CC BY
50
УДК 658.382
ОЦЕНКА РИСКА НЕБЛАГОПРИЯТНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ
ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ НА ПЕРСОНАЛ ВБЛИЗИ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК СВЕРХВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ
А.И. СИДОРОВ, И.С. ОКРАИНСКАЯ, О.В. НОМОКОНОВА
Южно-Уральский государственный университет, г. Челябинск
Приводятся данные о распределении напряженности электрического поля на территориях 25 открытых распределительных устройств 500 кВ. Описывается логико-вероятностная модель оценки возможности неблагоприятного воздействия электрического поля на работника для персонала, обслуживающего электроустановки сверхвысокого напряжения. Вероятность неблагоприятного воздействия описана нечетким числом.
Ключевые слова: электроустановки сверхвысокого напряжения, электрическое поле, напряженность электрического поля, неблагоприятное воздействие электрического поля на персонал.
Исследования, результаты которых представлены в данной статье, были выполнены авторами в период с 2003 по 2010 гг. на подстанциях Челябинского, Пермского, Свердловского и Ханты-Мансийского предприятий Магистральных электрических сетей [1]. Измерения проводились по методике, подробно описанной в работе [1]. Результаты измерений были оформлены в виде карт распределения напряженности электрического поля (рис. 1) и переданы указанным выше предприятиям, где в настоящее время и используются для организации работ на территории открытых распределительных устройств (ОРУ).
250
200
150
100
0 50 100 1^0 200
Рис. 1. Карта напряженности электрического поля на ОРУ 500 кВ электроподстанции БАЗ
© А.И. Сидоров, И.С. Окраинская, О.В. Номоконовав Проблемы энергетики, 2012, № 1-2
107
Персонал, обслуживающий электроустановки сверхвысокого напряжения, подвергается воздействию низкочастотного (50 Гц) электромагнитного поля. Величина электрической составляющей поля зачастую превышает предельно допустимый уровень (ПДУ), даже если при его определении учитывалось время воздействия поля на работника. Оборудование подстанций 500 кВ, как правило, не создает магнитное поле промышленной частоты, уровень которого превышал бы предельно допустимый уровень для 8-ми часового профессионального воздействия [2].
Исследования распределения напряженности электрического поля на ОРУ напряжением 500 кВ демонстрируют наличие зон высокой интенсивности этого поля (табл. 1, рис. 1).
Таблица 1
Распределение напряженности электрического поля на территории открытого распределительного устройства 500 кВ
Доля территории ОРУ, %,
Наименование где напряженность электрического поля лежит в диапазоне
подстанции Менее 5 кВ/м 5<Е<10 10<Е<15 15^<20 20^<25 25^<30
Магистральная 49,78 22,74 22,91 4,19 0,31 0,07
Козырево 55,04 34,23 8,82 1,91 0 0
Тагил 57,34 25,54 12,8 3,99 0,34 0
Кропачево 58,16 25,17 10,98 4,46 1,24 0
Пыть-Ях 59,98 19,78 16,28 3,78 0,13 0,04
Калино 60,52 28,24 9,43 1,77 0,04 0
Сомкино 67,03 11,73 18,27 2,97 0 0
Удмуртская 71,41 15,35 10,28 2,86 0,1 0
Смеловская 72,19 15,73 8,33 3,3 0,44 0,01
Сибирская 73,5 22,04 4,39 0,07 0 0
Приваловская 75,43 22,96 1,56 0,05 0 0
Курган 75,81 23,8 0,38 0,01 0 0
Южная 76,28 18,72 3,75 1,24 0,02 0
Челябинская 77,22 18,49 3,67 0,6 0,02 0
Трачуковская 77,32 18,43 3,75 0,44 0,06 0
Шагол 78,02 8,54 9,11 3,8 0,54 0
Луговая 78,33 14,61 6,4 0,64 0,02 0
Златоуст 80,12 14,24 5,45 0,19 0,002 0
Ильково 80,41 14,22 4,12 0,51 0,73 0
Кустовая 81,38 12,23 5,56 0,7 0,11 0,03
Белозерная 81,56 15,92 2,36 0,16 0 0
Магнитогорская 81,75 15 2,92 0,32 0,01 0
БАЗ 82,19 9,56 5,27 2,23 0,71 0,04
Вятка 82,45 14,09 2,9 0,52 0,04 0
Северная 86,18 11,29 2,24 0,29 0 0
Средние значения 72,78 18,11 7,28 1,64 0,19 0,01
В то же время наличие зон высокой интенсивности поля еще не означает, что любой работник, обслуживающий электрооборудование, установленное на ОРУ, при выполнении своих производственных обязанностей ежедневно будет подвергаться воздействию электрического поля столь высокой интенсивности. Так, например,
ремонтный персонал часто выполняет работы на оборудовании, где снято напряжение, и, следовательно, в окружающем его пространстве напряженность поля существенно отличается от измеренной во время работы подстанции по нормальной схеме. Кроме того, зоны высокой интенсивности поля наблюдаются часто вблизи оборудования, не требующего постоянного обслуживания или наблюдения со стороны персонала, как, например, шинные опоры и трансформаторы тока (табл. 2).
Таблица 2
Доля территории ОРУ 500 кВ (%), приходящейся на зоны различной напряженности электрического поля промышленной частоты по отдельным видам оборудования
Наименование оборудования Доля территории ОРУ, %, где напряженность электрического поля лежит в диапазоне
Менее 5 кВ/м 5<Е<10 10<Е<15 15<E<20 20<E<25 25<E<30
Трансформатор тока 45,53 49,61 4,78 0,08 0,00 0,00
Разъединитель 37,14 42,46 16,81 3,13 0,45 0,02
Шинные опоры 16,50 36,96 37,34 8,89 0,29 0,02
Устройства для защиты от перенапряжений (ОПН и разрядники) 51,42 34,75 12,01 1,83 0,00 0,00
Трансформатор напряжения 53,59 37,46 8,15 0,77 0,03 0,00
Автотрансформатор 91,87 7,82 0,31 0,00 0,00 0,00
Высокочастотные заградители 37,44 40,85 18,64 2,65 0,42 0,00
Воздушные выключатели 42,13 41,55 15,64 0,68 0,00 0,00
Конденсаторы связи 62,49 31,04 5,97 0,50 0,00 0,00
Вопрос о степени неблагоприятного воздействия поля можно решить либо при помощи прибора индивидуального учета степени воздействия электрического поля на человека [3, 4], разработанного на кафедре «Безопасность жизнедеятельности» ЮжноУральского государственного университета (ЮУрГУ), что требует довольно большого времени для сбора статистических данных, либо аналитическим путем с использованием модели оценки риска неблагоприятного воздействия электрического поля на персонал и анализа данных о фактическом времени нахождения работников отдельных категорий на территории ОРУ или под воздушными линиями электропередачи.
Кафедра «Безопасность жизнедеятельности» ЮУрГУ имеет опыт применения метода логико-вероятностного моделирования для описания различного рода случайных процессов (диссертационные работы Сидорова А.И. (1994), Окраинской И.С. (1997), Номоконовой 0.В.(2003), Шавриной Н.А. (2007), Скуртовой И.В. ( 2008)), связанных с воздействием на человека опасных или вредных производственных факторов или оценкой эффективности средств и способов защиты.
Логико-вероятностный метод (ЛВМ) был разработан в начале ХХ века в работах П.С. Порецкого, С.П. Бернштейна, М.А. Гаврилова. В 60-е годы ЛВМ получил развитие в трудах С.В. Мерскина, Р. Барлоу, С.В. Макарова и других. В начале 70-х годов появились публикации И.А. Ушакова, В.А. Галасина, В.Е. Степанова и многих других авторов, посвященные ЛВМ [5].
Математическая сущность ЛВМ заключается в использовании функций алгебры логики для аналитической записи условий безопасности системы и в разработке строгих способов перехода от функций алгебры логики к вероятностным функциям, объективно выражающим безопасность системы. © Проблемы энергетики, 2012, № 1-2
Логическая модель, отражающая возможность неблагоприятного воздействия электрического поля на работника, имеет вид:
Е=Ххл XV (Х2 л Х3) V (Х2 л Х3 л Х4) V (Х2 л Х3 л Х4 л Х5) V
V (Х2 л Х3 л Х4 л Х5 л Х6)) V Х7 (1)
Она является развитием модели, предложенной в работе [6], и построена с учетом логических связей между передвижением персонала по территории ОРУ, видом работ и уровнями электрического поля промышленной частоты, существующими на реальных открытых распределительных устройствах.
Модель, отражающая процесс возникновения предпосылок повреждения здоровья при работе с электроустановками сверхвысокого напряжения (ЭУ СВН), включает 8 событий, которые могут быть разделены на следующие группы:
• событие, связанное с организацией работ по техническому обслуживанию и ремонту оборудования (Х1);
• события, отражающие возможность неблагоприятного воздействия электрического поля на персонал (5 элементов модели от Х2 до Х6);
• событие, связанное с использованием работником средств индивидуальной защиты (Х7);
• Е - конечное событие.
Содержание событий приведено в табл. 3.
Таблица 3
Элементы логико-вероятностной модели возникновения повреждения _здоровья персонала, обслуживающего ЭУ СВН_
Группа событий Обозначение события Содержание события
1 2 3
Событие, связанное с организацией работ по техническому обслуживанию и ремонту оборудования Х1 Выполнение работ на территории ОРУ или вблизи линий электропередачи
События, отражающие нахождение персонала в зонах различной напряженности электрического поля Х2 Возможность неблагоприятного воздействия на здоровье работника в зоне с напряженностью электрического поля промышленной частоты 5-10 кВ/м
Х3 Возможность неблагоприятного воздействия на здоровье работника в зоне с напряженностью электрического поля промышленной частоты 10-15 кВ/м
Х4 Возможность неблагоприятного воздействия на здоровье работника в зоне с напряженностью электрического поля промышленной частоты 15-20 кВ/м
Х5 Возможность неблагоприятного воздействия на здоровье работника в зоне с напряженностью электрического поля промышленной частоты 20-25 кВ/м
Хб Возможность неблагоприятного воздействия на здоровье работника в зоне с напряженностью электрического поля промышленной частоты выше 25 кВ/м
События, связанные с действиями человека Х7 Нахождение вблизи электроустановки сверхвысокого напряжения без средств индивидуальной защиты (экранирующих комплектов)
1 2 3
Конечное событие Возможность неблагоприятного воздействия электрического поля на работника
На рис. 2 показана структурная схема, соответствующая рассматриваемой модели.
Рис. 2. Логико-вероятностная модель оценки возможности неблагоприятного воздействия электрического поля на работника, обслуживающего электроустановки сверхвысокого напряжения
Логико-вероятностный метод моделирования нежелательных событий имеет существенный недостаток, обусловленный трудностями определения конкретных вероятностей тех или иных событий, особенно событий, связанных с ошибочными действиями человека или сознательными нарушениями требований безопасности. Решить, в некоторой степени, эту проблему можно с помощью приложения к вышеуказанному методу аппарата теории нечетких множеств, заполняющего пробел в области структуризованной неопределенности там, где нельзя корректно применять статистику и вероятности. Теория нечетких множеств (ТНМ) получила свое развитие в работах [7-12].
Обобщение классического понятия множества для более корректного и полного использования описаний тех или иных процессов привело к понятию нечеткого множества
А = {(цА (х), х)}, (2)
или
А = ^хеХР-А(х)/х, (3)
где Х - универсальное множество; цА: Х ^ [0, 1] - функция принадлежности, которая ставит в соответствие каждому х е Хчисло цА(х) е [0, 1], характеризующее степень его принадлежности множеству А.
Таким образом, нечеткое множество - это математическая структура, позволяющая оперировать с относительно неполно определенными элементами.
При этом множество
8ыррА = {х е X | ц А (х) > 0} (4)
называется носителем нечеткого множества А, а множество
Аа={хе X/ца >а},ае [0,1] (5)
называется множество а - уровня нечеткого множества А.
Построение математических моделей возникновения нежелательных событий характеризуется рядом особенностей, а именно:
• отсутствием статистических данных о неопределенных параметрах ситуации;
• наличием двух видов неопределенности: стохастичности, обусловленной природой процесса возникновения нежелательного события, и нечеткости, обусловленной качественными описаниями компонентов модели;
• необходимостью оперировать со стохастической неопределенностью как при четком (частотная, субъективная вероятность), так и при нечетком описании вероятностных характеристик.
Таким образом, в силу существенных неопределенностей при моделировании нежелательных событий необходима дополнительная информация, которая может быть получена от экспертов, а также средства представления и использования этой информации для выбора альтернатив на отдельных этапах построения модели.
Вероятности элементов структурной логической модели возможности неблагоприятного воздействия электрического поля промышленной частоты с учетом нечеткости, неопределенности имеющихся данных, можно определять как нечеткие числа р с треугольным представлением функции принадлежности
цр : [0, 1]^ [0, 1].
При построении математических моделей с использованием нечетких чисел для упрощения выполнения арифметических операций целесообразно строить «треугольную» функцию принадлежности.
Функция принадлежности нечеткого представление, задается формулой: 0, при р < Р', р - Р'
числа
имеющая треугольное
Ц Х(Р) =
в (р) ' Р " - р
при Р' < р < Р,
при Р < р < Р",
(6)
в( р) 0, при р > Р';
а унимодальное нечеткое число Р определяется тройкой (Р Р, Р") (рис. 3), где Р -среднее значение (мода) нечеткого числаР ; Р'и Р"- соответственно нижняя и верхняя границы его функции принадлежности.
И-
1
Р' Р Р" Р'
Рис. 3. Нечеткое число Р с треугольным заданием функции принадлежности
Задача построения функции принадлежности сводится к определению Р' и Р"
© Проблемы энергетики, 2012, № 1-2
Р'и Р" можно рассчитать по формулам: Р' = Р -в(р),
Р" = Р + в(р), (8)
где Р(р) определяется в зависимости от разряда младшей значащей цифры числа Р.
Вероятность элемента Х\ для различных категорий работников может быть найдена при помощи анализа длительности выполнения работ на территории открытого распределительного устройства или вблизи линии электропередачи по следующей формуле:
А = , (9)
где ¿ору - время выполнения различных работ на территории открытого распределительного устройства или вблизи линии электропередачи; Гобщ - среднегодовой баланс рабочего времени для рассматриваемой профессиональной группы.
Рассмотрим определение вероятности события Х\ для дежурного персонала подстанции. На открытых распределительных устройствах подстанции дежурный персонал проводит осмотры оборудования и сооружений. Осмотры бывают двух видов: регулярные и внеочередные. Регулярные осмотры проводятся на объектах с постоянным дежурством персонала не реже 1 раза в сутки, а также дополнительно не реже 1 раза в месяц в темное время суток для выявления разрядов, коронирования. Внеочередные осмотры проводятся после непредвиденного отключения оборудования, при неблагоприятной погоде (сильный туман, мокрый снег, гололед и т. п.) или усиленном загрязнении на ОРУ, а также после отключения оборудования при коротком замыкании. Продолжительность одного осмотра открытых распределительных устройств подстанции напряжением 500 кВ составляет не менее 30-45 мин. Учет продолжительности проведения оперативных переключений, подготовки рабочих мест для ремонтного персонала, допуска бригад к работе на территории ОРУ, наблюдение за работой бригады в тех случаях, когда оно необходимо, позволит увеличить эту цифру ориентировочно до 1,0... 1,5 часов. Оперативный персонал работает сменами по 12 часов (около 170 смен в среднем за год), что составляет около 170-255 часов продолжительности работ непосредственно на ОРУ в год. Общий среднегодовой баланс рабочего времени составляет около 2000 часов. Таким образом, максимальная вероятность нахождения на ОРУ представителей дежурного персонала, определенная по формуле (9), составляет 0,13.
Наиболее сложно определить вероятность событий, связанную с действиями человека, в частности, вероятность нахождения вблизи электроустановки сверхвысокого напряжения без средств индивидуальной защиты (экранирующих комплектов). Все работники предприятий электрических сетей, выполняющие работы в зоне влияния электрического поля, в обязательном порядке обеспечиваются экранирующими комплектами для защиты от электрического поля. К сожалению, поскольку действие электрического поля на организм человека не вызывает болевых ощущений и не приводит к ярко выраженным неблагоприятным последствиям сразу после воздействия, персонал довольно часто пренебрегает использованием экранирующих комплектов. На основании наблюдений за работой дежурного персонала, риск для которого оценивается в данной статье, мы оцениваем частоту их использования как 10.20%, а вероятность события Х7 как 0,8.0,9. Примем для дальнейших расчетов вероятность события Х7 равной 0,85.
Вероятности элементов (Х2, Х3, Х4, Х5, Х6), связанных с возможностью возникновения неблагоприятного воздействия на человека в зонах различной напряженности электрического поля, могут быть определены по результатам анализа карт распределения напряженности электрического поля на ОРУ (табл. 1). Если считать, что при своем перемещении по территории ОРУ работник случайным образом попадает в зоны различной напряженности, тогда
Р = ^ у+5 • Л(Д0, (10)
ЯОРУ
где г е {2, 3, 4, 5, 6, }; + Е ; - площадь зоны напряженностью от Е, до Е,+5;
, е {0, 5, 10, 15, 20, 25}; 5ору - площадь открытого распределительного устройства (или пролета ВЛ); Л(Д?) - коэффициент, учитывающий степень вредного воздействия электрического поля промышленной частоты в зоне напряженностью от Е, до Е,+5.
Для всех подстанций, данные по которым приведены в табл. 1, площади зон различной напряженности электрического поля различны. Их величина варьируется в зависимости от большого числа различных факторов, возникающих как на этапе строительства, так и на этапе эксплуатации распределительного устройства. Учесть влияние всех факторов не представляется возможным, поэтому примем гипотезу о том, что величина зоны определенной напряженности электрического поля является случайной величиной, подчиняющейся нормальному закону распределения (закону Гаусса).
Степень вредного воздействия электрического поля промышленной частоты на организм человека учтена в формуле для определения предельно допустимого времени нахождения человека в зоне действия электрического поля. Так, например, пребывание в электрическом поле напряженностью до 5 кВ/м включительно допускается в течение рабочего дня; допустимое время пребывания в электрическом поле напряженностью от 5 до 20 кВ/м включительно вычисляют по формуле
Тдоп = Е - 2, (11)
где Е - напряженность воздействующего электрического поля в контролируемой зоне, кВ/м; при напряженности электрического поля от 20 и до 25 кВ/м время пребывания персонала в электрическом поле не должно превышать 10 мин; предельно допустимый уровень напряженности воздействующего электрического поля устанавливается равным 25 кВ/м, пребывание в ЭП с напряженностью более 25 кВ/м без применения средств защиты не допускается. Таким образом, время Т выполнения работы в зоне напряженностью [Е,; Е,+5] - непрерывная случайная величина с интегральной функцией распределения, определяющей вероятность наступления опасного события за время длительностью ?:
Е(?) = Р(Т < ?). (12)
Функция надежности Л(?) определяет вероятность безопасной работы в зоне [Е,; Е+5] за время длительностью ?:
Щ) = Р(Т > 0 = 1 - Е(?). (13)
Длительность времени нахождения работника в зоне напряженностью [Е;; Е+5] имеет показательное распределение, задаваемое функцией
Е(?)=1-е-^. (14)
Следовательно,
Л(0= е-^. (15)
В качестве коэффициента, учитывающего степень вредного воздействия электрического поля различной напряженности, может быть принято значение функции
© Проблемы энергетики, 2012, № 1-2
Л(Д?) = е-ХД?, (16)
где X = ; Д? - допустимое время нахождения работника в зоне [Е,; £,+5]; Е^ - среднее
Е
значение напряженности электрического поля в зоне [£■; Е;+5].
Допустимое время нахождения работника в зоне напряженностью от Е, до £+5 Д?, определенное для среднего значения напряженности электрического поля в этой зоне, а также значения коэффициента Л(Д?), использованные далее в расчетах, приведены в табл. 4.
Таблица 4
Значения коэффициента Я(Д), учитывающие степень вредного воздействия на работника электрического поля промышленной частоты в зоне напряженностью от Е, до Е,+5
Зона напряженностью [Е, Е,+5], кВ/м Среднее значение напряженности в зоне от Е■ до Е,+5, Е■ , кВ/м Допустимое время нахождения работника в зоне напряженностью Щ; Е/+5] Д, ч Коэффициент Я(Д?)
5 - 10 7,5 4,67 0,54
10 15 12,5 2,00 0,85
15 20 17,5 0,86 0,95
20 25 22,5 0,17 0,99
>25 - 0 1
Определим вероятности элементов структурной логической модели как нечеткие числа с треугольным заданием функции принадлежности. Примем в качестве Ру среднее значение доли ОРУ, занимаемой зоной, в которой напряженность электрического поля лежит в диапазоне от Е, до Е;+5, умноженное на коэффициент Л(Д?). Значения Р/ и Р/' для нечетких чисел, соответствующих вероятностям Р\ событий Х2, Х3, Х4, Х5, Х6, определили согласно [13]. Значения вероятностей элементов логической модели оценки возможности неблагоприятного воздействия электрического поля на работника приведены в табл. 5.
Таблица 5
Значения вероятностей элементов логической модели оценки возможности неблагоприятного воздействия электрического поля на работника
Элемент модели х Вероятность ХУ Ру Нечеткое число рРу, соответствующее ру
Х1 1,90 • 10-1 (9,1 • 10-2; 1,30 • 10-1; 1,69 • 10-1)
х2 9,80 • 10-2 (8,91 • 10-2; 9,8 • 10-2; 10,69 • 10-2)
х3 6,20 • 10-2 (5,60 • 10-2; 6,20 • 10-2; 6,80 • 10-2)
Х4 1,60 • 10-2 (1,1410-2; 1,6010-2; 2,06 • 10-2)
х5 1,90 • 10-3 (1,37 • 10-3; 1,90 • 10-3; 2,43 • 10-3)
х6 1,00 • 10-4 (5,40 • 10-5; 1,00 • 10-4; 1,46 • 10-4)
х7 8,50 • 10-1 (7,17 • 10-1; 8,50 • 10-1; 9,83 • 10-1)
Вероятность конечного события в логической модели (рис. 2) рассчитывается с использованием теорем умножения вероятностей для последовательно соединенных элементов и теорем сложения вероятностей для элементов, включенных в модель параллельно.
Применяя правила редукции для каждой пары параллельно соединенных элементов, получаем формулу для вычисления вероятности неблагоприятного воздействия электрического поля на работника, применимую к модели (рис. 2):
P(F) = pi(1 - (1 - p2) (1 - p2p3)(1 - p2p3p4)(1 - p2p3p4p5)(1 - p2p3p4p5p6))p7. (17) Определим значение вероятности конечного события: 1 - p2 = (0,969; 1; 1) - (8,91 • 10-2; 9,8-10-2 ; 10,6940-2) = (0,862;0,902;0,9109), p2p3 = (8,91 •Ю-2; 9,8402; 10,6940-2) (5,6040-2; 6,2040-2; 6,80 • 10-2) =
= (4,94•Ю-3; 6,076-10-3; 7,2240-3), (1 - p2 p3) = (0,969;1;1) - (4,9440-3; 6,07640-3; 7,2240-3) =
= (0,96178;0,993924;0,99506), P2P3P4 = (4,94•Ю-3; 6,076-10-3; 7,2240-3) (1,1410 2; 1,6040-2; 2,0640-2) =
= (5,11 • 10-5; 9,7240-5; 14,3540-5), 1 - P2P3P4 = (0,969;1;1) - (5,1110 5; 9,7240-5; 14,3540-5) =
= (0,96886; 0,9999028; 0.9999489), P2P3P4P5 = (5,1Ь10-5; 9,7240-5; 14,3540-5) (1,3740-3; 1,9010 3; 2,43 • 10-3) =
= (4,5640-8; 18,46840-8; 32,4240-8), 1 - P2P3P4P5 = (0,969;1;1) - (4,56•10-8; 18,46840-8; 32,4240-8) = (0,969;1;1), P2P3P4P5P6 =(4,5640-8; 18,46840-8; 32,42•10-8)•(5,40•10-5; 1,0040-4; 1,46 • 10-4)=
= (0; 18,46840-12; 40,91540-12), 1 - P2P3P4P5P6 = (0,969;1;1) - (0; 18,46840-12; 40,91540-12) = (0,969;1;1), (1 - p2)(1 - p2 p3) = (0,862;0,902;0,9109)^(0,96178;0,993924;0,99506) =
= (0,828; 0.8965; 0,90639), (1 - p2)(1 - p2P3)(1 - p2P3P4) =(0,828;0,8965;0,90639) x
x (0,96886;0,9999028;0,9999489)= (0,8; 0,8964; 0,906), (1 - p2)(1 - P2 P3)(1 - P2 P3 P4)(1 - P2 P3 P4 p5) = (0,8; 0,8964; 0,906) (0,969;1;1) =
=(0,77; 0,8964; 0,906),
(1 - p2 )(1 - p2p3 )(1 - p2p3p4 )(1 - p2p3p4p5 )(1 - p2p3p4p5p6 ) =
=(0,77; 0,8964; 0,906) (0,969;1;1)= (0,74; 0,8964; 0,906),
(1 - (1 - p2 )(1 - p2p3 )(1 - p2 p3 p4 )(1 - p2 p3 p4p5 )(1 - p2p3p4p5 p6 )) =
= (0,969;1;1) - (0,74; 0,8964; 0,906) = (0,063; 0,1036;0,26),
p1(1 - (1 - p2 )(1 - p2p3 )(1 - p2p3p4 )(1 - p2p3 p4p5 )(1 - p2p3p4p5 p6 )) =
= (0,91 • 10-1; 1,3040-1; 1,6940-1) <0,063; 0,1036;0,26)=(0,00415; 0,0135; 0,03784),
P(F) = p1(1 - (1 - p2)(1 - p2p3)(1 - p2p3p4)(1 - p2p3p4p5)(1 - p2p3p4p5p6))p7 =
=(0,00415; 0,0135; 0,03784) x (7,1740-1; 8,5010-1; 9,8340-1) = =(0,001732; 0,01148; 0,03396), P(F) = (0,173240-2; 1,14810 2; 3,39640-2).
На рис. 4 показана графическая интерпретация полученной вероятности [14]. Анализируя рис. 4, можно указать следующие три зоны: «оптимистическая» (I), «пессимистическая» (II) и «зона адекватной оценки вероятности» (III), выделив из нечеткого множества чисел, приблизительно равных числу 1,15 • 10- , подмножество а-уровня (а = 0,5).
Таким образом, наиболее близкое к истинному значение вероятности неблагоприятного воздействия применительно к модели, приведенной на рис. 4, лежит
в интервале (0,67-10; 2,25-10-2). При этом вероятность неблагоприятного воздействия не будет меньше, чем 0,17-10и не превысит 3,4-10
Рис. 4. Графическая интерпретация вероятности неблагоприятного воздействия электрического поля на работника для логико-вероятностной модели, рис. 2, вычисленной с применением аппарата теории
нечетких множеств
Как видно из рис. 4, полученная вероятность неблагоприятного воздействия характеризуется нечетким числом с асимметричной функцией принадлежности. Сдвиг вправо свидетельствует о том, что нечеткое число (0,17-10- ; 1, 15-10— ; 3,4-10- ) представляет собой нечеткое множество чисел, равных или несколько больших, чем 1,15 -10— . Причем четкая вероятность, получаемая при расчете по формуле 7 с использованием данных из табл. 5, - 1,15-10 - отнюдь не является серединой этого интервала и поэтому можно считать ее немного заниженной.
Таким образом, применение аппарата теории нечетких множеств как для определения вероятностей возникновения отдельных событий логико-вероятностной модели, так и конечного события позволяет учесть неопределенность исходной информации, существенно уточнить результирующее значение и получить, хотя и нечеткий, но, тем не менее, более полезный конечный результат.
Сопоставление вероятностей нахождения человека в зонах различной напряженности электрического поля и значения итогового события логико-вероятностной модели позволяет сделать вывод, что возможность неблагоприятного воздействия электрического поля промышленной частоты на работников определяется не наличием зон высокой (более 20 кВ/м) напряженности электрического поля (так как вероятность воздействия на работника поля столь высокой напряженности очень мала), а наличием и размерами зоны, в которой напряженность электрического поля превышает 5 кВ/м.
При построении системы защиты персонала от воздействия электрического поля важно не устранение зон наибольшей напряженности электрического поля, а максимально возможное снижение времени воздействия электрического поля на персонал. Поэтому повсеместно принятая практика прокладки регламентированного пути обхода открытого распределительного устройства в обход зон высокой напряженности с увеличением длины маршрута и, соответственно, увеличением длительности нахождения в зоне действия электрического поля не даст ожидаемого эффекта по снижению неблагоприятного воздействия. Применение экранирующих устройств, расположенных непосредственно над рабочими местами и укрепленных на заземленных металлоконструкциях и фундаментах оборудования, также не обеспечивает высокую эффективность, так как экранирующие устройства лишь немного расширяют уже существующую зону экранирования, создаваемую самим
оборудованием. Кроме того, вблизи выступающих, угловых частей экранов наблюдается резкое увеличение напряженности электрического поля, возникающего в результате искажения электрического поля. Поэтому при выполнении оперативных переключений или ремонтных работ, требующих длительного нахождения работника около шкафов управления оборудованием, защитный эффект имеет место, а вот при обходе оборудования он сильно снижается. С нашей точки зрения наиболее эффективным способом защиты персонала от неблагоприятного воздействия электрического поля может служить только устройство, реализующее учет приведенного времени пребывания работника в электрическом поле согласно [15, 16]. Такое устройство описано в работах [3, 4].
Выводы.
1. Исследование распределения напряженности электрического поля показало, что доля территории ОРУ, где напряженность превышает 5 кВ/м, составляет около 30%.
2. Зоны высокой интенсивности поля зачастую наблюдаются вблизи оборудования, не требующего постоянного обслуживания или наблюдения со стороны персонала.
3. Разработана логико-вероятностная модель оценки возможности неблагоприятного воздействия электрического поля на персонал, обслуживающий электроустановки СВН. Решение модели на основании вероятностей событий, выраженных через нечеткие числа с треугольным представлением функции принадлежности показало, что вероятность неблагоприятного воздействия электрического поля на работника может быть описана нечетким числом
P(F) = (0,17-10; 1,15-10 ; 3,4-10-2). Наиболее близкое к истинному значение вероятности неблагоприятного воздействия лежит в интервале (0,67-10; 2,25-10-2). При этом вероятность неблагоприятного воздействия не будет меньше, чем 0,17 - 10- и не превысит 3,4 - 10-2.
4. Функция принадлежности, характеризующая вероятность неблагоприятного воздействия, является асимметричной. Сдвиг вправо свидетельствует о том, что нечеткое число (0,17-10- ; 1, 15 -10— ; 3,4-10- ) представляет собой нечеткое множество чисел, равных или несколько больших, чем 1,15-10-2. Причем четкая вероятность, получаемая при расчете,- 1,15 -10— - не является серединой этого интервала и поэтому можно считать ее несколько заниженной.
Summary
The statistics of electric field intensity allocation on the area of 25 outdoor switchgears 500 kV are presented at this article. The probabilistic model for estimation of electric field adverse effect possibility to men for maintenance personnel working with superhigh voltage electric installations is described. The adverse effect probability is described by fuzzy number.
Keywords: superhigh voltage electric installations, electric field, electric field intensity, electric field adverse effect to maintenance personnel.
Литература
1. Сидоров А.И. Электромагнитные поля вблизи электроустановок сверхвысокого напряжения: монография / А.И. Сидоров, И.С. Окраинская. Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2008. 204 с.
2. Сидоров А.И. Характеристика напряженности магнитного поля на отрытых распределительных устройствах подстанций предприятия Магистральные электрические сети Западной Сибири» / А.И. Сидоров, И.С. Окраинская // Сборник докладов десятой Российской научно© Проблемы энергетики, 2012, № 1-2
технической конференции по электромагнитной совместимости технических средств и электромагнитной безопасности «ЭМС-2008». СПб: ВИТУ, 2008. С.638-641
3. Пат. 2 264 632 Российская Федерация. C1G 01 R 29/08. Устройство для индивидуального учета уровня воздействия электрического поля на организм человека / А.И. Сидоров, А.В. Коржов, И.С. Окраинская, А.Б. Тряпицын. Опубл. 20.11.2005. Бюл. № 32. 3 с.
4. Проблема защиты персонала электроустановок сверхвысокого напряжения от действия электрического поля промышленной частоты / А.И. Сидоров, И.С. Окраинская, А.Б. Тряпицын и др. // Безопасность жизнедеятельности. 2006. № 9. С. 33-35.
5. Рябинин А.И. Логико-вероятностные методы исследования надежности структурно сложных систем / А.И. Рябинин, Г.Н. Черкесов. М.: Радио и связь, 1981. 264 с.
6. Сидоров А. И. Оценка риска повреждения здоровья персонала ЭУ СВН по фактору электрическое поле / А.И. Сидоров, И.С. Окраинская, Н.А. Шаврина // Сборник докладов девятой Российской научно-технической конференции по электромагнитной совместимости технических средств и электромагнитной безопасности ЭМС-2006. СПб., 2006. С. 590-594.
7. Кофман А. Введение в теорию нечетких множеств / А. Кофман. М.: Радио и связь. 1982. 432 с.
8. Нечеткие множества в моделях управления и искусственного интеллекта. /под ред. Д.А.Поспелова. М.: Наука, 1986. 312 с.: ил.
9. Орловский С.А. Проблемы принятия решений при нечеткой исходной информации / С .А. Орловский. М.: Наука, 1981. 208 с.
10. Гвоздик А.А. Решение нечетких уравнений / А.А. Гвоздик // Изв. АН СССР. Техническая кибернетика. 1984. № 5. С.176-183.
11. Аверкин А.Н. Нечеткие числа в системах искусственного интеллекта и управления / А.Н. Аверкин. Тверь: САНИ, 1991. 11 с.
12. Лукас В.А. Основы фази-управления: учебное пособие / В.А. Лукас. Екатеринбург: Изд-во УГГГА, 2000. 62 с.
13. Номоконова О.В. Математические методы в безопасности труда: учебное пособие / О.В. Номоконова, И.С. Окраинская, И.П. Палатинская и др.; под ред. А.И. Сидорова. Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2006. 58 с.
14. Номоконова О.В. Применение теории нечетких множеств при моделировании электроопасных ситуаций в сети с заземленной нейтралью / О. В. Номоконова, И. С. Окраинская // Электробезопасность. 2000. № 2-3. С.24 - 29.
15. ГОСТ 12.1.002-84. Электрические поля промышленной частоты. Допустимые уровни напряженности и требования к проведению контроля на рабочих местах. М.: Изд-во стандартов, 2002. 4 с.
16. СанПиН 2.2.4.1191-03. Электромагнитные поля в производственных условиях. М.: Министерство здравоохранения Российской Федерации, 2003. 17 с.
Поступила в редакцию 11 ноября 2011 г.
Сидоров Александр Иванович - д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой «Безопасность жизнедеятельности» Южно-Уральского государственного университета (ЮУрГУ), г. Челябинск. Тел.: 8 (351) 267-94-49. E-mail: bgd-susu@mail.ru
Окраинская Ирина Сергеевна - канд. техн. наук, доц. кафедры «Безопасность жизнедеятельности» Южно-Уральского государственного университета (ЮУрГУ), г. Челябинск. Тел.: 8 (351) 267-96-26. E-mail: okrainskaya@yandex.ru
Номоконова Ольга Валерьевна - канд. техн. наук, доцент кафедры «Безопасность жизнедеятельности» Южно-Уральского государственного университета (ЮУрГУ), г. Челябинск. Тел.: 8 (351) 267-94-49.
