Обоснование стратегий повышения безопасности электроустановок агропромышленного комплекса

Состояние безопасности электроустановок в агропромышленном комплексе достигло недопустимо низкого уровня и в целом отражает ситуацию, сложившуюся в России. Угрожающий характер прежде всего представляет обстановка с пожарами, весомую долю которых (20−30%) составляют пожары" от электротехнических причин (электропожары) [1].

В 2002 г. в России зарегистрировано 259 836 пожаров (на 5,5% больше чем за 2001 г.), т. е. более 700 пожаров ежедневно [2]. При пожарах погибли 19 906 чел. (на 8,8% больше), в том числе, 750 детей. Получили травмы при пожарах 14 434 чел. (на 2,0% больше). Прямой материальный ущерб составил 3420,5 млн. р. Расчетные потери от пожаров составили 59 585,5 млн. р. (на 30,8% больше, чем в 2001 г.). Ежедневно в 2002 г. в Российской Федерациипри пожарах погибали 55 чел. и получали травмы 40 чел., огнем уничтожалось 218 строений, 22 ед. автотракторной техники и 18 голов скота. Ежедневный прямой материальный ущерб составил 9,4 млн. р.

В сельской местности Российской Федерации за 2002 г. зарегистрировано 86 040 пожаров (на 8,2% больше, чем в 2001 г.). Материальный ущерб составил 1539,9 млн. р. (на 36,8% больше). Расчетные потери от пожаров составили 27 821,3 млн. р. (на 36,4% больше, чем в 2001 г.). Погибли 8564 чел. (на 8,6% больше), в том числе 363 ребенка. Получили травмы 4419 чел. (на 3,9% больше.).

Число пожаров и величина ущерба от них не только не снижаются, а наоборот имеют тенденцию существенного увеличения. Так, в агропромышленном комплексе в 1-м квартале 2003 г. зарегистрировано 17 614 пожаров (на 3,6% больше, чем в 1-м квартале 2002 г.) [3]. Материальный ущерб составил 335,8 млн. р. (на 27,5% больше). Расчетные потери от пожаров — 5095,8 млн. р. (на 29,5% больше), Погибло 3119 чел. (на 21,1% больше) в том числе 138 детей. Получили травмы 1018 чел. (на 18,0% больше).

Доля пожаров, ущерба, потерь, погибших и травмированных в сельской местности составила соответственно 30,7- 36,6- 38,8- 44,1 и 27,9% от общих показателей по России.

Основной причиной электропожаров (до 70% от общего числа электропожаров) являются короткие замыкания (к.з.) и развивающиеся токи утечки через изоляцию электропроводок. При этом наиболее пожароопасным видом электротехнических изделий являются электропроводки, на долю которых приходится до 45% пожаров [1].

При сопоставлении пожарной обстановки России с развитыми странами установлено, что доля материального ущерба от пожаров в России по отношению к валовому внутреннему продукту (ВВП) в 4,3 и 7,3 раз выше, чем соответственно в США и Японии. При этом доля затрат на обеспечение пожарной безопасности в этих странах в 3,5 раза и 2,7 раза выше, чем в Россиипричем затраты сопоставимы с материальными потерями от пожаров [4]. Так, в США затраты на обеспечение пожарной безопасности составляют 39 млрд. долларов, что почти в два раза превышает ежегодный ущерб от пожаров (около 20 млрд. долларов). Аналогичное соотношение соблюдается и в Японии. В России эти затраты почти в 12 раз меньше потерь от пожаров [4].

Неблагополучным в России также остается положение с электротравматизмом населения. На его долю приходится от 30 до 70% общего числа регистрируемых электротравм, и тенденция к их снижению пока не наблюдается [5, 6]. Ежегодно от поражений электрическим током в электроустановках зданий гибнет более 4500 человек [7]- теряет трудоспособность и получает инвалидность около 30 000 человек.

По данным Всероссийского НИИ охраны труда [8] в 2002 г. несчастные случаи на производстве (включая электротравмы) произошли на 12 762 предприятиях АПК из 38 766 существующих с общим количеством занятых на производстве 5 404 387 человек. Демографическая частота электротравматизма (количество электропоражений со смертельным исходом на 1 млн. населения) в России только в электроустановках зданий уже достигла значения.

30×1 О*6 [7]. Этот же показатель составляет в Германии — 1Х10″ 6, в Испании -0,96×10″ 6, в Нидерландах — 0,42×10″ 6. Среднее значение этого показателя по 20 развитым странам в настоящее время не превышает 1×10″ 6. При этом Россия имеет возрастающую динамику смертельных электропоражений.

В целом сравнительный анализ статистических данных о случаях электротравматизма с летальным исходом показывает, что электротравматизм в России в течение последних десятилетий возрастал и к настоящему времени увеличился почти в три раза, в то время как происходило его снижение в США — в 1,4, а в Японии — в 3,5 раза. Уровень бытового электротравматизма в России более чем на порядок превышает аналогичный показатель в США и Японии [9].

Таким образом, состояние безопасности электроустановок, как в сельском хозяйстве, так и в целом в России представляет угрозу национальной безопасности, что привело к необходимости включения проблемы в Перечень критических технологий, утвержденный Президентом РФ 30 марта 2002 г. Сложившееся положение обусловлено комплексом проблем экономического, правового и технологического характера, накапливающихся десятилетиями, решение которых сдерживается:

— несовершенством методов и отсутствием единой концепции управления безопасностью электроустановок;

— несовершенством нормативного правового обеспечения безопасности электроустановок, усложняющим практическое решение технических вопросов;

— ограниченностью материальных и финансовых ресурсов выделяемых на обеспечение безопасности;

— сложным процессом перехода от традиционно сложившихся в России систем электроснабжения типа ТИ-С к перспективным системам ТЫ-Б, ТЫ-С-Б, ТТ [14, 26], предусматривающим различные подходы к использованию устройств защитного отключения (УЗО).

На совместном заседании Совета Безопасности Российской Федерации и президиума Государственного совета Российской Федерации по вопросу «О мерах по обеспечению защищенности критически важных для национальной безопасности объектов инфраструктуры и населения страны от угроз техногенного, природного характера и террористических проявлений» 13 ноября 2003 г. Российской академии наук, Минпромнауки и МЧС России поручено совместно с заинтересованными федеральными органами исполнительной власти обеспечить развертывание фундаментальных и поисковых и прикладных исследований в интересах обеспечения защищенности опасных объектов и населения, обратив особое внимание на совершенствование систем мониторинга, прогнозирования и раннего предупреждения чрезвычайных ситуаций.

Для решения проблемы повышения безопасности электроустановок в агропромышленном комплексе необходимо создание эффективной системы управления безопасностью, предупреждающей пожары и электротравмы и базирующейся на соответствующем нормативно-правовом, научном, техническом и технологическом обеспечении. Предотвращение электротравматизма и пожаров от электротехнических причин возможно на основе массовой реализации перспективных систем безопасности электроустановок (СБЭ), обеспечивающих наилучшие совокупные показатели электрической и (или) пожарной безопасности при заданных экономических ограничениях.

Поэтому целью данной работы явилось обоснование методов выбора комплекса мероприятий, обеспечивающих наибольший совокупный эффект по показателям электрической и пожарной безопасности электроустановок на объектах АПК, в условиях ограниченных материальных и финансовых ресурсов.

Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих основных задач.

1. Обосновать концепцию управления безопасностью электроустановок АПК.

2. Разработать принципы формирования и выбора вариантов технической реализации перспективных систем безопасности электроустановок (СБЭ) на объектах АПК.

3. Обосновать методологию оптимизации СБЭ 2-го уровня (для заданного множества объектов) применительно как к отраслевым, так и региональным условиям.

4. Разработать критерии количественной оценки показателей совокупной эффективности СБЭ.

5. Разработать методы реализации оптимальных СБЭ с учетом снижения неопределенности выбора возможных вариантов.

6. Разработать методы управления безопасностью электроустановок в АПК на основе совершенствования законодательной и нормативной базы и создания программно-целевого и экономического механизмов регулирования уровня безопасности.

В процессе выполнения работы применялись следующие методы исследования: системный анализ, исследование операций, теория вероятностей и математическая статистика, методы прикладной информатики, теория риска, метод экспертных оценок.

В качестве объекта исследования были выбраны системы безопасности электроустановок в агропромышленном комплексе.

Предметом исследования явились методы построения оптимальных систем безопасности электроустановок.

Научная новизна исследований заключается в следующем: сформулирована концепция приемлемого риска в области электрической и пожарной безопасности электроустановокразработаны принципы предотвращения электротравматизма и пожаров от электротехнических причин на основе массовой реализации перспективных СБЭ с применением устройств защитного отключенияразработана методология оптимизации СБЭ применительно как к отраслевым, так и региональным условиям и обоснованы критерии количественной оценки показателей их совокупной эффективностисформулированы основные принципы управления безопасностью электроустановок, в основе которых лежит развитие законодательной и нормативно-технической базы и создание программно-целевого и экономического механизмов решения проблемы.

Практическое значение работы состоит в создании механизмов массового применения новых технологий предотвращения травматизма и пожаров на объектах сельскохозяйственного производства и инфрастуктуры села на основе соответствующей нормативной правовой базы. В результате широкомасштабного эксперимента по применению УЗО в России экспериментально подтверждена их высокая электрозащитная эффективность. Реализация предложенной методологии обеспечения безопасности электроустановок позволит уже в ближайшие годы снизить электротравматизм почти на порядок (до 2.3 электротравм на 1 млн. жителей), сократить число пожаров от электротехнических причин в 5−7 раз и снизить материальные потери от пожаров на 7−12 млрд руб. в год.

Научные положения, выводы и рекомендации использованы при разработке проекта Федерального закона (технического регламента) «О безопасности электроустановок зданий" — Государственной программы Министерства образования Российской Федерации на 2004 — 2007 годы «Безопасность образовательного учреждения" — проекта Программы «Создание комплексной системы безопасности для предотвращения электротравматизма и пожаров от электроустановок в образовательных учреждениях Минсельхоза РФ" — инновационного проекта «Система предотвращения пожаров, электротравматизма людей и животных в агропромышленном комплексе Россиирегиональной программы эксперимента по применению устройств защитного отключения для предотвращение пожаров от электроустановок жилищно-гражданских объектов и электротравматизма населения в Западной Сибирипроекта, региональной целевой программы «Производство устройств защитного отключения и оснащение жилых, общественных и производственных зданий в Сибири до 2010 года" — «Плана мероприятий по обеспечению безопасности электроустановок в городах и районах Алтайского края на 2004 -2008 годы», а также в ряде законодательных актов и руководящих документов Алтайского края, принятых в период с 1982 по 1999 гг.

Результаты исследований использованы при подготовке (в соавторстве) учебного пособия «Хрестоматия ¦ инженера-электрика», рекомендованного Министерством сельского хозяйства Российской Федерации для электроэнергетических и электротехнических специальностей вузов.

Основные материалы и результаты работ представлялись и обсуждались на Первом Всероссийском научно-практическом совещании «Проблемы и перспективы массового применения устройств защитного отключения в России» (Барнаул, 2000 г.) — заседании научно-технического совета Федерального центра науки и высоких технологий Всероссийского научно-исследовательского института по проблемам гражданской обороны и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций МЧС России (Москва, 2002 г.) — Международной научно-практической конференции «Региональные аспекты обеспечения социальной безопасности населения юга Западной Сибири — проблемы защиты от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера» (Барнаул, 2003 г.) — Девятой Международной научно-практической конференции «Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири» (Улан-Удэ, 2003 г.) — Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы энергосбережения и энергобезопасности в Сибири» (Барнаул, 2003 г.).

На защиту выносятся следующие основные положения. и.

1. Решение проблемы обеспечения безопасности электроустановок представляет исключительную важность для развития страны и, в частности, агропромышленного комплекса. Основой повышения уровня безопасности является создание научно-методической, технической, технологической и нормативной правовой базы для внедрения перспективных систем безопасности электроустановок (СБЭ).

2. Постановка задачи оптимизации СБЭ на основании концепции приемлемого риска позволяет обосновать критерии их эффективности и ограничения, в основе которых лежит учет ущербов от опасных технологических ситуаций. В качестве допустимого значения технологического риска, характеризующего уровень электрической или пожарной безопасности электроустановок, принята величина 1×10″ 6.

3. Решение задачи предотвращения электротравматизма и пожаров от электротехнических причин возможно на основе массовой реализации перспективных СБЭ с применением устройств защитного отключения, обеспечивающих наилучшие совокупные показатели электрической и (или) пожарной безопасности в условиях ограниченных финансовых и материальных ресурсов.

4. Оценка эффективности стратегии повышения безопасности электроустановок может производиться с помощью математических моделей, позволяющих рассчитывать значения математических ожиданий числа электропоражений и пожаров в регионе или отрасли. В основе этих моделей лежит суммирование математических ожиданий числа электропоражений и пожаров, подсчитанных для отдельных объектов множества. Оптимизация СБЭ позволяет значительно увеличить совокупный эффект по показателям пожарной (электрической) безопасности (при, оценочных расчетах на 30 — 50%) без изменения объема финансирования.

5. Эффективное государственное управление безопасностью может быть реализовано на основе совершенствования законодательства, включая принятие разработанного Федерального закона (технического регламента) «О безопасности электроустановок зданий» и целевых программ федерального и регионального уровня с помощью специальных региональных центров элек-тропожаробезопасности.

Работа выполнялась в Алтайском государственном техническом университете им. И. И. Ползунова с 1982 по 2003 годы.

ВЫВОДЫ.

1. Для создания отраслевой системы управления безопасностью электроустановок необходимо использование мер законодательного, организационного и экономического характера, базирующихся на принципах приоритета безопасности жизни и здоровья людей, оптимальной электробезопасности, интегральной оценки опасности и упреждения опасных технологических ситуаций с учетом «человеческого фактора».

2. Эффективное государственное управление безопасностью может быть реализовано на основе совершенствования законодательства, включая принятие Федерального закона (технического регламента) «О безопасности электроустановок зданий», изложенного в предлагаемом проекте и целевых программ федерального уровня, создание отраслевого нормативно-технического обеспечения и принятие соответствующих законодательных актов субъектами Российской Федерации.

3. Для реализации программно-целевого механизма решения проблемы безопасности электроустановок агропромышленного комплекса целесообразно создание специальных региональных центров, основными задачами которых должны явиться:

— научно-методическое и информационно-аналитическое обеспечение формирования современной научно-технической политики в решении проблемы обеспечения электропожаробезопасности;

— разработка механизмов массового внедрения и обслуживания систем безопасности электроустановок с учетом существующих ограничений материального, нормативного и организационного характера;

— координация работ по оценке состояния электропожаробезопасности объектов АПК, разработке проектных решений, техническому обеспечению, внедрению и эксплуатации систем безопасности электроустановок.

4. Экономическое обоснование целесообразности внедрения перспективных систем безопасности электроустановок должно базироваться на прогнозировании социально-экономических последствий опасных технологических ситуаций с использованием предложенных методик оценки эффективности стратегий безопасности. В частности, укрупненная оценка результатов массового применения устройств защитного отключения позволяет прогнозировать среднюю величину предотвращенного материального ущерба за счет уменьшения числа электропожаров до 500 р. в год на один аппарат УЗО. При этом социальный эффект обусловлен снижением почти на порядок гибели и травматизма людей при пожарах и в результате электропоражений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Основным результатом выполненной работы явилось обоснование методов выбора комплекса мероприятий, обеспечивающих наибольший совокупный эффект по показателям электрической и пожарной безопасности электроустановок на объектах АПК, обобщенных в следующих выводах.

1. Состояние безопасности электроустановок в России представляет угрозу национальной безопасности, что привело к необходимости включения проблемы в Перечень критических технологий. Ее решение представляет исключительную важность для развития страны и, в частности, агропромышленного комплекса. Основой повышения уровня безопасности является создание научно-методической, технической, технологической и нормативной правовой базы для внедрения перспективных систем безопасности электроустановок (СБЭ).

2. Существующая законодательная и нормативная база в области безопасности электроустановок требует серьезного совершенствования, так как не соответствует в полной мере требованиям сложившихся рыночных отношений, не учитывает специфических условий эксплуатации электрохозяйства инфраструктуры агропромышленного комплекса, а также с учетом имеющихся недоработок и противоречий не отвечает требованиям, направленным на создание эффективных системы безопасности. В результате существенно снижаются темпы внедрения мероприятий по обеспечению безопасности, что подтверждается, в частности, серьезным отставанием России от развитых стран мира в области массового применения устройств защитного отключения.

3. Выдвинутая в диссертации концепция приемлемого риска позволила сформулировать задачу оптимизации СБЭ, обосновать критерии их эффективности и ограничения, в основе которых лежит учет ущербов от опасных технологических ситуаций. При интегральной оценке этих ущербов целесообразно использование метода матричных свёрток в процессе агрегирования разнородных показателей, включающих в общем случае экономический, экологический и социальный ущербы. В качестве допустимого значения технологического риска, отражающего частоту возникновения аварий, несчастных случаев и пожаров от электроустановок принята величина 1×10″ 6, характеризующая уровень безопасности в электроустановке или уровень пожарной безопасности.

4. Решение задачи предотвращения электротравматизма и пожаров от-электротехнических причин возможно на основе массовой реализации перспективных СБЭ, обеспечивающих наилучшие совокупные показатели электрической и (или) пожарной безопасности в условиях ограниченных финансовых и материальных ресурсов.

5. Перспективными системами безопасности электроустановок на объектах АПК являются оптимальные ПА-системы (на основе предохранителей и автоматических выключателей) и ПАУ-системы (на основе предохранителей, автоматических выключателей и устройств защитного отключения). Многовариантность ПА-систем обусловлена сочетаниями типов и параметров предохранителей, автоматических выключателей, а также параметров электропроводки на каждом участке электрической сети. Варианты технической реализации ПАУ-систем отличаются конфигурацией, типами и параметрами УЗО, а также использованием традиционной или оптимальной ПА-систем.

6. Оценка эффективности стратегии повышения безопасности электроустановок может производиться с помощью математических моделей, позволяющих рассчитывать значения математических ожиданий числа электропоражений и пожаров в регионе или отрасли. В основе этих моделей лежит суммирование математических ожиданий числа электропоражений и пожаров, подсчитанных для отдельных объектов множества.

7. Для ограничения множества вариантов СБЭ целесообразно использовать метод экспертных оценок, позволяющий выработать коллективное суждение по изучаемой проблеме, провести статистическую оценку значимости влияния тех или иных показателей, не поддающихся измерению и обосновать требования к СБЭ и перспективам ее совершенствования. Выполненная процедура экспертной оценки при решении задач оптимизации с одновременным учетом показателей электрической и пожарной безопасности позволила, в частности, исключить из числа вариантов СБЭ группу оптимальных ПА-систем при выполнении электроснабжения по типу ТК-С, а также конкретизировать требования по применению УЗО в рамках ПАУ-систем.

8. В результате выполненных расчетов установлено, что оптимизация СБЭ позволяет значительно увеличить совокупный эффект по показателям пожарной (электрической) безопасности (при оценочных расчетах — на 30:.50%) без изменения объема финансировании.

9. Эффективное государственное управление безопасностью может быть реализовано на основе совершенствования законодательства, включая принятие разработанного Федерального закона (технического регламента) «О безопасности электроустановок зданий» и целевых программ федерального и регионального уровня, создание отраслевого нормативно-технического обеспечения и принятие соответствующих законодательных актов субъектами Российской Федерации.

10. Для реализации программно-целевого механизма решения проблемы безопасности электроустановок агропромышленного комплекса целесообразно создание специальных региональных центров, основными задачами которых должны явиться:

— научно-методическое и информационно-аналитическое обеспечение формирования государственной научно-технической политики в решении проблемы обеспечения электропожаробезопасности;

— разработка механизмов массового внедрения и обслуживания систем безопасности электроустановок с учетом существующих ограничений материального, нормативного и организационного характера;

— координация работ по оценке состояния электропожаробезопасности объектов АПК, разработке проектных решений, техническому обеспечению, внедрению и эксплуатации систем безопасности электроустановок.

11. Экономическое обоснование целесообразности внедрения перспективных систем безопасности электроустановок должно базироваться на прогнозировании социально-экономических последствий опасных технологических ситуаций с использованием предложенных методик оценки эффективности стратегий безопасности. В частности, оценка результатов массового применения УЗО позволяет прогнозировать среднюю величину предотвращенного материального ущерба за счет уменьшения числа электропожаров до.500 р. в год на одну единицу УЗО. При этом социальный эффект обусловлен снижением почти на порядок гибели и травматизма людей при пожарах и в результате электропоражений.