Основы обеспечения безопасности сельских нестационарных электроустановок
|
|
Скачать 0.87 Mb.
|
|
В шестой главе F – скалярный критерий.На основании введенных нормированных критериев строится аддитивный скалярный критерий оптимальности:F |
|
Пятая глава посвящена разработке технических средств обеспечения комплексной защиты при эксплуатации нестационарных электроустановок. Обобщены требования на устройства защитного отключения и разработан типоряд модифицированных защитных аппаратов, включающих многофункциональные УЗО электронного исполнения, гибридные защитные аппараты электромеханического исполнения и переносные - типа УЗО-вилка и УЗО-розетка. В диссертации изложены материалы и технические решения по подготовке промышленного производства устройств защитного отключения. Сформулированы основные направления совершенствования системы защитного отключения и даны нормативно-методические рекомендации по массовому применению УЗО в сельском хозяйстве. Переход в России к системам электроснабжения с разделительными рабочими и защитными нулевыми проводниками (TN–C–S и TN–S) создали технические предпосылки массового применения устройств защитного отключения. Многолетний опыт использования PEN–PE–проводников показал их достоинства, заключающиеся, с одной стороны, в снижении напряжения на открытых проводящих частях (ОПЧ) электроустановки, (а, следовательно, и напряжения прикосновения) при пробое изоляции, а с другой – в создании условий надежного срабатывания защиты от сверхтока при возникновении замыкания на ОПЧ. Однако нормативное требование о необходимости применения систем TN–C–S и TN–S привело к появлению ряда серьезных проблем, таких как: повышение опасности обрыва совмещенного PEN–проводника питающей сети вызывает появление напряжения 220 В на всех ОПЧ, подключенных к нулевому защитному проводнику; кроме того, при обрыве PE–проводника и прикосновении к ОПЧ электроустановки ток, протекающий через человека на землю, будет определяться качеством изоляции уже не одного, а группы электроприборов, и может иметь опасное для жизни значение. Все это приводит к повышению вероятности электропоражения, а также возникновению пожара из-за повреждения изоляции в электроприборах с заземленными проводящими частями. В этом случае величина протекающего на землю тока может быть недостаточна для срабатывания защиты от сверхтока, но достаточна для возникновения пожара. Изложенное подтверждает неочевидность пользы присоединения электроустановки к сетям TN-C-S и TN-S, регламентируемых ПУЭ. Поэтому для того, чтобы обеспечить безопасность электроустановок зданий необходимо повсеместно применять устройство защитного отключения. Так, например, использование УЗО с уставкой не более 30 мА, обеспечивает электробезопасность и при обрыве нулевого защитного проводника, когда на ОПЧ может появиться опасное для жизни человека напряжение. Вместе с тем, традиционная система защитного отключения не способна обеспечить безопасность при обрыве PEN-проводника. Кроме того, новая система электробезопасности с применением защитных нулевых проводников реализуется только во вновь сооружаемых зданиях, которые с учетом возможных объемов строительства в настоящее время составляют не более трех процентов от общего фонда ранее построенных зданий. Абсолютное же большинство электропоражений происходит в зданиях и жилых домах, электрические сети которых не имеют защитных проводников и УЗО. Сюда следует отнести электроустановки, эксплуатируемые вне помещений, фермерские хозяйства и т.д., включая, передвижные электроагрегаты и ручной электроинструмент. Отсюда очевидно, что снижение уровня электротравматизма на селе невозможно без принятия мер по совершенствованию системы электробезопасности в ранее построенных зданиях и сооружениях. В диссертации обоснована новая концепция повышения эффективности системы защитного отключения (СЗО), суть которой сводится к: а) переводу УЗО из дополнительной защиты в категорию основной защиты, б) кардинальной переработке и обобщению требований к устройствам защитного отключения применительно к сельскому хозяйству, в) разработке соответствующего нормативно-технического обеспечения, г) обоснованию основных вариантов исполнения СЗО. Проведенный анализ показал, что наиболее перспективным является использование УЗО в системе электроснабжения с раздельными нулевыми и защитными проводниками. Такая система электробезопасности обеспечивает максимальную электрозащитную эффективность, позволяющую снизить опасность электропоражения в десятки раз. В большинстве случаев система электроснабжения объектов может быть построена либо по типу TN-C, либо по типу TN-C-S. Использование системы TN–S в сельском хозяйстве неоправданно из-за излишних дополнительных расходов, вызванных прокладкой PE–проводника, сечение которого должно быть равным сечению фазных проводников, и высокой трудоемкости проверки сопротивления заземления. В диссертации дано теоретическое обоснование и обобщение требований на устройства защитного отключения для объектов АПК. Несмотря на то, что в настоящее время меры электрической защиты регламентируются основополагающими документами (ПУЭ, 7-е изд. и комплектом стандартов ГОСТ Р 50571), которые легли в основу норма-тивной базы, предписывающей применение УЗО, они не учитывают ряд особенностей их применения сельскими электропотребителями, касающихся систем электроснабжения, условий эксплуатации нестационарных электроустановок, характеристик электроприемников и т. д. Изложенные требования к устройствам защитного отключения для объектов инфраструктуры села (таблица 4) явились обобщением накопленного автором опыта по созданию типоряда модифицированных УЗО, первые образцы которых (А–84) были разработаны в 1980-х годах и подготовлены к промышленному производству. Разработанные требования на устройства защитного отключения для обеспечения безопасного обслуживания нестационарных электроустановок (переносные электроприборы, ручной электроинструмент и др.) учитывают физиологические нормы допустимых для человека значений «отпускающих» и нефибрилляционных токов и фон естественных токов утечки в электропроводках и приемниках сельских электропотребителей. Основными функциями защитного отключения должны быть обеспечение безопасности человека (и животного) при прямом и косвенном контактах с электроустановкой, защита от возникновения пожаров из-за неисправности сетей и дефектов электроприемников, автоматический мониторинг изоляции сети. Технические характеристики и параметры УЗО должны обеспечить надежную помехоустойчивую его работу при всех возможных режимах эксплуатации НЭУ, с учетом отстройки от токов небаланса, переходных процессов, перенапряжений, нелинейности нагрузки, несинусоидальных токов, температуры окружающей среды и других дестабилизирующих факторов. Обоснованный типоряд модифицированных устройств защитного отключения включает многофункциональные электронные, гибридные электромеханического исполнения и переносные защитные аппараты. Разработанные при непосредственном участии автора серии УЗО, не уступают по своим техническим и экономическим характеристикам отечественным и зарубежным аналогам, в частности, диапазоном номинальных рабочих токов (10-125 А) и отключающих дифференциальных токов (6-500 мА). Электрозащитная аппаратура доведена до промышленного производства. Область ее применения охватывает все имеющиеся объекты АПК (включая быт сельского населения) и различные по своему назначению электроустановки, оборудование и электроприборы.   Дивногорский завод низковольтной Радиозавод «Искра» (г. Красноярск) аппаратуры (Красноярский край)   Алтайский приборостроительный завод Завод геофизической аппаратуры (г. Барнаул) «Ротор» (г. Барнаул) Рисунок 10 – Промышленные образцы устройств защитного отключения В диссертации дано теоретическое обоснование методов и средств снижения уровня вредного воздействия на человека локальной вибрации при эксплуатации ручного электро-пневмоинструмента. Разработаны высокоэффективные средства виброзащиты, позволяющие уменьшить воздействие динамических нагрузок на человека за счет эффекта вибропонижения. Показано, что одной из основных причин сложившегося в стране негативного положения в области электробезопасности является несоответствие требований Правил устройства электроустановок (7-е издание) стандартам МЭК «Электроустановки зданий». Действующая нормативная база (ПУЭ, СНиП и т.д.) не в полной мере отражает современную концепцию электробезопасности в части отсутствия требований, регламентирующих обязательное применение защитного отключения, предупреждающего электропоражения и пожары в электроустановках. Замедленные темпы обновления и развития необходимой нормативной базы, и, в частности, Правил устройства электроустановок (последняя редакция которая не пересматривалась с 2003 года), привели к появлению большого количества «временных» документов, затрагивающих весьма ограниченный круг вопросов и содержащих частные, часто противоречивые, и быстро устаревающие требования. Разработанные в диссертации отдельные положения концепции электробезопасности, вступили в противоречие с разделами глав 1.7 и 7.1 ПУЭ (7-е издание), касающихся основных технических решений по устройству безопасных электроустановок в части реализации новых принципов расчета, проектирования, модернизации и эксплуатации систем обеспечения электробезопасности и обоснования массового внедрения новой технологи предупреждения травматизма людей на основе устройств защитного отключения. Для устранения сложившихся противоречий в диссертации внесены предложения по изменению и дополнению отмеченных выше глав с целью приведения ПУЭ к требованиям, содержащимся в стандартах МЭК «Электроустановки зданий». Таблица 4 – Обобщенные требования к устройствам защитного отключения для объектов АПК
На основании изложенного и с учетом опыта использования устройств защитного отключения в России автором разработаны методические рекомендации по массовому их применению в электроустановках 0,4 кВ. Эти рекомендации прошли соответствующую апробацию в Алтайском крае в виде «Правил использования устройств защитного отключения для обеспечения электропожаробезопасности объектов жилищно-гражданского назначения». ^ изложены материалы теоретических и экспериментальных исследований, приведена практическая реализация их результатов. Рассмотрен обобщенный метод системной оптимизации СБЭ, позволяющий в зависимости от качества исходной информации выделить три основных класса задач: однокритериальные при вероятностно - детерминированных факторах, характеризующих систему (Ч–Э–С); многокритериальные, когда СБЭ рассматривается как многоцелевая сложная система; N-критериальные с неопределенными параметрами системы (Ч–Э–С). Приведены результаты расчета и проектирования СБЭ применительно к реальному объекту. Обоснован принцип построения нормативно-правовых и программно-целевых механизмов обеспечения (управления) безопасности электроустановок. Обобщены результаты натурных испытаний УЗО при проведении широкомасштабного эксперимента по оценке эффективности и надежности электрической защиты. Определена область оптимальных значений рисков методом анализа «затраты - выгоды» и дана обобщенная оценка социально-экономической эффективности разработанной системы безопасности сельских нестационарных электроустановок. В основе инженерных методов проектирования системы электробезопасности должна лежать оптимизация приемлемого уровня риска для здоровья и жизни людей и выбор оптимального варианта СБЭ. Отсутствие рациональных методов расчета вынуждает проектировщиков зачастую принимать интуитивные решения, что снижает эффективность значительных материальных ресурсов, вкладываемых в охрану труда. Поэтому, чтобы оптимизировать СБЭ необходимо опираться на методологию комплексного решения проблемы в целом, однако, методы ее реализации должны быть практически просты и доступны. Учесть указанные взаимопротиворечащие требования возможно с помощью системного анализа, когда при исследовании сложных систем на первое место ставят характеристику системы в целом, а все частные факторы рассматривают только с точки зрения их влияния на эту характеристику. Такой метод позволяет отобрать лишь существенные из многих взаимодействующих факторов и исключить второстепенные. Поскольку системный подход предлагает только «модель поиска», но не имеет готовых универсальных решений для каждой конкретной задачи представляется целесообразным определить «свой» набор методических и иных способов и средств для отыскания оптимального решения. В диссертации рассмотрен один из способов решения проблемы оптимизации СБЭ с учетом специфических особенностей сельских электроустановок при различном качестве исходной информации. Принцип предлагаемого решения состоит в следующем:
С учетом изложенного содержательная постановка задачи оптимизации может быть сформулирована как максимизация уровня безопасности при заданных ресурсах или минимизация затрат, требующихся для создания системы безопасности электроустановок, при заданном значении этого уровня. Тогда математическая формулировка задачи выбора оптимального решения может быть представлена следующим образом: определить экстремальное (максимальное или минимальное) значение некоторой функции f (x1, x2,…, xn) при условии, что переменные x1, x2,…, xn, удовлетворяют ограничениям в виде pi(x1, x2,…, xn)=0, i=1, 2,…, s. (34) Функция f(х), называемая целевой, характеризует критерии оптимальности (цель, эффективность и т.д.). Ограничения р(х) задают область существования переменных хi. Решение рассматриваемой задачи состоит в нахождении такой совокупности переменных  , при которой целевая функция f(х) достигает экстремального значения.В диссертации рассмотрены следующие однокритериальные задачи:
где  – заданные затраты.
где М[P(ЭБ)]0 – заданный уровень электробезопасности. Здесь x одна из возможных реализаций (варианта построения СБЭ) из множества допустимых реализаций X. Отмечая равнозначность обоих задач, укажем, что использование в качестве критерия оптимизации показателей технической эффективности представляется предпочтительным в связи с введением нормированного значения приемлемого риска. Использование же экономических показателей в качестве критериев оптимизации возможно, но не всегда оправдано из-за сложности проведения априорной оценки экономического ущерба, связанного с гибелью человека. Если в качестве критерия оптимизации принимается риск опасности электроустановки, то математическая постановка задачи оптимизации может быть представлена как минимизация функции  при ограничении приведенных затрат или капитальных вложений на создание СБЭ. Проведенная в диссертации многокритериальная оптимизация учитывает две основные функции СБЭ – обеспечение электрической и пожарной безопасности. Такая задача в рамках исследования операций представляет собой векторную оптимизацию с двумя несводимыми друг к другу частными критериями. Процедура построения векторного критерия проведена путем «свертки» частных критериев в один скалярный критерий. В качестве частных критериев приняты средние значения вероятностей Р(ЭП)ср и Р(ПО)ср, считая их равнозначными. Нормирование частных критериев сводится к операции (fnj – fnmin) / ( fnmax – fmin)=  , (38)где fnj – значение n-го критерия для одного из j-х рассматриваемых решений. Преобразование векторного критерия в скалярный осуществлялось путем формирования аддитивного критерия оптимизации (сложением нормированных частных критериев) или мультипликативного критерия (их умножением), т.е. (39)   где ^ СБЭ(Х)=f1(X)+f2(X). (41) Тогда постановка задачи оптимизации системы электропожаробезопасности с учетом введенного критерия примет вид FСБЭ(Х)→min, х  X, (42)где Х – множество допустимых вариантов системы. Применение скалярного критерия позволяет решить задачу оптимизации СБЭ по двум его составляющим, отражающим электрическую и пожарную безопасность исследуемых объектов. При детерминированных заданных факторах решение однозначно определяется путем применения обычных методов поиска экстремума скалярного критерия. В случае стохастических данных задача решается поиском математического ожидания критерия FСБЭ. Если же в задаче присутствуют неопределенные факторы, то оптимизация может проведена с помощью специальных методов (теории нечетких множеств). Показано, что задача многокритериальной оптимизации сводится к решению одного из двух вариантов.
FСБЭ(Х)→min, х  X,  (43)
FСБЭ(Х)→min, х X,  Зполн(Х) ≤ Здоп. (44)Здесь  ≥ - коэффициент допустимого различия нормированных критериев, ограничивающий значение модуля их разности; Здоп – наибольшее допустимое значение полных затрат (включая затраты на создание СБЭ и непредотвращенный ущерб от электротравматизма и пожаров).Метод системной оптимизации СБЭ были реализованы при выполнении серии расчетов безопасности электроустановок на объектах АПК с помощью программных комплексов АРИАС и СКБЭоптим. 1Установлено, что вероятности Р(ЭП) и Р(ПО) базового (исходного) варианта СБЭ более чем на два порядка превышают аналогичные показатели предлагаемых вариантов системы электропожаробезопасности. Показано, что применение системы «УЗО – автоматический выключатель» позволяет получить вероятности электропоражения Р(ЭП) и пожарной опасности Р(ПО) соответственно 0,711×10-6 и 1,421×10-6, что соответствует нормативным и значениям. Системный характер назревших проблем безопасности электроустановок обуславливает необходимость создания структуры управления профессиональными рисками в условиях производства и опасными рисками, подвергающими практически все население страны при обслуживании бытовых электроприемников. В диссертации рассмотрен программно-целевой подход к управлению безопасности электроустановок объектов АПК, в основе которого лежит создание совокупности мер законодательного, организационного и экономического характера, базирующихся на принципах приоритета безопасности жизни и здоровья людей, оптимизации СБЭ, интегральной оценки и прогнозирования риска, соотносимые с нормативным его назначением. Эти принципы реализованы автором путем теоретического обоснования модернизации нормативной правовой базы и участия в создании законодательного обеспечения безопасности федерального, регионального и муниципального уровня. Нормирование риска безопасности электроустановок требует экономического обоснования и установления приемлемых его значений. Действующая отечественная и международная практика выбора приемлемого уровня безопасности не имеет строгого научного обоснования и строится на умозрительном представлении, сущность которого сводится к тому, что общество готово (или не готово) платить за издержки технологического прогресса. Здесь выгода общества определяется соотношением между затратами на обеспечение безопасности и ценой ущерба от предполагаемых опасностей. На наш взгляд, использование при нормировании безопасности эмпирических подходов и общественного мнения, которые могут формироваться и интерпретироваться в зависимости от существующей или навязываемой людям точек зрения, не всегда оправданы. Предложенный автором подход к обоснованию оптимальных рисков электроустановок базируется на прогнозировании социально-экономических последствий опасных техногенных ситуаций с использованием разработанной в диссертации методики оценки и прогнозирования риска. В качестве критерия оптимизации рассматриваются суммарные издержки, связанные как с предупреждением возможных опасностей, так и с ожидаемым ущербом людских, материальных и природных ресурсов за некоторый период времени τ эксплуатации электроустановок на объекте. Тогда риск можно представить в виде некоторых средних потерь, вызванных авариями, электротравмами и пожарами, которые возможны в электроустановке:  (45) где а=1…n – количество возможных аварий в электроустановках; b=1…m – количество возможных электротравм человека; с=1…q – количество возможных пожаров в электроустановках; d=1…k – количество предполагаемых опасных ситуаций;  вероятности возникновения опасных ситуаций (авария, электро-травма, пожар) за время τ и размер обусловленного ими полного ущерба.На рисунке 11 приведены кривая 1 изменения показателя риска от затрат на СБЭ и кривая 2, характеризующая зависимость риска от ущерба. Пусть величина этого ущерба зависит от вариации некоторого показателя К, пропорционального вероятности электробезопасности Р(ЭБ). Отмеченное на оси абсцисс значение показателя К1 рассматривается как базовое состояние электроустановок некоторого объекта.  Пусть величина затрат З(К1)=0. Показатель К2 характеризует приемлемый для общества уровень безопасности объекта, причем этот уровень достигается достаточно высокими затратами З(К2) с низким значением риска R. Считается, что функции R(З) и R(У) – нелинейные и изменяются монотонно. Рисунок 11 – Иллюстрация метода анализа «затраты-выгоды» Кривая З показывает изменение величины суммарных социально-экономических издержек, обусловленных затратами на предупреждение опасности, и компенсацию их нежелательных последствий, т.е. ущербов R(З+У)=R(З) +R(У) (46) На кривой З существует некоторая область, принадлежащая отрезку [K0, K2], на котором мог быть принят приемлемый уровень риска, удовлетворяющий требованиям не только производства, но и общества в целом. Очевидно смещение уровня риска в направление от точки К0 влево проявится в повышении рентабельности конкретного предприятия, хотя при этом может сопровождаться ростом материального и морального ущерба. И наоборот, по мере приближения уровня риска к другому граничному значению К2 будет наблюдаться снижение рентабельности данного производства (вследствие повышения себестоимости его продукции) и повышение безопасности персонала, обслуживающего электроустановки. Рассмотренный метод является иллюстрацией одного из основных экономических механизмов, применяемых для регулирования техногенным риском, суть которых состоит в проведении анализа «затраты-выгоды» и направлен на оптимизацию риска. Подготовка промышленного освоения и массового применения устройств защитного отключения в России обусловили проведение широкомасштабного эксперимента, по проверке эффективности и надежности электрической защиты, принятого по инициативе АлтГТУ в 1998 г. совместным решением ГУГПС МВД РФ и Главгосэнергонадзора в России (таблица 5). Таблица 5 – Обобщение результатов широкомасштабного эксперимента по проверке эффективности и надежности УЗО
|
, (35)
Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка:
Похожие:
База данных защищена авторским правом ©MedZnate 2000-2016
allo, dekanat, ansya, kenam
обратиться к администрации | правообладателям | пользователям
allo, dekanat, ansya, kenam
обратиться к администрации | правообладателям | пользователям