Теоретико-практический анализ эффективности и безопасности процессов электрификации сельскохозяйственного производства и пути их повышения

Введение. Механическая и электрическая энергия и их виды производства и трансформации являются фундаментом жизнедеятельности в современном мире, что общеизвестно и неоспоримо. Касаясь отдельно электроэнергии, благодаря её многофункциональным возможностям в трансформируемые потребности для жизнедеятельности современного мирового сообщества, отметим, что в мировом масштабе она наряду с тепловой и механической является широко потребляемой для производственных и бытовых целей. По данным EES EAEC потребление электроэнергии в регионах и странах мира (179 стран) только за 2021 год составило 23734 млрд кВт-ч (23,7 ПВт-ч). Этим обеспечен рост в 2,4 раза по сравнению с 1992 годом; по отношению к 2020 году имело место увеличения общего полезного потребления её на 5,5%.

В Африке имело место увеличение потребления электроэнергии с 255 млрд кВт-ч в 1992 г. до 681 млрд кВт-ч в 2021 году – в 2,7 раза; по отношению к 2020 году увеличение составило 3,4%. Для стран Азии и Океании характерен наибольший рост потребления электроэнергии в 2021 году в сравнении с 1992 годом – в 5,1 раза (прирост 7,6% к 2020 году), на Ближнем Востоке – в 4,5 раза (прирост по отношению к 2020 году составил 5,0%). Конечное потребление электроэнергии в Центральной и Южной Америке увеличилось с 406 млрд кВт-ч в 1992 году до 1039 млрд кВт-ч в 2021 г., или в 2,7 раза (при увеличении относительно 2020 года на 5,0%). Для Европы и Северной Америки в 2021 году имел место рост потребления электроэнергии в 1,4 раза по сравнению с 1992 годом (прирост к 2020 году составил соответственно 4,5% и 1,3%). В Евразии имело место увеличение потребления электроэнергии в 2021 году в сравнении с 1992 годом с 1201,6 млрд кВт-ч до 1209,8 млрд кВт-ч, т.е. на 0,7% (по отношению к 2020 году прирост составил 8%).

Изложенное подтверждает необходимость и потребность мировой системы жизнедеятельности в электроэнергии, что подтверждается ежегодным приростом ее потребления. Характерной является структура электропотребления в мире – приведена в виде дроби: 1992/2021 гг. (в % на структуры соответственно): бытовые потребления – 50,6/50,1%; коммерческий сектор и предприятия общего назначения – 36,1%/32,7%; сельское хозяйство – 6,8%/6,00%; прочие не идентифицированные структуры потребления – 5,6%/11,1%.

Изложенное подтверждает мировой рост использования электроэнергии. Эта тенденция характерна и для нашей стра- ны, так как является стратегической отраслью ОКВЭД. Современное сельскохозяйственное производство базируется на потреблении значительной части производимой в стране электроэнергии различными источниками. В настоящее время нет ни одного вида подотрасли АПК и работ в ней без потребления электрической энергии в различных видах (световой, тепловой, производственными и другими потребителями) во всем комплексе подотраслей его и АПК в целом (животноводство, растениеводство, пло-доовощеводство, сельскохозяйственное строительство, склады и хранилища, переработка сельскохозяйственной продукции, электротранспорт, системы жизнеобеспечения и жизнедеятельности в целом – водообеспечение, теплообеспе-чение, газообеспечение, канализация и др.) Отметим, что для воспроизводимой в стране электроэнергии характерно ее осредненное потребление по всем видам ОКВЭД, составляющими являются: организации сельского и лесного хозяйства, охоты, рыболовства и рыборазведения – чуть менее 2%; коммунально-бытовые потребители, включая приравнённых к ним потребителей – около 15%; потери в сетях и покрытиях собственных нужд на производство электроэнергии – около 16%; расходы на сферы услуг, транспорта, информационных технологий, перекачки нефти и газа и других суммарно составляют около 20%; производственные сферы ОКВЭД (промышленность, сельское хозяйство, строительство) осредненно потребляют около 66% электроэнергии, причем на долю сельского хозяйства и строительства суммарно приходится около 3%; остальные потребители – металлургия, добыча полезных ископаемых, химия и нефтехимия и др.). Ясно, что с изменением потребностей будет меняться объем потребляемой электроэнергии, но важным отрицательным обстоятельством энергообеспечения всех сторон жизнедеятельности является электротравматизм. Реализация «Стратегии национальной безопасности Российской Федерации» предусмотрена Указом Президента страны [1], а также Государственной программой развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия Правительства РФ [2].

Целью исследования является теоретико-практический анализ эффективности и безопасности электрификации процессов сельскохозяйственного производства и путей их повышения.

Распространению электрической энергии в АПК способствует ряд обстоятельств, с одной стороны – потребители процессов жизнедеятельности, а с другой – возможности удовлетворить эти потребности достижимыми методами и средствами. Правомерно заметить, что в сказанном выше есть результат огромного труда ученых и производственников, обосновавших пути, методы и средства реализации и развития этого направления (возвращение к первоисточникам здесь излишне, так как этап освоения известен, как и возможны пути совершенствования процессов электрификации). Необходимость потребления электроэнергии в современном животноводстве, как и в других подотраслях АПК, многогранна. Растениеводство, где типичными технологиями применения электрификации являются его виды – зерновое хозяйство, плодоовощеводство, бахчевые и другие культуры и выполняемые там операции – ориентировочно электрифицировано на 35–60% (сушка, очистка, внутрицеховая транспортировка, создание микроклимата в помещениях, облучение семян и др.). Имеют место осо- бенности электрификации в птицеводстве для гаммы используемых там технологий в части микроклимата для цыплят и птицы разных возрастов, привода транспортеров для раздачи кормов, сбора яиц, удаления отходов, освещения, вентиляции и др. (осредненно процессы электрифицированы на 65–75%). Производство в защищенном грунте (теплицы, комплексы и другое) электрифицированы примерно на 75–80%. Хранение и переработка продовольствия требует электрификации технологических процессов, что электрифицировано на уровне 60– 65%.

Материалы и методы исследования . В качестве материалов исследований использовались сведения официальных источников по материалам, эффективности и безопасности электрификации процессов сельскохозяйственного производства, а также по всем направлениям ОКВЭД, имеющим отношение к рассматриваемой проблеме. Методикой предполагались изучение и анализ материалов по представляющим интерес вопросам, выявление количественных отношений, обстоятельств, источников и причин, неблагоприятных событий, их теоретико-практический анализ и обоснование путей улучшения ситуации.

Результаты исследования и их обсуждение. Важнейшим условием эффективности электрификации процессов сельскохозяйственного производства является увязка требований производственных технологий структур отрасли и возможностей их обеспечения в нужное время потребным количеством электроэнергии. Анализ первой составляющей (т.е. технологий) показывает, что отменить их или сдвинуть на неопределённое время недопустимо без практических потерь потребителем электроэнергии (животных, птицу необходимо вовремя кор- мить, поить, коров доить, цыплят обогревать и т.д.). Следовательно, вторая составляющая процесса – электрообеспечение, которое должно быть надёжным и своевременным, поскольку несвоевременная поставка электроэнергии, т.е. отказ для потребителя, создаёт нервозную обстановку в части выхода из ситуации за счёт подручных средств или источников, где это возможно, с нарушением технологий и мер безопасности технической, экологической, пожарной и др. Аналогичная ситуация имеет место и у поставщиков электроэнергии (спешка, латание дыр кое-как с возрастанием опасностей, что имеет место в практике). Источники и причины отказов своевременного электроснабжения для сельских поселений представим как объективные (природные катаклизмы), так и субъективные (отказы по причинам несвоевременных обслуживаний, недостаточной квалификации кадров, нарушений трудовой и технологической дисциплины и др.). Специалисты видят выход в автоматизации сельских электросетей. Одна- ко реальных путей на этом направлении пока еще нет. В связи с этим ряд предприятий, учитывая положение и непомерный рост цен на электроэнергию, создают собственные системы в виде источников электропитания для озвученных выше ситуаций.

Важнейшей особенностью электрификации процессов во всех сферах жизнедеятельности является тот общеизвестный факт, что электрификация лишена необходимых видов информации о наличии тока в электрифицированных линиях (видовой, звуковой, цветовой, электромагнитных излучений, обонятельной и других без приборного обеспечения). Следствием этого является травмоопасность электрифицированных технологий в виде поражения электрическим током с тяжелыми и летальными исходами.

По данными Ростехнадзора за последние 12 лет уровень электропоражений со смертельным исходом остается еще на высоком уровне (таблица).

Динамика электропоражений со смертельным исходом за 2012–2023 годы в стране Dynamics of fatal electrical injuries in the country for 2012–2023

Годы Years	2012	2013	2014	2015	2016	2017	2018	2019	2020	2021	2022	2023
Количество электропоражений со смертельным исходом Number of fatal electrical injuries	132	102	66	53	64	52	40	39	34	50	33	44

ИТОГО погибших за указанный период – 749 чел.

TOTAL number of deaths during the specified period amounts to 749 people.

Данные таблицы подтверждают ежегодное снижение электропоражений со смертельным исходом с 2012 по 2015 гг.; с 2016 по 2020 гг. динамика снижения сократилась по сравнению с предыдущими годами на 32%, а с 2021 по 2023 гг. возросла на 15% по сравнению с осред-ненными данными за 2016–2020 годы.

Детальный анализ показывает, что типичными и стационарными источниками электропоражений со смертельным исходом являются объекты электросетей (21 случай – 48%), электроустановки потребителей (21 случай – 48%) и тепловые электростанции (2 случая – 5%). Наибольшее количество электропораже- ний со смертельным исходом в 2023 году имело место: 8 – в Центральном управлении Ростехнадзора, по 5 – в СевероКавказском и в Западно-Уральском управлении.

За первое полугодие 2024 года имели место 12 несчастных случаев со смертельным исходом (8 на объектах электросетей – 67%, 3 – на установках электропотребителей – 25% и один на теплогенерирующих электроустановках и тепловых сетях – 8%) – это меньше, чем за аналогичный период 2023 года (19 случаев).

Суммарный уровень электротравматизма на производстве и в быту по оценке специалистов тревожит. Осреднённо ежегодное число случаев приближается к 3000 (около 8 ежесуточно). Из них 20% – легкие травмы, около 31% ранения – остальные несчастные случаи со смертельным исходом. Тревожат бытовые травмы, где число пострадавших ежегодно 1700–1800 человек (источники – оголенные провода, розетки, замки электронные, бытовое электрифицированное оборудование, ремонт при не отключенном источнике электроэнергии и др.).

Среди пострадавших 400 человек электриков – без образования, опыта и стажа работы по данному направлению и специальности; это контингент 18–70 лет. В числе травмированных около 380 – электрики на производствах (с электротехническим образованием, опытом и стажем работы, наличием СИЗ (это лица в первые два года работы – молодые и возрастная группа – 50–65-летние – опытные специалисты). Имеет место электротравмирование около 150 человек по причине халатности, около 80 случаев – потери при хищении электрооборудования под напряжением, около 70 случаев по причине касаний линий ЛЭП стрелой автокранов, кузовами самосвалов, кабин и около 40 случаев – рыболовство в зоне высоковольтных ЛЭП.

Изложенная ситуация противоречит положениям нормативно-правовой базы страны в области безопасности (ГОСТ 12.0.001-2013. Система стандартов безопасности труда. ССБТ. Основные положения. М., 2013) и требует экстренных мер в части профилактики [3–7]. Излишне утверждать, что существующие профилактические мероприятия с задачей упреждения электротравм справляются не полностью. Поэтому поиск инновационных мер или альтернатив существующим – прямая задача специалистов.

Авторский анализ ситуации и необходимость эффективных профилактических мероприятий показывает, что решение проблемы находится в области теоретико-практических положений. Касаясь этого направления, отметим основные положения в авторской трактовке. Для решения проблемы обеспечения электробезопасности необходимость разработки инновационных решений очевидна. Углубленный анализ ситуации с электротравматизмом, его причинами, обстоятельствами, источниками [8] даёт основание утверждать, что наличие составляющих опасности электропоражений ЭБ есть результат несовершенства: существующей профилактической базы Нп в области охраны труда в стране; кадрового обеспечения её специалистами К ; организационно-технических мероприятий О ; материально-технического обеспечения М нормативных положений для профилактики; научных Ну и внедренческих Внедр и Др . мероприятий. Формализуя сказанное, правомерна следующая функциональная зависимость:

Эб=Ш =0 С =f i (Нп, К, О, М, Ну, Внедр, Др .).                   (1)

Каждая составляющая равенства (1) в дальнейшем анализе представляется как равнозначная, поскольку в случае злектротравматизма для его итогов безразличны источники и обстоятельства.

Касаясь нормативно-правовой базы, отметим, что в настоящей работе нет необходимости её подробного анализа, учитывая государственные требования охраны труда (глава 34 Трудового кодекса РФ, ст. 211.2) [5]. В части кадрового обеспечения проблемы отметим, что речь идет о всей номенклатуре Н кадрового состава, имеющего отношение к безопасности. Это непосредственные исполнители работ И , руководители Р

К=] 2 Y i^ H = Н =1 (Кв + Квн).

Но Кв=ƒ 3 (И, Р, Со, П, Ра, Др.в.., (3); аналогично Квн=ƒ 4 (Ит, Ите, Др.вн ).

Тогда К=ƒ 5 [(И, Р, Со, П, Ра, Дрв)+(Ит, Ите, Др.вн)].

электротехнологических и электротехнических направлений, службы охраны труда Со , профсоюзы (советы рабочих коллективов) П , работодатели Ра (с их структурными подразделениями и специалистами и Др.). К проблеме имеют отношение инспекции; речь идет о кадровом обеспечении инспекторов, контролирующих условия и безопасность труда (речь идёт о внутрихозяйственных структурах Кв и о внешних по отношению к предприятию Квн – трудовых Ит и технических Ите инспекциях и др.). С учетом внутри- и внехозяйственных структур сказанное представим следующим образом:

(2) (3) (4)

Касаясь каждого составляющего равенства (4), отметим, что по каждому из них нормативными актами страны определены должностные функции и обязанности, включая безопасность труда (исполнители – собственного своего и рядом находящихся коллег, руководители – всех ему подчиненных, включая службы охраны труда – в соответствии с должностными инструкциями, профсоюзы (советы трудовых коллективов) – в соответствии с существующими положениями, работодатели – в соответствии с положениями Трудового, Гражданского и Уголовного кодексов (это относится и к перечисленным выше лицам); соответствующие инспекции – в соответствии с правами и обязанностями, регулируемыми законодательной базой страны).

В части фактического уровня эффективности и безопасности труда в электрифицированном сельскохозяйственном производстве перечисленные структуры и возможности профилактики электропоражений не в полной мере обеспечивают требования нормативноправовой базы страны, включая ГОСТы системы стандартов безопасности труда (ССБТ). В связи с этим правомерна необходимость использования инновационных методов и средств, а также обоснованных путей профилактики электропоражений трудоохранной научнопедагогической школы СПбГАУ, изложенной в монографии «Стратегия и тактика динамичного снижения и ликвидации производственного травматизма в АПК» CТ [9]. Составляющими их являются нормативно-правовые Нп, организационно-технические О, санитарногигиенические Сг, медико-биологические Мб, инженерно-технические Итех, технико-экономические Теэ, научные Ннауч, кадровые К, материально-технические М, психофизиологические Пф, финансовые Ф, социально-экономические Сэ, внедренческие Внедр и Др. положения. представим следующей зависимостью Изложенное в формализованном виде составляющих С:

СТ=] 6 Si С =! б (Нп, О, Сг, Мб, Те, Итех, Ннауч, К, М, Ф, Сэ, Пф, Внедр, Др.).  (5)

Как видно из последнего равенства, блок составляющих в случае их полной реализации в состоянии обеспечить динамичное снижение и ликвидацию производственного травматизма. Касательно «полноты» реализации составляющих в профилактике травматизма отметим, что содержимое ряда составляющих (а вернее будет сказать – всех) не в полной мере обеспечит запросы постоянно развивающегося и совершенствующегося производства. Это и неполная реализация существующих содержимых в каждой составляющей (включая человеческий, т.е. кадровый фактор) – важнейший сдерживающий элемент в обнулении не только электротравматизма, но и всего его последствия, как отрицательного явления, присущего текущей жизнедеятельности структур ОКВЭД. Поэтому совершенствование содержимого каждого из составляющих равенства (5) – важнейшие направления деятельности науки и практики в области охраны труда. Очевидно, что конституционные положения страны в этой части применительно к сельскохозяйственному производству и АПК в целом ориентированы на достижения такого уровня профилактики, который обеспечит возможности полной ликвидации травматизма. В этом направлении очевидна правомерная ориентация на науку в поиске эффективных путей профилактики по линии совершенствования технологий производства и методов и средств их реализации. При разработке этих мероприятий важен симбиоз агро-био-инженерно-защитных мероприятий. Сказанное в полной мере относится и к электробезопасности. Ориентация в этом направлении только на человека с его «человеческими особенностями», не обеспечивая безопасность технологии агро-био-инженерными мероприятиями, бесперспективна, что подтверждается травматизмом в течение века не только в аграрном производстве. Изложенное дает основание авторам говорить о необходимости инженернотехнического обеспечения электробезопасности в дополнение к профессионализму кадров и остальным атрибутам профилактических мероприятий. Подтверждением сказанному являются инновационные авторские разработки в части профилактики электропоражений. Они выполнены в соответствии с нормативными требованиями в части технологического суверенитета страны и требований электробезопасности [10–13].

Так, в целях обеспечения электрозащиты предложено устройство защитного отключения электроустановки от сети переменного тока с тремя фазными проводами и нулевыми проводом (патент на полезную модель RU 124069 U1).

В целях повышения эффективности электрообеспечения и электробезопасности предложены:

– устройство для симметричного распределения однофазной нагрузки по фазам трехфазной сети (патент на изобретение RU 2506676 C2);

– трехстержневой однофазный магнитный усилитель с защитой от проникновения переменного напряжения в цепь управления (патент на изобретение RU 2 522 999C1);

– устройство восстановления полнофазного напряжения в четырехпроводной сети 0,4/0.23 кВ (патент на изобретение RU 2761430 C1).

Кроме перечисленных обоснован ряд других инновационных решений, способствующих повышению эффективности и безопасности не только в сельскохозяйственном производстве, но и в других направлениях жизнедеятельности [14, 15].

Выводы. Проведенный теоретикопрактический анализ позволяет утверждать следующее.

• 1.    Сельскохозяйственное производство является активным потребителем электроэнергии всеми подотраслями по всем многофункциональным видам работ постоянно (ежедневно для производственно-бытовых нужд), отличаясь многофункциональными особенностями и повышенной возможностью электротравматизма; около 67% вырабатываемой в стране электроэнергии потребляется суммарно промышленностью, сельским хозяйством и строительством: доля двух последних потребителей составляет около 3%. На бытовой сектор страны приходится около 13% вырабатываемой электроэнергии.

• 2.    Несмотря на то, что в настоящее время потребность сельскохозяйственного производства элекроэнергией обеспечивается, надёжность и эффективность процессов электрообеспечения нуждается в совершенствовании (в связи с перебоями по различным причинам и обстоятельствам, продолжительностью и качеством поставляемой энергии). Надёжность осреднённо не превышает 78%, а качество – 70%.

• 3.    Социально высокозначимым недостатком процессов электрификации систем жизнедеятельности сельскохозяйственных (и не только) потребителей

• 4.    Анализ электрифицированных объектов подтверждает наличие потенциальных источников повышения уровня электробезопасности инженерно-техническими методами и средствами. В числе их инновационные решения, возможности которых в состоянии повысить в ближайшее пятилетие электробезопасность как минимум на 50% (при их использовании).

Безопасность труда в агропромышленном комплексе энергии является имеющий место электротравматизм, сопровождающийся в ряде случаев тяжелыми и летальными исходами. Доля электротравматизма в сельском хозяйстве страны составляет осреднённо около 7% в общем числе электропоражений.