bezopasnost_zhiznedeyatelnosti_uchebnik_bezopasnost_truda_na_zheleznodorozhnom_transporte_2014

Введем обозначения:

l — длина цепи, подверженной влиянию;

С2, G2, γ2 — соответственно емкость, Ф·м–1, проводимость,

См·м–1 и коэффициент распространения цепи, подверженной влиянию, м–1;

Z12 = ωM12 = R12 + jωL12 — сопротивление магнитной связи

между цепями 1 и 2, Ом·м–1; М12 — взаимная индуктивность между цепями, Г·м–1;

R12 — активная составляющая магнитной связи, Ом·м–1; ωL12 — реактивная составляющая магнитной связи, Ом·м–1;

Y12 = G12+jωС12 — проводимость электрической связи, См·м–1; G12 — активная составляющая электрической связи, См·м–1; ωС12 — емкостная проводимость между цепями, См·м–1.

Найдем распределение напряжений в изолированной по концам подверженной влиянию цепи при магнитном влиянии.

В начале цепи, т.е. при X = 0

U

(0) =

I1Z12

shγ

l

=

I1Z12

thγ

l

;

2м

l

12 2

γ2

2

γ

2chγ2 2

в середине цепи, т.е. при X = l/2

l

U 2м

= 0;

2

в конце цени, т.е. при X = l

U

(l ) = −

I2Z12

thλ

l

.

2м

2 2

γ

2

Из этих уравнений следует, что в изолированной по концам и находящейся на всем протяжении в однородном внешнем магнитном поле цепи индуктированное напряжение относительно земли распределяется таким образом, что в середине цепи оно равно нулю, а по концам цепи эти напряжения одинаковы по величине, но

вкаждый данный момент противоположны по знаку.

Сувеличением аргумента гиперболический тангенс, изменяясь волнообразно, стремится к единице, поэтому по мере увеличения

271

длины или коэффициента распространения подверженной влиянию цепи индуктированное напряжение будет уменьшаться. При малых

l

значениях аргумента, когда γ2

<<1, т.е. на линиях короткой дли-

2

ны или при малых коэффициентах распространения,

thγ

l

≈ λ

l

.

2 2

2 2

В этом случае

(0) =

1

(l ) = −

1

U

I

Z

l;

U

I

Z

l.

2

2

2м

2

12

2м

1

12

Разность потенциалов, индуктированных между концами,

U

(l ) = −U

(0) = −I Z

l = E

2м

2м

1

12

называется продольной электродвижущей силой.

Напряжение по отношению к земле на концах цепи равно E/2.

Потенциальная характеристика незаземленной цепи, подверженной влиянию

Как подтверждают расчеты и практика, прикосновение к незаземленному отключенному контактному проводу при протекании токов в смежной контактной сети в результате магнитного влияния представляет опасность поражения. Не меньшую опасность поражения представляет прикосновение к отключенному контактному проводу с заземлением, удаленным на значительное расстояние от места прикосновения.

При заземлении подверженной влиянию цепи в одной точке распределение потенциалов будет изменяться по линейному закону с прежним наклоном, но точка с нулевым потенциалом сместится в место заземления.

Если заземлений будет несколько, распределение потенциалов также будет изменяться по линейному закону и также с прежним наклоном, но положение точки с нулевым потенциалом Х0 определяется по формуле

272

				n
				∑ li
	X		=	2		Ri .
		0
				n
						1
				∑
			1			Ri

Потенциальная характеристика цепи, заземленной в нескольких местах, приведена на рис. 6.12.

Опасность прикосновения к проводу, на котором наводится продольная электродвижущая сила, оценивается током Iч, проходящим через человека, или напряжением прикосновения Uпр = Iч Rч .

Рис. 6.12. Потенциальная характеристика цепи, заземленной в нескольких точках

Прикосновение к незаземленному проводу можно рассматривать как заземление его через сопротивление тела человека Rh. При этом пренебрегаем активной проводимостью проводов из-за ее малости, а также представим распределенные емкостные сопротивления провода относительно земли в виде двух одинаковых сопротивлений, сосредоточенных на его концах, Хсн и Хск:

	X сн = X ск =	2	.
		ωC2l

Как видно, наиболее безопасной точкой прикосновения будет точка нулевого потенциала, находящаяся в данном случае посередине провода.

Найдем распределение напряжений в изолированной цепи при электрическом влиянии. Напряжение в этом случае не зависит от координаты X и равно влияющему напряжению, умноженному на отношение взаимной проводимости к собственной проводимости цепи

U	=U	Y12		.
2э	1 Y		2

273

Так как в рассматриваемом случае электрическому влиянию подвержены только воздушные линии, для которых G12 << ωС12 и G2 << ωС2, то

U	=U	C12		.
2э	1 C		2

При эксплуатации электроподвижного состава наиболее вероятны случаи прикосновения к незаземленным проводникам («опущенные токоприемники — шина») при работах на крыше и в высоковольтной камере. Ток через тело человека, обусловленный электрическим влиянием, определим путем расчета переходного процесса в цепи с распределительными параметрами при ненулевых начальных условиях с использованием известного метода сведения к нулевым условиям. На рис. 6.13 показана схема замещения такой линии с элементами индуктивности Ldx, активного сопротивления Rdx и емкости Cdx, где dx — элементарная длина влияющей линии. При определении тока будем учитывать сопротивление тела человека Rч и сопротивление обуви Rоб.

Рис. 6.13. Схема замещения к расчету токов, обусловленных электрическим влиянием:

С12 — емкость «контактная сеть—проводник на крыше»; С2 — емкость «проводник — крыша»; С3 — емкость «человек — корпус электровоза»

В общем случае операторное выражение тока, проходящего через тело человека, будет иметь вид

274

	I ч (P ) =	U (P )	.
		Rч + Z (P )

Определяя операторное выражение напряжения между «проводником и корпусом электровоза» U(P) до момента касания, операторное выражение входного сопротивления активного двухполюсника относительно тела человека Z(P) и используя предельную теорему операционного исчисления, найдем максимальное значение тока (при t = 0), протекающего через тело человека

I= С12 U max sin Ψи .

чmax С2 Rч

Очевидно, максимальное значение тока зависит от начальной фазы источника ψи, с амплитудой Umax. Для нахождения мгновенных значений тока iч необходимо знать емкости С12, С2 и С3. Емкости С12 и С2 можно оценить по известным геометрическим размерам, используя расчетные формулы. Так, например, для продольной токоведущей шины электровоза ВЛ60 получено С12 = 120·10–12 Ф; С2 = 300·10–12 Ф. Труднее получить приближенную оценку емкости тела человека С3 относительно крыши электровоза и стенок высоковольтной камеры. Для случая нахождения человека на крыше можно заменить геометрическую форму тела человека эквивалентным цилиндром и найти С3 = 60·10–12 Ф. Для приближенного определения емкости тела человека относительно стен высоковольтной камеры тело человека и высоковольтную камеру лучше представить в виде сфер. При такой замене емкость при нахождении человека в высоковольтной камере С3 = 40·10–12Ф. В качестве исходных данных для расчета примем Rч = 6·103 Ом и Rоб = 104 Ом.

Результаты расчетов при различных значениях начальной фазы напряжения представлены в виде графиков на рис. 6.14.

Как видно из графиков, максимальный ток, обусловленный электрическим влиянием и протекающий через тело человека при касании к незаземленному электрооборудованию, может превышать 600 мА. При этом, убывая по экспоненциальному закону, ток достигает значения 50 мА за время, приблизительно равное 0,2 мкс. Такой характер воздействия тока не приводит к поражению с летальным исходом. Однако прикосновение к незаземленной токоведущей шине электровоза и соединенным с ней устройствам опасно,

275

Рис. 6.14. Изменение тока, проходящего через тело человека при прикосновении к незаземленному оборудованию:

на крыше; — — — в высоковольтной камере

так как непроизвольные сокращения мышц и рефлекторные движения человека, вызванные токами переходного процесса, могут привести к потере равновесия и падению с крыши, а в стесненных габаритах высоковольтной камеры — к механическим травмам.

6.9.3. Потенциалы «корпус ЭПС—земля»

Электрические железные дороги являются электрическими системами, в которых обратный ток возвращается частично по рельсам и частично по земле. На перегоне между двумя тяговыми подстанциями ток в рельсах будет максимальным в местах соприкосновения колес электроподвижного состава (ЭПС) с рельсами и около тяговых подстанций и минимальным между ЭПС и тяговой подстанцией.

Соответственно изменяются и токи в земле: в местах, расположенных около тяговых подстанций или около ЭПС, они будут максимальными. В реальных условиях в зависимости от расположения движущихся электроподвижных составов на участке могут

276

изменяться как значение, так и направление токов в земле. Протекая в земле, токи электротяги создают в различных точках земли различные потенциалы.

Доля тока, стекающего с рельсов в землю, а следовательно, и разность потенциалов в зоне растекания, будут зависеть от ряда факторов, среди которых следует отметить:

1)продольное сопротивление рельсовой цепи;

2)переходное сопротивление между рельсами и землей;

3)расстояние между тяговой подстанцией и ЭПС, потребляю-

щим ток.

Падение напряжения в какой-либо зоне X можно определить как

произведение тока ix и переходного сопротивления между рельсами и землей ∆υЦ:

U(p−з)x = ix ∆υц.

Очевидно, что падение напряжения, а в данном случае максимальный потенциал рельсов и соответственно электроподвижного состава, будет тем больше, чем больше ток, протекающий в землю, ix. От токов электротяги ток ix незначителен и потенциалы рельсов и корпуса ЭПС не представляют реальной опасности поражения электрическим током.

При стекании больших токов короткого замыкания (значения могут достигать нескольких кА) в ограниченной зоне ток ix может быть большим, и поэтому следует считаться с опасностью поражения в экстремальных режимах.

Реальная опасность поражения электрическим током от потенциалов «корпус ЭПС — земля» может возникнуть, например, при подъеме локомотивной бригады на электроподвижной состав, при осмотре экипажной части и т.п. в момент короткого замыкания на ЭПС или в устройствах энергоснабжения вблизи ЭПС. Для приближенной оценки тока, проходящего через тело человека, от потенциалов «корпус ЭПС — земля» примем расчетный режим короткого замыкания на однопутном участке с двусторонним питанием с установленной мощностью 63 МВА.

Максимальные потенциалы «корпус ЭПС—земля» достигают значений 2,2 кВ.

Известно, что электробезопасность персонала при касании к корпусу подвижного состава будет обеспечена, если соблюдается неравенство

277

U(p−з)αпр ≤ iч Rч + iч (1,5ρ + Rоб ),

где iч — допустимое нижнее пороговое значение тока фибрилляции. Для длительности воздействия 0,1 с оно может быть принято равным 500 мА;

ρ — удельное сопротивление грунта под ногами человека, касающегося подвижного состава, 1,5ρ ≈ 0,7 кОм;

αпр — коэффициент прикосновения к подвижному составу (рельсам). Его величина может быть принята равной 0,9.

Принимая для приближенной оценки опасности поражения сопротивление тела человека Rч = 1 кОм и не учитывая сопротивление обуви, т.е. Rоб = 0, получим

i= 2,2 0,9 =1,1 A.

ч1+ 0,7

Следовательно, приближенная оценка показывает, что возможный ток, проходящий через тело человека, при касании к корпусу подвижного состава более чем в два раза превышает допустимый.

6.9.4. Токи разряда от батарей конденсаторов

Применение на ЭПС тиристорных выпрямителей, инверторных установок, конденсаторного пуска асинхронных двигателей и т.п. предполагает широкое внедрение конденсаторов различных емкостей, и, следовательно, появление опасности поражения остаточными зарядами. При касании токоведущих частей заряженного конденсатора ток, проходящий через человека, будет определяться известным выражением

du

1

t

U

co

t

i

=C

c

=CU

−

exp

−

= −

exp

−

.

ч

dt

co

R C

R C

R

ч

τ

ч

ч

Учитывая, что на ЭПС применяются конденсаторные батареи емкостью С = 500 мкФ, с номинальным напряжением Uco до 3 кВ, ток в момент касания будет достигать it=0 ≈ 3 А. Длительность воздействия тока будет равна времени разряда батареи конденсаторов t = (3—5)τ. Для принятых значений ток через тело человека спустя время t = 1,5 c будет составлять примерно 150 мА. Действие токов такой величины и продолжительности, вне сомнения, вызовет поражение с летальным исходом.

278

Глава 7. БЕЗОПАСНОСТЬ ТРУДА ЛОКОМОТИВНЫХ БРИГАД

7.1. Условия труда локомотивных бригад

Для работы локомотивных бригад характерны неритмичное чередование смен в дневное и ночное время, начало и окончание работы в различное время суток, вынужденный отдых в пункте оборота бригад вдали от дома, неритмичный режим труда и отдыха, в ряде случаев сверхурочные работы, повышенная ответственность за безопасность движения. Кроме того, на машиниста специфически воздействуют монотонные раздражители — низкочастотный шум, общая и местная вибрация на рабочем месте, мелькание шпал, контактной сети, опорных столбов при высоких скоростях движения поездов в условиях строгого соблюдения графика.

Особенностью труда машиниста современного локомотива является также малоподвижная рабочая поза, значительное нервное напряжение, постоянная готовность к экстренному действию, напряжение внимания и памяти, объективная необходимость сопротивления монотонно действующим факторам.

Машинист как «человеческое звено» в системе управления локомотивом постоянно обрабатывает информацию, поступающую как из внешней среды, так и от самого объекта управления, и реализует ее в управляющих действиях. Он выступает в качестве оператора весьма сложной технической системы. В его деятельности можно выделить два основных последовательных этапа: подготовку локомотива к поездке и саму поездную работу. В подготовку локомотива входит непосредственный осмотр во время приемки в депо. Поездная работа машиниста предъявляет высокие требования к работоспособности различных анализаторных систем организма. Это прежде всего относится к функции зрительного, двигательного и слухового анализаторов. Из-за малого резерва времени для выполнения управляющих действий, что связано с высокими скоростями

279

движения и объективными ограничениями тормозного пути, машинист должен в этот чрезвычайно малый отрезок времен не только воспринять соответствующий сигнал, но правильно осмыслить его, принять соответствующее решение и реализовать его в виде необходимого двигательного акта. Поэтому особую значимость приобретает работа зрительного анализатора.

Объектом основного внимания машиниста является путь. Машинист в процессе поездной работы непрерывно воспринимает осведомительную информацию о состоянии пути, напольных сигналов, околодорожного пространства, движущихся объектов, имеющих определенное значение для безопасности движения (пешеходы, транспорт на переездах и т.д.).

Объем осведомительной информации такого рода достаточно велик. Число сигнальных раздражителей, действующих на машиниста в течение рейса, составляет 8—10 тыс., из которых лишь 10 % оказываются производственно важными (светофоры, переезды, ограничители скорости, указатели профиля пути и т.д.). Остальные, как правило, не являясь производственно важными, в любой момент могут стать ими. Это означает, что даже при «умеренных» для современного железнодорожного транспорта скоростях машинист в течение каждой минуты в среднем воспринимает до 20 сигнальных раздражителей. Необходимо учесть, что на ряде железных дорог России скорость движения на отдельных участках весьма высока.

Анализ рабочего места кабины машиниста локомотива и его оперативной деятельности показал, что движения для управления локомотивом не являются сложными и характеризуются минимальными мышечными усилиями. В обычных условиях действия по управлению локомотивом, как правило, состоят из нескольких комбинаций ограниченного числа стандартных двигательных элементов, не требуют высокой скорости, точности дозировки и значительного физического усилия. Их выполнение не требует специальной психомоторной одаренности.

Мыслительная деятельность в условиях нормально протекающего рейса на хорошо знакомом участке дороги квалифицируется как не очень напряженная, так как не связана с формированием новых творческих решений и обычно ограничивается лишь выбором одного из небольшого числа хорошо знакомых решений. Важной чертой высокого уровня работоспособности и бдительности явля-

280