Механизмы формирования структуры безопасности электроустановок на объектах АПК

Создание информационной системы принятия решения, предусматривающей синтез и анализ человеко-машинных систем, на основе имитационного моделирования техногенной безопасности электроустановок 380/220 В на объектах сельского хозяйства, непосредственно связано с оценкой риска аварий, несчастных случаев, анализом технического состояния электроустановок, в котором используется методология определения интегрального риска R^[1].

Материалы и методы исследования

Известно, что имитационная модель обладает: возможностью использования всей доступной информации; априорным отношением к физическим процессам, на объектах исследования; проведением описания функционирования «человеко-машинной системы «человек -электроустановка - окружающая среда» (Ч - ЭУ - ОС) с помощью экспертных и лингвистических средств [2]. Структурная модель функционирования системы Ч - ЭУ - ОС, показывающая процесс появления и развития опасной техногенной ситуации, приведена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Структурная модель функционирования человеко-машинной системы Ч - ЭУ - ОС

Структурная модель представлена как случайная сеть при заложении событий, имеющих случайный характер и соответствующих им предпосылок. Основанием для этой сети служат компоненты системы Ч - ЭУ - ОС, которые создают факторы риска. В частности, выполняя работу, электротехнический персонал выстраивает мыслительный алгоритм действий. Однако возможно отклонение от алгоритма действительно-объективной информации о выполнении работ. «Входные» переменные представим как факторы риска компонентов системы Ч - ЭУ - ОС. «Выходом» системы примем интегральный риск R у , или совокупность рисков опасности ( Г 1 , Г 2 , ... Г п ).

Анализируя человеко-машинную систему путем использования диаграмм причинноследственных связей (деревьев), требуется описать сценарий возникновения опасной ситуации, основанный как на значениях эксперта, так и на результатах моделирования случайного события.

В частности, рассматривая модель, приведенную на рисунке 1 в виде дерева возникновения рисков, являющегося логическим методом анализа системы Ч - ЭУ - ОС, необходимо выделить опасную техногенную ситуацию, приводящую к электротравме. При этом логико-82

вероятностная модель причинно-следственных связей принадлежит дереву рисков в системе отказов, представляющей последовательность нарушений и неисправностей [3].

Моделирование прикосновения человека к корпусу электроустановки, оказавшемуся под напряжением при повреждении изоляции токоведущих частей, основано на построении дерева риска возникновения электротравмы, базирующегося на применении вероятностного метода анализа безопасности, отмечено в [4].

Предположим, что при работе с электроустановкой электротехнический персонал может получить электротравму, интерпретируемую как результат функционирования системы Ч - ЭУ - ОС. При построении дерева рисков примем к сведению, что исходными событиями выступает система различных интерпретаций техногенных происшествий: ошибок, отказов и т.д. Каждому виду возникающего события, т.е. фактору риска, присваиваются символы, используемые для построения дерева риска, представляющего причинно-следственные связи произошедшего несчастного случая. А каждому параметру анализируемой человеко-машинной системы будет соответствовать терм-множество, содержащее возможные значения лингвистической переменной.

Выбор факторов риска осуществляем экспертно среди наиболее значимых (табл. 1). При этом представляем множество Х (человек) : Х 1 , Х 2 , Х 3 , с логическим знаком «ИЛИ» – выходное событие происходит, если случается любое из трех входных событий; множество Y (электроустановка): Y 1 , Y 2 , Y 3 , Y 4 , с логическим знаком «И» – выходное событие происходит, если все входные события случаются одновременно; отметим, что Y 3 , Y 2 и Y 1 (в рамках термина «события») связаны логическим знаком «доминирующее И»; множество Z (окружающая среда) : Z 1 , Z 2 , Z 3 , Z 4 , с логическим знаком «доминирующее И» – выходное событие наступает, если все три входные события происходят в нужном порядке слева направо.

Таблица 1

Балльная система оценок факторов риска

о о	м § 5 1 § и g к s 1 & ю -& О	Степень факторов риска	О С СЗ о о Й 2     У	Терм-множество
£ к о m о У о У	Х 1	Знание электробезопасности	1,36	Плохое
				Хорошее
	Х 2	Повышение квалификации	1,28	Низкое
				Высокое
	Х 3	Ошибки, допускаемые человеком при работе с ЭУ	0,08	Часто
				Редко
сз к m о К я V 1=5	Y 1	Аварийные режимы	3,00	Часто
				Редко
	Y 2	Повреждение изоляционных частей	1,86	Часто
				Редко
	Y 3	Отказы	1,71	Часто
				Редко
	Y 4	Несрабатывание (отказ) электрозащиты	1,05	Частое
				Редкое
cd У о cd о	Z 1	Отклонение от нормы параметров микроклимата	2,62	Высокое
				Низкое
	Z 2	Уровень рабочего освещения	2	Достаточное
				Удовлетворительное
	Z 3	Опасные факторы метеорологических условий	1,32	Частые
				Редкие
	Z 4	Условий труда	0,09	Хорошие
				Неудовлетворительные

На рисунке 2 представлено дерево риска, наглядно показывающее возникновение электротравм среди обслуживающего персонала при работе с электроустановками. В качестве объекта исследования было выбрано сельскохозяйственное предприятие Республики Бурятия.

Рисунок 2 – Дерево возникновения риска электротравмы при эксплуатации электроустановки на объекте

Результаты исследования и их обсуждение

При вычислении риска опасности электротравмирования интегральный риск R∑ рассматривается как результат взаимодействия компонентов системы Ч - ЭУ - ОС. В соответствии с выполненными расчетами параметры {Xn}, {Yn},  {Zn} являются нормированными экспертными оценками, содержащими параметры дерева риска возникновения электротравмы, при этом формулы операций нечеткой логики согласно определению имеют вид:

• -    нечеткое логическое И:

A = min(Х1 ,Х2,...,Xn) ;(1)

• -    нечеткое логическое ИЛИ:

B = min(Х1 ,Х2,...,Xn).(2)

Значения переменных Х 1 , Х 2 и т.д. приняты исходя из их экспертных оценок факторов риска с учетом соответствующего веса ( w n ), который изменяется от 0 до 0,9, а именно:

Xn = xn ' wn •

Таким образом рассчитываются каждая ветвь и дерево в целом.

При вычислении риска опасности электротравмирования принято символическое выражение:

И(Ч,ЭУ,ОС) = И(ИЛИ( Х 1 , Х 2 , Х 3 ),И(ДОМИНИРУЮЩЕЕ И(Y 3 ,Y 2 ,Y 1 ),Y 4 ),

И(ДОМИНИРУЮЩЕЕ И(Z 1 ,Z 2 , Z 3 ),Z 4 )).

Заменив операции нечеткой логики соответствующими критериями, получим:

И ( Ч , Э , ОС ) = min(max( Χ , Χ , Χ ), min(min( Y , Y , Y ), Y ), min(min( Z , Z Z ), Z )).

Лингвистические переменные представлены соответствующими терм-множествами показателей пограничных значений, тогда функция принадлежности, являющаяся дискретной, в качестве примера будет иметь вид, приведенный в таблице 2.

Таблица 2

Функция принадлежности переменной Х 1

Элемент терм-множества	Числовое значение
Плохое	0,9
Хорошее	0,1

Функция принадлежности представлена по аналогии с вероятностью риска опасной ситуации, значение которой умножается на соответствующие веса, в указанных выше пределах, являющихся оценкой доли фактора риска в интегральном риске человеко-машинной системы.

Таким образом, после вычислений получаем значение интегрального риска:

И Э ( Ч, Э,ОС) = И( 0 , 018 ; 0 , 036 ; 0 , 001 ) = 10 ^{- 3} .

На основании лингвистической шкалы оценки интегрального риска, приведенной в нормативно-технической документации, имеем: R ∑ - высокий, характеристика риска – неприемлемый, значение риска – 10 ^-4 -10 ^-2 .

Выводы

• 1.    Представленное дерево риска отражает процессы появления опасностей при эксплуатации электроустановок на сельскохозяйственном объекте.

• 2.    Показано, что имитационное моделирование, учитывающее факторы риска опасных техногенных ситуаций в электроустановках с использованием экспертной и логико-лингвистической оценок, позволяет снять неопределенность исходных данных и определить сценарий минимального риска системы Ч - ЭУ - ОС.