Текст книги "Безопасность жизнедеятельности: учебное пособие"

– категория А – персонал, постоянно или временно работающий с источниками ионизирующих излучений;

– категория Б – ограниченная часть населения, которая по условиям размещения рабочих мест или по условиям проживания может подвергаться воздействию источников излучения;

– категория В – население страны, республики, края и области.

Для лиц категории А основным пороговым пределом является индивидуальная эквивалентная доза внешнего и внутреннего излучения за год (Зв/год) в зависимости от радиочувствительности органов (критические органы). Это предельно допустимая доза (ПДД) – наибольшее значение индивидуальной эквивалентной дозы за год, которое при равномерном воздействии в течение 50 лет не вызовет в состоянии здоровья персонала неблагоприятных изменений, обнаруживаемых современными методами.

Для персонала категории А индивидуальная эквивалентная доза (Н, Зв), накопленная в критическом органе за время Т (лет) с начала профессиональной работы, не должна превышать значения, определяемого по следующей формуле: Н = ПДД · Т. Кроме того, доза, накопленная человеком к 30 годам, не должна превышать 12 ПДД.

Для персонала категории Б установлен предел дозы за год (ПД, Зв/год) – наибольшее среднее значение индивидуальной эквивалентной дозы за календарный год у критической группы лиц, при котором равномерное облучение в течение 70 лет не может вызвать в состоянии здоровья неблагоприятных изменений, обнаруживаемых современными методами.

В табл. 1.2 приведены основные дозы внешнего и внутреннего облучений в зависимости от радиочувствительности органов.

Таблица 1.2. Основные дозы внешнего и внутреннего облучений в зависимости от радиочувствительности органов

Воздействие электрического тока на организм человека

Поражение электрическим током называют электротравмами. До 80 % всех случаев поражения электрическим током со смертельным исходом приходится на электроустановки напряжением до 1000 В (в первую очередь работающих под напряжением 220…380 В).

Проходя через организм человека, электрический ток оказывает три вида воздействия: термическое, электролитическое и биологическое. Термическое воздействие выражается в нагреве и ожогах различных частей и участков тела человека, электролитическое – в изменении состава (разложении) крови и других органических жидкостей, биологическое – в раздражении и возбуждении живых тканей организма и нарушении протекания в нем различных внутренних биоэлектрических процессов.

Электротравмы подразделяют на общие (электрические удары) и местные (четко выраженные местные повреждения тканей организма, вызванные воздействием электрического тока или электрической дуги, – электрические ожоги, электрические знаки на коже, металлизация кожи, механические повреждения и электроофтальмия).

Электрические ожоги вызываются протеканием тока через тело человека, особенно при непосредственном контакте тела с электрическим проводом, а также воздействием на тело человека электрической дуги, температура которой достигает нескольких тысяч градусов (дуговой ожог). Приблизительно две трети всех электротравм сопровождается ожогами.

На коже в тех местах, где проходил электрический ток, появляются электрические знаки, представляющие собой пятна серого или бледно-желтого цвета. Они, как правило, излечиваются, и с течением времени пораженная кожа приобретает нормальный вид. Такие знаки встречаются примерно у 20 % людей, получивших электротравму.

Под воздействием электрической дуги в верхние слои кожи человека могут проникнуть мелкие расплавленные частицы металла. Такая электротравма носит название металлизации кожи и встречается приблизительно у 10 % пострадавших.

Реже возникают механические повреждения органов и тканей человеческого тела (разрывы кожи и различных тканей, вывихи, переломы костей и др.) в результате судорожных сокращений мышц, вызываемых действием тока.

Еще один вид местной электротравмы – электроофтальмия – воспаление наружных оболочек глаз, возникающее под действием ультрафиолетового излучения электрической дуги при сварке.

Более трети всех электротравм приходится на электрический удар, под которым понимают возбуждение живых тканей организма электрическим током, проходящим через него, сопровождающееся судорожными сокращениями мышц тела.

Следует различать понятия клинической (мнимой) и биологической (истинной) смерти. У здоровых людей, подвергшихся воздействию электрического тока, длительность состояния клинической смерти составляет 7…8 мин. За это время средствами современной медицины возможно оживление организма (реанимация). В более поздние сроки в его клетках и тканях возникают необратимые изменения, т. е. наступает биологическая (истинная) смерть.

Последствия воздействия тока на организм человека зависят от силы тока (основной фактор), длительности его действия, рода и частоты, пути тока в теле человека и от индивидуальных свойств организма. Основной характеристикой, определяющей исход воздействия тока, является электрическое сопротивление тела человека, которое представляет собой сумму сопротивлений кожи и внутренних тканей организма.

Основным физическим фактором, влияющим на тяжесть электротравмы, является сила тока – количество электричества, проходящего через тело человека в единицу времени. Принято различать три ступени воздействия тока на организм человека и соответствующие им три пороговых значения: ощутимое, неотпускающее и фибрилляционное.

Пока сила тока не достигла ощутимого значения, человек не чувствует его воздействия. Попав под воздействие переменного тока промышленной частоты (50 Гц), человек начинает ощущать протекающий через него ток, когда его значение достигнет 0,6… 1,5 мА. Для постоянного тока пороговое значение составляет 6…7 мА. Ощутимый ток вызывает у человека малоболезненные (или безболезненные) раздражения, и он может самостоятельно освободиться от провода или токоведущей части, находящейся под напряжением.

Если сила переменного тока, протекающего через организм, составляет 10… 15 мА и более, а постоянного – 50…70 мА (или более), то такие токи называют неотпускающими, так как они вызывают непреодолимые и болезненные судорожные сокращения мышц рук при касании (захвате) ими токопроводящих частей или проводов. Человек не может самостоятельно разжать руку и освободиться от воздействия тока. При повышении силы переменного тока промышленной частоты до 25…50 мА затрудняется или даже прекращается (при воздействии этого тока в течение нескольких минут) процесс дыхания.

Фибрилляционными называют токи, вызывающие быстрые хаотические и разновременные сокращения волокон сердечной мышцы (фибрилл), в результате чего сердце теряет способность перекачивать кровь, прекращаются процессы кровообращения и дыхания и наступает смерть. При воздействии переменного тока промышленной частоты величина порогового фибрилляционного тока составляет 100 мА (при продолжительности воздействия более 0,5 с), а для постоянного тока – 300 мА при той же продолжительности воздействия.

Степень поражения электрическим током зависит также от вида и частоты тока. Переменный ток частотой от 20… 100 Гц наиболее опасен для человека. Токи частотой выше 500 000 Гц могут вызвать лишь термические ожоги и не оказывают раздражающего воздействия на ткани организма. Известно, что при напряжениях, превышающих 500 В, наиболее опасен постоянный ток, а при меньших напряжениях – переменный. Чем больше время воздействия тока, тем сильнее будет поражение им и тем меньше вероятность восстановления жизненных функций организма.

Тяжесть поражения электрическим током зависит от пути его распространения в организме человека. Так, опасность резко увеличивается, если на пути тока оказываются мозг, сердце или легкие. Цепь прохождения тока через тело человека зависит от места его прикосновения к оголенным проводам или токоведущим частям. Наиболее характерны следующие цепи: руки—ноги, рука—рука и рука—туловище.

К индивидуальным качествам человека в первую очередь относятся состояние его здоровья, обученность правильной и безопасной работе на электроустановках (с присвоением соответствующей квалификационной группы) и др.

Условия, в которых работает человек (сырость, высокая температура воздуха, наличие в помещениях токопроводящей пыли, химически активной или органической среды и др.), могут увеличивать или уменьшать опасность его поражения электрическим током. С этой точки зрения все помещения принято делить по степени опасности поражения током на три категории: без повышенной опасности, с повышенной опасностью, особо опасные.

Помещениями без повышенной опасности называют сухие (относительная влажность воздуха не превышает 60 %), беспыльные, с нормальной температурой воздуха и с изолирующими (например, деревянными) полами. К ним относятся жилые и такие производственные помещения, как цехи приборных предприятий и радиозаводов, лаборатории, конструкторские бюро, заводоуправления и офисы.

Для помещений с повышенной опасностью характерно наличие одного из следующих условий: сырость (помещения называют сырыми, если относительная влажность в них превышает 75 %); токопроводящая пыль (металлическая, углеродная и т. д.); токопроводящие полы (металлические, земляные, железобетонные, кирпичные); высокая температура, превышающая длительно 35 °C или кратковременно 40 °C; не исключается возможность одновременного прикосновения к металлическим деталям и корпусам электрооборудования, которые при повреждении изоляции могут оказаться под напряжением, и к заземленным металлоконструкциям. Примерами таких помещений могут служить лестничные клетки различных зданий с токопроводящими полами, цехи механической обработки материалов, складские неотапливаемые помещения и др.

К особо опасным относят электрощитовые и другие специальные помещения с электрооборудованием, находящимся под напряжением более 1000 В силой тока 1 А.

Защитные средства в электроустановках

Средствами защиты от поражения электрическим током являются защитное заземление, зануление, выравнивание потенциалов, малое напряжение, электрическое разделение сетей, защитное отключение, изоляция токоведущих частей, компенсация токов замыкания на землю, оградительные устройства, предупредительная сигнализация, блокировка, знаки безопасности, изолирующие защитные и предохранительные приспособления. Наиболее распространенные технические средства защиты – защитное заземление, зануление и защитное отключение.

Защитное заземление – это электрическое соединение с землей металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением. Назначение защитного заземления – устранение опасности поражения людей электрическим током при появлении напряжения на частях электрооборудования, т. е. при замыкании на корпус; принцип действия – снижение до безопасных значений напряжения прикосновения и напряжения шага; область применения – трехфазные трехпроводные сети напряжением до 1000 В – с изолированной нейтралью, выше 1000 В – с любым режимом нейтрали.

Заземляющее устройство состоит из заземления (одного или нескольких металлических элементов, погруженным на определенную глубину в грунт) и заземляющих проводников, соединяющих оборудование с заземлителем.

Чтобы защитить человека от поражения электрическим током, защитное заземление должно удовлетворять требованиям, изложенным в «Правилах устройства электроустановок» (ПУЭ) и ГОСТ 12.1.030-81 «ССБТ. Электробезопасность. Защитное заземление. Зануление». Эти требования зависят от напряжения электроустановок и мощности источника питания. Согласно требованиям ПУЭ сопротивление защитного заземления в любое время года не должно превышать 4 Ом в установках напряжением до 1000 В.

Занулением называют электрическое соединение нулевым защитным проводником металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением. Зануление является основным средством обеспечения электробезопасности и применяется в трехфазной сети с заземленной нейтралью напряжением до 1000 В. При занулении корпус электрооборудования соединяется с четвертым (нулевым) проводом этой сети.

При пробое на корпус происходит короткое замыкание между поврежденной фазой и нулевым проводом. В цепи короткого замыкания срабатывает защита, и поврежденная установка автоматически отключается от питающей сети. В качестве защиты применяют плавкие предохранители и другие устройства.

Защитное отключение – быстродействующая защита, обеспечивающая автоматическое отключение электроустановки при возникновении в ней опасности поражения током. Принцип защиты человека в этом случае заключается в ограничении времени протекания через его тело опасного тока. Устройство защитного отключения (УЗО) постоянно контролирует параметры сети и при их изменении, вызванном подключением человека в сеть, отключает всю сеть или ее участок.

Методы защиты от электромагнитных полей (ЭМП)

С целью предупреждения профессиональных заболеваний в зависимости от диапазона частот осуществляется нормирование электромагнитных излучений. Критерием безопасности для человека, находящегося в электрическом поле промышленной частоты, является напряженность этого поля.

В диапазоне частот 60 кГц…300 МГц нормируют напряженность электрической и магнитной составляющих ЭМП.

В диапазоне частот 300 МГц…300 ГГц нормируют плотность потока энергии (ППЭ) электромагнитного поля. Предельно допустимая ППЭ зависит от допустимого значения энергетической нагрузки на организм человека и времени его пребывания в зоне облучения, но во всех случаях она не должна превышать 10 Вт/м², а при наличии высокой температуры воздуха в рабочем помещении (выше 28 °C) – 1 Вт/м².

При превышении допустимых напряженности и плотности потока энергий ЭМП необходимо применять следующие средства и способы защиты персонала: экранирование рабочего места; удаление рабочего места от источника ЭМП (защита расстоянием); уменьшение мощности излучения непосредственно в источнике; организация рациональных режимов работы оборудования и обслуживающего персонала; применение средств индивидуальной защиты.

Наиболее эффективное средство защиты от электромагнитных излучений – установка экранов. Экранируют либо источник излучения, либо рабочее место. Экраны изготавливают из металлов с высокой токопроводимостью (медь, латунь, алюминий и его сплавы, сталь). Их защитное действие обусловлено тем, что электромагнитное поле источника создает в экране блуждающие токи, которые наводят в нем вторичное поле, по амплитуде почти равное, а по фазе противоположное первичному полю. Результирующее поле, возникающее при сложении этих двух полей, очень быстро убывает в экране.

Основной характеристикой экрана является эффективность экранирования, т. е. степень ослабления ЭМП. Эффективность почти не изменяется от того, изготовлен экран из сплошных металлических листов или металлических сеток. Экраны должны быть заземлены.

В качестве средств индивидуальной защиты применяют спецодежду, изготовленную из металлизированной ткани в виде комбинезонов, халатов, передников, курток с капюшонами и вмонтированными в них защитными очками. Ручной инструмент должен иметь диэлектрические рукоятки.

Для защиты глаз от ЭМП служат защитные очки типа ОРЗ-5, стекла которых покрыты слоем полупроводникового оксида олова, ослабляющим мощность поля в диапазоне волн 0,8… 150 см не менее чем в 1000 раз.

При работе с источниками электромагнитных излучений весьма важными являются и организационные мероприятия. К работе допускаются лица не моложе 18 лет, прошедшие медосмотр. Кроме того, в процессе работы один раз в год также проводится медосмотр. Лиц, у которых выявляют признаки хронического заболевания от излучений, направляют на лечение и переводят на другую работу.

Глава 2
Безопасность и экологичность технических систем

2.1. Идентификация травмирующих и вредных факторов

Ранжирование травмирующих и вредных факторов технических систем

По степени опасности вредные вещества подразделяют на четыре группы:

1-я группа – вещества чрезвычайно опасные с уровнем ПДК до 0,1 мг/м³ (руть, свинец, бериллий, озон, фосген и др.);

2-я группа – вещества высокоопасные с уровнем ПДК 0,1… 1 мг/м³ (оксиды азота, йод, марганец, медь, хлор, оксид кремния, сероводород, едкие щелочи и др.);

3-я группа – вещества умеренной опасности с уровнем ПДК 1…10 мг/м³ (сернистый ангидрид, ацетон, оксиды железа и др.);

4-я группа – вещества малоопасные с уровнем ПДК более 10 мг/м³ (аммиак, бензин, скипидар, оксид углерода и др.).

Предельно допустимые уровни других вредных факторов (шума, ЭМП, травмирующих электропараметров, радиации, освещения) приведены в соответствующих разделах учебника. Безопасные минимальные расстояния до опасных объектов, а также размеры и структуры зон поражения приводятся в регламенте (порядке проведения) каждого конкретного технологического процесса.

Отказ и вероятность отказа

Отказ – это нарушение работоспособности технических устройств, одно из основных понятий теории надежности. Отказ возникает вследствие изменения параметров устройства или его частей под влиянием внутренних физико-химических процессов и воздействия внешней среды. Различают внезапные и постепенные отказы: внезапные отказы характеризуются скачкообразным изменением значений одного или всех основных параметров устройства (например, перегорела нить накала в электрической лампе); постепенные отказы – это медленное (постепенное) изменение значений одного или нескольких основных параметров устройства (например, снижение мощности двигателя ниже установленной).

Критерии отказа устанавливают в нормативно-технической документации на конкретное изделие. Вследствие отказов возможно полное прекращение работы устройства или снижение эффективности его функционирования ниже допустимого уровня. Отказ элемента устройства, не обусловленный повреждениями других элементов, называют независимым; отказ, возникший в результате повреждения или выхода из строя других элементов, – зависимым.

Техническим средствам отводят ответственные функции на производстве и в сфере управления. Отказ технического устройства зачастую может привести к катастрофическим последствиям. Отказ определяет вероятность возникновения аварии на производстве.

Наработка – это продолжительность функционирования изделия либо объем работы, выполненный им за некоторый промежуток времени (например, суточная и месячная наработка, наработка до первого отказа, наработка между отказами, наработка между двумя капитальными ремонтами). Наработка – один из показателей надежности, измеряется в часах (минутах), кубометрах, гектарах, километрах, тоннах, циклах и т. п. Надежность зависит от технических характеристик изделия и условий его эксплуатации. Поскольку на надежность влияют такие факторы, как температура и влажность окружающей среды, различие в структуре и прочности деталей и механизмов, из которых состоит устройство, и т. д., можно считать ее случайной величиной. Характеристиками надежности являются средняя наработка до первого отказа для неремонтируемых устройств и средняя надежность между отказами (надежность на отказ) для ремонтируемых устройств. На стадии проектирования изделия его средняя надежность до первого отказа или надежность на отказ рассчитывается по характеристикам безотказности комплектующих элементов.

Наработка на отказ – среднее значение наработки ремонтируемого изделия между отказами (нарушениями его работоспособности). Если наработка выражена в единицах времени, то под наработкой на отказ понимается среднее время безотказной работы.

Надежность – свойство изделия сохранять значения установленных параметров функционирования в определенных пределах, соответствующих заданным режимам и условиям использования, технического обслуживания, хранения и транспортирования. Надежность – комплексное свойство, которое в зависимости от назначения изделия и условий его эксплуатации может выражаться в таких параметрах, как безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость, либо в определенном сочетании этих параметров применительно к изделию в целом или к его частям.

Основное понятие, используемое в теории надежности, – понятие отказа, т. е. утраты работоспособности, наступающей либо внезапно, либо постепенно. Работоспособность – это такое состояние изделия, при котором оно соответствует всем требованиям, предъявляемым к его основным параметрам: быстродействию, нагрузочной характеристике, устойчивости, точности выполнения производственных операций и т. д. Вместе с другими характеристиками (масса, габариты, удобство в обслуживании и др.) они составляют комплекс показателей качества изделия, которые могут изменяться в течение времени. Их изменение, превышающее допустимые значения, приводит к возникновению отказового состояния (частичного или полного отказа изделия).

Показатели надежности не противопоставляют другим показателям качества: без учета надежности все другие показатели качества изделия теряют свой смысл, как и показатели надежности становятся полноценными показателями качества лишь в сочетании с другими характеристиками изделия. Понятие надежности изделия используется в инженерной практике. Любые технические устройства – машины, инструменты или приспособления – всегда изготавливались в расчете на некоторый достаточный для практических целей период использования.

Надежность изделий определяют набором показателей; для каждого из типов изделий существуют рекомендации по выбору показателей надежности. Для оценки надежности изделий, которые могут находиться в двух возможных состояниях – работоспособном и отказовом, применяют следующие показатели: среднее время работы до возникновения отказа, наработка до первого отказа; среднее время работы, приходящееся на один отказ; работа на отказ; интенсивность отказов; параметр потока отказов; среднее время восстановления работоспособного состояния; вероятность безотказной работы за определенное время; коэффициент готовности и т. д.

Испытания на надежность проводят на этапах разработки опытного образца и серийного производства изделия.

Риск – количественная характеристика воздействия опасностей, формируемых конкретной деятельностью человека, т. е. число смертных случаев, число случаев заболевания, временной или стойкой нетрудоспособности (инвалидности), вызванных воздействием на человека конкретной опасности (электрический ток, вредное вещество, двигающийся предмет, криминальные элементы общества и др.), отнесенных на определенное количество жителей (работников) за конкретный период. Значение риска от конкретной опасности можно получить из статистики несчастных случаев, случаев заболевания, случаев насильственных действий над членами общества за различные промежутки времени: рабочую смену, сутки, неделю, квартал, год.

Риск как количественную характеристику реализации опасностей в настоящее время используют для анализа и оценки воздействия негативных факторов производства (состояний условий труда, экономического ущерба, определяемого несчастными случаями и заболеваниями) и формирования на этой основе системы социальной политики на производстве (обеспечение компенсаций, льгот). Опасности могут быть реализованы в форме травм или заболеваний только в том случае, если зона формирования опасностей пересекается с зоной деятельности человека. Различают индивидуальный и коллективный риск.

Индивидуальный риск характеризует реализацию опасности определенного вида деятельности для конкретного индивида. Используемые в нашей стране показатели производственного травматизма и профессиональной заболеваемости, такие как частота несчастных случаев и профессиональных заболеваний, являются выражением индивидуального производственного риска.

Коллективный риск – это травмирование или гибель двух и более человек от воздействия опасных и вредных производственных факторов.

Приемлемый риск – это такой низкий уровень смертности, травматизма или инвалидности людей, который не влияет на экономические показатели предприятия, отрасли экономики или государства. Приемлемый риск сочетает в себе технические, экономические, социальные и политические аспекты и представляет собой некий компромисс между уровнем безопасности и возможностями ее достижения.

При увеличении затрат на совершенствование оборудования технический риск снижается, но растет социальный. Суммарный риск сводится к минимуму при определенном соотношении между инвестициями в техническую и социальную сферы. Это обстоятельство надо учитывать при выборе приемлемого риска. В настоящее время считают, что действие техногенных опасностей (технический риск) должно находиться в пределах от 10^-7…10^-6 смертельных случаев на одного человека в год, а величина 10^-6 является максимально приемлемым уровнем индивидуального риска. В национальных правилах эту величину используют для оценки пожарной и радиационной безопасности.

В случае производственных аварий, пожаров для спасения людей человеку приходится идти на риск. Обоснованность такого риска определяется необходимостью оказания помощи пострадавшим людям, желанием спасти от разрушения дорогостоящее оборудование или сооружения предприятий.