Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время наблюдается все возрастающий дефицит площадей для размещения высоковольтного и сильноточного электрооборудования с точки зрения его отдаления от мест постоянного и непостоянного пребывания человека. Для функционирования электроэнергетических систем все чаще применяются подстанции высокого напряжения в закрытом исполнении, кабельные тоннели кабельных линий электропередачи, происходит насыщение оборудованием открытых распределительных устройств. Это приводит к концентрации на небольших площадях высоковольтного электрооборудования, которое может служить сильным источником электромагнитных полей (ЭМП). Электротехнический персонал, обслуживающий такое оборудование, подвержен большему влиянию ЭМП в связи с уменьшением расстояний в помещениях и близким расположением разных видов электрооборудования между собой. В связи с этим происходит увеличение количества зон, в которых наблюдаются уровни полей, превышающие предельно допустимые. При этом строительные конструкции могут оказывать влияние на распределение ЭМП в помещениях.
Результаты научных исследований по воздействию ЭМП разных частот и интенсивностей на человека показывают, что организм реагирует на такое воздействие, причем чаще имеют место вредные для здоровья последствия. На основе доказанных биологических эффектов установлены предельно допустимые уровни (ПДУ), воздействие которых считается допустимым.
В случае превышения ПДУ должен быть реализован комплекс мероприятий по защите человека от вредного воздействия ЭМП. При этом если инженерно-технические мероприятия не могут обеспечить снижение уровней полей на рабочих местах, время пребывания персонала в зонах с повышенным уровнем ЭМП ограничивается.
Область исследования соответствует п. 3 «Разработка методов контроля, оценки и нормирования опасных и вредных факторов производства, способов и средств защиты от них» и п. 7 «Научное обоснование, конструирование, установление области рационального применения и оптимизация параметров способов, систем и средств коллективной и индивидуальной защиты работников от воздействия вредных и опасных факторов» паспорта научной специальности 05.26.01 - «Охрана труда (электроэнергетика)».
Целью работы является исследование электромагнитных полей высоковольтных источников в помещениях и разработка мероприятий по защите от их воздействия.
Для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи. 1. Проанализировать существующие данные для выявления наиболее сильных высоковольтных источников электромагнитных полей в помещениях, нормативные документы по ограничению воздействия ЭМП и существующие методы по снижению их техногенной опасности.
-
Выполнить экспериментальное исследование и анализ ЭМП в помещениях закрытой высоковольтной подстанции и разработать предложения по обеспечению безопасности персонала.
-
Разработать рекомендации по повышению безопасности обслуживания промышленного микроволнового оборудования в помещении цеха подготовки сырья.
-
Провести теоретический анализ и экспериментально оценить влияние особенностей строительных материалов на распределение электромагнитных полей в помещениях.
-
Разработать предложения по защите от магнитных полей высоковольтных источников в помещениях.
Объект исследования. Высоковольтные источники электромагнитных полей.
Предмет исследования. Электромагнитные поля высоковольтных источников в помещениях..
Методы исследования. Решение поставленных задач осуществлялось на основе теоретического и экспериментального методов исследования.
Теоретический метод включает: анализ существующих данных по ЭМП высоковольтных источников в помещениях и методам защиты от них, анализ нормативных документов по ограничению воздействия ЭМП, математическое моделирование распределения ЭМП высоковольтных источников в помещениях, анализ влияния особенностей строительных материалов на распределение полей в помещениях, анализ конструкций устройств активной защиты от ЭМП.
Экспериментальный метод включает: проведение инструментальных измерений напряженности ЭМП высоковольтных источников в помещениях, разработку экспериментальных установок, моделирующих источники электрического и магнитного поля промышленной частоты, проведение инструментальных измерений напряженности ЭМП для оценки влияния особенностей строительных материалов на распределение полей в помещениях.
Достоверность и обоснованность полученных результатов обеспечена сочетанием теоретических исследований с проведением экспериментов, использованием адекватного исследуемым процессам математического аппарата. Результаты теоретических расчетов качественно согласуются с экспериментальными данными.
Научная новизна и основные положения, выносимые на защиту.
-
Теоретически и экспериментально проведен анализ электромагнитных полей в помещениях закрытой высоковольтной подстанции, позволивший выявить проблемы и разработать обоснованные предложения по обеспечению безопасности персонала.
-
Впервые проведен анализ конструктивного устройства и экспериментальное исследование электромагнитных полей промышленного микроволнового оборудования зарубежного производства, разработаны
технические и организационные мероприятия по защите обслуживающего персонала от электромагнитного излучения.
-
Экспериментально установлено наличие экранирующей электрическое поле способности у таких широко распространенных строительных материалов как бетон, кирпич, гипсокартон и ее отсутствие у листов ДВП. Данные измерений подтверждены результатами математического моделирования.
-
Предложен метод активной защиты персонала, основанный на компенсации внешнего магнитного поля промышленной частоты, причем датчиком поля являются сами индуктивные катушки, компенсирующие внешнее магнитное поле.
Практическая ценность и реализация результатов работы. Результаты работы позволят повысить эффективность защиты персонала от ЭМП высоковольтных источников в помещениях, путем:
применения полученных данных по экранированию бетоном, кирпичом, гипсокартоном электрического поля промышленной частоты в проектировании и строительстве, что обеспечит снижение экономических затрат на экранирование;
использования предложенного метода активной защиты персонала от магнитного поля промышленной частоты для его разработки и применения.
Результаты проведенных исследований использованы при строительстве и эксплуатации высоковольтной подстанции «Олимпийская», а также при разработке мероприятий по обеспечению безопасности обслуживающего промышленное микроволновое оборудование персонала ЗАО «Компания «Проксима».
Получен патент на полезную модель по предложенному методу активной защиты от магнитного поля промышленной частоты.
Личный вклад. Научные результаты, представленные в диссертации, получены автором. Постановка цели работы и задач исследования выполнены совместно с научным руководителем СМ. Коробейниковым. Экспериментальные исследования ЭМП в помещениях высоковольтной подстанции, влияния особенностей строительных материалов на распределение ЭМП в помещениях в лабораторных условиях выполнены автором. Анализ конструктивного устройства, экспериментальное исследование ЭМП промышленного микроволнового оборудования проводились автором единолично, а разработка мероприятий по защите работников от электромагнитного излучения совместно с В.М. Поповым. Математическое моделирование эксперимента по оценке влияния особенностей строительных материалов на распределение ЭМП в помещениях проводилось совместно с Ю.Г. Соловейчиком и Д.В. Вагиным. Сравнительный анализ экспериментальных данных и теоретических расчетов выполнен автором. Автором был выполнен анализ предлагаемых конструкций устройств активного экранирования поля, в результате чего совместно с СМ. Коробейниковым предложен метод активной защиты персонала от магнитного поля
промышленной частоты. Формулировка основных выводов и результатов работы выполнена автором.
Апробация работы. Диссертационная работа и ее основные положения докладывались и обсуждались на пятнадцатой Всероссийской научно-технической конференции «Энергетика: экология, надежность, безопасность», г. Томск 2009 год; XI Всероссийской научно-технической конференции «НПО-2010», г. Новосибирск 2010 год; Международной научно-технической конференции «Трансформаторы: эксплуатация, диагностирование, ремонт и продление срока службы», г. Екатеринбург 2010 год; семнадцатой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», г. Москва 2011 год; П-ой Всероссийской студенческой конференции (с международным участием) «Безопасность жизнедеятельности глазами молодежи», г. Челябинск 2011 год; Всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука. Технологии. Инновации» (НТИ-2011), г. Новосибирск 2011 год; XIII Всероссийской научно-технической конференции «НПО-2012», г. Новосибирск 2012 год; V Международной научно-практической конференции «Безопасность жизнедеятельности в третьем тысячелетии», г. Челябинск 2012 год.
Публикации. По результатам работы опубликовано 14 печатных работ, в том числе 3 научных статьи в изданиях, входящих в перечень ведущих рецензируемых научных журналов, в которых должны быть опубликованы научные результаты на соискание ученой степени кандидата наук, 1 статья в сборнике научных трудов, 9 статей в материалах международных и всероссийских научных конференций, 1 патент на полезную модель.
Объём и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников из 99 наименований и приложения. Работа изложена на 186 страницах основного текста, включает 51 рисунок и 29 таблиц.
