Защита электротехнического персонала тягового электроснабжения от вредного воздействия электромагнитных полей

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 2.2.4.119103, 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, Bпр и Епр, принимая во внимание требования СанПиН 2.2.4.119103 и нормируемые параметры ЭМП стран ЕС в низкочастотном диапазоне.

В настоящее время директивой ЕС (Directive 2004/40/EC) установлены допустимые уровни напряженности ЭП и МП для частотного диапазона от 0 Гц до 300 ГГц. 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 2.2.4.119103. 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 Ннорм в этом случае с использованием российских нормируемых значений напряженности будет иметь вид:

(7)

где МП и ЭП коэффициенты приведения для магнитной и электрической составляющих ЭМП; f – частота, Гц.

Коэффициент приведения:

(8)

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

(9)

где Нi – измеренные значения напряженности МП;

Bi – измеренные значения индукции МП.

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

(10)

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» Рнорм в кВт/м2 в виде вектора Пойтинга:

(11)

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

(12)

где – нормируемая энергетическая нагрузка, кВт/м2, для 8-часовой экспозиции; Т – время рабочей смены, ч; 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:

(13)

Нормируемая энергетическая нагрузка при локальном воздействии:

(14)

где S – площадь поверхности всего тела человека, 0,849 м2; Si – 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:

(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 6 и 7 формируется сигнал переменного напряжения, кратный величине входящего переменного тока. Переменное напряжение с выхода усилителей 6 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 6 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. – № 23. – 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. 196200.
7. Закирова, А.Р. Проблемы нормирования электромагнитных полей // Материалы Всероссийской научно-технической конференции «Транспорт, наука, бизнес: проблемы и стратегия развития», посв. 130-летию Свердл. ж.д. : сб. научн. тр. – Екатеринбург : Из-во УрГУПС, 2008. С. 261261.
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. 230236.
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. 7680
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 6084 1/16

Бумага офсетная. Усл. печ. л. 1,22

Тираж 100. Заказ 46

Издательство УрГУПС

620034, Екатеринбург, ул. Колмогорова, 66.