МІНІСТЕРСТВО ВУГІЛЬНОЇ ПРОМИСЛОВОСТІ УКРАЇНИ

ДЕРЖАВНИЙ МАКІЇВСЬКИЙ НАУКОВО-ДОСЛІДНИЙ ІНСТИТУТ

З БЕЗПЕКИ РОБІТ У ГІРНИЧІЙ ПРОМИСЛОВОСТІ

(МакНДІ)

Шелех Юрій Леонідович

УДК 621.316.3

621.001.21;

УМОВИ БЕЗПЕЧНОЇ ЕКСПЛУАТАЦІЇ ЕЛЕКТРОУСТАНОВОК ПОСТІЙНОЇ НАПРУГИ

Спеціальність 05.26.01 – “Охорона праці”

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Макіївка – 2006

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Національному університеті “Львівська політехніка” Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник – доктор технічних наук, професор

Никонець Леонід Олексійович,

Національний університет “Львівська політехніка”, професор кафедри “Електропостачання промислових підприємств, міст та сільського господарства”.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Колосюк Володимир Петрович,

Донбаська Національна академія будівництва і архітектури Міністерства освіти і науки України, (м. Макіївка), професор кафедри “Електротехніка і автоматика”.

кандидат технічних наук

Журавель Олена Анатоліївна,

Донецький Національний технічний університет

Міністерства освіти і науки України,

доцент кафедри „Електромеханіка і ТОЕ”

Провідна установа – Науково-дослідний інститут гірничорятувальної справи та пожежної безпеки “Респіратор” Міністерства вугільної промисловості України, відділ засобів механізації, автоматизації і зв’язку, м. Донецьк.

Захист відбудеться “28” квітня 2006 р. о 1200 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д .834.01 при Державному Макіївському науково-дослідному інституті з безпеки робіт у гірничій промисловості Міністерства вугільної промисловості України за адресою: 86108, м. Макіївка, вул. Лихачова, 60.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Державного Макіївського науково-дослідного інституту з безпеки робіт у гірничій промисловості Міністерства вугільної промисловості України за адресою: 86108, м. Макіївка, вул. Лихачова, 60.

Автореферат розісланий “____” __________________2006 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради

Д 12.834.01, к.т.н., с.н.с. Алаб’єв В.Р.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Актуальність теми зумовлена незадовільним станом електробезпеки в Україні внаслідок недосконалого підходу до нормування допустимих короткочасних електричних дій лише за умовою збереження життя людині з урахуванням обмеженого кола механізмів ураження людини електричним струмом. Сучасна концепція підвищення рівня електробезпеки виходить з необхідності запобігання травмуванню організму людини; в ній запропоновано обмежити допустимі електричні дії значеннями, за яких не виникають необоротні процеси руйнування тканин тіла. Робота присвячена розробленню умов безпечної взаємодії людини з електроустановками постійної напруги з врахуванням розкиду електричних характеристик людей та варіантів виконання електроустановок.

Перспективними дослідженнями необхідно розробити методи одержання за дослідними даними обмеженої групи людей статистично достовірних електричних характеристик великих спільнот людей, імовірнісних оцінок умов виникнення необоротних процесів в тілі людини та зміни електричних параметрів тіла під час розвитку необоротних процесів.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалась у відповідності з “Галузевою програмою покращення стану безпеки, гігієни праці і виробничого середовища на підприємствах Мінпаливенерго України на 1999-2000 роки”, пункт 1.31 “Розроблення проектів Державних стандартів України з електробезпеки електроустановок будівель та Державної програми створення сучасної нормативної бази України з електробезпеки”. Проведені дослідження виконувалися за участю та під керівництвом автора в науково-дослідній роботі “Умови безпечної експлуатації електроустановок” (Держреєстрація № 0105U007575, 2005-2006 рр.).

Мета і задачі дослідження. Метою досліджень є розроблення рекомендацій з перегляду чинної нормативної бази з електробезпеки електроустановок постійної напруги в аварійному режимі їх роботи.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі задачі:

Ш Створення математичної моделі ураження людини в електроустановках постійної напруги на базі:

- обґрунтування виду узагальненого аналітичного опису вольтамперної характеристики для довільного моменту дії постійної напруги на тіло людини;

- обґрунтування методу визначення узагальнених статистично достовірних вольтамперних характеристик великих спільнот людей за дослідними даними з безпечних обстежень обмеженої групи людей;

- визначення кількісних характеристик статистичних параметрів дії, що зумовлюють виникнення необоротних процесів в тілі людини;

- встановлення характеру взаємозв’язку між статистичними параметрами дії, що зумовлюють необоротні процеси та статистичними параметрами вольтамперних характеристик;

Ш Проведення за допомогою математичної моделі експерименту з метою отримання параметрів дії, що забезпечують необхідний рівень електробезпеки для розроблення рекомендацій з перегляду чинної нормативної бази з електробезпеки.

Ш Обґрунтування критеріальних співвідношень між значеннями опорів струмовідних та захисних провідників мереж постійної напруги, що забезпечують дотримання значення допустимої напруги дотику в аварійному режимі роботи електроустановок постійної напруги за рекомендаціями дисертації.

Об’єкт дослідження. Взаємодія електроустановок постійного струму і організму людини як елемента електричного кола, що створює проблемну ситуацію, нормування небезпеки електроустановок з урахуванням ризику необоротних процесів в організмі.

Предмет дослідження. Електричні характеристики організму людини та їх відтворення на моделі тіла людини як елемента електричного кола; умови виникнення і закономірності розвитку необоротних процесів в організмі людини для визначення умов безпечної взаємодії електроустановок постійної напруги і людини та нормування допустимих для людини електричних дій.

Методи досліджень. Для виконання досліджень використані теоретичні й експериментальні методи, зокрема: активних фізичних експериментів з плануванням їх у напрямі виявлення закономірностей і встановлення кількісних співвідношень між факторами впливу і реакціями організму – для дослідження електричних характеристик тіла людини; апроксимації, екстраполяції – для опрацювання і узагальнення результатів експериментальних досліджень електричних властивостей тіла людини; математичного моделювання – для відтворення струмів крізь тіло і напруг дотику за довільних електричних дій; математичної статистики – для визначення імовірності виникнення необоротних процесів в тілі людини та ймовірності ураження за дії постійної напруги дотику.

Ідея роботи полягає у створенні безпечних умов взаємодії людини з електроустановками постійної напруги шляхом нормування гранично допустимих напруг дотику, за яких не виникають необоротні процеси руйнування тканин тіла і травмування організму.

Основні наукові положення і результати, їх новизна.

Положення.

1. Результати періодичних протягом декількох років дослідів з визначення статистичних параметрів вольтамперних характеристик однієї людини еквівалентні результатам одноразових досліджень групи людей.

2. Числові характеристики параметрів дії, як випадкових величин, що зумовлюють необоротні процеси в організмах різних людей, належать єдиній генеральній сукупності.

3. Числові характеристики статистичних параметрів дії напруги дотику, що зумовлюють необоротні процеси в тілі людини, та числові характеристики статистичних параметрів, які характеризують електрофізичні властивості тіла в момент їх виникнення, взаємно незалежні.

Виявлені положення є теоретичною базою створення імовірнісної моделі ураження людини в електроустановках постійної напруги.

Наукові результати.

1. Вперше отриманий узагальнюючий аналітичний опис вольтамперної характеристики для будь-якої тривалості дії напруги дотику. Коефіцієнти апроксимуючих вольтамперні характеристики тіла людини функцій для конкретного її стану та умов дотику до струмовідних частин постійної напруги не залежать від значення напруги дотику (до початку необоротних процесів в тілі) та змінюються в часі.

2. Кореляційний зв’язок між визначальними статистичними коефіцієнтами апроксимуючих функцій вольтамперних характеристик в представницькій групі людей відсутній.

3. На основі наукового положення про взаємонезалежність параметрів, що зумовлюють виникнення необоротних процесів та параметрів, що характеризують електрофізичні властивості тіла людини, вперше розроблена імовірнісна модель виникнення необоротного процесу під час дії на людину постійної напруги, що враховує весь діапазон вольтамперних характеристик спільноти людей, площ дотику до струмовідних частин. Одержана модель може бути використана як базова для розроблення математичних моделей ураження людини в електроустановках з напругами будь-якого роду і частоти.

Практичне значення одержаних результатів полягає в наступному:

1. Відсутність зв’язку між визначальними коефіцієнтами вольтамперних характеристик обумовлює можливість зменшення кількості дослідів на людях.

2. Обґрунтовані визначальні параметри вольтамперних характеристик спільноти людей та параметри, що зумовлюють необоротні процеси, як бази для розроблення рекомендацій з електробезпеки в електроустановках постійної напруги.

3. За даними математичного експерименту на моделі досліджена залежність ймовірності виникнення необоротного процесу від значення постійної напруги дотику. Одержані допустимі за умовою запобігання необоротним процесам травмування організму людини напруги значно менші від прийнятих як допустимі в державних і міжнародних нормативах.

4. Визначенні критеріальні співвідношення між опорами струмовідних та захисних провідників мереж постійної напруги, дотримання яких гарантує неперевищення напругою дотику в аварійному режимі електроустановки допустимих значень.

5. Результати досліджень використані для розроблення Регламенту сертифікаційних випробувань електроустановок провідного зв’язкуі на відповідність вимогам електробезпеки, що погоджений Державним комітетом України з нагляду за охороною праці.

6. Матеріали дисертації використані у сформованій і впровадженій в навчальний процес напряму “Електротехніка” в Національному університеті “Львівська політехніка” нової дисципліни “Теорія і практика електробезпеки”.

Особистий внесок здобувача. Всі результати, внесені в дисертаційну роботу, отримані автором особисто. У публікаціях, написаних у співавторстві авторові дисертаційної роботи належить: [1] – дослідження кореляційного зв’язку між визначальними коефіцієнтами апроксимуючих вольтамперні характеристики функцій, участь в експериментальних дослідженням електричних характеристик тіла людини; [2] – дослідження шляхів удосконалення вітчизняної і міжнародної нормативної бази з електробезпеки; [3] – обґрунтування незалежності коефіцієнтів апроксимуючих вольтамперні характеристики тіла людини функцій для конкретного її стану та умов дотику до струмовідних частин від значення напруги дотику (до початку необоротних процесів в тілі) та зміни їх в часі; [4] – участь в експериментальних дослідженнях з визначення залишкового опору та в обґрунтуванні узагальненого аналітичного опису апроксимуючих вольтамперні характеристики функцій; [5] – обґрунтування відсутності кореляційного зв’язку між статистичними параметрами, що зумовлюють необоротній процес в тілі людини та параметрів, які характеризують електричні властивості тіла в момент проведення досліду; [6, 7] – моделювання мережі, проведення розрахунків, участь у формуванні критеріїв, за якими визначають допустимі параметри мережі.

Апробація результатів дисертації. Основні положення і результати досліджень доповідались на IV-ій Міжнародній науково-технічній конференції “Математичне моделювання в електротехніці, електроніці та електроенергетиці”, (ММЕ’03), м. Львів, 2003 р.; а також на наукових конференціях та семінарах Національного університету “Львівська політехніка” у 2001-2005 рр., на науковому семінарі відділу електрообладнання Державного Макіївського науково-дослідного інституту з безпеки робіт у гірничій промисловості у 2005 р.

Публікації. За результатами виконаних у дисертаційній роботі досліджень опубліковано 7 статей у журналах, збірниках наукових праць, з них 7 наукових праць у фахових виданнях.

Структура й обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел з 95 найменувань та додатків. Повний обсяг роботи – 152 сторінки, у тому числі 122 сторінки основного тексту, 72 рисунків (з них 9 – на окремих сторінках), 19 таблиць (з них 1 – на окремій сторінці), список використаних джерел (на
9 сторінках) і 7 сторінок додатків.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність виконаних досліджень, сформульовані мета і задачі дослідження, викладена наукова новизна і практичне значення одержаних результатів, наведена загальна характеристика роботи.

У першому розділі розглянуті актуальні завдання електробезпеки. Показано, що підвищення рівня електробезпеки, встановлення менших допустимих електричних дій вимагає додаткових видатків на електрообладнання, електричні мережі та їх експлуатацію. У зв’язку з цим рівень електробезпеки є, в значній мірі, проблемою не лише техніко-економічною, а й морально-етичною. Чи згодне суспільство мати дешевші електрообладнання й електромережі за рахунок життя і здоров’я своїх членів?

Викладені основні положення концепції підвищення рівня електробезпеки, які сформульовані в докторській дисертації Маліновського А.А. Ця концепція не суперечить вимогам чинного “ГОСТ 12.1.019-79 ССБТ Электробезопасность. Общие требования и номенклатура видов защит”, за яким електроустановки та їх частини повинні бути виконані таким чином, щоб працюючі не зазнавали небезпечної і шкідливої дії електричного струму.

Проаналізовано особливості електротравматизму в електроустановках постійної напруги. Число уражень зі смертельним результатом на установках постійного струму в питомих показниках, за різними даними, набагато менше, ніж в установках змінного струму. Але стан справ з електротравмами, що закінчилися тимчасовою втратою працездатності, зовсім інший.

На підставі виконаного аналізу сформульовані задачі досліджень.

Метою досліджень другого розділу є обґрунтування виду узагальненого аналітичного опису вольтамперної характеристики для довільного моменту дії постійної напруги на тіло конкретної людини та обґрунтування методу визначення узагальнених статистично достовірних вольтамперних характеристик великих спільнот людей за дослідними даними з безпечних обстежень обмеженої групи людей, які б разом з опублікованими результатами експериментів інших авторів склали інформаційну базу для математичної моделі взаємодії організму з джерелом постійної напруги.

Наведена методика проведення експериментальних досліджень, яка дозволяє виміряти значення струму крізь тіло та напруги дотику з достатньою точністю.

Сформульовані вимоги до формування представницької групи, експериментальні дослідження на якій дозволять отримати достовірну інформацію про електрофізичні параметри тіла людини для всієї популяції людства. У представницькій групі частки людей з особливими факторами повинні відповідати часткам таких людей всієї популяції.

Вперше показана можливість отримання вольтамперних характеристик (ВАХ) для будь-якого моменту дії постійної напруги на базі апроксимованих амперсекундних характеристик (АСХ). Такий підхід суттєво спрощує процедуру отримання даних про електрофізичні властивості тіла людини для моменту дотику до електродів. Усереднені коефіцієнти перерахунку коефіцієнтів апроксимуючої ВАХ функції з тривалості дії напруги t=2 с до тривалості t=0 с становлять бАср=1,35, бВср=1,26.

Доведено, що результати довготривалих протягом декількох років дослідів з визначення статистичних параметрів вольтамперних характеристик однієї особи еквівалентні результатам одночасних досліджень на групі людей.

Обґрунтовано, що ВАХ тіла людини описується рівнянням виду:

Uh=Uh нл+Uh лін=A(t)•ln(jh)+В(t)+(Н+Rh зал(Fмакс)·F)jh (1)

де Uh – напруга дотику, В; Uh нл – напруга на нелінійній складовій опору тіла людини, В; Uh лін – напруга на лінійній складовій опору тіла, В; jh – густина струму під електродами, мА/см2; Rh зал(Fмакс) – лінійна складова опору тіла для максимальної площі дотику, (Rh зал(Fмакс)=0,6ч0,8 кОм); А(t), B(t) – коефіцієнти апроксимуючих функцій, які не залежать від значення прикладеної напруги (до початку необоротних процесів) та змінюються в часі; F – площа дотику, см2; Н – константа, що характеризує певні особливості конкретної особи, кОм см2 (Н=0,9ч1).

Для визначення виду залежності залишкового опору від площі дотику до електродів проведені експериментальні дослідження на різних частотах. Їх аналіз показав, що залишковий опір в діапазоні частот від 0 до 20 кГц не залежить від частоти і може бути визначеним за формулою:

Rh залf(F)=Н/F+Rh зал(Fмакс) (2)

де: Fмакс – максимально можлива площа дотику до електродів для шляху струму „рука  рука”, см2 (Fмакс=76 см2).

Електрофізичні властивості різних людей описуються однаковими елементарними функціями, коефіцієнти яких різні для різних періодів життя людини та її стану в даний момент. На рисунках 1-2 наведені функції розподілу W(A), W(B) коефіцієнтів А і В апроксимуючих ВАХ функції, як випадкових величин, що підпорядковані нормальному закону розподілу та їх числові характеристики: М(А), М(В) – математичне сподівання; уА, уВ – середньоквадратичне відхилення.

Рис. . Функція нормального розподілу коефіцієнта А для t=0 с.

Результати перевірки гіпотези про значимість вибіркового коефіцієнта кореляції між значеннями випадкових величин А і В за таблицею критичних точок розподілу Стьюдента показали, що події прийняття коефіцієнтами А і В певних значень незалежні. Такий висновок дозволяє отримати параметри вольтамперних характеристик спільноти людей для будь яких ймовірностей за мінімальної кількості проведених дослідів.

Рис. . Функція нормального розподілу коефіцієнта В для t=0 с.

Змістом третього розділу є створення математичної моделі ураження та, з її використанням, ймовірнісна оцінка ураження людини в електроустановках постійної напруги.

В нормуванні допустимих для людини електричних дій слід рахуватися з тим фактом, що будь-яка особа з 6 млрд. населення Землі може потрапити під напругу. Тому важливо, щоб отриманий на досліджувальній групі статистичний розподіл відображав статистичні характеристики електрофізичних властивостей генеральної сукупності всього людства.

Базою для створення математичної моделі ураження людини на постійній напрузі були результати проведених вперше досліджень умов виникнення необоротних процесів [5]. Під час проведення досліджень фіксувались електрофізичні параметри тіла, напруга дотику, тривалість дії напруги до початку необоротного процесу. З початком необоротних процесів, який фіксувався за відчуттям болю, експеримент припинявся. Отримані функції розподілу критичної напруги початку необоротних процесів на нелінійній складовій опору тіла людини для однієї особи та групи людей. Проведені додаткові експериментальні дослідження за різних площ дотику до електродів не дають підстав вважати, що значення критичної напруги на нелінійному елементі залежить від площі дотику.

Перевірка нульової гіпотези за критерієм Вількоксона показала, що вибірки для однієї особи та групи людей належать єдиній генеральній сукупності. Це дало можливість побудувати функцію розподілу критичної напруги для об’єднаної вибірки (рис. ).

Рис. . Функція розподілу .

Перевірка гіпотези про взаємну статистичну незалежність показала відсутність кореляційного зв’язку між параметрами, які характеризують електричні властивості тіла людини, та параметрами, що зумовлюють виникнення необоротних процесів в тілі людини.

Для отримання густини розподілу w(Uh нл) випадкової величини Uh нл був проведений математичний експеримент з визначення за (1) значення Uh нл для певних значень взаємонезалежних параметрів А, В, Rh зал(Fмакс), F. Під час математичного експерименту за допомогою створеної нами програми в середовищі Turbo Pascal розглянуто 100 млн. варіантів поєднань значень параметрів А, В, Rh зал(Fмакс), F для кожної з вибраних напруг дотику. 100 млн. поєднань сформовані з використанням по 100 можливих значень кожного параметра. Результат математичного експерименту наведений на рис. .

В результаті можна стверджувати, що якщо на людину діє напруга Uh, а значення напруги на нелінійній складовій опору тіла є випадковою величиною з відповідною густиною розподілу (рис. ), то ймовірність виникнення необоротних процесів можна знайти на підставі наступних міркувань. Обидві події, а саме подія появи певної напруги на нелінійному елементі Uh нл та подія виникнення необоротного процесу за цієї напруги Uh нл, є незалежними. Тоді, у відповідності з теоремою множення ймовірностей, ймовірність збігу подій попадання напруги на нелінійній складовій Uh нл в інтервал Uh нл, Uh нл+dUh нл і події перевищення цією напругою значення критичної напруги виникнення необоротних процесів (події Uh нл?) дорівнює . За теоремою додавання інтегруванням отриманого виразу по всіх можливих Uh нл отримаємо ймовірність виникнення необоротного процесу за однократної дії конкретної напруги дотику Uh:

, для Uh=const. (3)

Рис. . Густина розподілу випадкової величини Uh нл.

Таким чином вперше розроблена імовірнісна модель виникнення необоротного процесу під час дії на організм людини постійної напруги, яка враховує весь діапазон параметрів вольтамперних характеристик спільноти людей і площ дотику до струмовідних частин.

Результат розрахунку графічно представлено на рис. , а результат розрахунку ймовірності виникнення необоротного процесу як функції постійної напруги дотику наведено у табл. 1.

Одержані в математичному експерименті допустимі за умовою запобігання травмуванню організму людини напруги дотику значно менші від прийнятих як допустимі в державних і міжнародних нормативах; отже дотримання чинних нормативів не запобігає одержанню травм, що суперечить вимогам Конституції і законів України щодо захисту життя і здоров’я громадян.

Рис. . Густина розподілу для тривалості дії напруги t=0 c.

Таблиця 1

Ймовірність виникнення необоротного процесу для різних напруг дотику і тривалості дії

Напруга Uh, В | Тривалість дії напруги

t=0 c | t?2 c

60 | 0,024 | 0,035

90 | 0,096 | 0,154

150 | 0,371 | 0,470

220 | 0,630 | 0,683

380 | 0,847 | 0,868

600 | 0,96 | 0,963

Четвертий розділ присвячений розробленню рекомендацій в аварійних режимах їх роботи з підвищення рівня електробезпеки в електроустановках постійної напруги. Крім рекомендацій до зміни нормативів необхідно сформулювати критеріальні співвідношення між значеннями опорів струмовідних та захисних провідників мереж постійної напруги, що забезпечують дотримання значення допустимої напруги дотику. Конкретні рекомендації залежать від типу та особливостей конструкції цих електроустановок. В експлуатації знаходиться значна кількість різноманітних типових електроустановок постійної напруги з живленням від систем TN-S, TN-C, TN-С-S, TT, IT, та систем, які не відносяться до типових систем живлення (система живлення електротранспорту).

На заміну нормативів ГОСТ 12.1.038-82 в частині електроустановок постійної напруги нами пропонуються на підставі отриманих в дисертації результатів наступний проект нормативів (табл. 2).

Таблиця 2

Гранично допустимі напруги дотику в електроустановках постійної напруги для аварійного режиму роботи

t, c | 0 ч 1 | 1 ч 5 | ?

Uh, B | 60 | 40 | 8

Значення напруг для t>1 с прийняті у відповідності з чинними нормативами, оскільки ці значення обґрунтовані та не викликають заперечень. Напруга дотику Uh для часу t<1 с прийнята у відповідності з наведеними в табл. результатами.

Пропозиції нормативів (табл. ) за нашими дослідженнями суттєво відрізняються від чинних нормативів, тому необхідно провести докладний аналіз забезпечення вимог пропонованих нормативів в чинних системах живлення. Критеріальні співвідношення між значеннями опорів струмовідних та захисних провідників, наведені в табл. 3 (де RL+, RL- – опір провідників, відповідно додатного та від’ємного, RN – опір заземлення системи, RРЕ – опір нульового захисного провідника, RРЕN – опір суміщеного нульового робочого і захисного провідників, RЗЗ – опір захисного заземлення корпусів електрообладнання, RІЗ – опір ізоляції провідників).

Таблиця 3

Допустиме співвідношення опорів* в залежності від напруги мережі

Допустима напруга, В | Номінальна напруга мережі, В

60 | 90 | 110 | 150 | 220 | 440 | 600

60 | - | 0,5 | 0,83 | 1,5 | 2,67 | 6,33 | 9

40 | 0,5 | 1,25 | 1,75 | 2,75 | 4,5 | 10 | 14

* – система TN-S, – система TN-C, – система TT, – система IT.

На базі вищенаведеного запропоновані заходи з підвищення рівня безпеки міського електротранспорту та електроустановок провідного зв’язку. Суть цих заходів полягає у тому, щоб всі чинні електроустановки постійної напруги привести до стандартизованих.

ВИСНОВКИ

У дисертації вирішена важлива наукова і соціальна задача створення безпечних умов взаємодії людей з електроустановками постійної напруги шляхом нормування гранично допустимих електричних дій, які не викликають травмування організму, з використанням виявленого і дослідженого зв’язку між розвитком необоротних процесів руйнування тканин організму та швидкості зміни струму крізь тіло, розроблення математичної моделі ураження людини в електроустановках постійної напруги.

Основні наукові результати, висновки і рекомендації полягають в наступному:

1. Показники електротравматизму в електроустановках постійного струму з врахуванням частки їх використання в народному господарстві співмірні з аналогічними показниками електроустановок змінного струму. Зниження електротравматизму можливе лише за реалізації концепції встановлення нормативів з умов запобігання необоротним процесам в тілі людини. Для покращення стану електробезпеки в електроустановках постійної напруги необхідно переглянути чинну нормативну базу електробезпеки.

2. Вперше отриманий узагальнюючий аналітичний опис вольтамперної характеристики для будь-якої тривалості дії напруги дотику. Коефіцієнти апроксимуючих функцій вольтамперних характеристик тіла людини для конкретного її стану та умов дотику до струмовідних частин під дією постійної напруги не залежать від значення прикладеної напруги (до початку необоротних процесів в тілі) та змінюються в часі.

3. Результати періодичних протягом декількох років дослідів з визначення статистичних параметрів вольтамперних характеристик однієї людини еквівалентні результатам одноразових досліджень групи людей. Представницькою групою можна вважати таку, в якій пропорційно представлені особи з різними додатковими факторами. Кореляційний зв’язок між визначальними статистичними коефіцієнтами вольтамперних характеристик в представницькій групі людей відсутній, що обумовлює можливість зменшення кількості експериментальних дослідів на людях представницької групи.

4. Обґрунтовані визначальні параметри вольтамперних характеристик спільноти людей як бази для розроблення рекомендацій з електробезпеки в електроустановках постійного струму.

5. Числові характеристики параметрів дії, що зумовлюють необоротні процеси для різних людей належать єдиній генеральній сукупності. Кореляційний зв’язок між статистичними параметрами, що зумовлюють необоротні процеси в тілі людини та параметрами, які характеризують електричні властивості тіла в момент проведення досліду, відсутній.

6. Вперше розроблена імовірнісна модель виникнення необоротного процесу під час дії на організм людини постійної напруги, яка враховує весь діапазон параметрів вольтамперних характеристик спільноти людей та площ дотику до струмовідних частин.

7. За даними математичного експерименту на моделі досліджена залежність ймовірності виникнення необоротного процесу від значення постійної напруги дотику. Одержані допустимі за умовою запобігання необоротним процесам травмування організму людини напруги значно менші від прийнятих як допустимі в державних і міжнародних нормативах.

8. Обґрунтовані допустимі співвідношення опорів струмовідних та захисних провідників для типових систем заземлення та стандартної шкали номінальних напруг електроустановок постійної напруги, за яких напруги дотику в аварійних режимах електроустановок не перевищують рекомендовані в роботі значення.

9. Запропоновані заходи підвищення рівня безпеки міського електротранспорту та електроустановок провідного зв’язку.

10. Результати досліджень використані для розроблення Регламенту сертифікаційних випробувань електроустановок постійної напруги провідного зв’язку на відповідність вимогам електробезпеки, що погоджений Державним комітетом України з нагляду за охороною праці.

11. Матеріали дисертації використані у сформованій і впровадженій в навчальний процес напряму “Електротехніка” в Національному університеті “Львівська політехніка” нової дисципліни “Теорія і практика електробезпеки”.

ПУБЛІКАЦІЇ ЗА ТЕМАТИКОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Никонець Л.О., Маліновський А.А., Шелех Ю.Л., Андрієнко Т.Г. Вольтамперні характеристики спільноти людей при дії постійної напруги //Вісник Національного університету "Львівська політехніка" "Електроенергетичні та електромеханічні системи". – 2004. – №511. – С. 63-71.

2. Бабійчук В.М., Никонець Л.О., Маліновський А.А., Голубов С.В., Шелех Ю.Л. Шляхи удосконалення міжнародної і вітчизняної нормативної баз з електробезпеки //Енергетика і електрифікація. – 2005. – №5. – С. 52-55.

3. Никонець Л.О., Маліновський А.А., Шелех Ю.Л. Математична модель взаємодії організму людини з джерелом постійної напруги //Вісник Національного університету "Львівська політехніка" "Електроенергетичні та електромеханічні системи". – 2003. – №487. – С. 102-107.

4. Никонець Л.О., Маліновський А.А., Голубов С.В., Шелех Ю.Л. Розрахункові значення резистансу тіла людини за різних значень постійної напруги дотику //Енергетика і електрифікація. – 2003. – №7. – С. 52-55.

5. Никонець Л.О., Маліновський А.А., Шелех Ю.Л. Дослідження умов виникнення необоротних процесів в тілі людини під дією постійної напруги //Енергетика і електрифікація. – 2005. №10. – С. 31-36.

6. Гутаревич О.Т., Маліновський А.А., Никонець Л.О., Шелех Ю.Л. Обґрунтування параметрів мережі з гарантованим рівнем електробезпеки за умовами аварійного режиму електроустановок // Энергетика и электрификация.- 2002. №7, с. 40-44.

7. Гутаревич О.Т., Маліновський А.А., Никонець Л.О., Шелех Ю.Л. Обґрунтування параметрів мережі з гарантованим рівнем електробезпеки напругою до 1000 В за умови безпечного дотику людини до струмовідних частин у нормальному режимі установки // Энергетика и электрификация.- 2002. №8, с. 47-51.

АНОТАЦІЯ

Шелех Ю.Л. Умови безпечної експлуатації електроустановок постійної напруги. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.26.01 – охорона праці. – Державний Макіївський науково-дослідний інститут з безпеки робіт у гірничій промисловості, 2006.

Дисертація присвячена імовірнісній оцінці ураження людини в електроустановках постійної напруги.

У дисертації вирішена важлива наукова і соціальна задача створення безпечних умов взаємодії людей з електроустановками постійної напруги в аварійному режимі їх роботи шляхом нормування гранично допустимих електричних дій, які не викликають травмування організму. Розроблена математична модель ураження людини в електроустановках постійної напруги.

Вперше розроблена імовірнісна модель виникнення необоротного процесу під час дії на організм людини постійної напруги, яка враховує весь діапазон параметрів вольтамперних характеристик спільноти людей та площ дотику до струмовідних частин. За даними математичного експерименту на моделі досліджена залежність ймовірності виникнення необоротного процесу від значення постійної напруги дотику. Одержані допустимі за умовою запобігання необоротним процесам травмування організму людини напруги значно менші від прийнятих як допустимі в державних і міжнародних нормативах.

Обґрунтовані допустимі співвідношення опорів струмовідних та захисних провідників для типових систем заземлення та стандартної шкали номінальних напруг електроустановок постійної напруги, за яких напруги дотику не перевищують рекомендовані в роботі значення. Запропоновані заходи підвищення рівня безпеки міського електротранспорту та електроустановок провідного зв’язку.

Результати досліджень використані для розроблення Регламенту сертифікаційних випробувань електроустановок постійної напруги на відповідність вимогам електробезпеки, що погоджений Державним комітетом України з нагляду за охороною праці. Матеріали дисертації використані у сформованій і впровадженій в навчальний процес напряму “Електротехніка” в Національному університеті “Львівська політехніка” нової дисципліни “Теорія і практика електробезпеки”.

Ключові слова: електробезпека, концепція, електричні параметри тіла, критерії електробезпеки, допустимі дії, необоротні процеси, нормативна база.

АННОТАЦИЯ

Шелех Ю.Л. Условия безопасной эксплуатации электроустановок постоянного напряжения. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.26.01 – охрана труда. - Государственный Макеевский научно-исследовательский институт по безопасности работ в горной промышленности, 2006.

Диссертация посвящена вероятностной оценке поражения человека в электроустановках постоянного напряжения.

В диссертации решена важная научная и социальная задача создания безопасных условий взаимодействия людей с электроустановками постоянного напряжения в аварийном режиме их работы путем нормирования предельно допустимых электрических действий, которые не вызывают травмирования организма.

Для улучшения состояния электробезопасности в электроустановках постоянного напряжения необходимо пересмотреть действующую нормативную базу электробезопасности. Впервые полученное обобщающее аналитическое описание вольтамперной характеристики для любой продолжительности действия напряжения прикосновения. Коэффициенты аппроксимирующих функций вольтамперных характеристик тела человека для конкретного ее состояния и условий прикосновения к токоведущим частям под действием постоянного напряжения не зависят от значения приложенного напряжения (до начала необратимых процессов в теле) и изменяются во времени. Показано, что результаты периодических на протяжении нескольких лет опытов для определения статистических параметров вольтамперных характеристик одного человека эквивалентны результатам одноразовых исследований группы людей. Представительной группой можно считать такую, в которой представленные лица с влияниями разных дополнительных факторов. Частица каждой специфической группы в формировании первичной статистической выборки должна отвечать ее частице в сообществе людей. Корреляционная связь между определяющими статистическими коэффициентами вольтамперных характеристик в представительной группе людей отсутствует, что обуславливает возможность уменьшения количества опытов на людях. Обоснованные определяющие параметры вольтамперных характеристик сообщества людей как базы для разработки рекомендаций из электробезопасности в электроустановках постоянного тока. Числовые характеристики параметров действия, которые предопределяют необратимые процессы для разных людей принадлежат единой генеральной совокупности. Установлено отсутствие корреляционной связи между статистическими параметрами, которые предопределяют необратимые процессы в теле человека и параметрами, которые характеризуют электрические свойства тела в момент проведения опыта.

Впервые разработана вероятностная модель возникновения необратимого процесса при действии на организм человека постоянного напряжения, которая учитывает весь диапазон параметров вольтамперных характеристик общности людей и площадь прикосновения к токоведущим частям. По данным математического эксперимента на модели исследована зависимость вероятности возникновения необратимого процесса от значения постоянного напряжения прикосновения. Получены допустимые по условию предотвращения необратимых процессов травмирования организма человека напряжения значительно меньше принятых как допустимые в государственных и международных нормативах.

Обоснованы допустимые соотношения сопротивлений токоведущих и защитных проводников для типовых систем заземления и стандартной шкалы номинальных напряжений электроустановок постоянного напряжения, при которых напряжения прикосновения не превышают рекомендованные в работе значения. Предложены мероприятия повышения уровня безопасности городского электротранспорта и электроустановок проводной связи.

Результаты исследований использованы для разработки Регламента сертификационных испытаний электроустановок постоянного напряжения на соответствие требованиям электробезопасности, который согласован Государственным комитетом Украины по надзору за охраной труда. Материалы диссертации использованы в сформированной и введенной в учебный процесс направления “Электротехника” в Национальном университете “Львивска политэхника” новой дисциплины “Теория и практика электробезопасности”.

Ключевые слова: электробезопасность, концепция, электрические параметры тела, критерии электробезопасности, допустимые действия, необратимые процессы, нормативная база.

ABSTRACT

Sheleh J.L. Conditions of safe operation of electroinstallations of dirrect voltage. - the Manuscript.

Thesis for the degree of Candidate of Sciences (Engineering) in speciality 05.26.01 - "Labour protection". – State Makeyevka Safety in Mines Research Institute, Makeyevka, 2006.

The dissertation is devoted to definition of a probability estimation of defeat of the person in electrical installations of a constant voltage.

In the dissertation the important scientific and social problem of creation of safety conditions of interacting of people with electrical installations of a constant voltage is solved by normalization of maximum permissible electric acts which do not call traumatize an organism.

For improvement of a condition of an electrosecurity in electroinstallations of a constant voltage it is necessary to reconsider working normative base of an electrosecurity. For the first time the received generalizing analytical description voltage-current characteristics for any duration of action of a voltage of a touch. Factors of approximating functions voltage-current characteristics of a body of the person for concrete her state and conditions of a touch to current carrying parts under action of a constant voltage do not depend on value of the enclosed voltage (prior to the beginning of irreversible processes in a body) and change in time. It is shown, that results periodic during several years of experiences for definition of statistical parameters voltage-current characteristics of one person are equivalent to results of disposable researches of group of people. It is possible to count representative group such, in which submitted persons with influences of different additional factors. The particle of each specific group in formation of primary statistical sample should answer its particle in community of people. Correlation between determining statistical factors voltage-current characteristics in representative group of people is absent, that causes an opportunity of reduction of amount of experiences in public. The proved determining parameters voltage-current characteristics of community of people as bases for development of recommendations from an electrosecurity in electroinstallations of a direct current. Numerical characteristics of parameters of action which predetermine irreversible processes for different people belong to uniform general set. Absence of correlation between statistical parameters which predetermine irreversible processes in a body of the person and parameters which characterize electric properties of a body at the moment of carrying out of experience is established.

For the first time the stochastic model of origination of irreversible process is developed at act on an organism of the person of a constant voltage which takes into account all range of parameters of voltage-current characteristics of a generality of people and area of a contact to current carrying parts. According to mathematical experiment on model dependence of probability of origination of irreversible process on value of a constant voltage of a contact is investigated. Are received allowable on a condition of prevention of irreversible processes traumatize an organism of the person of a voltage much less accepted, as allowable in the state and international specifications.

Allowable relationships of resistance of current carrying and protective conductors for typical earth networks and a standard scale of rated voltages of electrical installations of a constant voltage at which voltage of a contact do not exceed values recommended in-process are proved. The offered provisions of raise of a level of safety of urban electrotransport and electrical installations of a wire communication.

Results of researches are used for development of the Order of certified tests of electrical installations of a constant voltage on a compliance with requirements of an electrosecurity which is coordinated by the State committee of Ukraine from supervision of guarding of work. Materials of the dissertation are used in generated and injected in educational process of a direction of "Electrical engineer" at National university “Lviv polytechnic" new discipline “Theory and practice of an electrosecurity”.

Keywords: an electrosecurity, the concept, electric parameters of a body, criteria of the electrosecurity, allowable acts, irreversible processes, normative baseline.