Влияние реконструкции открытого распределительного устройства 500 кВ на условия труда по фактору напряженности электрического поля

Персонал, обслуживающий электроустановки сверхвысокого напряжения, подвергается воздействию низкочастотного (50 Гц) электромагнитного поля. Величина электрической составляющей поля зачастую превышает предельно допустимый уровень, даже если при его определении учитывалось время воздействия поля на работника. Магнитная же составляющая этого поля, создаваемая оборудованием подстанций 500 кВ, как правило, не превышает предельно допустимый уровень для 8-часового профессионального воздействия [1-3].

Для проведения исследований распределения напряженности электрического поля на открытом распределительном устройстве (ОРУ) авторами была разработана оригинальная методика [1].

При помощи этой методики дважды были проведены измерения напряженности электрического поля на открытом распределительном устройстве 500 кВ одной из подстанций до и после ее реконструкции.

Результаты измерения напряженности электрического поля на подстанции до и после реконструкции представлены на рис. 1, 2. Карты распределения напряженности совмещены с планом размещения оборудования. Условные обозначения оборудования: НДЕ - емкостный трансформатор напряжения; ОПН - ограничители перенапряжения нелинейные; ТН - трансформатор напряже ния; ВЗ - высокочастотный заградитель; Р - разъединитель; И - шинная опора; ТТ - трансформатор тока; В - выключатель; РР - разрядник.

Максимальное среди всех зафиксированных значений напряженности электрического поля до реконструкции составляло 28 кВ/м и было отмечено около шинных опор ячейки ВЛ 500 кВ (рис. 1), а после реконструкции составляет около 29 кВ/м и было отмечено также между шинными опорами новой ячейки линии 500 кВ (рис. 2).

Столь высокий уровень напряженности электрического поля после реконструкции обусловлен наличием локального повышения уровня опорной поверхности в месте перехода насыпи дороги через кабельный канал.

Для оценки степени опасного влияния на персонал, обслуживающий оборудование открытого распределительного устройства, интерес представляет величина зон, в которых напряженность электрического поля лежит в диапазоне от E j до E j +5 ; j е {0, 5, 10, 15, 20, 25}.

В табл. 1 приведены полученные на основе экспериментальных данных размеры зон различной напряженности электрического поля до и после реконструкции открытого распределительного устройства 500 кВ этой подстанции.

Согласно данным табл. 1 площадь зоны, в которой напряженность электрического поля не пре-

Рис. 1. Карта распределения напряженности электрического поля на открытом распределительном устройстве 500 кВ до реконструкции

вышает 5 кВ/м и соответственно не ограничивается время нахождения персонала, до реконструкции составляла 82,19 %, а после реконструкции сократилась до 75,67 % от общей территории открытого распределительного устройства, несмотря на ее увеличение.

Площадь зоны, в которой напряженность выше 5 кВ/м, до реконструкции составляла 17,81 %, а после реконструкции - 24,33 %, что приближается к среднему по предприятию значению – 27,1 %. Величина зоны, в которой напряженность электрического поля превышает 15 кВ/м, до реконструкции составляла менее 3 % (2,98 %), после реконструкции увеличилась и превысила 4 % (4,38 %).

Приведенные нами результаты позволяют предположить, что на стадии проектирования требования, изложенные в руководящих указаниях

Рис. 2. Карта распределения напряженности электрического поля на открытом распределительном устройстве 500 кВ после реконструкции

[4], не выполняются в полном объеме, в частности п. 2.8, в котором указывается: «Напряженность электрического поля, а также границы зоны влияния и зоны экранирования определяются:

– при проектировании – по результатам измерений в электроустановках с аналогичными конструктивно-компоновочными решениями, а в случае отсутствия аналогов – по результатам расчета, которые должны быть проверены экспериментально в условиях эксплуатации».

Следует отметить, что получить результаты расчетным путем, которые были бы достаточно близки к значениям напряженности электрического поля, полученным экспериментально, весьма затруднительно. Объясняется это тем, что ограничения, накладываемые на геометрию расчетной модели, а также расхождения в исполнении реального и проектируемого оборудования приводят к появлению существенной погрешности расчета по отношению к экспериментальным данным.

На наш взгляд, определенным помощником проектировщикам мог бы стать атлас карт напряженностей электрических полей различных подстанций, а также их фрагментов (в увеличенном масштабе).

На территории открытого распределительного устройства 500 кВ как до, так и после реконструк ции отмечаются зоны, в которых напряженность

Таблица 1

Распределение напряженности электрического поля

Измерения проведены Доля территории открытого распределительного устройства, %, где напряженность электрического поля лежит в диапазоне менее 5 кВ/м 5<Е<10 10<Е<15 15

На основании данных табл. 1 можно отметить следующее: существенно, более чем на 60 %, увеличилась площадь зоны, в которой напряженность поля составляет 20 ... 25 кВ/м, а также на 50 % -площадь зоны, в которой напряженность электрического поля превышает 25 кВ/м. Прирост прочих зон составил 34 .. 35 % для зон напряженностью 5 . 10 и 10 . 15 кВ/м, до 41 % - для зоны напряженностью 15 .. 20 кВ/м. Таким образом, в результате реконструкции распределительного устройства 500 кВ произошло увеличение зоны влияния электрического (той зоны, в которой напряженность электрического поля превышает 5 кВ/м) с преимущественным увеличением зон высокой интенсивности поля, в том числе зоны, в которой не допускается выполнение работ без средств индивидуальной защиты.

Наличие зон высокой интенсивности поля еще не означает, что любой работник, обслуживающий электрооборудование, установленное на распределительном устройстве, при выполнении своих производственных обязанностей ежедневно будет подвергаться воздействию электрического поля столь высокой интенсивности. Так, например, ремонтный персонал часто выполняет работы на оборудовании, где снято напряжение, и, следовательно, в окружающем его пространстве напряженность поля существенно отличается от измеренной во время работы подстанции по нормальной схеме. Кроме того, зоны высокой интенсивности поля наблюдаются часто вблизи оборудования, не требующего постоянного обслуживания или наблюдения со стороны персонала (например, шинные опоры).

Оценить влияние этих зон можно с помощью логической модели, отражающей возможность неблагоприятного воздействия электрического поля на работника, которая имеет вид:

F=X[Л (X,v (X_глX,) v (X_глXЛ4) v

(XЛ₃лX4лК₅) v (X,лX₃лX₄лX₅лX6)) vX7. (1)

Она является развитием модели, предложенной в [5], и построена с учетом логических связей между передвижением персонала по территории открытого распределительного устройства, видом работ и уровнями электрического поля промышленной частоты, существующими на реальных открытых распределительных устройствах.

Модель, отражающая процесс возникновения предпосылок повреждения здоровья при работе с электроустановками сверхвысокого напряжения (ЭУ СВН), включает 8 событий, которые могут быть разделены на следующие группы:

• •    событие, связанное с организацией работ по техническому обслуживанию и ремонту оборудования (X1);

• •    события, отражающие возможность неблагоприятного воздействия электрического поля на персонал (5 элементов модели от X2 до X6);

• •    событие, связанное с использованием работником средств индивидуальной защиты (X₇);

• •    F - конечное событие.

Содержание событий приведено в табл. 2.

Вероятность элемента Х1 для различных категорий работников может быть найдена при помощи анализа длительности выполнения работ на территории открытого распределительного устройства по следующей формуле:

А* ', (2)

Tобщ где tОРУ - время выполнения различных работ на территории открытого распределительного устройства; Тобщ - среднегодовой баланс рабочего времени для рассматриваемой профессиональной группы.

Рассмотрим определение вероятности события Х1 для дежурного персонала подстанции. На открытых распределительных устройствах подстанции дежурный персонал проводит осмотры оборудования и сооружений. Осмотры бывают двух видов: регулярные и внеочередные. Регулярные осмотры, проводятся на объектах с постоянным дежурством персонала - не реже 1 раза в сутки, а также дополнительно не реже 1 раза в месяц в темное время суток для выявления разрядов ко-ронирования.

Внеочередные осмотры проводятся после непредвиденного отключения оборудования, при неблагоприятной погоде (сильный туман, мокрый снег, гололед и т. п.) или усиленном загрязнении на открытом распределительном устройстве, а также после отключения оборудования при коротком замыкании. Продолжительность одного осмотра открытых распределительных устройств подстанции напряжением 500 кВ составляет не менее 30-45 мин.

На рис. 3 приведена структурная схема, соответствующая рассматриваемой модели.

Учет продолжительности проведения оперативных переключений, подготовки рабочих мест для ремонтного персонала, допуска бригад к работе на территории распределительного устройства, наблюдение за работой бригады в тех случаях когда оно необходимо позволит увеличить эту цифру ориентировочно до 1,0…1,5 часов. Оперативный персонал работает сменами по 12 часов около 170 смен в среднем за год, что составляет около 170–255 часов продолжительности работ непосредственно на открытом распределительном устройстве в год. Общий среднегодовой баланс рабо- чего времени составляет около 2000 часов. Таким образом, максимальная вероятность нахождения на открытом распределительном устройстве представителей дежурного персонала, определенная по формуле (2), составляет 0,13.

Наиболее сложно определить вероятность событий, связанную с действиями человека, в частности вероятность нахождения вблизи электроустановки сверхвысокого напряжения без средств индивидуальной защиты (экранирующих комплектов). Все работники предприятий электрических сетей, выполняющие работы в зоне влияния электрического поля, в обязательном порядке обеспечиваются экранирующими комплектами для защи-

Таблица 2

Элементы логико-вероятностной модели

Группа событий	События	Содержание события
Событие, связанное с организацией работ по техническому обслуживанию и ремонту оборудования	X1	Выполнение работ на территории открытого распределительного устройства
События, отражающие нахождение персонала в зонах различной напряженности электрического поля	X2	Возможность неблагоприятного воздействия на здоровье работника в зоне с напряженностью электрического поля промышленной частоты 5–10 кВ/м
	X3	Возможность неблагоприятного воздействия на здоровье работника в зоне с напряженностью электрического поля промышленной частоты 10–15 кВ/м
	X4	Возможность неблагоприятного воздействия на здоровье работника в зоне с напряженностью электрического поля промышленной частоты 15–20 кВ/м
	X5	Возможность неблагоприятного воздействия на здоровье работника в зоне с напряженностью электрического поля промышленной частоты 20–25 кВ/м
	X6	Возможность неблагоприятного воздействия на здоровье работника в зоне с напряженностью электрического поля промышленной частоты выше 25 кВ/м
События, связанные с действиями человека	Х7	Нахождение вблизи электроустановки сверхвысокого напряжения без средств индивидуальной защиты (экранирующих комплектов)
Конечное событие	F	Возможность неблагоприятного воздействия электрического поля на работника

Рис. 3. Логико-вероятностная модель оценки возможности неблагоприятного воздействия электрического поля на работника, обслуживающего электроустановки сверхвысокого напряжения

ты от электрического поля. К сожалению, поскольку действие электрического поля на организм человека не вызывает болевых ощущений и не приводит к ярко выраженным неблагоприятным последствиям сразу после воздействия, персонал довольно часто пренебрегает использованием экранирующих комплектов. На основании наблюдений за работой дежурного персонала, для которого оценивается риск в данной статье, мы оцениваем частоту их использования как 10...20 %, а вероятность события X7 как 0,8...0,9. Примем для дальнейших расчетов вероятность события X7 равной 0,85.

Вероятности элементов (X₂, X_;, X4, X_;X6), связанных с возможностью возникновения неблагоприятного воздействия на человека в зонах различной напряженности электрического поля, могут быть определены по результатам анализа карт распределения напряженности электрического поля на ОРУ (см. табл. 1). Если считать, что при своем перемещении по территории ОРУ работник случайным образом попадает в зоны различной напряженности, тогда

S

Pi₌          r (дt),              (3)

SОРУ где i е {2, 3,4, 5, 6}; SjE , - площадь зоны напряженностью от Ej до Ej+5; j е {0, 5, 10,15,20,25}; Sору - площадь открытого распределительного устройства; R (Дt) - коэффициент, учитывающий степень вредного воздействия электрического поля промышленной частоты в зоне напряженностью от Ej до Ej+5.

Для подстанций площади зон различной напряженности электрического поля различны. Их величина варьируется в зависимости от большого числа различных факторов, возникающих как на этапе строительства, так и на этапе эксплуатации распределительного устройства. Учесть влияние всех факторов не представляется возможным, поэтому примем гипотезу о том, что величина зоны определенной напряженности электрического поля является случайной величиной, подчиняющейся нормальному закону распределения (закону Гаусса).

Степень вредного воздействия электрического поля промышленной частоты на организм челове- ка учтена в формуле для определения предельно допустимого времени нахождения человека в зоне действия электрического поля. Так, например, пребывание в электрическом поле напряженностью до 5 кВ/м включительно допускается в течение рабочего дня; допустимое время пребывания в электрическом поле напряженностью от 5 до 20 кВ/м включительно вычисляют по формуле

ТДоП = 50 - 2, ч, (4) Еi где Е - напряженность воздействующего электрического поля в контролируемой зоне, кВ/м;

при напряженности электрического поля от 20 и до 25 кВ/м время пребывания персонала в электрическом поле не должно превышать 10 мин; предельно допустимый уровень напряженности воздействующего электрического поля устанавливается равным 25 кВ/м, пребывание в ЭП с напряженностью более 25 кВ/м без применения средств защиты не допускается.

В качестве коэффициента, учитывающего степень вредного воздействия электрического поля различной напряженности, может быть принято значение функции [6]

R (Д t ) = e "^хдt, (5) где Дt - допустимое время нахождения работника в зоне [Ej; Ej+5[;

Х = Л, (6)

Еj где Е j - среднее значение напряженности электрического поля в зоне [Ej; Ej+5[.

Допустимое время Дt нахождения работника в зоне напряженностью от Ej до Ej+5 , определенное для среднего значения напряженности электрического поля в этой зоне, а также значения коэффициента R (Дt), использованные далее в расчетах, приведены в табл. 3.

Определим вероятности элементов структурной логической модели как нечеткие числа с треугольным заданием функции принадлежности. Примем в качестве Pi среднее значение доли открытого распределительного устройства, занимаемой зоной, в которой напряженность электрического поля лежит в диапазоне от Ej до Ej+5, умноженное на коэффициент R (Дt).

Таблица 3

Значения коэффициента R(Дt)

Зона напряженностью [Ej;Ej+5[, кВ/м	Среднее значение напряженности в зоне Ej, кВ/м	Допустимое время Д1 (ч) нахождения работника в зоне	Коэффициент R (Д t)
5 - 10	7,5	4,67	0,54
10 - 15	12,5	2,00	0,85
15 - 20	17,5	0,86	0,95
20 - 25	22,5	0,17	0,99
>25	—	0	1

Таблица 4

Результаты расчета

Элемент модели Хi	Вероятность Рi элемента до реконструкции	Вероятность Рi элемента после реконструкции
Х1	0,13	0,13
Х2	0,0516	0,0694
Х3	0,0448	0,0604
Х4	0,0212	0,0300
Х5	0,0070	0,0114
Х6	0,0004	0,0006
Х7	0,85	0,85
P(F)	0,00595	0,00811

Значения вероятностей элементов логической модели оценки возможности неблагоприятного воздействия электрического поля на работника приведены в табл. 4.

Вероятность конечного события в логической модели (рис. 3) рассчитывается с использованием теорем умножения вероятностей для последовательно соединенных элементов и теорем сложения вероятностей для элементов, включенных в модель параллельно.

Применяя правила редукции для каждой пары параллельно соединенных элементов, получаем формулу для вычисления вероятности неблагоприятного воздействия электрического поля на работника, применимую к модели (см. рис. 3):

P(F) - P1 (1 - (1 - P2 )(1 - P2 P3 )(1 - P2 P3 P4) x

x(1 - P2P3 P4P5 )(1 - P2 P3 P4P5P6))P7. (7)

Значения вероятностей элементов логической модели оценки возможности неблагоприятного воздействия электрического поля на работника и результаты расчета приведены в табл. 4.

Вероятность повреждения здоровья до реконструкции подстанции составляла P(F)=5,95∙10^–3, а после проведения реконструкции подстанции вероятность повреждения здоровья составила P(F)=8,11∙10^–3.

Выводы

• 1.    После реконструкции подстанции произошло увеличение размера зон, в которых напряженность электрического поля превышает 5 кВ/м (от 17,81 % до 24,32 % территории открытого распределительного устройства). Существенно, более чем на 60 %, увеличилась площадь зоны, в которой напряженность поля составляет от 20 до 25 кВ/м, а также на 50 % увеличилась площадь зоны, в которой напряженность электрического поля превышает 25 кВ/м. Прирост прочих зон составил от 34 до 35 % для зон напряженностью 5 … 10 и 10 ^ 15 кВ/м и до 41 % - для зоны напряженностью 15 … 20 кВ/м. Таким образом, в результате реконструкции ОРУ 500 кВ произошло увеличение зоны влияния электрического поля (той зоны, в которой напряженность электрического поля превышает 5 кВ/м) с преимущественным увеличе-

• нием зон высокой интенсивности поля, в том числе зоны, в которой не допускается выполнение работ без средств индивидуальной защиты. Учитывая относительно небольшую наполненность территории открытого распределительного устройства оборудованием доля, зоны влияния электрического поля остается меньшей, чем в среднем на подстанциях предприятия магистральных электрических полей.

• 2.    Выполненные расчеты позволяют сделать вывод о некотором (на 36 %) увеличении риска повреждения здоровья персонала после проведения реконструкции подстанции.