книги из ГПНТБ / Электробезопасность на горнорудных предприятиях сборник материалов Республиканской научно-технической конференции

способ модуляции импульсов широтно-частотный [1]. Из извест­ ных в настоящее время систем управления самой близкой и тре­ буемой характеристики регулирования обладает управляемый мультивибратор [3, 4]. Между тем в результате изменения пита­ ющего напряжения, старения транзисторов и воздействия других факторов (температуры, влажности, наводок и т. д.) невозможно обеспечить стабильность частоты колебаний и, в особенности, симметричность импульсов плеч релаксатора. Все это приводит к снижению надежности системы регулирования. Особенно неже­ лательным фактором является несимметричность импульсов плеч релаксатора для тиристорных схем с двумя параллельными вет­ вями двигателей, так как в этом случае происходит неравномер­ ная загрузка параллельных цепей. Перечисленные выше недо­ статки и низкая помехоустойчивость накладывают ограничения на применение управляемых мультивибраторов, как основных органов систем управления и выдвигают задачу отыскания более рациональной системы управления тиристорными коммутатора­ ми. Более высокими показателями и значительной помехозащи­ щенностью обладают дискретные системы управления [2, 5]. Такая система для разработанной тиристорно.-импульсной сило­ вой схемы собрана из логических элементов «Логика-Т». Испы­ тания показали, что такая система управления является наибо­ лее благоприятной для карьерных электровозов.

Проведенная модернизация электровозов EL-3 привела к существенному снижению доли участия электровозных бригад в текущем содержании электровозов. Деятельность электровозной бригады, в основном, сведена к выбору режима ведения состава и обеспечению безопасности движения. Помощник машиниста в этом случае дублирует действия машиниста по наблюдению за сигналами и состоянием пути. Поэтому модернизация электрово­ за EL-3, после выполнения которой полностью передается теку­ щее содержание электровоза обслуживающему и ремонтному персоналу, позволяет перейти к управлению электровозом в одно лицо.

Переход на управление электровозом с одним лицом являет­ ся весьма эффективным средством повышения производительнос­ ти труда. Этот метод стал преимущественным на железных до­ рогах Австрии, ФРГ, Швейцарии и находит распространёние на некоторых дорогах СССР [6 ].

Для обеспечения возможности работы бригады в одно лицо схема управления электровозом оборудована рядом блоки­ ровок, датчиков и обратных связей по току и скорости, что зна­ чительно облегчает управление электровозом и дает возможность машинисту сосредоточить внимание на процессе ведения поезда. Кроме того, для контроля за состоянием машиниста и способ­ ностью его к ведению поезда на электровозе установлено устрой­ ство безопасности. Схема такого устройства приведена на рис. 2. В тех случаях, когда машинист в течение 15 с. не совершает

50

5. В о л о т к о в с к и й С. А., К и г с л ь Г. А., Л и тв и н е к и й Л. Б.,

цом. Труды ЦНИИ МПС. Вып. № 386, «Транспорт»», 1969, с. 213—219.

КВОПРОСУ О ПРЕДЕЛЬНО БЕЗОПАСНЫХ ЗНАЧЕНИЯХ ТОКА

ИНАПРЯЖЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННОЙ ЧАСТОТЫ

В. И. ШУЦКИИ, Ю. Г. БАЦЕЖЕВ, Э. В. КАЛИНИН (Московский горный институт)

В связи с современной оценкой безопасных напряжений, ма­ териал исследований, проведенных в МГИ, позволяет выступить с гипотезой о критических значениях предельно безопасного напряжения прикосновения и длительно допустимого тока через тело человека.

Рекомендации допустимых (или безопасных) напряжений прикосновения для разных стран являются различными. Тем самым, единая точка зрения в вопросе о критериях электробезо­ пасности отсутствует,. что распространимо на нормативные уста­ новки и препятствует разработке и внедрению совершенных средств защиты от поражения электрическим током.

Представление полученных в исследованиях МГИ на людях зависимостей ср = / (U),C — / ( U) и ср —/(Л в виде нелинейных функций основывалось на результатах корреляционного анализа, который производился для функций второго порядка.

Однако с точки зрения инженерного расчета предпочтитель­ нее иметь дело с линейными зависимостями, так как последние позволяют более просто и значительно быстрее определять тре­ буемые параметры. Отсюда вытекает первая предпосылка гипо­ тезы: в случае приемлемого представления зави сим остей ^/)^, С—f(U) и ср = /(/) в виде линейных функций будем считать, что последние — справедливы.

Вторая предпосылка гипотезы заключается в допущении экст­ раполяции применительно к линейным функциям ср=/("£/) C=f(U) и ф = /(/). Предположим, что такая экстраполяция — возможна. Тогда метод экстраполяции значений за пределами интерполя­ ционных интервалов позволит ориентировочно, приближенно оп­ ределить значения предельно безопасных напряжений и токов. В качестве последних можно считать те, при которых происходит пробой кожи, т. е. величины ср и С принимают значения, весьма близкие (гипотетически равные) нулю. Последнее суждение представляется справедливым, так как после пробоя кожного покрова организм ведет себя в качестве элемента электрической цепи как чисто активное сопротивление, что обычно и принима­ ется в расчетах на электробезопасность.

52

Тем самым гипотеза Сводится к представлению зависимостей

9 = /(£ /), C = f ( U ) и ? = /(/) в виде линейных функций и даль­ нейшему применению метода экстраполяции для ориентировоч­ ной оценки величин предельно безопасных напряжений и токов,

анализ экспериментальных данных применительно к закону ли­ нейной зависимости.

Уравнение регрессии зависимости <р—f(U) с учетом данных эксперимента имеет вид: а) для минимальных значений величин угла сдвига фаз и напряжения:

ср= 30,9—1,05/У.

Графическое представление данной зависимости — прямая 2

на рис. 1 .

б) Для максимальных значений величин угла сдвига фаз и напряжения:

<Р= 35—1,4 U.

Графическое представление данной зависимости — прямая 1 на рис. 1 .

По аналогии были определены параметры уравнений линей­ ных зависимостей C—f(U) для сгруппированных пар значений емкости и напряжения.

Корреляционные уравнения определились:

а) для минимальных значений С=0,825—0,0137 U

53

(г= - б , 8 6 )

б) для максимальных значений

С= 1,42—0,0478 U

(г = —0,93)

Всоответствии с полученными уравнениями, на рис. 1 гра­

сдвига фаз для всех испытуемых равен нулю в интервале напря­ жений 25-7-29 В, что соответствует заштрихованной зоне, опреде­ ляемой пересечением оси напряжений семейством зависимостей /(£ /)для всех испытуемых. Средневзвешенное значение нап­ ряжения, при котором угол сдвига фаз достигает своего нулевого

ряжения, при котором емкость достигает своего нулевого значе­ ния, определяется величиной порядка 45 В.

В связи с тем, что величина угла сдвига фаз <р, свидетельст­ вующая о наличии емкостной составляющей полного сопротивле­ ния тела человека, достигает своего нулевого значения, по сравнению с величиной емкости, в зоне более низких напряже­ ний, есть прямой смысл в определении усредненной величины критического напряжения по экстремальным значениям: по ми­ нимуму аргумента функции <р= /(£ /) и по максимуму аргумента функции C— f{ U). Последнее приводит к результату:

U кр= 25+60 а; 42,5 В.

54

Таким образом, полученный результат позволяет высказать мнение, что при напряжении порядка 42,5 В следует ожидать являения пробоя кожного покрова ладоней рук и как следствие, разряда емкости тела человека.

Экстраполирование прямых I" и 2" (рис. 1) в зону более высоких значений токов приводит к ре3|ультату: угол сдвига фаз для всех испытуемых равен нулю в интервале токов 8 ,6 ч- ЮмА, что соответствует заштрихованной зоне, определяемой пересечением оси токов семейством зависимостей ? = /(/) для всех испытуемых. Средневзвешенное значение тока, при котором угол сдвига фаз" достигает своего нулевого значения, определя­ ется величиной порядка 9,3 мА.

Таким образом, рассмотрение материалов изложенной гипоте­ зы позволяет заключить, что существующий норматив в СССР

предельно безопасного напряжения — 40 В получает в результа­ те данной работы известное научное обоснование, применимое к условиям горнодобывающих предприятий.

Одновременно с этим, результаты выполненного исследова­ ния позволяют уточнить рекомендации предельных величин длительно допустимого тока. Вышеприведенный материал за­ ставляет снизить диапазон предельных значений длительно допустимого тока до 8 —10 мА ,так как согласно высказанной гипотезе, при этих величинах можно ожидать частичного пробоя кожных покровов, после чего организм поведет себя как чисто активное сопротивление с интенсивным нарастанием величины поражающего тока в зависимости от воздействующего напря­ жения.

В соответствии с данными двух изложенных гипотез, в диа­ пазоне безопасных напряжений расчетная величина электричес­ кого сопротивления тела человека может быть принята равной

4,5 кОм.

,ВЛИЯНИЕ ЧАСТОТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА

НА УСЛОВИЯ ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТИ

В. И. ЩУЦКИЙ, Н. П. КОРЕНЕВ (Московский горный институт)

Для оценки величины электрического сопротивления тела че­ ловека, установления верхних безопасных значений тока и напряжения и выявления сравнительных характеристик раздра­ жающей способности токов различного рода и частоты, с целью разработки защитных мероприятий от поражения человека элек­ трическим током, выполнены специальные экспериментальные исследования (более 2800 опытов на 600 чел.).

Электрическое сопротивление человека является одним из основных параметров, характеризующих -защитоспособные свой­ ства организма.

55

Полученные Экспериментальные зависимости сопротивлений тела человека от напряжения, соответствующего наиболее веро­ ятному и неблагоприятному случаю прикосновения — полный обхват токоведущей части ладонью руки по пути тока рука-рука, при различных частотах (рис. 1 ), показывают, что с ростом нап­ ряжения полное сопротивление тела человека уменьшается, причем, это уменьшение происходит более интенсивно при низких

Рис. 1. Зависимость электрического сопротивления тела человека от нап­ ряжения прикосновения:

1 — постоянный ток; 2 — выпрямленный пульсирующий ток; 3> — пере­

испытательных напряжениях. По кривым видно, что как с рос­ том частоты тока, так и с ростом напряжения сопротивление уменьшается до одной и той же величины. При этом установ­ лено, что колебания сопротивления людей уменьшается, а при высоких частотах и напряжениях сопротивление примерно у всех одинаково, т. е. можно считать, что фактор физиологических и биологических различий людей сводится на нет, что позволяет распространить экспериментальные данные о сопротивлении те­ ла человека на более высокие уровни напряжений.

Исследования показали, что сопротивление уменьшается с ростом частоты тока в диапазоне 504-6000 Гц, а при 6000-1- 9000 Гц — остается примерно одинаковым. Однако, такая зако­ номерность не сохраняется при частотах от 9000 до 15000 Гц, здесь сопротивление увеличивается. Это явление можно объяс­ нить тем, что при частотах свыше 9000 Гц в силу вступает ло-

5G

верхностный эффект, в результате чего наблюдается рост coftротивления, хотя и незначительный. При этих частотах эффект вытеснения тока обнаруживается и тепловым действием. Воз­ можно, что значительное вытеснение тока имеет место и при бо­ лее низких частотах, но это не отражается на величине полного сопротивления, так как в этом случае действует другая и более существенная причина, а именно: сопротивление уменьшается с ростом частоты тока от 50 до 6000 Гц за счет изменения сопро­ тивления емкостной составляющей.

Таким образом, защитоспособные свойства человеческого ор­ ганизма с ростом напряжения ослабевают, и электрическое сопротивление людей становится примерно одинаковым при достаточно высоких напряжениях и токах, которые опасны для здоровья и жизни человека. Защитные же мероприятия должны строиться исходя из таких значений токов и напряжений, кото­ рые не вызывают еще каких-либо опасных сдвигов в организме.

В результате выполненного эксперимента установлены верх­ ние пределы допустимых токов и напряжений (см. таблицу), которые рекомендуется использовать в качестве нормативных при разработке и реализации мероприятий электробезопасности.

57

За последнее время возрос практический интерес к вопросу о сравнительной опасности токов различного рода и частоты, поскольку решение этого вопроса является исходным этапом в определении характера и объема защитных мероприятий.

В результате изучения физиологических реакций человека на электрическое раздражение токов различного рода и частоты построены кривые роста опасности электрических токов в зави­ симости от напряжения прикосновения (рис. 2). Опасность при заданной величине напряжения для данного вида тока, опреде­ ляемая ординатой, выражается в условных единицах. За условную единицу опасности принята опасность при пороговой реакции

организма человека. Количественная оценка сравнительной опасности двух данных видов тока при заданных величинах напряжения определяется отношением опасностей, выраженных в условных единицах. Например, чтобы установить, во сколько раз ток с частотой 200 Гц при напряжении 120 Б опаснее тока с частотой 3000 Гц при напряжении 220 В, находим соответствен­ но ординаты 21 и 11 уел. ед. Отношение этих величин показы­ вает, что ток с частотой 200 Гц при напряжении 120 В опаснее тока 3000 Гц с напряжением 220 вольт в 1,9 раза.

58

Кривые показывают, что с ростом напряжения Опасность воз­ действия тока увеличивается неодинаково: более интенсивно увеличивается опасность при частотах ниже 1000 Гц. Это объясняется большей скоростью-уменьшения сопротивления от напряжения при этих частотах, что сопровождается стремитель­ ным ростом тока. Токи с частотами выше 1000 Гц обладают меньшей физиологической активностью, и при этих частотах сопротивление уменьшается с меньшей скоростью от напря­ жения.

Известно, что примерно 30% смертельных электротравм при­ ходится на напряжение 127 В и ниже. Очевидно, что при приме­ нении токов повышенных частот (до 1 0 0 0 Гц) вероятность смер­ тельных поражений на этих напряжениях увеличится, поскольку при одинаковых напряжениях в диапазоне значений до 1 2 0 — 140 В величина тока, протекающего через человека, всегда будет больше величины тока при 50 Гц. Исходя из этого, жесткость требований к защитным мероприятиям при эксплуатации элек­ трооборудования с повышенными частотами тока должна быть больше, чем при частоте 50 Гц.

Выводы

1.С увеличением напряжения прикосновения защитоспособ­ ные свойства человеческого организма ослабевают при всех исследованных видах тока.

2.С ростом, частоты тока в диапазоне от 50 до 6000—9000 Гц полное сопротивление тела человека уменьшается, причем это уменьшение происходит более интенсивно при низких испыта­ тельных напряжениях за счет изменения емкостной составля­ ющей.

3.При возрастании частоты тока и испытательного напряже­ ния пределы колебаний величины полного сопротивления тела человека становятся настолько узкими, что можно считать: при частотах порядка 6000—9000 Гц с достаточно высоким напряже­ нием прикосновения сопротивление тела людей—примерно оди­

наковым.

4.С ростом частоты тока в диапазоне 9-И5 кГц полное сопро­ тивление тела человека увеличивается, что объясняется влияни­ ем поверхностного эффекта.

5.Мероприятия по защите людей от воздействия электричес­ кого тока должны проводиться с учетом различия допустимых значений токов и напряжений для человека при различных родах

ичастотах тока.

6 . Электрические параметры организма человека как объекта защиты должны оцениваться рядом характеристик и поясняю­ щих данных. Оценка параметров без наличия поясняющих данных и указания сопутствующих факторов снижает практи­ ческую ценность рекомендаций по электробезопасности.

59