Средства защиты от вредного и опасного воздействия электромагнитных полей тяговой сети

Проведенный теоретический анализ параметров ЭМП показывает:

– напряженности электрического поля на высоте 5,75 м превышают нормируемые значения как на однопутном (13,46 кВ/м) участке, так и на двухпутном (11,65 кВ/м);

– напряженности магнитного поля (176 А/м – однопутный участок, 160 А/м – двухпутный участок) превышают нормируемые значения;

– в пространстве на расстоянии до 2 м от оси пути напряженность выше нормируемых значений.

Теоретический анализ показывает, что при работе на контактной сети, особенно на высоте и с изолирующей вышки, необходимо разработать технические средства защиты от негативного воздействия ЭМП на персонал, участвующий в эксплуатации электрических железных дорог.

Разработана математическая модель электрического поля для физической плоской модели и сформулированы выводы:

– на основе физической плоской модели получено наглядное представление о характере распространения электрического поля контактной сети;

­– выявлено, что максимальная напряженность электрического поля возникает в пространстве между опорой и рельсовой линией.

В третьей главе «Экспериментальное исследование распределения напряженностей электрического и магнитного полей вдоль тяговой сети переменного тока» разработан план проведения эксперимента, где определены точки замера и приборное оснащение.

Разработанный план проведения экспериментальных исследований позволяет определить:

– максимальные величины напряженностей электрического и магнитного поля;

– характер распределения напряженностей ЭМП;

­– закономерности изменения уровней напряженностей ЭМП.

Для изучения реальной пространственной картины распространения ЭМП необходимо провести измерения параметров ЭМП на тяговой сети.

Были проведены экспериментальные исследования параметров ЭМП контактной сети переменного тока промышленной частоты на станции Дружинино, станции Магнитогорск с напряжением в линии контактной сети 27,5 кВ в теплое время года.

Проведенные измерения позволяют получить представление о характере распространения ЭМП.

Измерения напряженностей ЭМП проводились в зависимости от следующих параметров:

– электрическое поле: от опоры до опоры вдоль пути, у опоры в сторону на расстоянии, перпендикулярном оси пути, в середине пролета в сторону на расстоянии, перпендикулярном оси пути, в середине пролета в зависимости от высоты от головки рельса до контактного провода;

– магнитное поле: в середине пролета в зависимости от изменения тока в контактном проводе при движении электровоза, в середине пролета при движении порожнего состава, в середине пролета при движении грузового состава.

Рис. 10. График напряженности ЭП на расстоянии от оси пути

Рис. 11. Диаграммы изменений напряженности магнитного поля и тока в контактной сети

Рис. 12. Карта распределения напряженности электрического поля ст. Магнитогорск

Рис. 13. График зависимости напряженности электрического поля от высоты,

ст. Магнитогорск

Итак, по результатам измерения ЭМП можно сделать следующие выводы:

– электрическое поле изменяет характер и величину от следующих параметров: напряжения контактной сети, расстояния до контактного провода как в плоскости, перпендикулярной оси пути, так и вдоль пути;

­– магнитная составляющая зависит от следующих параметров: тока нагрузки (величина тока в контактном проводе при движении электропоезда), а также расстояния до контактного провода как в плоскости, перпендикулярной оси пути, так и вдоль пути;

В четвертой главе «Разработка средств защиты персонала от электромагнитных полей переменного тока в электроустановках железнодорожного транспорта» разработаны средства защиты от вредного и опасного воздействия электромагнитного поля на персонал при проведении работ на контактной сети.

Для защиты от магнитного поля разработано устройство, экранирующее магнитное поле тяговой сети переменного тока, и определены расчетные формулы для определения эффективности заземления.

Рис. 14. Схема направления магнитных полей в устройстве экранирования:

а – первичное магнитное поле; б – вторичное магнитное поле

Для определения эффективности экранирования вводится понятие коэффициента экранирования, который показывает, во сколько раз снижается воздействие электромагнитного поля.

Для электрической составляющей коэффициент имеет вид:

, (7)

где uэ – напряжение при использовании экранирующего заземления, В;

u – напряжение без использования экранирующего заземления, В.

Для магнитной составляющей коэффициент экранирования имеет вид:

. (8)

Максимальный эффект экранирующего устройства (для работающих на высоте подвеса контактного провода) достигается при условии: высота подвеса экранирующего троса равна высоте подвеса контактного провода, расстояние между проводами 4 м.

Для защиты от опасного воздействия ЭМП разработан сигнализатор наличия напряжения, определена электрическая схема сигнализатора.

Суть работы сигнализатора заключается в следующем: имеется два светодиода (зеленый, красный), которые сигнализируют об отсутствии напряжения (зеленый), наличие напряжения (красный). Зеленый сигнал работает от внешнего источника питания 9 В. В электрической схеме имеется транзистор и в случае наличия напряжения в цепи электрической схемы, транзистор шунтирует малое сопротивление внешнего источника питания и загорается красный сигнал.

Рис. 15. Схема сигнализатора

Таким образом, применение предлагаемого устройства экранирования магнитного поля позволяет значительно уменьшить напряженность магнитного поля, возникающего при движении электрического подвижного состава и обеспечить снижение вредного влияния магнитного поля на человека, а также увеличить производительность труда из-за исключения отсоединения и присоединения заземлителя при ремонтах железнодорожного пути.

Разработанное сигнализирующее устройство для защиты от опасного воздействия ЭМП предупреждением об опасности обеспечит безопасную работу электромонтеров контактной сети с изолирующей вышки.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано новое решение актуальной научно-технической задачи по разработке технических средств защиты от вредного и опасного воздействия электромагнитного поля тяговой сети переменного тока на электрифицированном железнодорожном транспорте, что позволяет повысить уровень электробезопасности работников, обслуживающих контактную сеть, за счет экранирования магнитного поля и контроля наличия напряжения на изолирующей вышке.

Проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволили получить следующие основные результаты и сделать выводы:

1. Проведен анализ заболеваний работников железнодорожного транспорта и выявлено существенное превышение числа заболевания относительно числа заболеваний контрольной группы (максимальное превышение 406%), результатом которых может являться воздействие электромагнитного поля промышленной частоты.

2. Впервые построена экспериментальная физическая плоская модель контактной сети, позволяющая проводить исследования характера распространения ЭМП в зависимости от внешних факторов, на которой проведены экспериментальные исследования распространения ЭМП и графически представлен характер его распространения.

3. Предложена расчетная модель ЭМП для получения реальных значений напряженностей ЭМП контактной сети на основе полученных данных плоской физической модели.

4. Проведены измерения напряженностей ЭМП на контактной сети напряжением 27,5 кВ на ст. Дружинино и ст. Магнитогорск и получено представление о характере распределения ЭМП и определены места, где напряженность ЭМП превышает предельно допустимые значения (19,46 кВ/м).

5. Разработано устройство, экранирующее магнитное поле тяговой сети переменного тока, позволяющее снизить напряженность магнитного поля до безопасных значений с целью снижения риска повреждения здоровья работников, обслуживающих тяговую сеть.

6. Разработан сигнализатор наличия напряжения на изолирующей вышке, позволяющий определить наличие напряжения с целью повышения уровня электробезопасности при обслуживании тяговой сети.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах

1. Павлов, В.В. Анализ травматизма. Методы совершенствования безопасности труда на железнодорожном транспорте [Текст] / Павлов, В.В., Ширшов, А.Б.: Молодые ученые – транспорту: [сб. докл.] / Екатеринбург: УрГУПС, 2003. – С. 312 – 317.
2. Белинский, С.О. Анализ влияния напряженности электрического поля контактной сети переменного тока на персонал железной дороги и население [Текст] / Белинский, С.О., Кузнецов, К.Б., Ширшов, А.Б. // Электробезопасность. – №2-3. –Челябинск, 2003.–С. 21-30.
3. Павлов, В.В. Обучение персонала – один из факторов обеспечения безопасного производства работ [Текст] / Павлов, В.В., Ширшов, А.Б.: Новые технологии и технические решения в охране труда: [сб. научн. тр.] / Новосибирск: СГУПС, 2002.
4. Ширшов, А.Б. Принципы построения плоской модели тяговой сети железнодорожного транспорта [Текст] / Ширшов, А.Б.: Молодые ученые – транспорту: [сб. докл.] / Екатеринбург: УрГУПС. В 2-х частях. Ч.1. – 2004. – С. 282-285.
5. Белинский, С.О. Анализ влияния напряженности электрического поля контактной сети переменного тока на персонал железной дороги и население [Текст] / Белинский, С.О., Кузнецов, К.Б., Ширшов, А.Б.: Актуальные проблемы экологии и безопасности жизнедеятельности: [сб. научн. тр.] / Хабаровск: ДВГУПС.– 2005. –С. 43-52.
6. Ширшов, А.Б. Анализ приборов измерения параметров электромагнитного поля [Текст] / Ширшов, А.Б.: Молодые ученые – транспорту: [сб. докл.] / Екатеринбург: УрГУПС, 2005.– С. 279-284.
7. Кузнецов, К.Б. Установление статистического превышения числа некоторых заболеваний работников, эксплуатирующих электрические тяговые сети [Текст] / Кузнецов, К.Б., Ширшов, А.Б. // Электробезопасность. – №3. – Челябинск, 2005.– С. 3-7.
8. Ширшов, А.Б. Анализ цветодинамических индикаторов [Текст] / Ширшов, А.Б.: «Наука, инновации и образование: актуальные проблемы развития транспортного комплекса России»: [сб. научн. тр.] / Екатеринбург, УрГУПС, 2006.

9. Белинский, С.О. Математические модели расчета напряженностей электромагнитного поля тяговой сети [Текст] / Белинский, С.О., Ширшов А.Б.: «Безопасность жизнедеятельности в третьем тысячелетии»: [сб. научн. тр.] / Челябинск, ЮУрГУ, 2006.

Ширшов Александр Борисович

СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ ОТ ВРЕДНОГО И ОПАСНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ ТЯГОВОЙ СЕТИ

05.26.01 – Охрана труда (электроэнергетика)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

620034, Екатеринбург, ул. Колмогорова, 66, УрГУПС

Редакционно-издательский отдел

Подписано в печать 01.08.2006

Бумага писчая № 1 Формат 6090 1/16 Усл.п.л.1,4 Уч.-изд.л.1,1

Тираж 100 Цена договорная Заказ 239