Оптимизация стратегий создания систем безопасности электроустановок на множестве объектов

спекторов труда - 172; количество случаев удовлетворения заявлений граждан о возмещении вреда здоровью в результате вмешательства госинспектора труда - 1.

Приостановлены: проведение работ в промышленных подразделениях (в соответствии со ст. 357 Трудового кодекса РФ) - 140; эксплуатация единиц оборудования - 2182.

Запрещено производство и (или) использование средств индивидуальной и коллективной защиты работников - видов (единиц) - 16. Количество лиц, отстраненных от работы в связи с не прохождением в установленном порядке обучения, инструктажа, стажировки на рабочих местах и проверки знаний по охране труда - 2743. Наложено административных штрафов на граждан, должностных и юридических лиц - 1370, из них: государственными правовыми инспекторами по охране труда - 554 (в том числе за нарушение норм по охране труда - 212); государственными инспекторами по охране труда - 816; общая сумма наложенных штрафов, тыс. руб. - 1218,9 (в том числе за нарушение норм по оплате труда - 181,9 тыс. руб.); средний размер штрафа - 0,889 тыс. руб.; общая сумма взысканных штрафов - 1090 тыс. руб.

По результатам проверок привлечено к дисциплинарной ответственности - 395 человек, в том числе отстранено (освобождено) от должности - 1 человек.

По результатам проверок направлено в органы прокуратуры материалов для привлечения к уголовной ответственности - 321, в том числе: с несчастными случаями на производстве - 319, из них возбуждено уголовных дел - 16; за нарушение трудовых прав граждан - 2.

Оказана правовая помощь гражданам при подготовке и(или) рассмотрении их исков по трудовым делам в судах - 111, из них судом удовлетворено - 37.

Направлено по результатам проверок представлений в вышестоящие органы - 44. Принято на личном приеме граждан всего 1955, в том числе в помещении госинспекции труда - 1549, на территории предприятий и организаций - 421. По результатам проверок проведено совещаний, семинаров с управляющим персоналом организаций - 1961. Количество выступлений и других публикаций в средствах массовой информации (газеты, журналы, радио, телевидение и т.п.) - 58.

Указанная работа позволила существенно сократить число травм и профзаболеваний, а также обеспечить социальную защиту ряда работников. Вместе с тем обращает внимание тот факт, что в производстве имеет место большое число случаев нарушении правил и норм охраны труда, а также основополагающих законодательных актов. Это способствует травмам, авариям и профессиональной заболеваемости. Поэтому указанная работа должна продолжаться и вестись более эффективно. Учитывая актуальность и комплексность проблемы, необходимо дополнить указанные профилактические мероприятия рядом новых, включая кадровые и инженерно-техническое обеспечение ее.

УДК 631.1:658.382.3 О.Н. Дробязко, В.С. Германенко

ОПТИМИЗАЦИЯ СТРАТЕГИЙ СОЗДАНИЯ СИСТЕМ БЕЗОПАСНОСТИ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК НА МНОЖЕСТВЕ ОБЪЕКТОВ

В работе приведены основные положения теории построения оптимальных систем безопасности электроустановок на уровне множества объектов. Введено понятие “стратегия создания систем безопасности на множестве объектов”. Выполнена содержательная постановка задачи оптимизации. Осуществлена математическая постановка задачи оптимизации, включающая выбор критериев, формирование целевой функции, задание ограничений, формальную запись постановки задачи. Рассмотрены методы выбора оптимальных стратегий на базе множества допустимых стратегий.

В настоящее время состояние безопасности электроустановок в России оценивается как угрожающее [1]. В связи с этим актуальна задача резкого повышения эффективности существующей системы обеспечения безопасности. Основным направлением решения этой задачи признана оптимизация системы безопасности [1]. Важным направлением решением этой задачи является также введение в состав системы безо-

пасности устройств защитного отключения по току утечки (УЗО), позволяющих повысить эффективность выполнения системой безопасности "традиционных” функций защиты и реализовать ряд новых функций.

В настоящее время разработаны основы теории построения оптимальных систем безопасности электроустановок АПК. Характерными особенностями этой теории является количественная оценка эффективности систем безопасности электроустановок (СБЭ), выполненная на основе математического моделирования, одновременный учет двух аспектов опасности электроустановок (электробезопасности и пожаробезопасности), а также решение задачи оптимизации для систем безопасности, рассматриваемых на двух уровнях - уровне отдельного объекта [2] и уровне множества объектов [3,4] .

В рамках данной статьи рассмотрены последние результаты развития этой теории для уровня множества объектов.

Рассмотрим предпосылки постановки задачи оптимизации систем безопасности на множестве объектов.

В настоящее время в нашей стране созданы условия для массового внедрения УЗО. Такое внедрение потребует значительных объемов финансирования, что в обозримом будущем следует признать нереальным. Поэтому такие работы будут финансироваться и выполняться поэтапно, в течение нескольких лет.

Выбор объектов, на которых будут создаваться перспективные СБЭ, может выполняться в значительной степени произвольно. Кроме того, на одном и том же объекте могут устанавливаться различные перспективные системы безопасности, отличающиеся своей эффективностью и затратами на их создание. При таком выборе целесообразно руководствоваться принципом достижения максимального совокупного снижения опасности на множестве объектов, для которого выделены финансовые средства.

В настоящее время разработаны основы математического моделирования процесса создания перспективных систем безопасности на множестве объектов (СБЭмо) [3,4]. Такой процесс описывается с помощью понятия "стратегия”, используемого в рамках исследования операций. Под стратегией создания системы безопасности электроустановок на множестве объектов понимается последовательность созданий перспективных СБЭ на объектах множества, каждое из которых характеризуется интервалом времени создания системы на определенном объекте, а также вариантом создаваемой СБЭ, выбираемым из множества возможных систем безопасности, задаваемых по каждому из объектов.

Содержательная постановка задачи оптимизации системы безопасности на множестве объектов (СБЭмо) может формулироваться либо с использованием понятия "стратегия”, либо с использованием понятия "система безопасности электроустановок на множестве объектов”.

В первом случае она формулируется следующим образом: выбрать стратегию, обеспечивающую минимальную совокупную опасность электроустановок на множестве объектов в аспектах электробезопасности и (или) пожаробезопасности за периоды создания и эксплуатации СБЭмо при учете заданных ограничений.

Во втором случае она формулируется как задача выбора варианта динамики СБЭмо, обеспечивающего минимальную совокупную опасность электроустановок, рассматриваемую в тех же условиях.

С учетом этого в математических постановках задач оптимизации будет предусматриваться либо нахождение экстремального значения критерия оптимальности стратегии (показателя эффективности стратегии), либо нахождение экстремального значения критерия оптимальности динамической системы.

Рассмотрим отдельные компоненты математической постановки задачи оптимизации СБЭмо.

При формировании рассматриваемой постановки задачи прежде всего формируется критерий оптимальности. В качестве критериальных показателей, на основе которых строятся критерии оптимальности стратегий, могут использоваться показатели эффективности стратегий. Такие показатели, задаваемые по каждому из аспектов безопасности, имеют абсолютную и относительную форму и обозначаются символами

QL и соответственно.

Критерии оптимальности стратегий, имеющие абсолютную форму, записываются в виде

Они представляют собой значения математических ожиданий числа электропоражений и числа электропожаров на множестве объектов на протяжении 0 лет создания СБЭмо, и 1_ лет ее эксплуатации.

Критерии оптимальности в относительной форме (для обоих видов опасности, оцениваемой в виде математического ожидания числа проявлений опасности электроустановок) имеют вид

Р? (ЭП) = м[п ЭП Г + м[п ЭП р ^ тіп , Р? (П) = М[п п Б- + М[п п Г ^ тіп .

R

D

= SM[n on ]D"l

-l = L“°n ju+l ^ max .

Они образуются путем деления показателей, имеющих абсолютную форму. Критерий оптимальности для одноступенчатой стратегии в относительной форме

R 0

Rl = 8M[no^ ^ max .

Целесообразно использование обобщенного мультипликативного критерия, учитывающего одновременно оба аспекта безопасности электроустановок, вида

= д? (эп). д? (п) ^ ГПт .

WM

Следующим этапом формирования постановки задачи является определение целевой функции, описывающей зависимость критериального показателя от независимых переменных задачи оптимизации.

При построении целевой функции стратегии выделяются ее управляемые и неуправляемые переменные.

В роли неуправляемых переменных, задающих область определения целевой функции, выступают значения показателей эффективности систем безопасности на объектах, подсчитываемые в результате выполнения предварительных расчетов. Структура результатов таких расчетов приведена на рисунке 1.

Рис. 1. Структура результатов расчетов эффективности СБЭ на объектах

На рисунке 1 символами М[пэп] и M[nп] обозначены математические ожидания числа электропоражений и электропожаров на объекте (подсчитываемые как суммы вероятностей электропоражений людей и вероятностей загорания на участках сети), P(ЭП)max и P(П)max - максимальные значения вероятностей электропоражений и электропожаров на объекте (определенные на множестве людей и множестве участков сети объекта), з - затраты на создание СБЭ на объекте, ^ - количество возможных перспективных СБЭ на m-м объекте.

Подсчитанные значения показателей представляются в виде матриц. Для исходных СБЭ на объектах такая матрица имеет вид

M[nn ]e*

м [n, ]e*

M[nrl ]Г ••• M[nit 1

M[n, ]2

Jeno 2

Jeno 2

m

eno

M [nfi 1 M [n, ]M

Jeno M

Jeno

м

где M - количество объектов в множестве объектов.

Аналогичные матрицы Э|< (k=1,2,...,Kmax ) формируются и для перспективных СБЭ (Kmax - наибольшее число возможных систем безопасности на объекте).

К неуправляемым переменным относятся также характеристики сезонности работы объектов, объединяемые в матрицу сезонности Sez.

Полный перечень неуправляемых переменных целевой функции представляется в виде совокупности матриц, образующих множество, задающее область определения целевой функции стратегии:

Bцф = { Эисх, Э1, Э2, ... , ЭК|™« Sez } .

Неуправляемые переменные не варьируются в процессе решения задачи оптимизации. В отличие от них управляемые переменные варьируются в процессе решения рассматриваемой задачи. Их сочетания образуют возможные варианты стратегий, из которых в дальнейшем выбирается оптимальная.

В перечень управляемых переменных включаются три временных макрохарактеристики стратегий -Sн, D и Ц объединяемые в вектор макрохарактеристик Ттас, а также матрица стратегии Str. При решении задачи оптимизации стратегий в большинстве случаев варьируются только компоненты матрицы Str .

Расчет показателей эффективности стратегии (а на их основе и критериальных показателей) осуществляется с помощью моделирующего алгоритма, предусматривающего подсчет значений показателей эффективности стратегии (показателей эффективности СБЭмо) на основании заданных характеристик стратегии (макрохарактеристик и данных, содержащихся в таблице или матрице стратегии), а также предварительно вычисленных значения показателей эффективности исходных и возможных перспективных СБЭ на объектах, объединенных в множество Вцф (рис. 2).

Характе- Модели- Значения

ристики рующий ь показателей

Р эффективности

стратегии алгоритм стратегии

Значения показателей эффективности СБЭ на объектах

Рис. 2. Общий вид моделирующего алгоритма

Алгоритм вычисления целевой функции стратегии реализует процесс иерархического суммирования содержащихся в Эисх , Э1 , ... , ЭКтах математических ожиданий (а также их частей в годы создания СБЭ). Такой процесс моделирования стратегии управляется последовательностями величин, содержащихся в таблицах или матрицах стратегии.

Следующим этапом формирования математической постановки задачи оптимизации стратегий создания СБЭмо является задание ограничений. Сформирована совокупность ограничений задачи оптимального выбора стратегии создания СБЭ, включающая организационно-технологические, экономические и нормативные ограничения (рис. 3).

Первая группа ограничений учитывает особенности технологических процессов на объектах и особенности работы монтажной организации, осуществляющей создание перспективных СБЭ на объектах. Ограничения такого вида сужают возможные варианты последовательностей дат установки перспективных СБЭ (формально описывающиеся вектором дат создания систем безопасности на объектах Sстр ).

Ограничения второго вида ограничивают затраты на создание СБЭ на множестве объектов за некоторый период времени объемами финансирования таких работ. Такие ограничения задаются, в общем случае, по нескольким годам. (Формально задание таких ограничений сводится к заданию компонент вектора объемов финансирования Ф).

Рис. 3. Ограничения задачи оптимального выбора стратегии создания СБЭ

Ограничения третьего вида используются для нормирования достигаемых с помощью систем безопасности уровней электро- и пожаробезопасности.

При задании ограничений на множестве объектов предлагается использование максимаксного метода, гарантирующего обеспечение нормированного уровня электробезопасности и пожаробезопасности для каждого человека и каждого участка сети на множестве объектов. При таком методе ограничения накладываются на наибольшую вероятность электропоражения человека на всех объектах и наибольшую вероятность пожара на всех участка сети объектов.

Технология проверки выполнения экономических и вероятностных ограничений базируется на предварительном вычислении показателей эффективности систем безопасности на объекте - Р(ЭП)тах и Р(П)тах, также задания значений затрат з на создание СБЭ (см. рис. 1). Такие показатели объединяются в множество ограничиваемых значений показателей эффективности Боф. Совокупность множеств Вцф и Вогр образует базисное множество стратегий В.

Экономические и вероятностные ограничения могут быть заданы настолько “жестко”, что в результате реализации стратегии перспективные СБЭ могут быть установлены только на части объектов. Такие стратегии называются неполными.

При задании экономических и вероятностных ограничений целесообразно принимать во внимание “оптимизационные ресурсы” базисного множества стратегий. Учет таких “ресурсов” позволяет предвидеть возможность появления “неполных” оптимальных стратегий, а также оценить влияние изменений ограничений на изменение эффективности искомой оптимальной стратегии, что, в свою очередь, позволяет получить дополнительную информацию для выработки рациональной политики финансирования работ по созданию систем безопасности на множестве объектов.

Ограничения суживают множество возможных стратегий до множества допустимых стратегий, среди которых в дальнейшем выбирается оптимальная.

Содержательная постановка задачи выбора оптимальной стратегии создания СБЭ на множестве объектов формулируется следующим образом: выбрать стратегию, обеспечивающую минимальную совокупную опасность электроустановок на множестве объектов в аспектах электробезопасности и (или) пожаробезопасности за периоды создания и эксплуатации СБЭмо при учете заданных ограничений.

Математическая постановка задачи выбора оптимальной стратегии (опирающаяся на множество допустимых стратегий) имеет следующий вид:

и(Ттас, , Вцф ) ^ ех1г ,

с Э^доп ,

ю - 1, 2, ., Одоп .

В этой постановке символом и обозначена целевая функция стратегии, зависящая от вектора временных макрохарактеристик стратегии, вектора допустимой стратегии с номером ю (вектора управляемых переменных), и множества, задающего область определения целевой функции стратегии. Символом Strдоп обозначено конечное множество допустимых стратегий, определяемое заданными ограничениями. При решении задачи оптимизации обычно варьируются только компоненты векторов допустимых стратегий.

После постановки задачи оптимизации осуществляется ее решение, включающее, в общем случае, процедуру формирования множества допустимых стратегий и процедуру выбора оптимальной стратегии из множества допустимых стратегий.

Для одноступенчатых стратегий может быть построен алгоритм формирования множества допустимых стратегий, удовлетворяющих экономическим и вероятностным ограничениям. После формирования такого множества для нахождения оптимальной стратегии используется метод полного перебора.

Для стратегий общего вида возможность построения алгоритма формирования множества допустимых стратегий отсутствует. В связи с этим выделяется два направления выполнения рассматриваемых процедур.

Первое направление предусматривает непосредственное формирование человеком множества допустимых стратегий путем задания характеристик каждой из стратегий с одновременным учетом ограничений. (При таком задании может быть алгоритмизирована проверка экономических ограничений). После этого оптимальная стратегия находится методом полного перебора.

Недостатком такого метода являются ограниченные возможности человека по генерации возможных и допустимых вариантов стратегий, количество которых может быть очень велико. Кроме того, в созданный человеком перечень стратегий оптимальная стратегия может не войти.

Второе направление предполагает использование специальных алгоритмов формирования условнооптимальных стратегий, под которыми понимаются стратегии, оптимальные в пределах подмножеств стратегий, имеющих одинаковые значения множеств некоторых характеристик стратегии (векторов последовательностей дат создания СБЭ Эстр векторов, задающих номера систем безопасности к по каждому из объектов). Такие алгоритмы позволяют при задании последовательности (или двух последовательностей) характеристик стратегии найти наилучшую стратегию в определенном аспекте безопасности.

Рассматриваемые алгоритмы построены на основе учета принципов построения показателей эффективности стратегий и базируются на понятиях "снижение опасности электроустановок” и "предотвращенная опасность электроустановок”, учитывающих "индивидуальный вклад” в снижение совокупной опасности отдельного акта создания перспективной СБЭ на определенном объекте.

Построены три разновидности алгоритмов. Первая из них позволяет найти оптимальную последовательность установки перспективных СБЭ при задании последовательности дат создания СБЭ Эстр и номеров СБЭ. Вторая разновидность учитывает влияние экономических ограничений (задаваемых вектором объемов финансирования Ф), не позволяющих в ряде случаев воспользоваться первым алгоритмом. Такой метод требует задания тех же характеристик стратегий, что и второй алгоритм. Третья разновидность учитывает влияние экономических ограничений, но не накладывает ограничений на значения номеров СБЭ. Она требует задания только последовательности дат создания систем безопасности Эстр .

Если введенные при реализации алгоритмов характеристики стратегий (например, Эстр) считаются удовлетворяющими ограничениям, то задачу оптимизации стратегии в определенном аспекте безопасности следует считать решенной. В противном случае рекомендуется осуществлять вариации вводимых характеристик с последующим решением задачи условной "одноаспектной” оптимизации, в результате которых может быть найдена оптимальная стратегия, удовлетворяющая всем ограничениям.

При выборе стратегии по двум критериям окончательным этапом оптимизации является нахождение оптимальной стратегии на основе использования обобщенного критерия среди двух условно-оптимальных стратегий, найденных для каждого из аспектов безопасности (выбор оптимальной стратегии осуществляется методом полного перебора).

В заключение отметим, что использование локально-оптимальных СБЭ (найденных в результате решения задачи структурно-параметрической оптимизации систем на объекте) в качестве перспективных при формировании стратегий, как правило, не позволяет полностью реализовать их "оптимизационный потенциал”, базирующийся на учете совокупного снижения опасности всех электроустановок на множестве объектов. В связи с этим использование таких систем при оптимизации стратегий следует считать нецелесообразным.

Таким образом, в настоящее время разработаны методы оптимизации стратегий создания систем безопасности на множестве объектов, позволяющие формировать эффективную техническую политику в направлении повышения эффективности систем безопасности электроустановок за счет массового внедрения УЗО.

Литература

1. Никольский, О.К. Электробезопасность в России на рубеже XXI века / О.К. Никольский // Вестн. АлтГТУ. - 2000. - № 3. - С. 11-16.

2. Сошников, А.А. Создание оптимальных систем комплексной безопасности в электроустановках до 1000 В / А.А. Сошников, О.Н. Дробязко// Вестн. АлтГТУ. - 2000. -№3. - С. 27-36.

3. Дробязко, О.Н. Выбор оптимальных стратегий создания систем комплексной безопасности электроустановок АПК / О.Н. Дробязко, А.А. Сошников // Вестн. АлтГТУ. - 2003. - № 1. - С. 40-46.

4. Дробязко, О.Н. Развитие методов моделирования и оптимизации стратегий создания систем комплексной безопасности электроустановок АПК / О.Н. Дробязко // Ползунов. альманах. - 2004. - № 1. - С. 139-144.

5. Дробязко, О.Н. Выбор оптимальной стратегии создания систем безопасности электроустановок на объекте АПК. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2003610372. 12 февраля 2003 г. / О.Н. Дробязко, С.С. Гусельников.

УДК 631.16658.382.3 О.Н. Дробязко

РАЗВИТИЕ МОДЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОПОРАЖЕНИЙ ЛЮДЕЙ ПРИ ЗАЩИТЕ УСТРОЙСТВАМИ ЗАЩИТНОГО ОТКЛЮЧЕНИЯ ПО ТОКУ УТЕЧКИ

В работе выполнена классификация и дана характеристика существующих математических моделей электропоражений людей при защите устройствами защитного отключения по току утечки. Сформированы новые модели, учитывающие изменившиеся технические характеристики устройств защитного отключения и новые физиологические реакции человека на воздействие электрического тока.

Устройство защитного отключения по току утечки является в настоящее время наиболее перспективным видом аппаратов защиты. Оно обеспечивает высокую степень защиты человека при прямом и косвенном контакте.

К настоящему времени накоплен определенный опыт математического моделирования электропоражений при использовании устройств защитного отключения [1, 2].

Разработанные к настоящему времени модели систем защиты, построенных на базе УЗО, можно разделить на две группы: 1) модели, в которых осуществляется расчет условной вероятности электропоражения при включении человека в цепь тока; 2) модели, в которых осуществляется расчет вероятности электропоражения человека при его взаимодействии с электроустановкой за некоторый период времени Т . (Отметим, что модели первого вида входят в качестве составных частей в модели второго вида).

Модели обоих рассмотренных видов имеют по две однотипных разновидности. Первая разновидность моделей описывает случаи прикосновения человека к токоведущим частям электроустановки, вторая разновидность - случаи касания людьми нетоковедущих частей электроустановок (или ОПЧ-электроустановок). По другой терминологии, первая разновидность моделей описывает защиту от прямого прикосновения, а вторая разновидность - защиту от косвенного прикосновения.

Введенная классификация моделей приведена на рисунке 1.

Рассмотрим модели, описывающие условную вероятность электропоражения от прямого прикосновения при защите с помощью УЗО.

Такие модели рассмотрены в ряде работ [1,2]. Наиболее детально вопросы моделирования систем защиты на базе УЗО освещены в [2]. При построении формул в ней выделены три расчетных ситуации.

В первой ситуации предполагается, что человек стоит на земле (на электропроводящем полу) и одной рукой прикасается к токоведущей части электроустановки, причем ладонь охватывает токоведущую часть (путь тока по телу человека “рука-ноги”).