CC BY
39
УДК 621.315
ВОПРОСЫ ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТИ НА ПРЕДПРИЯТИЯХ
МАШИНОСТРОЕНИЯ
А.В. Костюков, А.Н. Чукарин, И. А. Яицков
Энергетические хозяйства предприятий имеют на своем балансе высоковольтное и низковольтное оборудование, распределительные устройства, электропроводные линии, системы автоматики и сигнализации, а также электрооборудование необходимое для производства. В работе проведён анализ несчастных случаев на производстве в энергетических хозяйствах предприятий машиностроения, выявлены причины и даны рекомендации по снижению электротравматизма, предложена система мониторинга опасных и вредных факторовс прогнозированием состояния электрооборудования предприятий.
Ключевые слова: электроснабжение, распределительное устройство, силовой трансформатор, электротравматизм, опасные и вредные производственные факторы, газохроматографический анализ, система мониторинга, нейронная сеть.
Если рассматривать электроснабжение предприятий машиностроения, то крупные машиностроительные предприятия обладают большими мощностями и предъявляют требования к бесперебойности питания при всех режимах работы систем электроснабжения. У крупныхпредприятий машиностроения возросли мощности потребления отдельных агрегатов, и суммарная мощность предприятий иногда составляет 1000 -1500 МВт, величины напряжений на вводах трансформаторных подстанций в основном составляет от 6кВ до 220кВ. Упрощённую схему электроснабжения промышленных предприятий, в частности предприятий машиностроения, можно представить в виде радиальной схемы распределения электроэнергии рис. 1 [1].
Из рисунка видно, что система электроснабжения подразделяется на внешнее 110кВ, 35 кВ,внутреннее 10кВ и внутрицеховое36В, 220/127В, 380/220В, 660/380В, а в некоторых случаях осуществляется и питание электродвигателей средней мощности для нужд производственного процесса напряжением 6кВ. При рассмотрении энергетического хозяйства предприятий машиностроения и зон ответственности работников, отвечающих за эксплуатацию и обслуживание электрооборудования в цехах, участках и трансформаторных подстанциях, то практически все рабочие зоны являются повышенной опасности и особо опасными.
К оборудованию, которое является источником травматизма работников энергетических хозяйств машиностроительных предприятий можноотнести: проводные линии, энергетическое оборудование цехов, трансформаторы и трансформаторное оборудование, аппаратура высоковольтная, силовая преобразовательная техника, электрические преобразователи,дизель-генераторы, электрические машины, усилители иэлектро-агрегаты питания, распределительные устройства, электротранспорт,оборудование светотехническое и изделия электроустановочные, элементы освещения, электроприводы, распределительные устройства, системы автоматики и др.
Причины производственного травматизма в целом могут быть различные, в основном всё зависит от вида выполняемых работ, субъективных особенностей работника, состояния рабочей среды, состояния и исправности оборудования и организации, подготовки и проведение работ.
В табл. 1 представлены возможные причины возникновения несчастных случаев.
Основным опасным производственным фактором на предприятиях машиностроения по-прежнему остается электрический ток, количество случаев электротравматизма на производстве, даже с учётом принятых организационно-технических мероприятий, в рамках государственной программы, остаётся на достаточно высоком уровне [2].
Рис. 1. Пример радиальной схемы распределения электроэнергии на предприятиях машиностроения: АВР — автоматический ввод резерва; ПТ — понижающий трансформатор; АВ — автоматический выключатель; КУ — коммутирующее
устройство
Причины производственного травматизма
Таблица 1
Организационно-технические Экономические Санитарно-гигиенические Природные Субъективные
Не соблюдение ПТБ, ПУЭ,ГОС идр. нормативных документов Недостаточное выделение средств на охрану труда Состояние рабочего места Климатические условия Физиологические
Воздействие влияющих факторов производственной среды Стихийные бедствия Психологические
Низкая трудовая дисциплина, отсутствия контроля выполнения требований ПТБ.
Психофизические
Неудовлетворитель-наяорганизация работ, отсутствие технологической документации. Эксплуатация зданий, помещений, оборудования, требующих капитального ремонта или замены. Превышение предельных параметров внешних воздействий. Техногенного характера Не соответствие работника профес-си-ональному отбору
Эксплуатация неисправного оборудования, износ основных фондов.
Технологические и конструкционные недоработки и ошибки, др.
В табл. 2 представлены данные по электротравматизмуна предприятиях машиностроения.
При анализе статистических данных в энергетических хозяйствах промышленных предприятий почти половина всех несчастных случаев связана с электротравмами, причём число несчастных случаев со смертельным исходом составляет около 12% от общего числа смертей на производстве.Это свидетельствует о недостаточной эффективности организационно-технических и профилактических мероприятий на производстве.
На рис. 2 представлены данные причин несчастных случаев со смертельным исходом в энергетических хозяйствах предприятий.
Из анализа возникновения несчастных случаев со смертельным исходом в энергетических хозяйствах предприятий подконтрольных Ростехнадзорувидно, что количество несчастных случаев с каждым годом снижается, в 2014 году было зафиксировано 69 несчастных случая со смертельным исходом, а уже 2019 году - 36. Причем около половины произошедших за этот период несчастных случаев произошло в летние месяцы (47 %). Такой рост смертельного травматизма втеплое время года связано с увеличение объёма выполняемых ремонтных работ и работ по проведению технического облуживания устройств электроснабжения и электрооборудования цехов.
Таблица 2
Электротравматизмна предприятиях машиностроения_
№ Тип электроустановки Доля в % от общего числа электротравм
1 Вводы и распределительные устройства, 34,8
2 Электрические машины 14,3
3 Сварочные установки 5,8
4 Электроподъёмники 3,9
5 Электро-нагревательные элементы 3,3
6 Системы освещения 1,2
6 Трансформаторы и автотрансформаторы 57
7 Прочее электрооборудование 0,5
Наибольшее количество несчастных случаев связано с неудовлетворительной организацией работ, около 60% от всех несчастных случаев. К числу таких нарушений относится эксплуатация неисправного и устаревшего оборудования, неудовлетворительное состояние производственных зданий и сооружений, несоответствие рабочих мест санитарно-гигиеническим нормам, недостаточные знания работников организации в области охраны труда и электробезопасности, не проведение инструктажа и отсутствие допуска для проведения работ в электоустановках повышенного напряжения.
Остаётся высокий процент несчастных случаев (21,3%) из-за невыполнения мероприятий и нарушений требований, обеспечивающих безопасные условия эксплуатации и ремонта - это напрямую связано с невыполнение требований «Правил устройств электроустановок», «Правил по охране труда при эксплуатации электроуста-новок»(Приказ Минтруда России от 24.07.2013 N 328н) и нормативно-технической документации по выполнению работ и обслуживанию электроустановок и электрооборудования.
Остаётся практически без изменения число несчастных случаев за период 20142019г., связанных с нарушением трудовой дисциплины (22% от общего числа), пренебрежением средствами индивидуальной защиты (8%). Также возникают травмы на производстве при выполнении электротехнических работ при отсутствии связи или неисправной её работе (7%). Эти нарушения, связанные с отсутствием связи приводят к несогласованным действиям персонала и ошибочным подключением участков сети, где производятся ремонтные или монтажные работы, а также к преждевременными действиями персонала при снятии диэлектрических накладок с коммутирующих и токо-проводящих участков, а также снятие заземления или ограждения территории, где выполняются работы.
Следует обратить внимание и на несчастные случаи, которые возникают при выходе из строя электрооборудования, элементов и конструкций устройств электроснабжения (около 18%). Как правило, выход из строя электрооборудования приводит к возникновению аварий, к взрывам и пожарам. Наиболее опасными, в плане обслуживания, являются высоковольтные элементы и устройства систем электроснабжения.
Многие предприятия используют старое электрооборудование, которое исчерпало свой ресурс. В последние годы больше внимания уделяется ресурсосбережению, некоторые предприятия за счёт текущего и капитального ремонта продлевают срок
службы электрооборудования, забывая о текущем контроле и своевременной диагностики элементов и устройств электроснабжения. Если говорить об основном электрооборудовании -силовом трансформаторе, то его стоимость превышает сотни тысяч рублей и обслуживание силовых трансформаторов требует высокой квалификации работников энергохозяйств предприятий, а также дополнительных затрат.
Чел
50
45 40 35 30 25 20 15 10 5 0
0 1 2 3 4 5 „ б
Показатели
Рис. 2. Причины несчастных случаев со смертельным исходом 2014-2019: 1 - неудовлетворительная организация работ; 2 - не выполнение мероприятий, обеспечивающих безопасность труда; 3 - отсутствие средств индивидуальной защиты; 4 - нарушение трудовой дисциплины; 5 - отсутствие и потеря связи;
6 - выход из строя оборудования
Поэтому парк силовых трансформаторов, которые эксплуатируются в энергетических хозяйствах предприятий около 65% превысили свой срок службы, установленный заводом изготовителем. Многие силовые трансформаторы работают на пределе, а выход из строя данного оборудования приведёт к коротким замыканиям, возникновению дуги, выбросу трансформаторного масла и пожару. Основной причиной выхода из строя трансформаторного оборудования является повреждение изоляции обмоток, повреждение изоляции происходит от перенапряжений, температурных деформаций и резкопеременных и предельных нагрузках. Другой причиной износа изоляции является ударные токи короткого замыкания, время срабатывания релейной защиты недостаточно для своевременного отключения фидера трансформатора, что приводит к электродинамическим воздействиям токов короткого замыкания, механическим повреждениям обмоток, повреждению изоляции, действие токовкороткого замыкания [3,4].
Нарушения контактов выводов высокого и низкого напряжения, выводов переключателей, ответвлений и их контактов дают около 15 % повреждений. Они связаны с несовершенством конструкции соединений и ошибками эксплуатационного персонала.
Повреждения основных элементов и устройств трансформаторных подстанций предприятий машиностроительного комплекса можно распределяются следующим образом:
трансформаторы -75%;
коммутационные устройства и низковольтные щиты - 11%;
разрядники - 10%;
изоляторы -1,1%;
обрыв и пережог проводов - 0,3%.
другие элементы - 2,6%.
Причём при выяснении причин отказов элементов и устройств систем электроснабжения установлено, что 20% от общего числа повреждений связано с износом оборудования.
Для снижения электротравматизма необходим комплексный подход, проводить анализ состояния оборудования, производственной среды и средств защиты, оценивать состояние электробезопасности на отдельно взятом предприятии.
Определить пути эффективной профилактики электротравматизма возможно на основе комплексного подхода: анализа статистических данных электротравм на производстве и определение причин несчастного случая.
Разработана система мониторинга состояния опасных и вредных производственных факторов технических объектов энергетических хозяйств предприятий машиностроения, данная система мониторинга позволяет обрабатывать результаты данных от датчиков текущего контроля, результаты диагностических испытаний устройств электроснабжения, анализировать события и осуществлять прогнозирование состояния устройств электроснабжения, а также выявлять причины изменений параметров опасных и вредных производственных факторов. Обобщённая структурная схема мониторинга состояния опасных и вредных производственных факторов технических объектов энергетических хозяйств предприятий машиностроения с использованием искусственного интеллекта представлена на рис. 3 [5-7].
Рис. 3. Структурная схема мониторинга состояния опасных и вредным производственным факторов энергетических хозяйств предприятий
машиностроения
Для прогнозирования состояния опасных и вредных производственных факторов предлагается использовать искусственные нейронные сети. В нейро-сетевом подходе задача прогнозирования временных рядов формулируется как задача распознавания образов, для решения которой формируется обучающая последовательность данных временного ряда, нейронная сеть обучается распознавать соответствующие образы. Для решения поставленной задачи была использована рекуррентнаянейронная сеть Элмана. Пример архитектуры сети Элмана показан на рис. 4 [6].
Выходы скрытого слоя (а, С2,...,Ок) подаются с временной задержкой на входные нейроны с весовыми коэффициентам {м^}'1, где г- индекс нейрона, на который подается сигнал (г = 1,2,...,п), ] - индекс выходного сигнала нейрона скрытого слоя (/ = 1,2...,к). Для усиления рекуррентной связи предлагается использовать задержку сигналов слоя не только для предыдущего входа, а для нескольких предыдущих входов. Выходы скрытого слоя (С1, С2, ...,Ск} подаются на входные нейроны с весовыми коэффициентам (мцУ , где г- индекс нейрона, на который подается сигнал (г = 1,2,...,п), ] - индекс выходного сигнала нейрона скрытого слоя (/ = 1,2...,к), I - индекс временной задержки (1 =1,2...т)через временную задержку. Количество временных задержек будем изменять от 1 до т.
Рис.4. Пример архитектуры сети Элмана
Проведём прогнозирование состояния силового трансформатора, для обучающей выборки использовали результаты диагностических испытаний, причём в качестве входных параметров были взяты многофакторные данные состоящие из газохромато-графического анализа растворённых в трансформаторном масле газовШ, С2Н6, С2Н4 табл. 3 [ 8-11].
Для прогнозирования и анализа изменения содержания газов в трансформаторном масле использовали рекуррентнуюнейронную сетьЭлмана, с помощью которой, были получены результаты прогнозирования изменения растворённых в трансформаторном масле газов, на примереШ, С2Н6, С2Н4, табл. 5.
Таблица 3
Интервал времени, месяц Щ % Экспери- % Выходные С2Щ % Экспери- С2^, % Выходные С2Щ % Экспери- С2Щ % Выходные
ментальные значения ментальные значения ментальные значения
данные сети данные сети данные сети
Предельные значения 0.06 0.01 0.03
0 0,0034 0.002 0,0014 0,00137 0,0077 0,0072
6 0,0015 0.0013 0,0013 0,00128 0,082 0,08
12 0,0014 0.00143 0,0019 0,002 0,074 0,078
15 0,0005 0.004 0,0045 0,004 0,0073 0,0072
19 0,002 0.0017 0,005 0,00398 0,0203 0,021
23 0,0029 0.0027* 0,0059 0,006* 0,019 0,0184*
28 0,0032 0.003* 0,007 0,0064* 0,018 0,019*
32 0,0068 0.007* 0,0077 0,0073* 0,0397 0,04*
Примечание: * - результаты прогнозирования изменения концентрации газов
Из данных табл. 3 очевидно, чтозначения, полученные при использовании нейронной сети, практически повторяют экспериментальные данные, в том числе и результаты прогнозирования. Исследования показали, измененияконцентрации газов Ш,С2Ш, выше допустимых значений, что свидетельствует о развитии частичных разрядов в изоляции обмоток трансформатора, что в дальнейшем приведёт к пробою меж-витковой изоляции и короткому замыканию, последствия которых может привести к разрушению конструкции трансформатора, взрыву и пожару.
586
Выводы. Для сниженияэлектротравматизма и аварий в энергетических хозяйствах предприятий машиностроения предлагаются следующие мероприятия:
1. Усиление системы технического обслуживания и технической диагностики в энергетических хозяйствах города, предприятий машиностроения.
2. Повысить уровень организации работ по монтажу, демонтажу, замене и ремонту электрооборудования, а также обслуживанию систем электроснабжения.
3. Разработать мероприятия, направленные на определение остаточного ресурса элементов, конструкций, устройств электроснабжения.
4. Обеспечить установленный порядок содержания, использования и испытания средств защиты;
5. Не допускать персонал к проведению работ в особо опасных помещениях и помещениях с повышенной опасностью без индивидуальных средств защиты, произвести контроль проверки индивидуальных средств защиты (резиновых перчаток, бот, изолирующих ковриков, заземлителей, различных индикаторов и сигнализаторов наличия напряжения, электромагнитного поля и др.
6. Обеспечить контроль и выполнение требований безопасности на линиях электропередач, находящихся под наведённым напряжением.
7. Не допускать проведение ремонтных работ и технического обслуживания устройств электроснабжения во время атмосферных осадков, плохой видимости, крайне неблагоприятных погодных условиях.
8. Обеспечить проверки знаний персонала нормативных и правовых документов по охране труда при эксплуатации и обслуживанию устройств электроснабжения;
9. Повысить качество проведения расследований несчастных случаев иаварий, квалифицированно делать заключения, выявлять и устранять причины возникновения несчастных случаев на производстве на объектах энергетики.
10. Использовать комплексных подход для мониторинга опасных и вредных производственных факторов, а также прогнозирования состояния электрооборудования и производственной среды.
Список литературы
1. Дубинин В.Н. Об эффективном электроснабжении промышленных предприятий // Известия вузов. Северо - Кавказский регион. Технические науки. 2016. №2 (190). С. 49-52.
2. Статистика несчастных случаев на производстве// Федеральная служба государственной статистики. [Электронный ресурс] URL: https://rosinfostat.ru/travmatizm (дата обращения: 10.11.2020).
3. Костюков А.В. Анализ причин возникновения коротких замыканий в энергетических хозяйствах и их последствия // Труды Ростовского государственного университета путей сообщения. 2019. №4 (49). С. 65-69.
4. Костюков А.В., Соломин В.А., Костюков А.А. Обеспечение безопасных условий эксплуатации силовых трансформаторов при тепловых воздействиях токов коротких замыканий // Вестник Донского государственного технического университета. 2018. №18 (1). С. 132-137.
5. Ковалев С.М., Снашел В., Гуда А.Н., Колоденкова А.Е., Суханов А.В. Аналитический обзор современных интеллектуальных информационных технологий в технике и на производстве // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. 2019. №1 (73). С. 60-75.
6. Лила В.Б., Костюков А.В. Экспертная система диагностики силовых трансформаторов // Инженерный Вестник Дона: электронный журнал. 2013. №1. [Электронный ресурс] URL: http://www.ivdon.ru /magazine/ archive/n1y2013/1504 (дата обращения: 16.11.2020).
7. Raichura M., Chothani N.G., Patel D. Real-time monitoring & adaptive protection of power transformer to enhance smart grid reliability // Elect. Cont. and Comm. Eng. 2019. V. 15 (2). Р. 104-112.
8. Fan J., Liu Z., Meng A., Yin H., Sun Q., Bin F., Jiang Q. Characteristics of Tin Oxide Chromatographic Detector for Dissolved Gases Analysis of Transformer Oil // IEEE Access. 2019. V. 7. P. 94012-94020.
9. Tong L. Research on intelligent online monitoring and evaluation of power transformer // Open Electrical and Electronic Eng. J. 2015. V. 9. P. 483-489.
10. Butakova M.A., Chernov A.V., Guda A.N., Vereskun V.D., Kartashov O.O. Knowledge representation method for intelligent situation awareness system design // Adv. in Int. Syst. and Comp. 2019. V. 875. P. 225-235.
11. Zhang C., He Y., Du B., Yuan L., Li B., Jiang S.Transformer fault diagnosis method using IoT based monitoring system and ensemble machine learning // Fut. Gen. Comp. Syst. 2020. V. 108. P. 533-545.
Костюков Александр Владимирович, канд. техн. наук, доцент, kav@rgups.ru, Россия, Ростов-на-Дону, Ростовский государственный университет путей сообщения,
Чукарин Александр Николаевич, д-р техн. наук, профессор, opm@rgups. ru, Россия, Ростов-на-Дону, Ростовский государственный университет путей сообщения,
Яицков Иван Анатольевич, д-р техн. наук, доцент, yia@rgups.ru, Россия, Ростов-на-Дону, Ростовский государственный университет путей сообщения
QUESTIONS OF ELECTRICAL SAFETY AT THE ENTERPRISES OF MACHINE-BUILDING
A.V. Kostyukov, A.N. Chukarin, I.A. Yaitskov
The energy farms of enterprises have on their balance high-voltage and low-voltage equipment, switchgears, electrical wiring lines, automation and alarm systems, as well as electrical equipment necessary for production. The paper analyzes accidents at production in power facilities of machine-building enterprises, identifies the causes and provides recommendations for reducing electrical injuries, and suggests a system for monitoring dangerous and harmful factors with predicting the state of electrical equipment of enterprises.
Key words: power supply, switchgear, power transformer, electrical injuries, dangerous and harmful production factors, gas chromatographic analysis, monitoring system, neural network.
Kostyukov Alexander Vladimirovich, candidate of technical sciences, docent, kav@rgups.ru, Russia, Rostov-on-Don, Rostov State Transport University,
Chukarin Alexandr Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, opm@rgups.ru, Russia, Rostov-on-Don, Rostov State Transport University,
Yaitskov Ivan Anatolyevich, doctor of technical sciences, docent, yia@rgups.ru, Russia, Rostov-on-don, Rostov State Transport University
