Защита электротехнического персонала тягового электроснабжения от вредного воздействия электромагнитных полей

На правах рукописи

Закирова Альфия Резавановна

ЗАЩИТА ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОГО ПЕРСОНАЛА ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ОТ ВРЕДНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ

Специальность 05.26.01 – «Охрана труда (электроэнергетика)»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Екатеринбург

2013

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 ФНП (г. Екатеринбург).

Защита состоится 23 мая 2013 г., в 1000 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, ЮУрГУ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан «_23__»_апреля_2013 г.

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.

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: сердечно-сосудистой, 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 2.2.4.119103 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 (610 сентября 2010 г.) и на научно-технической конференции «Транспорт XXI века: исследование, инновации, инфраструктура», (1516 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. Афанасьева,  В.Н. Бинги, В.Ф. Бухтояров, Т.В. Коляда, Р.Н. Карякин, Ю.И. Кольчугин, А.Б. Косарев, Б.И. Косарев, К.Б. Кузнецов, А.В. Меркулов, В.Н. Никитина, И.С. Окраинская, Ю.П. Пальцев, В.С. Петухов, Л.В. Походзей, Н.Б. Рубцова, Т.Е. Сазонова, А.И. Сидоров, Ю.П. Сыромятников, Г.И. Тихонова, Ю.А. Токарский, M. Andrew, D. Savitz, B. 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 Statistika 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 n

Для расчетного значения статистики W по критерию Шапиро Уилка определяется приближенная вероятность z 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.

W-критерий Шапиро Уилка:

(1)

где – логарифм i-го упорядоченного наблюдения, а значения i соответствует табличным данным.

Приближенная вероятность равна:

(2)

где значения 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.

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 и стандартное отклонение = 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 будет равно 1,03. Значение плотности вероятности равно 0,94.

По W-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:

(3)

где Nz – количество обращений в лечебные учреждения с данным диагнозом, 1/год;

Nc – среднесписочная численность населения, закрепленных за данным медицинским учреждением 1/год.

Рис. 2. Динамика относительного риска причинения вреда здоровью (заболевание крови) населения и персонала, 20042009 гг.

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.