CC BY
0DOI 10.53980/24131997_2022_2_41
Т.В. Ерёмина, д-р техн. наук, проф.
Р.Г. Хулукшинов, канд. техн. наук, доц.
И. А. Галегузова, преподаватель, e-mail: irina.hmeleva@yandex.ru Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления, г. Улан-Удэ
УДК 631.31.539
К ПРОБЛЕМЕ ТЕХНОГЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК
НА ОБЪЕКТАХ
Выполнен анализ состояния электробезопасности на объектах. На основании статистических сведений приведена картина возникновения электротравматизма при эксплуатации электроустановок. Техногенную угрозу представляют электротравмы на промышленных и сельскохозяйственных объектах, а также в бытовых условиях, сопровождающиеся взрывами и пожарами в электрооборудовании, электрифицированных механизмах, приборах, агрегатах. Отмечены недостатки в использовании электротехники исходя из организационных и технических мероприятий. Определен комплекс организационных и технических мероприятий по безопасному применению электроустановок. Дана характеристика состояния системы электробезопасности. Приведена структурная модель электротравмы. Получена вероятностная оценка возникновения электротравмы исходя из условий развития опасной ситуации. Определены способы повышения уровня электробезопасности. Указаны виды дискретных состояний системы безопасности электроустановок, их взаимодействие, переход из одного состояния в другое.
Ключевые слова: электробезопасность, электроустановка, техногенная безопасность, электротравматизм, модель электротравмы, опасная ситуация.
T.V. Eryomina, Dr. Sc. Engineering, Prof.
R.G. Khulukshinov, Cand. Sc. Engineering, Assoc. Prof.
I.A. Galeguzova, teacher
MORE ON THE PROBLEM OF TECHNOGENIC SAFETY OF ELECTRICAL INSTALLATIONS AT FACILITIES
The article analyses of the state of electrical safety at the facilities. On the basis of statistical data, it reveals the occurrence of electrical injuries during the operation of electrical installations. Electrical injuries at industrial and agricultural facilities are technogenic threat, as well ashome accidents, accompanied by explosions and fires in electrical equipment, electrified mechanisms, devices, units. Basing on organizational and technical measures shortcomings are described in the use of electrical engineering. The article determines a set of organizational and technical measures for the safe use of electrical installations. It characterises the state of the electrical safety system and a structural model of electrotrauma. A probabilistic assessment of the occurrence of electrical trauma is obtained based on the conditions of the development of a dangerous situation. The ways of increasing the level of electrical safety are determined. The authers indicate types of discrete states of the safety system of electrical installations, their interaction, transition from one state to another.
Key words: electrical safety, electrical installation, technogenic safety, electrical injury, model of electrical injury, dangerous situation.
Введение
Решение вопросов электробезопасности представляет собой комплекс мер, направленных на снижение уровня электротравматизма при проведении мероприятий организационного и технического характера для обеспечения защиты людей от опасного воздействия электриче-
ского тока и его проявлений, т. е. электромагнитного и электростатического поля, электрической дуги, сопровождающихся авариями, пожарами, как правило, приводящими к возникновению социального, материального и экологического ущерба [1].
Особенно остро проблема техногенной безопасности стоит в сельской местности, в том числе на предприятиях агрохолдингов, и обусловлена она значительным износом электрооборудования и сетей электроснабжения. Техногенную угрозу представляет состояние безопасности не только для людей, но и для сельскохозяйственных животных, а также окружающей среды.
Анализ показывает, что электротравматизм непосредственно связан с соблюдением и выполнением норм и правил работы в электроустановках, отсюда следуют факты нарушения, игнорирования, незнания правил эксплуатации электроустановоки в результате поражения электрическим током.
В последние годы серьезную опасность представляют пожары, возникающие по причине неисправностей в электроустановках, так, в последние годы в стране произошло более 120 тыс. пожаров, вследствие чего пострадало большое количество людей и причинен значительный материальный ущерб [2].
Цель исследования - анализ техногенной безопасности на основе статистического исследования электротравматизма.
Материалы и методы исследования
При выяснении и определении основных признаков и характерных причин появления электротравм немаловажное значение приобретает проведение анализа статистических данных по произошедшим несчастным случаям.
На основании выполненных статистических исследований состояния электробезопасности на объектах экономики в среднем электротравмы составляют 3 % от общего числа травм и 12-13 % от общего числа смертельных случаев. В стране количество электротравм составляет 8,8 смертельных случаев в год (в передовых промышленно развитых странах - не более 3) в расчете на 1 млн жителей [3].
Руководствуясь сведениями по происходящим несчастным случаям, следует отметить, что наибольшее количество электротравм наблюдается в строительстве (40 %) и сельском хозяйстве (40 %), высок бытовой электротравматизм (около 40 %).
На рисунке 1 представлена статистика производственного травматизма со смертельным исходом за 2020 г., по данным Роструда, где более 20 % составляет электротравматизм.
31
31
4
83
231 ^■125
34
183 144
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
%
■ тяжелые ■ групповые ■ смертельные Рисунок 1 - Статистика производственного травматизма за 2020 г., по данным Роструда
Воздействие других неклассифицированных травмирующих факторов
Утопление и погружение в воду
Воздействие вредных веществ
Воздействие дыма, огня и пламени
Воздействие экстремальных температур
Воздействие электрического тока 19
Воздействие движущихся предметов, деталей, машин 8
Падение, обрушение, обвалы предметов и пр. 21
Падение на ровной поверхности одного уровня
Падение пострадавшего с высоты 10
Транспортные происшествия
56
55
30 30 54
43
844
343
367 789
284
Согласно приведенным выше данным, электротравмы на производстве в 2020 г. составляли: 9 случаев - тяжелые (6,12 %), 55 случаев - групповые (37,41 %), 83 случая - смертельные (56,47 %).
Согласно статистике производственного травматизма за 2020 г., по данным Роструда (рис. 2), значительное число электротравм происходит на предприятиях сельского хозяйства и среди бытовых потребителей вследствие незнания или пренебрежения основными нормативными документами при эксплуатации электроустановок, несмотря на то что уровень напряжения и объем потребляемой электроэнергии в данных сетях гораздо ниже, чем в других отраслях. К нормативным документам, регламентирующим правила работы с электроустановками, относятся Правила устройства электроустановок (ПУЭ) и Правила по охране труда при эксплуатации электроустановок.
Картина возникновения электротравматизма в отдельных отраслях экономики РФ с 2010 по 2020 г. показана на рисунке 2.
300
« 250
3 200
<и
4 т
о «
н о
<и
150
з 100
50
2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020
Период, год
■Предприятия энергетики ■Топливная и угольная промышленность - Строительство
■Жилищно-коммунальное хозяйство ■Сельское хозяйство ■Другие отрасли
0
Рисунок 2 - Электротравматизм в отраслях экономики РФ за 2010-2020 гг.
Согласно данным диаграммы, представленной на рисунке 2, наблюдается тенденция роста электропоражений в отрасли сельского и жилищно-коммунального хозяйства.
Также значительное число поражений электрическим током происходит в энергетической отрасли энергетики, что вызывает тревогу, поскольку на предприятиях энергетики работают высококвалифицированные сотрудники, которые регулярно проходят инструктажи, имеют подтвержденную группу электробезопасности и выполняют переключения согласно нарядам, распоряжениям.
Полученные сведения в зависимости от степени тяжести исхода электротравматизма, определяемого коэффициентами травматизма и смертельного травматизма, приведены на рисунке 3 [4].
<и «
Я «
-е -е
г>
£
0,1 0,09 0,08 0,07 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 0
0,068 0,009
0 078
0,062
0,013 0,004
2017
2018
2019
Период, год
коэффициент смертельного травматизма ■ коэффициент травматизма
Рисунок 3 - Показатели электротравматизма за 2017-2019 гг.
Исходя из анализа зависимостей, приведенных на рисунке 3, необходимо отметить тенденцию высокого уровня электротравматизма со смертельным исходом. Также, руководствуясь спецификой электротравм по степени от тяжести исхода, следует отметить, что не все виды электропоражений учитываются соответствующими органами (например, легкие электротравмы).
Возникновение электротравматизма является сигналом для принятия действенных мер по его устранению, улучшению условий труда и активизации контроля за состоянием электробезопасности на каких-либо объектах.
Качественное выполнение контроля за применением электроустановок приводит к поддержанию и регулированию производственного процесса как единого целого в рамках технологического проекта, что, в свою очередь, связано с повышением уровня электробезопасности как наиважнейшего звена в комплексной системе с учетом воздействия на человека факторов опасности и вредности при создании безопасных условий труда.
Активизация трудовой деятельности человека непосредственно связана с механизацией и автоматизацией производственного процесса, значит, и с широким использованием электроустановок и, как следствие с увеличением степени опасности электротравмирования людей. Складывающееся положение приводит к осуществлению действенных мероприятий по созданию жестких требований по охране труда и технике безопасности, по состоянию электробезопасности при эксплуатации электроустановок в производственном процессе предприятий, в том числе сельскохозяйственных, а также среди населения.
Результаты исследования и их обсуждение
Исходя из анализа статистических данных возникновения электротравматизма выявлена необходимость проведения научных и практических исследований в области электробезопасности. Кардинальный подход к решению проблемы связан с выявлением причин возникновения травмоопасных ситуаций при работе с электроустановками, с их надежностью, остаточным ресурсом, контролем технического состояния, обеспечением превентивных мер защиты.
Подобные мероприятия следует проводить для получения характера происходящих процессов в системе безопасности с учетом внешних факторов, оказывающих негативное воздействие на эксплуатацию электроустановок.
Существующее состояние системы безопасности может претерпеть изменения, переходя из одного вида в другой [5, 6]:
- рабочее эксплуатационное, т. е. безопасное;
- предаварийное, т. е. небезопасное;
- аварийное, т. е. травмоопасное.
На рисунке 4 приведена логическая модель электротравмы, в которой выделены ее дискретные состояния.
Рисунок 4 - Структурная модель электротравмы
Рассматривая структурную модель электротравмы, следует отметить, что воздействие электрического тока на организм человека может заканчиваться тремя видами исходов, а именно смертельным, инвалидностью и временной потерей трудоспособности. Тяжесть исхода электротравмы будет зависеть от таких факторов, как цепь тока в теле человека, величина тока и время воздействия. Эти факторы являются определяющими с точки зрения возможности возникновения фибрилляции сердца или асфиксии легких.
На основании проведенного статистического исследования и условий анализа электротравмы на объектах выполнено математическое описание трех видов электротравм с использованием метода расчета вероятности электротравмирования. При определении вероятностей электротравмирования выполнено интегрирование плотностей распределения тока, протекающего по телу /(¿чел),и кривых распределения Р(цел), приведенных на рисунке 5, по данным Международной электротехнической комиссии [7].
При применяемом методе статистического моделирования вероятность электротравмирования примет вид:
Р(ЭТ) = Р(иир) ■ Р'(ЭТ), (1)
где Р(иир) - вероятности попадания человека под напряжение; Р'(ЭТ) - условная вероятность электротравмирования человека, зависящая от состояния организма человека и состояния среды, в которой произошла электротравма, т. е.:
Р(ЭТ) ^ ^эт(^чел) ' /(^чел^ ' ^ Цел-
(2)
Здесь функция К,т(1чел) получена при постоянном времени воздействия tвозд=const по данным [1], а плотность распределения /(/чел)-по данным [8], исходя из уравнения:
/чел= ———, (3)
Чел Кт+Коб+Кр' 4 '
где иир - напряжение прикосновения (при однополюсном прикосновении иир = иф); сопротивления тела, зависящее от времени воздействия тока на человека, при практических расчетах =1000 Ом) [1]; йоб - сопротивление обуви, зависит от состояния подошвы (при пути тока «рука - нога» йо6 Ф 0, при - «рука - рука» йо6 = 0); Ир - сопротивление растекания тока, зависит от состоянии пола и грунта.
Тогда уравнения условных вероятностей исходов электротравмирования будут иметь
вид:
- электротравмирование со смертельным исходом:
Р (ЭТ) = /0 Р эт(^чел) ' /(Цел) ' ^¿чел' (4)
где Р'эт(/чел) - функция смертельного исхода;
- электротравмирование с исходом инвалидности:
Р"(ЭТ) = Г* Г'(Цел) ■ /(¿чел) ■ ^чел, (5)
-'О
где ^''эт(1чел) - функция с тяжелым исходом;
- электротравмирование с временной потерей трудоспособности:
р,„(ЭТ) = ^чел ^'''(¡чел) ■ /(¿чел) ■ ^чел, (6)
где Р'''эт(/чел) - функция с легким исходом.
В уравнениях 4-6 при интегрировании указанных функций величина тока, протекающего по телу человека, изменяется от 0 до максимального значения.
Полученные расчетные значения приведены в таблице. При расчете приняты следующие допущения:
1. Элетротравмирование происходит в помещениях с деревянными и бетонными полами, Rр изменяется в пределах от 0,015 до 9,0 кОм, сопротивление обуви йод=2-47 кОм, сопротивление тела человека принято равным 1000 Ом.
2. Функция распределяется /(¿чел) , апроксимируется нормальным законом распределения.
3. Функция плотности распределения Р(/чел) определяется по статистическим данным метода Джонсона [9].
4. В качестве основного средства защиты принято устройство защитного отключения
(УЗО).
Таблица - Вероятность возникновения электротравмы Р(ЭТ) при эксплуатации стационарных электроустановок
Исход электротравмы Срабатывание УЗО, мА (установка) Р(ТЭ) Время срабатывания УЗО, ^ с
Смертельный 10 5,3 • 10-6 0,3
30 8,5 10-6
Тяжелый 10 19,110-6 0,3
30 57,7-Ш-6
Легкий 10 46,8 10-6 0,3
30 11910-6
Анализ расчетных данных, приведенных в таблице, характеризует уровень электробезопасности на рассматриваемых объектах в соответствии со статистическими данными. Во всех случаях исходов электротравмирования человека присутствует превышение уровня электробезопасности (ГОСТ 12.1.004-91). Исходя из расчетов Р(ЭТ), в частности при смертельном исходе, превышает норму более чем в 5 раз.
На рисунке 5 границы областей исходов определены кривыми А, В, С.
Рисунок 5 - Виды исходов электротравмирования человека: 1 - область допустимых токов tвоз^да; 2 - область благополучных исходов (электрический удар), Р(£чел, tвоз), tвоз <5 с; 3 - область опасных исходов (легкий), Р(£чел, tвоз), tвоз <5 с;
4 - область опасных исходов (тяжелый Р(£чел, tвоз), tвоз <5 с;
5 - область смертельных исходов, Р(£чел, tвоз), tвоз <1 с
По данным исследования статистики элетротравматизма выполнен расчет вероятностей возникновения электротравм для трех видов исходов.
Радикальной задачей повышения уровня электробезопасности Р(ЭБ) является анализ и выявление основных причин электротравматизма и разработка обоснованных организационных и технических рекомендаций по его предупреждению, а также совершенствование системы безопасности электроустановок, превентивных средств электрической защиты при широком использовании высокоэффективных средств, обеспечивающих защиту человека -устройств защитного отключения [11].
Выводы
На основании проведенного исследования техногенной безопасности электроустановок необходимо отметить целесообразность проведения научных исследований, направленных на повышение состояния электробезопасности на промышленных и сельскохозяйственных объектах, а также среди населения.
Применение превентивных средств электрической защиты на объектах экономики с широким внедрением в эксплуатацию высокоэффективных устройств защитного отключения позволит повысить уровень электробезопасности при эксплуатации электроустановок.
Библиография
1. Карякин Р.Н., Куликова Л.В., Никольский О.К. и др. Основы электромагнитной совместимости. - Барнаул, 2009. - 470 с.
2. Ерёмина Т.В., Шаныгин И.А. Пожарная опасность электроустановок: модели и прогнозы // Науч. тр. КубГТУ «Безопасность и ресурсосбережение в техносфере». II Междунар. науч.-практ. конф.
- Краснодар, 2019. - № 3. - С. 572-582.
3. Российский статистический ежегодник. 2021: стат. сб. / Росстат. - М., 2021. - 692 с.
4. Министерство Энергетики Российской Федерации [Электронный ресурс]. - URL: http://www.minenergo.gov.ru (дата обращения: 20.03.2022).
5. БеловП.Г. Системный анализ и моделирование опасных процессов в техносфере. - М., 2003.
- 512 с.
6. Никольский О.К. Системы обеспечения электробезопасности в сельском хозяйстве. - Барнаул, 1977. - 192 с.
7. Шаматава В.Д. Статистическая модель сопротивления тела человека // Электробезопасность в сельскохозяйственном производстве: науч. труды ВИЭСХ. - М., 1977. - Т. 43 - С. 63-66.
8. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. - М.: Высшая школа, 2003.- 575 с.
9. Халин Е.В. Новые устройства обеспечения электробезопасности // Техника в сельском хозяйстве. - 2006. - № 6. - С. 19-23.
Bibliography
1. Karyakin R.N., Kulikova L. V., Nikolsky O.K. et al. Fundamentals of electromagnetic compatibility.
- Barnaul, 2009. - 470 p.
2. Eryomina T.V., Shanygin I.A. Fire hazard of electrical installations: models and forecasts // Scientific works of KubSTU "Safety and resource saving in the technosphere". II International Scientific and Practical Conference. - Krasnodar, 2019. - N 3. - P. 572-582.
3. Russian statistical yearbook 2021: Statistical book. - Publishing House "Rosstat". - M., 2021. -
692 p.
4. Ministry of Energy of the Russian Federation [Electronic resource]. - URL: http://www.minenergo.gov.ru (access date 20.03.2022).
5. BelovP.G. System analysis and modeling of hazardous processes in the technosphere. - M., 2003.
- 512 p.
6. Nikolsky O.K. Electrical safety systems in agriculture. - Barnaul, 1977. - 192 p.
7. Shamatava V.D. Statistical model of the resistance of the human body // Electrical safety in agricultural production: Scientific works of VIESKH. - M., 1977. - Vol. 43. - P. 63-66.
8. WentselE.S. Probability Theory. - M.: High school, 2003. - 575 p.
9. Khalin E.V. New devices for ensuring electrical safety // Technique in agriculture. - 2006. - N 6.
- P. 19-23.
