Белинский Станислав Олегович ПОВЫШЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ ТРУДА ПЕРСОНАЛА ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ НИЗКОЧАСТОТНЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ Возможные специальности – «Охрана труда (электроэнергетика)» – «Охрана труда (транспорт)» – «Подвижной состав, тяга поездов и электрификация» Научный консультант – доктор технических наук, профессор Кузнецов К.Б.

2 План доклада 1.Рассматриваемая проблема, область исследования. 2.Обзор существующих исследований и постановка задач исследования. 3. Анализ основных параметров электромагнитных полей (ЭМП), воздействующих на персонал. 4. Методика оценки профессионального риска при воздействии ЭМП на персонал. 5. Разработка критериев оценки степени повреждения здоровья работников. 6. Способы, технические средства защиты и контроля параметров ЭМП. 7. Заключение

1. Рассматриваемая научно-техническая проблема: Влияние ЭМП низкочастотного диапазона (от 0 до 10 кГц) на персонал, находящийся вблизи электроустановок железнодорожного транспорта, с целью защиты его здоровья от вредного воздействия. Цель работы – повышение безопасности труда персонала путем создания методологии оценки профессионального риска воздействия ЭМП и разработки мероприятий и средств по его снижению. Идея работы – исследование одновременного (сочетанного) воздействия электрической и магнитной составляющих ЭМП широкого спектра частот и осуществление защиты работников от его вредного воздействия с помощью технических устройств. 3

Объект исследования Условия труда на рабочих местах персонала железнодорожного транспорта. 4 Предмет исследования Электрические и магнитные поля широкого спектра частот до 10 кГц, создаваемые электроустановками тягового электроснабжения, как вредные производственные факторы и защита от них.

Существующие проблемы 1. Риск повреждения здоровья на рабочих местах персонала вблизи электроустановок, являющихся источником ЭМП широкого спектра частот; 2. Методика оценки профессионального риска с учетом экспозиции воздействия ЭМП широкого спектра частот 3. Предельно-допустимые уровни электромагнитных полей с частотами более 50 Гц до 10 кГц требуют нормирования. Сочетанное воздействие электрической и магнитной составляющей ЭМП широкого спектра частот; 4. Технические средства защиты от магнитной составляющей ЭМП широкого спектра частот. 5

2. Обзор существующих исследований и постановка задач Научная школа д.т.н., проф. Сидорова А.И. (ЮУрГУ) – исследования ЭМП 50 Гц в электроустановках высокого и сверхвысокого напряжения. Научная школа д.м.н., проф. Григорьева Ю.Г. (ФМБА) – исследования биологического действия ЭМП на организм животных и человека. Научная школа д.т.н. проф. Косарева Б.И. и Косарева А.Б. (МИИТ, ВНИИЖТ) - исследования ЭМП 50 Гц контактной сети и тяговых подстанций переменного тока. Научная школа д.т.н., проф. Кузнецова К.Б. (УрГУПС) – исследования параметров ЭМП вблизи контактной сети и их экранирование. Исследования д.м.н., проф.: Каляда Т.В., Никитина В.Н., Пальцев Ю.П., Походзей Л.В., Рубцова Н.Б., (НИИ Медицины труда РАМН)-разработка и установление ПДУ ЭМП. Монография д.т.н., проф.: Аполлонского (СЗЗТУ) и Горского А.Н. (ПГУПС) – методы расчета электромагнитной обстановки на железнодорожном транспорте. Докт. Дисс.: Довбыш В.Н., Токарский Ю.А., Труханов К.А., Рудаков, М.Л. – теоретические и экспериментальные исследования параметров ЭМП 50 Гц, а также высокочастотных ЭМП (более 30 кГц) и разработка мер по их снижению; За рубежом: W.R. Adey, D. Baris, L. Korpinen, B.Blake Levitt и др. – в основном исследования биологического действия ЭМП на организм человека. По научной специальности – защит докторских диссертаций по исследованию параметров ЭМП и защите от них (в том числе на транспорте) практически нет! 6

Задачи исследований: 1. Анализ основных параметров ЭМП, воздействующих на персонал, вблизи электроустановок: -напряженность электрического поля постоянного тока и промышленной частоты 50 Гц; -индукция магнитного поля постоянного тока и промышленной частоты 50 Гц; -спектральный состав напряженности и индукции в диапазоне до 10 кГц; -экспозиция воздействия. 2. Разработка методики оценки профессионального риска и его расчет при воздействии ЭМП на организм персонала: -при раздельном воздействии электрического и магнитного полей промышленной частоты 50 Гц; -при одновременном (сочетанном) воздействии электрического и магнитного полей; -при воздействии ЭМП широкополосного спектра частот. 7

8 3. Разработка детерминированных и вероятностных критериев оценки степени повреждения здоровья работников при воздействии ЭМП: - оценка суммарной плотности тока в теле человека; - использование пробит-функции. 4. Разработка: - способов защиты; - технических средств защиты; - технических средств контроля.

Сравнительный анализ Российских и зарубежных стандартов и норм вредного воздействия электромагнитного поля на человека Отечественные стандарты и нормы (ГОСТ (1996), СанПиН , СН , СанПиН 2.2.2/ , ПОТ РМ ), регламентирующие требования к допустимым уровням напряженности электрических и магнитных полей на рабочих местах персонала электроустановок, для населения, находятся в определенном противоречии с международными и современными представлениями, особенно по магнитной составляющей и электромагнитному полю широкополосного спектра частот. 9

Фрагмент ввода данных для расчета параметров ЭМП контактной сети 3. Анализ основных параметров ЭМП, воздействующих на персонал 10 - Объект моделирования: электроустановки железнодорожного транспорта и рабочие зоны персонала; - Цель моделирования: получение данных о параметрах ЭМП и их распределении в пространстве; - Инструмент: компьютерная программа EFC-400 PS 2011 Narda Safety Test Solutions (Германия) Исследование параметров ЭМП вблизи электроустановок тягового электроснабжения с помощью компьютерного моделирования

Моделирование распределения напряженности электрического поля промышленной частоты 50 Гц контактной сети переменного тока 25 кВ Оба пути находятся под напряжением Один путь находится под напряжением 11 Сделано также для постоянного поля и индукции магнитного поля

12 Моделирование условий воздействия ЭМП в пространстве Распределение индукции постоянного магнитного поля в рабочих зонах РУ-3,3 кВ Распределение напряженности электрического поля вблизи КС переменного тока

3.2. Теоретический расчет параметров ЭМП для типичных условий воздействия; Напряженность ЭП промышленной частоты 50 Гц двухпутного участка, кВ/м Индукция МП промышленной частоты 50 Гц однопутного участка при токе 1000 А, мкТл 13

Расчет напряженности электрического поля промышленной частоты 50 Гц, кВ/м при пересечении ввода ЛЭП 220 кВ и рабочей перемычки ТП 220 кВ ; ; - потенциальные коэффициенты., Д 1, Д 2 – расстояние между фазами ЛЭП1 и ЛЭП2, м; Н 1, Н 2 – высота подвеса ЛЭП1 и ЛЭП2, м; x, y, z – координаты расчетной точки, м. 14

3.3. Экспериментальная оценка параметров ЭМП на рабочих местах 15 Экспериментальная зависимость напряженности электрического поля 50 Гц (кВ/м) на высоте 1,8 м в рабочей зоне персонала, работающего на путях

Зависимость напряженности магнитного поля 50 Гц на высоте 1,8 м на расстоянии 2 м от оси пути Результаты экспериментальных измерений напряженности магнитного поля 50 Гц в рабочей зоне персонала, работающего на путях под КС напряжением 25 кВ 16

Экспериментальные измерения индукции магнитного поля частотой 50 Гц в РУ 3,3 кВ тяговой подстанции 17 Изменение во времени индукции магнитного поля промышленной частоты под шинным мостом

Сравнение экспериментальных данных с результатами расчета ЭМП 50 Гц Характерные места Результаты расчетаРезультаты инструментального контроля напряженности Е, кВ/мН, А/мЕ max ± 1, кВ/мЕ ср. ± ε 1, кВ/мН max ± 2, А/м Ось пути на высоте 1,8 м1,7 - 2, ,519 ± 0,4182,209 ± 0,394 На расстоянии 2-х метров от оси пути при токе 1000 А: 86,665 ± 13,399 На расстоянии 3-х метров от оси пути на высоте 1,8 м 1,3 - 1, ,936 ± 0,2941,519 ± 0,316 На уровне контактного провода без шунтирующих штанг ,987 ± 3,03819,226 ± 1,191–– На расстоянии 0,5м от оборудования 110 кВ на высоте 1,8 м –– 4,367 ± 0,6951,472 ± 0,161 При токе I max = 500 А: 17,491 ± 2,664 Крайняя фаза ВЛ-110 кВ2 - 2,7–4,367 ± 0,6951,714 ± 0,321 Между разъединителем и выключателем 110 кВ ––5,223 ± 0,8242,235± 0,639 РУ-35 кВ––0,478 ± 0,0760,365 ± 0,168При токе I max = 100 А: 0,876 ± 0,135 На расстоянии 0,5 м от ячеек 10 кВ0,5 - 0, ,496 ± 0,0780,253 ± 0,071При токе I = 1000 А: 47,043 ± 7,456 Ввод 27,5 кВ––3,155 ± 0,5131,528 ± 0,421 При токе I = 1000 А: 159,76 ± 24,364 Под шинами 27,5 кВ ,528 ± 1,0194,029 ± 0,928 18

Спектральная характеристика напряженности электрического поля под шинным мостом тяговой подстанции ЧастотаE max, В/мE min, В/мm E, В/мДисперсия D E, В/м Стандартное отклонение σ E, В/м 50 Гц42,6341,9142,190,0150, Гц49,1142,1844,873,541, Гц16,8612,9214,481,111, Гц7,615,736,770,150, Гц8,896,597,660,150, Гц7,003,425,461,061, Гц9,591,945,485,872, Экспериментальные исследования спектральных характеристик параметров ЭМП

Спектральная характеристика индукции магнитного поля частотой до 1 кГц в РУ- 3,3 кВ при токе тяги 1400 А 20 Экспериментальная зависимость индукции магнитного поля разных частот от тока тяги

21 Спектр индукции магнитного поля под фидером КС на тяговой подстанции, мкТл Спектр индукции магнитного поля вблизи помещения реакторной на тяговой подстанции, мкТл Спектр индукции магнитного поля внутри ячейки 3,3 кВ на тяговой подстанции, мкТл Примеры полученных спектров индукции магнитного поля на тяговой подстанции

Экспозиция воздействия ЭМП Методика оценки профессионального риска при воздействии ЭМП на персонал где i – частота воздействующей гармоники параметра ЭМП.

23 п/п Категория персонала Электрическое поле гармоник Магнитное поле гармоник t ср, час Суммарная экспозиция D кВ/м мкТл за месяц За год 1 Административно- управленческий персонал ЭЧ ?? ? 2 Оперативно – ремонтный персонал тяговой подстанции ?? ? 3 Персонал ремонтно- ревизионного участка ЭЧ ?? ? 4 Персонал контактной сети переменного тока ?? ? 5 Дежурный персонал тяговой подстанции ?? ? 6Монтеры пути ?? ? 7Мастера и бригадиры пути ?? ? 8 Электромонтеры и электромеханики СЦБ ?? ? 9Работники ПТО вагонов ?? ? 10 Машинисты и помощники машинистов ?? ? Суммарная экспозиция воздействия ЭМП спектра частот на персонал ДАННЫЕ ЕСТЬ ДАННЫХ ПОКА НЕТ

m – количество периодов воздействий j-го вредного фактора на рабочем месте, шт.; F ПДУji – допустимый уровень j-го вредного фактора в течение i-го периода воздействия на рабочем месте, кВ/м, А/м и т.д.; – время начала и окончания нахождения работника в зоне действия j-го вредного фактора в течение i-го периода воздействия, час; – продолжительность появления j-го вредного фактора в течение i-го периода воздействия, час; f ji(t) – функция времени фактической величины j-го вредного фактора на рабочем месте в течении i-го периода воздействия, кВ/м, мкТл и т.д.; Интегральный показатель профессионального риска для персонала в течение периода Т 24

Оценка экспозиции воздействия ЭМП в единицах предельно допустимого уровня (ПДУ) где E(f), B(f), P(f) – фактическая напряженность электрического поля, индукция магнитного поля или модуль вектора Пойнтинга как функция частоты f, E ПДУ (f), B ПДУ (f), P ПДУ (f), - ПДУ выбранного параметра ЭМП для установленного времени нахождения в ЭМП, как функция частоты f, f - ширина частотной линии анализатора, регистрирующего E(f), B(f), P(f). 25

, мА/м 2 Суммарные плотности токов в теле человека при воздействии гармоник напряженности электрического поля и индукции магнитного поля Разработка критериев оценки степени повреждения здоровья работников где Е i - напряженность электрического поля i – ой гармоники, кВ/м; В i – индукция магнитного поля i – ой гармоники, мкТл; i – номер гармоники; f i – частота i – ой гармоники, Гц; k i - коэффициент i – ой гармоники, отличающийся для различных тканей, См/Гц·м; σ i – удельная проводимость биологической ткани для i – ой гармоники, См/м; R - радиус объекта, м., мА/м 2 Предельная величина наведенного тока для головы и туловища в диапазоне 4 – 1000 Гц В соответствии с директивой ЕС Directive 2004/40/EC

Воздействие электромагнитных полей и биологические процессы в организме человека Заболевания, связанные с воздействием электромагнитных полей: - функциональные изменения центральной нервной системы; - изменения сердечно-сосудистой системы; - астенический, астеновегетативный, гипоталамический синдром: головная боль, боль в области сердца, повышенная утомляемость, раздражительность, неустойчивость артериального давления. Группа экспертов Состояние здоровья, ранг Wρ Связано ли с воздействием ЭМП, ранг Wρ Хор.Уд.Неуд.ДаДа В какой-то мере Нет Обусловл.д ругим Персонал ЭУ IIIIII0,6969,2/9,2 0,99 IIIIIIIV0,5656,3/9,2 -0,6 Контр. группа IIIIII0,4747,3/9,2IVIIIIII0,5656,3/9,2 Результаты статистического анализа методом ранговой корреляции W – коэффициент конкордации (согласованности) экспертов; ρ - коэффициент ранговой корреляции. 27

Анализ заболеваемости работников железнодорожного транспорта Среднее значение числа обращений с заболеваниями за шестилетний период 28

Вероятностный критерий оценки степени повреждения здоровья персонала где a, b - константы, зависящие от степени воздействия ЭМП; D - экспозиция сочетанного воздействия ЭМП широкого спектра частот. Соотношения между величиной Рr и условной вероятностью повреждения здоровья человека приведено в таблице. Пробит-функция. Условная вероятность повреждения здоровья, % Величина пробит-функции Pr ,672,953,123,253,363,453,523,593,66 103,723,773,823,873,923,964,014,054,084,12 204,164,194,234,264,294,334,364,394,424,45 304,484,504,534,564,594,614,644,674,694,72 404,754,774,804,824,854,874,904,924,954,97 505,005,035,055,085,105,135,155,185,205,23 605,255,285,315,335,365,395,415,445,475,50 705,525,555,585,615,645,675,715,745,775,81 805,845,885,925,955,996,046,086,136,186,23 906,286,346,416,486,556,646,756,887,057,33 997,337,377,417,467,517,587,657,757,888,09 29

Ни один из известных экранирующих костюмов не снижает степень вредного воздействия на человека магнитных полей низкочастотного спектра. Поэтому актуальным является рассмотрение вопроса о применении современных магнитных наноматериалов (тонких нитей из металла с высокой магнитной проницаемостью) для разработки средств индивидуальной защиты. Экранирующий костюм ЭП-4(0) Способы, технические средства защиты и контроля параметров ЭМП Устройство контроля и сигнализации превышения допустимого уровня вредного воздействия ЭМП 1 - блок подключения; 2 - блок контроля и срабатывания; 3 - блок сигнализации; 4, 5, 6 – индикаторы: зеленая, желтая и красная сигнальные лампы; 7 - вторичная обмотка измерительного трансформатора тока; 8 - вторичная обмотка измерительного трансформатора напряжения; 9 – замыкающий блок-контакт реле напряжения КV третьей ступени контроля; 10 - замыкающий блок- контакт реле тока КА1 первой ступени контроля; 11 - размыкающий блок-контакт реле тока КА1 первой ступени контроля;12 - замыкающий блок-контакт реле тока КА2 второй ступени контроля; 13 - размыкающий блок-контакт реле тока КА2 второй ступени контроля; 14 и 15 – источник питания («-» шина и «+» шина собственных нужд самой электроустановки).

31 Установлена необходимость разработки устройства индивидуального учета экспозиции воздействия ЭМП частотой до 10 кГц: - Параметры ЭМП, воздействующие на человека постоянно меняются во времени и пространстве, персонал подвергается непостоянным факторам; - По величине суммарной экспозиции воздействия ЭМП можно будет определять допустимое время нахождения вблизи электроустановок. Установлена необходимость конструктивных изменений расположения оборудования в РУ-3,3 кВ тяговых подстанций Предложения в нормативные документы: - Технический регламент «О безопасности инфраструктуры железнодорожного транспорта», - Национальные стандарты, - Правила устройства электроустановок (ПУЭ), межотраслевые правила по охране труда при эксплуатации электроустановок (ПОТ РМ), - Нормативные документы ОАО «РЖД».

32 Заключение В работе рассматривается исследование влияния ЭМП низкочастотного диапазона на персонал, с целью защиты его здоровья от вредного воздействия, которое включает теоретические положения, совокупность которых позволяет решить проблему повышения безопасности труда. По представленным материалам можно сделать следующие выводы: 1. Получены теоретические и экспериментальные данные о параметрах ЭМП низкочастотного диапазона, которые в ряде случаев превышают существующие нормы. 2. Получены и исследованы спектральные характеристики ЭМП. 3. Разработан подход к методике оценки риска повреждения здоровья персонала, с помощью которой учитывается сочетанное воздействие электрической и магнитной составляющей широкого диапазона частот. 4. Для оценки степени повреждения здоровья персонала предложено использовать суммарную плотность токов в теле человека при воздействии ЭМП, а также использовать метод пробит-анализа. 5. Предложены новые методы и средства защиты: экранирование с помощью современных магнитных материалов, внедрение на рабочих местах стационарных и индивидуальных устройств контроля экспозиции ЭМП и сигнализации, конструктивные изменения в электроустановках.

33 Спасибо за внимание!