и внедрить методы и средства, обеспечивающие дальнейшее повышение безопасности и оздоровления условий труда в народном хозяйстве», утвержденной постановлением Президиума ВЦСПС, ГКНТ и Совета Министров СССР на 1981-1985 гг. и на 1986-1990 гг. (задание 02.02 и 02.05); целевой программой энергосбережения в Читинской области на 2003-2005 гг. (утверждена Администрацией Читинской области 08.10.2002 г,, № 229-А/п), а также ряда НИР, ОКР и договоров о содружестве с такими организациями, как: ЗАО «Читинские Ключи» (г.Чита), МУП «Горводо-канал» (г.Чита), МУП «Кыринское ЖКХ» (Читинская область), старательская артель ООО «Кварц» (Читинская область), Верхне-Читииский лесхоз (г.Чита), ООО «Читаэлектромонтаж» (г.Чита), горные предприятия Всесоюзного производственного объединения «Союззолото», производственное объединение «Забайкал-золото», филиал ОАО «Внешторгбанк» (г.Чита) и другими предприятиями.
Цель работы. Повышение уровня электробезопасности при эксплуатации систем электроснабжения до 1000 В путем комплексного обоснования защитных характеристик средств обеспечения электробезопасности в системе «человек - электроустановка - среда» с учетом наличия в этих системах электродвигателей и степени компенсации реактивной мощности.
Идея работы заключается в использовании результатов системного анализа условий электробезопасности в системах электроснабжения до 1000 В для выбора параметров средств обеспечения электробезоласности и разработке на
их основе новых способов и устройств, позволяющих повысить надежность и безопасность.
Основные научные положения и результаты, выносимые на защиту
-
В системах электроснабжения с изолированной и глухозаземленной нейтралью при однополюсном прикосновении и срабатывании УЗО для объективной оценки условий электробезопасности необходимо учитывать ЭДС выбега электродвигателей и наличие батарей статических конденсаторов (БСК).
-
Система электроснабжения с ГЗН для обеспечения приемлемого уровня риска должна включать в себя устройство непрерывного контроля изоляции то-коведущих фаз относительно земли, работа которого основана на наложении на сеть синусоидального сигнала непромышленной частоты, в комплексе с устройствами опережающего контроля изоляции, установленных на ответвлениях «коммутационный аппарат - электродвигатель».
-
Способ определения параметров изоляции относительно земли отдельных фаз сети с ГЗН, основанный на применении дополнительного трансформатора напряжения, используемого для наложения информационного сигнала на контролируемую сеть, а также на измерении токов в обмотках дополнительного трансформатора напряжения и их фаз, отличающийся тем, что дополнительно измеряют значение тока в нейтрали силового трансформатора, а также фазу этого тока относительно напряжения вторичной обмотки трансформатора напряжения.
-
Способ контроля параметров системы повторных заземлителей и непрерывности нулевых защитных проводников в системах электроснабжения с ГЗН, основанных на наложении прямоугольных импульсов разной скважности на PEN или РЕ проводники, отличающийся от известных тем, что через каждую защищаемую линию осуществляется непрерывная передача импульсов определенной частоты, отличающейся на 200 Гц для соседних каналов частоты, а перед дешифрацией дополнительно производят измерения частоты и разделения спектра сигналов по полосам частоты, причем отключение линии с нарушенными параметрами нулевого провода осуществляется при уменьшении амплитуды импульсов более чем на 15 % от амплитуды импульсов в нормальном режиме работы.
-
Математическая модель электрической сети с ГЗН, отличающаяся тем» что учитывается ее конфигурация и влияние электродвигателей, конденсаторных батарей компенсации реактивной мощности, количества и величины сопротивления повторных заземлителей, а таюке модель рудиичиой электрической сети при прямом прикосновении человека, отличающаяся тем, что учитывает срабатывание аппаратов защитного отключения, степень компенсации реактивной мощности и воздействия ЭДС выбегов электродвигателей.
6. Методика выбора электрических аппаратов защиты от сверхтоков и па
раметров цепи зануяения, обеспечивающая соблюдение требований электро
безопасности согласно ГОСТ 12.1.038-82 и ПУЭ (7-я редакция).
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается принятыми допущениями при математическом описании моделей; корректным применением известных методов расчета и анализа электрических сетей в совокупности с современными широко апробированными
методами математического моделирования и специализированного программного обеспечения; удовлетворительной сходимостью результатов теоретических исследований с результатами экспериментов, проведенных на физических моделях и в реальных электрических сетях; достаточным объемом экспериментальных исследований и обработкой их методами математической статистики с вероятностной оценкой полученных результатов.
Научное значение работы состоит в дальнейшем развитии теории защиты человека от поражения электрическим током и заключается в следующем:
впервые доказано, что ЭДС индивидуального выбега электродвигателя в электрической сети напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью, имеющей индивидуальную компенсацию реактивной мощности, оказывает определяющее влияние на исход электропоражения при прикосновении к одной из фаз сети;
впервые установлены зависимости количества электричества, получаемого человеком при случайном его прикосновении к фазному проводу и отключении электроустановки с помощью УЗО, от мощности электродвигателя, времени срабатывания УЗО, степени компенсации потребляемой электродвигателем реактивной мощности и наличия повторного заземления;
впервые установлены зависимости тока утечки через тело человека при косвенном его прикосновении к электрооборудованию в функции от тока однофазного короткого замыкания и соотношения сечений нулевого защитного проводника и фазного;
установлены зависимости времени протекания тока утечки через тело человека под воздействием ЭДС группового выбега агрегатов «электродвигатель -рабочая машина» от средней мощности работающих электродвигателей и емкости рудничной электрической сети с изолированной нейтралью;
впервые установлено, что наличие электродвигателей в сети с ГЗЫ приводит к увеличению тока через тело человека в случае его косвенного прикосновения и наличии в сети однофазного короткого замыкания, а также продолжительности его воздействия в случае прямого прикосновения к токоведущей фазе электрической сети, оборудованной УЗО;
в доказательстве возможности контроля непрерывности нулевых защитных проводников в системах электроснабжения с ГЗН, основанных на наложении прямоугольных импульсов разной скважности на PEN или РЕ проводники, преобладающем влиянии емкостной проводимости изоляции в указанных системах электроснабжения на токи утечки, а также в разработке и исследовании способов непрерывного контроля параметров изоляции электрической сети относительно земли и целостности нулевого провода;
в обосновании способов защитного отключения электрической сети с изолированной нейтралью при однополюсном прикосновении к ней человека и контроля изоляции токоведущих фаз относительно земли;
в разработке системы комплексной оценки обеспечения условий электробезопасности для случаев однополюсного прикосновения или прикосновения к сторонним проводящим частям в системах с глухозаземленной и изолированной нейтралью.
Практическое значение работы: обоснована величина сопротивления повторного сопротивления на вводе в здание, которая должна быть не более 10 Ом; разработана методика оценки электрической сети с глухозаземленной нейтралью по условиям обеспечения электробезопасности, отличающаяся от известных тем, что учитывает допустимые токовременные характеристики человека, время срабатывания защит от сверхтоков, места установки повторных за-землителей в комплексе с воздействием на человека напряжений прикосновения, влияния изоляции электрической сети и электродвигательной нагрузки с БСК, время срабатывания УЗО; разработана методика оценки электрических сетей горных предприятий с изолированной нейтралью по условиям безопасности их обслуживания, которая может использоваться как при проектировании и эксплуатации этих сетей, так и при проведении экспертиз электротравм; разработаны и внедрены устройства непрерывного контроля изоляции фаз относительно земли и целостности нулевого провода в системе с ГЗН; разработано устройство защиты человека от поражения электрическим током в сети с электродвигателем для систем электроснабжения с изолированной нейтралью; разработана и внедрена комплексная защита электродвигателя с опережающим контролем изоляции ответвления в электрической сети «коммутационный аппарат - электродвигатель» для систем с ГЗН; разработан и внедрен прибор, позволяющий оценить электрические сети, оснащенные УЗО, по условиям электробезопасности.
Реализация результатов работы. Научные положения, выводы и рекомендации использованы:
- ОАО «Водоканал-Чита»; ЗАО Читинская мостострительная фирма «Ав
томост»; МП «Горсвет»; МУП «Управляющая компания» (п. Первомайский Чи
тинской области); ЗАО «Читинские Ключи»; Федеральное агентство лесного
хозяйства по Читинской области «Верхне-Читииский лесхоз» (г. Чита, Читин
ская область); ЗАОр «ИП ЧИТАГРАЖДАНПРОЕКТ»; предприятие Читинских
городских электрических сетей ОАО «ЧИТАЭНЕРГО»; ОАО «Забайкальский
горно-обогатительный комбинат» (Читинская область); муниципальное жилищ-
ио-эксилуатациоииое предприятие «Жилкомхоз» (п. Новоорловский, Читинская
область), Способ и устройство непрерывного контроля изоляции фаз относи
тельно земли и нулевого провода в системе с ГЗН; комплексная защита элек
тродвигателя с опережающим контролем изоляции; прибор оценки электро
безопасности электрических сетей; методика оценки электрических сетей до
1000 В по условиям обеспечения электробезопасиости;
- ОАО Внешторгбанк (филиал в г. Чите); Читинский проектко-
изыскательский институт «ЗАБАЙКАЛЖЕЛДОРПРОЕКТ» (филиал ОАО
«РЖД»); ООО «Разряд». Способ и устройство непрерывного контроля парамет
ров нулевого провода; комплексная защита электродвигателя с опережающим
контролем изоляции; прибор оценки электробезопасности электрических сетей;
методика оценки электрических сетей до 1000 В по условиям обеспечения элек
тробезопасности;
ООО «Кварц» (предприятия Читинской области и республики Бурятия); МУЛ «Кыринское ЖКХ» (Читинская область). Комплексная защита электродвигателя с опережающим контролем изоляции;
предприятия объединения «Росдрагметалл» (г. Москва, г. Чита). Комплексная защита электродвигателя с опережающим контролем изоляции и методика оценки электрических сетей до 1000 В по условиям обеспечения электробезопасности;
ООО «Читапромстройпроект», Читинский филиал Сбербанка РФ. Методика оценки электрических сетей до 1000 В по условиям обеспечения электробезопасности;
Региональным учебным центром по охране труда Забайкальского отделения МАНЭБ; Читинским государственным университетом, Читинским горным техникумом, Читинским лесотехническим колледжем: теоретические и практические результаты работы в разделе «Основы электробезопасности» при чтении лекций и проведении лабораторных работ по курсу «Безопасность жизнедеятельности» для студентов электротехнических специальностей, при обучении руководителей предприятий Читинской области по охране труда в рамках Федеральной программы обучения Минздравсоцразвития РФ, а также при подготовке учебных пособий.
Апробация работы. Основные материалы и результаты диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили одобрение на Всесоюзных научно-технических конференциях «Электробезопасность на горных предприятиях черной металлургии СССР» (г. Марганец, 1979 г.; г. Днепропетровск, 1982 г.); Всесоюзной межвузовской конференции «Проблемы охраны труда» (г. Рубежное, 1986 г.); научно-технической конференции «Компенсация токов однофазного замыкания на землю в электрических сетях напряжением 6...35 кВ» (г. Челябинск, 1984 г.); научно-практической конференции «Охрана труда в цветной металлургии» (г. Челябинск, 1990 г.); десятая научная конференция «Моделирование электроэнергетических систем» (г, Каунас, 1991 г.); Всесоюзной научно-практической конференции «Проблемы электробезопасиости в народном хозяйстве» (г. Челябинск, 1991 г.); международной научно-практической конференции «Обеспечение безопасности жизнедеятельности в условиях современных предприятий» (г. Челябинск, 1993 г.); Всероссийской научно-практической конференции «Безопасность жизнедеятельности в третьем тысячелетии» (г. Челябинск, 2000 г.); VII Российской научно-технической конференции по электромагнитной совместимости (г. Санкт-Петербург, 2002 г.); научно-практическом семинаре с международном участием «Проблемы повышения надежности, уровня безаварийности эксплуатации электротехнических и электромеханических систем, комплексов и оборудования горных и промышленных предприятий» (г. Москва, 1993 г.); научно-технической конференции «Энергосбережение, электроснабжение, электрооборудование « (г. Новомосковск, 1998 г.); Всероссийской научно-технической конференции «Энергетика: управление, качество и эффективность использования энергоресурсов» (г. Благовещенск, 1998 г.); Межрегиональной научно-практической конференции «Энергетика в современном мире» (г. Чита,
2001 г., 2003 г.); Международной научно-практической конференции «Современные энергетические системы и управление ими» (г. Новочеркасск, 2003 г.); вторая Российская конференция по заземляющим устройствам (г. Новосибирск, 2005 г.); V международной научно-технической конференции EPQ2005 «Эффективность и качество электроснабжения промышленных предприятий» (г. Мариуполь, Украина, 2005 г.), одиннадцатой Всероссийской научно-технической конференции «Энергетика: экология, надежность, безопасность» (г. Томск, 2005 г.).
За разработку устройств защиты человека от поражения электрическим током и опережающего контроля изоляции, методики оценки электрических сетей по условиям электробезопасности автор неоднократно поощрялся грамотами Читинского обкома комсомола, Министерства цветной металлургии СССР и дипломом Министерства по высшему образованию Российской Федерации.
Публикации. По теме диссертации опубликовано - 53 научных работы, в том числе монография, 2 учебных пособия и 4 авторских свидетельства на изобретения.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, 2 приложений и содержит 457 страниц машинописного текста, 169 рисунков, 53 таблицы, список использованной литературы из 348 наименований.
