On of possible mathematical models explaining process of a defeat of the man by an electrical current is offered. The approximation formula is received with the help of which it is possible to define the reliability of protective switching-of distinguished by standardized level of electrical safety.

Важнейшая проблема современной энергетики – создание безопасных электроустановок, при этом наиболее сложная ее часть – обеспечение безопасности промышленного электрооборудования.

Под безопасностью понимается свойства объекта не допускать ситуаций опасных для людей и окружающей среды [1].

Система электроснабжения угольных шахт включает в себя источники энергии, комплектные распределительные устройства, кабельные сети и потребителей, оснащена всеми необходимыми видами защиты, защитного отключения и защитного заземления. В неповрежденном состоянии такая система безопасна. При каком – либо повреждении или ошибках обслуживающего персонала система может не только прекратить электроснабжение потребителей, но и сама может оказаться весьма опасной. Эта опасность может проявиться при повреждении изоляции электрических цепей, в результате чего возникают токи утечки на землю и короткие замыкания. При этом на корпусах и оболочках электрооборудования могут возникать электрические потенциалы опасные в отношении поражения людей электрическим током (нарушение условий электробезопасности).

Случайное явление, такое как поражение человека электрическим током, взятое как одно конкретное событие предвидеть невозможно. Однако при случайных массовых событиях обычно возникают четкие закономерности, которые можно использовать как для оценки существующего положения, так и для прогнозирования изучаемого явления [2].

На сегодняшний день существуют документы, которые регламентируют вероятность возникновения пожаров и взрывов на технологических участках, однако количественно допустимый уровень обеспечения элекгробезопасности в отраслевых нормативных документах не установлен. Поэтому, за нормируемый уровень электробезопасности, примем величину – вероятность поражения электрическим током одного человека, из числа работающих, в подземных выработках, в течение года [3].

Количественная оценка эффективности действия средств электробезопасности может быть дана по вероятности или интенсивности поражения человека электрическим током.

Поврежденное состояние электрооборудования или кабеля, при котором в окружающей среде появляется опасный электрический источник, будем называть опасным состоянием электрооборудования, а прикосновение к нему человека – опасным состоянием среды. Под опасным состоянием средств защиты будем понимать такие их состояния, когда при случайном повреждении на защищаемом элементе происходит отказ в их срабатывании [4].

Для выяснения опасных факторов, влияющих на степень риска поражения человека электрическим током, все электрооборудование, средства защиты и окружающую среду представим в виде трех групп независимых элементов: – виды электрооборудования; – виды средств защиты; – виды среды.

Индекс l=l..S – номер элемента, в котором произошло замыкание на землю, относится ко всем группам элементов.

Индекс i= 1..6 при группе элементов х означает номер группы электрооборудования (1 – контактный провод; 2 – коммутационные аппараты напряжением до 1000В; 3 - бурильные машины, комбайны, конвейеры; 4 – сварочные аппараты; 5,6 – участковые сети напряжением до и свыше 1000В соответственно).

Индекс j = 1..3 при группе элементов у – это номер средств защиты: 1 – аппараты защиты от утечек тока на землю; 2 – защитное заземление; 3 – индивидуальные средства защиты. Индекс m= 1; 2 при группе элементов z – номер вида среды: 1 – лица без индивидуальных средств защиты; 2 – лица с индивидуальными средствами защиты.

Индекс у = 1..11 во всех трех группах элементов при х, у, z означает номер опасного фактора (опасности), действие которого переводит элемент из безопасного состояния в опасное: 1 — замыкание фазы на землю; 2 – оголены жилы кабеля; 3 – отказ общего заземления; 4 – отказ местного заземления; 5 – отказ в срабатывании общесетевой защиты от утечек тока на землю для сетей напряжением 3 и 6кВ типа АЗО-6; 6 – отказ в срабатывании аппарата от утечек тока на землю для сетей напряжением до 1 кВ (реле утечки); 7 – отказ в срабатывании максимальной токовой защиты (МТЗ); 8 – отказ индивидуальных средств защиты; 9 – прикосновение чело-зека к металлической оболочке; 10 – прикосновение человека к токоведущим частям (оголенным жилам кабеля); 11 – случайная подача напряжения (при ремонтах).

Используя принятые обозначения, коды событий составляются «деревья», объясняющие формирование процесса поражения человека электрическим током от различных видов опасностей встречающихся на участках угольных шахт. Затем от «дерева» переходим к схемам минимальных электроопасных совмещений, аналогичным образом как это делается в [5].

Под минимальным электроопасным совмещением независимых аварийных событий будем понимать такой минимальный набор элементов, находящихся в опасном состоянии, восстановление безопасного состояния любого из которых выводит систему из электроопасного совмещения.

Если процесс перехода из безопасного состояния в опасное и из опасного в безопасное можно представить в виде Марковского случайного процесса с конечным числом состояний и непрерывным временем [6], и параметры процессов: – средний интервал времени между появлениями опасных событий и dk – средняя длительность существования опасного события, то интенсивность поражения человека электрическим током от r-го минимального электроопасного совмещения можно определить, пользуясь формулой [7]:

          (1)

где r – номер минимального электроопасного совмещения.

Формула (1) справедлива при выполнении условия , в противном случае для нахождения Нг следует пользоваться системами уравнений, предложенных в [2].

Если заданы интервалы времени между проверками средств защиты k-го элемента, тогда среднее время нахождения средств защиты в опасном (отказавшем) состоянии можно определить, пользуясь формулой [6]

           (2)

Если выполняется условие , тогда

          (3)

Интенсивность поражения человека электрическим током от r-ых минимальных электроопасных совмещений

           (4)

где n – число минимальных электроопасных совмещений.

Вероятность поражения человека электрическим током за время t от всех r-ых минимальных совмещений

           (5)
если H*t<0.1 , при t=1 год,

Пример 1. Определить вероятность поражения человека электрическим током в течение t = 1 год на участке угольной шахты при эксплуатации низковольтных коммутационных аппаратов. Исходные данные для расчетов приведены в таблице.

Таблица 1. – Исходные данные для оценки электробезопасности горного электрооборудования.

Код опасного события	Средний интервал времени между появлением опасного события d, ч	Средняя длительность существования опасного события d, ч
	2846
	2810
	3640
	244	1,25
	13140	655
	912	3
	12	0,3
	1621	0,87

Решение. Используя коды опасных событий, строим «дерево», объясняющее формирование процесса поражения человека электрическим током и схему минимальных электроопасных совмещений (рис. 1 и рис. 2).

Рис.1 – Дерево формирования процесса поражения человека электрическим током для низковольтного электрооборудования на участке угольной шахты

Рис.2 – Схема минимального электроопасного совмещения для низковольтного электрооборудования на участке угольной шахты

Используя формулу (1), данные таблицы находим:

Пример 2. Используя данные таблицы, схему минимальных электроопасных совмещений (рис. 2) определить, как изменится вероятность поражения человека электрическим током, если надежность аппаратуры запеты от утечек тока на землю будет часов [8].

Решение. Используя формулу (3) находим среднее время пребывания аппаратуры защиты от утечек тока на землю в необнаруженном отказавшем состоянии при = 6ч. Используя формулу (1), (4) и (5) находим, что , т.е. вероятность поражения человека электрическим током уменьшится в 43 раза.

Выводы: Предлагаемая методика позволяет прогнозировать уровень электробезопасности и задавать нормы надежности на защитное отключение и защитное заземление, при которых обеспечивается нормируемый уровень электробезопасности на участках угольных шахт.

ЛИТЕРАТУРА

     1. Надежность систем энергетики. Терминология. Сборник рекомендуемых терминов. – М.: Наука, 1980.Вып. 95. – 44с.

     2. Ковалев А.П. О проблемах оценки безопасности электротехнических объектов // Электричество – 1991. №8. – С. 50-55.

     3. Ковалев А.П. Оценка степени риска поражения человека электрическим током при эксплуатации оборудования в подземных выработках угольных шахт // Промышленная энергетика. – 1992. – №2. – С. 42-45.

     4. Ковалев П.Ф., Ковалев А.П., Сердюк Л.И. Методика расчета взрывобезопасности электрифицированного участка угольной шахты // Промышленная энергетика. – 1989. – №1. – С. 25-32.

     5. Диллон Б., Сингх Ч. Инженерные методы обеспечения надежности систем: Пер с англ. – М.: Мир,1984. – 318с.

     6. Тихомиров В.И., Миронов М.А. Марковские процессы. М. Советское радио, 1977. – 488с.

     7. Ковалев П.Ф., Ковалев А.П., Сердюк Л.И. Безопасность применения электрической энергии в угольных шахтах // Безопасность труда в промышленности. – 1982. – №9. – С.40-41.

     8. Колосюк В.П. Защитное отключение рудничных электроустановок, М., 1980.334с.