Охрана труда

Примечание	Днепропетровск 2000
	Загрузить архив:
	Файл: 009-0024.zip (679kb [zip], Скачиваний: 183) скачать

1.2. Цели и задачи курса «Охрана труда»

Дисциплина «Охрана труда» является социально-тех­нической наукой, которая выявляет и изучает производ­ственные опасности и профессиональные вредности, раз­рабатывает методы их предотвращения или ослабления с целью устранения несчастных случаев, профессиональ­ных заболеваний, аварий и пожаров.

Охрана труда как научная дисциплина впервые воз­никла в СССР на стыке социально-правовых, технических и медицинских наук. Главными объектами ее исследова­ний являются человек и процесс труда, производственная среда, взаимосвязь человекам промышленным оборудова­нием, организация труда и производства, технологиче­ские процессы.

Методологическая основа курса — научный анализ условий труда, технологических процессов, аппаратуры и оборудования с точки зрения возможности возникновении аварийных ситуаций, появления опасных факторов, выде­ления вредных 'производственных веществ. На основе такого анализа определяются опасные участки производ­ства, возможные аварийные ситуации и разрабатываются мероприятия по их предупреждению или ограничению последствий.

Полностью безопасных и безвредных производств не существует. Задача охраны труда — свести к минимуму вероятность несчастного случая или заболевания работа­ющего с одновременным обеспечением комфортных усло­вий при максимальной производительности труда.

Курс Охрана труда» состоит из четырех разделов:

правовые и организационные вопросы охраны труда; про­изводственная санитария; техника безопасности; пожар­ная безопасность.

1.3. Научно-технический прогресс и охрана труда

Наука об охране труда тесно связана с другими наука­ми, широко использует новейшие достижения науки и тех­ники, базируется на теоретических разработках по фи­зике, химии, математике, электронике, медицине, эконо­мике и др.

Важное место в разработке вопросов охраны труда занимают такие научные дисциплины, как эргономика, инженерная психология и физиология труда, техническая эстетика.

Для определения на научной основе методов и путей улучшения и оздоровления условий труда на производ­стве, обеспечения правильного ритма труда, режима тру­да и отдыха необходимо учитывать требования психоло­гии и физиологии труда человека (изучение колебаний работоспособности человека, связанных с утомлением, нервным напряжением, монотонностью работы, и др.). Техническая эстетика изучает закономерности художест­венного проектирования производственных помещений и оборудования.

Охрана труда работающих в условиях интенсивного перевооружения производства на базе комплексной меха­низации и автоматизации может быть обеспечена лишь при всестороннем учете возможностей человека в трудо­вом процессе. В правильном решении этих задач суще­ственную роль играет эргономика. Эргономика изучает проблемы оптимального распределения и согласования функций между человеком и машиной, обосновывает оп­тимальные требования к средствам и условиям деятельности и разрабатывает методы их учета при создании и экс­плуатации техники, управляемой и обслуживаемой чело­веком. Рациональное сочетание возможностей человека и характеристик машины и соответствующее распределе­ние функций внутри системы существенно повышают се эффективность и обусловливают оптимальное использо­вание человеком технических средств в соответствии с их назначением.

Рабочим местом считается место постоянного или пе­риодического пребывания работающего для наблюдения и ведения производственного процесса или эксперимен­та. Организация рабочего места заключается в выборе рабочей позы, определении рабочих зон, размещении ор­ганов управления, индикаторов, инструментов и загото­вок. Часть пространства рабочего места, в котором осу­ществляются трудовые процессы, может быть разделена на зоны. Рабочая поза будет наименее утомительна при условии, что рабочая зона сконструирована правильно, то есть обеспечивается соответствие этой зоны с оптималь­ным нолем зрения рабочего (рабочая зона ограничивается дугами, которые может описывать рука при выполнении производственных операций).

Взаимодействие человека и техники в системе произ­водства (система человек —машина — производственная среда) должно рассматриваться при проектировании и создании безопасных условий труда, при решении за­дач оптимизации труда. Такое взаимодействие и является специальным предметом науки — эргономики, которая комплексно изучает человека в конкретных условиях его деятельности, связанной с использованием машин (техни­ческих средств).

Различаются следующие требования эргономики к организации и проектированию трудовых процессов:

экономические, психофизиологические, психологические/ антропометрические, биомеханические, гигиенические, эстетические и социальные.

К экономическим требованиям относятся: повышение технической вооруженности труда; выбор оптимальной технологии, исключение лишних затрат рабочего времени;

наиболее полное использование оборудования; выбор оптимального ритма и темпа работы; рациональная орга­низация рабочего места.

Психофизиологические требования: установление соот­ветствия скоростных, энергетических, зрительных и дру­гих физиологических возможностей человека в рассмат­риваемом процессе; введение рациональных режимов труда и отдыха; сокращение объема информации; сниже­ние нервно-эмоциональных напряжений и физических нагрузок; профессиональный отбор.

К. психологическим требованиям относят установление соответствия закрепленных и формируемых навыков и воз­можностей восприятия, памяти и мышления.

Антропометрические и биомеханические требования:

установление соответствия орудий труда размерам, фор­ме и массе тела человека, силе и направлению дви­жений.

Гигиенические требования: создание оптимальных ме­теорологических условий, оптимального физико-химиче­ского состава воздушной среды, освещенности, уровней шума и вибраций в пределах требований стандартов ССБТ и т. д.

К эстетическим требованиям относят определение соответствия эстетических потребностей человека и ху­дожественно-конструкторских решений рабочих мест (орудий труда) и производственной среды.

Социальные требования: повышение профессиональной подготовки, содержательности труда, эффективности уп­равления производственными процессами, творческой активности трудящихся и др.

Эргономика рассматривает человека в системе чело­век—машина—производственная среда (ЧМС) как ве­дущее звено. Чем сложнее техника и многообразнее взаи­моотношения с ней человека, тем большая роль отводится «человеческому фактору» для достижения цели в совре­менном производстве.

Под «человеческим фактором» понимается широкий круг присущих людям психологических и психофизиоло­гических свойств, которые так или иначе проявляются в трудовой деятельности-

Под понятием «машина» подразумевается все, что на­ходится в системе ЧМС между человеком и управляемым объектом.

Под производственной средой в эргономике понимаются следующие показатели: уровни опасных и вредных про­изводственных факторов; параметры, сопутствующие процессу применения машин (электрический ток, вибра­ции и др.); потоки информации, приходящие в систему извне (распоряжения, инструкция, команды и т. и.). В период широкого внедрения новой техники во всех отраслях народного хозяйства—проблема оптимизации взаимоотношения человека с машиной и производствен­ной средой стала одной из основных.

1.4. Основные понятия и определения по охране труда

В ГОСТ 12.0.002—80 Системы стандартов безопасности труда (ССБТ). Термины и определения даются опреде­ления основных понятий и терминов, применяемых в ох­ране труда.

Охрана труда — это система законодательных актов, социально-экономических, организационных, техниче­ских, гигиенических и лечебно-профилактических меро­приятий и средств, обеспечивающих безопасность, сохра­нение здоровья и работоспособности человека в процессе труда.

Техника безопасности — система организационных мероприятий и технических средств, предотвращающих воздействие на работающих опасных производственных факторов.

Производственная санитария — система организаци­онных мероприятий и технических средств, предотвра­щающих или уменьшающих воздействие на работающих вредных производственных факторов.

Опасный производственный фактор — фактор, воздей­ствие которого на работающего в определенных условиях приводит к травме или другому внезапному резкому ухуд­шению здоровья. Вредный производственный фактор— фактор, воздействие которого па работающего в опреде­ленных условиях приводит к заболеванию или снижению работоспособности.

Несчастный случай на производстве — случай воздей­ствия на работающего опасного производственного фак­тора при выполнении трудовых обязанностей или заданий руководителя работ.

Травма (в переводе с греческого — рана) — повреж­дение тканей и органов человека с нарушением их целост­ности и функций, вызванное действием факторов внешней среды.

Безопасность труда — состояние условий труда, при котором исключено воздействие на работающих опасных в вредных производственных факторов.

Безопасность производственного оборудования и про­цесса — свойство производственного оборудования или    процесса сохранять соответствие требованиям безопасно­сти труда в условиях, установленных нормативно-техни­ческой документацией.

Опасная зона — пространство, в котором возможно воздействие на работающего опасного или вредного производственного фактора.

Средство индивидуальной и коллективной защиты предназначено для защиты соответственно одного или двух и более работающих (предотвращение или уменьшение воздействия опасных и вредных производственных факторов).

Знаки безопасности труда предназначены для преду­преждения работающих о возможной опасности, необхо­димости применения соответствующих средств защиты, а также разрешающие или запрещающие определенные действия работающих.

Профессиональное заболевание вызывается воздействи­ем на работающего вредных условий труда.

Пожарная и взрывная безопасность — система орга­низационных и технических средств, направленных на профилактику и ликвидацию пожаров и взрывов, ограни­чение их последствий.

Законодательство по охране труда — это часть трудо­вого законодательства, касающаяся обеспечения нормаль­ных условий труда.

Безопасное расстояние —наименьшее допустимое рас­стояние между работающим и источником опасности, не­обходимое для обеспечения безопасности работающего.

                                                                       

2.6. Система управления охраной труда (СУОТ]

В условиях современного производства отдельные, частные мероприятия по улучшению условий труда, предупреждению травматизма и заболеваемости оказыва­ются недостаточно эффективными. Их необходимо осу­ществить комплексно, системно.

Одним из наиболее важных принципов построения и функционирования СУОТ является принцип системно­го подхода. Он выражается в том, что на основе програм­мно-целевого управления осуществляется комплекс вза­имосвязанных организационных, технических, гигиени­ческих И социально-экономических мероприятий по со­зданию здоровых и безопасных условий труда на всех участках и стадиях производства. В СУОТ объектом управления служит безопасность труда на рабочем мес­те, участке, в цехе, во всей системе «человек — производ­ство», а управляющий орган состоит из руководителей предприятия и структурных подразделений, а также работников службы охраны груда-Состояние объекта управления определяется входны­ми параметрами-факторами, воздействующими на без­опасность и безвредность трудовой деятельности. К ним можно отнести: безопасность конструкции оборудования и содержание его в безопасном состоянии; безопасность технологических процессов; организацию труда, произ-

25

водства и управления; гигиенические параметры произ­водственной среды; социально-психологические и психо­физиологические (субъективные) факторы. Поскольку реальные производственные условия не могут быть аб­солютно безопасными, то выходной характеристикой слу­жит некоторый уровень безопасности труда. Показатели количественной и качественной оценки уровня безопас­ности выступают в роли критериев эффективности управ­ления. Информация о выявленных в процессе контроля отклонениях от норм поступает в управляющий орган для анализа, выработки н принятия решений (управ­ляющих воздействий), направленных на регулирование управляющих параметров — входов объекта управле­ния. Таким образом, СУОТ действует по принципу об­ратной связи (замкнутое автономное управление).

Главная цель СУОТ — обеспечение безопасных и здо­ровых условий труда на производстве — достигается пу­тем решения следующих задач (рис. З):

обеспечения безопасности производственных процес­сов, оборудования, зданий и сооружений;

создания нормальных санитарно-гигиенических и пси­хофизиологических условий труда;

организации профессионального отбора, обучения и пропаганды охраны труда;

обеспечения работающих средствами индивидуальной защиты (СИЗ);

нормализации санитарно-бытового обслуживания. Определяющая и ведущая функция управления охра­ной труда —планирование организационно-технических мероприятий но охране труда. До начала работ по пла­нированию должно быть проведено прогнозирование производственного травматизма, профессиональной за­болеваемости и других показателей охраны труда. Прог­нозирование производственного травматизма основано на анализе статистических данных о травматизме за не­сколько лет. Прогнозирование показателей охраны труда может быть поисковым и нормативным, исходя соответ­ственно из существующей ситуации для определения состояния системы в будущем и из нормативно оценен­ных будущих состояний системы к действиям в настоя­щее время.

Организация работы по охране труда заключается и выборе и формировании такой структуры управления охраной труда на предприятии (в организации), которая

26

Рис. 3. Структурные схемы управления охраной труда:

а ¾ полная; б ¾ упрощенная

бы наилучшим образом соответствовала цели создания безопасных и здоровых условий труда.

Практически осе инженерные службы и должностные лица предприятия участвуют в управлении охраной тру­да- Поэтому эффективность управления охраной труда па предприятии зависит от организации работы— четкой ре­гламентации обязанностей и прав всех звеньев и долж­ностных лиц в этой области. Для этого на каждом пред­приятии разрабатывается Положение (на основе Типового

27

положения соответствующего Министерства и ЦК проф­союза) об организации работы по охране труда. Этот доку­мент устанавливает взаимосвязи, соподчиненность, обя­занности и права служб, структурных подразделений, дол­жностных лиц в системе управления охраной труда. При этом соотношение основных функций при переходе с одно­го уровня управления на другой изменяется. Если, на­пример, на уровне дирекции наибольшее значение имеют функции планирования, координации и контроля, то в цехе основное внимание должно обращаться на функ­ции организации и стимулирования.

Организационно-методическую работу по управле­нию охраной труда, подготовку управленческих решений и контроль за ид реализацией осуществляет служба охра­ны труда, подчиненная непосредственно главному ин­женеру. Соответствие результатов деятельности уста­новленной цели осуществляется с помощью функций уче­та и анализа, которые позволяют установить уровень состояния охраны труда и эффективность работы СУОТ. Эта оценка проводится на всех уровнях управления (от мастера до директора). Суть функций учета и анализа заключается в систематическом учете показателей состоя­ния охраны труда на объекте управления, анализе дан­ных учета и обобщении причин невыполнения требова­ний законов, стандартов, прав ил и норм охраны труда, а также причин невыполнения планируемых мероприя­тий, Анализируются все учетные и отчетные материалы о несчастных случаях, общих и профессиональных забо­леваний, материалы всех видов контроля состояния охраны труда, данные санитарно-технических паспортов объектов, рабочих мест, участков и цехов, материалы специальных обследований зданий, сооружений, поме­щений, оборудования и т. п. В результате осуществления этой функции разрабатываются предложения, включа­емые в текущие и перспективные планы, и стимулируется (материально и морально) деятельность отдельных служб, подразделений и должностных лиц за достигнутые пока­затели в области охраны труда.

Отклонения от требований охраны труда устанавли­ваются с помощью функции контроля, а устранение при­чин отклонений является функцией координации (регу­лирования).

Содержание функции координации работ, осуществ­ляемой под руководством главного инженера на всех

28

уровнях управления, состоит в разработке и выполне­нии приказов, распоряжений и предписаний, проведе­нии оперативных совещаний и т. п.

Для осуществления стимулирования в области охраны труда и практической оценки состояния охраны труда на предприятии (в цехе) используется базовый коэффициент К_баз, который представляет собой произведение трех ко­эффициентов :

К_баз = К_п.бК_т.бК_и.д,                 (4)

где К_п.б —коэффициент производственной безопасности, характеризующий выполнение работающими норм н пра­вил охраны труда (отношение числа работников, строго соблюдающих требования безопасности, к общему числу рабочих в цехе или на участке); К_т.б — коэффициент технической безопасности, представляющий собой отно­шение количества машин, механизмов и других видов оборудования, полностью удовлетворяющих требованиям безопасности, к общему числу единиц оборудования, установленных в цехе (на участке); К_и.д—коэффици­ент исполнительской дисциплины ИТР, который опре­деляется отношением количества выполненных мероприятий по охране труда за месяц (или другой пе­риод времени) к общему количеству запланированных мероприятий.

Коэффициенты К_п.б и К_и.д устанавливаются, как правило, инженером службы охраны труда, а коэффи­циент К_т.б — комиссией, осматривающей оборудование (заполняются специальные карты). По динамике измене­ния К_баз и других коэффициентов можно судить об уровне и направленности работы по охране труда в цехе (на уча­стке). Можно также планировать рост этих коэффициен­тов и в зависимости от этого осуществлять материальное и моральное стимулировании (поощрение) коллектива и отдельных работников. К нарушителям правил и норм охраны труда применяются дисциплинарные и общественные меры воздействия. Используется также шкала сни­жения базового коэффициента из-за конкретных нару­шений правил и норм.

Учебно-поисковая задача

Новые опасности и вредности, которые появляются на промышленных предприятиях различных отраслей народного хозяй­ства на современном уровне развития пауки и техники.

29

Научно-технический прогресс характеризуется быстрым на­сыщением производства новейшими машинами, оборудованием, приборами, устройствами механизации и автоматизации произ­водственных процессов, роботизированных комплексов и участ­ков, Так, получают широкое применение лазерные установки, приборы с использованием изотопов, ультразвука, сложнейших устройств в системах автоматики, телемеханики, дистанционного управления и т. п. При этом одновременно с получением опреде­ленного технико-экономического эффекта нередко появляются и новые производственные опасности и вредности. Поэтому в ус­ловиях интенсификации производства, когда непрерывно созда­ются новые технологические процессы, машины и устройства для управления этими сложными процессами, неизбежно возникают новые проблемы по охране труда. К таким проблемам следует отнести инженерно-технические, медико-биологические и социаль­но-экономические проблемы по охране труда. Следует также указать и на экологические проблемы, которые зачастую возни­кают в период НТП. Рассмотрим кратко эти проблемы.

К инженерно-техническим проблемам по охране труда можно отнести:

разработку методов получения короткоживущих радиоизо­топов, обеспечивающих большую безопасность их применения;

оценку условий труда при использовании на предприятиях новых машин и устройств;

отражение вопросов безопасности в проектной документа­ции на конкретную технологию производства;

разработку высокоэффективных мер по снижению уровней шума и вибрации на выпускаемых машинах и технологическом оборудовании;

создание более совершенных методов и средств защиты при эксплуатации промышленных роботов, устройств автоматики, электроустановок и др.

Медико-биологические проблемы по охране труда:

исследования по изучению влияния новых производствен­ных факторов на сердечно-сосудистые и нервно-психические забо­левания (от нервно-психического перенапряжения при работе операторов, диспетчеров и др.), на возникновения злокачествен­ных новообразований;

изучение механизмов адаптации и акклиматизации организ­ма человека к метеорологическим условиям и производственной среде при использовании новейшей техники, устройств и при­боров.

Социально-экономические проблемы охраны труда:

комплексное изучение причин травматизма и профессиональ­ных заболеваний в современных условиях с целью прогнозиро­вания и разработки мер по их снижению;

разработка новых методов оценки экономической эффектив­ности мероприятий по охране труда.

Раздел II

ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ САНИТАРИЯ И ГИГИЕНА ТРУДА

Глава 3 ОЗДОРОВЛЕНИЕ ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ

3.1. Основные задачи производственной санитарии и гигиены труда

В процессе труда на человека кратковременно или длительно воздействуют разнообразные неблагоприят­ные факторы (пыль, газы, пары, шум и др.), которые мо­гут привести к заболеванию и потере трудоспособности.

Условия и факторы, неблагоприятно влияющие на организм человека, можно разделить на три основных вида: физические (температура, шум, вибрация и 'Др.);

химические (пыль. газы, пар); биологические (инфек­ционные заболевания).

Эти факторы называются профессиональными вредно­стями .

Таким образом, задачей службы производственной са­нитария является выполнение комплекса мероприятий, направленных на оздоровление условий труда рабочих и повышение его производительности на всех стадиях технологического процесса, устранение неблагоприятна действующих на здоровье рабочих вредных факторов и предупреждение профессиональных заболеваний.

Санитарными нормами проектирования промышлен­ных предприятий предусматриваются предельно допусти­мые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе ра­бочей зоны. Эти концентрации являются максимально разовыми и в пределах восьмичасового рабочего време­ни и всего рабочего стажа не могут вызвать у работа­ющих заболевания или какие-либо отклонения в состоя­нии здоровья, обнаруживаемые современными методами исследования.

По степени воздействия на организм человека вред­ные вещества подразделяются на четыре класса; I — чрез­вычайно опасные (ПДК до 0,1 мг/м"); II — высоко опас­ные (ПДК от 0,1 до 1 мг/м³); III — умеренно опасные (ПДК от 1 до 10 мг/м³); IV •- мало опасные (ПДК > > 10 мг/м³).

31

Всего нормируется более 700 веществ.

Тоническими, или ядовитыми, называются вещества, отрицательно воздействующие на организм человека и вызывающие нарушение процессов нормальной жизне­деятельности, Различаются острые и хронические от­равления, Острые отравления — это следствие кратко­временного воздействия ядовитых веществ, поступающих в организм в значительном количестве. Хронические от­равления развиваются в результате постепенного, про­должительного воздействия токсических веществ, посту­пающих в организм малыми дозами, и отличаются боль­шой стойкостью симптомов отравления. В результате хронических отравлений появляются профессиональные заболевания. По характеру токсичности различают че­тыре группы ядов: едкие, разрушающие кожный покров и слизистые оболочки ( Н₂SO₄, НС1, CrO₃ и др.); разру­шающие органы дыхания (SiO₂, SO₂, NH₃ и др.); действу­ющие на кровь (СО, мышьяковистый водород); действу­ющие на нервную систему (спирты, эфиры, сероводород, углеводороды).

Так на предприятиях приборостроения применяют ртуть, пары которой относятся к токсическим веществам. К таким веществам следует отнести также пары и пыль свинца. Источники их образования: металлизация свин­цом, окраска изделий свинцовыми красками, монтаж электрических схем приборов припоями, содержащими свинец. Характер действия и степень токсичности ве­ществ зависят от физико-химических свойств, особенно летучести, растворимости в воде и биологической среде, агрегатного состояния и дисперсности.

Воздух рабочих помещений может оказаться насы­щенным примесями вредных газов или паров, выде­ляющихся при производственных процессах. Например, в цехах гальванонокрытий и травления образуются пары кислот, при проведении лакопокрасочных и пропиточ­ных работ — пары растворителей (бензол, толуол и пр.), при пайке и сварке — пары металлов и т, д.

Предупреждение профессиональных заболеваний и от­равлений достигается выполнением комплекса техниче­ских и организационных мероприятий, направленных на оздоровление воздушной среды и выполнение режима производственной гигиены и личной безопасности ра­бочих.

.

3.2. Санитарные нормы проектирования промышленных предприятий

^? Проектирование промышленных предприятий (про­изводственных и вспомогательных зданий и сооружений, инженерного оборудования) ведется с учетом действу­ющих санитарных норм. Размеры санитарно-защитной зоны принимаются в соответствии в санитарной класси­фикацией предприятия:

Класс предприятия                                       Размеры зоны, м

I                                                                        1000

II                                                                      500

III                                                                     300

IV                                                                     100

V                                                                      50

Объем производственного помещения предприятий на одного работающего принимается не менее 15 м³, а пло­щадь — не менее 4,5 м³. Высота помещения должна быть не менее 3,2 м.

Санитарно-бытовые помещения, как правило, распо­лагают в пристройках к основным производственным зда­ниям или в отдельно стоящих зданиях. В состав бытовых помещений и устройств входят гардеробные, умываль­ные, душевые, уборные, помещения для сушки и обеспыливания одежды, помещения для личной гигиены жен­щин, пункты питания, курительные, комнаты для обогре­ва работающих, питьевое водоснабжение (в жарких по­мещениях — подсоленной газированной водой). Состав этих помещений и их пропускная способность опреде­ляются исходя из санитарной характеристики групп производственных процессов; la — протекающие при нормальных метеорологических условиях и не вызывающие загрязнения одежды и рук; 16 — вызывающие загрязнения одежды и рук; 11е — протекающие на открытом воздухе.

Число мест в гардеробных принимается равным числу рабочих, занятых во всех сменах. Все остальные бытовые помещения рассчитываются на число работников одной, наиболее многочисленной смены.

Качество питьевой воды (из расчета потребления от 2,5 до 4 л в сутки на одного человека) должно отвечать •установленным санитарным требованиям. Продолжительность осветления (отстоя) воды В, ч, определяется по формуле

B=H/3,6v,                   (5)

где Н—средняя полезная высота (глубина) отстойника, м (горизонтального отстойника 3,5—4 м, вертикально­го — 3,5 м); v — скорость выпадения взвеси (мм/с) — для отстойников с коагуляцией v = 0,5 ... 0,05 мм/с, без коагуляции v = 0,05...О,! мм/с.

Расстояние от рабочих мест до туалетов, помещений обогрева людей, сушки одежды должно быть не более 150м,

3.3. Метеорологические условия и их нормирование в производственных помещениях

Метеорологические условия (микроклимат) в произ­водственных условиях определяются следующими параметрами: температурой воздухаt,°С, относительной влажностью j, %, скоростью движения воздуха на ра­бочем месте V, м/с, атмосферным давлением Р, мм. рт. ст.

Производительность труда и самочувствие рабочего во многом зависят от состояния окружающей среды и прежде всего от изменения температуры, влажности, скорости движения воздуха, атмосферного давления, теплового излучения,

Измерить комфортность (ощущения человека) какими-либо физическими единицами невозможно, а поэтому введены условные единицы измерения в виде так назы­ваемых температур: эффективных — температура, кото­рая ощущается человеком при определенной относитель­ной влажности воздуха и отсутствии его движения в по­мещении, и эффективно-эквивалентных — при движении воздуха с различной скоростью. На рис. 4 приведена но­мограмма (с нанесенной зоной комфортности), по которой можно определить эффективную и эффективно-эквива­лентную температуры.

В соответствии с требованиями стандарта ССБТ метео­рологические условия определяются для рабочей зоны на высоте 2 м над уровнем пола. Человек работоспособен и чувствует себя хорошо, если температура окружающе­го воздуха находится в пределах i8—22 °C, относитель­ная влажность составляет 40—60 %, а скорость движе­ния воздуха—0,1—0,2м/с. При высокой температура

34

Рис. 4, Номограмма эффективно -эквивалентных температур мик­роклимата помещений (ЭЭМ.)

и влажности происходит перегревание тела, грозящее тепловым ударом. Оно может быть вызвано также инфра­красным излучением прямых солнечных лучей. При низкой температуре происходит охлаждение организма, приводящее к простудным заболеваниям.

Условия труда на рабочих местах улучшают за счет механизации и автоматизации технологических процес­сов, обеспечения необходимого воздухообмена в произ­водственных помещениях, изоляции опасных и пылящих процессов, применения индивидуальных защитных средств и т. д.

В соответствии с требованиями стандарта устанавливаются оптимальные и допустимые метеорологические усло­вия для рабочей зоны помещения, при выборе которых учитываются:.

время года — холодный и переходный периоды со среднесуточной температурой наружного воздуха ниже +10°G; теплый период с температурой +10°С и выше;

категория физической работы по тяжести (легкие ра­боты с энергозатратами менее 172 Вт, средней тяжести — 172—293 и тяжелые — свыше 293 Вт).

Воздухообмен G, м³/ч, необходимый для ликвидации избытков тепла, определяется но формуле

где Q_изб —избыток тепла, Вт (Дж/с); t_уд, t_пр — темпера­тура воздуха, удаляемого из помещения и приточного, °С; с — теплоемкость воздуха, кДж/(кг • град); v — плотность приточного воздуха, кг/м³.

Температуру воздуха, удаляемого из помещения, ре­комендуется рассчитывать по эмпирической формуле:

где t_рз — температура воздуха в рабочей зоне при аэра­ции (принимается на 3—5 °С выше температуры наружно­го воздуха), °С; k — коэффициент повышения температу­ры по высоте помещения (для горячих цеховk = 1...1,5; для остальных k = 0,2); h — расстояние от пола до цент­ра вытяжных фрамуг, м; 2 — высота рабочей зоны. м.

Для помещений, где работают машины, выделяющие тепло (дизельгенераторы и др.), избыток тепла Q_изб, Вт, может быть рассчитан по формуле

где n_д, п_г—число дизелей и генераторов; N_д, N_г— мощности дизеля и генератора, кВт; h_д,h_г—КПД ди­зеля (h_д = 0,3) и генератора (h_г=0,98); С_д—коэффи­циент, учитывающий долю тепла, отведенного водой от дизеля (С_д=0,97).

Температура воздуха в производственных помещениях измеряется обычными ртутными или спиртовыми термо­метрами. Для непрерывной регистрации температуры применяются самопишущие приборы — термографы. Температура воздуха измеряется в нескольких точках рабо­чего помещения в разное время. Измерение производится в одной-двух точках па уровне 1,3—1,5 м от пола. На тех рабочих местах, где температура воздуха у пола заметно отличается от температуры воздуха верхней зоны поме­щения, она измеряется па уровне ног (0,2—0,3 м от пола).

Относительная влажность воздуха (отношение фак­тического содержания водяных паров в граммах, которое находится в данное время в t м³ воздуха, к максимально возможному их содержанию в этом объеме) определяется психрометрами стационарным (психрометр Августа) ила аспирационным.

Для измерения движения воздуха применяются крыльчатые (предел измерения 0,3—0,5 м/с) и чашечные (1—20м/с) анемометры, а для определения малых ско­ростей движения воздуха (менее 0,5 м/с) — термоанемо­метры и кататермометры.

Современные методы и средства автоматизированного сбора и обработки информации о параметрах микрокли­мата в производственных помещениях позволяют полу­чать оперативные данные о состоянии метеорологических условий среды в рабочих зонах для принятия экстренных мер. Применяются анализаторы качества микроклимата ЭМТБ-1 (электронная модель теплового баланса) и другие автоматические устройства. Для непрерывной регистра­ции колебаний температуры воздуха в виде записи температурной кривой в течение рабочего дня, суток, не­дели применяются термографы. Основной частью прибо­ра, которая реагирует на изменения температуры воздуха, является биметаллическая пластинка.

Для систематического наблюдения за влажностью воз­духа по дням и часам применяются самопишущие при­боры — гигрографы, устройство которых аналогично термографам. В качестве воспринимающей части, реаги­рующей на изменения влажности воздуха, служит пучок волос (волос во влажном воздухе удлиняется, в сухом — укорачивается). Прибор обеспечивает непрерывную ре­гистрацию изменений относительной влажности воздуха в течение длительного времени.

Барограф устроен по такому же принципу, как и тер­мограф. Он используется для непрерывной регистрации колебаний атмосферного давления в течение определен­ного отрезка времени.

37

Отбор проб воздуха в рабочей зоне производственно­го помещения для лабораторного химического исследо­вания с целью определения концентрации вредных ве­ществ может производиться разными методами в зависи­мости от агрегатного состояния этих веществ,, загрязня­ющих воздух (в виде газа, пара, пыли или тумана). Для выделения из воздуха различных веществ пользуются поглотительными средами. Так, для отбора проб воз­духа применяются электрические аспираторы Мигунова в др.

Отбор среднесуточных проб производится с помощью автоматических газоанализаторов — непрерывно дей­ствующих, автоматических, показывающих и регистри­рующих приборов.

Интенсивность теплового (инфракрасного) излучения измеряется актинометрами.

Меры защиты от теплового излучения делятся на че­тыре группы: устраняющие источник тепловыделений;

защищающие от тепловой радиации (поглощающие и от­ражающие стационарные и подвижные экраны); облег­чающие теплоотдачу тела человека (оазисы, души);

индивидуальная защита.

Отражающие экраны выполняются из кирпича, алю­миния, жести, асбеста. Поглощающие экраны представ­ляют собой завесы. Индивидуальная защита в горячих цехах достигается спецодеждой из сукна, брезента, шляпой из войлока, фетра, спецобувью, очками со свето­фильтрами. Существенное значение имеют питьевой режим и режим труда и отдыха.

3-4. Производственные пыли, пары и газы

Ряд производственных процессов сопровождается зна­чительным выделением пыли. Пыли, взвешенные в воз­духе, называются аэрозолями; скопления осевших пылей — аэрогелями. Ядовитые пыли, растворяясь в био­логических средах организма, вызывают отравления. Нетоксичные пыли воздействуют на организм, раздражая кожу, глаза, уши, а проникая в легкие, вызывают про­фессиональные заболевания — пневмокониозы (силикоз в др.). Вредность воздействия зависит от количества вды­хаемой пыли, от степени ее дисперсности, формы пыли­нок и ее химического состава. Глубоко в легкие прони­кают пылинки размером от 0,1 до 10 мкм, мелкие выдыхаются обратно, а более крупные задерживаются в носо­глотке.

По степени измельчения (дисперсности) пыли делят на две группы: видимая —с размерами частиц 10 мкм и более; микроскопическая — менее 10 мкм (по классификационной номограмме деление более подробное — на 5 групп: I—V).

Воздух рабочих помещений может оказаться насыщенным примесями вредных газов или паров, выделяющихся при производственных процессах (при зарядке аккуму­ляторов, гальванических и лакокрасочных покрытиях, пропиточных работах и т. п.).

Мероприятия по ограничению неблагоприятного воз­действия пыли должны быть комплексными и включать меры технологического, санитарно-технического, меди­ко-профилактического и организационного характера. К этим мероприятиям прежде всего относят герметиза­цию оборудования, увлажнение материала и воздуха, автоматизацию производственных процессов, местную и общеобменную вентиляцию- Большое значение имеет применение обеспыливающих устройств, которые условно подразделяются на пылеуловители и воздушные фильтры.

По физиологическому воздействию вредные вещества подразделяют на пять групп-

раздражающие, которые поражают дыхательные пути, кожу, слизистые оболочки (кислоты, щелочи, сернистые соединения, аммиак, хлор и др.);

удушающие {инертные газы, углекислый газ, метан, азот и др.);

яды, вызывающие повреждение внутренних органов, кровеносных сосудов и нервной системы (спирты, эфиры, бензол, фенол, пыль таких токсичных металлов, как олово, свинец, ртуть, марганец);

летучие наркотики, оказывающие наркотическое действие (ацетилен, летучие углеводороды);

пыли (инертные или вызывающие аллергические ре­акции).

При одновременном содержании в воздухе рабочей зоны нескольких вредных веществ однонаправленного действия сумма их концентраций не должна превышать единицы:

где С₁, С₂, ..., С_n —фактические (замеренные) концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны, мг/м³;

ПДК₁, ПДК₂… ПДК_n — предельно допустимые кон­центрации (по нормам) вредных веществ в воздухе.

Контроль за составом воздуха должен быть постоян­ным. Запыленность воздуха можно определить весовым, счетным, электрическим и фотоэлектрическим методами. Наиболее распространен весовой метод (прибор ИКП-1) определения массы пыли, содержащейся в единице объема воздуха. Для этого взвешивается специальный фильтр до и после просасывания через него некоторого объема запыленного воздуха, а затем подсчитывается масса пыли в миллиграммах на кубический метр.

Концентрация газов определяется методами, основан­ными на химических, диффузионных 'и электрических принципах.

Защита работающих от воздействия промышленных газов, паров и пыли осуществляется с помощью следую­щих основных мероприятий:

автоматизации и механизации процессов, сопровож­дающихся выделением вредностей;

совершенствования технологических процессов;

совершенствования конструкций оборудования (гер­метизация и др.);

устройства местной вентиляции для отсоса ядовитых веществ непосредственно от мест их образования (мест­ные отсосы устраиваются конструктивно встроенными и сблокированными с оборудованием так, что агрегат невозможно пустить в ход при выключенном отсосе);

индивидуальных средств (в дополнение к общим за­щитным средствам пользуются спецодеждой, антитокси­ческими пастами, очками, шлемами и масками, противо­газами и респираторами).

Дыхательные органы защищаются фильтрующими и изолирующими (шланговыми, кислородными) приборами.

Ядовитые газы, пары и ныли, удаляемые из произ­водственных помещений, также загрязняют атмосферу. Очистка выбросов в атмосферу — неотъемлемая часть любого технологического процесса. Предотвратить загряз­нение воздушного бассейна ядами и пылью, удаляемыми из производственных помещений, можно, пропуская за­грязненный воздух через специальные очистные фильтру­ющие и обезвреживающие устройства; дым после очистки рассеивается в атмосфере, Достаточная высота дымовых труб обеспечивает рассеивание выбросов на. больших

40

Рис. 5. Пылеочистные устройства;

а, б — простая и лабиринтная пылеотстойные камеры; б — центробежный пылеотделитель-циклон; г — электрофильтр;  1 — изолятор;2 — коронирующий электрод; 3 —ббункер для сбора пыли, 4—заземление

площадях, благодаря чему концентрации вредных веществ в атмосфере становятся незначительными.

Воздух, удаляемый из помещений, очищается от пыли в пылеотделителях таких конструкций (рис. 5):

пылеосадочные камеры (бункерного типа — принцип осаждения основан на резком снижении скорости движе­ния загрязненного воздуха; лабиринтная камера — инерционные пылеотделители, где резко меняется на­правление движения запыленного воздуха);

центробежные пылеотделители (циклоны); загрязнен­ный воздух, подаваемый в кольцевое пространство между цилиндрами, получает вращательное движение (пылин­ки центробежной силой отбрасываются к стенкам наруж­ного цилиндра);

циклоны с гидроорошением;

электрические фильтры с устройством по оси метал­лического заземленного цилиндра коронирующего элек­трода, к которому подведена напряжение 50—100 кВ;

отрицательно заряженная частицы пыли направляются к положительному осадительному электроду, которым является цилиндр (применяется предварительная обра­ботка воздуха ультразвуком для укрупнения пылинок);

масляные матерчатые 4>фильтры.

Очистка воздуха от газообразных примесей (рекупе­рация) осуществляется путем абсорбции (поглощения примесей твердыми веществами) либо переводом газооб­разных примесей в жидкое или твердое состояние с по­следующий их выводом.

3.5. Системы вентиляции и кондиционирования воздуха

Задача вентиляции — обеспечение чистоты воздуха и заданных метеорологических условий в производствен­ных помещениях. С помощью вентиляции удаляется загрязненный или нагретый воздух из помещения и подается свежий.

По способу перемещения воздуха вентиляция бывает с естественным побуждением (естественной) и механиче­ским (искусственная). Возможно также сочетание есте­ственной и механической вентиляции (смешанная вен­тиляция). По назначению различают приточную, вытяж­ную и приточно-вытяжную вентиляцию (рис. 6).

По месту действия вентиляция бывает общеобменной и местной. Действие общеобменной вентиляции основано на разбавлении загрязненного, нагретого, влажного воз­духа помещения свежим воздухом до предельно допусти­мых норм. Эта система вентиляции наиболее часто при­меняется в случаях, когда вредные вещества, теплота, влага выделяются равномерно по всему помещению (при атом необходимые параметры воздушной среды поддер­живаются во всем объеме помещения). Если помещение велико, а число людей, находящихся в нем, мало (с фик­сированным местом нахождения людей), нет смысла про­ветривать все помещение полностью, можно ограни­читься оздоровлением воздушной среды только в мес­тах нахождения людей (кабины управления в цехах и др.).

42

Воздухообмен в помещении можно значительно со­кратить, если улавливать вредные вещества в местах их выделения, не допуская распространения по помещению. Для этого технологическое оборудование выполняется в кожухе с герметизацией и отсосом загрязненного воз­духа (местная вытяжная вентиляция). В помещениях, в которых возможно внезапное поступление в воздух рабочей зоны больших количеств вредных газов, пыли, паров, наряду с рабочей предусматривается аварийная вентиляция.

Для эффективной работы система вентиляции долж­на удовлетворять следующим санитарно-гигиеническим и техническим требованиям:

количество приточного воздуха G_пр должно соответ­ствовать количеству удаляемого G_выт (разница между ними должна быть минимальной);

приточные и вытяжные системы в помещении должны быть правильно размещены; свежий воздух необходимо подавать в те части помещения, где количество вредных выделений минимально (или их пет вообще), а удалять, где выделения максимальны; приток воздуха должен

43

Воздухообмен в помещении можно значительно со­кратить, если улавливать вредные вещества в местах их выделения, не допуская распространения по помещению. Для этого технологическое оборудование выполняется в кожухе с герметизацией и отсосом загрязненного воз­духа (местная вытяжная вентиляция). В помещениях, в которых возможно внезапное поступление в воздух ра6oчей зоны больших количеств вредных газов, пыли, паров, наряду с рабочей предусматривается аварийная вентиляция.

Для эффективной работы система вентиляции долж­на удовлетворять следующим саннтарно-гигиеническим и техническим требованиям:

количество приточного воздуха G_пр должно соответ­ствовать количеству удаляемого G_выт (разница между ними должна быть минимальной);

приточные и вытяжные системы в помещении должны быть правильно размещены; свежий воздух необходимо подавать в те части помещения, где количество вредных выделений минимально (или их пет вообще), а удалять, где выделения максимальны; приток воздуха должен производиться, как правило, в рабочую зону, а вытяж­ка — из верхней зоны помещения;

системы вентиляции не должны вызывать переохлаж­дения или перегрева работающих и создавать на рабочих местах шум, превышающий предельно допустимые уров­ни; они должны быть электро-, пожаро- и взрывобезопасны, просты по устройству, надежны в эксплуатации и эффективны.

Естественная вентиляция создает необходимый воз­духообмен за счет разности плотности теплого возду­ха, находящегося внутри помещения, и более холодного снаружи, а также в результате ветра. Естественная вен­тиляция производственных помещений может быть неорганизованной и организованной .В первом случае по­ступление и удаление воздуха происходит через неплот­ности и поры наружных ограждений, окна, форточки.

Организованная естественная вентиляция осуществ­ляется аэрацией и дефлекторами. Аэрация — организо­ванный и регулируемый естественный воздухообмен. Дефлекторы представляют собой специальные насадки, устанавливаемые на вытяжных воздухоотводах и ис­пользующие энергию ветра.

Расчет аэрации основан на обеспечении баланса воз­духообмена: количество воздуха, входящее в здание за единицу времени, всегда равно количеству воздуха, вы­ходящего из здания:

Естественная вентиляция дешева и проста в эксплуа­тации. Основной ее недостаток в том, что приточный воз­дух вводится в помещение без предварительной очистки и подогрева, а удаляемый воздух также не очищается и загрязняет атмосферу.

Механическая (искусственная) вентиляция обеспечи­вает поддержание постоянного воздухообмена независимо от внешних метеорологических условий за счет комплек­са систем воздуховодов и механических вентиляторов (центробежных и осевых). Воздух, поступающий в поме­щение, при необходимости подогревается или охлажда­ется, увлажняется или осушается. Обеспечивается очист­ка и воздуха, выбрасываемого наружу.

Приточная общеобменная система вентиляции (рис. 6, а) производит забор воздуха извне вентилятором через

44

Рис. 7. Схема воздухообме­на в помещении по прин­ципу рециркуляции:

1 — фильтр для очистки воздуха, 2 — вытяжной воздухо­вод, 3— вентиляторы; 4 — вентилируемое помещение

калорифер, где воздух нагревается и увлажняется, а затем подаете я в помещение. Количество подаваемого воз­духа регулируется клапанами или заслонками, устанав­ливаемыми в ответвлениях. Загрязненный воздух вы­тесняется неочищенным через двери, окна, фонари, щели.

Вытяжная система вентиляции (рис. б, б) удаляет загрязненный и перегретый воздух через сеть воздухо­водов при помощи вентилятора. Чистый воздух подсасы­вается через окна, двери, неплотности конструкций. За­грязненный воздух перед выбросом наружу очищается.

Приточно-вытяжная система вентиляции состоит из двух отдельных систем — приточной и вытяжной, которые одновременно подают в помещение чистый воздух и удаляют из него загрязненный. При этом виде вентиля­ции целесообразно в производственных помещениях с малыми выделениями вредностей создавать небольшой подпор воздуха, а в смежных с ними помещениях со значительными выделениями вредностей такого подпора (избыточного давления) воздуха не создавать. Этим будет обеспечена своеобразная изоляция помещений с малыми выделениями вредностей от проникновения в них загрязненного воздуха из смежных помещений.

Устройства для подачи в помещение свежего воздуха располагают со стороны, противоположной фронту обслуживания оборудования. Высота устройств для забора воздуха может быть принята различной, чтобы загрязнен­ный воздух перемещался в направлении его естествен­ного движения. Пыль, а также пары и газы, более тяже­лые, чем воздух, скапливаются в нижних зонах помеще­нии, где и следует располагать приемные устройства.

Рециркуляция воздуха в системе приточно-вытяжной вентиляции (рис, 7) применяется в холодное время года в целях экономии тепла, затрачиваемого на подогрев воздуха. При рециркуляции часть воздуха, удаляемого из помещений, после соответствующей очистки от производственных вредностей снова направляется в помещение. При этом необходимо соблюдать следующие условия:

количество чистого воздуха, поступающего извне, долж­но составлять не менее 10 % от общего количества воз­духа, подаваемого в помещение; воздух, поступающий в помещение, должен содержать не более 30% вредных веществ по отношению к их предельно допустимой кон­центрации (ПДК). Применение рециркуляции недопусти­мо в производственных помещениях, в воздушной среде которых могут быть вредные вещества 1-, 2- и 3-го клас­сов опасности, неприятные запахи и болезнетворные мик­роорганизмы или возможно резкое увеличение концент­рации вредных и взрывоопасных пылей, паров и газов (в помещениях категории А, Б, В по взрывопожарной опасности).

Неточности, допущенные при расчете вентиляцион­ных установок, и отклонения от проекта, возникшие при монтаже, устраняют регулировкой системы венти­ляции, обеспечивая на всех участках воздуховодов преду­смотренные проектом расходы воздуха. Регулирование осуществляется либо изменением характеристики вен­тиляционной сети за счет ее сопротивления (с помощью регулирующих устройств — шиберов, дроссель-кла­панов), либо изменением характеристики вентилятора за счет увеличения или уменьшения частоты вращения (скорости) рабочего колеса. После регулирования вен­тиляционную систему испытывают и сдают (по акту) обслуживающему персоналу. При испытании проверяют основные показатели системы: расход воздуха, темпера­туру нагрева, влажность. Допустимые отклонения от проектных данных — по количеству воздуха ±10 %, по температуре подаваемого воздуха ±2 °С, по влажно­сти воздуха ±5 %. На каждую вентиляционную установ­ку составляют паспорт, в который заносят данные, ха­рактеризующие работу основных элементов. Должно быть обеспечено также правильное обслуживание уста­новок: своевременная очистка фильтров и воздуховодов, проведение планового ремонта и др.

Местная вентиляция обеспечивает вентиляцию не­посредственно у рабочего места, улавливая вредности при их выделении и предотвращая попадание этих вред­ных веществ в воздух производственного помещения и ра­бочей зоны.

По способу организации воздухообмена .местная вен­тиляция разделяется на приточную и вытяжную.

46

При разработке проектов технологического оборудо­вания машин, механизмов, станков, стендов, постов пайки необходимо предусматривать местные встроенные отсосы, которые должны обеспечить требуемый санитарно-гигиенический эффект и не препятствовать обслужи­ванию, наблюдению за рабочим процессом, ремонтно-монтажным работам. Таким образом, местные вентиля­ционные системы связаны с конструкцией оборудования, машин, станков, стендов, постов пайки и с рабочими мес­тами обслуживания.

Отсосы, встроенные в рабочие места, применяют при пайке, сварке и пр. Различают отсосы с приемными отверстиями в вертикальной панели, в плоскости стола и над столом. Посты пайки оборудуют местными отсо­сами из зоны пайки и обжига. Для улавливания выде­ляющихся при пайке вредных паров обычно устанавли­вают местные отсосы в виде всасывающих круглых или прямоугольных отверстий с острыми кромками, уста­навливаемых в вертикальной панели. Встроенные в ин­струменты (паяльники) отсосы могут быть кольцевыми или верхними. Кольцевой отсос с помощью полой труб­ки и гибкого шланга соединяется с магистральным воз­духоводом. Верхний отсос представляет собой металли­ческую трубку, всасывающее отверстие которой распо­лагают над концом паяющего стержня.

В помещениях, воздух которых загрязнен вредными парами, газами или пылью, количество приточного воз­духа G_пр, м³/ч, доставляемого приточной вентиляцией, необходимого для разбавления вредных выделений до допустимых концентраций, рассчитывают по формуле

где W—количество поступающих вредных выделений, г/ч С_уд, С_пр — концентрация вредных выделений в удаляемом и приточном воздухе, г/м³.

Объем удаляемого воздуха G_выт м³/ч, при расчете местной вытяжной вентиляции определяется из выра­жения

где F — площадь открытого сечения вытяжного устрой­ства, м²; V — скорость движения всасываемого воздуха

в этом проеме (принимается от 0,5 до 1,7 м/с в зависимо­сти от токсичности и летучести газов и паров).

При небольшом количестве выделяемых вредностей или если оно трудноопределимо расчет воздухообмена может быть произведен из выражения

где К. — кратность воздухообмена — отношение объема воздуха, м³/ч, подаваемого (+) за 1 ч и помещение или удаляемого (—) из него, к объему помещения V, м³. Вы­брав кратность К из справочников по проектированию промышленных зданий, можно определить G.

Кондиционирование воздуха — это создание и автома­тическое поддержание в помещениях независимо от на­ружных условий постоянных или изменяющихся по определенной программе температуры, влажности, чис­тоты и скорости движения воздуха, наиболее благоприят­ных для людей или требуемых для нормального проте­кания технологического процесса. Кондиционеры бы­вают полного и неполного кондиционирования воздуха. Установки полного кондиционирования воздуха обеспе­чивают постоянство параметров микроклимата (темпе­ратуры, относительной влажности, подвижности и чис­тоты воздуха). Установки неполного кондиционирования поддерживают часть приведенных параметров.

Кондиционер состоит из трех основных частей (рис. 8): отделения смешения воздуха, промывной камеры и отделения второго подогрева. В отделении смешения воздух помещения смешивается в определенных соотно­шениях с наружным воздухом, а в холодное время подо­гревается калорифером первого подогрева. В промывной камере воздух очищается, увлажняется и охлаждается (в летнее время) водой, распыляемой форсунками. В от­делении второго подогрева очищенный воздух вновь по­догревается калорифером, его относительная влажность снижается до заданной, после чего воздух вентилятором направляется в воздуховод.

В СССР разработаны и используются такие новые технические средства и системы по кондиционированию воздуха:

кондиционеры, использующие так называемое «бро­совое тепло» (на базе абсорбционных бромисто-литиевых холодильных машин);

Рис. 8. Схема автоматического кондиционера:

1 - камера смешения воздуха;2—фильтр очистки воздуха от пыли; 3— калорифер первичного подогрева; 4 — каплеотделитель (осушение воздуха);5- промывная камера; 6—форсунки для охлаждения и увлажнения воз­духа; 7 — камера второго подогрева с калорифером 8

локальные термоэлектрические кондиционеры для передвижных машин (на основе полупроводниковых термобатарей) и др.

Учебно-поисковая задача

Пути создания оптимальных условий труда (зоны комфорта) на рабочих местах.

Условия труда определяются технологией производства, его организацией и трудовым процессом, с одной стороны, и окружающей работающего санитарно-гигиенической обстановкой — с другой.

К организации типологических производственных процессов относятся их механизация, внедрениеполуавтоматических и автоматических способов производства, а также дистанционного управления оборудованием, применение роботов, манипуляторов и оборудования с программным управлением. Трудовой процесс требует определенного нервно-психического напряжения работающего, положения тела при работе.

К санитарно-гигиеническим условиям труда относятся метеорологические факторы (температура, влажность, скорость струи и давление воздуха), загрязнение воздуха парами, газами, пылью, а также шум, вибрация, электромагнитные и лазерные излучения, ионизирующая радиация.

Таким образом, для создания оптимальных условий труда (зоны комфорта) на рабочих местах любого производственного участка необходимо обеспечить:

механизацию и автоматизацию тяжелых и трудоемких работ, выполнение которых сопровождается избыточным теплообразованием в организме человека;

дистанционное управление теплоизлучающими процессами и аппаратами, что исключает необходимость пребывания в зоне инфракрасного излучения;

рациональное размещение и теплоизоляцию оборудования, аппаратов, коммуникаций и других источников, излучающих на рабочие места конвекционное и лучистое тепло (температура наружных стеной этого оборудования не должна превышать 45 °С);

устройство защитных экранов, водяных и воздушных завес, защищающих рабочие места от теплового облучения, а также применение душирования;

устройство рациональных систем вентиляции и кондициони­рования воздуха в помещениях и др.

Пример 1. Определить требуемый воздухообмен и его крат­ность для вентиляционной системы цеха завода, имеющего длину 60 м, ширину 12м, высоту 6м. В воздушную среду цехи выде­ляется пыль в количестве Р == 120 г/ч (для данного вида пыли ПДК == 4 мг/м³), концентрация пыли в рабочей зоне С_р.з = 2,8 мг/м³, в приточном воздухе С_п == 0,3 мг/м³, концентрация

пыли в удаляемом из цеха воздухе равна концентрации ее в ра­бочей зоне (С_ух=С_р.з), т. е. пыль равномерно распределена в воздухе. Количество воздуха, забираемого из рабочей зоны местными отсосами, равно G_м= 1500 м³/ч.

Решение. 1. Объем цеха V == 60 • 12 - 6 = 4320 м³.

2. Требуемый воздухообмен

то есть

Кратность воздухообмена в цехе

то есть за 1 ч воздух в цехе должен обмениваться 11,1 раза.

Глава 4 ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОСВЕЩЕНИЕ

4.1. Основные светотехнические величины, виды и системы освещения, требования к производственному освещению

Организация рационального освещения рабочих мест — один из основных вопросов охраны труда. При неудовлетворительном освещении резко снижается производительность труда, возможны   несчастные случаи, появление бли­зорукости,     быстрая утомляемость.

В зависимости от ис­точника света производ­ственное освещение мо­жет быть трех видов: естественное, искусст­венное и совмещенное.

Освещение характеризуется количественными и качественными показателями (рис. 9). К количественным показателям относятся световой поток, сила света, освещенность, яркость.

Световой поток Ф — это часть лучистого потока, ко­торая воспринимается зрением человека как свет (изме­ряется в люменах — лм).

Сила света I — величина, оценивающая пространственную плотность светового потока и представляющая собой отношение светового потока dФ к телесному углу dw, в пределах которого световой поток распространяется:

За единицу силы света принята кандела (кд).

Освещенность Е — поверхностная плотность светового потока, представляет собой отношение светового потока dФ, падающего на элемент поверхности dS, к площади этого элемента:

3а единицу освещенности принят люкс (лк) —при световом потоке в 1 лм на площади в 1 м².

Яркость поверхности L — отношение силы света, излучаемого в рассматриваемом направлении, к площа­ди светящейся поверхности, кд/м²:

Коэффициент отражения р определяется как отноше­ние отраженного от поверхности светового потока Ф_отр к падающему на нее световому потоку Ф_пад

К основным качественным показателям освещения от­носятся: фон, контраст объекта с фоном, видимость, по­казатель ослепленности и дискомфорта, коэффициент пульсации.

Фон — поверхность, прилегающая непосредственно к объекту, на которой он рассматривается.

Видимость — способность глаза человека воспринимать объект при освещенности от 0,1 до 100 000 лк.

Показатель ослепленности — критерий оценки сле­пящего действия, создаваемого осветительной уста­новкой.

Основная задача освещения на производстве — соз­дание наилучших условий для видения. Эту задачу воз­можно решить только осветительной системой, отвеча­ющей следующим требованиям:

освещенность на рабочем месте должна соответство­вать -характеру зрительной работы, который определяет­ся тремя параметрами: объектом различения — наимень­шим размером рассматриваемого объекта (при работе с приборами — толщина линии градуировки шкалы, при чертежных работах — толщина самой тонкой ли­нии на чертеже и т. п.); фоном — при r > 0,4 фон счи­тается светлым, при r == 0,2...0,4 — средним и при r<0,2 — темным; контрастом объекта с фоном

где L_o иL_ф — яркость соответственно объекта и фона (при К>0,5 контраст большой, при К= 0,2 ... 0,5 — средний, при К<0,2 ~-малый);

необходимо обеспечить достаточно равномерное рас­пределение яркости на рабочей поверхности, а также в пределах окружающего пространства;

на рабочей поверхности должны отсутствовать резкие тени;

в поле зрения не должно быть прямой и отраженной блескости (повышенной яркости светящихся поверхно­стей, вызывающей ослепление);

63 -

величина освещенности должна быть постоянной во времени;

следует выбирать оптимальную направленность светового потока и необходимый спектральный состав света;

все элементы осветительных установок должны быть долговечными, электро- и пожаробезопасными;

установка должна быть удобной и простой в эксплуатации, отвечать требованиям эстетики.

4.2. Естественное освещение

Для естественного освещения характерна высокая диффузность (рассеянность) дневного света от небосвода, что весьма благоприятно для зрительных условий работы.

Естественное освещение подразделяют на боковое, осуществляемое через световые оконные проемы; верхнее,осуществляемое через аэрационные и зенитные фонари, проемы в перекрытиях; комбинированное — боковое с верхним.

Естественное освещение характеризуется тем, что создаваемая освещенность изменяется в чрезвычайно широких пределах в зависимости от времени дня, года, метеорологических факторов. Поэтому естественное освещение невозможно количественно задавать величиной освещенности. В качестве нормируемой величины для естественного освещения принята относительная вели­чина¾ коэффициент естественной освещенности (КЕО), который представляет собой выраженное в процентах от­ношение освещенности в данной точке внутри помещения Е_в к одновременному значению наружной горизонтальной освещенности Е_н, создаваемой светом полностью открытого небосвода, то есть

Таким образом, КЕО оценивает размеры оконных проёмов, вид остекления и переплетов, их загрязнение, то есть способность системы естественного освещения пропускать свет.

Естественное освещение в помещениях регламентируется нормами СНиП 11-4-79. Нормированное значение КЕО(е_н), определяемое по таблице с учетом характера зрительной работы (8 разрядов I — VIII), системы

53

освещения, района расположения здания предприятия на территории СССР, следует уточнять по формуле

где m — коэффициент светового климата (определяется в зависимости от расположения здания на территории СССР); территория СССР по световому климату разделе­на на V поясов (I — самый северный, V — самый южный):

Пояс                       I              II             III           IV           V

Значение m          1,2          1,1          1,0          0,9          0,8

с— коэффициент солнечности климата, определяемый по нормативным таблицам в зависимости от ориентации здания относительно сторон света (с •= 0,65 ... 1).

Для каждого производственного помещения строится кривая значений КЕО в характерном сечении — в месте пересечения вертикальной плоскости (по оси оконного проема) и горизонтальной плоскости на расстоянии 0,8 м над уровнем пола (условная рабочая поверхность). При боковом освещении нормируется минимальное значение КЕО, в помещениях с верхним и комбинированным осве­щением —среднее значение. Например, для помещений, где хранятся автомобили, машины, механизмы и другое оборудование, КЕО принимают: при верхнем, комбини­рованном и боковом освещении в среднем — 0,5 %; для помещений, предназначенных для технического обслу­живания и ремонтов автомобилей и других машин, при верхнем и комбинированном освещении — в среднем 3 %, а при боковом — не менее 1 %. Минимальный КЕО в зависимости от точности работы при верхнем и комби­нированном освещении нормируется в пределах от 10 до 2 %, а при боковом освещении от 3,5 до 0,5 %. По данным измерений определяют КЕО в характерных точ­ках помещения и делают выводы о соответствии или не­соответствии их требуемым нормам.

Расчет естественного освещения при боковом освеще­нии сводится к определению суммарной площади окон SF, м²:

где S_п — площадь пола, м²; е_н — нормированное значе­ние КЕО; h₀ световая характеристика окон; К. —ко­эффициент, учитывающий затенение окон соседними зданиями (К = 1...1,7); t_o — общий коэффициент светопропускания оконного проема с учетом затенения (t_o = 0,15...0,6); r₁ — коэффициент, учитывающий отраже­ние света от внутренних поверхностей помещений (r₁= 1...10).

4.3. Искусственное освещение

Искусственное освещение предусматривается во всех производственных и бытовых помещениях, где недоста­точно естественного света, а также для освещения поме­щений в ночное время.

По функциональному назначению искусственное ос­вещение подразделяют на рабочее, аварийное, эвакуа­ционное, охранное, дежурное. Рабочее освещение обеспе­чивает зрительные условия нормальной работы, про­хода людей и движения транспорта. Аварийное освещение устраивают для продолжения работы при внезапном отключении рабочего освещения. При этом нормируемая освещенность должна составлять 5 % от рабочего освещения, но не менее 2 лк внутри зданий и не менее 1 лк для территории предприятий, Эвакуационное освещение предусматривается для эвакуации людей из помещений при авариях в местах, опасных для прохода людей, на лест­ничных клетках (должно быть в помещениях не менее 0,5, а на открытых территориях— не менее 0,2 лк). Для охранного освещения площадок предприятий и дежурного освещения помещений выделяют часть светильников рабочего или аварийного освещения.

В качестве источников света применяют газоразрядные лампыили лампы накаливания. Совокупность источника света и осветительной арматуры представляет собой светильник. Наиболее важными функциями осве­тительной арматуры являются предохранение глаз ра­ботающих от чрезмерно больших яркостей источников света, а также перераспределение светового потока лам­пы, которое повышает эффективность осветительной установки. По распределению светового потока в пространстве различают светильники прямого, рассеянного и отраженного света, а по конструктивному исполне­нию — светильники открытые, закрытые, защищенные, пыленепроницаемые, влагозащитные, взрывозащищенные, взрывобезопасные. По назначению светильники де­лятся на светильники общего и местного освещения.

55

Рис, 10. Защитный угол светильника:

а—с лампой накаливания; б—с люминесцентными лампами

Искусственное освещение может быть общим (равно­мерным или локализованным) и комбинированным (к об­щему добавляется местное). Применение только местного освещения запрещается.

Освещенность рабочей поверхности, создаваемая све­тильниками общего освещения, должна составлять 10 % нормируемой для комбинированного освещения при тех источниках света, которые применяются для местного освещения. Для общего освещения в системе комбини­рованного рекомендуется применять газоразрядные лам­пы независимо от типа источника света местного освеще­ния. Неравномерность освещенности, создаваемая све­тильниками общего освещения в зоне расположения рабочих мест, должна быть как можно меньше. Освеще­ние не должно вызывать ослепленности. Показатель ослепленности р служит для оценки слепящего действия осветительной установки и подсчитывается по выражению

где w — коэффициент ослепленности.

Для предотвращения ослепленности светильник мест­ного освещения должен иметь глубокие отражатели из непросвечивающего материала или из стекла молочного цвета. Защитный угол у отражателя (рис. 10), показы­вающий меру прикрытия ярких частей лампы (нити нака­ла) от глаз, должен быть не менее 30°.

Ограничение слепимости достигается соблюдением ус­ловия; отношение осевой силы света прожектора I₀, кд, к квадрату высоты установки H, м, не должно превы­шать 300, то есть I₀/Н²£ 300, откуда

Минимальная освещенность устанавливается по ха­рактеристике зрительной работы с наименьшим размером объекта различения, контрастом объекта с фоном и ха­рактеристикой фона. Различают 8 разрядов и 4 полраз­ряда работ s зависимости от степени зрительного напря­жения.

К I разряду относятся зрительные работы наивысшей точности (минимальный размер объекта различения 6 < < 0,15 мм); к IV — работы очень малой точности (б > > 5 мм); к VII разряду отнесены работы со светящимися/ материалами и изделиями в горячих цехах; к VIII — ра­боты, связанные с общим наблюдением за ходом произ­водственного процесса с постоянным или периодическим присутствием людей. Для первых пяти разрядов (I—V), имеющих по четыре подразряда (а, б, в, г), нормируемые значения освещенности зависят не только от минималь­ного размера объекта различения, но и от контраста объекта различения с фоном и характеристики фона. Наибольшая нормируемая освещенность составляет 5000 лк (разряд 1а), наименьшая — 30 лк (разряд VIII в). При условиях, затрудняющих или облегчающих длительную работу, повышающих опасность травматизмаили требующих улучшения санитарных условий, уровни нормируемой освещенности должны быть повышеныили понижены. Для первых четырех разрядов рекомендуется использовать комбинированную систему освещенности. Для исключения неравномерности освещенности отношение максимальной освещенности к мини­мальной не должно превышать для работ I—III разря­дов при люминесцентных лампах 1,5 и при других — 2;для работ IV—VII разрядов—соответственно 1,8 и 3.

4.4. Расчет искусственного освещения

Задачей расчета является определение требуемой мощности электрической осветительной установки для 1 издания в производственном помещении заданной освещенности.

При проектировании осветительной установки необходимо решить следующие основные вопросы:

выбрать тип источника света — рекомендуются газо­разрядные лампы, за исключением мест, где температура воздуха может быть менее +5 °С и напряжение в сети падать ниже 90 % номинального, а также местного

освещения (в этих случаях применяются лампы накали­вания);

определить систему освещения (общая локализован­ная или равномерная, комбинированная);

выбрать тип светильников с учетом характеристик светораспределения, условий среды (конструктивного исполнения) и др.;

распределить светильники и определить их количе­ство (светильники могут располагаться рядами, в шахматном порядке, ромбовидно);

определить норму освещенности на рабочем месте. ^Для расчета искусственного освещения используют в основном три метода.

Для расчета общего равномерного освещения при го­ризонтальной рабочей поверхности основным является метод светового потока (коэффициента использования), учитывающий световой поток, отраженный от потолка и стен. Световой поток лампы Ф_л, лм, при лампах нака­ливания или световой поток группы ламп светильника при люминесцентных лампах рассчитывают по формуле

где Е_н — нормированная минимальная освещенность, лк; S — площадь освещаемого помещения, м²; z — коэф­фициент неравномерности освещения (z = 1,1...1,5); k — коэффициент запаса, учитывающий снижение освещен­ности из-за загрязнения и старения лампы (k=1,2...1,7);N — число светильников; п — число ламп в светильнике;h — коэффициент использования осветительной установ­ки (h= 0,2…0,7); значение h определяют в зависимости от показателя помещения

где A и В — длина и ширина помещения, м; Н_р — высо­та светильников над рабочей поверхностью, м.

Подсчитав световой поток лампы Ф_л, по таблице под­бирают ближайшую стандартную лампу и определяют электрическую мощность всей осветительной установки.

Точечный метод применяют для расчета локализован­ного и комбинированного освещения, освещения наклонных

58

и вертикальных плоскостей. В основу точечного метода положено уравнение

где I_a — сила света в направлении от источника на дан­ную точку рабочей поверхности, кд; r— расстояние от светильника до расчетной точки, м; a —угол падения световых лучей, то есть угол между лучом и перпендикуляром к освещаемой поверхности. Для практического использования в формулу подставляют коэффициент запаса k и значение

Данные о распределении силы света I_aприводятся и светотехнических справочниках. При необходимости расчета освещенности в точке, создаваемой несколькими светильниками, подсчитывают освещенность от каждого из них, а затем полученные значения складывают.

Метод удельной мощности является наиболее простым, но и наименее точным, поэтому его применяют только при ориентировочных расчетах. Этот метод позволяет определить мощность каждой лампы Р_л, Вт, для создания в помещении нормируемой освещенности:

где р— удельная мощность, Вт/м² (принимается из справочника для помещений данной отрасли); S — площадь помещения, м²; п — число ламп в осветительной установке.

Определенной особенностью характеризуется расчет прожекторного освещения, применяемого обычно при необходимости освещения открытых пространств площадью более 5000 м² (строительных площадок, заводских дво­ров, территорий складов, автопредприятий, погрузочно-разгрузочных площадок и т. п.). Основными типами применяемых для этих целей прожекторов являются прожек­торы заливающего света типа ПЗС-45, ПЗС-35, ПЗС-25 и| другие (с лампами накаливания мощностью 1000, 500, 300, 150 Вт и др.).

При расчете прожекторного освещения выбираются нормируемая освещенность и коэффициент запаса, учитывающих старение и запыление ламп. Затем подбирается тип прожектора, наименьшая высота его установки из условий слепимости (формула (23)), проектируются рас­становка мачт и углы наклона прожекторов в вертикаль­ной и горизонтальной плоскостях. Основными характери­стиками прожектора являются кривая силы света, угол рассеяния, коэффициент усиления и коэффициент полез­ного действия,/ Пучок света прожектора представляет собой конус с вершиной в точке расположения тела нака­ла источника света, где сила света наибольшая в направ­лении оптической оси прожектора и уменьшающаяся к периферии.

Ориентировочно необходимое число прожекторов п по методу светового потока может быть определено из выражения

где — нормативная освещенность, лк; S — площадь, подлежащая освещению, м²; k — коэффициент запаса (обычно принимается в пределах 1,25—1,5 за исключе­нием особо пыльных условий, для которых принимается k == 1,7); Фл — световой поток лампы выбранного типа прожектора, лм; h== 0,35 — 0,4 — коэффициент полезного действия прожектора; m == 0,7 — 0,9— коэффи­циент использования светового потока.

4.5. Эксплуатация и контроль осветительных установок

Искусственное и естественное освещение может быть эффективно только при тщательном обслуживании вхо­дящих в состав системы узлов и устройств. Вследствие продолжительной эксплуатации ламп (накаливания и лю­минесцентных) их световой поток снижается соответ­ственно на 10—15 и 20—25 %. Тщательный и регуляр­ный уход за установками естественного и искусственного освещения имеет важное значение для создания рацио­нальных условий освещения. Чистка стекол световых про­емов должна производиться не реже двух раз в год для помещений с незначительным выделением пыли и не реже четырех раз в год при значительном выделении пыли;

для светильников — 4—12 раз в год (в зависимости от характера запыленности производственного помеще­ния). Для различных предприятий отраслей устанавли­ваются конкретные требования в инструкциях, отражающих

специфику данного производства. Так, для произ­водственных помещений, предназначенных для техниче­ского обслуживания автомобилей, светильники общего освещения должны очищаться два раза в месяц, а мест­ного освещения—каждую смену. Прежде чем очищать светильники, необходимо их предварительно обесточить.

Светильники общего и местного освещения, подвешен­ные ниже 2,5 м от уровня пола, должны иметь напряже­ние не выше 42 В. При слесарно-монтажных работах, техническом обслуживании и ремонтах машин, автомо­билей и другого оборудования необходимо пользоваться переносными источниками света (ручными светильника­ми) с напряжением не выше 42 В, а при работах в особо опасных условиях (резервуары, канавы, колодцы, тонне­ли) — не выше 12 В. Конструкция ручного переносного светильника должна исключать всякую возможность при­косновения к токоведущим частям. При эксплуатации осветительной установки необходимо периодически проверять: состояние изоляции проводов, уровень осве­щенности в контрольных точках производственного поме­щения (не реже одного раза в год после очередной чистки светильников и замены перегоревших ламп). Основной прибор дли измерения освещенности — объективный люксметр.

Учебно-поисковая задача

Гигиеничность осветительных установок.

Гигиеническая оценка осветительных установок должна начинаться с ознакомления с характером зрительной работы на конкретном предприятии, изучения технологического процесса и оборудования. При этом необходимо установить:

наличие постоянных рабочих мест или фиксированных зон обслуживания в цехе;

характер зрительной роботы на каждом рабочем месте, ми­нимальные размеры объектов различении и расстояния от них до глаз работающего, коэффициенты отражения рабочих поверх­ностей и объектов различения, расположение рабочих поверхностей в пространстве (горизонтальное, вертикальное, наклонное) желательное направление световых лучей, особые условия зри­тельной работы (различение цветовых оттенков, наличие движу­щихся объектов различения, возможность увеличения контраста объекта с фоном и осветительными средствами и т. п.);

наличие и расположение частей машин и станков, опасных в отношении травматизма;

расположение частей оборудования, обрабатываемых изде­лий и строительных конструкций зданий, которые могут создать тени на рабочих поверхностях;

строительные характеристики обследуемого помещения' ма­териалы стен и перекрытий, расположение светопроемов, колонн, ферм;

условия среды: нормальная, пыльная, влажная;

требование бесперебойности работы осветительной уста­новки.

Пример 2, В цехе размером 18 ´ 60´ 4,5 м требуется создать освещенность Е_н==300 лк. Коэффициент отражения потолка r_пот == 70 % и стен r_с = 50 %. Для освещения использу­ются люминесцентные лампы типа ЛБ в светильниках ЛДОР.

Решение. 1. Находим индекс помещения

Принимаем коэффициент запаса k =' 1,6 и коэффициент неравномерности освещения

При индексеi = 3,07 из табл.1 получим h == 62 %.

Таблица 1. Коэффициенты использования h

Тип светильника	Значения коэффициентов отражения	Значения h, %, при индексах помещения i
rпот	rс	rпол	1	1,1	1,25	1.5	1.76	2	2,25	2,5	3	3,6	4	5
Астра	70	50	10	49	50	52	55	58	60	62	64	66	68	70	73
УДП, дрл	70	50	10	47	50	53	56	58	66	62	63	66	67	69	70
УДП, ДРЛ	50	30	10	41	43	47	50	53	56	57	59	60	61	63	66
ЛДОР	70	50	10	43	45	47	51	54	56	58	60	62	63	64	67

2. Светильники размещаем в четыре ряда (N_p = 4).

3. Определяем необходимый световой поток ламп в каждом ряду:

4. Если в светильнике установить по две лампы ЛБ (n = 2) мощностью 40 Вт и световым потоком Ф_л = 3000 лм, то необхо­димое число светильников в ряду составит

Глава 5

ЗАЩИТА ОТ ШУМА, УЛЬТРАЗВУКА И ИНФРАЗВУКА

5.1. Физические характеристики шума

Научно-технический прогресс во всех отраслях про­мышленности н на транспорте сопровождается разработ­кой и широким внедрением разнообразного оборудова­ния, 'станков и транспортных средств. Рост мощностей современного оборудования, машин, бытовой техники, быстрое развитие всех видов транспорта привели к тому, что человек на производстве и вбыту постоянно подвер­гается воздействию шума высокой интенсивности. Шум оказывает вредное влияние на весь организм и в первую очередь на центральную нервную и сердечно-сосудистую системы. Длительное воздействие интенсивного шума может привести к ухудшению слуха, а в отдельных случаях — к глухоте. Шум на производстве неблагоприятно воздействует на работающего: ослабляет внимание, ускоряет утомление, замедляет скорость психических реак­ций, затрудняет своевременную реакцию на опасность. Все это снижает работоспособность и может стать причи­ной несчастного случая. Поэтому вопросы борьбы с шу­мом в настоящее время имеют большое значение во всех областях техники.

Шумом принято называть всякий нежелательный для человека звук, мешающий восприятию полезных сигна­лов. Шум представляет собой беспорядочное сочетание звуков различной интенсивности и частоты. Шум бывает:

механического происхождения, возникающий вследствие вибрации поверхностей машин и оборудования, а также одиночных или периодических ударов в сочленениях де­талей и конструкций; аэродинамического происхождения (при истечении сжатого воздуха или газа); гидромеха­нического происхождения (при истечении жидкостей);воздушный, распространяющийся в воздушной среде; электромагнитного происхождения, возникающий вслед­ствие колебаний элементов электромеханических устройств под влиянием переменных магнитных сил.

Основными источниками шума электрической и радио­электронной аппаратуры (РЭА) являются:

трансформаторное оборудование (силовые трансфор­маторы, трансформаторы цепей управления, трансформаторы

тока, дроссели насыщения, сглаживающие и компенсирующие реакторы, индуктивные накопители и др. );

оборудование систем охлаждения (вентиляторы, на­сосы, электродвигатели и др.);

защитные оболочки.

Одной из главных причин возникновения шума транс­форматоров является магнитострикция (изменение раз­меров пластин сердечников) под воздействием магнитно­го потока. Шум трансформаторов имеет основную часто­ту, равную удвоенной частоте питающей сети. На шум трансформаторов влияет ряд факторов: магнитная индук­ция, габаритные размеры, технология и качество изго­товления магнитопроводов.

С физической стороны шум характеризуется звуко­вым давлением, интенсивностью звука, частотой и дру­гими параметрами. Пространство, в котором распростра­няются звуковые волны, называется звуковым полем. Дав­ление и скорость движения частиц воздуха в каждой точ­ке звукового ноля изменяются во времени. В результате колебаний, создаваемых источником звука, в воздухе возникает звуковое давление, которое накладывается на атмосферное. Частота звука характеризуется числом колебаний звуковой волны в единицу времени (секунду) и измеряется в герцах (Гц).-

Таким образом, в качестве звука человек восприни­мает упругие колебания, распространяющиеся волнооб­разно в твердой, жидкой и газообразной среде. Звуковые волны возникают при нарушении стационарного состоя­ния среды вследствие воздействия на нее какой-либо возмущающей силы. Частицы среды при этом начинают колебаться относительно положения равновесия, причем скорость таких колебаний (колебательная скорость о) значительно меньше скорости распространения волны (скорости звука). Разность между атмосферным давле­нием и давлением в данной точке звукового поля принято считать звуковым давлением Р, которое выражается в паскалях (Па). Распространение звуковой волны сопро­вождается переносом энергии. Средний поток энергии в какой-либо точке среды в единицу времени, отнесенный к единице поверхности, нормальной к направлению рас­пространения волны, называется интенсивностью (си­лой) звука в данной точке , Вт/м². Ухо человека воспри­нимает звуки с частотой от 16 до 20000 Гц (акустические звуки). Неслышимые человеком колебания с частотой менее 16 Гц называются инфразвуковыми,а колебания с час­тотой выше 20 кГц — ультразвуковыми.

В акустике измеряют не абсолютные значения интен­сивности звука или звукового давления, а их логарифми­ческие уровни L, взятые по отношению к пороговому значению интенсивности звука или пороговому звуковомy давлению. Одному белу соответствует увеличении ин­тенсивности звука на пороге слышимости в 10 раз (при I/I₀= 10L == 1 Б; приI/I₀ = 100L==2 Б и т.д.). Установлено, что орган слуха человека способен различать прирост звука на 0,1 Б (бел), то есть на 1 дБ (децибел), и поэтому уровень интенсивности звука измеряют в децибелах L, дБ:

гдеI — интенсивность звука в данной точке, Вт/м²; I₀ — интенсивность звука, соответствующая порогу слышимо­сти на частоте 1000 Гц (I₀ = 10^-12 Вт/м²).

Так как интенсивность звука пропорциональна квадрату звукового давления, уровень интенсивности звука можно определить также исходя из величины звукового давления:

где P—звуковое давление в данной точке, Па (Н/м³), Р₀ = 2.10^-5 Па — пороговое звуковое давление (на пороге слышимости). На пороге болевого ощущения P_max = 2 . 10² Па.

В диапазоне от порога слышимости до болевого порога(I_max = 10² Вт/м²) сила (интенсивность) звука увеличивается в миллиарды раз (I_max/I₀= 10²/10^-12 = 10¹⁴). Такой огромный диапазон звуков доступен человеку благодаря способности его слухового органа реагировать не на абсолютную интенсивность звука, а на по прирост, называемый уровнем интенсивности звука, который характеризуется как логарифм отношения двух сравнительных сил звука (рассматриваемого и на пороге слышимости). Таким образом, слышимый диапазон звуков укладывается в 140 дБ.

Шум может быть представлен в виде суммы гармонических колебаний (рис. 11, а, б. в). Разложение шума на | гармонические составляющие (на отдельные тона) называется спектральным анализом. В зависимости от характера шума его спектр может быть дискретным (рис. 11, г),

Рис. 11. Характеристики шумов:

а, б, в—.графики колебаний; г, д, е—спектры

непрерывным (рис. 11, д) или смешанным (рис. 11, е). Звуковой диапазон частот делится на три области: низко­частотную (16—400 Гц), среднечастотную (400—1000 Гц) и высокочастотную (1000—20000 Гц). Наиболее чув­ствительно ухо к колебаниям в диапазоне частот от 1000 до 3000 Гц.

При анализе шума спектр (диапазон звуковых частот) разбивают на октавные полосы, в которых верхняя час­тота в два раза больше нижней. Полоса характеризуется среднегеометрической частотой fc.г., Гц:

где f_в и f_н — граничная верхняя и нижняя частоты по­лосы, Гц. Среднегеометрические частоты приняты сле­дующие: 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000 и 8000 Гц. За эталонную частоту при нормировании уровня шума принята частота 1000 Гц.

66

5.2 Измерение шума на рабочем месте

Измерение шума производится шумомерами совместно

с анализаторами спектра шума АШ-2М. Широкое распро­странение получили отечественные шумомеры ШУМ-1, ИШВ-1, Ш-63, Ш-71 (в комплекте с октавными фильтра­ми), а также типа RFT (ГДР) и фирмы «Брюль и Къер» (Дания). Это приборы, в которых звук, воспринимаемый микрофоном, преобразуется в электрические колебания, которые затем усиливаются и, пройдя корректирующие фильтры и выпрямитель, регистрируются стрелочным прибором. Шум на рабочих местах измеряется на уровне уха работающего при включении не менее 2/3 установ­ленного оборудования.

Акустическим рабочим местом называется область звукового поля, в которой находится рабочий. В боль­шинстве случаев рабочим местом считается зона звуко­вого поля на расстоянии 0,5 м от машины со стороны рабочих органов пульта управления и на высоте 1,5м от пола.

Измерение шума производят в следующей последовательности:

выявляют наиболее шумное оборудование и измеряют спектры шума на рабочих местах;

определяют время за смену, в течение которого работающий подвергается воздействию шума;

сравнивают значения измеренных уровней шума со значениями предельного спектра по санитарным нормам. Можно произвести акустический расчет ожидаемого уровня шума на рабочих местах.

Если имеется п источников одинакового шума, а уро­вень интенсивности звука одного источника L₁, то сум­марный уровень шума можно определить из выражения

При n, равном, 1;2;3;4;5;6;8; 10; 20; 30 и 100, значе­ния 10 lgn соответственно принимают: 0; 3; 5; 6; 7; 8;9;10; 13; 15:20.

При двух различных источниках шума L₁ и L₂ суммарный уровень шума можно определить из выражения L_сум = L₁+DL, где L₁ — наибольший из двух суммар­ных уровней шума, дБ; DL == L₁— L₂ — добавка в функции разности уровней шума источников (при L₁> L₂). Значениям разности L₁ — L₂, дВ: 1; 2; 3; 4; 6; 7; 8; 9; 10

соответствуют значения добавки DL дБ: 3; 2,2;1,7; 1,6; 1,5; 1,0; 0,8; 0,6; 0,5; 0,4.

При большем чем два числе источников шума уровни интенсивности суммируются последовательно — от наи­большего к наименьшему. Например, нужно узнать сум­марный уровень шума от трех станков с уровнями шума 102, 98 и 97 дБ. Определяем первую разность уровней:

102 — 98 = 4 дБ, что соответствует добавкеDL₁ = L₁¾ L₂= 1,5 дБ, то есть L_сум1 = 102 + 1,5= 103,5 дБ. Теперь определяемследующую разностьуровней DL₂= L_сум1 — L₃=103,5—97=6,5 дБ, что соответст­вует добавке DL₂ = 1 дБ, то есть L_сум2 = L_сум1+ DL₂= 103,5 + 1 = 104,5 дБ.

Если разность уровней двух источников шума не пре­вышает 8—10 дБ, то уровень менее громкого источника можно не учитывать, так как добавка будет меньше 1 дБ.

Уменьшение интенсивности звука при распростране­нии сферической волны в открытом пространстве прибли­женно пропорционально квадрату расстояния от источ­ника звука.

Зная интенсивность звука I₁ и расстояния от источни­ка звука r₁ и r₂ интенсивность звука I₂ можно опреде­лить из выражения

Перейдя к уровням интенсивности звука, получим выражение

Например, если L₁ = 80 дБ, r₁ = 2 м, r₂ = 4 м , то

Искомый уровень интенсивности L, дБ, при одновре­менной работе источников шума можно определить из выражения

где L₁, L₂, ..., L_п — уровни звукового давления или уровни интенсивности, создаваемые каждым источником в расчетной точке.

5.3. Характеристики источников шума

Зависимость среднеквадратичных значений синусои­дальных составляющих шума (или соответствующих им уровней в дБ) от частоты называется частотным спект­ром или просто спектром. Спектры получают, используя анализаторы шума — набор электрических фильтров, которые пропускают сигнал в определенной полосе час­тот. Наибольшее распространение получили фильтры с постоянной полосой пропускания (октавные фильтры). Измерения спектров шума в октавных полосах проводят для сравнения шума машин, нормирования и др.

Для ориентировочной оценки шума, спектр которого неизвестен, используется характеристика А, показыва­ющая уровень звука в дБА (А обозначает автоматическую подстройку слухового органа человека на данную часто­ту). Шумы подразделяют на постоянные, уровни звука которых за 8-часовой рабочий день изменяются во време­ни не более чем на 5 дБА. и непостоянные (прерывистые, импульсные и колеблющиеся во времени), для которых это изменение более 5 дБА.

В соответствии с ГОСТ 12.1.024—81 иГОСТ 12.1.025—81 шумовыми характеристиками, которые ука­зываются в технической документации машины, явля­ются:

уровни звуковой мощности шума Lp в октавных поло­сах среднегеометрических частот 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000 Гц;

характеристики направленности излучения шума машиной.

5.4. Нормирование шума

Область слышимых звуков ограничивается не только определенными частотами, но и определенными предельными значениями звуковых давлений и их уров­ней. Патологические изменения, возникшие под влиянием шума, рассматривают как шумовую болезнь, когда шум вызывает нежелательную реакцию всего организма человека. В связи с этим необходимо систематически контролировать уровень шума на рабочих местах, защищать работающих от вредного действия шума. При нормировании шума используют два метода: нор­мирование по предельному спектру шумами нормирование

уровня звука в дБА. Первый метод нормирования явля­ется основным для постоянных шумов. Здесь нормиру­ются уровни звуковых давлений в восьми октавных по­лосах частот (шум на рабочих местах не должен превы­шать допустимых уровней, значения которых приведены в ГОСТ 12.1.003—83). Совокупность восьми допустимых уровней звукового давления называется предельным спек­тром (ПС). Причем, с ростом частоты (более неприятный шум) допустимые уровни уменьшаются. Каждый из спек­тров имеет свой индекс ПС, например ПС-80, где цифра 80 -- допустимый уровень звукового давления в октавной полосе со среднегеометрической частотой 1000 Гц (при частоте 63 Гц — 99 дБ, при 125 Гц — 92 дБ при 250 Гц — 86 дБ, при 500 Гц — 83 дБ, при 1000 Гц — 80 дБ, при 2000 Гц-78 дБ, при 4000 Гц-76дБ, при 8000 Гц — 74 дБ и эквивалентные уровни звука — 85 дБА).

Второй метод нормирования общего уровня шума, измеренного по шкале А шумомера и называемого уров­нем звука в ДБА, используется для ориентировочной оценки постоянного и непостоянного шума, так как в этом случае мы не знаем спектра шума. Уровень звука (дБА) связан с предельным спектром (ПС при частоте 1000 Гц в дБ) зависимостью

Для тонального и импульсного шума допустимые уровни должны приниматься на 5 дБ меньше значений, приведенных в санитарных нормах и ГОСТ ССБТ. Нор­мирование шума в жилых и общественных зданиях и на их территориях производится по СНиП.

5.5. Методы борьбы с шумом

Для снижения шума можно применять следующие методы (рис. 12):

уменьшение шума в источнике (уменьшение L_p) улуч­шением конструкций машин за счет точности изготовле­ния узлов и др.;

уменьшение механического шума путем совершенство­вания технологических процессов и оборудования (ба­лансировка вращающихся элементов машин, примене­ние пластмассовых шестерен вместо стальных и др.);

70

Рис. 13, Акустическая обработка помещений:

а — штучные звукопоглотители с двойными стенками: б— конструкция звукопоглощающей облицовки без воздушного промежутка; в — то же, с воздушным промежутком; 1—перфорированный лист; 2 ¾ слой звуко­поглощающего материала; 3 — защитная стеклоткань (для укрепления слоя 2); 4—стена или потолок; 5 — воздушный промежуток между слоем и ограждением (или плита из звукопоглощающего материала)

рациональная планировка предприятий и цехов (со­блюдение разрывов не менее 100 м от здания с шумной технологией и др.);

изменение направления излучения шума в противо­положную сторону от рабочего места или жилого дома;

акустическая обработка помещений (рис. 13) — умень­шение энергии отраженных волн увеличением эквива­лентной площади звукопоглощения (размещение на внут­ренних поверхностях помещения звукопоглощающих облицовок, установка в помещении штучных звукопоглощателей);

уменьшение шума на пути его распространения пу­тем установки звукоизолирующего ограждения (прегра­ды) в виде стен, перегородок, кожухов, кабин (огражде­ния могут быть однослойные и многослойные);

применение глушителей шума для уменьшения шума различных аэродинамических установок.

Часто неэкономично, а иногда практически невозмож­но уменьшить шум до допустимых величин па некоторых производствах (клепка, обрубка, штамповка, зачистка, испытание двигателей внутреннего сгорания в др.). В этих случаях средства индивидуальной защиты явля­ются основными мерами, предотвращающими профессио­нальные заболевания работающих.

К средствам индивидуальной защиты (противошумам) относят вкладыши, наушники и шлемы.

5.6. Защита от инфра- и ультразвука

Основными источниками инфразвука являются дви­гатели внутреннего сгорания, вентиляторы, поршневые компрессоры и другие тихоходные машины, работающие с числом рабочих циклов менее 20 в секунду. При дей­ствии инфразвука с уровнями 100—120 дБ возникают головные боли, снижение работоспособности, появление чувство страха, нарушение функции вестибулярного аппарата, а при частоте 5—10 Гц — чувство вибрации внутренних органов. Уровни звукового давления в октавных полосах со среднегеометрическими частотами 2, 4, 8 и 16 Гц должны быть не более 105 дБ, а в полосе с частотой 32 Гц — не более 102 дБ.

В результате длительных воздействий инфразвуковых колебаний у человека появляются слабость, утомляе­мость, раздражительность, нарушается сон. Инфразвук с частотой 8 Гц наиболее опасен для человека в связи с тем, что эта частота совпадает с альфа-ритмом биотоков мозга.

Снижение интенсивности инфразвука достигает­ся за счет уменьшения его источника, изоляции, по­глощения, применения индивидуальных средств за­щиты.

К основным мероприятиям по борьбе с инфразвуком можно также отнести повышение быстроходности машин, что обеспечивает перевод максимума излучения в область слышимых частот; повышение жесткости конструкций больших размеров; устранение низкочастотных вибра­ций; установка глушителей реактивного типа (отража­ющих энергию обратно к источнику).

Ультразвук находит широкое применение (пайка, сварка, обработка сверххрупких и сверхтвердых материалов, дефектоскопия, медицина, очистка загрязнен­ного воздуха и др.). Генераторами ультразвука являются ультразвуковое технологическое оборудование и при­боры. Во время их работы при частоте 20—70 кГц созда­стся неслышимый ухом шум в 100—120 дБ. При сопри­косновении с предметами и веществами, в которых воз­буждены ультразвуковые колебания, происходит опасное контактное облучение. При работе на таких ультразву­ковых установках необходимо пользоваться специаль­ными защитными средствами — резиновыми перчатками и хлопчатобумажной подкладкой.

В приборостроении ультразвук используется для ин­тенсификации технологических процессов при очистке и обезжиривании деталей, ультразвуковой дефектоско­пии и т. п. Для возбуждения ультразвуковых колебаний (УЗК) в среде применяют различные методы преобразо­вания электрической энергии в ультразвуковую: магнитострикционный для получения УЗК частотой до 20 МГц, мощностью до 60 кВт и пьезоэлектрический — для полу­чения УЗК частотой более 1 МГц, небольшой мощности (редко свыше 1 кВт). Частота применяемого ультра­звука свыше 20 кГц, мощность — до нескольких ки­ловатт.

Ультразвук оказывает вредное воздействие на орга­низм человека, а именно; происходят различные наруше­ния нервной системы, изменяются давление, состав и свойства крови, теряется слуховая чувствительность. Ультразвук может действовать на человека как через воздушную среду, так и через жидкую и твердую (кон­тактное действие на руки). В соответствии с ГОСТ 12.1.001—83 уровни звуковых давлений в диапазоне час­тот 11—20 кГц не должны превышать соответственно 75—110 дБ, а общий уровень звукового давления в диа­пазоне частот 20—100 кГц не должен быть выше 110 дБ.

Защита от действия ультразвука через воздух может быть обеспечена следующими мероприятиями:

использованием в оборудовании более высоких рабо­чих частот, для которых допустимые уровни звукового давления выше;

применением кожухов из листовой стали или дюралю­миния (толщиной! мм) и гетинакса (5 мм) с обклейкой резиной или рубероидом;

устройством экранов (прозрачных) между оборудо­ванием и работающим;

размещением ультразвуковых установок в специаль­ных помещениях или кабинах.

Защита от действия ультразвука при контактном облучении состоит в полном исключении непосредствен­ного соприкосновения работающих с инструментом, жидкостью и изделиями, поскольку такое воздействие наиболее вредно.

Для снижения уровня звукового давления УЗК при­меняют звукопоглощение и звукоизоляцию. Хорошие звукоизолирующие свойства имеют металлические кожу­хи из листовой стали толщиной 1,5—2 мм, покрытые ревиной толщиной до 1 мм. Применяют пористую резину, поролон, органическое стекло.

Непосредственный контакт рабочих с источниками УЗК можно устранить механизацией и автоматиза­цией процессов при пайке, очистке и обезжиривании де­талей, применением средств индивидуальной защиты в виде двойных перчаток (хлопчатобумажных и резино­вых) и др.

При определении ультразвуковой характеристики из­мерения выполняют в контрольных точках на высоте 1,5 м от пола, на расстоянии 0,5 м от контура оборудо­вания и не менее 2 м от отражающих поверхностей (ГОСТ 12.1.001—83).

Учебно-поисковая задача

Звуки шума и «тишины» (проблемные вопросы). Проблема борьбы с шумом стала одной из самых актуальных. Сильный шум, наносящий вред здоровью людей, ныне справед­ливо называют невидимым ядом. Когда-то шум наносил вред здо­ровью людей лишь отдельных специальностей, теперь же жертва­ми действия шума становятся почти все жители города. Речь идет, конечно, не о том, чтобы всюду стояла абсолютная тишина (да она и недостижима в условиях современного города или производства). Более того, человек не может жить в абсолютной тишине и никогда не стремится к ней. Имеются попытки установления акустических пределов, благодаря которым понятие тишины об­ретает количественное выражение. Так, например, тишина в квартире, по мнению медиков,—это 40 дБ днем и 30 дБ ночью (для сравнения: 25 дБ дает шелест листвы при умеренном ветре, 30 дБ — тикание часов на расстоянии 1 м, 75—80 дБ ~ шум на улице небольшого города). Ведется работа над стандартом, который установит предельно допустимый уровень (ПДУ) шума в районе жилищных застроек, местах отдыха, детских площадок. Согласно стандарту ПДУ шума на рабочих местах не должен превышать 85 дБ. Конечно, это далеко не идеальные условия, но снижение производственного шума до этого уровня на всех без исключения предприятиях привело бы к значительному оздо­ровлению условий труда. Настало время вести борьбу за чис­тоту акустического пространства, за '-акустическую экологию, и нерешенных проблем здесь еще много. И очень важно изменить традиционное отношение к проектированию машин. Здесь необ­ходимо ввести критерий акустического проектирования, обеспе­чивающий минимальный уровень шума, утвердить новые нормы, определяющие показатель шумности новой техники наряду г КПД, металлоемкостью, экономичностью, надежностью. Здесь еще предстоят серьезные научные исследования.

Серьезные проблемы связаны также со звуками «тишины» — инфразвуками. Эта область звуковых частот (16—20 Гц и ниже) лежит вне восприятия человеческим ухом. Инфразвуки харак­теризуются высокой проникающей способностью, распространяются

на большие расстояния и почти при этом не ослабляются. Инфразвуковые волны возникают в самых различных условиях: при обдувании ветром зданий, деревьев, столбов, металлических ферм, при движении человека и животных, при работе тихоходных машин. Иными словами, мы живем в мире инфразвуков, не подозревая об этом. Зарегистрировать их могут лишь специаль­ные приборы. Научные исследования показали, что инфразвук наиболее ощутим в тоннелях, где движутся поезда и автомобили, а также под мостами и эстакадами. Инфразвуки легко «маскируются» слышимыми звуками — шумом. Чем более шумно вокруг нас, тем меньше «слышен» инфразвук. Сейчас ведутся исследо­вания для установления нормативов инфразвукового излучения, отступление от которых влечет за собой неблагоприятные воздей­ствия на организм человека.

Не менее опасны неслышимые звуки другого вида — ультра­звуки, которые по своей физической природе ничем не отличаются от слышимых звуков. Известно, что упругие колебания могут рас­пространяться в материальной среде при условии, что длина волны должна быть больше длины свободного пробега частиц этой среды (молекул) или больше межатомных расстояний. Дли­на же волны находится в обратной зависимости от частоты коле­баний. Вот почему ультразвуковые колебания затухают в газах больше, чем в жидкости, и еще больше, чем в твердом теле. Область применения ультразвука широчайшая: ультразвуковые преобразователи (пьезоэлектрические и магнитострикционные), ультразвуковое резание, сварка, пайка и лужение, обработка металлов, ультразвуковая очистка, ультразвуковые дефектоско­пы, ультразвуковой экспресс-анализ, ультразвуковая диагности­ка заболеваний и др. В то же время опасность воздействия ульт­развука на организм человека требует дальнейших исследований,

-Пример 3. Определить эффективность применения акусти­ческой обработки помещения цеха точечной сварки арматурных каркасов, Размеры цеха 72 ´12´ 4,5 м, объем цеха V» 3880 м³, площади ограждающих поверхностей потолка S_пот = 864 м², пола S_пол == 864м², стен S_с =420 м², общая площадь 2148 м². В цехе установлено 18 многоточечных сварочных автоматов для сборки арматуры сеток. Расчетная точка удалена от ближай­шего станка на r = 2 м.

Решение. 1. Определим предельный радиус

где п = 18 — число источников шума; В₈₀₀₀ — постоянная по­мещения на частоте 8000 Гц:

Постоянная помещения В₁₀₀₀ на среднегеометрической ( эталонной) частоте 1000 Гц имеет следующие значения;

Помещения                                   В₁₀₀₀, м²

С небольшим количеством людей (цехов заводов и др.)                V/20

С жесткой мебелью н большим числом людей                                 V/10

или с небольшим числом людей и мягкой мебелью

(лаборатории, кабинеты, ткацкие и деревообрабаты­вающие цеха)

С большим числом людей и мягкой мебелью (залы     V/6

КБ, учебные аудитории, залы ресторанов, мага­зинов, вокзалов, жилых помещений и др.)

Помещения со звукопоглощающей облицовкой           V/1,5

потолка и части стен

В нашем случае В₁₀₀₀ = V/20.

Частотный множитель mпринимается в зависимости от объема помещения V, м³, по табл. 2; m == 6.

Таблица 2. Частотный множитель m

.Объем помеще­ния, м2	Значения m на частотах октавных полос, Гц
63	125	250	500	1000	2000	4000	8000
<200	0,8	0,75	0,7	0,8	1	1,4	1,8	2,5
200-1000	0,65	0,62	0,64	0,75	1	1,5	2.4	4.2
>1000	0,5	0,5	0,55	0,7	1	1,6	3,0	6

Тогда

Следовательно, расчетная точка находится взоне отраженного звука.

2. По результатам натурных измерений по таблице ГОСТ определяются уровни звукового давления в расчетной точке (на рабочем месте оператора сварочного автомата) и требуемое сни­жение уровня шума DL (дБ): на частотах 250 Гц ¾ 2, 500 — 5, 1000 ¾ 7; 2000 — 4, 4000 — 2, 8000 — 1 дБ.

3. Для акустической обработки цеха выбираем плиты марки ПА/С (минераловатные) размером 500 ´ 500 мм с высоким коэффициентом звукопоглощения a_обл на частотах 1000 — 8000 Гд

(0.02; 0,05; 0,21; 0,66; 0,91; 0,95; 0,89; 0.7).

4. Определяем максимально возможное снижение уровня

шума, дБ,

где

Получим такие значения DL для среднегеометрических частот октавной полосы: 63—0; 125—0,2; 350—3,6; 500—8,3;

1000 – 8,2; 2000 — 6,8; 4000 — 5,3; 8000 Гц — 2,4 дБ.

Как видно из приведенного расчета, использование для акустической обработки цеха звукопоглощающих плит марки ПА/С обеспечивает снижение уровней отраженного звука в расчетной точке от 2 до 8 дБ на частотах 250...8000 Гц, а уровни звукового давления на рабочих местах не превышают допусти­мых величин, определенных по ГОСТ (п. 2).

Глава 6 ЗАЩИТА ОТ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ВИБРАЦИЙ

6.1. Физические характеристики вибраций

В промышленности и на транспорте широкое приме­нение получили машины и оборудование, создающие виб­рацию, воздействующую неблагоприятно на человека. Это прежде всего все транспортные средства, ручные маши­ны (электрические и пневматические, особенно с воз­вратно-ударной отдачей), машины в строительстве и на заводах стройиндустрии (виброплощадки, бункера с элек­тровибраторами, бетоноукладчики, бетоносмесители, до­заторы и др.). Для современного машиностроения ха­рактерно увеличение скорости рабочих органов и агре­гатов различного рода оборудования, станков и ручных машин. Уравновешивание при этом вращающихся и по­ступательных масс становится затруднительным. В ре­зультате возникают колебания, в ряде случаев им сопутствуют вредные производственные факторы, создающие неблагоприятные условия труда, например вибрация, сопровождающая работу технического оборудования, механизированного инструмента и средств транспорта. Вредные последствия вибрации возрастают с увеличе­нием быстроходности машин и механизмов, поскольку энергия колебательного процесса возрастает пропорцио­нально квадрату частоты колебаний (или частоты враще­ния вала машины).

С физической точки зрения между шумом и вибрацией принципиальной разницы нет. Разница имеет место лишь в восприятии: вибрация воспринимается вестибулярным аппаратом и органами осязания, в шум — органом слуха.

Вибрация представляет собой процесс распространения механических колебаний в твердом теле. Колебания механических тел с частотой ниже 20 Гц воспринима­ются организмом как вибрация, а колебания с частотой выше 20 Гц —одновременно и как вибрация, и как звук. Следовательно, вибрация — это механические колебания материальных точек или тел. В производственных условиях

наблюдаются вибрации с частотой 35—250 Гц (ручной инструмент). Источниками вибраций являются различные технологические процессы, механизмы, машины и их рабочие органы. Колебания, распространяясь по элементам конструкций, ускоряют их разрушение, а также оказывают вредное воздействие на работающего.

Физически вибрации характеризуются частотой колебанийf, Гц, амплитудой смещения А, мм, колебательной:

скоростью v, м/с, колебательным ускорением w, м/с³.

Основная частота гармонического колебательного движения f, Гц,

где п — число оборотов в минуту.

Виброскорость v, м/с, и виброускорение w, м/с², в случае гармонических колебаний определяют из выражений

где w— угловая частота.

Вибрацию (как и шум) можно характеризовать не только абсолютными величинами, но и относительными. В практике виброакустических исследований используют понятие логарифмического уровня колебаний — характеристики колебаний, сравнивающей две одноименные физические величины, пропорциональные десятичному логарифму отношения оцениваемой и исходного значение этой величины. В качестве последнего в охране труда используются опорные значения параметров, принятые за начало отсчета. При этом вибрация оценивается величин­ой, выраженной в децибелах. Так, значение уровня виброскорости Lv, дБ, согласно ГОСТ 12.1.012—78, определяют по формуле

где v²— средний квадрат (среднегеометрическое значение) виброскорости (берется в соответствующей полоса частот); v₀= 5× 10^-8 м/с— пороговое значение виброскорости (опорная виброскорость), принятое по между­народному стандарту.

Среднегеометрические значения октавных полос частот вибраций стандартизованы и составляют 1; 2; 4; 16; 31,5; 63; 125; 250; 500 и 1000 Гц.

Спектры уровней виброскорости — основные харак­теристики вибраций. Снижение уровня вибраций опреде­ляют разностью

где Lv₁ и Lv₂ — соответственно уровни вибраций до и после проведения мероприятий по их уменьшению.

6.2. Характеристики источников вибраций

Так как вибрация — это механические колебания упругих тел (или колебательные движения механических систем), то каждому упругому телу или конструкции, выведенным из положения равновесия, свойственны опре­деленный период и частота колебаний. Такого рода коле­бания называются собственными, они постепенно зату­хают, поскольку энергия движения вследствие трения переходит в тепловую энергию. При действии на тело или конструкцию периодически изменяющейся силы на­чинаются колебания, называемые вынужденными. Вызы­вающая их сила называется возмущающей. При сов­падении частоты возмущающей силы с частотой соб­ственных колебаний амплитуда колебаний конструкции или сооружения начинает возрастать, так как энер­гия колебаний увеличивается под действием возмуща­ющей силы, направление которой совпадает в течение каждого периода с направлением движения. Такое воз­растание амплитуды колебаний, называемое резонансом, не только создает вибрацию, но н является весьма опас­ным для конструкции или сооружения. Опасность заклю­чается 'в том, что с возрастанием амплитуды возрастают деформация и напряжение в машине, оборудовании, со­оружении, что может привести к их поломке или разрушению, а также к несчастным случаям.

Источниками вибрации могут быть возвратно-посту­пательные движущиеся системы, неуравновешенные вра­щающиеся массы, удары деталей узлов механизмов и др. Дисбаланс во всех случаях приводит к появлению не­уравновешенных сил, вызывающих вибрацию. Возник­новение колебаний может 'быть связано не только с си­ловым, но и с кинематическим возбуждением, например в транспортных средствах при их движении по неровному пути.

Поскольку вибрация характеризуется тремя пара­метрами (амплитудой перемещения, колебательными ско­ростью и ускорением), то зависимость этих параметров от времени можно охарактеризовать так: А = j (t), u = j (t) и w == j (t). В практических целях обычно ис­пользуют два параметра: амплитуду перемещения А, мм, и колебательную скорость и, м/с.

6.3. Действие вибрации на организм человека

По характеру действия на организм человека вибра­цию принято подразделять на общую и местную. Общая вибрация передается на все тело человека, а местная — на руки работающего. Возможно комбинированное действие общей и местной вибрации. Вибрации производственных агрегатов вызывают колебания воздуха, передаются кон­струкциям зданий и фундаменту, а через него — почве, в результате чего колебания могут возникать на рабочих местах даже в далеко отстоящих сооружениях.

Вибрация приводит тело или его отдельные части в ко­лебательное движение. Различают поперечные, продоль­ные или крутильные колебания.

Весь организм резонирует при действии колебаний с частотой 8 Гц, колебания с частотой от 17 до 25 Гц резонансны для головы человека (для внутренних органов собственные частоты в диапазоне 6—9 Гц). Колебания рабочих мест с указанными частотами весьма опасны, так как могут вызвать механические повреждения и даже разрыв органов. Общей вибрации подвергаются транс­портные рабочие, операторы грузоподъемных кранов. Локальной (местной) вибрации подвергаются работающие с ручным электро- и пневмоинструментом. В ряде случаев работающий может подвергаться одновременно воздей­ствию общей и местной (комбинированной) вибрации.

Систематическое воздействие общих вибраций при высоком уровне виброскорости может быть причиной виб­рационной болезни (неврита) — стойких нарушений фи­зиологических функций организма (в первую очередь центральной нервной системы). Эти нарушения прояв­ляются в виде нарушения сердечной деятельности, головокружений и головных болей, плохого сна и самочув­ствия, пониженной работоспособности. Виброболезнь от­носится к группе профзаболеваний, эффективное лечение которой возможно лишь на ранней стадии, в противном

случае—необратимые изменения, приводящие к инва­лидности.

Локальная вибрация вызывает спазмы сосудов pyк, предплечья, сердца. Наиболее вредным для человека является одновременное действие вибраций, шума и низ­кой температуры.

6.4. Гигиенические характеристики и нормы вибрации

Различают гигиеническое и техническое нормирова­ние вибраций. В первом случае ограничивают параметры вибрации рабочих мест и поверхности контакта с руками работающих, исходя из физиологических заболеваний, исключающих возможность возникновения виброболезни. Во втором случае ограничивают параметры вибрации с учетом не только указанных требований, но и техниче­ски достижимого на сегодняшний день для данного вида машин минимального уровня вибрации.

Общая вибрация нормируется с учетом свойств источ­ника ее возникновения и делится на вибрацию:

транспортную, которая возникает в результате дви­жения машин по местности и дорогам;

транспортно-технологическую, которая образуется при работе машин, выполняющих технологическую опе­рацию в стационарном положении;

технологическую, возникающую при работе стацио­нарных машин или передается на рабочие места, не име­ющие источников вибраций.

Степень вредного воздействия колебаний на организм человека зависит от различных параметров, в том числе от направления действия вибрации. Вибрация может возникать в кабинах управления кранами, при эксплуа­тации самоходных машин, других механизмов и устройств, когда причиной возбуждения вибраций являются возникающие неуравновешенные силовые воздействия.

Нормируемыми параметрами общей вибрации явля­ются среднеквадратичные значения колебательной скоро­сти в октавных полосах частот или амплитуды перемеще­ний, возбуждаемые работой оборудования и передава­емые на рабочие места в производственных помещениях (пол, рабочие площадки, сиденья).

Вибрация, воздействующая на человека, нормирует­ся отдельно в каждой стандартной октавной полосе, раз­лично для общей и локальной вибраций.

82

Рис, 14. К нормированию вибраций:

а — общие вибрации; б¾ местные (локальные) вибрации

Нормы по ограничению общих вибраций (рабочих мест) устанавливают логарифмический уровень колеба­тельной скорости в октавных диапазонах со среднегеометрическими значениями 2, 4, 8, 16, 32, 63 Гц, а нормы по ограничению локальной вибрации — в октавных поло­сах частот со среднегеометрическими значениями 16, 32, 63, 125, 250, 500, 1000 Гц. Нормирование транспортных вибраций производится с октавной полосы со среднегео­метрическим значением 1 Гц.

Допустимые уровни общих вибраций рабочих мест установлены санитарными нормами, где нормируемыми параметрами вибрации являются среднеквадратичные значения скорости колебания или амплитуды перемеще­ний вибрации в октавных полосах частот от 2 до 63 Гц (рис. 14, а). Согласно санитарным нормам, допустимые величины вибрации инструментов и производственного оборудования, передаваемые на руки работающих, уста­новлены в диапазоне частот 11— 2800 Гц для каждой октавной полосы. При этом нормируются виброскоро­сти, м/с, и уровни вибрации, дБ, относительно порогово­го значения виброскорости v₀ =5×10^-8 м/с (рис. 14, б).

Гигиенические нормы вибрации установлены для дли­тельности рабочей смены 8 ч. Гигиеническую оценку вибрации производят одним из трех методов: частотным

(спектральным) анализом: интегральной оценкой по час­тоте и дозой вибрации.

При частотном (спектральном) анализе нормируемыми параметрами являются среднеквадратичные значения виброскорости v (и их логарифмические уровни Lv) или виброускорение w для локальной вибрации в октавных полосах частот, а для общей вибрации — в октавных или 1/3 октавных полосах частот. Логарифмические уровни виброскорости Lv, дБ, составляют .

Для ручных машин предельно допустимые уровни вибрации установлены государственным стандартом.

Для измерения вибраций применяют приборы, осно­ванные на механических и электрических методах изме­рения. Измерение вибрации производится виброметрами, приборами ИШВ-1 (регистрируют амплитуды вибраций от 0,005 до 1,5 мм в диапазоне частот от 15 до 200 Гц). Применяются также измерительные приборы типов НВА-1, ШВК-1. ВИП-2 и др.

6.5. Методы снижения вибраций машин и оборудования

Ослабления вибраций достигают следующими конст­руктивными и технологическими мерами:

уравновешиванием, балансировкой вращающихся частей для обеспечения плавности работы машины;

устранением дефектов и разболтанности отдельных частей;

использованием динамических гасителей вибраций;

упругой подвеской агрегатов и амортизацией (вклю­чением промежуточных устройств между машиной и ос­нованием). Амортизаторы выполняют в виде стальных пружин, рессор, прокладок из резины и т. п. При выборе прокладки необходимо учесть, что собственная частота системы fдолжна быть в 2—3 раза меньше возбуждающей частоты. Толщину h и площадь F прокладок можно определить расчетом либо по графику (рис. 15). Зная мас­су сооружения, определяют необходимую общую пло­щадь прокладок (площадь одной прокладки рассчиты­вают делением общей площади на число опор агрегата).

Работа с ручным инструментом ударного действия (пневмомолотками, трамбовками и др.) и возвратно-по­ступательного действия (бурильными и отбойными

Рис. 15. К выбору виброизолирующей прокладки:

а— зависимость толщины прокладки от собственной частоты системы;

б—зависимость площади прокладки от нагрузки: 1—войлок; 2—резина

молотками и т. п.) сопровождается вибрацией. Отрицатель­ное воздействие вибраций усиливается наличием шума и охлаждением рук струёй холодного воздуха, вырывающегося из инструмента,

Основные меры по снижению и полному устранению действия вибраций на работающих — внедрение автома­тизированных и высокомеханизированных производств, дистанционного управления цехами и участками. Основные меры борьбы с вибрацией:

совершенствование конструкций машин и технологи­ческих процессов (замена кулачковых и кривошипных механизмов равномерно вращающимися, гидроприводами и др.);

отстройка от режима резонанса (изменением массы пли жесткости системы и т. п.);

вибродемпфирование  (вибропоглощение) — исполь­зование конструкционных материалов с большим внутренним трением; нанесение на вибрирующие поверхности слоя упруговязких материалов, обладающих большими потерями на внутреннее трение (пластмассы, дерево, резина). Эффективно применение покрытий из слоя вязкоупругого материала — пластмассы, рубероида, битума, резины;

виброизоляция при помощи устройства амортизато­ров, то есть введение в колебательную систему дополнительной упругой связи. Эффективность виброизоляции определяют коэффициентом передачи, который может быть рассчитан по фор­муле

где fи f₀ — соответственно частота вынужденных и собственных колебаний системы (f/f₀ = 3 .. 4, что соответствует оптимуму КП=1/8…1/15; чем меньше значение КП, тем выше виброизоляция). Обычно эффективность виброизоляции DL, дБ,опре­деляют из выражения

динамическое гашение вибрации — увели­чение реактивного сопротивления колебательных систем путем установки динамического виброгасителя (допол­нительной колебательной системы с массой т и жестко­стью q), собственная частота которого f₀ настроена па ос­новную частоту f колебаний данной мащины с массой М и жесткостью Q. В этом случае подбором массы и жест­кости внброгасителя обеспечивается выполнение условия

'

изменение конструктивных элементов машин и строи­тельных конструкций за счет увеличения жесткости си­стемы (введение ребер жесткости);

активная виброзащнта — введение дополнительного источника энергии, осуществляющего обратную связь от изолируемого объекта к системе виброизоляции,

При работе с ручным инструментом (электрическим, пневматическим) применяют средства индивидуальной защиты рук от воздействия вибраций (рукавицы, пер­чатки). Учитывая неблагоприятное воздействие холода на развитие виброболезни, при работе в зимнее время ра­бочих надо обеспечивать теплыми рукавицами. Приме­няют также антивибрационные поясы, подушки, про­кладки, виброгасящие коврики, виброгасящую обувь.

В целях профилактики виброболезни для работа­ющих с вибрирующим оборудованием рекомендуется специальный режим труда. Так, суммарное время в кон­такте с вибрацией не должно превышать 2/3 рабочей сме­ны. При таком режиме труда рекомендуется устанавли­вать обеденный перерыв не менее 40 мин и два регламен­тированных перерыва (20 мин через 1—2 ч после начала смены и 30 мин через 2ч после обеденного перерыва). При работе с вибрирующим оборудованием рекомендует­ся включать в рабочий цикл технологические операции, не связанные с воздействием вибрации. Рабочие, у ко­торых обнаружена виброболезнь, временно, до решения ВТЭК, должны быть переведены на работу, не связанную с вибрацией, значительным мышечным напряжением и охлаждением рук. Руки следует беречь от холода. По­лезны теплые ванночки для рук. Рекомендуется устрой­ство помещений для гидропроцедур.

Учебно-поисковая задача

Основные источники вибрацийнапредприятиях данной отрасли (по специальности) с указанием порога восприятия виб­рации и нормируемых параметров.

С физической точки зрения вибрации (как и шум) представ­ляют собой сложные колебательные процессы. Поэтому гигиени­ческая оценка вибрации достаточно сложная задача. Для харак­теристики вибрации введены среднеквадратичные значения виброскорости в октавных полосах частот или их логарифмические уровни, взятые относительно опорной виброскорости, которая принята (условно) по международному стандарту v_о = 5 ×10^-8 м/с. В отличие от шума, где за нуль децибел принят по­рог слышимости, для вибрации отсчет децибел ведется от услов­ной опорной виброскорости, при этом порог восприятия вибра­ции составляет около 70 дБ.

В этом объяснении заключается стержень ответа на постав­ленную задачу по данной проблеме.

Пример 4. Рассчитать пиброгасящее основание под вибро­площадку габаритом 6269 Х 1780 Х 1020 мм и максимальной грузоподъемностью 5 т, общим весом 74200 Н, в том числе по­движных частей Q_п.ч = 62780 Н. Мощность привода 28 кВт, час­тота вращения 3000 мин^-1, максимальный кинетический момент дебалансов М_к = 3900 Н • см, амплитуда виброперемещения стола 0,4мм, частота вибрирования f=50 Гц. Фундамент устанавливают на суглинок средней пористости с допускаемым нормативным давлением R = 3 • 10⁵ Па. Виброплощадка двухвальная, нормативная возмущающая сила действует в вертикаль­ном направлении. Виброизоляция выполнена в виде 8 цилинд­рических стальных пружин.

Решение. 1. Определяем динамическую нагрузку N, возбуждаемую дебаланснымн валами виброплощадки

где М_к == тr — кинетический момент одного вибратора, Н× см (т—масса вращающейся части машины, то есть дебаланса, кг; r —эксцентриситет вращающихся масс, см); w == 2pf= 314 — круговая частота вала машины, с^-1; g == 980 — ускорение сво­бодного падения, см/с²;

N = 2900 × 314²/980 == 291760 Н.

2. Определяем суммарную жесткость всех амортизаторов по формуле

При этом предполагаем, что виброплощадка опирается на фундамент через стальные пружинные амортизаторы, дающие под действием подвижных подрессоренных частей установки статическую осадку l_ст = 0,5 см.

Тогда

g = 62780/0,5 = 125560 Н/см.

3. Рассчитываем собственную круговую частоту вертикаль­ных колебаний подрессоренных частей виброплощадки w₀ и массу подвижных частей виброплощадки m_п.ч:

4. Определяем нормальную динамическую нагрузку, пере­дающуюся на фундамент,

Исходя из опыта проектирования фундаментов под машины с динамическими нагрузками, конструктивно принимаем площадь F_ф и высоту фундамента так, чтобы вес фундамента при­мерно в два раза был больше общего веса виброплощадки, то есть

Q_ф = 140000 Н; F_ф = 640×180 == 115200 см².

Масса фундамента

m_ф =Q_ф /g = 140000/980 = 142 Н× с²/см =142 кг.

5. Рассчитываем коэффициент жесткости естественного осно­вания при выбранном грунте (суглинок), R = 3 • 10⁵ Па, С_z = == 50 Н/см³ (коэффициент упругого равномерного сжатия):

K_z = F_фС_z= 115200 × 50=5760000 Н/см².

6. Определяем круговую частоту собственных вертикальных колебаний фундамента

7. Рассчитываем амплитуду перемещения фундамента под действием динамической силы

Согласно ГОСТ 12.1.012—82, а_доп== 0,009 мм, то есть усло­вие выполняется.

Глава 7 ЗАЩИТА ОТ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ

7.1. Источники электромагнитных полей радиочастот и их характеристика

Источниками электромагнитных полей (ЭМП) явля­ются: атмосферное электричество, радиоизлучения, элек­трические и магнитные поля Земли, искусственные ис­точники (установки ТВЧ, радиовещание и телевидение, радиолокация, радионавигация и др.). Источниками из­лучения электромагнитной энергии являются мощные телевизионные и радиовещательные станции, промышлен­ные установки высокочастотного нагрева, а также мно­гие измерительные, лабораторные приборы. Источниками излучения могут быть любые элементы, включенные в вы­сокочастотную цепь.

Токи высокой частоты применяют для плавления ме­таллов, термической обработки металлов, диэлектриков .,и полупроводников и для многих других целей. Для .научных исследований в медицине применяют токи ультравысокой частоты, в радиотехнике — токи ультравысокой и сверхвысокой частоты. Возникающие при ис­пользовании токов высокой частоты электромагнитные поля представляют определенную . профессиональную вредность, поэтому необходимо принимать меры защиты от их воздействия на организм.

Токи высокой частоты создают в воздухе излучения, имеющие ту же электромагнитную природу, что и инфра­красное, видимое, рентгеновское и гамма-излучение. Раз­личие между этими видами энергии — в длине волны и час­тоте колебаний, а значит, и в величине энергии кванта, .составляющего электромагнитное поле. Электромагнит­ные волны, возникающие при колебании электрических

Рис.. 17. Спектр электромагнитных колебаний

зарядов (при прохождении переменных токов), называ­ются радиоволнами.

Электромагнитное поле характеризуется длиной вол­ны l, м, или частотой колебанияf, Гц:

l == сТ == с/f, или с = lf,                  (45)

где с == 3 × 10⁸ м/с — скорость распространения радиоволн равная скорости света; f — частота колебаний, Гц;

Т = 1/f— период колебаний.

Интервал длин радиоволн — от миллиметров до де­сятков километров, что соответствует частотам колебаний в диапазоне от 3 • 10⁴ Гц до 3 • 10¹¹ Гц (рис. 17).

Интенсивность электромагнитного поля в какой-либо точке пространства зависит от мощности генератора и расстояния от него. На характер распределения поля в помещении влияет наличие металлических предметов и конструкций, .которые являются проводниками, а также диэлектриков, находящихся в ЭМП.

7.2. Источники электромагнитных полей промышленной частоты в электроустановках сверхвысокого напряжения (СВН)

При эксплуатации электроэнергетических устано­вок—открытых распределительных устройств (ОРУ) и воздушных ЛЭП напряжением выше 330 кВ — в прост­ранстве вокруг токоведущих частей действующих элек­троустановок возникает сильное электромагнитное поле, влияющее на здоровье люден. В электроустановках напряжением ниже 330 кВ возникают менее интенсивные электромагнитные поля, не оказывающие отрица­тельного влияния на биологические объекты.

Эффект воздействия электромагнитного поля на био­логический объект принято оценивать количеством элек­тромагнитной энергии, поглощаемой этим объектом при нахождении его в поле. При малых частотах (в данном случае 50 Гц) электромагнитное поле можно рассматри­вать состоящим из двух полей (электрического и магнит­ного), практически не связанных между собой. Электри­ческое поле возникает при наличии напряжения на токо­ведущих частях электроустановок, а магнитное — при прохождении тока по этим частям. Поэтому допустимо рассматривать отдельно друг от друга влияние, оказыва­емое ими на биологические объекты.

Установлено, что в любой точке поля в электроуста­новках сверхвысокого напряжения (50 Гц) поглощен­ная телом человека энергия магнитного поля примерно в 50 раз меньше поглощенной им энергии электрического поля (в рабочих зонах открытых распределительных устройств и проводов ВЛ-750 кВ напряженность магнит­ного поля составляет 20—25 А/м при опасности вредного влияния 150—200 А/м),

На основании этого был сделан вывод, что отрица­тельное действие электромагнитных полей электроуста­новок сверхвысокого напряжения (50 Гц) обусловлено электрическим полем, то есть нормируется напряжен­ность Е, кВ/м.

В различных точках пространства вблизи электро­установок напряженность электрического поля имеет разные значения и зависит от ряда факторов: номиналь­ного напряжения, расстояния (по высоте и горизонтали) рассматриваемой точки от токоведущих частей и др.

7.3. Воздействие электромагнитных полей на организм человека

Промышленная электротермия, в которой применяют­ся токи радиочастот для электротермической обработки ма­териалов и изделий (сварка, плавка, ковка, закалка, пай­ка металлов ;сушка, спекание и склеивание неметаллов), широкое внедрение радиоэлектроники в народное хозяй­ство позволяют значительно улучшить условия труда, снизить трудоемкость работ, добиться высокой экономич­ности процессов производства. Однако электромагнитные излучения радиочастотных установок, воздействуя на организм человека в дозах, превышающих допустимые, могут явиться причиной профессиональных заболева­ний. В результате возможны изменения нервной, сердеч­но-сосудистой, эндокринной и других систем организма человека.

Действие электромагнитных полей на организм чело­века проявляется в функциональном расстройстве цент­ральной нервной системы; субъективные ощущения при этом — повышенная утомляемость, головные боли и т. п. Первичным проявлением действия электромагнитной энергии является нагрев, который может привести к из­менениям и даже к повреждениям тканей и органов. Ме­ханизм поглощения энергии достаточно сложен. Возмож­ны также перегрев организма, изменение частоты пуль­са, сосудистых реакций. Поля сверхвысоких частот могут оказывать воздействие на глаза, приводящее к воз­никновению катаракты (помутнению хрусталика). Мно­гократные повторные облучения малой интенсивности могут приводить к стойким функциональным расстрой­ствам центральной нервной системы. Степень биологиче­ского воздействия электромагнитных полей на организм человека зависит от частоты колебаний, напряженности и интенсивности поля, длительности его воздействия. Биологическое, воздействие полей разных диапазонов неодинаково. Изменения, возникающие в организме под воздействием электромагнитных полей, чаще всего обратимы.

В результате длительного пребывания в зоне дей­ствия электромагнитных полей наступают преждевремен­ная утомляемость, сонливость или нарушение сна» появ­ляются частые головные боли, наступает расстройство нервной системы и др. При систематическом облучении наблюдаются стойкие нервно-психические заболевания, изменение кровяного давления, замедление пульса, тро­фические явления (выпадение волос, ломкость ногтей и т. п.),

Аналогичное воздействие на организм человека ока­зывает электромагнитное поле промышленной частоты в электроустановках сверхвысокого напряжения. Интен­сивные электромагнитные поля вызывают у работающих нарушение функционального состояния центральной нервной системы, сердечно-сосудистой системы и перифе­рической крови. При этом наблюдаются повышенная утомляемость, вялость, снижение точности рабочих движений, изменение кровяного давления и пульса, возник­новение болей в сердце (обычно сопровождается арит­мией), головные боли.

Предполагается, что нарушение регуляции физиоло­гических функций организма обусловлено воздействием поля на различные отделы нервной системы. При этом повышение возбудимости центральной нервной системы происходит за счет рефлекторного действия поля, а тормозной эффект — за счет прямого воздействия поля на структуры головного и спинного мозга. Считается, что Кора головного мозга, а также промежуточный мозг особенно чувствительны к воздействию поля.

Наряду gбиологическим действием электрическое поле обусловливает возникновение разрядов между че­ловеком и металлическим предметом, имеющим иной, чем человек, потенциал. Если человек стоит непосред­ственно на земле или на токопроводящем заземленном .основании, то потенциал его тела практически равен нулю, а если он изолирован от земли, то тело оказывается :под некоторым потенциалом, достигающим иногда не­скольких киловольт.

Очевидно, что прикосновение человека, изолированного от земли, к заземленному металлическому предмету, равно как и прикосновение человека, имеющего контакт с землей, к металлическому предмету, изолированному от земли, сопровождается прохождением через человека в землю разрядного тока, который может вызывать бо­лезненные ощущения, особенно в первый момент. Часто прикосновение сопровождается искровым разрядом. В случае прикосновения к изолированному от земли ме­таллическому предмету большой протяженности (трубо­провод, проволочная ограда на деревянных стойках и ^т. п. или большого размера металлическая крыша деревянного здания и пр.) сила тока, проходящего через че­ловека, может достигать значений, опасных для жизни.

7.4. Нормирование электромагнитных полей

Исследованиями установлено, что биологическое дей­ствие одного и того же по частоте электромагнитного поля зависит от напряженности его составляющих (электри­ческой и магнитной) или плотности потока мощности для диапазона более 300 МГц. Это является критерием для определения биологической активности электромагнит­ных излучений. Для этого электромагнитные излучения о частотой до 300 МГц разбиты на диапазоны, для кото­рых установлены предельно допустимые уровни напря­женности электрической, В/м, и магнитной, А/м, состав­ляющих поля. Для населения еще учитывают их место­нахождение в зоне застройки или жилых помещений.

Согласно ГОСТ 12.1.006—84, нормируемыми пара­метрами в диапазоне частот 60 кГц — 300 МГц являются напряженности Е и Н электромагнитного поля. На рабочих местах и в местах возможного нахождения пер­сонала, профессионально связанного с воздействием элек­тромагнитного поля» предельно допустимая напряжен­ность этого ноля в течение всего рабочего дня не должна превышать нормативных значений.

Эффект воздействия электромагнитного поля на биоло­гический объект принято оценивать количеством элек­тромагнитной энергии» поглощаемой этим объектом при нахождении его в поле, Вт:

где s — плотность потока мощности излучения электро­магнитной энергии; Вт/м²; S_эф — эффективная поглоща­ющая поверхность тела человека, м².

В табл. 3 приведены предельно допустимые плотности потока энергии электромагнитных полей (ЭМП) в диа­пазоне частот 300 МГц — 300 000 ГГц и время пребыва-

Таблица 3, Нормы облучения УВЧ и СВЧ

Плотность потока мощности энергии s, Вт/м2	Допустимое время пребывания в зоне воздействия ЭМП	Примечание
До 0,1	Рабочий день	¾
0,1-1	Не более 2 ч	В остальное рабочее вре­мя плотность потока энер­гии не должна превышать 0,1 Вт/м2
1—10	Не более 10 мин	При условии пользования защитными очками. В ос­тальное рабочее время плотность потока энергии не должна  превышать 0,1 Вт/м2

ния на рабочих местах и в местах возможного нахожде­ния персонала, профессионально связанного и воздей­ствием ЭМП.

В табл. 4 приведено допустимое время пребывания человека в электрическом поле промышленной частоты сверхвысокого напряжения (400 кВ и выше).

Таблица 4. Предельно допустимое время пребывания человека в электрическом поле напряжением 400 кВ и выше (50 Гц)

Электрическая напряженность Е, кВ/м	Допустимое время пребывания, мин	Примечание
<5	Без ограничений (рабочий день)	¾
5¾10	£180	Остальное время рабочего дня человек находится в местах, где напряженность электрического поля меньше или равна 5 кВ/м
10¾15	£90
15¾20	£10
20¾25	£5

Ограничение времени пребывания человека в элек­тромагнитном поле представляет собой так называемую «защиту временем».

Если напряженность поля на рабочем месте превы­шает 25 кВ/м или если требуется большая продолжитель­ность пребывания человека в поле, чем указано в табл. 4, работы должны производиться с применением защитных средств — экранирующих устройств или экранирующих костюмов.

Пространство, в котором напряженность электриче­ского поля равна 5 кВ/м и больше, принято называть опасной зоной или зоной влияния. Приближенно можно считать, что эта зона лежит в пределах круга с центром в" точке расположения ближайшей токоведущей части, находящейся под напряжением, и радиусом R == 20 м для электроустановок 400—500 кВ иR == 30 м для электроустановок 750 кВ (рис. 18). На пересечениях ли­ний электропередачи сверхвысокого (400—750 кВ) и ульт­равысокого (1150 кВ) напряжения с железными и автомо­бильными дорогами устанавливаются специальные знаки безопасности, ограничивающие зоны влияния этих воз­душных линий.

Рис. 18. Радиусы опасных зон (зон влияния):

а—источник влияния — открытое распределительное устройство или провода воздушной линии электропередачи; б—источник влияния — токоведущие части аппаратов

Допустимое значение тока, длительно проходящего через человека и обусловленного воздействием электри­ческого поля электроустановок сверхвысокого напряже­ния, составляет примерно 50—60 мкА, что соответствует напряженности электрического поля на высоте роста че­ловека примерно 5 кВ/м. Если при электрических раз­рядах, возникающих в момент прикосновения человека к металлической конструкции, имеющей иной, чем чело­век, потенциал, установившийся ток не превышает 50— 60 мкА, то человек, как правило, не испытывает боле­вых ощущений. Поэтому это значение тока принято в качестве нормативного (допустимого).

7.5. Измерение интенсивности электромагнитных полей

Для определения интенсивности электромагнитных нолей, воздействующих на обслуживающий персонал, замеры проводят в зоне нахождения персонала по высоте от уровня пола (земли) до 2 м через 0,5 м. Для определе­ния характера распространения и интенсивности полей в цехе, на участке» в кабине, помещении (лаборатории и др.) должны быть проведены измерения в точках пере­сечения координатной сетки со стороной в 1 м. Измере­ния проводят (при максимальной мощности установки) периодически, не реже одного раза в год, а также при приеме в эксплуатацию новых установок, изменениях в конструкции и схеме установки, проведении ремонтов и т. д.

Исследования электромагнитных полей на рабочих ме­стах должны проводиться в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.002-84, ГОСТ 12.1.006—84 по методике, утвержденной Минздравом СССР.

Для измерения интенсивности электромагнитных по­лей радиочастот используется прибор ИЭМП-1. Этим при­бором можно измерить напряженности электрического и магнитного полей вблизи излучающих установок в диа­пазоне частот 100 кГц—300 МГц для электрического по­ля и в диапазоне частот 100 кГц — 1,5 МГц — для маг­нитного поля. С помощью данного прибора можно установить зону, в пределах которой напряженность поля выше "допустимой.

Плотность потока мощности в диапазоне УВЧ—СВЧ измеряют прибором ПО-1, с помощью которого можно определить среднее по времени значение s, Вт/м².

Измерения напряженности электрического поля в электроустановках сверхвысокого напряжения произ­водят приборами типа ПЗ-1, ПЗ-1 м и др.

Измеритель напряженности электрического поля работает следующим образом. В антенне прибора электри­ческое поле создает э. д. с., которая усиливается с помо­щью транзисторного усилителя, выпрямляется полупро­водниковыми диодами и измеряется стрелочным микро­амперметром. "Антенна представляет собой симметрич­ный диполь, выполненный в виде двух металлических пластин, размещенных одна над другой. Поскольку на­веденная в симметричном диполе э. д. с. пропорцио­нальна напряженности электрического поля, шкала миллиамперметра отградуирована в киловольтах на метр (кВ/м).

Измерение напряженности должно производиться во всей зоне, где может находиться человек в процессе вы­полнения работы. Наибольшее измеренное значение напряженности является определяющим. При размеще­нии рабочего места на земле наибольшая напряженность обычно бывает на высоте роста человека. Поэтому заме­ры рекомендуется производить на высоте 1,8 м от уровня земли.

Напряженность электрического поля, кВ/м, для лю­бой точки можно определить из выражения

где t — линейная плотность заряда провода, Кл/м; e₀ = 8,85 × 10^-12 — электрическая постоянная, Ф/м; т — кратчайшее расстояние от провода до точки, в которой определяется напряженность, м.

Это выражение предусматривает определение напря­женности электрического поля уединенного бесконечно длинного прямолинейного проводника, заряженного рав­номерно по длине. Вводя соответствующие поправки, можно c достаточной точностью определить уровни напряженности электрического поля в заданных точках линии и подстанции сверхвысокого напряжения в реаль­ных условиях.

7.6. Методы защиты от электромагнитных полей

Основные меры защиты оn воздействия электромаг­нитных излучений:

уменьшение излучения непосредственно у источника (достигается увеличением расстояния между источником направленного действия и рабочим местом, уменьшением мощности излучения генератора);

рациональное размещение СВЧ и УВЧ установок (действующие установки мощностью более 10 Вт следует размещать в помещениях с капитальными стенами и перекрытиями, покрытыми радиопоглощающими материала­ми — кирпичом, шлакобетоном, а также материалами, обладающими отражающей способностью—масляными красками и др.);

дистанционный контроль и управление передатчиками в экранированном помещении (для визуального наблю­дения за передатчиками оборудуются смотровые окна, защищенные металлической сеткой);

экранирование источников излучения и рабочих мест (применение отражающих заземленных экранов в виде листа или сетки из металла, обладающего высокой электропроводностью — алюминия, меди, латуни, стали);

организационные меры (проведение дозиметрического контроля интенсивности электромагнитных излучений — не реже одного раза в 6 месяцев, медосмотр — не реже одного раза в год; дополнительный отпуск, сокращенный рабочий день, допуск лиц не моложе 18 лет и не имеющих заболеваний центральной нервной системы, сердца, глаз)',

применение средств индивидуальной защиты (спец­одежда, защитные очки и др.).

У индукционных плавильных печей и нагревательных индукторов (высокие частоты) допускается напряжен­ность поля до 20 В/м. Предел для магнитной составля­ющей напряженности поля должен быть 5 А/м. Напря­женность ультравысокочастотных электромагнитных полей (средние и длинные волны) на рабочих местах не должна превышать 5 В/м,

Каждая промышленная установка снабжается тех­ническим паспортом, в котором указаны электрическая схема» защитные приспособления, место применения, ди­апазон волн, допустимая мощность и т. д. По каждой установке ведут эксплуатационный журнал, в котором фиксируют состояние установки, режим работы, исправ­ления, замену деталей, изменения напряженности поля. Пребывание персонала в зоне воздействия электромаг­нитных полей ограничивается минимально необходимым для проведения операций временем.

Новые установки вводят в эксплуатацию после при­емки их, при которой устанавливают выполнение требо­ваний и норм охраны труда, норм по ограничению полей и радиопомех, а также регистрации их в государственных контролирующих органах.

Генераторы токов высокой частоты устанавливают в отдельных огнестойких помещениях, машинные гене­раторы — в звуконепроницаемых кабинах. Для устано­вок мощностью до 30 кВт отводят площадь не менее 40 м². большей мощности — не менее 70 м². Расстояние между установками должно быть не менее 2 м, помещения экра­нируют, в общих помещениях установки размещают в эк­ранированных боксах. Обязательна общая вентиляция помещений, а при наличии вредных выделений — и мест­ная. Помещения высокочастотных установок запрещает­ся загромождать металлическими предметами. Наибо­лее простым и эффективным методом защиты от электро­магнитных полей является «защита расстоянием». Зная характеристики металла, можно рассчитать толщину экранаd, мм, обеспечивающую заданное ослабление электромагнитных полей на данном расстоянии:

где w = 2pf — угловая частота переменного тока, рад/с;

m— магнитная проницаемость металла защитного экра­на, Г/м, g — электрическая проводимость металла экрана (Ом • м)^-1; Эх—эффективность экранирования на рабочем месте, определяемая из выражения

где Н_х и Н_хэ — максимальные значения напряженности магнитной составляющей поля на расстоянии х, м, от источника соответственно без экрана и с экраном, А/м. Напряженность Н_х может быть определена из выра­жения

где w и а — число витков и радиус катушки, м;I — сила тока в катушке. А; х — расстояние от источника (катуш­ки) до рабочего места, м; b_m — коэффициент, определя­емый соотношением х/а (при х/а > 10 b_m == 1),

Если регламентируется допустимая электрическая составляющая поля Е_д, магнитная составляющая может. быть определена из выражения

гдеf — частота поля, Гц.

Экранирование — наиболее эффективный способ за­щиты. Электромагнитное поле ослабляется экраном вследствие создания в толще его поля противоположного направления. Степень ослабления электромагнитного по­ля зависит от глубины проникновения высокочастотного тока в толщу экрана. Чем больше магнитная проницае­мость экрана н выше частота экранируемого поля, тем меньше глубина проникновения и необходимая толщина экрана. Экранируют либо источник излучений, либо ра­бочее место. Экраны бывают отражающие и поглощающие.

Для защиты работающих от электромагнитных излу­чений применяют заземленные экраны, кожухи, защит­ные козырьки, устанавливаемые на пути излучения. Средства защиты (экраны, кожухи) из радиопоглощающих материалов выполняют в виде тонких резиновых ковриков, гибких или жестких листов поролона, ферро­магнитных пластин.

Для защиты от электрических полей сверхвысокого напряжения (50 Гц) необходимо увеличивать высоту под­веса фазных проводов ЛЭП. Для открытых распредели­тельных устройств рекомендуются заземленные экраны (стационарные или временные) в виде козырьков, навесов и перегородок из металлической сетки возле коммута­ционных аппаратов, шкафов управления и контроля. К средствам индивидуальной защиты от электромагнит­ных излучений относят переносные зонты, комбинезоны и халаты из металлизированной ткани, осуществляющие защиту организма человека по принципу заземленного сетчатого экрана.

7.7. Защита от лазерного излучения

Лазеры широко применяют в технике, медицине. Принцип действия лазеров основан на использовании вынужденного электромагнитного излучения, возника­ющего в результате возбуждения квантовой системы. Лазерное излучение является электромагнитным излу­чением, генерируемым в диапазоне длин волн 0,2— 1000 мкм, который может быть разбит в соответствии с биологическим действием на ряд областей спектра:

0,2—0,4 мкм —ультрафиолетовая область; 0,4—0,7 — видимая; 0,75—1,4 мкм —ближняя инфракрасная; свы­ше 1,4 мкм—дальняя инфракрасная область. Основ­ными энергетическими параметрами лазерного излучения являются: энергия излучения, энергия импульса, мощность излучения, плотность энергии (мощности) излуче­ния, длина волны.

При эксплуатации лазерных установок обслужива­ющий персонал может подвергаться воздействию ряда опасных и вредных производственных факторов. Основ­ную опасность представляют прямое, рассеянное и отра­женное излучение.

Наиболее чувствительным органом к лазерному излу­чению являются глаза —повреждения сетчатки глаз могут быть при сравнительно небольших интенсивностях.

Лазерная безопасность — это совокупность техниче­ских, санитарно-гигиенических и организационных меро­приятий, обеспечивающих безопасные условия труда персонала при использовании лазеров. Способы защиты от лазерного излучения подразделяют на коллективные и индивидуальные.

Коллективные средства защиты включают: примене­ние телевизионных систем наблюдений за ходом процес­са, защитные экраны (кожухи); системы блокировки

в сигнализации; ограждение лазерно-опасной зоны. Для контроля лазерного излучения и определения границ лазерно-опасной зоны применяют калориметрические, фотоэлектрические и другие приборы.

В качестве средств индивидуальной защиты исполь­зуют специальные противолазерные очки, щитки, маски, технологические халаты и перчатки. Для уменьшения опасности поражения за счет уменьшения диаметра зрач­ка оператора в помещениях должна быть хорошая осве­щенность рабочих мест: коэффициент естественной осве­щенности должен быть не менее 1,5 %, а общее искус­ственное освещение должно создавать освещенность не менее 150 лк.

Учебно-поисковая задача

Возможные пути защиты населения ом электромагнитных полей.

Бурное развитие НТП привело к тому, что электромагнит­ные поля (ЭМП), созданные человеком, в отдельных районах в сотни раз выше среднего естественного поля. В условиях совре­менного города на организм человека оказывают влияние элек­тромагнитные поля, источниками которых являются различные радиопередающие устройства, электрифицированные транспорт­ные линии и линии электропередач. Количество источников ЭМП с каждым годом возрастает. Подвергается воздействию ЭМП и сельское население, проживающее в районах прохождения высоковольтныхЛЭП, особенно при выращивании сельскохозяй­ственных культур в зонах влияния ЭМП.

Искусственные ЭМП существенно нарушают естественную электромагнитную обстановку, в результате чего значительная часть населения живет в условиях повышенной электромагнит­ной активности. В связи с непрерывным и быстрым развитие единой энергосистемы СССР и формированием объединенной энергосистемы и рамках СЭВ в последние годы сооружаются мощные магистральные ЛЭП сверхвысокого напряжения (500, 750, 1150 кВ). При этом возникает проблема биологического действия электрического поля промышленной частоты в усло­виях населенных мест.

Согласно норм эти ЛЭП не проходят по территории населенных пунктов. В отдельных случаях они пересекают дачные по­селки, сады, огороды и т. п. Около 80% ЛЭП проходят по пахотным угодьям, где периодически находятся люди. В местах наибольшего провисания проводов и на расстоянии 5 м от линии напряженность составляет для ЛЭП 500 кВ 8 кВ/м, 750 кВ — более !5 кВ/м.

Население, подвергающееся воздействию ЭМП, условно можно разделить на три группы: I группа — лица, подверга­ющиеся воздействию ЭМП до 30 мин/сут, II группа — до 120 мин, III группа—почти круглосуточно. Исследования, проводив­шиеся над животными, показали опасность длительного облучения в поле большой интенсивности. Это говорит о той, что тре­буются эффективные способы по защите населения от электро­магнитных полей.

В щелях защиты населении от воздействия электрического поля высоковольтных линий устанавливаются санитарно-защитные зоны. В качестве предельно допустимых уровней (ПДУ) при­няты следующие значения напряженности электрического поля:

внутри жилых зданий 0,5 кВ/м; на территории зоны жилой застройки 1 кВ/м; в населенной местности (земли городов, посел­ков, сельских населенных пунктов, на территории огородов и са­дов) — 5 кВ/м; на участках пересечения ВЛ с автомобильными дорогами I—IV категории — 10 кВ/м; в ненаселенной местности '(включая сельскохозяйственные угодья) — 15 кВ/м; в трудно­доступной местности — 20 кВ/н.

Если напряженность электрического поля превышает ПДУ, должны быть приняты меры по ее снижению: путем удаления жилойзастройки от ВЛ; выращиванием сельскохозяйственный культур, не требующих ручной обработки. Эффективно применение различных экранов: высоких кустарников, деревьев, строи­тельных конструкций из дерева н кирпича. Следовательно, осу­ществляя различного рода планировочные и технические меро­приятия, можно снизить интенсивность электрического поля до гигиенически допустимых величин как на селитебной территории, так и внутри зданий. Машины и механизмы, находящиеся в санитарно-защитных зонах, должны быть заземлены. В качестве заземлителя допускается использовать металлическую цепь, касающуюся земли. Машины без крытых металлических кабин должны быть оснащены экранами. На территории санитарно-защитных зон ВЛ—750кВ и выше запрещается проведение с/х и других работ лицами в возрасте до 18 лет.

'Пример 5. Рассчитать эффективность алюминиевого экрана радиусом R == 0,35 м, если известно : f = 6 • 10⁴ Гц.; m_э = 4p × 10^-7 г/м; g_э = 3,55 . 10⁷ (Ом×м)^-1; m’ = 1; I= 380A; W =14; а = 0,1 м; l = 0,3 м; х = 0,8 м.

Решение. 1. Определяем допустимую величину магнитной составляющей поля с учетом, что допустимая напряженность поля Е_п.д = 5 В/м [по санитарным нормам):

2. Напряженность на рабочем месте при отсутствии экрана

3. Требуемая эффективность экранирования на рабочем месте

4. Действительная эффективность экранирования на рабочем месте

где d—толщина экрана, мм; d—глубина проникновения поля в экран, м; (m_э’ - относительная магнитная проницаемость экрана(m_э’=m_э/m₀).

Из конструктивных соображения принимаем d = 1 мм.

Следовательно, Э_х.д = 10,5 > Э_х.тр = 1,57 , то есть выбранный экран обеспечивает требуемую защиту на данном рабочем месте.

Глава 8

ЗАЩИТА ОТ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ

8.1. Виды ионизирующих излучений,

их физическая природа

Ионизирующим излучением называют любой вид излучения, взаимодействие которого со средой приводит к образованию электрических зарядов разных знаков. Ионизирующие излучения, проникая в организм человека и проходя через биологическую ткань, вызывают в ней появление заряженных частиц — свободных электронов, в свою очередь, свободные электроны, взаимодействуя с соседними атомами, ионизируют их, что сопровождается изменением структуры молекул, разрушением межмолекулярных связей и гибелью клеток. Изменение биохимического состава клеток и обменных процессов нарушает функции центральной нервной системы, что, в свою очередь, вызывает нарушение функций желез внутренней секреции, изменение сосудистой проницаемости. Радиоактивные вещества широко применяются в различных отраслях промышленности, а также в научно-исследовательских работах. Так, ионизирующие излучения широко применяются в машино- и приборостроении, в горнорудной и угольной промышленности, металлургии и в других отраслях народного хозяйства для автоматического контроля технологических операций и управления ими, выявления дефектов (дефектоскопия) в отливках, поковках, сварных швах, для контроля качества изделий. Применяются они также при структурном анализе кристаллических веществ. Источниками ионизирующих излучении, кроме радиоактивных веществ, могут быть электровакуумные приборы, работающие при высоких напряжениях (рентгеновские аппараты). Широко используются радиоактивные вещества и другие источники ионизирующего излучения в медицине, атомной энергетике и др.

К ионизирующим излучениям относятся альфа-, бета -,гамма-излучение, рентгеновское излучение, потоки нейтронов и других ядерных частиц, космические лучи.

Альфа-излучение представляет собой поток a-частиц положительно заряженных ядер атомов гелия, испускаемых веществом при радиоактивном распаде ядер или при ядерных реакциях. Альфа-излучение характеризуется большой ионизирующей и малой проникающей способностями. Вследствие этих свойств a-частицы не проникают через внешний слой кожи. Вредное воздействие на организм человека проявляется при нахождении его в зоне действия вещества, излучающего a-частицы.

Бета-излучение представляет собой поток электронов или позитронов, излучаемых ядрами атомов радиоактивных веществ при радиоактивном распаде. Максимальный пробег в воздухе составляет 1800 см, а в живых тканях 2,5 см. Ионизирующая способность b-частиц ниже, а проникающая способность выше, чем a-частиц, так как они обладают значительно меньшей массой и при одинаковой с a-частицами энергии имеют меньший заряд.

Гамма-излучение — электромагнитное (фотонное) излучение, испускаемое при ядерных превращениях или взаимодействии частиц. Гамма-излучение обладает большой проникающей способностью и малым ионизирующим действием. Это высокочастотное электромагнитное излучение, возникающее в процессе ядерных реакций или радиоактивного распада.

Нейтронное излучение — поток нейтронов, которые преобразуют свою энергию в упругих и неупругих взаимодействиях с ядрами атомов. При неупругих вэаимодействиях возникает вторичное излучение, которое может состоять как из заряженных частиц, так и из гамма- квантов (гамма-излучения). При упругих взаимодей­ствиях возможна обычная ионизация вещества. Прони­кающая способность нейтронов большая.

Рентгеновское излучение, возникающее при бомбар­дировке вещества потоком электронов, является также электромагнитным излучением. Оно может возникнуть в любых электровакуумных установках, обладающих малой ионизирующей способностью и большой глубиной проникновения.

При оценке возможной радиационной опасности необ­ходимо учитывать загрязнение воздуха при работах с ра­диоактивными веществами. Оно происходит не только при механическом измельчении твердого вещества, раз­брызгивании жидкого вещества или конденсации паров, но и в результате образования радиоактивных аэрозолей самопроизвольным путем.

Источники излучения могут быть закрытыми, когда при эксплуатации исключается попадание радиоактив­ных веществ в окружающую среду, и открытыми, когда возможно попадание радиоактивных веществ в окружа­ющую среду.

8.2. Биологическое воздействие ионизирующих излучений на организм человека

Ионизирующие излучения, проникая в организм че­ловека, могут стать причиной тяжелых заболеваний, Ра­бота с источниками ионизирующих излучений связана с невидимой опасностью для обслуживающего персонала. В результате воздействия излучения на организм чело­века в тканях происходят сложные физические, химиче­ские и биохимические процессы. Эти излучения ионизи­руют молекулы тканей. Процессы ионизации сопровож­даются ультрафиолетовыми излучениями, возбуждающи­ми молекулы клеток. Это ведет к разрыву молекулярных связей и изменению химической структуры различных соединений. Такое действие излучения называют прямым. Как известно, в организме содержится более 70 % воды. Под действием излучения она ионизируется, то есть об­разуются положительные и отрицательные ионы, кото­рые, распадаясь, вступают в химические соединения со свободным кислородом. Эти соединения взаимодейст­вуют с молекулами органического вещества ткани, окисляя и разрушая ее. Такое действие излучения называется непрямым. Оно наносит больший вред, чем прямое.

Особенностью ионизирующих излучений является то, что их воздействие на организм не обнаруживается до тех пор, пока не проявится то или иное поражение.

Возможно внешнее и внутреннее облучение орга­низма. Внешнее облучение—это воздействие на ор­ганизм ионизирующих излучений от внешних по отно­шению к нему источников, а внутреннее — это воз­действие радиоактивных веществ, находящихся внутри организма.

При внешнем облучении, создаваемом закрытыми ис­точниками, опасны излучения, обладающие большой проникающей способностью. Внутреннее облучение воз­можно, когда радиоактивное вещество попадает внутрь организма через органы дыхания, поры кожи или места ее повреждения, слизистые оболочки, желудочно-кишечный тракт. Внутреннее облучение действует в течение всего времени нахождения радиоактивного вещества в организме. Поэтому наибольшую опасность представ­ляют радиоактивные изотопы с большим периодом полу­распада и интенсивным излучением, медленно выделя­ющиеся из организма или концентрирующиеся в отдель­ных его органах.

Чем больше происходит в веществе актов ионизации под воздействием излучения, тем больше биологический эффект. Острые поражения, вызванные радиацией, на­ступают при облучении большими дозами в течение ко­роткого промежутка времени; хронические поражения — при облучении небольшими дозами в течение длительного периода (могут быть общими или местными). Различные виды ионизирующих излучений оказывают различное биологическое действие. Лучевая болезнь, развивающа­яся в результате воздействия ионизирующих излучений, может быть острой и хронической, в виде общих и мест­ных поражений, Общие поражения вызывают лейкемию (белокровие), местные — ведут к заболеваниям кожи и злокачественным опухолям.

Периодическое попадание радиоактивных веществ внутрь организма приводит к их накоплению и в конечном счете к увеличению ионизации атомов н молекул живой ткани. В результате происшедших изменений нормальное течение биохимических процессов и обмен веществ нару­шаются, что приводит к лучевой болезни. Действуя на кожу, ионизирующие излучения вызывают ожоги или ее сухость, выпадение волос, ломкость ногтей и т. д.; при действии на глаза — катаракту. Могут также возник­нуть и генетические последствия, ведущие к наследственным заболеваниям, проявляющимся в последующих по­колениях. Последствия воздействия ионизирующих из­лучений на организм человека могут быть очень тяжелы­ми, включая потерю трудоспособности и летальный (смертельный) исход.

8.3. Единицы активности и дозы ионизирующих излучений

Для количественной оценки действия, производимого любыми ионизирующими излучениями в среде, пользу­ются понятием поглощенная доза излучения Д_п, Дж/кг:

где W — энергия ионизирующего излучения, поглощен­ная облученным веществом, Дж; т — масса облученного вещества, кг.

Внесистемной единицей поглощенной дозы является рад (1 рад соответствует поглощению энергии 0,01 Дж' веществом массой 1 кг).

Таким образом, специальной единицей поглощенной дозы является рад, который связан с единицей поглощен­ной дозы Дж/кг (джоуль на килограмм) или грей (Гр):

1 Гр = 1 Дж/кг == 100 рад.

Количественной характеристикой рентгеновского и

гамма-излучений является экспозиционная доза Д_э, Кл/кг:

где Q — суммарный электрический заряд ионов одного знака, Кл; m— масса воздуха, кг.

За единицу экспозиционной дозы рентгеновского и гамма-излучений принимают кулон на килограмм (Кл/кг) ~ экспозиционная доза, при которой сопряжен­ная с этим излучением корпускулярная эмиссия на 1 кг сухого атмосферного воздуха создает в воздухе ионы, несущие заряд 1 Кл электричества каждого знака.

Внесистемной единицей экспозиционной дозы рент­геновского и гамма-излучений является рентген — такая доза, при которой сопряженная с этим излучением корпускулярная эмиссия в 1,293 • 10^{-6 г сухого воздуха при нормальных условиях (при температуре 0 °С и дав­лении} 760 мм рт. ст.) образует ионы, несущие 1 ед. за­ряда СГС каждого знака; 1 рентген (Р) = 10³ милли­рентгенам (мР), а 1 миллирентген — 10⁶ микрорентгенам (мкР).

Экспозиционная и поглощенная дозы, отнесенные ко времени, определяются как мощности доз и измеряются соответственно в рентгенах в секунду (Р/с) и радах в секунду (рад/с). В условиях электронного равновесия экспозиционной дозе1 Р соответствует поглощенная доза в воздухе, равная 0,88 рад: 1 P == 0,285 мКл/кг.

Воздействие различных радиоактивных излучений на живые ткани зависит от проникающей и ионизирующей способности излучения. Разные виды излучений при оди­наковых значениях поглощенной дозы вызывают различ­ный биологический эффект. Поэтому для оценки радиа­ционной опасности введено понятие эквивалентной дозы Д_экв, единицей которой является бэр (биологический эквивалент рада):

где k — качественный коэффициент, показывающий отно­шение биологической эффективности данного вида излу­чений к биологической эффективности рентгеновского излучения, принятого за единицу.

1 бэр — эквивалентная доза любого ионизирующего излучения в биологической ткани, которая создает тот же биологический эффект, что и доза в 1 рад рентгенов­ского или гамма-излучения.

Введено понятие активности А радиоактивного ве­щества с единицей беккерель (Бк), 1 Бк равен одному ядерному превращению в секунду. Введена также спе­циальная единица активности Кюри (1 Ки == 3,7 × 10¹⁰ Бк). На практике применяется единица активно­сти милликюри (мКи).

Экспозиционную дозу на рабочем месте Д_э, бэр, мож­но рассчитать по формуле

где А — активность источника, мКи; K_g — гамма-посто­янная изотопа по таблице, Р× см² / (ч • мКи);t — время облучения, ч; R — расстояние от источника до рабо­чего места, см.

Гамма-эквивалент источника m_Ra — условная масса источника, создающего на некотором расстоянии такую же мощность экспозиционной дозы, как и данный источ­ник. Специальной единицей гамма-эквивалента является килограмм-эквивалент радия (1 кг-экв Ra на расстоя­нии 1 см в воздухе от источника создает мощность экс­позиционной дозы 8,4 • 10⁶ Р/ч, соответственно 1 мг-экв Ra = 8,4 Р/ч).

Понятие гамма-эквивалента используется при сравне­нии препаратов по их гамма-излучению. Если два препа­рата при равных условиях измерения создают одну и ту же мощность экспозиционной дозы, то говорят, что они имеют одинаковый гамма-эквивалент.

При оценке доз облучения определяющими являются сведения о количественном содержании радиоактивных веществ в теле человека, а не данные о концентрации их в окружающей среде. Допустимые уровни облучения нужно рассматривать как максимально разрешенные дозы.

8.4. Нормирование ионизирующих излучений

В настоящее время предельно допустимые уровни ионизирующего облучения определяются Нормами ра­диационной безопасности и Основными санитарными пра­вилами работы с радиоактивными веществами и другими источниками ионизирующих излучений (НРБ-76/87 и ОСП-72/87).

Условия безопасности при использовании радиоак­тивных изотопов в промышленности требуют проведения мероприятий не только в отношении людей, непосред­ственно работающих с радиоактивными веществами или' находящихся в смежных помещениях, но и населения, живущего на близких расстояниях от предприятия, которое может подвергаться радиоактивному облучению.

В соответствии с нормами установлены следующие категории облучаемых лиц: категория А — персонал;

категория Б — ограниченная часть населения; катего­рия В — население области, края, республики, страны.

Персонал — лица, которые постоянно или временно работают непосредственно с источниками ионизирующих излучений.

Ограниченная часть населения — лица, которые не работают непосредственно с источниками излучения, но по условиям проживания или размещения рабочих мест могут подвергаться воздействию радиоактивных веществ и других источников излучения, применяемых в уч­реждениях и удаляемых во внешнюю среду с отхо­дами.

Безопасность работающих с радиоактивными веще­ствами обеспечивается путем установления предельно до­пустимых доз (ПДД) облучения различными видами радиоактивных веществ, применения защиты временем или расстоянием, проведения общих мер защиты, исполь­зования средств индивидуальной защиты.

Действующими нормами установлены ПДД облуче­ния, а также годовой уровень облучения персонала, не вызывающий при равномерном накоплении дозы в тече­ние 50 лет обнаруживаемых современными методами не­благоприятных изменений в состоянии здоровья самого облучаемого и его потомства.

Радиоактивные вещества неравномерно распределя­ются в различных органах и тканях человека. Поэтому и степень их поражения зависит не только от величины дозы, создаваемой излучением, но и от критического орга­на, в котором происходит наибольшее накопление радио­активных веществ, приводящее к поражению всего орга­низма человека.

Нормы радиационной безопасности устанавливают ПДД внешнего и внутреннего облучения в зависимости от групп критических органов и категории облучаемых лиц.

ПДД внешнего и внутреннего облучения устанавли­ваются (в порядке убывания радиочувствительности) для трех групп критических органов или тканей человека:

I — все тело, костный мозг; II — мышцы, щитовидная железа, жировая ткань, печень, почки, селезенки, желудочно-кишечный тракт, легкие, хрусталик глаза', III — кожный покров, костная ткань, кисти, предплечья, лодыжки и стопы.

ПДД внешнего и внутреннего облучения критических органов персонала (категория А) приведены в табл. 5, а ПДД в зависимости от категорий облучения и группы критических органов — в табл. 6.

В любом случае доза, накопленная в возрасте до 30 лет, не должна превышать 12 ПДД.

Таблица 5. ПДД внешнего и внутреннего облучения персо­нала

Таблица 6. Дозовые пределы внешнего и внутреннего облучения

Группа критических органов или тканей	ПДД, бэр
за квартал	за год
I	3	5
II	8	15
III	15	30

Категории лип, подвергающихся облучению	Значения ПДД (для категории А) и предел дозы (для категории Б) для групп критических органов
1	11	111
А	5	15	30
Б	0,5	1,5	3

ПДД облучения для лиц категории А в группе I не должна превышать ПДД, определяемую по формуле

Д£ 5 (N — 18),                (56)

где Д— доза, бэр; N — возраст, лет.

Для защиты от внутреннего облучения необходимо исключить контакт с радиоактивными веществами в от­крытом виде, предотвратить попадание их внутрь орга­низма, в воздух рабочей зоны, а также не допускать ра­диоактивного загрязнения рук, одежды, поверхностей помещения и оборудования. Радиоактивные вещества в открытом виде как потенциальные источники внутрен­него облучения делятся по степени радиотоксичности на пять групп: А, Б, В, Г и Д.

Работы c открытыми радиоактивными веществами в зависимости от их активности на рабочем месте и отно­сительной радиотоксичности делятся на три класса. Ра­боты III класса можно проводить в общих химических лабораториях, а работы I и II классов — только в спе­циально оборудованных помещениях, к которым предъ­являются особые санитарные и технические требования (работы в вытяжных радиохимических шкафах, боксах и др.).

При работе с радиоактивными веществами возможно также загрязнение ими рабочих поверхностей, а в от­дельных случаях — рук и тела работающих. В резуль­тате этого загрязненные поверхности и тело могут стать потенциальными источниками облучения как внешнего, так и внутреннего.

Допустимые уровни загрязненных кожных покровов, средств индивидуальной защиты, поверхностей рабочих помещений, наружных частей оборудования установлены санитарными правилами, в которых учтены опыт работы с радиоактивными веществами, степень герметиза­ции процесса и т. д.

8.5. Защита от ионизирующих излучений

Условия безопасности при использовании радиоак­тивных изотопов в промышленности требуют проведения защитных мероприятий не только в отношении людей, непосредственно работающих с радиоактивными веще­ствами, но и для находящихся в смежных помещениях, а также населения, живущего на близких расстояниях от предприятия.

Безопасность работающих с радиоактивными веще­ствами обеспечивают путем установления ПДД облуче­ния различными видами ионизирующих излучений, при­менения защиты временем, расстоянием, проведения общих мер защиты, использования средств индивидуаль­ной защиты. Большое значение имеет применение при­боров индивидуального и общего контроля для опреде­ления интенсивности радиоактивных облучений. Защита работающих с радиоактивными изотопами от ионизиру­ющих облучений осуществляется системой организацион­ных, технических, санитарно-гигиенических и лечеб­но-профилактических мероприятий.

Организационные меры заключаются в детальном анализе условий работы. Для проведения работ следует, по возможности, выбирать изотопы с меньшим периодом полураспада. Применение приборов большей точности также дает возможность применять изотопы с меньшей активностью. На предприятии составляются подробные инструкции, в которых указываются порядок и правила проведения работ, обеспечивающие безопасность. Спе­циальные хранилища изотопов обеспечивают защиту от излучения. Открытые источники излучения и все облу­чаемые предметы должны находиться в строго ограничен­ной зоне, пребывание в которой персонала разрешается только в особых случаях и минимальное время. На кон­тейнерах, оборудовании, дверях помещений и других объектах наносится предупредительный знак радиацион­ной опасности. Предупреждение профессиональных за­болеваний обеспечивается медицинским контролем за состоянием здоровья работающих.

Помещения, предназначенные для работы с радиоак­тивными изотопами, должны быть отдельными, изоли­рованными от других помещений и специально оборудо­ванными. Желательно в одном помещении проводить работу с веществами одной активности, что облегчает устройство защитных средств. Стены, потолки и двери делают гладкими, чтобы они не имели пор и трещин. Сте­ны покрывают масляной краской на высоту 2 м, а при поступлении в воздушную среду помещения радиоактив­ных аэрозолей или паров как стены, так и потолки по­крывают масляной краской полностью. В помещении необходимо предусматривать воздушное отопление. Обя­зательно устройство приточно-вытяжной вентиляции не менее чем с 5-кратным обменом воздуха. В рабочих по­мещениях ежедневно проводят влажную уборку для предотвращения накопления открытых радиоактивных загрязнений.

Перед началом работы с радиоактивными веществами тщательно проверяют действие вентиляции, состояние оборудования и средств индивидуальной защиты. Содер­жание помещений в чистоте, а оборудования в полной исправности является основным требованием при вы­полнении санитарно-гигиенических и лечебно-профилак­тических мероприятий.

Технические меры защиты:

применение систем автоматизированного оборудова­ния qдистанционным управлением, когда работающий в целях защиты (при использовании веществ большой активности) должен находиться на определенном рас­стоянии от места выполнения работы;

применение защитных экранов, позволяющее снизить облучение на рабочем месте до любого заданного уровня;

применение вытяжных шкафов, камер и боксов, обо­рудованных шпаговыми манипуляторами и др.;

применение средств индивидуальной защиты.

Защиту от внешнего проникающего излучения осу­ществляют следующими способами: учетом фактора вре­мени, изменением расстояния до источника радиации и экранированием. Продолжительность пребывания ра­ботника в опасной зоне не должна превышать времени, втечение которого он получает допустимую дозу. Ин­тенсивность излучения обратно пропорциональна квад­рату расстояния до его источника. Соблюдая необходимое расстояние, можно в ряде случаев избежать при­менения защитных экранов, которые обычно стесняют работающего.

Защитные экраны имеют разнообразную конструк­цию и могут быть стационарными, передвижными, раз­борными, настольными. Стационарные экраны, являю­щиеся частью строительных конструкций, целесообразно изготовлять из бетона. Защитные экраны рассчитыва­ются на основе законов ослабления излучений в веществе экрана.

Для защиты от альфа-излучения нет необходимости рассчитывать толщину экрана, поскольку слой воздуха в несколько сантиметров, одежда, резиновые перчатки являются достаточной защитой,

При защите от бета-излучений для экранов приме­няют материалы с небольшим атомным весом (алюминий, карболит, плексиглас). Толщину защитного экрана d_b, см, для бета-излучений рассчитывают по формуле

где l_b— длина пробега частиц, г/см² (1 г/см² характери­зует слой вещества, имеющий массу 1 г при сечении 1 см²); r — плотность вещества экрана, г/см³.

Гамма-излучение лучше всего поглощается (ослаб­ляется) материалами с большим атомным номером и вы­сокой плотностью: свинцом, вольфрамом; пригодны по своим защитным свойствам и металлы средней плотно­сти: чугун, нержавеющая сталь, медные сплавы. Рассчи­тать экран для защиты от гамма-излучений можно по формулам, справочникам и номограммам (рис. 19). При использовании номограммы определяют необходимую толщину экрана d, см, по оси абсцисс; по оси ординат откладывают величину кратности ослабления радиации K, вычисляемую по формуле

где D_э иW_э—соответственно экспозиционная доза и мощность экспозиционной дозы в данной точке при от­сутствии защиты; D_э.з и W_э.з —то же, после устройства защиты толщиной d, см.

На практике пользуются также табличными данными для определения толщины защитного экрана.

Для защиты от ней­тронного излучения при­меняют материалы,' содер­жащие водород (воду, па­рафин), а также бериллий, графит, бетон с соедине­ниями бора (буру, колеманит и др.). Для комбиниро­ванной защиты от нейтрон­ного и g-излучения приме­няют слоевые экраны (сви­нец — полиэтилен, желе­зо — вода и т. п.).

Рис. 19. Номограмма для ра­счета толщины защиты (экра­на) от гамма-излучения радия (для бетона dg умножается на 4)

При эксплуатации рент­геновских установок долж­на быть обеспечена надеж­ная защита как от пря­мых, так и от отраженных лучей. Рабочие помещения экранируют листовым свин­цом, свинцовой резиной.

Вентиляция в этих помещениях должна обеспечивать 3—5-кратный обмен воздуха.

Средства индивидуальной защиты (СИЗ) предохра­няют от попадания радиоактивных загрязнений на кожу и внутрь организма, защищают от альфа- и бета-излу­чения. От гамма- и нейтронного излучений СИЗ, как правило, не защищают. В качестве спецодежды исполь­зуются хлопчатобумажные халаты, шапочки, резиновые перчатки, поливинилхлоридные комбинезоны, ботинки, очки, респираторы.

8.6. Хранение, ликвидация отходов. Дозиметрический контроль

- В лабораторных помещениях радиоактивные веще­ства должны находиться в количествах, не превышающих необходимых норм для суточной работы. При этом гамма-активные вещества хранятся в свинцовых контейнерах. Хранилища для них предусматриваются в виде колодцев или ниш. Извлечение препаратов из колодцев и ниш механизировано. Учет радиоактивных веществ предус­матривает ежедневный контроль за их использованием. Выдачу из мест хранения на рабочие места производят ответственное лицо только о разрешения руководителя, оформленного письменно. Расход радиоактивных ве­ществ, а также возврат их в хранилища оформляют внутренними актами. Два раза в год комиссия, назна­ченная руководителем предприятия (организации), про­веряет наличие радиоактивных веществ по величине активности. Перевозят вещества в специальных контей­нерах на специально оборудованных машинах. При этом должна быть обеспечена защита от облучения людей,

Для захоронения радиоактивных отходов организу­ются специальные пункты, включающие бетонные мо­гильники для твердых и жидких отходов, место для очистки машин и контейнеров, котельную, помещение для дежурного персонала с санпропускником, дозиметри­ческий пункт и проходную. Пункт для захоронения ра­диоактивных отходов следует располагать на расстоя­нии не ближе 20 км от города с санитарно-защитной зо­ной не менее 1000 м до населенных пунктов и мест посто­янного пребывания скота,

Дозиметрический контроль осуществляется с целью предупреждения работающих от переоблучения, свое­временного выявления и устранения источников излу­чения и загрязнения воздуха радиоактивными вещества­ми. Дозиметрический контроль может быть индивиду­альным и общим.

Индивидуальный дозиметрический контроль заклю­чается в том, что с помощью приборов карманного типа (индивидуальных дозиметров) систематически измеряет­ся доза, получаемая человеком за определенный промежу­ток времени (в течение дня, недели и т, д.). На основании этих измерений можно судить о лучевом воздействии, которому подвергается каждый работник в отдельности, и в соответствии с этим принимать меры по улучшению безопасности при работе в полях излучений. В зависи­мости от метода регистрации излучений, на кагором осно­ван дозиметр, принято индивидуальный контроль доз подразделять на индивидуальный дозиметрический конт­роль ((ИДК) и индивидуальный фотометрический конт­роль (ИФК).

Индивидуальный контроль доз рентгеновского и гам­ма-излучений проводится с помощью приборов, напомина­ющих по форме авторучки. Прибор состоит из конденса­торной камеры, которую заряжают до потенциала U₁. В процессе работы камера, находящаяся в нагрудном

кармане костюма работающего, облучается гамма-излу­чением и вследствие ионизации воздуха в ней разряжает­ся до потенциала U₂. В конце рабочего дня спомощью специального устройства по разности DU == U₁ — U₂(по градуированному графику) можно определить дозу, полученную камерой. Показывающие дозиметры — это камеры, внутри которых для измерений оставшегося за­ряда, вмонтированы небольшие электрометры. Отклоне­ние нити электрометра пропорционально накопившемуся на ней заряду (дозе). Шкала электрометра проградуирована в миллирентгенах.

Индивидуальный фотометрический контроль (ИФК) основан на способности ионизирующих излучений (так, же, как и видимого света) создавать скрытое изображение в фотоэмульсии. Фотопленки применяются для измере­ния доз рентгеновского и гамма-излучений.

Общий дозиметрический контроль заключается в пе­риодической проверке надежности защитных огражде­ний и контроля загрязнений радиоактивными вещества­ми кожных покровов тела работающих, одежды, обуви, оборудования, пола или стен, воздуха и т. п. Осуществ­ляется этот контроль дозиметрическими приборами ста­ционарного и переносного типов.

Учебно-поисковая задача

Перспективные пути защиты от радиации.

К 2000г. около 50% электроэнергии на нашей планете будут получать за счет ядерной энергии. В то же время продол­жают накапливаться радиоактивные отходы, требующие • на­дежного захоронения. Ядерные взрывы и промышленные радио­активные источники вводят в окружающую среду стронций и другие радионуклиды. Пока доза радиации, получаемая насе­лением от искусственно созданных человекомрадиоактивных источников, остается ниже уровня естественного радиационного фона, складывающегося из ионизирующего излучения космиче­ских лучей, гамма-излучения Земли и газообразного радиоак­тивного элемента радона (они облучают человека снаружи). Из­нутри это естественное излучение дополняется за счет таких радиоактивных изотопов, как калий-40, углерод-14 и др.

Искусственный радиационный фон, связанный с деятель­ностью человека, возрастает. Исследования показывают» что под действием; радиации гены способны изменяться (мутиро­вать), Факторы физической, химической и биологической при­роды, вызывающие генные изменения (мутации), называют мутагенными, или просто мутагенами. В клетке мутагеньг могут вызывать грубые повреждения хромосом (тяжелые заболевания, не поддающиеся лечению). Даже небольшие дозы облучения мо­гут вызывать (индуцировать) мутации у человека. Так, доза в 10 рентгенов может удваивать частоту мутаций у человека. Вот почему проблема развития атомной энергетики привлекает пристальное внимание специалистов-биологов и медиков.

В наши дни население и животный мир на некоторых терри­ториях живут на фоне удвоенной дозы радиации.

В качестве коренных мер по защите от радиации можно на­звать генетический мониторинг (длительные целенаправленные наблюдения за влиянием мутагенов среды), создание специальных лабораторий н др.

Необходимо дальнейшее развитие научно-организационных мероприятий и исследований по обеспечению радиационной безо­пасности.

Пример 6. Рассчитать безопасное расстояние R, м, на котором радиоактивное облучение соответствует предельно допустимому, если гамма-эквивалент изотопа М =я 200 мг-экв радия, время об­лучения t = 12 с.

Решение 1. Определяем из таблицы предельно допусти­мую дозу (ПДД)

Д_ПДД=0,1 Р/нед

2. Определяем безопасное расстояние из выражения

откуда

9.4. Техника безопасности при электро- и газосварочных работах

Причинами несчастных случаев при производстве электро- и газосварочных работ могут быть поражение электрическим током, воздействие лучей электрической дуги на глаза, ожоги от непосредственного действия дуги и брызг расплавленного металла и шлака, отравление вредными газами, взрывы сосудов и взрывоопасных веществ.

Сварочный агрегат обычно состоит из понизительного трансформатора, дросселя с переменным индуктивным сопротивлением (для регулирования величины сварочно­го тока) и проводов, подключаемых к электрододержателю и свариваемому изделию. Первичная обмотка сва­рочного трансформатора включается в сеть переменного тока (220 или 380 В), а вторичная обмотка (на напряже­ние 65—110 В) коротко замыкается электродом на изде­лие. Применяются также сварочные аппараты постоян­ного тока.

Прежде чем приступить к электросварочным работам, нужно надежно заземлить сварочный аппарат. Корпуса сварочных агрегатов, свариваемые изделия и конструк­ции заземляют медными или алюминиевыми проводни­ками. Незаземленный корпус агрегата считается под напряжением, поэтому его опасно касаться. Для заземле­ния используют в первую очередь различные конструк­ции зданий и сооружений, а также трубопроводы, име­ющие надежное соединение с землей. Запрещается ис­пользовать для заземления трубопроводы с горючими жид­костями или газами. Рекомендуется применять свароч­ные провода длиной не более 10 м в резиновом шланге.

Сварочные агрегаты включают в сеть при помощи за­крытых рубильников. После окончания работы, а также при временном уходе срабочего места рубильник выклю­чают.

Перед началом сварочных работ обязательно должны быть проверены: исправность заземления, сварочного

]32

трансформатора, дросселя, состояние изоляции проводов, электрододежателя. Электрододежатель должен быть заводского изготовления и удовлетворять требованиям безопасности  труда: хорошая изоляция рукоятки, упорноекольцо, исключающее касание к электроду. Профилактические испытания сварочных агрегатов проводятся не реже одного раза в месяц и включают в себя осмотр н чистку контактов, измерение сопротивления изоляции обмоток, проводов и др. В качестве защитных средств применяются спецодежда, спецобувь, щитки и защитные очки со светофильтрами, брезентовые рука­вицы. При работе внутри котлов и резервуаров пользу­ются диэлектрическими перчатками, галошами, коври­ком, шлемом. Эти работы выполняются по наряду-до­пуску двумя рабочими, один из которых находится сна­ружи емкости, удерживая канат, прикрепленный к предо­хранительному поясу сварщика внутри емкости. При , этом переносный светильник внутри емкости должен иметь питающее напряжение не выше 12 В.

Одной из опасных операций при электросварке является смена электрода. Меняя электрод, сварщик касается , только одного полюса рукой, но может случайно коснуть­ся и второго, то есть оказаться под напряжением холостого хода — порядка 65—70 В (при сварке напряжение сварочной цепи определяется длиной дуги и составляет 15—30 В). Поэтому, согласно ПУЭ, при производстве электросварочных работ в местах повышенной опасности (токопроводящий пол, большая влажность и др.) тре­буется применение аппаратуры автоматического отклю­чения холостого хода сварочного аппарата. Заводами выпускается несколько модификаций такой аппаратуры на контактных и бесконтактных схемах, которые обеспе­чивают автоматическое отключение сварочного трансформатора при разрыве дуги (рис. 22).

На сварочном участке цеха должны быть обеспечены проходы и проезды шириной соответственно 1—1,5 и 2,5 м. Высота сварочного помещения должна быть 4,5—6м с общеобменной приточно-вытяжной и местной вытяжной вентиляцией. Температура в помещении долж­на быть не ниже +12—+15 °С. Сварочные работы должны выполняться в специальных кабинах размерами от 1,5 ´ 1,5 до 2,5 ´ 2,5 м, с площадью не менее 3 м². Высота стен кабины 1,8 м; полы из кирпича или бетона. Стол электросварщика покрывают стальной или чугун-

133

Рис. 22. Схема устройства автоматического включения и отклю­чения сварочного аппарата:

а—системы ХИОТ; б — контактная схема;в— бесконтактная схема; СТ — сварочный трансформатор; Т — трансформатор (12—24 В); К — контактор; VS1, VS2, VS3, VS4 — тиристоры; R1, R2 — резисторы; Е ¾ кон­такт электрода со свариваемой деталью

ной плитой; расстояние между столом и стеной кабины не менее 0,8 м. При работе на открытом воздухе должны быть предусмотрены для защиты от осадков и солнца па­латки, зонты или навесы из огнестойких тканей, а для защиты от излучений дуги ¾ ширмы высотой не менее 1,2м. К электросварочным работам допускаются лица не моложе 18 лет, прошедшие обучение и проверку знаний (с квалификационной группой по ТБ не ниже II).

В качестве горючих газов при газосварке и резке ме­таллов применяют ацетилен, водород, природный газ, нефтяные газы. Ацетилен является взрывоопасным га­зон, а поэтому его применение требует строгого соблюде­ния правил. Карбид кальция перевозят и хранят в герметически закрытых барабанах, отдельно от кислород­ных баллонов. Необходимо исключить опасность попа­дания в них влаги, К сварочным постам кислород достав­ляется в баллонах под давлением 15 МПа, а в горелку он поступает по шлангам , где смешивается с ацетиленом. Чтобы предотвратить образование взрывной смеси аце­тилена с воздухом, необходимо произвести предвари­тельную продувку кислородом (при зажигании сначала открывают кислородный кран, а затем ацетиленовый).

Помещения газосварочных отделений должны быть оборудованы приточно-вытяжной вентиляцией, а каждый сварочный пост — местными отсосами. Ацетиленовые генераторы устанавливают только в отдельных поме­щениях из несгораемого материала.

Работать необходимо в защитных очках, кожаных рукавицах, прорезиненных фартуках. Расстояние от генератора до места сварки и других источников огня должно быть не менее 10 м- В помещении, где ведутся работы, разрешается устанавливать генераторы лишь в том случае, если объем помещения не менее 300 м³.

9.5. Промышленные работы (ПР) и безопасность труда

В период НТП актуальна задача всемерного ускоре­ния темпов механизации и автоматизации производ­ственных процессов, внедрения промышленных робо­тов и роботизированных технологических комплексов. Для механической обработки деталей широко исполь­зуются станки с числовым программным управлением (ЧПУ) и обрабатывающие центры, оснащенные устрой­ствами для смены режущего инструмента. Для загрузки и выгрузки заготовок используются промышленные ро­боты. В пределах участков или цехов применяется роботизированный внутрицеховой транспорт для погрузочно-разгрузочных операций. Роботизация технологических процессов решает многие социально-экономические за­дачи, включая безопасность труда.

Функциональная и структурная схемы промышленно­го робота представлен и на рис. 23. Конструктивно промышленный робот состоит из управляющего устрой­ства (УУ), исполнительного устройства-манипулято­ра (М) (или нескольких манипуляторов) и устройства передвижения (УП) (для подвижного робота), измери-

135

Рис. 23, Схема промышленного робота:

а — функциональная; б — структурная

тельного устройства и устройства внешних связей. Ма­нипуляторы и устройства передвижения представляют собой объект управления (ОУ) для управляющего устройства. В управляющее устройство входят пульт управ­ления (ПУ), запоминающее устройство (ЗУ) и вычисли­тельное устройство (ВУ). С помощью ПУ оператор осу­ществляет ввод и котроль задания; в ЗУ хранятся программы работ, в ВУ реализуется алгоритм управления роботом; блок управления приводами (БУП) управляет приводами манипулятора и устройства передвижения. Промышленный робот оснащен комплексом чувствитель­ных устройств (ЧУ) (датчиков), которые фиксируют его состояние (`X) и состояние внешней среды. Задание на работу (`G) вводится оператором в УУ, которое воздействует (`V) на двигатели манипулятора и устройства пере­движения робота, а также осуществляет управляющей воздействие (через БУП) на технологическое оборудо­вание, обслуживаемое роботом.

Промышленные роботы находят широкое применение в операциях перегрузки кинескопов в горячих зонах, для установки экранов в печь отжига, о производстве радио­деталей, укладке проводов в жгуты и т. п.

Эксплуатация автоматизированных производств свя­зана с травматизмом, который чаще всего имеет место при ремонте и обслуживании линий. При этом непосред­ственной причиной несчастных случаев являются несо­вершенство средств защиты, недостатки в конструкциях транспортеров и т. д. Опасной является операция снятия готовых деталей с конвейеров.

Особое внимание в автоматизированных производ­ствах, а также при использовании роботов и манипуля­торов должно уделяться обеспечению безопасных усло­вий труда при проведении ремонтных и наладочных работ, которые должны выполняться на обесточенном обо­рудовании, При этом должен быть обеспечен удобный и безопасный доступ обслуживающего персонала к основ­ному и вспомогательному оборудованию, промышленным роботам, органам аварийного отключения и управления. При планировке роботизированных участков необходимо исключать пересечение трасс следования оператора и ис­полнительных устройств роботов и обеспечивать свободу перемещения персонала, сведя к минимуму возможность появления посторонних лиц. Роботизированные участки необходимо ограждать и обозначать сигнальными цве­тами и знаками безопасности. Вход в зону ограждения следует блокировать с системой управления. Блокировка должна отключать промышленный робот, работающий в автоматическом режиме, при входе человека в зону ограждения. Высота ограждения (металлической сеткой с ячейками 60 ´ 60 мм) — 1,3 м от уровня пола, а рас­стояние от исполнительного устройства робота до ограж­дения — не менее 0,8 м.

Учебно-поисковая задача

Частные методы инженерной безопасности, применяемые на производстве.

Частные методы инженерной безопасности, используемые на практике, разнообразны. Приведем основные аз них;

Метод	Применяется для защиты
Герметизация	От утечки газов и загрязнения ими атмосферы, а также от проникновения воздуха внутрь газовых устройств
Экранирование	От излучений (тепловых, ионизирующих и др.) и полей (электромагнитных и др.)
Теплоизоляция	От избыточного тепла
Звукоизоляция и звуко­поглощение	От шума
Глушение	От шума
Виброизоляция и вибропоглощение	От вибраций
Амортизации и демпфиро­вание	От вибраций
Ионизация воздуха	От статического электричества
Заземление, зануление	От воздействия электрического тока
Ограждение	От движущихся частей механизмов

Пример 7. Требуется оценить возможную опасную зону при работе крана КС-9561 на вылете R =11 м при подъеме груза массой 2 т на высоту h= 12 м при угловой скорости враще­ния стрелы w = 0,1 с^-1,

Решение , 1. Определяем отлет груза по формуле для компактного груза

S, = 0,32wRÖ`h = 0,32 • 0,1 • 11Ö`12 = 1,2 м.

Ветер и парусность груза могут значительно увеличивать отлет, что данной формулой не учитывается. Поэтому по СНиП 111-4-80 (табл 1.2) принимаем S_н = 7 м.

2. В зависимости от погодных условий и габаритов груза определяем опасную зону S_о.з , м:

для компактных грузов при безветренной погоде

S_о.з =R+S₁= 11 + 1,2 = 12,2 м;

для плит и панелей высокой парусности при ветреной погоде

S_о.з =R+S_н=ll+7 = 18 м.

Глава 10 ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТИ

10.1. Опасность поражения электрическим током

Электробезопасность — система организационных и технических мероприятий и средств, обеспечивающих защиту людей от вредного и опасного воздействия электрического тока. Опасность электрического тока в отли­чие от прочих опасностей усугубляется тем, что человек не в состоянии без специальных приборов обнаружить напряжение дистанционно, а также быстротечностью по­ражения — опасность обнаруживается, когда человек уже поражен. Анализ смертельных несчастных случаев показывает, что на долю поражений электрическим то­ком приходится на производстве до 40, в энергетике — до 60 % ; большая часть поражений (до 80 %) происходит в электроустановках напряжением до 1000 В (110— 380 В).

Проходя через живые ткани человека, электрический ток оказывает термическое (ожоги), электролитическое (электролиз) и биологическое воздействие. Различают также механические повреждения от воздействия элек­трического тока. Это приводит к различным нарушениям в организме, вызывая как местное поражение тканей и органов, так и общее поражение организма. Различают два вида поражений электрическим током: местные элек­трические травмы (электротравмы) и электрический удар, которые резко обличаются друг от друга.

Электротравмами являются поражения тка­ней и органов электрическим током: ожоги, электриче­ские знаки (метки), электрометаллизация кожи, электро­офтальмия (от греческого слова «офтальмос» — глаз) и механические повреждения. Примерное распределение электротравматизма: общие электротравмы — 25 %, местные — 20 и смешанные травмы — 55 %. Часто эти виды элекгропоражений сопутствуют друг другу.

Электрические ожоги (контактные и дуговые) проис­ходят при значительных токах (более 1 А) и занимают преобладающий удельный вес (около 65 %) среди мест­ных электротравм. Контактные ожоги происходят при прикосновении к сильно нагретым частям электрообо­рудования. Наиболее часто происходят дуговые ожоги: в электроустановках напряжением до 1000 В при по­падании человека в зону действия электрической дуги, возникающей между токоведущими частями; в электро­установках напряжением свыше 1000 В — при случай­ном приближении к токоведущим частям на опасное рас­стояние, меньшее или равное разрядному (сначала воз­никает искровой разряд, который переходит в электри­ческую дугу).

Электрические знаки (метки тока) возникают при хо­рошем контакте с токоведущими частями. Они представ­ляют собой припухлость с затвердевшей в виде мозоли ко­жей желтовато-белого цвета круглой или овальной формы.

Электрометаллизация кожи — проникновение под поверхность кожи частиц металла вследствие разбрыз­гивания и испарения его под действием тока.

Электроофтальмия — поражение глаз вследствие воз­действия ультрафиолетового излучения электрической дуги.

Механические повреждения (ушибы, переломы и т. п.) при падении с высоты вследствие резких непроизвольных движений или потери сознания, вызванных действием электрического тока.

Электрический удар наблюдается при воздействии малых токов (обычно несколько сотен мил­лиампер) и при напряжениях, как правило, до 1000 В, При этом происходит поражение внутренних органов — ток действует на нервную систему и на мышцы, причем может возникнуть паралич пораженных органов. Различают четыре группы электрических ударов: судорож­ное сокращение мышц (фибрилл) без потери сознания;

судорожное сокращение мышц с потерей сознания; по­теря сознания и нарушение сердечной деятельности или дыхания (либо того и другого вместе); клиническая смерть (отсутствие дыхания и кровообращения).

Электрические удары представляют большую опас­ность (они вызывают 85—87 % смертельных поражений). Остановке сердца при поражении предшествует так на­зываемое фибрилляционное состояние. Фибрилляция сердца заключается в беспорядочном сокращении и рас­слаблении мышечных волокон (фибрилл) сердца. Элек­трический ток, вызывающий такое состояние, назы­вается пороговым фибрилляционным током. При пере­менном токе он находится в пределах 100 мА — 5 А, при постоянном токе — 300 мА — 5 А. При токе более 5 А происходит немедленная остановка сердца, минуя состояние фибрилляции. Если через сердце пострадавше­го пропустить кратковременно (доли секунды) ток 4—5 А, мышцы сердца сокращаются и после отключения тока сердце продолжает работать. На этом принципе основано действие дефибриллятора — прибора для восстановле­ния работы сердца, остановившегося или находящегося в состоянии фибрилляции.

Таким образом, при остановке и фибрилляции сердца работа его самостоятельно не восстанавливается, поэтому необходимо оказание первой (доврачебной) помощи в виде искусственного дыхания и непрямого массажа сердца. Как известно, в состоянии клинической смерти человек может находиться в течение 3—5 мин. Если за данный промежуток времени человеку не оказывается помощь, клиническая (мнимая) смерть переходит в биологиче­скую (истинную) смерть — необратимый процесс отми­рания клеток.

При поражении электрическим током прежде всего необходимо оказать потерпевшему первую (доврачебную) помощь: освободить его от действия тока, а затем, до при­бытия врача, оказать первую медицинскую помощь. Для освобождения от тока необходимо быстро выключить токоведущие части или провода, которых он касается, или оттянуть его от проводов, перерезать или перерубить провода инструментом сизолированными ручками. Что­бы самому не попасть под напряжение, надо одеть рези­новые перчатки или галоши, обернуть руку сухой тка­нью, а под ноги подложить сухую доску, сверток одежды и т. п.^:

Если потерпевший подает признаки жизни (дыхание, сердцебиение, пульс) или без сознания, необходимо расстегнуть одежду, согреть тело, сбрызнуть водой. При прекращении дыхания и остановке сердца необходимо делать искусственное дыхание «рот в рот» или «рот в нос» и непрямой (закрытый ) массаж сердца. При этом нужно за 1 мин провести 48—50 сжиманий груди и 10—12 вдуваний воздуха в легкие.

Искусственное дыхание необходимо также делать и при других несчастных случаях — отравлениях угар­ным газом, тепловом ударе. Оказание первой помощи в основном заключается в немедленном прекращении действия травмирующего фактора, временной остановка кровотечения, искусственной вентиляции легких с не­прямым массажем сердца и доставке пострадавшего в медпункт.

10.2. Факторы, влияющие на исход поражения электрическим током

На основании анализа несчастных случаев и длитель­ного опыта эксплуатации электроустановок различают следующие факторы, от которых зависит в основном ис­ход поражения электрическим током:

1. Значение электрического тока —главный пора­жающий фактор при электротравмах. При этом выделяют следующие пороговые значения тока:

порог ощущения тока — наименьший ощутимый ток (0,5—1,5 мА переменного тока и 5—7мА постоянного тока);

порог неотпускающего тока — наименьший ток, при котором человек уже не может самостоятельно освобо­диться от захваченных электродов действием тех мышц, через которые проходит ток (10—15 мА переменного тока и 50—80 мА постоянного тока). Меньшие токи называют­ся отпускающими. В качестве длительно допустимого тока принимают 10 мА; смертельный ток (100 мА и бо­лее).

Опасность поражения тем больше, чем больший ток протекает через человека, но эта зависимость не одно­значна, так как опасность поражения зависит не только от значения тока, но и от ряда других факторов.

2. Род и частота тока — переменный ток частотой 50—60 Гц более опасен, чем постоянный, что видно из приведенных данных. Однако при напряжении 300 В и выше опасность постоянного тока возрастает. Постоян­ный ток большей величины при разрыве цепи дает очень резкие удары, вызывающие судороги мышц рук (при ма­лых значениях тока — ощущение нагрева тела).

Опасность действия переменного тока снижается с ростом частоты и становится практически заметной при частоте 1000—2000Гц, полностью исчезает при частоте 450—500 кГц (остается лишь опасность ожогов).

3. Сопротивление тела человека — переменная ве­личина, имеющая нелинейную зависимость от множества факторов, в том числе от состояния кожи, параметров электрической цени, физиологических факторов и состоя­ния окружающей среды. Основным сопротивлением в цепи тока через тело человека является верхний ро­говой слой кожи (эпидермис), толщина которого состав­ляет 0,05—0,2 мм. При сухой неповрежденной и чистой коже сопротивление тела человека колеблется и преде­лах от 3000 до 100000 Ом, а иногда и более.

Рис. 24- Электрическая схе­ма замещения тела чело­века;

а,б—полные  эквивалентные схемы; в— упрошенная схема;R_в — сопротивление внутренних тканей;R_Э и Z_Э -соответствен­но активное и полное сопро­тивления эпидермиса; С_Э —ем­кость образовавшегося конденсатора; R_h— активное сопротивление тела; С_h — емкость тела

При снятом роговом слое кожи сопротивление внутренних тканей не превышает 500—700 и даже 300—500 Ом. Сопротив­ление тела человека (рис. 24) можно условно считать состоящим их трех последовательно включенных сопро­тивлений: двух одинаковых сопротивлений наружного слоя кожи (2Z_н) и одного внутреннего сопротивления (R_в). Сопротивление тела человека вменяется в широких пределах в зависимости от следующих факторов:

состояния кожи (сухая или влажная, чистая или за­грязненная, целая или поврежденная) — при влажной, загрязненной и поврежденной коже сопротивление тела человека снижается;

плотности и площади контакта (чем больше плотность и площадь контакта, тем сопротивление тела человека меньше);

величины тока, протекающего через человека, и при­ложенного напряжения;

времени воздействия тока на человека;

пути прохождения тока через тело человека;

индивидуальных особенностей человека (пол, воз­раст, психофизиологическое состояние человека и др.).

Обычно принято считать узаконенной величиной сопротивления тела человека 1000 Ом, что наблюдается при неотпускающих токах (при отпускающем токе сопротив­ление тела человека обычно 2000—2500 Ом, при смер­тельном токе снижается до 700 Ом).

4. Величина приложенного напряжения — один из основных факторов, от которого зависит исход пораже­ния электрическим током, поскольку определяет значение тока, протекающего через человека. От величины на­пряжения зависят возможность пробоя кожи и следующее затем резкое снижение общего сопротивления тела (при больших значениях напряжения сопротивление тела че­ловека приближается к своему наименьшему пределу 300 Ом). Пробой эпидермиса возможен при напряжении 50 В и выше, а напряжение 200 В всегда вызывает про­бой наружного слоя кожи. Известны случаи поражения током (даже со смертельным исходом) при напряжениях 36 В, 65 В (холостой ход электросварочных аппаратов), однако наиболее часты случаи электротравматизма при напряжениях 127, 220 и 380 В.

Зависимость сопротивления тела человека от прило­женного напряжения видна из следующих данных:

Ток через человека, мА	1	6	65	75	100	250
Приложенное напряжение, В	6	18	75	80	100	175
Сопротивление тела человека, Ом	6000	3000	1150	1065	1000	700

5. Путь тока в теле человека— наиболее опасно про­хождение тока через дыхательные мышцы и сердце. Раз­личают 15 таких характерных путей тока в теле человека (петли тока): рука — рука, левая рука — ноги, правая рука — ноги, нога — нога и др.

6. Продолжительность воздействия тока. на организм человека — один из основных факторов поражения элек­тротоком. Чем короче время воздействия тока, тем мень­ше опасность. Вероятность наступления фибрилляции и остановки сердца зависит от длительности действия тока. Нормальное сокращение сердца от 60 до 80 раз в минуту, то есть длительность полного цикла (сокраще­ние-расширение) равна 1 с. В каждом цикле в течение промежутка времени (фазы Т) 0,15—0,2 с сердце наибо­лее чувствительно к току. Если время действия тока не совпадает с фазой Т, большие токи не вызывают фибрилляции; при длительности действия тока, равной длитель­ности цикла, он проходит через сердце также и в течение фазы Т. Вероятность поражения при этом наибольшая, Таким образом, чем меньше длительность действия тока на человека, тем меньше вероятность совпадения вре­мени, в течение которого через сердце проходит ток, с фазой Т.

7. Индивидуальные особенности людей —ток, вызы­вающий лишь слабые ощущения у одного человека, может быть неотпускающим для другого. Характер воздей­ствия при одном и том же токе зависит от состояния нерв­ной системы и всего организма в целом, от массы чело­века, его физического развития.

10.3. Схемы прикосновения к токоведущим частям

Если человек касается одновременно двух точек, меж­ду которыми существует напряжение, и при этом образуется замкнутая цепь, через тело человека проходит ток. Значение этого тока зависит от схемы прикосновения, то есть от того, каких частей электроустановки касается человек, а также от параметров электрической сети. Не касаясь параметров сети, рассмотрим схемы включения человека в цепь тока (схемы прикосновения).

1. Двухфазное (двухполюсное) прикосновение (рис, 25, а, б). При этом человек оказывается под рабочим на­пряжением сети и через него проходит ток

I_h=U_раб/R_h.     (63)

В трехфазной сети ток через человека определяется линейным (междуфазным) напряжением

2. Однофазное (однополюсное) прикосновение. Если человек, стоя на земле, касается одного из полюсов или одной из фаз, цепь тока замыкается через землю и, далее, через сопротивление изоляции и емкости фаз в сети с изо­лированной нейтралью (рис. 25, в) или через заземление нейтрали (рис. 25, г). При этом через тело человека про­исходит замыкание на землю, так как человек, касаясь провода, соединяет его с землей. Поэтому ток, проходя­щий через человека, можно представить как ток замыка­ния на землю:

3. Прикосновение к заземленным нетоковедущим час­тям, оказавшимся под напряжением. Нетоковедущие части электроустановки нормально не находятся под на­пряжением. Это корпуса электрооборудования, оболоч­ки кабелей и т. п. Они могут оказаться под напряжением лишь случайно, в результате повреждения изоляции, Прикосновение к заземленному корпусу, имеющему

Рис. 25. Схемы прикосновения к токоведущим частям и к кор­пусу, оказавшемуся под напряжением:

а, б —двухфазное (двухполюсное) прикосновение; в,г¾ однофазное (однополюсное) прикосновение в сети с изолированной и заземленной нейтралью; д, е — прикосновение к «пробитому» корпусу при исправном зазем­лении и отсутствии заземления

контакт с одной из фаз, показано на рис. 25, д. Часть тока замыкания на землю проходит через тело человека, то есть ток через тело человека зависит от тока замыкания на землю:

I_h=f(I_з)

Если человек касается незаземленного корпуса, ока­завшегося под напряжением (рис. 25, е), через человека проходит весь ток замыкания на землю I_h=I_з, то есть это случай равноценен однополюсному прикосновению к токоведущим частям.

Различают напряжения прикосновения и шага. Напряжение прикосновения — это напряжение между двумя точками цепи тока, которых одновременно касается че­ловек. Во всех случаях контакта человека с частями, нормально или случайно находящимися под напряже­нием, это напряжение прикладывается ко всей цепи человека, куда входят сопротивления тела человека, обу­ви, пола или грунта, на котором стоит человек. Напря­жение прикосновения приложено только к телу чело­века, а поэтому его можно определить как падение напряжения в теле человека:

При двухфазном прикосновении к токоведущим час­тям напряжение прикосновения равно рабочему напря­жению электроустановки, а в трехфазной сети — линей­ному напряжению. При однофазном прикосновении к то­коведущим частям напряжение прикосновения опреде­ляется фазным напряжением относительно земли. При прикосновении к заземленным нетоковедущим частям напряжение прикосновения зависят от напряжения корпуса относительно земли.

Напряжение шага — напряжение между двумя точ­ками цепи тока, находящимися на расстоянии шага, на которых одновременно стоит человек. Если человек находится на грунте вблизи заземлителя, с которого стекает ток, то часть этого тока может ответвляться и про­ходить через ноги человека по нижней петле. Ток, про­ходящий через человека, зависит от тока замыкания на землю: I_h=j(I_з). Во всех случаях, кроме двухфаз­ного (двухполюсного) прикосновения, в цепи тока через человека участвует грунт (земля), одна из точек касания (или обе) находится на поверхности грунта, при этом ток через человека зависит от тока замыкания на землю. Что­бы выявить эту зависимость и определить ток через человека, надо провести анализ явлений прохождения тока в грунте (тока замыкания на землю).

10.4. Растекание тока при замыкании на землю

Электрическим замыканием на землю называется случайное электрическое соединение находящихся под напряжением частей электроустановки непосредственно с землей или с металлическими нетоковедущими частями, не изолированными от земли. Замыкание на землю мо­жет произойти вследствие появления контакта между токоведущими частями и заземленными корпусом или конструктивными частями оборудования, при падении на землю оборванного провода, при пробое изоляции обо­рудования высокого напряжения и т. п. Во всех этих случаях ток от частей, находящихся под напряжением, проходит в землю через электрод, который осуществляет контакт с грунтом. Специальный металлический элек­трод принято называть заземлителем. Размеры электро­да могут быть различными (от нескольких сантиметров до десятков и сотен метров), форма может быть очень сложной, и закон распределения потенциалов в элек­трическом поле электрода определяется сложной зависи­мостью. Состав, а значит, и электрические свойства грунта неоднородны, особенно, если учесть слоистое строение грунта.

С целью упростить картину электрического поля и его анализ сделаем допущение, что ток стекает в землю через одиночный заземлитель полусферической формы, погруженный в однородный и изотропный грунт с удель­ным сопротивлением р, во много раз превышающим удель­ное сопротивление материала заземлителя (рис. 26). Плотность тока в точке А на поверхности грунта па расстоянии х от заземлителя определяется как отноше­ние тока замыкания на землю к площади поверхности полушария радиусом х:

Эта поверхность является эквипотенциальной поверхно­стью. Для определения потенциала точки А, лежащей на поверхности с радиусом х, выделим элементарный слой толщиной dx. Падение напряжения в этом слое dU = Edx. Потенциал точки А (или напряжение этой точки относительно земли) равен суммарному падению W

Рис. 26. Растекание тока в грунте через полусферический зазем­литель (потенциалы точек грунта в поле растекания изменяются по гиперболическому закону)

напряжения от точки А до земли, то есть бесконечно удаленной точки с нулевым потенциалом:

Напряженность электрического поля в точке А опре­деляется из закона Ома, выраженного в дифференциаль­ной форме:

Подставив это значение, получим

где то есть j_A=U_A=k/x.

Это выражение является уравнением гиперболы, а это значит, что потенциалы точек грунта в поле растекания изменяются по гиперболическому закону (рис. 26), умень­шаясь от своего максимального значения у электрода до нуля по мере удаления от электрода (заземлителя). Такое распределение потенциалов объясняется формой проводника-грунта, поперечное сечение которого возра­стает пропорционально квадрату расстояния от центра заземлителя х².

В объеме земли, где проходит ток, возникает так на­зываемое поле растекания тока. Теоретически оно простирается до бесконечности. Однако в действительных условиях уже на расстоянии 20 м от заземлителя речение слоя земли, через который проходит ток, оказывается столь большим, что плотность тока здесь практически равна нулю, то есть поле растекания тока можно считать ограниченным объемом сферы радиусом примерно 20м. В цепи замыкания на землю наибольшим потенциалом обладает заземлитель. Точки, лежащие на поверхности грунта, имеют тем меньший потенциал, чем дальше они находятся от заземлителя.

Область поверхности грунта, потенциал которой ра­вен нулю, называется электротехнической землей (прак­тически она начинается с расстояния х == 10 ... 20 м от заземлителя). Область грунта, лежащая вблизи заземлителя, где потенциалы не равны нулю, называется полем растекания тока. Сопротивление заземлителя растеканию тока (сопротивление растеканию) может быть опре­делено как суммарное сопротивление грунта от заземлителя до любой точки с нулевым потенциалом (земли). Таким образом, сопротивление току замыкания на зем­лю оказывает грунт, находящийся в поле растекания. За пределами поля растекания грунт представляет собой проводник с бесконечно большим поперечным сечением и не оказывает сопротивления.

Человек, находящийся в поле растекания заземли­теля, оказывается под напряжением, если его ноги нахо­дятся в точках с разными потенциалами. На рис. 27 по­казано распределение потенциалов в поле растекания одиночного заземлителя. Напряжение шага определяется как разность потенциалов между точками А и Б:

Так как точка А удалена от заземлителя на расстоя­ние х, потенциал ее при полусферическом заземлителе

Точка Б отстоит от заземлителя на х + а, где а — рас­стояние шага человека, то есть ее потенциал

Тогда

159

Рис. 27. Распределение потенциалов в поле растекания одиноч­ного заземлителя:

а, б — напряжения шага и прикосновения: в — растекание тока в грунте с опорной поверхности ног человека, попавшего под напряжение шага; г—то же, под напряжением прикосновения

где b₁, — коэффициент напряжения шага, учитывающий форму потенциальной кривой (для полу сферического заземлителя для заземлителей другой формы значения b₁ приведены в справочных таблицах).

Напряжение шага зависит от сопротивления опорной поверхности ног R_н == r_s/pх_н, где r_s — удельное сопро­тивление поверхностного слоя грунта и х_н = 7 см — эквивалентный радиус опорной поверхности ног. Влия­ние этого сопротивления учитывается коэффициентом

где R_h—сопротивление тела человека, Ом; R_ch¾полное сопротивление цепи человека, Ом; R_об ¾сопротивление обуви, Ом.

Опасность представляет и напряжение прикоснове­ния — разность потенциалов между двумя точками цепи тока, которых одновременно касается человек. В этом случае для человека, который стоит на грунте и касается оказавшегося под напряжением заземленного корпуса, напряжение прикосновения может быть определено из выражения

Так как человек касается корпуса, потенциал руки j_р есть потенциал корпуса или напряжение относитель­но земли:

Ноги человека находятся в точке А и потенциал ног равен

На рис. 27, б показано несколько корпусов потреби­телей (электродвигателей), присоединенных к заземлителю R_з. Потенциалы на поверхности грунта при замы­кании на корпус любого потребителя распределяются по кривой I. Потенциалы всех корпусов одинаковы, так как корпуса электрически связаны между собой заземля­ющим проводом, падением напряжения в котором можно пренебречь. Чтобы получить напряжения прикоснове­ния корпуса, нужно из напряжения относительно земли вычесть потенциал точки грунта, на которой стоит человек. Для человека, стоящего над заземлителем, напряжение прикосновения равно нулю, так как потенциалы рук и ног одинаковы и равны потенциалу корпусов. По мере удаления от заземлителя напряжение прикосновения возрастает и у последнего (третьего) кор­пуса оно равно напряжению относительно земли, так как человек стоит на земле и потенциал его ног равен нулю. В общем случае напряжение прикосновения есть часть напряжения относительно земли и в поле растекания заземлителей любой конфигурации:

где a₁ — коэффициент напряжения прикосновения (при­нимается по таблице в зависимости от формы заземлителя). Напряжение прикосновения с учетом дополнитель­ных сопротивлений в цепи человека

где

С некоторым приближением выражение для определения R_н можно использовать и для учета сопротивления пола, на котором стоит человек.

10.5. Анализ опасности электрических сетей

Анализ опасности электрических сетей практически сводится к определению значения тока, протекающего через тело человека в различных условиях, в которых может оказаться человек при эксплуатации электриче­ских сетей и электроустановок. Поражение человека электрическим током может наступить при двухфазном и однофазном прикосновении к токоведущим частям, а также при прикосновении к заземленным нетоковедущим частям, оказавшимся под напряжением, и при вклю­чении на напряжение шага. Двухфазное (двухполюсное) прикосновение является наиболее опасным, так как че­ловек оказывается под полным рабочим или междуфаз­ным (линейным) напряжением:

При двухфазном прикосновении к токоведущим час­тям значение поражающего тока зависит лишь от напря­жения сети и сопротивления тела человека. Наибольшее распространение имеет однополюсное (однофазное) при­косновение к токоведущим частям, где значение тока, проходящего через человека, в трехфазной сети зависит прежде всего от режима нейтрали источника питания. Нейтраль источника питания может быть изолированная и заземленная. Изолированной считается система, когда нейтраль трансформатора или генератора не присоедине­на к заземляющему устройству или присоединена через аппараты, компенсирующие емкостный ток сети (трансформаторы напряжения и другие аппараты, имеющие боль­шое сопротивление). Заземленной нейтралью называется нейтраль трансформатора или генератора, присоединен­ная к заземляющему устройству непосредственно или через малое сопротивление (трансформатор тока и т. п.).

Рассмотрим наиболее распространенные трехфазные сети с изолированной и заземленной нейтралью:

1. Сети с изолированной нейтралью. Характерны тем, что ток замыкания на землю и ток через человека, каса­ющегося фазы в таких сетях, зависят от сопротивлений изоляции и емкости фаз относительно земли. Изоляция токоведущих частей (проводов, обмоток, шин и т. п.) вы­полняется из реальных диэлектриков. Вследствие ста­рения изоляции, увлажнения и других неблагоприятных условий удельное электрическое сопротивление ее снижается. Поэтому на каждом участке длины провода изо­ляция имеет конечное активное сопротивление. На рис. 28 приведена схема однофазного прикосновения в трехпроводных трехфазных сетях с изолированной нейтра­лью. Принимаем, что емкость фаз относительно земли симметрична (с₁ = с₂ = с₃ == с; b₁ = b₂ = b_з = b), а также симметричны сопротивления изоляции (r₁ = r₂ = r₃ = r_из и g₁ = g₂ = g₃ =g) то есть

или через полные проводимости

Заменив проводимости сопротивлениями G_ch = 1/R_chи Y=1/Z, получим выражение

В высоковольтных воздушных сетях большой протя­женности и кабельных сетях активные сопротивления изоляции фазных проводов невелики по отношению к емкостным сопротивлениям, а поэтому можно запи­сать (без учета r_из)

где х_с=1/wС—емкостное сопротивление, Ом; w=2pf—

угловая частота переменного тока, рад/с; С—емкость фаз относительно земли, Ф (фарад).

Рис.28. Олнофазное прикосновение в трехфазных сетях (50 Гц)

а ¾ при нормальном режиме работы в сетях с изолированной нейтралью; б ¾ то же, при аварийном режимме; в,г ¾ то же, в сетях с заземленной нейтралью.

В сетях напряжением до 1000 В малой протяженно­сти емкость невелика и емкостной проводимостью можно пренебречь (Y = g и Z == r_из), то есть сопротивление фазы относительно земли равно активному сопротивле­нию изоляции, а ток через человека определяется из вы­ражения

которое показывает важное значение изоляции как фак­тора безопасности: чем выше сопротивление изоляции r_из, тем меньше ток, проходящий через человека. При прикосновении человека к фазе в сети с малой емкостью и большим сопротивлением изоляции, если полное сопро­тивление фаз относительно земли значительно больше сопротивления цепи человека (Z >> R_ch), выражение при­нимает вид

В этом случае ток через человека ограничивается со­противлением фаз относительно земли и почти не зави­сит от сопротивления цепи человека.

2. Трехфазные сети с заземленной нейтралью. Такие сети имеют широкое применение. Ток через человека при однофазном прикосновении (рис. 28) можно определить из выражения

где можно пренебречь сопротивлением заземления нейт­рали, так как оно не превышает 10 Ом (а сопротивление цепи человека R_ch не ниже 1000 Ом), то есть

Таким образом, в сети с заземленной нейтралью ток, протекающий через человека, не зависит ни от сопротив­ления изоляции, ни от емкости сети относительно земли. Здесь необходимо существенно повышать, безопасность сопротивления обуви R_об, грунта (пола) R_н и другие до­полнительные сопротивления в цепи человека.

Исходя из изложенного выше анализа, можно сделать вывод, что менее опасными являются трехфазные сети с изолированной нейтралью, с хорошей изоляцией про­полов, минимальными емкостями относительно земли при отсутствии замыкания фаз на землю. Такие сети правилами допускается применять в особо опасных усло­виях окружающей среды — в шахтах, карьерах, на тор­форазработках при наличии постоянного контроля изоляции.

10.6. Классификация электроустановок

Электроустановками называются установки, предна­значенные для производства, преобразования, распреде­ления и потребления электроэнергии. В различных электроустановках различна опасность поражения элек­трическим током, так как параметры электроэнергии, условия эксплуатации электрооборудования и характер среды помещений, в которых оно установлено, очень раз­нообразны. Комплекс защитных мер должен соответство­вать виду электроустановки и условиям применения электрооборудования и обеспечивать достаточную без­опасность. Опасность поражения током, а также воз­можная его тяжесть прежде всего зависят от номиналь­ного напряжения. Различают электроустановки напря­жением до 1000 В и электроустановки напряжением выше 1000 В. Применяют также малые напряжения: 42, 36, 12 В и менее.

Различают электроустановки с большими токами за­мыкания на землю, в которых ток однополюсного глухо­го замыкания на землю превышает 500 А (системы с за­земленной нейтралью высокого напряжения 110 кВ и бо­лее), и электроустановки с малыми токами замыкания на землю, в которых ток однополюсного глухого замыкания на землю равен или меньше 500 А (системы с изолиро­ванной нейтралью напряжением 3, 6. 10, 20, 35 кВ).

Существенно влияние на безопасность условий среды, от которых зависит состояние изоляции, а также элект­рическое сопротивление тела человека. При повышен­ной влажности снижается сопротивление изоляции. Су­хими называются такие помещения, в которых относи­тельная влажность воздуха не превышает 60 %, влаж­ными — такие, в которых относительная влажность воз­духа больше 60 %, но не превышает 75 %, а сырыми — в которых относительная влажность воздуха длительное время превышает 75, но не достигает 100 %. Особо сырыми называются помещения, в которых относительная влажность воздуха близка к 100 %. .

Повышенная температура воздуха ускоряет старение изоляции, что приводит к снижению ее сопротивления и даже к разрушению, и снижает сопротивление тела человека вследствие смачивания кожи выделяющимся потом. По этим причинам при повышенной температуре воздуха снижается безопасность эксплуатации электро­оборудования. Помещения, в которых температура воздуха длительно превышает +30 °С, называются жаркими.

Токопроводящий пол (металлический, земляной, же­лезобетонный, кирпичный и т. п.), на котором стоит чело­век, касающийся частей, находящихся под напряже­нием, резко уменьшает сопротивление цепи человека. То же самое наблюдается при одновременном прикосно­вении к имеющим связь с землей корпусам технологиче­ского оборудования (металлическим конструкциям зда­ний и сооружений) и к частям электрооборудования, нор­мально или случайна находящихся под напряжением. Наличие проводящей пыли, проникающей под кожухи электрооборудования и на провода, приводит к тому, что но осевшей пыли проходит ток. создавая утечки и замыкания на землю, а также между фазами. Помещения, в которых выделяется технологическая пыль в таких количествах, что она может проникать под кожухи и осе­дать на проводах, называются пыльными помещениями (их делят на помещения с проводящей и непроводящей пылью). Газы, пары или отложения на проводах разру­шают изоляцию, снижают ее сопротивление, а также увеличивают опасность поражений током. Помещения, в воздухе которых содержатся газы, пары или образуют­ся отложения, разрушающие изоляцию или токоведущие части оборудования, называются помещениями с химически активной средой.

На основании изложенного можно выделить призна­ки, по которым все помещения с электроустановками де­лятся ПУЭ (по опасности поражения электрическим то­ком) на классы: без повышенной опасности, повышенной опасности и особой опасности.

Признаки повышенной опасности: наличие токопроводящих полов; наличие сырости (относительная влаж­ность воздуха выше 75 %) или проводящей пыли; повы­шенная температура воздуха (более +30 °С); возможность одновременного прикосновения человека к име­ющим соединение с землей корпусам технологического оборудования, с одной стороны, и к металлическим кор­пусам электрооборудования или токоведущим частям — с другой-

Признаки особой опасности: наличие особой сырости (относительная влажность воздуха приближается к 100 %)', наличие химически активной среды; наличие одновременно двух и более признаков повышенной опас­ности. Открытые или наружные электроустановки, ко­торые эксплуатируются на открытом воздухе, прирав­ниваются к электроустановкам, эксплуатирующимся в особо опасных помещениях.

Учебно-поисковая задача

Первичные критерии электробезопасности.

Первичные критерии электробезопасности—это пороговые значения электрического гака, соответствующие определенным ответным реакциям организма человека и необходимые для рас­чета защитных мер и средств в электроустановках. По установ­лению этих критериев до настоящего времени нет однозначных нормативных данных по допустимым для человека токам и напряжениям. Это объясняется сложностью физиологических процессов при протекании тока через человека, неоднозначностью реак­ции организма отдельных лиц на одинаковые токи. С позиции практического использования следует выделить три первичных критерия электробезопасности — пороговые ощутимый, неотпускающий и фибрилляционный токи.

Количественно эти критерии отдельными специалистами оцениваются по-разному. Наиболее обоснованными для электроустановок переменного тока частотой 50 Гц являются пороговый ощутимый ток — 0,5 мА и пороговый неотпускающий ток — 10 мА. Постоянный ток' представляет для человека  меньшую опасность, чем переменный ток промышленной частоты. Это обстоятельство всегда является важным аргументом сторонников постоянного тока. Важное практическое значение для эффек­тивной борьбы за жизнь человека имеетустановление системы, с которой начинает развиваться поражение током при электриче­ском ударе. Какая система является первично поражаемой — кровообращения или дыхания? Многими исследованиями случаев поражения электрическим током установлено, что причиной послужила начальная стадия развития фибрилляции, то есть на­рушение системы кровообращения. Однако нередко в качестве первопричины поражения медики констатировали остановку органов дыхания. Эти проблемы требуют дальнейшего исследования.

Пример 8. Человек коснулся оборванного и лежащего на земле провода воздушной линии, находящейся под напряже­нием. Определить напряжение прикосновения U_пр , если длина участка провода, лежащего на земле,l == 5 м; расстояние от человека до этого участка l₁ == 3 м; диаметр провода 2r = 0,01 м; ток замыкания на землю I_з =: 10 А; р = 100 Ом • м; R_h, = 1000 Ом.

Решение. 1. Определяем потенциал провода, рассматривая провод, лежащий на земле, как протяженный заземлитель круглого сечении, то есть

2. Определяем потенциал на поверхности земли в том месте, где стоит человек:

3. Определяем коэффициент напряжения прикосновения a₂, учитывающего падение напряжения в сопротивлении растека­нию ног человека

4.Определяем напряжение прикосновения

то есть в данном случае человек под­вергнут смертельной опасности поражения электрическим током.

Глава 11

ЗАЩИТНЫЕ МЕРЫ И СРЕДСТВА В ЭЛЕКТРОУСТАНОВКАХ

11.1. Причины поражения электрическим током и основные меры защиты

Основные причины несчастных случаев от воздействия электрического тока:

случайное прикосновение или приближение на опас­ное расстояние к токоведущим частям, находящимся под напряжением;

появление напряжения прикосновения на металли­ческих конструктивных частях электрооборудования (корпусах, кожухах и т. п.) в результате повреждения изоляции и других причин;

появление напряжения на отключенных токоведущих частях, на которых работают люди, вследствие ошибоч­ного включения установки;

возникновение напряжения шага на , поверхности земли в результате замыкания провода на землю.

Основными мерами защиты от поражения электриче­ским током являются:

обеспечение недоступности токоведущих частей, на­ходящихся под напряжением, для случайного прикосно­вения;

электрическое разделение сети;

устранение опасности поражения при появлении на­пряжения на корпусах, кожухах и других частях элек­трооборудования, что достигается защитным заземле­нием, занулением, защитным отключением;

применение малых напряжений;

защита от случайного прикосновения к токоведущим Частям применением кожухов, ограждений, двойной изо­ляции;

защита от опасности при переходе напряжения с выс­шей стороны на низшую;

контроль и профилактика повреждений изоляции;

компенсация емкостной составляющей тока замыка­ния на землю;

применение специальных электрозащитных средств—­переносных приборов и предохранительных приспособ­лений;

организация безопасной эксплуатации электроуста­новок .

Применение малых напряжений. Если номинальное напряжение электроустановки не превышает длительно допустимого напряжения прикосновения, снижается опасность поражения электрическим током. Наиболь­шая степень безопасности достигается при малых напря­жениях 6—12 В при питании потребителей от аккуму­ляторов, гальванических элементов, выпрямительных установок, преобразователей частоты, понизительных трансформаторов на напряжение 12. 24, 36, 42 В. При­менение малых напряжений ограничивается трудностью осуществления протяженной сети. Поэтому областью применения малых напряжений являются ручной элек­трифицированный инструмент, переносные лампы, лампа местного освещения, сигнализация.

Электрическое разделение сети. Разветвленная сеть большой протяженности имеет значительную емкость и малое активное сопротивление изоляции относительно земли. Ток замыкания на землю в такой сети может быть значительным. Если единую сильно разветвленную сеть с большой емкостью и малым сопротивлением изоляции разделить на ряд небольших сетей такого же напряже­ния, которые будут обладать незначительной емкостью и высоким сопротивлением изоляции, опасность пора­жения резко снизится. Обычно электрическое разделение сетей осуществляется путем подключения отдельных электроприемников через разделительный трансформа­тор, питающийся от основной разветвленной сети.

Защита от опасности при переходе напряжения с выс­шей стороны на низшую. При повреждении изоляции между обмотками высшего и низшего напряжений транс­форматора возникает опасность перехода напряжения и, как следствие, опасность поражения человека, возникно­вения загорании и' пожаров. Способы защиты зависят от режима нейтрали. Сети напряжением до 1000 В с изо­лированной нейтралью, связанные через трансформа­тор с сетями напряжением выше 1000 В, должны быть за­щищены пробивным предохранителем, установленным в нейтрали или фазе на стороне низшего напряжения трансформатора. Тогда в случае повреждения изоляции между обмотками высшего и низшего напряжений этот предохранитель пробивается и нейтраль или фаза низ­шего напряжения заземляется. Напряжение нейтрали от­носительно земли U_з == I_зR₀- Мерой защиты является снижение этого напряжения до безопасного заземлением нейтрали с сопротивлением R₀£ 4 Ом.

Пробивные предохранители применяются при высшем напряжении более 3000 В. Если высшее напряжение ни­же 1000 В, пробивной предохранитель не срабатывает. Поэтому вторичные обмотки понизительных трансфор­маторов для питания ручного электроинструмента и руч­ных ламп малым напряжением заземляют.

11.2. Контроль и профилактика повреждений изоляции

Профилактика изоляции направлена на обеспечение ее надежной работы. Прежде всего необходимо исклю­чить механические повреждения, увлажнение, химиче­ское воздействие, запыление, перегревы. Но даже в нор­мальных условиях изоляция постепенно теряет свои пер­воначальные свойства,«стареет». С течением времени развиваются местные дефекты. Сопротивление изоляции на­чинает резко уменьшаться, а ток утечки — непропорцио­нально расти. В месте дефекта появляются частичные разряды тока, изоляция выгорает. Происходит так назы­ваемый пробой изоляции, в результате чего возникает ко­роткое замыкание, которое, в свою очередь, может при­вести к пожару или поражению людей током.

Чтобы поддерживать диэлектрические свойства изо­ляции, необходимо систематически выполнять профилак­тические испытания, осмотры, удалять непригодную изоляцию и заменять ее.

Периодически в помещениях без повышенной опасно­сти и в опасных помещениях соответственно не реже од­ного раза в два года и в полгода проверяют соответствие сопротивления изоляции норме. При обнаружении де­фектов изоляции, а также после монтажа сети или ее ремонта на отдельных участках отключенной сети между каждым проводом и землей или между проводами раз­ных фаз проводят измерения. При этом в силовых цепях отключают электроприемники, аппараты, приборы, в ос­ветительных — вывинчивают лампы, а штепсельные ро­зетки, выключатели и групповые щитки оставляют при­соединенными. Перед началом измерений необходимо убедиться в том, что на исследуемом участке сети (между двумя предохранителями или за последним предохрани­телем) или оборудовании никто не работает и оно отклю­чено со всех сторон. Кабели, шины, электрические ма­шины, воздушные линии, конденсаторы «разряжают на землю», то есть касаются заземленным проводом отклю­ченных токопроводящих частей каждой фазы, снимая остаточный емкостный заряд. Значение измеренного сопротивления изоляции должно быть не менее нормы, указанной в ПУЭ (не менее 0,5 МОм/фазу участка сети напряжением до 1000 В).

Для измерения используют прибор мегаомметр на напряжения 500, 1000, 2500 В с пределами измерении 0—100, 0—1000, 0—10000 МОм, Чтобы получить пред­ставление о сопротивлении изоляции всей сети, измере­ние надо производить под рабочим напряжением с под­ключенными потребителями. Такой контроль возможен только в сетях с изолированной нейтралью (в сети с за­земленной нейтралью постоянный ток прибора контроля изоляции замыкается через заземление нейтрали и мегаомметр покажет нуль).

Применяется также постоянный (непрерывный) конт­роль изоляции — измерение сопротивления изоляции под рабочим напряжением в течение всего времени .ра­боты электроустановки без автоматического отключения. Отсчет сопротивления изоляции производится по шкале прибора. При снижении сопротивления изоляции до предельно допустимого или ниже прибор подает звуко­вой или световой сигнал или оба сигнала вместе. Из оте­чественных приборов контроля изоляции наибольшее распространение получили ПКИ, РУВ, УАКИ, М-143, МКН-380, Ф 419. Наиболее простым является контроль изоляции вольтметрами. В установках напряжением до 1000 В вольтметры подключают непосредственно к фазам, а в установках выше 1000 В — через измерительный трансформатор.

На предприятиях широко применяется испытание изоляции повышенным напряжением. Этот метод наибо­лее эффективен для выявления местных дефектов изоляции и определения ее прочности, то есть способности длительно выдерживать рабочее напряжение. Электри­ческие машины и аппараты испытывают током промыш­ленной частоты, как правило, в течение 1 мин. Дальней­шее воздействие тока может повлиять на качество изоляции. Значение испытательного напряжения нор­мируется в зависимости от номинального напряжения электроустановки и вида изоляции.

11.3. Защита от случайного прикосновения к токоведущим частям

Чтобы исключить возможность прикосновения или опасного приближения к открытым токоведущим частям, должна быть обеспечена недоступность с помощью ограж­дения, блокировок или расположения токоведущих час­тей на недоступной высоте или в недоступном месте. Ог­раждения применяют как сплошные, так и сетчатые (сет­ка 25 Х 25 мм). Сплошные ограждения в виде кожухов и крышек применяют в электроустановках напряжением до 1000 В. Сетчатые ограждения применяются в установ­ках напряжением до 1000 В и выше. Блокировки приме­няются в электроустановках напряжением выше 250 В., в, которых часто производятся работы на ограждаемых токоведущих частях. Блокировка обеспечивает снятие напряжения с токоведущих частей электроустановок при проникновении к ним без снятия напряжения. По прин­ципу действия блокировки делят на механические, элек­трические и электромагнитные. Электрические блоки­ровки осуществляют разрыв цепи контактами, которые устанавливаются на дверях ограждений, крышках и дверцах кожухов. Механические блокировки приме­няются в электрических аппаратах (рубильниках, пуска­телях, автоматах). В аппаратуре автоматики, вычисли­тельных машинах и радиоустановках применяются блоч­ные схемы: когда блок выдвигается или удаляется со своего места, штепсельный разъем размыкается. Таким образом, блок отключается автоматически при открывании его токоведущих частей. Блокировки применяют­ся также для предупреждения ошибочных действий пер­сонала при переключениях в распределительных устрой­ствах и на подстанциях.

Для защиты от прикосновения к частям, находящимся под напряжением, применяется также двойная изоля­ция — электрическая изоляция, состоящая из рабочей и дополнительной изоляции. Рабочая изоляция — изо­ляция токоведущих частей электроустановки. Допол­нительная изоляция наиболее просто осуществляется из­готовлением корпуса из изолирующего материала ^элек­тробытовые приборы).

11.4. Компенсация емкостей составляющей тока замыкания на землю

Ток замыкания па землю, а значит , и ток через чело­века в сети с изолированной нейтралью зависят не только от сопротивления изоляции, но и от емкости сети относи­тельно земли. Контроль и профилактика повреждений изоляции позволяют поддерживать ее сопротивление на высоком уровне. Емкость фаз относительно земли не за­висит от каких-либо дефектов; она определяется общей протяженностью сети, высотой подвеса проводов воздуш­ной сети, толщиной фазной изоляции жил кабеля, то есть геометрическими параметрами. Поэтому емкость сети не может быть снижена. В процессе эксплуатации емкость сети изменяется лишь за счет отключения и включения отдельных линий, что определяется требо­ваниями электроснабжения.

Поскольку невозможно уменьшить емкость сети, сни­жение тока замыкания на землю достигается путем ком-

Рис. 29. Компенсация емкостной составляющей тока замыкания на землю:

а — принципиальная схема; б, в ~ векторные диаграммы тока замыкания на землю до и после компенсации

пенсации его емкостной составляющей индуктивностью. При этом компенсирующая катушка включается между нейтралью и землей, как показано на рис. 29. При замыкании на землю в трехпроводной сети с изолированной нейтралью ток проходит через переходное сопротивление r' (проводимость g') и далее через сопротивления изоля­ции двух других фаз г_b и г_c (проводимости g_b и g_c) и па­раллельно через емкости С_b и С_c (проводимости b_b и b_c). Этот ток имеет две составляющие — активную I_r и ем­костную I_c (рис. 29, б). На векторной диаграмме пока­зана сумма токов до и после компенсации.

К активной и емкостной составляющим тока замыка­ния на землю добавляются активный и индуктивный токи компенсирующей катушки (наличие активной составля­ющей объясняется активными потерями в катушке). Емкостная и индуктивная составляющие находятся в противофазе и при настройке в резонанс взаимно уничто­жают друг друга, активные составляющие складываются, то есть ток замыкания на землю становится равным сум­ме I_зк = I_r + I_ка и значительно меньшим, чем до компен­сации (здесь I_ка — активный ток компенсирующей ка­тушки). В случае неполной компенсации емкости может быть некоторая емкостная составляющая тока замыка­ния на землю при недокомпенсации или индуктивная — при перекомпенсации. Однако в обоих случаях ток за­мыкания на землю снижается.

Ток замыкания на землю в трехпроводной сети (Y₀ == 0) при симметричных сопротивлениях изоляций и емкостях фаз относительно земли (то есть при r_a = r_b = r_c = r®¥; g_a = g_b = g_c = g®0; C_a = C_b = C_c = C и b_a = b_b = b_c = b) можно определить из вы­ражения (79). ПУЭ предписывает компенсацию, если ток замыкания на землю превышает в сетях напряже­нием 35 кВ 10 А, 15-20 кВ — 15 А, 10 кВ — 20 А.

6 кВ — 30 А.

Компенсирующие катушки иногда называют дугогасящими, так как, уменьшая ток замыкания на землю, они способствуют гашению дуги между токоведущими и за­земленными частями и тем самым ликвидации поврежде­ния — замыканию на землю. Эта защитная мера приме­няется в дополнение к защитному отключению или за­землению.

11.5. Защитное заземление, зануление и защитное отключение

Однофазные замыкания тока, которые могут возник­нуть в электрических машинах, аппаратах, приборах, на ЛЭП, опасны тем, что на корпусах и опорах появляют­ся напряжения, достаточные для поражения человека и возникновения пожара. Ток замыкания создает опас­ные напряжения не только на самом оборудовании, но и возле него, растекаясь с оснований и фундаментов.

Защиту от поражения электрическим током и воз­горании можно осуществить защитным отключением (отключают поврежденный участок сети быстродейству­ющей защитой), либо защитным заземлением (снижают напряжения прикосновения и шага), либо занулением (отключают оборудование и снижают напряжения прикосновения и шага на период, пока не сработает отключающий аппарат).

Рассмотрим эти важнейшие меры защиты в электро­установках.

Защитное заземление. Главное назначение защитного

заземления — понизить потенциал на корпусе электро­оборудования до безопасной величины.

Защитным заземлением называется преднамеренное электрическое соединение с землей металлических нетокопроводящих частей, которые могут оказаться под на­пряжением. Корпуса электрических машин, трансформаторов, светильников, аппаратов и другие металличе­ские нетоковедущие части могут оказаться под напряжением при замыкании их токоведущих частей на корпус. Если корпус при этом не имеет контакта с землей, при­косновение к нему так же опасно, как и прикосновение к фазе. Если же корпус заземлен, он окажется под на­пряжением U_з =I_зr_з. а человек, касающийся этого корпуса; попадает под напряжение прикосновения U_пр == U_зa₁a₂. Ток через человека при этом определится из выражения

откуда видно, что чем меньше r_з и a₁ тем меньше ток через человека, стоящего на земле и касающегося кор­пуса оборудования. Таким образом, безопасность обеспе­чивается путем заземления корпуса заземлителем, име­ющим малое сопротивление заземления R_з и малый коэф­фициент напряжения прикосновения a₁ (рис. 30). Из схемы замещения цепи однофазного тока замыкания сле­дует, что сопротивление тела человека и заземлителя параллельно. Поэтому преобладающая часть тока замы­кания на землю пройдет через заземлитель (r_з = 4 Ом) и только незначительная часть — через тело человека (сопротивление тела человека даже в худших условиях— R_h = 1000 Ом). В этом суть применения защитного заземления.

Защитное заземление может быть эффективно в том случае, если ток замыкания на землю не увеличивается с уменьшением сопротивления заземления. Это возмож­но в сетях с изолированной нейтралью, где при замыкании на землю или на заземленный корпус ток не зависит от проводимости (или сопротивления) заземления, а так­же в сетях напряжением выше 1000 В с заземленной ней­тралью. В последнем случае замыкание на землю явля­ется коротким замыканием, причем срабатывает макси­мальная токовая защита. В сети с заземленной нейтра­лью напряжением до 1000 В заземление неэффективно, так как даже при глухом замыкании на землю ток зави­сит от сопротивления заземления и с уменьшением последнего ток возрастает.

Область применения защитного заземления:

сети до 1000 В переменного тока — трехфазные трехпроводные с изолированной нейтралью; однофазные двух

Рис. 30. Принципиальные схемы защитного заземления и зануления в трехфазных сетях:

а — заземление; б—зануление; 1 — корпус электроустановки; F — предохранители; r_з, r₀, r_п¾ сопротивления заземления соответственно корпуса, нейтрали и повторного заземления нейтрали; I_к —ток короткого замыкания; I_з — часть тока короткого замыкания, протекающего через землю; I_н—часть тока короткого замыкания, протекающего через нулевой защитный проводник

проводные, изолированные от земли, а также постоянно­го тока двухпроводные с изолированной средней точкой обмоток источника тока;

сети выше 1000 В переменного и постоянного тока с любым режимом нейтральной или средней точек обмоток источников тока.

Защитному заземлению подлежит оборудование:

в помещениях с повышенной опасностью и особо опас­ных, а также в наружных установках заземление явля­ется обязательным при номинальном напряжении элек­троустановки выше 42 В переменного тока и 110 В по­стоянного тока;

в помещениях без повышенной опасности заземление является обязательным при напряжении 380 В и выше переменного тока и 440 В и выше постоянного тока;

во взрывоопасных помещениях заземление выполня­ется независимо от значения напряжения.

Заземляющее устройство состоит из заземлителя и со­единительной полосы. Различают заземлители искус­ственные, предназначенные исключительно для целей заземления, и естественные (находящиеся в земле метал­лические конструкции и коммуникации другого назначе­ния). В качестве искусственных заземлителей используют стальные трубы диаметром 35—50 мм и угловую сталь (40 Х 40 • • • 60 X 60 мм) с толщиной стенок не менее 3,5 мм (для сварки) и длиной 2,5—3 м; прутковую сталь диаметром не менее 10мм (длиной до 10м); стальные шины сечением не менее 100 мм³. Вертикальные заземли­тели соединяют в контур полосой из стали сечением не менее 4 Х 12 мм или круглого сечения диаметром не менее 6 мм с помощью сварки.

В качестве естественных заземлителей можно исполь­зовать: металлические конструкции и арматуру железо­бетонных конструкций зданий и сооружений, имеющих соединение с землей; проложенные в земле водопровод­ные трубы и свинцовые оболочки кабелей; обсадные трубы артезианских колодцев и скважин. При этом запре­щается использовать в качестве естественных заземлителей трубопроводы с пожаровзрывоопасными жидкостя­ми и газами, алюминиевые оболочки кабелей и алюми­ниевые проводники.

Заземляющим устройством называется совокупность заземлителей — проводников (электродов), соединенных между собой и находящихся в непосредственном сопри­косновении с землей, и заземляющих проводников, соеди­няющих заземляющие части электроустановки с заземлителем.

В зависимости от места размещения заземлителя от­носительно заземляемого оборудования различают два типа заземляющих устройств: выносное и контурное.

Соответственно и заземлители бывают двух типов — выносные и контурные.

Достоинством выносного заземляющего устройства яв­ляется возможность выбора места размещения электро­дов заземлителя с наименьшим сопротивлением грунта (сырое, глинистое, в низинах и т. д.). Здесь заземленные корпуса находятся вне поля растекания, т. е. выносное заземление защищает только за счет малого сопротивле­ния заземления.

Контурное заземляющее устройство характеризуется тем, что электроды его заземлителя размещаются по кон­туру (периметру) площадки, на которой находится заземляемое оборудование, а также внутри этой площадки. Здесь любая точка поверхности грунта внутри контура имеет значительный потенциал. Вследствие этого раз­ность потенциалов между точками, находящимися внутри контура, снижена и коэффициент прикосновения a₁ на­много меньше единицы. Ток через человека, касающе­гося корпуса, меньше, чем при выносном заземлении.

Иногда при выполнении контурного заземления внутри контура прокладывают горизонтальные полосы, которые дополнительно выравнивают потенциалы внутри контура (заземлитель в виде сетки). Внутри помещений выравнивание потенциала происходит естественным пу­тем за счет наличия металлических конструкций, трубо­проводов, кабелей и подобных им проводящих предметов, связанных с разветвленной сетью заземления. Чтобы уменьшить напряжение шага за пределами контура, вдоль проходов и проездов в грунт закладывают спе­циальные шины.

В зданиях прокладывают магистраль заземления (внутри здания вдоль стен), к которой присоединяют па­раллельно заземляющие провода от корпусов электро­оборудования, подлежащего заземлению (последователь­ное включение заземляющего оборудования не допускает­ся). При этом присоединение заземляющей магистрали к заземлителю (искусственному или естественному) выполняется в двух местах. Соединения заземляющих проводников между собой, а также с заземлителями и заземляемыми конструкциями выполняются, как пра­вило, сваркой, а с корпусами аппаратов, машин и друго­го оборудования — сваркой или с помощью болтов.

Для связи вертикальных электродов и в качестве самостоятельного горизонтального электрода применяется полосовая сталь сечением 4 х 12 мм. Для уста­новки вертикальных заземлителей предварительно роют траншею глубиной 0,7—0,8 м, после чего производят забивку труб или уголков с помощью механизмов. Верх­ние концы погруженных в землю вертикальных электро­дов соединяют стальной полосой с помощью сварки. В таких же траншеях прокладывают горизонтальные электроды (на ребро для лучшего контакта с землей),

Поскольку заземление должно обеспечивать безопас­ность при прикосновения к нетоковедущим частям, слу­чайно оказавшимся под напряжением, и при воздействии напряжения шага, нормированию подлежат наибольшее напряжение прикосновения внутри контура, наибольшее напряжение шага и напряжение относительно земли. Эти величины не должны превосходить длительно до­пустимых:

U_пр£U_пр.д.д и U_ш£U_ш.д.д,                         (86)

где U _{пр. д. д} — наибольшее напряжение прикосновения длительно допустимое; U _{ш.д. д} — наибольшее напряже­ние шага длительно допустимое.

Исходя из приведенных условий можно нормировать сопротивление заземления r_з и коэффициенты напряже­ния прикосновения a₁, и шага b₁), учитывая ток замыка­ния на землю I_з в данной электроустановке. Расчетный ток замыкания на землю — наибольший возможный в данной электроустановке ток замыкания на землю. В сетях напряжением до 1000 В ток однофазного замыка­ния на землю не превышает 10 А. В электроустановках напряжением выше 1000 В с изолированной нейтралью расчетный ток I_з, А, можно определить из выражения

где U_ф — фазное напряжение сети, кВ; l_к и l_в —общая длина подключенных к сети кабельных и воздушных линий, км.

ПУЭ и ГОСТ 12.1.030—81 нормируют сопротивления заземления в зависимости от напряжения электроуста­новки. В электроустановках напряжением до 1000 В со­противление заземления должно быть не выше 4 Ом или 100м (если суммарная мощность источников—транс­форматоров. генераторов — подключенных к сети, не превышает 100 кВ А). В электроустановках напряжением выше 1000 В с большими (более 500-А) токами •за­мыкания на землю (распредустройства и сети с заземлен­ной нейтралью напряжением 110 кВ и выше) сопротив­ление заземляющего устройства не должно превышать 0,5 Ом. В электроустановках напряжением выше 1000 В с малым (менее 500 А) током замыкания на землю (сети с изолированной нейтралью напряжением 3, 6. 10, 20, 35 кВ) допускается сопротивление заземления

r_з£250/I_з                                         (88)

но не более 10 Ом (здесь допускается напряжение отно­сительно земли до 250 В). Если заземляющее устройство используется одновременно для электроустановок на­пряжением до 1000 В и выше, сопротивление заземления должно быть равно или ниже

r_з£125/I_з                                         (88)

но не выше нормы для электроустановки напряжением до 1000 В (4 или 10 Ом).

Контроль заземления осуществляется осмотром и из­мерением сопротивления заземлителей. Внешний осмотр должен производиться не реже одного раза в шесть ме­сяцев, а в помещениям с повышенной опасностью и особо опасных — один раз в три месяца. Измерение сопротив­ления заземления проводится не реже одного раза в год, а также после капитального ремонта и длительного без­действия установки.

Расчет защитного заземления имеет целью определить основные параметры заземления: число, размеры и раз­мещение одиночных заземлителей и заземляющих про­водников, при которых напряжения прикосновения и шага в период замыкания фазы на заземленный корпус не превышают допустимых значений. При этом расчет производится обычно для случаев размещения заземлителя в однородной земле (способ коэффициентов; :использования).

Порядок расчета:

1. Уточняются исходные данные.

2. Определяется расчетный ток замыкания, на землю;

3. Определяется требуемое сопротивление растеканию заземляющего устройства;

4. Определяется требуемое сопротивление искусствен­ного заземлителя.

5. Выбирается тип заземлителя и составляется пред­варительная схема (проект) заземляющего устройства, то есть размещаются на плане установки принятые для сооружения заземлителя электроды и заземляющие проводники-

6. Уточняются параметры заземлителя.

Расчет простых заземлителей производится в следу­ющей последовательности:

1. Определяется расчетный ток замыкания на землю I_з, А, и норма на сопротивление заземления r_з (по ПУЭ) в зависимости от напряжения, режима нейтрали, мощности электроустановки.

2. Определяется расчетное удельное сопротивление грунта с учетом климатического коэффициента Y (табл. 8 и 9):

где Y₁ принимается при большой влажности;Y₂ — при средней влажности грунта; Y₃ — при сухом грунте.

Таблица 8. Приближенные значения удельных сопротивлений грунтов (воды)

Грунт (вода)	Удельное сопротивле­ние r, 102 Ом×м	Грунт (вода»	Удельное сопротивление r, 102 Ом×м
Возможные пределы колебаний	При влаж­ности 10-12 %к массе грунта	Возможные пределы колебаний	При влаж­ности 10-12 % к массе грунта
Песок	4—7	7	Чернозем	0,09—5,3	2
Супесок	1,5—4	3	Речная вода	0,5	—
Суглинок	0,4-1,5	1
Глина	0,08—0,7	0,4	Морская вода	0,002—0,01	—

3. Рассчитывается или принимается (по данным изме­рения) сопротивление естественных заземлителей (фор­мулы для расчетов приведены в табл. 10).

4. Определяется сопротивление искусственного за­землителя, если считать, что искусственные и естествен­ные заземлители соединены параллельно и общее их со­противление не должно превышать норму r_з, то есть

Таблица 9. Значения расчетных климатических коэффициентов сопротивления грунта

Грунт	Глубина заложе­ния, м	Y1	Y2	Y3
Суглинок	0,8—3,0	2	1,5	1,4
Садовая земля до глубины 0,6 м, ниже—слой глины	0 — 3	—	1.32	1,2
Гравий с примесью глины, ниже — глина	0-2	1,3	1,2	1.1
Известняк	0—2	2,5	1,51	1,2
Гравий с примесью песка	0—2	1,5	1,3	1,2
Торф	0,2	1,4 .	1.1	1
Песок	о-з	3,4	1,56	1,2
Глина	0—2	2,4	1,36	1,2

5. По формулам табл. 10 определяется сопротивле­ние одного вертикального заземлителя R_в.з с учетом рас­четного удельного сопротивления грунта r_расч.

6. Предварительно разместив заземлители на плане, определяют число вертикальных заземлителей n и рас­стояния между ними a, м, и по этим данным принимают коэффициент использования вертикальных стержней h_ст при отношении расстояния между электродами (трубами, уголками) к их длине:

при a/l = 1 для п=2...5 h_ст=0,87...0,67, для n=10 h_ст=0,56...0,62, для п = 15 h_ст=0,51…0,56 для n=20 h_ст=0,47...0,5;

при a/l = 2 для п=2...5 h_ст= 0,92...0,83, для n=10 h_ст=0,72...0,77, для п=15 h_ст=0,66…0,75, для n=20 h_ст=0,65...0,7;

при a/l = 3 для п= 2...5 h_ст= 0,93...0,85, для n=10 h_ст = 0,79...0,83, для п = 15 h_ст=0,76…0,8 для n=20 h_ст=0,74...0,79.

7. Определяется сопротивление соединительных полос (по одной из формул табл. 10) с учетом коэффициента использования полосы h_п, который имеет следующие зна­чения:

Число труб (уголков) заземлителя

4 8 10 20 30 50 60

При расположении полосы в ряду труб (уголков)

1 0,77 0,67 0,62 0.42 0,31 0,21 0,2

2 0,89 0,79 0,75 0,56 0,46 0,36 0,27

3 0,92 0,85 0,82 0,68 0,58 0,49 0,36

Таблица 10. Формулы для вычисления сопротивления наиболее распространенных одиночных заземлителей растеканию тока

При расположении полосы по контуру (уголков)

1	0,45	0,36	0,34	0,27	0,24	0,21	0,2
2	0,55	0,43	0,4	0,32	0,3	0,28	0,27
3	0,7	0,6	0,56	0,45	0,41	0,37	0,36

8. Определяется сопротивление стержней R_ст, (вер­тикальных заземлителей) с учетом параллельного соеди­нения искусственных заземлителей R_и и полосы, то есть

9. Определяется (уточняется) число вертикальных заземлителей по формуле .

10. Повторно проверяют сопротивление заземления по приведенным выше формулам.

В сетях с большими токами замыкания на землю заземляющие устройства проверяют на термическую стой­кость; при этом заземлители должны удовлетворять следующим требованиям:

где S — поверхность соприкосновения заземлителя с грунтом, м²; r — удельное сопротивление грунта в наи­более сухой период. Ом • м;t—длительность замыка­ния на землю во время срабатывания защиты, с;

заземляющие проводники должны удовлетворять ус­ловию

где а — постоянный множитель (для стали а •= 21, алюминия а = 74, меди а = 172); Q — допускаемая темпе­ратура кратковременного нагрева (для сталиQ =.400 °С),

Зануление. Занулением называется преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводником металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением. Нулевой защитный проводник — это проводник, соединяющий зануляемые части с глухозаземленной нейтральной точкой обмотки источника тока или ее эквивалентом.

Зануление применяется в четырехпроводных сетях напряжением до 1000 В с заземленной нейтралью. C це­лью уменьшения длительности режима замыкания на корпус прокладывается нулевой провод, соединяющийся с заземленной нейтралью источника и повторными заземлениями. При занулении корпуса электрооборудо­вания соединяются не с заземлителями, а с нулевым проводом (рис. 30).

Зануление превращает замыкание на корпус в одно­фазное короткое замыкание, в результате чего срабаты­вает максимальная токовая защита и селективно отклю­чает поврежденный участок сети. Кроме того, зануление снижает потенциалы корпусов, появляющиеся в мо­мент замыкания на землю (на время, пока не срабатывает отключающий аппарат — предохранители или автомат). При замыкании на зануленный корпус ток короткого замыкания проходит через следующие участки цепи (цепь зануления имеет весьма малое сопротивление —доли ом): обмотки трансформатора, фазный и нулевой провод. Значение тока определяется фазным напряжением U_ф и полным сопротивлением цени короткого замыкания:

где Z_т —полное сопротивление трансформатора. Ом;

Z_ф, Z_н — полное сопротивления фазного и нулевого проводов, Ом. Эти сопротивления имеют активную и индуктивную составляющие, то естьZ_п = Z_ф + Z_н + j Х_п — комплекс полного сопротивления петли фаза-нуль, Ом.

Допустимо применять приближенную формулу для действительного значения (модуля) тока короткого замы­кания I_к, А, в котором модули сопротивлений трансфор­матора и петли фаза-нуль Z_т н Z_п (в омах) складываются арифметически:

Величина Z_п состоит из ряда последовательно вклю­ченных сопротивлений. Ом:

где Х_п — внешнее индуктивное сопротивление петли фаза-нуль, Ом.

Зануление рассчитывается для определения условий, при которых оно надежно выполняет свои задачи — быстро отключает поврежденную установку от сети и в то же время обеспечивает безопасность прикосновения че­ловека к запуленному корпусу в аварийный период. В соответствии с этим зануление рассчитывается на от­ключающую способность, а также на безопасность при­косновения к корпусу как при замыкании фазы на землю (расчет заземления нейтрали), так и при замыкании ее на корпус (расчет повторного заземления нулевого за­щитного проводника).

Расчет зануления на отключающую способность. При замыкании фазы на зануленный корпус электроустанов­ка автоматически отключается, если значение тока одно­фазного короткого замыкания I_к, А, удовлетворяет условию I_к ³kI_ном, или

где k — коэффициент кратности тока (для плавких предо­хранителей k³ 3 и во взрывоопасных помещениях k ³ 4; для автоматов k = 1,4 при I_н < 100 А и k == 1,25 при I_н³ 100 А); I_ном —номинальный ток плавкой вставки предохранителя или ток срабатывания автома­тического выключателя (автомата), А.

Сечение нулевого защитного проводника и его мате­риал, согласно ПУЭ, принимаются заранее из условия, чтобы полная проводимость его была не менее 50 % пол­ной проводимости фазного провода (Z_н£ 2Z_ф). При рас­четах по формуле (99) значения Z_т берутся из справочных таблиц (в зависимости от мощности трансформатора, на­пряжения и схемы соединения его обмоток). Значения R_ф и R_н, Ом, определяются по сечению S, мм², длинеl, м. и материалу проводников р (для меди р = 0,018; для алюминия ~ 0,028 Ом • мм²/м):

Значения Х_ф и Х_н для медных и алюминиевых, про­водников сравнительно малы (около 0,0156 Ом/км), по­этому ими можно пренебречь. Значение Х_п, Ом, может быть определено из выражения

где D и d — расстояние между проводами и их диаметр, м. При малых значениях D, соизмеримых с диаметром про­водов d, сопротивление Х_п незначительно (не более 0,1 Ом/км) и им можно пренебречь.

Расчет сопротивления заземления нейтрали. Сопро­тивление заземления нейтрали источника тока r₀, Ом, должно быть таким, чтобы в случае замыкания какой-либо фазы на землю через сопротивление r_зм, Ом, напря­жение, под которым окажется человек, прикоснувшийся к зануленному корпусу или к нулевому защитному про­воду, не превышало некоторого допустимого напряже­ния прикосновения U_{пр. доп}, то есть

U_кa₁a₂£U_{пр. доп},    (102)

где U_к=I_зr₀ — напряжение зануленного корпуса (ну­левого защитного проводника) относительно земли, В;

I_з — ток замыкания на землю, А.

Обычно рассматривают наиболее тяжелые реальные условия, когда человек, касаясь зануленного корпуса, находится за пределами зоны растекания тока замыкания на землю (то есть a₁ == 1); сопротивление растеканию ног человека незначительно по сравнению с сопротивле­нием тела человекаR_h, и их можно пренебречь (то есть a₂ = 1); в сети отсутствуют повторные заземления ну­левого защитного проводника. Тогда

откуда

где U_{пр. доп} = 42 В; r_зм =15 Ом.

Согласно требованиям Правил техники безопасности, сопротивление заземления нейтрали источника тока (генератора, трансформатора) в любое время года долж­но быть не более 8 Ом при напряжении 220/127 В, 4 Ом при 380/220 В и 2 Ом при 660/380 В. При удельном электрическом сопротивлении земли р, превышающем 100 Ом • м, допускается увеличивать указанные значе­ния до значений р/100, но не более чем в 10 раз,

Расчет сопротивления повторного заземления нулевого защитного проводника. До срабатывания защиты на всех элементах цепи зануления кратковременно появ­ляется напряжение. Повторные заземления предназна­чаются для снижения этого напряжения как при исправном (целом), так и при неисправном (имеющем разрыв) нулевом защитном проводе. Повторные заземлители, устанавливаемые на воздушных линиях через 200 м, на всех ответвлениях длиной более 250 м и на вводах в зда­ния, нормируются ПУЭ.

При замыкании фазы на корпус защитный проводник на участке за ближайшим к месту замыкания повторным заземлением и зануленное оборудование (присоединен­ное к этому участку провода) оказываются под некоторым напряжением относительно земли, наибольшее значение которого, В,

где I_з — часть тока однофазного короткого замыкания, стекающая в землю через повторные заземления нулевогопровода, А; n — количество повторных заземлений нулевого провода, шт.; r_п— сопротивление одного (повторного заземления, Ом.

Для устранения опасности поражения людей током до момента отключения защитой поврежденной установки необходимо, чтобыU_н.mах не превышало U_пр.доп. Очевидно, это условие будет выполнено при определен­ном значении r_п, которое может быть найдено из выра­жения

откуда

где I_н — часть тока однофазного короткого замыкания. проходящая по нулевому проводу от места замыкания фазы на корпус до нейтральной точки источника то­ка, А;

Принимая I_н == I_к, получаем выражение

В простейшем случае, когда Х_н = Х_п = 0, нс уче­том того, что I_кZ_н == 2/3 U_ф, уравнение (106) принимает вид

Согласно Правилам техники безопасности, общее со­противление растеканию тока заземлителей всех повтор­ных заземлений нулевого провода каждой воздушной линии в наиболее неблагоприятное время года должно быть не более 5, 10 и 20 Ом при линейных напряжениях 660, 380 и 220 В соответственно. При этом сопротивление растеканию тока каждого из повторных заземлений не должно превышать 15, 30 и 60 Ом при тех же напря­жениях.

Измерение сопротивления петли фаза-нуль необхо­димо проводить при приемосдаточных испытаниях перио­дически (один раз в пять лет), а также при капитальных ремонтах и реконструкциях сети. Эти измерения должны производиться на наиболее мощных и наиболее удален­ных от источника тока электроприемниках, но не менее чем на 10 % их общего количества.

Защитное отключение. Защитное отключение — быст­родействующая защита, обеспечивающая автоматическое отключение электроустановки при возникновении в ней опасности поражения человека током. Такая опасность может возникнуть при замыкании фазы на корпус, сни­жении сопротивления изоляции сети ниже определенного предела и, наконец, в случае прикосновения человека не­посредственно к токоведущей части, находящейся под напряжением.

Защитное отключение применяется в тех случаях, когда другие защитные мероприятия (заземление, зануление) ненадежны, трудно осуществимы (в условиях вечной мерзлоты и т. п.), дороги или когда к безопасности обслуживания предъявляются повышенные требования (в шахтах, карьерах), а также при передвижных элект­роустановках. Область применения устройств защитного отключения практически не ограничена: они могут при­меняться в сетях любого напряжения и с любым режимом нейтрали. Однако наибольшее распространение устрой­ства защитного отключения получили в сетях до 1000 В (с заземленной и изолированной нейтралью). Защитное отключение является незаменимым для ручных электро­инструментов.

Во всех этих случаях опасность поражения обуслов­лена напряжением прикосновения U_пр или током, прохо­дящим через человека (U_np = I_hR_h). Основными элементами устройств защитного отключения являются прибор защитного отключения и автомат. Прибор защитного отключения состоит из отдельных элементов, которые воспринимают входную величину, реагируют на ее изменения и при заданном ее значении дают сигнал на от­ключение выключателя. Этими элементами являются:

датчик — входное устройство (как правило, реле соответствующего типа); усилитель, усиливающий сигнал датчика; цепи контроля; вспомогательные элементы (сиг­нальные лампы и измерительные приборы — омметры и др.).

Основные требования, которым должны удовлетво­рить устройства защитного отключения, такие: высокая чувствительность; малое время отключения; селектив­ность действия; способность осуществлять самоконтроль исправности; достаточная надежность.

В зависимости от принятых входных (контролируемых) величин устройства защитного отключения условно делятся на следующие типы: реагирующие на потенциал (напряжение) корпуса относительно земли, ток замыка­ния на землю, напряжение нулевой последовательности, ток нулевой последовательности, напряжение фазы относительно земли, оперативный ток, вентильные схемы.

Рассмотрим некоторые из перечисленных типов устройств защитного отключения (рис. 31).

1. Устройства, реагирующие на потенциал корпуса. Назначение этих устройств защитного отключения— устранение опасности поражения людей током при воз­никновении на заземленном или зануленном корпусе

повышенного потенциала. Обычно эти устройства являются дополнительной мерой защиты к заземлению или занулению.

Принцип действия—быстрое отключение от сети по­врежденного оборудования, если возникший на его кор­пусе потенциал j_к, В, окажется выше потенциала j_к.доп, В, при котором напряжение прикосновения к корпусу имеет наибольшее длительно допустимое значение U_пр.доп, В.

На рис. 31 показана принципиальная схема такого устройства, в которой датчиком служит реле максималь­ного напряжения, включенное между защищаемым корпусом и вспомогательным заземлителем 2 (непосредствен­но -или через трансформатор напряжения). Электроды вспомогательного заземлителя должны быть размещены вне зоны растекания токов, стекающих с заземлителя 1 корпуса или заземлителей нулевого проводника сети. При пробое фазы на заземленный или зануленный корпус вначале проявляется защитное свойство заземления (или зануления), снижающее потенциал корпуса до некоторо­го предела (j_к =I_зr_к, где I_з — ток, стекающий в землю, А; r_к—сопротивление заземления корпуса, а при занулении —сопротивление повторных заземлений нуле­вого проводника, Ом). Если j_к превысит j_{к. доп}, сра­ботает устройство защитного отключения, то есть произойдет отключение поврежденной установки от сети.

2. Устройство, реагирующее на ток замыкания на землю. Назначение — устранение опасности поражения током людей при прикосновении к заземленному корпу­су в период замыкания на него фазы. Принцип дей­ствия — быстрое отключение поврежденного оборудо­вания от сети в случае, если ток, проходящий через проводник, заземляющий корпус этого оборудования, превысит некоторый предел I_{з. доп}, А, при котором напря­жение прикосновения имеет наибольшее длительно до­пустимое значение U_пр.доп, В (рис. 31, б). Здесь датчиком служит токовое реле, обладающее малым сопротивлением и включенное непосредственно в рассечку заземляющего провода или во вторичную обмотку трансформатора тока, который применяется при большом токе замыкания на землю. При замыкании фазы на корпус ток, стекающий и землю, если он превышает уставку, вызывает срабаты­вание реле, то есть отключение, установки от сети. В схемах, применяемых с системах зануления, токовое реле включается в рассечку зануляющих проводников и срабатывает под действием однофазного короткого за­мыкания, Такие устройства отличаются четкостью сра­батывания.

3. Устройства, реагирующие на напряжение нулевой последовательности. Назначение этих устройств защит­ного отключения — устранение поражения током, воз­никающего при глухом замыкании одной или двух фаз на .землю, в том числе при замыкании фазы на заземленный корпус. Принцип действия — быстрое от­ключение, сети от источника питания при возникновении напряжения нулевой последовательности, то есть несим­метрии полных проводимостей проводов сети относитель­но земли выше некоторого предела (рис. 31, а). Здесь датчиком служит фильтр напряжения нулевой после­довательности, состоящий их трех конденсаторов, соеди­ненных в звезду. Реле напряжения, включенное между нулевой точкой фильтра и землей, срабатывает, когда напряжение нулевой последовательности (то есть напря­жение между нейтральной точкой источника тока и зем­лей U₀) достигает значения, при котором напряжение на зажимах реле становится равным или превышает на­пряжение срабатывания его U_ср. При этом происходит отключение сети от источника. Область применения та­ких устройств защитного отключения — трехфазные трехпроводные сети до 1000 В с изолированной нейтра­лью и малой протяженностью, обладающие высоким сопротивлением изоляции и небольшой емкостью отно­сительно земли.

4. Устройства, реагирующие на ток нулевой последо­вательности. Назначение устройств защитного отключе­ния этого типа — обеспечить безопасность человека в слу­чае прикосновения к заземленному (зануленному) кор­пусу при замыкании на него фазы или к токоведущей части, находящейся под напряжением. Принцип дей­ствия — быстрое отключение участка сети или потреби­теля энергии, если ток нулевой последовательности пре­вышает некоторое значение, при котором напряжение прикосновения к «пробитому» корпусу или токоведущей части, находящейся под напряжением, имеет наибольшее длительно допустимое значение U_пр.доп. Здесь датчиком может служить фильтр тока нулевой последовательно­сти, который представляет собой три однотипных транс­форматора тока, установленных на всех фазах сети. Одно­именные зажимы их вторичных обмоток соединены па­раллельно и к ним подключена обмотка токового реле. В результате через реле проходит ток, равный геометри­ческой сумме вторичных токов трансформаторов. Этот ток, достигнув значения тока срабатывания реле или превысив его, вызовет отключение защищаемого уча­стка сети от источника питания (рис. 31, г).

5. Устройства, реагирующие на оперативный ток (рис. 31,.б). Назначение данного устройства защитного отключения, реагирующего на оперативный ток,— обес­печивать непрерывный автоматический контроль сопротивления изоляции сети, а также защиту человека, при­коснувшегося к токоведущей части, от поражения током. Следовательно, этот тип устройства защитного отключе­ния (реле утечки) может служить самостоятельной ме­рой защиты от поражения током при прикосновении к «пробитому» незаземленному и незануленному кор­пусу или к токоведущей части, находящейся под напря­жением. Оно может также служить дополнительной за­щитной мерой к защитному заземлению (этот принцип используется в шахтах, карьерах и др.).

Принцип действия — быстрое отключение сети от ис­точника тока при снижении сопротивления изоляции се­ти относительно земли ниже некоторого предела, при котором ток I_h через человека, прикоснувшегося к токо­ведущей части (или напряжение прикосновения), дости­гает наибольшего длительно допустимого значения I_hдоп (или U_пр.доп). Здесь датчиком служит реле с малым то­ком срабатывания (несколько миллиампер). Применяют­ся и другие схемы защитного отключения.

11.6. Электрозащитные средства и предохранительные приспособления

Следует всегда помнить, что при наличии напряжения недопустимо проникновение людей за ограждения элек­троустановок, а при отсутствии ограждений необходимо выдерживать минимальное расстояние, на которое допус­кается приближение к токоведущим частям: при напря­жении до 15 кВ — 0,7 м; от 15 до 35 кВ —'1 м; от 35 до 110 кВ —1,5 ; от 110 до 220 кВ —2,5м; от 220 до '500 кВ — 4,5м.

Согласно стандарту, электрозащитными средствами называются переносимые и перевозимые изделия, служа­щие для защиты людей, работающих с электроустановками, от поражения электрическим током, воздействия электрической дуги и электромагнитного поля.

Защитные средства могут быть условно разделены на три группы: изолирующие, ограждающие и предохра­нительные.

Изолирующие защитные средства изолируют челове­ка от токоведущих или заземленных частей, а также от земли. Они делятся на основные и дополнительные.

Основные изолирующие защитные средства обладают изоляцией, способной длительно выдерживать рабочее напряжение электроустановки, и поэтому ими разреша­ется касаться токоведущих частей, находящихся под напряжением. К ним относятся: в. электроустановках напряжением свыше 1000 В — изолирующие штанги. изолирующие и измерительные клещи, указатели напря­жения. а также средства для ремонтных работ под напряжением свыше 1000 В; в электроустановках напряже­нием до 1000 В —изолирующие штанги, изолирующие и измерительные клещи, диэлектрические перчатки, монтерский инструмент с изолирующими рукоятками, ука­затели напряжения.

Дополнительные изолирующие защитные средства об­ладают изоляцией, не способной выдержать рабочее на­пряжение электроустановки, и поэтому они не могут самостоятельно защитить человека от поражения электри­ческим током. Их назначение — усилить защитное дей­ствие основных изолирующих защитных средств. К до­полнительным изолирующим защитным средствам отно­сятся: в электроустановках напряжением свыше 1000 В— диэлектрические перчатки, боты, ковры, изолирующие подставки; в электроустановках напряжением до 1000В —диэлектрические галоши, ковры, изолирующие подставки. Ограждающие защитные средства предназначены для временного ограждения токоведущих частей, к которым возможно случайное прикосновение или приближение на опасное расстояние, а также для предупреждения ошибочных операций с коммутационными аппаратами. К 'ним относятся: временные переносные заземления (закоротки), временные переносные ограждения (щиты и ограждения — клетки), изолирующие накладки, пре­дупредительные плакаты.

Переносные заземления изготовляют из гибкого мед­ного провода сечением не менее 25 мм² для электроуста­новок напряжением свыше 1000 В и 16 мм²—до 1000В.

Предупредительные плакаты делятся на предостере­гающие, запрещающие, разрешающие и напоминающие. Предостерегающие (постоянные) плакаты («Осторожно! Электрическое напряжение!») укрепляют на дверях ка­мер. ограждений. Запрещающий (переносной) плакат («Не включать, работают люди!») вывешивается на ключах и рукоятках управления. Разрешающий (переносной) плакат («Работать здесь», «Влезать здесь») устанав­ливается на месте работ. Напоминающий (переносной) плакат («Заземлено») устанавливается на ключах и ру­коятках управления.

Предохранительные защитные средства предназначены для индивидуальной защиты работающего от световых, тепловых и механических воздействий, от про­дуктов горения, от воздействия электрического поля, а также от падения с высоты. К ним относятся: защитные очки, защитные каски, предохранительные монтерские пояса, страховочные канаты, монтерские когти, противогазы, специальные рукавицы, а также индивидуаль­ные экранирующие комплекты и переносные экраниру­ющие устройства для защиты персонала от воздействия электрического поля в электроустановках сверхвысо­кого напряжения промышленной частоты.

11.7. Организация безопасной эксплуатации электроустановок

Оперативное обслуживание действующих электроустановок предприятий предусматривает периодические и внеочередные осмотры электрооборудования систем электроснабжения и электроприемяиков, контроль и учет i электроэнергии, оперативные переключения в электро-,сетях, обеспечивающие бесперебойное снабжение электроэнергией. Оперативное обслуживание электроус­тановок осуществляется инженерно-техническим, де­журным и оперативно-ремонтным электротехническим персоналом.

Оперативное обслуживание может осуществляться как одним лицом, так и бригадами из двух человек и бо­лее. При обслуживании электроустановок с напряже­нием свыше 1000 В старший в смене (бригадир) или одиночный дежурный должен иметь квалификационную группу по технике безопасности не ниже IV, а в элект­роустановках напряжением до 1000 В — не ниже III группы.

Помимо дежурного (оперативно-ремонтного) персонала единоличный осмотр электроустановок разрешается административно-техническому персоналу службы эксплуатации, имеющему квалификационную группу V (в установках напряжением до 1000 В — IV группу).

При осмотре электроустановок с напряжением свыше 1000 В одним лицом не разрешается проникать за ограж­дения и входить в камеры распределительного устрой­ства (РУ). Осматривать электрооборудование следует только с порога камеры или стоя перед барьером. В слу­чае необходимости дежурному, имеющему квалифика­ционную группу не ниже IV, разрешается для осмотра вход в камеру РУ при условии, что в проходах расстоя­ние от пола до нижних фланцев изоляторов аппаратов (трансформаторов и др.) не менее 2 м, а до неогражден­ных токоведущих частей — не менее 2,75 м при напря­жении до 35 кВ. Если эти расстояния меньше, то вход за ограждения допускается только в присутствии второ­го лица с квалификационной группой не ниже III. При обнаружении во время осмотра случайного замыкания какой-либо токоведущей части электроустановки на землю запрещается до отключения поврежденного участ­ка приближаться к месту такого замыкания на расстоя­ние менее 4 м в закрытых РУ и 8 м на открытых подстан­циях во избежание поражения напряжением шага. В случае необходимости приближения (для оказания первой помощи пострадавшему или выполнения операций с ком­мутационной аппаратурой) следует применить средства защиты (диэлектрические боты, галоши).

Самостоятельное единоличное обслуживание электро­установок напряжением до 1000 В, включая периодиче­ские осмотры, проверки, измерения и текущий ремонт, разрешается рабочим-электрикам, имеющим квалифика­ционную группу не ниже III. Во время осмотра цехового электрооборудования запрещается выполнять какие-ли­бо работы на этом оборудовании, за исключением работ, связанных с предупреждением аварии или несчастного случая. Также запрещается снимать ограждения токоведущих и вращающихся частей, касаться токоведущих частей и приближаться к ним на опасное расстояние. Де­журному электрику разрешается при необходимости от­крывать для осмотра дверцы распределительных шкафов, щитков, пусковых устройств и т. п., соблюдая при этом особую осторожность.

Смена сгоревших плавких вставок предохранителей, как правило, должна выполняться при снятом напряже­нии. Смену плавких вставок закрытых (пробочных, труб­чатых) предохранителей допускается производить под напряжением, но при отключенной нагрузке. Эта работа должна выполняться в электроустановках напряжением до 1000 В в диэлектрических перчатках и предохранительных очках, а в установках напряжением свыше 1000 В — при помощи изолирующих клещей и также в перчатках и очках.

Если цеховое электрооборудование было отключено по заявке эксплуатационного неэлектротехнического пер­сонала для каких-либо ремонтных работ, то последу­ющее его включение может быть произведено только по требованию лица, которым была дана заявка на отключение, или лица, сменившего его. Перед включением силовой электроустановки после ремонта дежурный электрик обязан ее осмотреть и убедиться в готовности элек­трооборудования к приему напряжения и предупредить рабочих о предстоящем включении.

Оперативные переключения в РУ подстанций про­мышленных предприятий производятся дежурным или оперативно-ремонтным персоналом по распоряжению или с ведома вышестоящего дежурного электротехнического персонала. Распоряжение о переключениях может рыть передано устно или по телефону с записью его в оперативном журнале. Только в случаях, не тер­пящих отлагательства (авария, пожар, несчастный случай), допускаются переключения без ведома вышестояще­го оперативного персонала, но с последующим его уве­домлением и записью выполненных операций в оперативном журнале.

Список лиц, имеющих право производить оперативные переключения, утверждается главным энергетиком предприятия. В РУ напряжением свыше 1000 В сложные опе­ративные переключения, производимые более чем на одном присоединении, должны выполняться двумя лицами. Одному лицу разрешается выполнять переключения только в электроустановках, оборудованных блокировками разъединителей, не допускающими их отключения под нагрузкой (при включенном выключателе). Одному дежурному разрешается также производить переключения в РУ напряжением до 1000 В.

Сложные переключения выполняются по специаль­ным бланкам переключении, куда записывают назначе­ние предполагаемых переключении, порядок операций |с коммутационными аппаратами и приборами, а также действия по проверке отсутствия или наличия напряже­ния, наложению переносных заземлений и т. п. Бланк заполняется дежурным, получившим распоряжение о переключениях (его подписывают оба участника пере­ключений). Во избежание ошибочного включения после ремонта или испытания необходимо включать установку только после приемки ее дежурным или оперативно-ре­монтным персоналом от ответственного руководителя ремонтных или наладочных работ.

Согласно требованиям Правил техники безопасности, работы, производимые в действующих электроустанов­ках, в отношении принятия мер безопасности разделяют­ся на следующие четыре категории:

1. Работы, выполняемые при полном снятии напря­жения, производимые в электроустановках, где со всех токоведущих частей (в том числе и вводов) снято напря­жение, нет незапертого входа в помещения, в которых разметены электроустановки, находящиеся под напря­жением (ревизия и очистка аппаратуры распредустройств, текущий ремонт силового трансформатора и т. п.).

2. Работы, выполняемые при частичном снятии на­пряжения, производимые в электроустановках в поме­щении, где снято напряжение только с тех присоедине­ний, па которых производится работа, или где напряже­ние полностью снято, но есть незапертый вход в помеще­ние соседней электроустановки, находящейся под напря­жением.

3. Работы, выполняемые без снятия напряжения вблизи токоведущих частей и на токоведущих частях электроустановок, находящихся под напряжением (с по­мощью специальных приспособлений и средств защиты)— вывешивание плакатов и надписей, замена перегоревших ламп, взятие пробы и доливка масла в баки трансфор­маторов и выключателей, уход за электрощетками и кол­лекторами работающих электрических машин, измере­ния токоизмерительными клещами и др.

4. Работы, выполняемые без снятия напряжения вдали от токоведущих частей, находящихся под напряже­нием, при которых исключены случайное прикосновение или приближение к токоведущим частям на опасное рас­стояние (чистка от пыли кожухов электрооборудования, ремонт и окраска стен электропомещений, уборка электро­помещений и др.).

До начала ремонтных или наладочных работ нербходимо вы полнить, технические и организационные меропри­ятия по обеспечению электробезопасности работающих.

Технические мероприятия:

   отключение ремонтируемого электрооборудования и принятие мер против ошибочного его обратного включения или самовключения;

   установка временные ограждений неотключенных токоведущих частей и вывешивание запрещающих плакатов «Не включать — работают люди», «Не включать — работа на линии» и др.;

   присоединение переносного заземления-закоротки к заземляющей шине стационарного заземляющего уст­ройства и проверка отсутствия напряжения на токоведущих частях, которые для безопасности производства работ подлежат замыканию накоротко и заземлению;

   наложение переносных заземлений на отключенные токоведущие части электроустановки сразу после проверки отсутствия напряжения или включение специальных заземляющих ножей разъединителей, имеющихся в РУ;

   ограждение рабочего места и вывешивание на нем разрешающего плаката «Работать здесь».

Перечисленные технические мероприятия выполняет (в указанной последовательности) допускающий к работе по разрешению лица, отдающего распоряжение на производство работ. Допускающим к работе в электроустановках может быть лицо из числа дежурного или оперативно-ремонтного персонала в электроустановках напряжением до 1000 В с квалификационной группой не ниже III, а в установках напряжением свыше 1000 В — с IV груп­пой.

Организационные мероприятия по обеспечению безопасного производства работ в электроустановках: оформление работы нарядом или распоряжением; оформ­ление в наряде допуска рабочих к работе; надзор во время работы; оформление в наряде перерывов в работе и переходов бригады на другое рабочее место; оформление в наряде окончания работ, закрытие наряда.

Оформление наряда требуется на те работы, которые производятся с полным или частичным снятием напряже­ния с ремонтируемой электроустановки, а также на рабо­ты, выполняемые без снятия напряжения вблизи или не­посредственно на токоведущих частях, находящихся под напряжением. Наряд—письменное задание на работу в электроустановке, оформленное на бланке установленной формы, где указываются место, время начала и окончания работы, условия ее безопасного проведения, со­став бригады и лиц, ответственных за безопасность работы. Наряд выписывается в двух экземплярах, из кото­рых один должен находиться у производителя работ, а другой — у дежурного персонала данной электроуста­новки. Срок действия наряда не должен превышать пяти дней. Срок хранения наряда — один месяц.

Другой вид задания на работу в электроустановках — распоряжение, оформленное в оперативном журнале. Право выдачи наряда или распоряжения на производ­ство работ в электроустановках предоставляется началь­нику электроцеха, начальнику службы эксплуатации, мастеру, уполномоченным на это распоряжением главного энергетика предприятия. Эти лица должны иметь квалификационную группу не ниже V в электроустанов­ках напряжением свыше 1000 В и не ниже IV — до 1000 В.

В порядке текущей эксплуатации могут производить­ся следующие виды работ:

работы без снятия напряжения с токоведущих частей вдали от токоведущих частей, находящихся под напряже­нием, продолжительностью не более одной смены;

при необходимости небольшие по объему работы про­должительностью до 1 ч с полным или частичным снятием напряжения и без снятия напряжения вблизи или на самых токоведущих частях, находящихся под напряжением;

некоторые виды работ в электроустановках напряже­нием до 1000 В с полным или частичным снятием напря­жения продолжительностью не более одной смены.

Учебно-войсковая задача

Возможны ли совместные защитные заземляющие устройства установок разных напряжений и почему?'

При формулировании ответа на поставленный вопрос мож­но указать следующее.

Защитные заземляющие устройства установок разных напря­жений (до 1000 В и выше) вследствие разных значений токов за­мыкания на землю, проходящих через них, оказываются под разными потенциалами; на заземленных частях установок на­пряжением до 1000 В возникающий потенциал не превышает нескольких десятков вольт, а на заземленных частях установок напряжением свыше 1000 В он может достигать нескольких кило­вольт. Это обстоятельство предполагает раздельное сооружение заземляющих устройств для установок разных напряжений.

Однако наличие в одном цехе или на одной площадке обору­дования разных напряжений вынуждает размещать заземля­ющие проводники разных заземляющих устройств по соседству либо на одних и тех же связанных конструкциях и т. п. Вслед­ствие этого в обычных условиях практически невозможно избе­жать непреднамеренных соединений между этими проводниками. В редких случаях, когда необходимая изоляция достигнута, возникает угроза поражения человека из-за возможности одно­временного прикосновения в аварийный период к двум предме­там, связанным с разными заземляющими устройствами и обла­дающими поэтому разными потенциалами. По указанным причи­нам заземляющие устройства установок разных напряжений. размещаемых на одной территории, выполняются совместно как единое целое.

Пример 9. Определить ток, проходящий через тело человека, коснувшегося зануленного корпуса в момент замыкания, и до­пустимое время срабатывания защиты.   Исходные данные: U_ф=220 В; R_п =R₀; Z_т® 0 (сопротивление обмо­ток трансформатора мало); R_h= 1000 Ом.

Решение. 1. Определяем ток, проходящий через тело человека при повторном заземлении нулевого провода:

Или

то есть

I_h= 220/3×1000 = 0,073 A» 73 мА.

2. Допустимое время срабатывания защиты по условиям без­опасности должно быть не более величины, определяемой выра­жением

t_{откл. доп} =50/ I_h =50/73 » 0,68 с.

3, Определяем для сравнения величину тока, проходящего через тело человека при отсутствии повторногозаземления (R_п = 0):

Чтобы обеспечить безопасность в этом случае, максимально допустимое время работы защиты должно быть в два раза мень­ше, то есть

t_{откл. доп} =50/146 = 0,34 с.