авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 |

Разработка методов и средств, снижающих воздействие электрических полей промышленной частоты на человека

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

КОРОЛЕВ ИЛЬЯ ВИКТОРОВИЧ

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ И СРЕДСТВ, СНИЖАЮЩИХ

ВОЗДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ ПРОМЫШЛЕННОЙ ЧАСТОТЫ НА ЧЕЛОВЕКА

Специальность 05.26.01 – Охрана труда (энергетика)

АВТОРЕФЕРАТ

Диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва – 2011

Работа выполнена в Государственном Образовательном Учреждении Высшего Профессионального Образования Московском энергетическом институте (Техническом университете) на кафедре «Инженерная экология и охрана труда»

Научный руководитель доктор технических наук, профессор Колечицкий Егор Сергеевич
Официальные оппоненты доктор биологических наук, профессор Рубцова Нина Борисовна
кандидат технических наук Жуков Юрий Иванович
Ведущая организация ЗАО «НПО Энергоформ» (г. Москва)

Защита состоится “ 27 ” мая 2011 г. в 15 часов на заседании диссертационного Совета Д 212.157.15 при ГОУВПО Московский энергетический институт (Технический университет) по адресу: 111250,

г. Москва, Красноказарменная ул., 13, ауд. Е-205

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 111250, г. Москва, Красноказарменная ул., 14, Ученый Совет МЭИ (ТУ).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУВПО МЭИ (ТУ).

Автореферат разослан “ ” апреля 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного Совета Д 212.157.15

к.т.н. Боровкова А.М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Оценка воздействия электрических полей промышленной частоты (ЭП ПЧ) на организм человека и разработка средств, снижающих их воздействие, является актуальной задачей. Производственным воздействиям ЭП ПЧ подвергается в первую очередь персонал различных объектов, об­служивающий открытые распределительные устройства (ОРУ) и воздушные линии электропередачи (ВЛ). Обследование персонала подстанций 400 и 500 кВ, позволили выявить такие эффекты действия поля, как высокая утомляемость, повышенная вариабельность пульса и артериального давления крови, неврастенический синдром и др.

Исследования влияния ЭП ПЧ начались с работ Коробковой В.П. (доклад СИГРЭ, 1972 г.), Асановой Т.П., Сазоновой Т.Е. после жалоб персонала на головные боли и плохое самочувствие, а также на нарушение деятельности сердечнососудистой системы и желудочно-кишечного тракта, связывая это с длительным пребыва­нием в электромагнитном поле.

Согласно современным представлениям, при воздействии ЭП ПЧ опасность для организма представляет влияние наведенного электрического тока на возбудимые структуры (нервную и мышечную ткани). Параметром, определяющим степень воздействия, является плотность наведенного в теле человека тока. Определению количественных параметров тока через человека в ЭП ПЧ посвящено большое количество работ. Исследование человека в ЭП ПЧ было продолжено в работах Князевского Б.А., Манойлова В.Е., Долина П.А., Рубцовой Н.Б.





Защита персонала от неблагоприятного воздействия электрического поля осуществляется путем проведения организационных и технических мероприятий. Ограничение напряженности ЭП ПЧ в производственных условиях осуществляется различными способами – ограничением времени пребывания, защитой расстоянием, экранированием рабочих мест.

Каждый из работников, занятых обслуживанием электрооборудования, вынужден находиться в зоне действия электрического поля в течение длительного времени, зачастую по 6 – 8 ч, а в летний период – до 10 – 12 часов в сутки.

Защита расстоянием неприменима в условиях проведения профилактических и ремонтных работ в непосредственной близости от электрооборудования, находящегося под номинальным рабочим напряжением.

Экранирование рабочих мест (заземленные металлические навесы и козырьки) решает проблему лишь частично. Вне рабочих мест на ОРУ, а также под воздушными линиями реализация экранирования рабочих мест является очень затратным мероприятием.

При работах на токоведущих частях (ТВЧ) используют защитные костюмы. При выполнении ремонтных работ защита персонала на ОРУ осуществляется стационарными экранами. При использовании защитных костюмов, хотя и обеспечивается эффективное экранирование электрического поля, но не соблюдается надлежащий температурный режим, нарушается терморегуляционная функция организма человека. Также недостатком является ограничение телодвижений при работе, сложность конструкции.

Таким образом, проблема защиты от воздействия ЭП ПЧ до сих пор не может считаться адекватно решенной. В настоящей работе для уменьшения вредного воздействия ЭП ПЧ рассматриваются способы и средства, снижающие воздействие ЭП путем уменьшения стекающего с человека тока.

Цель работы исследование условий работы человека во внешнем электрическом поле и разработка способов и средств защиты, уменьшающих протекающий через человека ток, а также рассмотрение факторов влияющих на его значение.

В работе решаются следующие задачи:

  1. Анализ условий работы человека в ЭП при эксплуатации и ремонте электроустановок с целью определения токов, стекающих с тела человека и определения степени влияния неоднородности внешнего электрического поля на значение стекающего тока.
  2. Анализ распределения тока и плотности тока по модели тела человека.
  3. Экспериментальное определение токов, стекающих с модели тела человека (манекена), а также с тела человека, находящегося под ЛЭП 500кВ при использовании индивидуальных защитных средств и без них и сравнение с расчетными.
  4. Разработка алгоритма определения увеличения времени работы в условиях высоких напряженностей ЭП.
  5. Разработка индивидуального защитного комплекта, снижающего воздействие ЭП ПЧ на человека путем экранирования части тела,
  6. Анализ использования дополнительных защитных средств (диэлектрического основания) для снижения токов, протекающих через тело человека.

Научное значение:

Результаты исследований являются основой:

- разработанного алгоритма определения увеличения времени работы в условиях высоких напряженностей ЭП,

- разработанных моделей индивидуального защитного комплекта, уменьшающего стекающий с человека ток,

- анализа распределения токов по модели тела человека,

- анализа условия изолирования тела человека.

Практическая значимость:

  1. Разработаны защитные средства, снижающие воздействие на человека ЭП ПЧ и уменьшающие значение стекающего с человека тока (каска, каска совместно с накидкой), позволяющие увеличить допустимое время работы в ЭП ПЧ, а также работать в условиях напряженностей более 25 кВ/м.
  2. Проведен анализ использования дополнительных защитных средств для снижения токов, протекающих через тело человека (диэлектрический ковер, изолирующие подставки, обувь, подсыпка из битого камня).

Основные положения диссертации, выносимые на защиту.

  1. Расчет стекающего с модели тела человека тока, а также анализ распределения тока и плотности тока по модели тела человека в различных условиях, адекватно отражающих расположение персонала на реальной подстанции.
  2. Экспериментальное подтверждение эффективности использования частичного экранирования на модели тела человека (манекене) и человеке, находящемся под ВЛ 500кВ.
  3. Алгоритм определения увеличения времени работы в условиях высоких напряженностей ЭП ПЧ.
  4. Разработка и анализ индивидуальных средств, снижающих воздействие электрического поля на человека путем частичного экранирования.
  5. Анализ использования дополнительных защитных средств (диэлектрического основания) для снижения токов, протекающих через тело человека.

Внедрение результатов работы. Основные результаты работы используются при разработке защитных костюмов и включены в план ЗАО «НПО Энергоформ». Результаты работы также использованы в учебном процессе в МЭИ (ТУ).

Апробация работы. Научные и практические результаты диссертационной работы представлялись: на XV (2009 г.) и XVII (2011 г.) международных научно-техни­ческих конфе­ренциях студен­тов и аспиран­тов (г.Москва), на V-й международной молодежной научной конференции «Тинчуринские чтения» (Казань, 2010 г.), на международной выставке-конференции «Безопасность и охрана труда в энергетике SAPE 2010», Москва, 13-16 апреля 2010 г., на семинарах в МЭИ и ООО,,НПФ ЭЛНАП''.

Публикации по теме диссертации. По материалам диссертации опубликовано 9 печатных работ, получен патент на полезную модель.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и четырех приложений. Объем работы составляет 131 страницу и содержит 43 рисунка, 27 таблиц. Список литературы включает 74 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель и задачи исследования, показана научная новизна и практическая ценность работы, приводятся основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе проводится анализ результатов отечественных и зарубежных исследований в области влияния ЭП ПЧ на биологические объекты. Рассмотрено воздействие электрического поля на персонал, в том числе механизм воздействия электромагнитного поля на организм человека. Дан обзор различных расчетных моделей для вычисления тока, протекающего через тело. Рассмотрено нормирование ЭП ПЧ, а также защита персонала от воздействия электрического поля.

Показано, что при воздействии ЭП ПЧ опасность представляет протекающий через тело человека ток. ГОСТ 12.1.038-82 нормирует значение тока 300 мкА в нормальном (неаварийном) режиме при воздействии не более 10 минут в сутки. Эта норма практически совпадает с нормой СанПиН 2.2.4.1191-03 для напряженности внешнего поля более 20 кВ/м. Показано, что уменьшив данный ток, можно уменьшить вредное влияние ЭП на человека.

Так как существующие способы защиты персонала имеют свои недостатки и проблема защиты человека от воздействия ЭП ПЧ не может считаться адекватно решенной, то необходимо рассмотреть способы уменьшения тока через тело человека.

Одно из первых предложений по моделированию тела человека – представление половиной вытянутого эллипсоида вращения на проводящей плоскости – было выдвинуто проф. П.А. Долиным (рис.1,а).

 Расчетные модели тела человека в-0

Рис.1. Расчетные модели тела человека в однородном электрическом поле

а) модель, предложенная профессором П. А. Долиным,

б) трехмерная модель, разработанная в научно-исследовательском институте по передаче электроэнергии постоянным током высокого напряжения (НИИПТ);

в) модель в виде осесимметричного проводящего тела (пешка)

Известно, что электрического поле внутри проводящего эллипсоида является однородным. Различные органы и ткани имеют различную проводимость, которая изменяется в пределах 0,01 – 0,7 См/м. Наибольшую проводимость имеют мозг, кровь, сердце, а наименьшую – костные и жировые ткани. Комплексная проницаемость тела человека примерно на семь порядков больше, чем проницаемость воздуха. Отсюда следует, что в расчетах тело человека можно рассматривать как проводник.

В работе Р.А. Кац (НИИПТ) (рис.1,б) предложена гораздо более сложная модель тела человека, содержащая в виде отдельных элементов голову, туловище, руки и ноги, включая ступни. Согласно этим работам стекающий с модели тела человека ток составляет от 12 мкА/(кВ/м) до 16 мкА/(кВ/м) при внешней напряженности E=1кВ/м.

Расчеты показали, что применение модели в виде тела вращения в форме пешки (рис.1,в), предложенной японскими учеными, целесообразно использовать в работе. Хотя модель,,Пешка'' не совсем точно описывает форму тела по сравнению со сложными моделями, но достаточно простая и позволяет получить результат достаточно надежный. Использование данной модели дает погрешность <15% и в то же время при расчете полей по СанПиН 2.2.4.1191-03 допустимая относительная погрешностью может быть в пределах ± 20%. Кроме того, данная модель легче реализуется при расчетах, и её относительная простота позволила провести большое количество расчетов.

Согласно действующим нормам (СанПиН 2.2.4.1191-03) обслуживающему персоналу допустимо находиться в электрическом поле напряженностью 5 кВ/м включительно в течение всего 8-ми часового рабочего дня. В этом случае значение стекающего тока составляет 50-70 мкА. Данный ток может длительно протекать через тело человека, не нанося вреда и не вызывая никаких ощущений.

При напряженности ЭП от 5 до 20 кВ/м время пребывания персонала определяется с помощью равенства:

, (1)

Степень отрицательного воздействия ЭП ПЧ на организм человека может оцениваться по току, проходящему через человека в землю и по напряженности поля в месте, где находится человек. В качестве критерия безопасности используется значение напряженности ЭП. Это связано с тем, что в производственных условиях напряженность поля легче измерить, чем значение стекающего тока. Расчеты и эксперименты позволяют перейти от напряженности ЭП к учету тока, стекающего с человека. При уменьшении напряженности ЭП уменьшается стекающий ток, следовательно, опасность воздействия ЭП уменьшается.

Вторая глава посвящена рассмотрению условий работы персонала в ЭП ПЧ, оценки степени неоднородности ЭП, а также расчету и анализу распределения тока в теле человека во внешнем ЭП ПЧ. При анализе условий работы человека на реальной подстанции рассматриваются случаи, наиболее часто встречающиеся в практике: человек в однородном, неоднородном ЭП ПЧ; человек находится на поверхности земли, изолирован от нее, располагается на площадке (строительные леса, подъемник); человек без дополнительных защитных средств, а также с применением индивидуальных защитных средств. На основе данного анализа условий работы человека обосновывается выбор методики расчета стекающего с человека тока.

Расчет поля проводится с использованием метода интегральных уравнений (МИУ) и с помощью программ LAXIAL и SemiCond. Программы прошли апробацию при проектировании и разработке аппаратуры, при научных исследованиях, а также в учебном процессе. Результатом расчета по программам является распределение поверхностной плотности заряда на модели.

Метод интегральных уравнений (МИУ) основан на замене реального поля некоторым эквивалентным, образованным зарядами, распределенными по поверхностям проводников и границам раздела однородных диэлектриков.

Результатом расчета является распределение напряженности по поверхности модели тела человека. Ток, протекающий через сечение модели, находится как сумма всех токов,,,втекающих” в модель выше рассматриваемого сечения S (рис. 1,в).

Ток смещения, втекающий в тело человека равен:

, (2)

Расчет тока, стекающего с модели тела человека проводится следующим образом: в программе строится модель тела человека,,Пешка'', производится расчет напряженностей и результаты расчета переводятся для дальнейшего расчета в MathCAD. Далее производится расчет тока, втекающего в площадку с учетом напряженности ЭП в данной точке и площади сечения по (2). Количество точек при этом составляло от 200. Суммарный ток, стекающий с модели тела человека, определяется путем суммирования токов во всех расчетных точках модели. Так как форма модели достаточно сложная, то полученный ток контролируется с помощью теоремы Гринберга.

Рассчитанные токи соизмеримы с литературными данными для моделей в виде эллипсоида и модели НИИПТ.

Исходя из условий работы человека на реальной подстанции, электрическое поле такой модели исследуется в различных ситуациях: модель заземлена, модель идеально изолирована от земли, модель помещена на подставку, характеризующуюся электрическим сопротивлением и диэлектрической проницаемостью (рис. 2).

 Расчетные случаи: а) тело человека-3

Рис. 2. Расчетные случаи:

а) тело человека на земле, б) тело человека идеально изолировано от земли,

в) тело человека на основании.

На рис.3, 4 показано распределение напряженности по модели, находящейся во внешнем однородном поле с напряженностью 1 кВ/м. В случае заземленной модели наибольшее значение напряженности на модели (в области головы) составляет 18,1 кВ/м.

 Распределение напряженности-4

Рис. 3. Распределение напряженности электрического поля по высоте заземленной модели тела человека.

 Распределение напряженности-5

Рис. 4. Распределение напряженности электрического поля по высоте изолированной модели тела человека. Модель находится на высоте h=1 м.

Расчеты показывают, что с увеличением роста человека стекающий ток увеличивается – при изменении роста человека от 160 до 200 см значение тока увеличивается на 60%.

На основании расчета ЭП на реальных ПС показано, что поля являются неоднородными со степенью неоднородности поля под ВЛ и на ОРУ в случае расположения человека на поверхности земли и при нахождении его на металлоконструкции до 1,7 до высоты роста человека:

,

где Емах – максимальная напряженность поля на участке от 0 до 1,8 м, кВ/м

Еср – средняя напряженность поля на участке от 0 до 1,8 м, кВ/м.

Средняя напряженность находилась путем осреднения измеренных значений напряженности на высоте 0,5м, 1м и 1,8м по СанПиН 2.2.4.1191-03.

На рис.5 показано распределение в неоднородном поле для различных расчетных случаев: рис.5,а – при нахождении на поверхности земли, рис.5,б – при нахождении на заземленной металлоконструкции.

При увеличении степени неоднородности до 1,7 происходит уменьшение стекающего с человека тока на 22%. Этот факт необходимо учитывать при сравнении с однородным полем, которое используется при нормировании. Следовательно, можно перейти к расчету тока в однородном поле с определенным запасом – до 20%. Далее все расчеты проводятся для однородного поля для модели ростом 180 см.

 Расчетные случаи распределения-7

Рис.5. Расчетные случаи распределения напряженности в неоднородном поле

На рис. 6 приведено расчетное распределение тока по сечению модели «Пешка» в зависимости от высоты сечения над землей для заземленной, идеально изолированной от земли модели и модели, расположенной на диэлектрическом основании.

 Зависимости значения тока (о.е.)-8

Рис.6. Зависимости значения тока (о.е.) через сечение модели от высоты этого сечения над землей для заземленной, изолированной моделей и модели, расположенной на диэлектрическом основании с разными удельными сопротивлениями (108, 1012, 1030 Омм)



Pages:   || 2 | 3 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.