МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ________________________________________________________________ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ГЕОДЕЗИИ И КАРТОГРАФИИ (МИИГАиК) СБОРНИК ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ И ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ ПО УЧЕБНОМУ КУРСУ «БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ» Москва 2011 СОСТАВИТЕЛИ: Профессор Буров В.Н., профессор Малинников В.А., профессор Мельников А.А., профессор Садов А.В., доцент Кроличенко В.Ф., доцент Миронова Е.М., доцент Редькин Б.А., доцент Слёзкин Ю.Ф., доцент Топалов Л.В., доцент Егоров В.Н., доцент Кравец Е.А., доцент Подгорная Н.А., аспирант Кроличенко В.В. Сборник лабораторных работ и практических занятий по учебному курсу «Безопасность жизнедеятельности». Издательство: МИИГАиК. Под общей редакцией ректора МИИГАиК, доктора технических наук, профессора Малинникова В.А. Методический редактор: профессор кафедры Прикладной экологии и химии МИИГАиК, к.в.н., член-корр. РАЕН Буров В.Н. Рецензенты: Садов А.В. – профессор кафедры Прикладной экологии и химии МИИГАиК, доктор г-м. наук, академик РАЕН. Пушкин И.А. – заведующий кафедрой химии и материаловедения Академии гражданской защиты МЧС России, заслуженный деятель науки и техники, доктор технических наук, профессор, академик РАЕН. Утвержден Ученым Советом Московского государственного университета геодезии и картографии в качестве основного лабораторного практикума и учебного пособия для обучения студентов по курсу «Безопасность жизнедеятельности». Сборник лабораторных представляет работ и собой методические практических занятий указания по студентам учебному для курсу выполнения «Безопасность жизнедеятельности» с необходимым материалом по теоретическим основам изучаемых тем. Рекомендовано УМО по образованию в области геодезии и фотограмметрии в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки 120100 «Геодезия» для всех специальностей, 120200 «Фотограмметрия и дистанционное зондирование» для всех специальностей, учебное пособие Сборник лабораторных и практических занятий по курсу «Безопасность жизнедеятельности», авторы: коллектив кафедры ПЭиХ (МИИГАиК) -2- СОДЕРЖАНИЕ стр. 5 Введение Лабораторные работы по разделу: I. "ОХРАНА ТРУДА НА ПРОИВОДСТВЕ" Исследование параметров микроклимата производственного помещения Мельников А.А. 6 Расчет кратности воздухообмена в рабочем помещении Миронова Е.М. 23 Исследование эффективности и качества освещения Буров В.Н., Слёзкин Ю.Ф. 28 Измерение уровней шума Кравец Е.А. 40 Вибрация и способы защиты от нее Егоров В.Н. 54 Исследование защиты от теплового излучения Мельников А.А. 71 Исследование защиты от сверхвысокочастотного излучения Мельников А.А. 81 Анализ опасности поражения человека электрическим током напряжением до 1 кВ трехфазных сетей 95 Егоров В.Н. Оценка эффективности действия защитного заземления Редькин Б.А. 113 Оценка эффективности действия зануления Редькин Б.А. 124 -3- Практические занятия по разделу: II. "БЕЗОПАСНОСТЬ В ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЯХ" Оценка химической обстановки в зоне воздействия АХОВ после аварии на химически опасном объекте 136 Буров В.Н. Измерение радиоактивных излучений Садов А.В., Подгорная Н.А. 151 Оценка радиационной обстановки после аварии на АЭС Буров В.Н., Топалов Л.В. 170 Количественная оценка затекания аэрозолей в помещения через неплотности извне Буров В.Н. 178 Оценка последствий аварии на гидротехническом объекте Буров В.Н., Кроличенко В.В. 189 Методика определения риска Буров В.Н., Малинников В.А. 208 Ориентирование в пространстве и во времени Кроличенко В.Ф. 222 -4- ВВЕДЕНИЕ Уважаемые студенты! Курс учебной дисциплины «Безопасность жизнедеятельности» включает большой раздел практических и лабораторных занятий по освоению знаний и приобретению навыков по безопасным технологиям в профессиональной деятельности, в быту и повседневной жизни. Любые технологии, промышленные, бытовые, транспортные, научно-исследовательские и пр., несут в себе потенциальный риск негативного воздействия на здоровье человека. Причин тому много. Основные из них связаны с энергетическими и токсическими воздействиями в объемах превышающие защитные возможности организма к их безопасному восприятию. К числу таких энергетических воздействий относятся: электрический ток, ионизирующее излучение, электромагнитное излучение, световой поток, шум, вибрация, инфразвук и ультразвук, тепловое излучение, УКВ и СВЧ излучения. Каждый из них обладает определенными особенностями воздействия на организм человека, обусловленные физической природой этого явления и биологическим эффектом его воздействия. Устойчивая тенденция роста энергетического насыщения современных промышленных, бытовых и пр. технологий увеличивает риск производственных и бытовых травм, поражений, наступление раннего утомления, потери трудоспособности и приобретение инвалидности, а в отдельных случаях и возможность реализации летального исхода. В этих условиях повышается роль технического и методического обеспечения безопасных условий труда и быта, особенно на тех производствах, где применяются различные источники энергетических воздействий в объемах превышающие допустимые нормы воздействия их на организм. Безопасных технологий нет, каждая из них потенциально опасна. Сохранение здоровья человека в среде опасных явлений и факторов одна из главных составляющих задач безопасных условий трудовой деятельности человека и безопасных условий существования в быту и повседневной жизни. Знание физической природы опасных явлений и факторов, их особенностей негативного воздействия на организм позволяют выбрать оптимальные способы и методы защиты от их воздействия. Поэтому составной частью высшего образования является овладение знаниями и приобретение навыков безопасного обращения с различными источниками потенциальной опасности в различных условиях производственной деятельности, в быту и повседневной жизни. Эту задачу призван решать предлагаемый лабораторный практикум, который позволяет студентам в объеме типовой программы по БЖД овладеть необходимыми технологиями организации и обеспечения безопасных условий труда и быта, а также приобрести навыки в практическом их применении. -5- профессор Мельников А.А. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ МИКРОКЛИМАТА ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ПОМЕЩЕНИЯ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ Цель работы: 1. Изучить влияние параметров микроклимата на организм человека. 2. Изучить устройство и принцип действия приборов для контроля параметров микроклимата. 3. Освоить методику измерения параметров микроклимата. Учебные вопросы: 1. Измерение температуры помещения. 2. Определение влажности воздуха в помещении. 3. Определение скорости движения воздуха в помещении. Порядок выполнения работы: 1. Законспектировать основные положения по микроклиматическим условиям производственных помещений. 2. Ознакомиться с конструкциями приборов измерения. 3. Проверить работоспособность приборов измерения. 4. Измерить параметры микроклимата в помещениях (номера аудиторий, лабораторий или отделов университета, заданных преподавателем по списку). 5. Результаты измерений и выводы о состоянии микроклимата представить в отчете. -6- 1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ Микроклиматические условия производственных помещений – это климат внутренней среды этих помещений, который определяется действующими на организм человека сочетаниями температуры, относительной влажности, скорости движения воздуха и барометрическим давлением. Указанные параметры воздушной среды оказывают значительное влияние на самочувствие человека, производительность его труда и является важной характеристикой санитарно-гигиенических условий труда. Человек постоянно находится в процессе теплового взаимодействия с окружающей средой. Для нормального протекания физиологических процессов в организме человека необходимо, чтобы выделяемое организмом тепло отводилось в окружающую среду. Соответствие между количеством этого тепла и охлаждающей способностью среды, характеризует ее, как комфортную. В условиях комфорта у человека не возникает беспокоящих его тепловых ощущений – холода или перегрева. Величина тепловыделения организмом человека зависит от степени физического напряжения в определенных микроклиматических условиях от 300 кДж/ч (состояние покоя) до 1700 кДж/ч (тяжелая работа). Отдача же тепла организмом человека в окружающую среду происходит посредством теплопроводности через одежду, конвекцию в результате омывания воздухом тела человека, излучения в окружающую среду, испарения влаги с поверхности кожи (потовыделение). Часть тепла расходуется на нагрев выдыхаемого воздуха. Нормальное тепловое самочувствие, соответствующее данному виду работы, обеспечивается только при соблюдении теплового баланса выделяемого и отводимого тепла, благодаря чему температура внутренних органов остается постоянной (около 36,6º С). Эта способность человеческого организма поддерживать постоянной температуру тела при изменениях параметров микроклимата и при выполнении различной по тяжести работы называется терморегуляцией. Терморегуляция организма может быть физической и химической. В случае физической терморегуляции теплоотдача происходит за счет конвекции (температура тела выше температуры воздуха), излучения, потовыделения. Химическая терморегуляция вызывает изменение веществ и в зависимости от температуры сопровождается повышением или понижением уровня тепловыделения. Количество тепла, отдаваемое организмом человека каждым путем, во многом зависит от величины того или иного параметра микроклимата. Так при нормальных условиях (температура -7- воздуха 18-25ºС) около 77,5% тепла выделяется организмом через кожу благодаря конвекции и около 2% тепла теряется за счет потовыделения. При температуре воздуха выше 30ºС отдача тепла потовыделением резко возрастает, а начиная с 35-40ºС происходит исключительно этим путем. При этом организм теряет определенное количество влаги, а вместе с ней и солей, играющих важную роль в его жизнедеятельности. По этой причине в горячих цехах рабочим дают подсоленную воду. Существенное влияние на терморегуляцию организма оказывает влажность воздуха. Повышенная влажность (более 85%) затрудняет терморегуляцию вследствие снижения испарения пота, а слишком низкая влажность (менее 20%) вызывает пересыхание слизистых оболочек дыхательных путей. Нормальная величина относительной влажности составляет 5060%. Движение воздуха в помещениях является важным фактором, влияющим на самочувствие человека. В жарком помещении движение воздуха способствует увеличению отдачи тепла организмом и улучшает его состояние, но оказывает неблагоприятное воздействие при низкой температуре воздуха в холодное время года. Минимальная скорость движения воздуха, ощущаемая человеком, составляет 0,2 м/c. В зимнее время года скорость движения воздуха на рабочем месте не должна превышать 0,3-0,5м/с, а летом 0,5-1м/с. Барометрическое давление влияет на парциональное давление основных компонентов воздуха – кислорода и азота, а следовательно, и на процесс дыхания. Жизнедеятельность организма человека может проходить в довольно широком диапазоне давлений – 730-1260 гПа. Однако при этом необходимо учитывать, что для здоровья человека опасно быстрое изменение давления, а не сама его величина. Для исключения вредного влияния микроклиматических условий на организм человека и создания нормальных условий труда, параметры воздушной среды должны соответствовать ГОСТу 12.1.005-76 "Воздух рабочей зоны". Этот ГОСТ устанавливает оптимальные и допустимые микроклиматические условия для рабочей зоны помещения в зависимости от времени года, категории выполняемых работ и характеристики помещения по теплоизбыткам. Оптимальные микроклиматические условия – сочетание параметров микроклимата, которые при длительном и систематическом воздействии на человека обеспечивают сохранение нормального функционирования и теплового состояния организма без напряжения реакций терморегуляции. Они обеспечивают ощущение теплового комфорта и создают предпосылки для высокого уровня работоспособности. -8- Допустимые микроклиматические условия – сочетание параметров микроклимата, которые при длительном воздействии на человека могут вызывать приходящие и быстро нормализующиеся изменения функционального и теплового состояния организма и напряжение реакций терморегуляции, не выходящие за пределы физиологических приспособительских возможностей. При этом не возникает повреждений или нарушений состояния здоровья, но могут наблюдаться дискомфортные теплоощущения, ухудшение самочувствия и понижение работоспособности. 2. ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ВОЗДУХА Измерение температуры воздуха в производственных помещениях обычно сочетается с определением его относительной влажности и производится по сухому термометру психрометра. Когда не требуется одновременное определение температуры и влажности воздуха или когда температура воздуха превышает пределы шкалы психрометра (45-50ºС), используется обычный ртутный термометр со шкалой до 100ºС. Для непрерывной записи температуры в течение суток (недели) используются термографы (рис. 1). Рис. 1 Термограф А – трубка наполненная толуолом; Б – стрелка с пером; В – вращающийся барабан Термограф состоит из плоской металлической трубки, наполненной толуолом. Один конец трубки закреплен неподвижно, второй при помощи системы рычагов связан с первым, заполненным невысыхающими чернилами. Перо соприкасается с диаграммной лентой, надетой на вращающийся барабан. При колебаниях температуры объем толуола изменяется, благодаря чему изменяется изогнутость трубки. В другом варианте конструкции термографа датчик температуры может состоять из биметаллической пластинки. Спаянные между собой полоски -9- металлов имеют различные коэффициенты линейного расширения, поэтому при колебаниях температуры изменяется радиус кривизны. Эти изменения кривизны регистрируются на ленте барабана. В зависимости от скорости вращения барабана можно получить непрерывную запись температуры в течение суток (недели). При наличии заметных тепловых излучений применяется парный термометр, состоящий из двух ртутных термометров, укрепленных на общей стойке. У одного из них резервуар посеребрен и отражает тепловые лучи, у другого – зачернен и поглощает световые лучи. Истинное значение температуры определяют в этом случае по формуле: t ист t пос к(t зач t пос ) ºС, где: tпос, tзач – показания посеребренного и зачерненного термометров, ºС; к – градуированный фактор прибора, определяемый при его изготовлении (к=0,1 - 0,12). 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУХА Различают абсолютную и максимальную влажности. Абсолютная влажность – упругость и весовое количество (в миллиграммах) водяного пара, находящегося в 1 м3 воздуха в момент исследования. Максимальная влажность – упругость или вес водяных паров, которые могут насытить 1 м3 воздуха при данной температуре. Относительная влажность – отношение упругости или веса водяных паров в 1 м3 воздуха к упругости или весу насыщенных водяных паров 1 м3 при данной температуре и давлении или отношение абсолютной влажности к максимальной. Выражается в процентах. При оценке состояния воздушной среды в производственных помещениях обычно определяется только относительная влажность воздуха. Относительную влажность воздуха определяют при помощи психрометра Августа или аспирационного психрометра Ассмана. Психрометр Августа (рис. 2) состоит из двух одинаковых ртутных термометров: сухого и влажного. Резервуар влажного термометра обернут гигроскопической тканью, конец которой спущен в стаканчик с дистиллированной водой. Вследствие испарения влаги он показывает белее низкую температуру, чем сухой. По разности показаний сухого и влажного термометров находят относительную влажность воздуха в процентах по психрометрической таблице 1. - 10 - Для более точных замеров влажности воздуха используют аспирационный психрометр (рис. 3), так как его конструкция исключает влияние, связанное с неравномерной скоростью движения воздуха и воздействие теплового облучения. Аспирационный психрометр состоит из двух одинаковых ртутных термометров Б, закрепленных в специальной оправе. Резервуар одного из них обернут батистом, смачиваемым перед работой дистиллированной водой при помощи пипетки Д. Шкала каждого термометра разделена на градусы с ценой деления 0,2ºС; рабочая часть термометров позволяет применять их при температурах от -30ºС до +50ºС. Резервуары термометров помещены в двойную трубчатую защиту А с воздушной подслойкой. Трубки соединены с трубой главного воздуховода, а последний с аспиратором В. Аспиратор состоит из вентилятора, приводимого во вращение электродвигателем. Вентилятор психрометра обеспечивает равномерное просасывание воздуха, который, обтекая резервуары обеих термометров, проходит по главному воздуховоду и выбрасывается через отверстия. Относительную влажность определяют по таблице 2. Аспирационный психрометр одновременно используется и для измерения температуры воздуха (по показаниям сухого термометра), благодаря его защите от теплового излучения. Для непосредственного определения относительной влажности воздуха служит волосяной гигрометр (рис. 4). Принцип его работы основан на свойстве обезжиренного человеческого волоса изменять свою длину в зависимости от влажности воздуха. Прибор представляет собой металлическую рамку, посередине которой в вертикальном направлении протянут волос. Верхний конец волоса закреплен в ходовом винте установочного устройства, нижний конец в полукольце жестко связан с осью стрелки. Изменение длины волоса передается стрелке, которая, перемещаясь вдоль шкалы, указывает процент относительной влажности воздуха. Если необходимо постоянное наблюдение за изменениями относительной влажности воздуха, то применяют гигрограф (рис. 5). Датчик влажности состоит из пучка (35-40 шт.) обезжиренных человеческих волос, натянутых на рамку и закрепленных с обоих концов. При изменении относительной влажности воздуха увеличивается или уменьшается длина пучка волос. Эти колебания с помощью передаточного механизма вызывает перемещение стрелки с пером по диаграммной ленте. Реагирующая часть прибора, такая же, как у термографа (рис.1). При использовании гигрографа для определения относительной влажности воздуха необходимо показания его периодически контролировать по психрометру. - 11 - Рис. 2. Психрометр Августа Рис. 3. Аспирационный психрометр А – металлические трубки, в которых помещены резервуары; Б – термометры; В – аспиратор; Г – предохранитель от ветра; Д – пипетка для смачивания влажного термометра - 12 - Рис. 4. Гигрометр Рис. 5. Гигрограф а – пучок волос; б – стрелка с пером; в – вращающийся барабан - 13 - Таблица 1 Таблица для определения влажности воздуха по показаниям психрометра Августа при скорости движения воздуха 0,2 м/c Показания сухого Показания влажного термометра, С термометра С 12 5,3 5,7 6,0 6,4 6,8 7,2 7,6 8,0 8,4 8,7 9,1 9,5 9,9 10,3 10,7 11,0 11,3 11,7 12,0 13 5,9 6,4 6,8 7,2 7,6 80 8,4 8,8 9,2 9,6 10,0 10,4 10,8 11,1 11,5 11,8 11,2 12,6 13,0 14 6,6 7,1 7,5 8,0 8,4 8,8 9,2 9,7 10,1 10,5 10,9 11,3 11,7 12,1 12,5 12,8 12,2 13,6 14,0 15 7,3 7,8 8,2 8,7 9,2 9,6 10,0 10,5 10,9 11,4 11,8 12,2 12,6 13,0 13,4 13,8 13,2 14,6 15,0 16 8,0 8,5 9,0 9,4 9,9 10,3 10,8 11,3 11,8 12,2 12,6 13,1 13,5 14,0 14,4 14,8 14,2 15,6 16,0 17 8,6 9,1 9,7 10,2 10,7 11,2 11,6 12,1 12,6 13,0 13,5 13,9 14,4 14,9 15,3 15,8 15,2 16,6 17,0 18 9,3 9,9 10,4 10,9 11,4 11,9 12,4 12,9 13,4 13,9 14,4 14,8 15,3 15,7 16,2 16,6 16,2 17,5 18,0 19 10,0 10,6 11,1 11,7 12,2 12,7 13,2 13,8 14,8 14,8 15,3 15,7 16,2 16,7 17,2 17,6 17,1 18,5 19,0 20 10,6 11,2 11,8 12,4 12,9 13,4 14,0 14,5 15,1 15,6 16,1 16,6 17,1 17,6 18,1 18,5 18,1 19,5 20,0 21 11,2 11,9 12,6 13,1 13,6 14,2 14,8 15,3 15,9 16,5 17,1 17,5 18,0 18,6 19,1 19,5 19,0 20,5 21,0 22 11,8 12,5 13,2 13,8 14,4 15,0 15,6 16,1 16,7 17,3 17,9 18,4 18,9 19,5 20,0 20,5 20,0 21,5 22,0 23 12,5 13,1 13,8 14,4 15,1 15,7 16,4 17,0 17,6 18,2 18,8 19,3 19,8 20,4 20,9 21,5 22,0 22,5 23,0 24 13,1 13,8 14,5 15,2 15,9 16,5 17,1 17,8 18,4 19,0 19,6 20,1 20,7 21,3 21,9 22,4 23,0 22,5 24,0 25 13,7 14,5 15,2 15,9 16,6 17,2 17,0 18,5 19,2 19,8 20,5 20,2 21,7 22,2 22,8 23,3 23,9 23,5 25,0 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 Относительная влажность % - 14 - Таблица 2 Разность показаний сухого и влажного термометров, С Показания Разность показаний сухого и влажного термометров, С влажного термометра, С 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9 9,5 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 0 100 90 81 73 64 57 50 43 36 31 26 20 16 11 7 3 1 100 90 82 74 66 59 52 45 39 33 29 23 19 16 11 7 2 100 90 83 75 67 61 54 47 42 35 31 26 23 18 14 10 3 100 90 83 76 69 63 56 49 44 39 34 29 25 21 17 13 10 4 100 91 84 77 70 64 57 51 46 41 36 32 28 24 20 16 14 11 5 100 91 85 78 72 65 59 54 48 43 39 34 30 27 23 19 17 13 10 6 100 92 85 78 72 66 616 56 50 45 41 35 33 29 25 22 19 16 13 10 7 100 92 86 79 73 67 62 57 52 47 43 39 35 31 28 25 22 18 15 12 10 8 100 93 86 80 74 68 63 58 54 49 45 41 37 33 30 27 25 21 18 15 14 9 100 93 86 81 75 70 65 60 55 51 47 43 39 35 32 29 27 24 21 18 17 10 100 94 87 82 76 71 66 61 57 53 48 45 41 38 34 31 28 26 23 21 19 11 100 94 88 82 77 72 67 62 58 55 50 47 43 40 36 33 30 28 25 23 20 12 100 94 88 82 78 73 68 63 59 56 52 48 44 42 38 35 32 30 27 25 22 13 100 94 88 83 78 73 68 63 59 57 53 50 45 43 40 37 34 32 29 27 24 14 100 94 89 83 79 74 70 66 62 58 54 51 47 45 41 39 36 34 31 29 26 15 100 94 89 84 80 75 71 67 63 59 55 62 49 46 43 41 37 35 33 31 28 16 100 95 90 84 80 75 72 67 64 60 57 53 50 48 44 42 39 37 34 32 30 17 100 95 90 84 81 76 73 68 65 61 58 54 52 49 46 44 40 39 36 34 31 18 100 95 90 85 81 76 74 69 66 62 59 56 53 50 47 45 42 40 37 35 33 - 15 - Продолжение табл. 2 Показания Разность показаний сухого и влажного термометров, С влажного термометра, С 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9 9,5 10 19 100 95 91 85 82 77 74 70 66 63 60 57 54 51 48 46 43 41 39 37 34 20 100 95 95 91 86 82 78 75 71 67 64 61 58 55 53 49 47 44 43 40 38 21 100 95 91 86 83 79 75 71 68 65 62 59 56 54 51 49 46 44 41 39 37 22 100 95 91 87 83 79 76 72 69 65 63 60 57 55 52 50 47 45 42 40 38 23 100 96 91 87 83 80 76 72 69 66 63 62 58 56 53 51 48 46 43 41 39 24 100 96 92 88 84 80 77 73 70 67 64 62 59 56 53 52 49 47 44 42 40 25 100 96 92 88 84 81 77 74 70 68 65 63 59 58 54 52 50 47 45 44 42 26 100 96 92 88 85 81 78 75 72 69 66 63 61 58 56 53 51 49 47 45 43 27 100 96 92 89 85 82 78 75 72 69 67 64 61 59 56 54 52 50 48 46 44 28 100 96 92 89 85 82 79 76 73 70 67 65 62 60 57 55 53 51 49 47 45 29 100 96 93 89 86 82 79 76 73 70 68 65 63 60 58 55 54 52 50 48 46 30 100 96 93 89 86 83 79 76 74 71 68 65 63 61 58 55 54 52 50 48 46 31 100 96 93 89 86 83 79 76 74 71 68 65 63 61 58 55 54 52 50 49 48 32 100 96 93 89 86 83 79 76 74 71 68 65 67 61 59 57 55 53 51 50 48 33 100 96 93 89 86 83 79 76 74 71 68 66 64 62 60 58 56 54 52 50 49 34 100 96 93 89 86 83 79 76 74 71 69 67 65 63 61 59 57 55 53 51 50 35 100 96 93 89 86 83 79 76 74 72 70 68 66 64 62 60 58 56 54 52 50 - 16 - 4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ ВОЗДУХА Определение скорости движения воздуха, превышающей 1 м/c, производят с помощью анемометров. Малые скорости движения воздуха (до 1 м/с) определяют с помощью кататермометров и электроанемометров. В производственных помещениях допустимая скорость движения воздуха 0,5 - 1 м/с, в жилых – 0,1 - 0,3м/с. Чашечный анемометр (рис. 6). Прибор используют при метеорологических наблюдениях в свободной атмосфере для определения движения воздуха от 1 до 50 м/с. В верхней части его имеется четыре полых полушария, закрепленных на крестовине, которая с помощью оси контактирует посредством зубчатой передачи со счетчиком оборотов. Под влиянием давления на полушария движущегося воздуха начинает вращаться ось. Каждый оборот передается на зубчатые колеса, оси которых снабжены стрелками и выведены на поверхность коробки. Большая стрелка движется по циферблату, разделенному на 100 частей. Каждая маленькая стрелка движется по циферблату, разделенному на 10 частей, и показывает величины, в 10 раз большей предшествующей. Каждое деление циферблата первой маленькой стрелки соответствует 100, второй – 1000, третьей – 10000 и т.д. Для включения или выключения счетчика оборотов сбоку циферблата имеется небольшая петля-рычажок. Перед наблюдением большую стрелку устанавливают на нуле и записывают показания стрелок. Затем поворачивают прибор циферблатом к исследователю, дают чашечкам вращаться вхолостую 1-2 минуты и включают счетчик оборотов. Наблюдения производят в течение 10 минут, после чего счетчик выключают и записывают показания. Разницу в показаниях прибора делят на количество секунд работы анемометра и умножают на поправку, указанную в прилагаемом к прибору паспорте, или пересчитывают на тарировочной кривой анемометра. - 17 - Рис. 6. Чашечный анемометр Ручной крыльчатый анемометр (рис. 7). Прибор более чувствителен и пригоден для определения скорости движения воздуха в пределах от 0,3 до 5 м/с. В крыльчатом анемометре вместо полушарий имеются легкие алюминиевые крылья, заключенные в широкое металлическое кольцо. Перед определением скорости движения воздуха записывают начальное показание счетчика, устанавливают анемометр в воздушном потоке и через 10-15 секунд включают одновременно механизм прибора и секундомер. Определение скорости движения воздуха в течение 1-2 минут. Среднее количество делений, приходящихся на одну секунду, находят делением разности конечного и начального показаний счетчика на время измерения в секундах. К прибору прилагается два графика, с помощью которых определяют скорость воздушного потока в метрах в секунду. Ручной крыльчатый анемометр не следует использовать для измерения скорости движения воздуха выше 5 м/с. - 18 - Рис. 7. Ручной крыльчатый анемометр Анемометр цифровой переносной АП1М (рис. 8). Предназначен для измерения средней скорости направленного воздушного потока и средней скорости ветра. Область применения – метеорология, строительство, пищевая промышленность, а также промсанитария. Анемометр соответствует исполнению УХЛ категории 4 по ГОСТ 15150, но для работы при температуре воздуха: - Для первичных измерительных преобразователей: от минус 10 до плюс 50 °С в диапазоне 0,3 - 5 м/с и от минус 30 до плюс 50 °С в диапазоне 1 – 20 м/с. - Для пульта измерительного цифрового: от минус 10 до плюс 50 °С. Относительная влажность воздуха 45-80% при температуре (25±10) °С. Время непрерывной работы анемометра при отрицательных температурах до минус 30 °С не более 1 часа. Питание анемометра осуществляется от аккумуляторной батареи напряжением 5 -1В. Потребляемая мощность 0,1 ВА. Анемометр состоит из пульта измерительного цифрового АП1М, первичного измерительного преобразователя АП1М1 (далее ПИП 1) и блока питания. Технические характеристики анемометра представлены в таблице 3. Таблица 3 Технические характеристики анемометра АП1М1 Наименование характеристики Диапазон измерения средней скорости направленного воздушного потока, средней скорости воздушного потока, средней скорости ветра Чувствительность, не более Основная погрешность Время измерения Время индикации Примечание: V – измеряемая средняя скорость в м/с - 19 - Един. измер. При работе ПИП1 м/с 0,3-5 м/с 0,2 м/с ±(0,1+0,05V) с с 5 3 Устройство и принцип работы. Анемометр цифровой переносной АП1М состоит из следующих составных частей: ПИП1; пульт измерительный цифровой АП1М; блок питания (рис. 8). Рис. 8. Анемометр цифровой переносной АП1М ПИП1 имеет крыльчатый ветроприемник, размещенный на полой оси и вращающийся на струне. Принцип работы чувствительного элемента анемометра заключается в преобразовании скорости воздушного потока, вращающегося ветроприемник, в число импульсов и индикации скорости в м/с на пульте АП1М. На полой оси ветроприемника закреплен обтюратор – диск с прорезями, который во время вращения преобразует световой оптронной пары в импульсы прямоугольной формы с частотой, пропорциональной скорости вращения ветроприемника. Импульсы с фотодиода усиливаются микросхемой и поступают через разъем на пульт измерительный цифровой. Элементы преобразователя – транзисторы, фотодиоды, светодиоды, резисторы и микросхема расположены на унифицированной печатной плате, устанавливаемой в ПИП1. Несущая конструкция ПИП1 состоит из защитного кольца, предохраняющего ветроприемник от механических повреждений и исключающее влияние боковых составляющих скорости воздушного потока. Ось ветроприемника входит в корпус, в котором размещены обтюратор и плата преобразователя скорости воздушного потока в прямоугольные импульсы. Соединение ПИП1 с измерительным цифровым пультом осуществляется с помощью трехпроводного кабеля в винилхлоридной трубке через разъем. На защитном кольце имеется шпилька с резьбой для установки держателя. Порядок работы. Измерительный цифровой пульт и первичный измерительный преобразователь ПИП2, соединить друг с другом через разъем. В случае необходимости установить первичный измерительный преобразователь - 20 - на штангу, проверить равномерность вращения ветроприемника, включить пульт, через 5 с на табло должно появиться некоторое значение скорости воздушного потока. После этого анемометр устанавливают вертикально в измеряемом воздушном потоке. Значение скорости воздушного потока индицируется через 5 с в течение 3 с. Первый отсчет показаний анемометра производить через 30 с. При скорости воздушного потока менее 5 м/с измерения производить с помощью ПИП1. Для этого необходимо отсоединить ПИП2 и присоединить ПИП1, соблюдая меры предосторожности. После этого ПИП1 установить в воздушном потоке ветроприемником навстречу потоку (осью крыльчатки вдоль направления потока). Значение скорости воздушного потока инициируется через 5 с в течение 3 с. После проведения необходимого числа измерений выключить напряжение питания, разобрать анемометр и уложить его в укладочную коробку. Термоанемометр ЭА-2М (рис. 9). С помощью этого прибора можно определить скорость движения воздуха в пределах от 0,3 до 5 м/с, и его температуру от 10 до 60С. Принцип работы прибора основан на охлаждении движущимся воздухом полупроводникового микротермосопротивления. Перед измерением прибор устанавливают горизонтально, присоединяют к нему датчик и подключают прибор к сети; он может работать и автономно на батареях. Для измерения скорости движения воздуха переключатель 5 ставят в положение "А", переключатель 6 – в положение "Контроль", переключатель 2 – в положение "НП" (наружный источник питания) или "ВП" (внутренний источник питания). Вращением ручки 7 устанавливают стрелку гальванометра на максимальное деление шкалы, переключатель 6 становят в положение "Измерение". Производят отсчет показаний гальванометра и по графику определяют скорость движения воздуха. 1 – гальванометр; 2 – переключатель питания; 3 – клеммы для включения прибора в сеть; 5 – переключатель для измерения температуры или скорости воздуха; 6 – переключатель "измерение-контроль"; 7 – ручка регулировки напряжения; 8 – датчик (микротермосопротивление); 10 – защитный футляр датчика Рис. 9. Термоанемометр ЭА-2М - 21 - 5. ОТЧЕТ О РЕЗУЛЬТАТАХ ИССЛЕДОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ МИКРОКЛИМАТА ПОМЕЩЕНИЙ 1. Произвести расчет всех измеренных параметров микроклимата и занести данные в протоколы. 2. Сделать выводы о параметрах микроклимата в помещениях университетах и сравнить их с требованиями ГОСТа. Протокол измерения относительности влажности воздуха № аудиторий, лабораторий и производственных помещений Показания термометров аспирационного психрометра Сухого С Относительная влажность Влажного С 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Протокол измерения скорости движения воздуха № аудиторий, лабораторий и производственных помещений Показания анемометра начальное конечное Число делений счетчика за 1 секунду 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 - 22 - Среднее число делений за 1 секунду Скорость движения воздуха по тарировочной кривой доцент Миронова Е.М. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА РАСЧЕТ КРАТНОСТИ ВОЗДУХООБМЕНА В ПОМЕЩЕНИИ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ Цель работы: Ознакомиться с понятием кратности воздухообмена в помещениях и приобрести практические навыки по расчету этой метеорологической величины. Учебные вопросы: 1. Определение кратности воздухообмена в помещении, осуществляемого путем естественной аэрации. 2. Расчет площади открытой фрамуги, через которую поступает атмосферный воздух в помещение, необходимой для достижения заданной кратности воздухообмена. 3. Определение времени проветривания помещения при периодическом открывании фрамуги известной площади. Порядок выполнения работы: 1. Изучить методику определения кратности воздухообмена помещения. 2. Получить у преподавателя задание на проведение расчетов. 3. Провести расчеты по определению кратности воздухообмена, площади сечения на воздухообмен и времени воздухообмена. 1. КРАТНОСТЬ ВОЗДУХООБМЕНА В ПОМЕЩЕНИИ Воздухообменом называют замену загрязненного воздуха чистым. Воздухообмен делят на естественный и искусственный. Естественный происходит вследствие разности и перепада давления воздуха внутри помещения и снаружи. Осуществляется он с помощью периодического открывания форточек, фрамуг, окон (аэрация), а также через щели стен, окон, двери (инфильтрация). Искусственный воздухообмен осуществляется путем использования различных систем механической вентиляции и кондиционирования. - 23 - Кратность воздухообмена определяет, сколько раз в час необходимо менять весь воздух помещения, чтобы очистить его до предела допустимой концентрации загрязнения (ПДК). Кратность воздухообмена N задается формулой: V раз в 1 час. (1) W где: V(м3/ч) – необходимое количество чистого воздуха, поступающего в помещение в N течение 1 часа; W(м3) – объем помещения. Путем естественной аэрации обычно достигают трех – четырехкратного воздухообмена, а при необходимости большей кратности прибегают к механической вентиляции. Объем чистого приточного воздуха, который должен разбавлять вредные газы до предельно допустимой концентрации, определяется по формуле: B м3/ч, (2) B 0 где: В – количество вредного вещества (газа), поступающего в помещение в 1 час, мг/ч; V ρВ - ПДК вредного вещества в воздухе рабочего помещения, мг/м3; ρ0 – концентрация того же вредного вещества в приточном наружном воздухе, мг/м3. Количество вредных газов В, находящихся в воздухе рабочего помещения, можно определить несколькими способами: а) Измерением концентрации газа на единицу объема b с помощью газоанализатора. Тогда количество вредного вещества определяется по формуле: B = a∙b∙W мг/ч, где: а – коэффициент инфильтрации (для камеральных цехов а=1, для гаражей а=2); b – концентрация вредного вещества в воздухе (мг/м3 в 1 час); W (м3) – кубатура рабочего помещения. б) Определением расхода вредного вещества всеми работающими за смену (8 часов) в одном рабочем помещении i bп мг/ч, B 8 где bп – количество материала, содержащего вредное вещество, расходуемое всеми работающими в данном помещении, мг. в) С учетом выделения углекислого газа (СО2) в процессе дыхания человека в объеме 22,6 литров в 1 час. Тогда В=22,6∙n л/ч, где: n – число работающих в помещении. - 24 - 2. УСЛОВИЯ ДОСТИЖЕНИЯ ТРЕБУЕМОЙ КРАТНОСТИ ВОЗДУХООБМЕНА ПУТЕМ ЕСТЕСТВЕННОЙ АЭРАЦИИ Величина потока воздуха Q, проникающего внутрь помещения в результате перепада давлений, определяется формулой: где: α = 0,6 0,7 - Q S a1 u12 a 2 u 22 , м3/с, коэффициент, учитывающий расход (3) воздуха через фрамугу применительно к зданиям промышленного и городского типа; S (м2) – суммарная площадь сечений, через которые поступает воздух в помещение; u1 (м/с) – скорость ветра с наветренной стороны здания; а1 – соответствующий аэродинамический коэффициент, зависящий от формы и конструкционных особенностей здания, a1 0,7 0,8 ; u2 (м/с) – скорость ветра с подветренной стороны, для средних условий u 2 u1 2 а2 – соответствующий аэродинамический коэффициент, а2 0,2 0,3 ; Для обеспечения заданной кратности воздухообмена N требуется выполнение условия: V = 3600Q (4), где коэффициент 3600 появился в результате перевода часа в секунды. Согласно (1), (3), условие (4) можно переписать в виде: N W 3600 S a1 u12 a2 u 22 , откуда N W S , м2 (5) 3600 a1 u a2 u Формула (5) позволяет рассчитать площадь открытой фрамуги, необходимую для 2 1 2 2 достижения данной кратности воздухообмена N в помещении объема W. Предполагается, что чистый воздух поступает в помещение через сечение S непрерывно в течение всего рабочего дня. Во избежание сквозняков, а также в холодное время года аэрацию помещения осуществляют с помощью периодического открывания фрамуг. В этом случае кратность воздухообмена показывает, сколько раз в 1 час необходимо проветривать помещение. Время проветривания t можно определить из условия: W = Q∙t, Откуда t W S1 a1u12 a2 u 22 В формуле (6) площадь S1 считать известной. - 25 - ,с (6) 3. ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА ВОЗДУХООБМЕНА Задача 1. Определить кратность воздухообмена производственного помещения высотой h= 3,5 м, в котором работают 20 человек, на каждого человека приходится 4,5 м2 площади. Загрязнение воздуха происходит за счет выдыхаемого углекислого газа. Принудительная вентиляция отсутствует. Решение. Количество вредного вещества В, поступающего в помещение в 1 час, задается формулой: B = 22,6∙n (л/ч) Предельно допустимая концентрация СО2 составляет 0,1 % или ρВ = 1 л/м3. В атмосферном воздухе углекислого газа содержится 0,035 %, т. е. ρо = 0,35 л/м3. Тогда объем чистого воздуха V, необходимого для n человек, согласно формуле (2), составит: 22,6 n 34,8 n м3/ч 1 0,35 Кратность воздухообмена определяется по формуле (1): 34,8 n N раз в 1 час W Для рассматриваемого производственного помещения n = 20 человек, объем W 4,5 n h 4,5 20 3,5 315м3 . Согласно формуле (7): 34,8 20 2,2 раза в 1 час. N= 315 Следовательно, если 3 раза в 1 час производить замену загрязненного воздуха V помещения чистым воздухом, концентрация углекислого газа в помещении будет ниже предельно допустимой. Ответ: N = 3. Задача 2. Определить площадь сечения S, через которую в помещение поступает чистый воздух, для обеспечения кратности воздухообмена N = 3 в помещении объемом W 315м3 . Скорости ветра с наветренной и подветренной сторон и соответствующие коэффициенты заданы: u1 = 5 м/с; а 1 = 0,8; u2 = 2,5 м/с; а 2 = 0,3; α = 0,7. Решение. Воспользуемся формулой (5): 3 315 0,1м 2 3600 0,7 0,8 25 0,3 6,25 Следовательно, аэрацию рабочего помещения можно осуществлять с помощью S открытой в течение всего рабочего дня форточки, площадью S=50 см * 20 см - 26 - Ответ: S = 0,1 м2 Задача 3. Определить время проветривания помещения объемом W 315м3 , необходимое для полной замены загрязненного воздуха чистым, считая площадь открытой фрамуги известной: S1=1м2;u1 = 5 м/с; а 1 = 0,8; u2 = 2,5 м/с; а 2 = 0,3; α = 0,7. Решение. Воспользуемся формулой (6): 315 t 105,7c 0,7 0,8 25 0,3 6,25 Следовательно, достаточно двух минут, чтобы полностью проветрить помещение данного объема. Ответ: t = 106 с. Вывод. Аэрацию помещения, объемом 315 м3, где работают 20 человек, можно осуществлять с помощью постоянно открытой форточки, площадью 0,1 м2. Возможно также периодическое, через каждые 20 минут, проветривание помещения с помощью открывания на 2 минуты фрамуги, площадью 1 м2. 4. КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ СТУДЕНТАМ В помещении, объемом W, работает n человек. 1% помещения занят мебелью и производственным оборудованием. Определить воздухообмен помещения в результате естественной аэрации, считая загрязнителем воздуха углекислый газ, образующийся при дыхании людей. 1. Рассчитать кратность воздухообмена N помещения. 2. Определить площадь S открытой на протяжении всего рабочего дня фрамуги, обеспечивающей данную кратность воздухообмена N. 3. Определить время t проветривания помещения при открывании N раз в 1 час фрамуги, площадью S1(S1>S). Исходные данные для выполнения задания выдаются преподавателем. - 27 - периодическом профессор Буров В.Н. доцент Слёзкин Ю.Ф. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ И КАЧЕСТВА ОСВЕЩЕНИЯ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ Цель работы: 1. Изучить количественные и качественные характеристики производственного освещения. 2. Оценить влияние типа светильника и цветовой отделки интерьера производственного помещения на освещенность и коэффициент использования светового потока. 3. Получить навыки в проведении исследования производственного освещения и освещенности рабочей поверхности. Учебные вопросы: 1. Измерение освещенности рабочей поверхности производственного помещения. 2. Расчет среднего значения освещенности при различной окраске стен производственного помещения. 3. Вычисление коэффициента использования осветительной установки производственного помещения. Порядок выполнения работы: 1. Изучить методические указания измерительной системы и люксметр. 2. Получить у преподавателя задание на проведение измерительных работ. 3. Произвести измерения и их анализ и выводы. Результаты работы представить в отчете. - 28 - 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Рациональное освещение производственных помещений и рабочих мест - одно из важнейших условий создания благоприятных и безопасных условий труда. Из общего объема информации человек получает через зрительный аппарат около 80%. Качество получаемой информации во многом зависит от освещения: неудовлетворительное освещение не только утомляет зрение, но и вызывает утомление организма в целом. Нерационально организованное освещение может, кроме того, явиться причиной травматизма: плохо освещенные опасные зоны, слепящие источники света и блики от них, резкие тени ухудшают видимость настолько, что могут вызывать полную потерю ориентировки работающих. В зависимости от источника света производственное освещение может быть трех видов - естественное, искусственное и совмещенное (при сочетании естественного и искусственного освещения). 1.1 Светотехнические характеристики освещения Для гигиенической оценки освещения используются светотехнические характеристики, принятые в физике. Видимое излучение - участок спектра электромагнитных колебаний в диапазоне длин волн от 380 до 780 нанометров (нм), воспринимаемый человеческим глазом. Световой поток F - мощность лучистой энергии, оцениваемой по световому ощущению, воспринимаемому человеческим глазом. За единицу светового потока принят люмен (лм). Сила света I a - пространственная плотность светового потока: F , (1) где: Iа - сила света под телесным углом , кандела (кд); I дF - световой поток, равномерно распределяющийся в пределах телесного угла . Освещенность – отношение светового потока, падающего на освещенную поверхность, к площади этой поверхности, т.е. E F , S (2) где: дS – площадь поверхности, м2. Освещенность связана с силой света точечного источника, удаленного от заданной точки на расстояние l, соотношением E=IcosQl2, где Q- угол падения света. Единица измерения освещенности в системе СИ – люкс (ЛК). - 29 - В системе энергетическихфотометрических велечин анологичная величина называется энергетической освещенностью или облученностью. Единица измерения энергетической освещенности в системе СИ - Втм2. Яркость - это поверхностная плотность силы света в данном направлении. Единицей измерения яркости является кандела на 1 м2 (кд/м2), это яркость такой плоской поверхности, которая в перпендикулярном направлении получает силу света в 1 кд с площади 1 м2. 1.2 Искусственное освещение Искусственное освещение предусматривается в помещениях, в которых недостаточно естественного света, или для освещения помещения в те часы суток, когда естественная освещенность отсутствует. По принципу организации искусственное освещение может быть двух видов: общее и комбинированное. Общее освещение предназначено для освещения всего помещения, оно может быть равномерным или локализованным. Общее равномерное освещение создает условия для выполнения работы в любом месте освещаемого пространства. При общем локализованном освещении светильники размещают в соответствии с расположением оборудования, что позволяет создавать большую освещенность на рабочих местах. Комбинированное освещение состоит из общего и местного. Его целесообразно устраивать при работах высокой точности, а также при необходимости создания определенного или изменяемого в процессе работы направления света. Местное освещение предназначено для освещения только рабочих поверхностей и не создает необходимой освещенности даже на прилегающих к ним площадях. Оно может быть стационарным и переносным. Применение только местного освещения в производственных помещениях запрещается. По функциональному назначению искусственное освещение подразделяется на: рабочее, аварийное, эвакуационное и охранное. Рабочее освещение предусматривается для всех помещений производственных зданий, а также участков открытых пространств, предназначенных для работы, прохода людей и движения транспорта. Аварийное освещение в помещениях и на местах производства работ необходимо предусматривать, если отключение рабочего освещения и связанное с этим нарушение обслуживания оборудования может привести к взрыву, пожару, длительному нарушению технологического процесса, нарушению работы объектов жизнеобеспечения, в которых недопустимо прекращение работ. Наименьшая освещенность, создаваемая аварийным - 30 - освещением, должна составлять 5% освещенности, нормируемой для рабочего освещения, но не менее 2 лк внутри зданий и не менее 1 лк для территории предприятий. Эвакуационное освещение следует предусматривать в местах, отведенных для прохода людей, в проходах и на лестницах, служащих для эвакуации людей, при числе эвакуирующихся более 50 человек. Это освещение должно обеспечивать на полу основных проходов (или на земле) и на ступенях лестниц освещенность 0,5 лк в помещениях и 0,2 лк на открытых территориях. Охранное освещение предусматривается вдоль границ территорий, охраняемых в ночное время. Охранное освещение должно обеспечивать освещенность 0,5 лк на уровне земли. 1.3 Источники искусственного освещения В качестве источников искусственного освещения применяются лампы накаливания и газоразрядные лампы. В лампах накаливания источником света является раскаленная вольфрамовая проволока. Эти лампы дают непрерывный спектр излучения с преобладанием желтокрасных лучей по сравнению с естественным светом. По конструкции лампы накаливания бывают вакуумные, газонаполненные, безспиральные, безспиральные с криптоноксеноновым наполнением. Общим недостатком ламп накаливания является небольшой срок службы (около 1000 ч) и малый коэффициент полезного действия. В промышленности они находят применения для организации местного освещения. Наиболее широкое применение в промышленности находят газоразрядные лампы, которые бывают низкого и высокого давления. Газоразрядные лампы низкого давления, называемые люминесцентными, представляют собой стеклянную трубку, внутренняя поверхность которой покрыта люминофором, наполненную дозированным количеством ртути (30-80 мг) и инертным газом (обычно аргоном) при давлении около 400 Па. По обоим концам трубки укреплены электроды. При включении лампы электрический ток, протекающий между электродами, вызывает в парах ртути электрический разряд, сопровождающийся излучением, которое преобразуется в световое излучение. В зависимости от состава люминофора люминесцентные лампы обладают различной цветностью. К газоразрядным лампам высокого давления (0,03 - 0,08 МПа) относят дуговые ртутные люминесцентные лампы (ДРЛ).В спектре излучения этих ламп преобладают зеленые и голубые тона. - 31 - Основным преимуществом газоразрядных ламп является их экономичность. Светоотдача этих ламп колеблется в пределах от 30 до 80 лм/Вт, что в 3-4 раза превышает световую отдачу ламп накаливания. Срок службы доходит до 10 000 ч. 1.4 Нормирование искусственного освещения Наименьшая освещенность рабочих поверхностей в производственных помещениях устанавливается в зависимости от характеристики зрительной работы, и регламентируется строительными нормами и правилами СНиП 23-05-95 "Естественное и искусственное освещение". Характеристика зрительной работы определяется минимальным размером объекта различения, контрастом объекта с фоном и характеристикой фона. Объект различения - рассматриваемый предмет, отдельная его часть или дефект, которые следует различать в процессе работы. Фон - поверхность, прилегающая непосредственно к объекту различения, на которой он рассматривается. Фон считается : светлым при коэффициенте отражения поверхности более 0,4; средним - при коэффициенте отражения поверхности от 0,2 до 0,4; темным - при коэффициенте отражения поверхности менее 0,2. Контраст объекта различения с фоном (К) определяется отношением абсолютной величины разности между яркостью объекта и яркостью фона к яркости фона. Контраст объекта с фоном считается большим при значениях К более 0,5; средним - при значениях К=0,2-0,5; малым - при значениях К менее 0,2. В соответствии со СНиП 23-05-95 все зрительные работы делятся на восемь разрядов в зависимости от размера объекта различения и условий зрительной работы. Допустимые значения наименьшей освещенности рабочих поверхностей в производственных помещениях в соответствии со СНиП 23-05-95 приведены в Приложении 1. В реальных условиях на освещенность рабочих поверхностей в производственном помещении влияют такие факторы, как отражение и поглощение света стенами, потолком и другими поверхностями, расстояние от светильника до рабочей поверхности, состояние поверхности светильника, наличие рассеивателя света и т.д. Вследствие этого фактически используется только часть светового потока, излучаемого источником света. 1.5 Коэффициент использования осветительной установки Величина, называется характеризующая коэффициентом эффективность использования использования светового потока источников или света, коэффициентом использования осветительной установки ( ) и определяется как отношение фактического светового потока Fфакт. к суммарному световому потоку (Fламп) используемых источников - 32 - света, определенному по их номинальной мощности в соответствии с нормативной документацией: Fфакт , (3) Fламп Значение фактического светового потока Fфакт определяется по результатам измерений освещенности Е по формуле: Fфакт E S , (4) где: S - площадь помещения, м2. 2. ЛАБОРАТОРНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОСВЕЩЕННОСТИ 2.1 Описание лабораторной установки Лабораторная установка состоит из макета производственного помещения, оборудованного различными источниками искусственного освещения, измерительных приборов: «ТКА-ПКМ» (для измерения значений освещенности). Макет производственного помещения, внешний вид которого приведен на рисунках 1 и 2, имеет пол 1, двухскатную крышу 2, боковые стенки 3, заднюю стенку 4, переднюю стенку 5. 1 – пол; 2 – двухскатная крыша; 3 – боковые стенки; 4 – задняя стенка; 5 – передняя стенка; 6 – ручка стенки; 7 – каркас помещения; 8 – вентилятор; 9 – вольтметр; 10 – печатные платы; 11 – лампы накаливания; 12 – дуговые ртутные лампы; 13 – люминесцентная лампа Рис. 1. Макет производственного помещения в разрезе: Все стенки выполнены в съемном варианте и снабжены двухсторонними ручками 6. Одна сторона стенок окрашена в темные тона (верх - серый, низ - синий), другая - в светлые тона (верх - белый, низ - салатный ). Стенки могут быть установлены в проемах каркаса 7 как одной, так и другой стороной внутрь помещения и фиксируются с помощью магнитных защелок. - 33 - Внутри модели производственного помещения на полу размещены: вентилятор 8 для охлаждения ламп и наблюдения стробоскопического эффекта; вольтметр 9 для определения напряжения в сети, а также две печатные платы 10 в качестве примера зрительного восприятия элементов печатных плат при различном освещении. В верхней части макета производственного помещения на потолке размещены шесть стандартных патронов, в которые установлены: две лампы накаливания 11, три дуговые ртутные лампы (ДРЛ) 12 и люминесцентная лампа 13. На передней стенке 5 расположены застекленное окно 14 (рис. 2) для проведения наблюдений и два прямоугольных отверстия 15, в которые вводятся чувствительные элементы люксметра и прибора для измерения коэффициента пульсации освещенности. Панель управления лабораторной установки представлена на рисунке 3. На ней расположены: тумблер включения питания «Сеть» с сигнальной лампой; тумблер включения вентилятора «Вентилятор», частота вращения которого регулируется ручкой «Частота»; тумблер «Вольтметр» для включения вольтметра; тумблеры ЛН1 и ЛН2 для включения ламп накаливания; тумблеры ДРЛ1, ДРЛ2, ДРЛЗ для включения дуговых ртутных ламп и тумблер ЛЛ для включения люминесцентной лампы. Рис 2. Макет производственного помещения (вид спереди) Рис 3. Панель управления лабораторной установкой 14 – застекленное окно; 15 – отверстия для ввода измерительного элемента люксметра 2.2 Требования безопасности при обращении с лабораторной установкой К работе допускаются студенты, ознакомленные с устройством лабораторного стенда, принципом действия и мерами безопасности при проведении лабораторной работы. Для предотвращения перегрева стенда в процессе работы ламп накаливания и ламп ДРЛ необходимо предварительно включить вентилятор. Выключение вентилятора производится после выключения ламп. После проведения лабораторной работы отключить электропитание стенда. - 34 - 3. ПРИБОР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОСВЕЩЕННОСТИ Прибор для измерения освещенности «ТКА-ПКМ» предназначен для измерения освещенности в видимой области спектра (380-760 нм), создаваемый любыми источниками света (в лк) и энергетической особенности (в Втм2) в спектральном диапазоне 280-400 нм. Область применения прибора: санитарный и технический надзор в жилищных помещениях, аттестация рабочих мест и др. Прибор «ТКА-ПКМ» состоит из двух частей. Первая часть – блок обработки сигналов. Вторая часть – фотометрическая головка (см. рис. 4). 1 – Блок обработки сигналов; 2 – Фотометрическая головка Рис. 4. Внешний вид прибора На лицевой стороне блока обработки сигналов имеется: - окно жидкокристаллического индикатора (ЖКИ); - переключатель каналов измерения (освещенность в лк и электрическая освещенность в мВт/м2); - указатели диапазонов (×1; ×10; ×100) На лицевой стороне фотометрической головки расположены фотоприемные устройства для регистрации излучения. На задней стенке головки расположена крышка батарейного отсека. Принцип работы прибора заключается в преобразовании фотоприемными устройствами оптического излучения в электрический сигнал с последующей цифровой индикацией числовых значений освещенности (лк) и энергетической освещенности. - 35 - Перед началом работы с прибором, проверить наличие в отсеке питания электробатарейки (типа «Крона»). Затем, проверить работоспособность прибора путем последовательного поворота тумблера переключателя каналов. При появлении в окне ЖКИ любых цифровых значений, проверку готовности прибора к работе можно закончить. Измерение освещенности производится путем расположения фотометрической головки на поверхности (места) измерения. С включением прибора (поворот тумблера диапазонов) считать с цифрового индикатора измеренное значение освещенности. При появлении на ЖКИ символа «1…» прибор информирует о превышении значений измеряемого параметра установленного энергетического диапазона и о необходимости перехода на последующие пределы измерения. При измерениях освещенности более 2000 лк и энергетической освещенности более 2000 мВт/м2 необходимо перевести переключатель в положение « ×10 ». При измерениях освещенности более 20 000 лк и энергетической освещенности более 20 000 мВт/м2 необходимо перевести переключатель в положение « ×100 ». После снятия показателей с ЖКИ прибор выключить (положение тумблера переключается на 0-точка). 4. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ 4.1. Установить стенки макета производственного помещения таким образом, чтобы стороны, окрашенные в темные тона, были обращены внутрь помещения. 4.2. Включить установку. 4.3. Включить лампы (выбор ламп производится по заданию преподавателя). 4.4. Произвести измерение освещенности с помощью прибора в пяти точках производственного помещения (в центре и в крайних точках), определить среднее значение освещенности Еср. 4.5. Установить стенки таким образом, чтобы стороны, окрашенные в светлые тона, были обращены внутрь помещения. 4.6. Произвести измерения освещенности в пяти точках производственного помещения, определить среднее значение освещенности Еср. 4.7. Сравнить значения освещенности, полученные в результате измерений по п.п. 4.4. и 4.6. и с допустимыми значениями освещенности, приведенными в Приложении 1 (разряд зрительных работ принять по указанию преподавателя). 4.8. По результатам измерений освещенности для варианта с темной и светлой окраской стен вычислить значение фактического светового потока Fфакт по формуле: - 36 - Fфакт Eср S , (5) где: Fфакт – фактический световой поток, лм; S – площадь помещения, м; Ecp – среднее значение освещенности 4.9. Вычислить коэффициент использования осветительной установки для варианта с темной и светлой окраской стен по формуле (3). Суммарный световой поток Fламп выбрать по номинальной мощности для каждого типа ламп по таблице 1. Таблица 1 Номинальная мощность осветительных ламп Тип ламп Номинальная мощность, Вт Номинальный световой поток, лм Лампа накаливания Б 215-225-40 40 415 Лампа ДРЛ 80 80 3400 Лампа люминесцентная ESSIYSUFL, 11W 11 900 4.10. Повторить измерения для другого типа ламп. 4.11. Сравнить значения коэффициентов использования осветительных установок, полученные для случаев с использованием различных источников света и для случаев с различной окраской стен производственного помещения. 4.12. Составить отчет о работе. 5. ОТЧЕТ О РАБОТЕ 5.1. Общие сведения. 5.2.Описание лабораторного стенда и измерительных приборов. 5.З. Данные измерений и вычислений (табл.2). Таблица 2 Показатели измерений и расчетов Тип ламп Кол-во ламп Номин. световой поток одной лампы, лм Сумм. Среднее световой Площадь Освещенность Фактический Коэффициент значение поток помещения в световой использования освещенн помещения ламп 5-ти поток Fфакт, осветительной ости, S, м2 установки Fламп, лк точках, лк Eср, лк лм 5.4 Выводы по работе. Дата «____»_________ Дата «____»___________ Подпись студента_________ Подпись преподавателя _______________ - 37 - ПРИЛОЖЕНИЕ Таблица 3 Допустимая наименьшая освещенность рабочих поверхностей в производственных помещениях (по СНиП 23-05-95) Характеристика Наименьший Разряд зрительной работы размер объекта зрительной различения, работы мм 1 2 3 Наивысшей менее 1 точности 0,15 Подразряд зрительной работы Контраст объекта с фоном 4 а 5 малый 6 Темный 7 5000' 8 - б малый средний малый средний большой средний большой большой малый средний темный светлый средний темный светлый светлый средний темный 4000' 1250 2500' 750 1500 400 4000 - малый средний малый средний большой средний большой большой малый средний темный светлый средний темный светлый светлый средний темный 3000' 750 2000' 500 1000 300 2000 500 малый средний малый средний большой средний большой большой малый средний темный светлый средний темный светлый светлый средний темный 1000 300 750 300 400 200 750 300 б малый средний средний темный 500 200 в малый средний большой средний большой большой светлый средний темный светлый светлый средний 400 200 300 150 в г Очень точности высокой от 0,15 до 0,3 11 а б в г Высокой точности свыше 0,3 до 0,5 111 а б в г Средней точности свыше 0,5 до 1 IV а i - 38 - Освещенность, лк Характеристика Комбинирован. Общее Фона Освещение освещение Продолжение таблицы 3 Приложения Малой точности свыше 1 до 5 V а б в г Грубая (очень точности) более 5 VI более 0,5 VII малой Работа светящимися материалами изделиями горячих цехах со малый темный малый средний средний темный малый светлый средний средний большой темный средний светлый большой светлый большой средний Независи Независимо мо от от характеристики характери фона и контраста стики объекта с фоном фона и контраста объекта с фоном То же Тоже 300 200 200 150 - 150 100 150 - 200 и в Общее наблюдение за ходом производственного процесса: постоянное периодическое при постоянном пребывании людей в помещении Периодическое при периодическом пребывании людей в помещении Общее наблюдение за инженерными коммуникациями. VIII VIII а Тоже Тоже - 75 б Тоже Тоже - 50 в Тоже Тоже - 50 г Тоже Тоже - 20 * - Для зрительных работ с трехмерными объектами различения при проектировании местного освещения освещенность следует снижать на одну ступень шкалы освещенности. - 39 - доцент Кравец Е.А. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА ИЗМЕРЕНИЕ УРОВНЕЙ ШУМА МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ Цель работы: 1. Расширить знания о физической природе шума, единицах измерения интенсивности шума, механизмах воздействия на организм человека и нормировании шумовых характеристик. 2. Получить навыки в измерении уровней шума в различных условиях, оценки соответствия шумовых характеристик шума на здоровье и производительность труда человека. Учебные вопросы: 1. Измерение уровня шума в аудитории во время учебного процесса. 2. Измерение уровня шума вблизи автотранспортной магистрали. 3. Оценка воздействия измеренных уровней шума на человека. Порядок выполнения работы: 1. Ознакомиться с основными характеристиками и единицами измерения шума и законспектировать их. 2. Изучить порядок работы на приборе для измерения уровней звука (шумов). 3. Измерить уровни шума в учебной аудитории и в зоне автотранспортной магистрали. 4. Представить отчет о результатах измерения уровня шума. - 40 - 1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ Шумом называется совокупность звуков, имеющих различную частоту и интенсивность, неблагоприятно воздействующих на организм человека. По физической сущности шум представляет собой волнообразно распространяющееся механическое колебательное движение частиц упругой (газовой, жидкой или твердой) среды. В жидкости и газе могут распространяться только продольные волны. Изменение состояния среды при распространении звуковой волны характеризуется звуковым давлением P - превышением давления над давлением в невозмущенной среде в паскалях. При нормальных атмосферных условиях (температура 273 К и давление 1013,25 ГПа или 760 мм.рт.ст.) скорость звука в воздухе равна 331 м/с (в жидкостях 1500 м/с, в твердых телах 4000 м/с). Колебания в диапазоне частот 16 Гц-20 кГц могут восприниматься ухом человека как звук. Колебания с частотой менее 16 Гц - инфразвук и с частотой более 20 кГц ультразвук ухом не воспринимаются, но могут также оказывать неблагоприятное воздействие на человеческий организм. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ ШУМА Основными физическими параметрами, характеризующими звук, является звуковое давление Р и интенсивность звука I. Слуховой аппарат человека реагирует на величину, пропорциональную среднему квадрату звукового давления T 1 P P 2 (t )dt Т0 2 где P(t) - разность между мгновенными значениями полного давления и средним давлением в среде при отсутствии звукового поля; Т − время усреднения, которое для уха человека находится в пределах 30-100 мс. При распространении звуковой волны происходит перенос энергии. Интенсивностью звука называется количество звуковой энергии, переносимое звуковой волной в единицу времени через единицу поверхности. Звуковое давление измеряется в паскалях (Па = 1 Н/м2), а интенсивность звука - в Вт/м2. Интенсивность звука связана со звуковым давлением зависимостью: 2 IP C где ρ − плотность среды, кг/м ; С − скорость звука, м/с. 3 - 41 - Область слышимости звуков ограничивается не только определенными частотами, но и определенными значениями давления и интенсивности звука. Максимальные и минимальные звуковые давления воспринимаемые человеком как звук, называются пороговыми. Минимальные значения (порог слышимости) соответствуют едва ощущаемым звукам и при частоте 1000 Гц равны Ро =2*10-5 Па, I0 =10-12 Вт/м2. Максимальные значения (порог болевого ощущения) соответствуют звукам, которые вызывают в органах слуха болевые ощущения и при частоте 1000 Гц равны Р б = 2*102 Па и Iб=102 Вт/м2. Таким образом, величины звукового давления и интенсивность звука, которые различает человек, могут меняться в широком диапазоне: по давлению до 10 7 раз, по интенсивности до 1014 раз. Ввиду того, что по закону Вебера-Фехнера раздражающее действие шума на человека пропорционально не квадрату звукового давления, а логарифму от него, были введены логарифмические величины — уровни звукового давления и интенсивности, измеряемые в децибелах (дБ). Бел – это логарифмическая единица отношения двух величин (десятичный логарифм отношения 2-х одноименных физических величин, например, мощностей, токов, звукового давления), 0,1 доля Бела – децибел. 1Б = 10дБ. I P2 P L 10 lg 10 lg 2 20 lg I0 P0 , дБ, P0 где L – уровень звукового давления, дБ; I0 и Ро - интенсивность звука и звуковое давление, соответствующие порогу слышимости на частоте 1000 Гц. Слуховой аппарат человека обладает неодинаковой чувствительностью к звукам различной частоты: наибольшей чувствительностью на средних и высоких частотах (8004000 Гц) и наименьшей - на низких (20-100 Гц). Громкостью называется субъективное ощущение, позволяющее слуховой системе располагать звуки по определенной шкале от звуков низкой интенсивности ("тихие" звуки) к звукам большой интенсивности ("громкие" звуки). Уровни звука в полосе шириной 1 Гц называются спектральной плотностью. Зависимости уровней звука от частоты называются спектром шума Одинаковые по интенсивности, но разные по частоте звуки воспринимаются как звуки разной громкости. При равных условиях воздействующего шума наиболее раздражающее действие оказывает шум в диапазоне частот 3000-5000 Гц. Поэтому для физиологической оценки шума используются кривые равной громкости (рис.1), позволяющие судить о том, какой звук субъективно сильнее или слабее, и вводится понятие уровня громкости звука, единицей измерения которого является фон. На частоте 1000 Гц уровни громкости приняты равными уровням звукового давления, следовательно, - 42 - 1 фон - уровень громкости звука, для которого уровень звукового давления равногромкого звука на этой частоте равен 1 дБ. фон фон Рис.1. Кривые равной громкости и зависимость уровня звукового давления в дБ от частоты при заданной громкости в фонах При измерении шума для того, чтобы приблизить результаты объективных измерений к субъективному восприятию, используют корректированный уровень звукового давления (уровень интенсивности). Коррекция заключается в том, что вводятся зависящие от частоты звука поправки к уровню соответствующей величины (путем коррекции частотной характеристики шумомера). Эти поправки стандартизованы в международном масштабе. Наиболее употребительна коррекция А. Корректированный уровень звукового давления L A = L−∆LA называется уровнем звука и измеряется в дБА. Стандартное значение коррекции приведено ниже: Частота, Гц 16 Коррекция LA, дБ 80 31,5 42 63 125 26,3 16,1 250 500 1000 2000 4000 8000 8,6 -1,0 3,2 0 -1,2 - КЛАССИФИКАЦИЯ ШУМА Согласно ГОСТ 12.1.003-83 шум классифицируется по спектральным и временным характеристикам. По характеру спектра шум подразделяется на: широкополосный с непрерывным спектром шириной более одной октавы (здесь необходимо привести определение: окта́ва — музыкальный интервал, в котором - 43 - соотношение частот между звуками составляет 1 к 2, то есть для октавы верхняя частота в два раза больше нижней. Субъективно на слух октава воспринимается как устойчивый, базисный музыкальный интервал. Два последовательных звука, отстоящие на октаву, воспринимаются очень похожими друг на друга, хотя явно различаются по высоте); тональный, в спектре которого имеются выраженные дискретные тона. Тональный характер шума, для практических целей, устанавливают измерением в третьоктавных (для третьоктавы fв/fн= 3 2 1,26 ) полосах частот по превышению уровня звукового давления в одной полосе над соседними не менее чем на 10 дБ. Например, шум дисковой пилы является тональным, а реактивного двигателя широкополосным. По временным характеристикам шум подразделяется на: постоянный, уровень звука которого за 8-часовой рабочий день изменяется во времени не более чем на 5 дБА; непостоянный, уровень звука которого за 8-часовой рабочий день изменяется во времени более чем на 5 дБА. В свою очередь непостоянный шум подразделяется на: колеблющийся во времени, уровень звука которого непрерывно изменяется во времени; прерывистый, уровень звука которого ступенчато изменяется (на 5 дБА и более), причем длительность интервалов, в течение которых уровень остается постоянным, составляет 1 с и более; импульсный, состоящий из одного или нескольких звуковых сигналов, каждый длительностью менее 1 с. ДЕЙСТВИЕ ШУМА НА ЧЕЛОВЕКА Физиологическое воздействие шума на человека зависит от многих факторов: уровня звукового давления, его частотного состава, времени воздействия частоты повторения и индивидуальных особенностей. Дискретные составляющие в спектре шума увеличивают раздражающее действие по сравнению с исходным широкополосным шумом. На графике (рис.2) показаны зоны воздействия шума на человека в зависимости от уровня звука и времени воздействия. - 44 - зона I – применение защитных средств не требуется; зоны II и III – защита органов слуха обязательна; зона IV – пребывание человека с любой защитой запрещено Рис. 2. Типичные зоны воздействия шума на человека В общем, в зависимости от уровня и характера шума можно выделить несколько ступеней его воздействия на человека. 1. Шума нет - полное отсутствие шума противоестественно. Абсолютная тишина угнетает. Пребывание в полной тишине более нескольких суток ведет к психическим расстройствам. 2. Шум 20-60 дБА, - шумовой фон, постоянно действующий на человека в повседневной деятельности. Степень вредности такого шума во многом зависит от индивидуального отношения к нему. Привычный шум или шум, производимый самим человеком, не беспокоит. Шум свыше 40 дБА может создавать повышенную нагрузку на нервную систему, особенно при умственной работе. Воздействие на психику возрастает с увеличением частоты и уровня шума, а также с уменьшением ширины полосы частот шума, 3. Шум 60-80 дБА оказывает психологическое воздействие, создавая значительную нагрузку на нервную систему человека (особенно при умственной работе). В результате наблюдается повышенная утомляемость, раздражительность, ослабляется внимание, замедляются психические реакции, как следствие, снижается производительность и качество труда. При импульсных и нерегулярных шумах степень воздействия шума повышается. 4. Шум 80-110 дБА оказывает физиологическое воздействие на человека, приводя к видимым изменениям в его организме. Под влиянием шума свыше 80 дБА наблюдается ухудшение слуха (снижение слуховой чувствительности в первую очередь на высоких частотах). Однако действие сильного шума на организм человека не характеризуется только по состоянию слуха. Изменения в функциональном состоянии нервной системы и ряда органов наступают гораздо раньше, их совокупность характеризуется как шумовая - 45 - болезнь. К объективным симптомам шумовой болезни относятся: снижение слуховой чувствительности, изменение функции пищеварения, выражающееся в понижении кислотности, сердечно-сосудистая недостаточность, нейроэндокринные расстройства. Длительное воздействие шума вызывает ряд таких серьезных заболеваний, связанных с перенапряжением нервной системы, как гипертоническая болезнь, в ряде случаев желудочно-кишечные и кожные заболевания. Работающие в условиях сильного шума испытывают головные боли, головокружения, снижение памяти, боли в ушах. Человек затрачивает в среднем на 1020% больше физических и нервно-психических усилий, чтобы сохранить выработку, достигнутую им при уровне звуке ниже 70 дБА. Все это снижает работоспособность человека, безопасность его труда. Производительность труда снижается от шума тем больше, чем сложнее трудовой процесс и чем больше в нем элементов умственного труда. Установлено, что при работах, требующих повышенного внимания, при увеличении уровня звука от 70 до 90 дБА имеет место снижение производительности труда на 20%. Повышенный уровень шума приводит к росту не только профессиональной, но и общей заболеваемости. Об этом говорит тот факт, что общая заболеваемость рабочих шумных производств увеличена на 15-20%. 5. Шум выше 110 дБА оказывает травматическое действие на органы слуха. При шуме более 140 дБА возможен разрыв барабанной перепонки. НОРМИРОВАНИЕ ШУМА Целью санитарного нормирования является установление научно обоснованных предельно допустимых величин шума, которые при ежедневном систематическом воздействии в течение всего рабочего дня и в течение многих лет не вызывают существенных изменений в состоянии здоровья человека и не мешают его нормальной трудовой деятельности. В условиях производства в большинстве случаев технически очень трудно снизить шум до очень малых уровней, поэтому при нормировании исходят не из оптимальных (комфортных), а из терпимых условий, т.е. таких, когда вредное действие шума на человека не проявляется или проявляется незначительно. Санитарные нормы - это компромисс между гигиеническими требованиями и техническими возможностями на данном этапе развития науки и техники. Характеристики и допустимые уровни шума на рабочих местах регламентируются ГОСТ 12.l.003-83. «Шум. Общие требования характеристикой постоянного шума являются - 46 - безопасности». уровни звуковых Нормируемой давлений в децибелах в октавных полосах или 1/3-октавных со среднегеометрическими частотами 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц. Как известно, среднегеометрическое значение fср для полосы с верхней граничной частотой fв и нижней fн (для октавной полосы fв в два раза больше fн ) определяется выражением fср = f в f н 2 f н 1,41 f н , например, если f ср =63Гц, то fн =45Гц и fв =90Гц. Совокупность допустимых уровней звукового давления в октавных полосах частот называется предельным спектром, а указанный метод нормирования - нормированием по предельному спектру шума (см. табл.1). Предельные спектры обозначают сокращением ПС с цифровым индексом, соответствующим уровню звукового давления в октавной полосе со среднегеометрической частотой 1000 Гц. Например, ПС-80 обозначает предельный спектр, имеющий в указанной октавной полосе допустимый уровень звукового давления 80 дБ. Значения предельно допустимых уровней звукового давления в нормируемых октавных полосах частот установлены с учетом одинакового физиологического и психологического воздействия шума на человека. Таблица 1 Допустимые уровни звука и звукового давления на рабочих местах Уровни звука и эквивален тные уровни 31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 звука, дБА Уровни звукового давления, дБ, в октавных полосах со среднегеометрическими частотами, Гц Вид трудовой деятельности, рабочие места Творческая деятельность, руководящая работа, конструирование и проектирование, программирование, преподавание, врачебная деятельность 86 71 61 54 49 45 42 40 38 50 Высококвалифицированная работа, требующая сосредоточенности, административно-управленческая деятельность, измерительные и аналитические работы в лаборатории 93 79 70 63 58 55 52 50 49 60 Рабочие места в помещениях диспетчерской службы, кабинетах и помещениях наблюдения и дистанционного управления с речевой связью по телефону 96 83 74 68 63 60 57 55 54 65 Рабочие места в кабинах машинистов тепловозов, электровозов, поездов метрополитена, дизель-поездов 99 95 87 82 78 75 73 71 69 80 Рабочие места водителей и обслуживающего персонала (пассажиров) легковых автомобилей 93 79 70 63 58 55 52 50 49 60 Рабочие места в кабинах и салонах самолетов и вертолетов 107 95 87 82 78 75 73 71 69 80 - 47 - Примечания к табл.1: - допускаемые уровни звукового давления в октавных полосах частот, уровни звука и эквивалентные уровни звука на рабочих местах следует принимать для тонального и импульсного шума на 5 дБ меньше значений, указанных в таблице; - запрещается даже кратковременное пребывание в зонах с октавными уровнями звукового давления свыше 135 дБ в любой октавной полосе; - для шума, создаваемого в помещениях установками кондиционирования воздуха, вентиляции и воздушного отопления - на 5 дБ меньше фактических уровней шума в этих помещениях (измеренных или определенных расчетом), если последние не превышают значения, указанные в таблице (поправку для тонального и импульсного шума в этом случае принимать не следует), в остальных случаях - на 5 дБ меньше значений, указанных в таблице. Для ориентировочной оценки (например, при проверке органами надзора, выявлении необходимости осуществления мер по шумоглушению и др.) постоянного шума на рабочих местах допускается использование интегрального показателя - уровня звука в дБА, который измеряется шумомером с корректированной частотной характеристикой А (наряду с линейной частотной характеристикой, шумомеры имеют коррекцию А, имитирующую нелинейную амплитудно-частотную характеристику слухового аппарата человека) и определяется по формуле: PА P0 Р0 - звуковое давление, соответствующее порогу слышимости (в воздухе Р 0 = 2*10-5 Па). LA 20 lg Уровень звука связан с предельным спектром зависимостью: LA = ПС + 5дБ. Характеристикой непостоянного шума является эквивалентный (по энергии) уровень звука в дБА - уровень звука постоянного широкополосного шума, который имеет то же самое среднеквадратичное звуковое давление (оказывает на человека такое же воздействие), что и данный непостоянный шум, определяемый по формуле: T 1 PA2 (t ) dt T 1 P02 где PA(t) – текущее среднеквадратическое значение звукового давления LА.экв 10 lg с учетом коррекции А шумомера, Па ; Т - время действия шума . Эквивалентный уровень измеряется интегрирующими шумомерами и может быть определён расчетным методом. Суть метода в том, что диапазон, подлежащий измерению уровней звука, разбивают на интервалы, затем через равные промежутки времени в течение определенного периода производят измерения уровня звука по шкале А шумомера и подсчитывают количество отсчетов в каждом интервале. Допустимые уровни шума для различных видов трудовой деятельности согласно ГОСТ 12.1.003-83 приведены в табл.2. - 48 - Таблица 2 Уровни шума для различных видов трудовой деятельности с учетом степени напряженности труда Уровни звука и эквивалентные уровни звука, дБ А Вид трудовой деятельности Работа по выработке концепций, новых программ; творчество; преподавание 40 Труд высших производственных руководителей, связанных с контролем группы людей, выполняющих преимущественно умственную работу 50 Высококвалифицированная умственная работа, требующая сосредоточенности; труд, связанный исключительно с разговорами по средствам связи 55 Умственная работа, выполняемая с часто получаемыми указаниями и акустическими сигналами; работа, требующая постоянного слухового контроля; высокоточная категория зрительных работ 60 Умственная работа, по точному графику с инструкцией (операторская), точная категория зрительных работ 65 Физическая работа, связанная с периодическим слуховым контролем 80 точностью, сосредоточенностью или ОПИСАНИЕ ПРИБОРА ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ УРОВНЯ ЗВУКА Измеритель уровня звука АТТ-9000 (рис. 3) предназначен для измерения уровней звука частотой от 31,5 Гц до 8 кГц в диапазоне от 30 до 130 дБ Рис.3. Измеритель уровня звука АТТ-9000 – вид спереди. 1. Электрический микрофон конденсаторного типа. 2. Дисплей. 3. Выключатель питания прибора и выбора типа выходного сигнала. 4. Переключатель шкал А и С. - 49 - 5. Переключатель временных режимов (быстрый/медленный) и режима удержания максимальных значений, 6. Переключатель диапазонов. 7. Разъем выходного сигнала. 8. Отсек батареи питания и крышка отсека. 9. Индикатор выхода измеренного значения за пределы диапазона (выше и ниже). 10. Регулятор для выполнения калибровки прибора (переменный резистор для точной регулировки). ПОРЯДОК РАБОТЫ НА ИЗМЕРИТЕЛЕ УРОВНЯ ЗВУКА АТТ-9000 1. Для выполнения измерений уровня звука переключатель ползункового типа (4) установите в положение А или в положение С. Примечания: а) весовые коэффициенты по шкале А и шкале С приведены в табл.4. б) весовые характеристики шкалы А предназначены для работы в диапазоне частот звуков, воспринимаемых человеческим ухом. При измерениях уровней звуков окружающей среды необходимо, как правило, выбирать шкалу А. в) весовые характеристики шкалы С находятся вблизи плоской части частотной характеристики. Это используется, как правило, для контроля уровней шума, создаваемого различными механизмами (контроля добротности) и выявления истинных уровней звука испытуемого оборудования. 2. При помощи переключателя (6) подберите соответственный диапазон измерений таким образом, чтобы минимизировать допуски отсчетов. Если в левом углу дисплея на ЖКИ индицируется символ «» или символ «V» (индикатор выхода за пределы диапазона (выше-ниже)) (9), то это свидетельствует о том, что выбранные пределы диапазона в децибелах либо превышают измеренное значение, либо ниже его. Для проведения измерений переключатель ползункового типа необходимо переключить на другой диапазон. 3. В зависимости от источника звука, уровень которого измеряется, переключатель временного взвешивания (5) установите либо в положение «Быстро», либо в положение «Медленно». 4. Направьте микрофон на источник шума, при этом на дисплее вы светится результат измерения в децибелах (дБ). - 50 - 5. Если при измерениях уровня звука возникает необходимость запомнить максимальное (пиковое) значение на дисплее, переключатель (5) установите в положение «Макс.» фиксации максимальных значений. При измерениях долговременной стабильности при медленные изменениях шумовых характеристик окружающей среды необходимо пользоваться именно функцией фиксации максимальных значений с тем, чтобы иметь возможность отсчета этих максимальных значений. Перемещение переключателя в положение «Быстро» или в положение «Медленно» приведет к тому, что значения, запомненные в режиме фиксации максимальных значений, будут утрачены. Необходимо правильно выбирать положение переключателя весовых функций (взвешивание по шкале А или взвешивание по шкале С). С тем чтобы минимизировать допуски отсчетов, необходимо правильно выбрать диапазон измерений. Микрофон необходимо содержать сухим и не подвергать его воздействию сильных вибраций. Таблица 3. Весовые коэффициенты для различных частот звуков и выбранных шкал Частота, Гц 31,5 62 125 250 500 1000 2000 4000 8000 Шкала А -39,4 дБ -26,2 дБ -16,1 дБ -8,6 дБ -3,2 дБ 0 дБ 1,2 дБ 1 дБ -1,1 дБ Шкала С -3 дБ -0,8 дБ -0,2 дБ 0 дБ 0 дБ 0 дБ -0,2 дБ -0,8 дБ -3 дБ В ходе лабораторной работы необходимо выполнить измерения уровней звука в учебной лаборатории и вблизи автотранспортной магистрали, дать характеристику шума в соответствии с общепринятой классификацией, оценить соответствие измеренных уровней звука стандартам безопасности, оценить возможное психофизиологическое воздействие шума на человека. ИССЛЕДОВАНИЕ ШУМОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК Включить питание прибора. При помощи переключателя (6) выбрать диапазон измерений от 30 до 80 дБ, установить переключатель в положение «Быстро». Оценить фоновый уровень шума при отсутствии речи преподавателя и студентов, затем в обычных условиях в течение 3-4 мин снимать через 3-5 с. (по необходимости - 51 - чаще, в случае импульсного шума) и фиксировать показания прибора. Среднегеометрическая частота звука условно принимается равной 1000 Гц при отсутствии дополнительной информации о частотных характеристиках исследуемого шума. Места проведения исследований шумовых характеристик транспортных потоков следует выбирать на участках улиц и дорог с установившейся скоростью движения транспортных средств и на расстоянии не менее 50 м от перекрестков, транспортных площадей и остановочных пунктов пассажирского общественного транспорта. Измерения следует проводить при условии, что поверхность проезжей части улиц и автомобильных дорог должна быть чистой и сухой, а балластный слой трамвайных и железнодорожных путей не должен быть мокрым и промерзшим. Время проведения измерения необходимо устанавливать в периоды максимальной интенсивности движения транспортных потоков. Измерение не должно проводиться во время выпадения атмосферных осадков и при скорости ветра более 5 м/с. При скорости ветра свыше 1 до 5 м/с необходимо применять колпак для защиты измерительного микрофона от ветра. При помощи переключателя (6) выбрать диапазон измерений от 50 до 100 дБ, установить переключатель в положение «Быстро». В течение приблизительно 5 минут по возможности чаще фиксировать показания прибора. ОТЧЕТ О ПРОВЕДЕННЫХ ИЗМЕРЕНИЯХ После выполнения измерений шумовых характеристик необходимо для обоих случаев (шум в учебной аудитории и в зоне автомагистрали) построить графики изменения уровня звука во времени, проанализировать результаты измерений и в общем виде описать спектральные и временные характеристики шума, сравнить количественные характеристики измеренных уровней звука с нормативными значениями и оценить возможное воздействие на человека, сделать выводы о видах деятельности, которыми оптимально заниматься в рассмотренных условиях. Результаты проведенного анализа занести в отчет по лабораторной работе в виде вывода. Примерная форма отчета о лабораторной работе (шум в аудитории) Сводная таблица измерений уровня шума № п/п 1 Показания прибора, дБ 38 Рекомендуемые виды деятельности Шумовой фон в аудитории при Работа по выработке концепций, отсутствии звуков человеческой новых программ; творчество; деятельности (разговорной речи, преподавание шепота, шелеста бумаги и пр.) Комментарии - 52 - 2 55 3 64 4 5 66 80 …. n …. 61 Уровень звука в результате перекладывания письменных принадлежностей, листания тетрадей и методической литературы Высококвалифицированная умственная работа, требующая сосредоточенности; труд, связанный исключительно с разговорами по средствам связи Уровень звука во время негромкого Умственная работа, по точному разговора студентов графику с инструкцией (операторская), точная категория зрительных работ …. Уровень звука речи преподавателя во Физическая работа, связанная с время объяснения учебного точностью, сосредоточенностью материала или периодическим слуховым контролем Уровень звука во время негромкого Умственная работа, по точному разговора студентов графику с инструкцией (операторская), точная категория зрительных работ LА, дБ 90 80 70 60 50 40 30 20 10 15 13 11 9 7 5 3 1 0 t, с График изменения уровня звука во времени Вывод: шум в аудитории имеет тональный характер, так как доминируют звуки человеческого голоса. При отсутствии звуков человеческой речи шум в аудитории близок к широкополосному (гул от работающего электрооборудования). По временным характеристикам шум в аудитории является непостоянным и прерывистым. У работающих в таких условиях людей могут наблюдаться психологические нагрузки, поэтому в аудитории необходимо исключать разговоры во время занятий. Аналогично можно оформить отчет об измерениях автомагистрали. - 53 - уровня звука вблизи доцент Егоров В.Н. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА ВИБРАЦИЯ И СПОСОБЫ ЗАЩИТЫ ОТ НЕЁ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ Цель работы: 1. Изучить физическую природу вибрации и последствия ее воздействия на человека (оператора). Учебные вопросы: 1. Изучение теоретических основ вибрации и последствий ее воздействия на человека. 2. Ознакомление с прибором для измерений параметров вибрации и подготовка его к работе. 3. Проведение контрольных измерений параметров вибрации и анализ их результатов. Порядок выполнения работы: 1. Ознакомиться с мерами по технике безопасности при лабораторной работы. 2. Ознакомиться с лабораторным стендом и порядком работы на нем. 3. Получить задания на измерительные работы у преподавателя. 4. Произвести измерения параметров вибрации. 5. Представить отчет о проделанной работе. - 54 - выполнении 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ 1.1 Классификация вибрации Вибрация – механические колебания упругих тел, характеризующиеся периодичностью изменения параметров. Вибрации возникают при неправильной балансировке валов, шкивов в машинах и станках, воздействии динамических нагрузок, при работе машин и механизмов ударного действия, например, прессов, ткацких станков, пневматического инструмента и т.д. Воздействие вибрации на человека-оператора классифицируется: - по способу передачи вибрации на человека; - по направлению действия вибрации; - по временнóй характеристике вибрации. П о с п о с о б у п е р е д а ч и вибрации на человека различают общую и локальную вибрации. Общая вибрация передается через опорные поверхности на тело сидящего или стоящего человека. Локальная вибрация передается через руки человека. Вибрация, воздействующая на ноги и предплечья сидящего человека, контактирующие с вибрирующими поверхностями рабочих столов, может быть отнесена к локальной вибрации. П о н а п р а в л е н и ю д е й с т в и я вибрации подразделяются в соответствии с направлением осей ортогональной системы координат (рис. 1). Для общей вибрации направления осей Х0, Y0, Z0 и их связь с телом человека показаны на рис. 1а. Ось Z0вертикальная, перпендикулярная к опорной поверхности, ось Х0 -горизонтальная от спины к груди; ось Y0 - горизонтальная от правого плеча к левому. Для локальной вибрации направление осей Хл Ул Zл и их связь с рукой человека показаны на рис. 1б. Ось Хл совпадает или параллельна оси места охвата источника вибрации (рукоятки, ложемента, рулевого колеса, рычага управления, обрабатываемого изделия, удерживаемого в руках). Ось Zл лежит в плоскости, образованной осью Хл и направлением подачи или приложения силы, и направлена вдоль оси предплечья. Ось Ул направлена от ладони. Вибрационная нагрузка на оператора нормируется для каждого направления действия вибрации. По временнóй характеристике различаются вибрации: постоянная вибрация, для которой спектральный или корректированный по частоте контролируемый параметр за время наблюдения изменяется не более чем в 2 раза (на 6 дБ); непостоянная вибрация, для которой эти параметры за время наблюдения изменяются более чем в 2 раза (на 6 дБ). - 55 - а) Общая вибрация Х0 – горизонтальная ось, проходящая от спины к груди Y0 – горизонтальная ось, проходящая от правого плеча к левому плечу Z0 – вертикальная ось б) Локальная вибрация Хл – ось параллельная оси захвата Yл – ось перпендикулярная плоскости ладони Zл – ось, лежащая в плоскости, образованной осью Хл и направлением подачи или движения, направленная вдоль оси предплечья Рис.1. Направление координатных осей при действии общей (а) и локальной (б) вибраций 1.2 Нормируемые показатели вибрационной нагрузки Показателями вибрационной нагрузки на оператора являются: - виброускорение (виброскорость); - диапазон частот; - время воздействия вибрации. К нормируемым показателям вибрационной нагрузки при производственном контроле относятся среднеквадратические значения виброускорения а или виброскорости V. Виброскорость V (м·с-1) – первая производная виброперемещения по времени, определяется по формуле: V 2fA , где: f - частота, Гц; А - амплитуда, м. - 56 - (1) Виброускорение а (м·с-2) – производная виброскорости по времени или вторая производная виброперемещения по времени. Уровень виброскорости – отношение среднеквадратического значения виброскорости к опорному значению виброскорости. Логарифмические уровни виброскорости Lv, дБ, определяют по формуле: V , 5 10 8 где: V – среднеквадратическое значение виброскорости, м·с-1; 5·10-8 – значение опорной Lv 20 lg виброскорости, м·с-1. Уровень виброускорения – отношение среднеквадратического значения виброускорения к опорному виброускорению. Логарифмические уровни виброускорения La, дБ, определяют по формуле: a , 10 6 где: а – среднеквадратическое значение виброускорения, м·с-2; 10-6 – значение опорного La 20 lg виброускорения. Нормируемый диапазон частот для технологической вибрации, для вибрации на рабочих местах работников умственного труда устанавливается в виде октавных полос со среднегеометрическими частотами: - для локальной вибрации - 2; 4; 8; 16; 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000 Гц; - для общей вибрации - 2; 4; 8; 16; 31,5; 63 Гц. Октавная полоса – полоса частот, в которой верхняя граничная частота fв равна удвоенной нижней частоте fн, т.е. fв/fн = 2. Октавная полоса характеризуется среднегеометрической частотой полоса fв/fн = 3 f с. г . f в f н . Иногда используется третьоктавная 2 = 1,26. Время воздействия вибрации принимается равным длительности непрерывного или суммарного воздействия, измеряемого в минутах или часах. Для локальной вибрации нормы вибрационной нагрузки на оператора (приложение 3) обеспечивают отсутствие вибрационной болезни, что соответствует критерию "безопасность". Для общей вибрации нормы вибрационной нагрузки на оператора (приложения 1 и 2) установлены для категорий вибрации и соответствующих им критериям оценки по таблице 1. - 57 - Таблица 1 Категории вибрации по санитарным нормам и критерии оценки Категории вибрации по санитарным нормам и критерии оценки Характеристика условий труда Транспортная вибрация, воздействующая на операторов подвижных самоходных и прицепных машин и транспортных средств при их движении по местности, агрофонам и дорогам, в том числе при их строительстве Транспортно-технологическая вибрация, воздействующая на операторов машин с ограниченной подвижностью, перемещающихся только по специально подготовленным поверхностям производственных помещений, промышленных площадок и горных выработок Технологическая вибрация, воздействующая на операторов стационарных машин и оборудования и передающаяся на рабочие места, не имеющие источников вибрации Вибрация на рабочих местах работников умственного труда и персонала, не занимающегося физическим трудом 1 безопасность 2 граница снижения производительности труда 3 тип "а" граница снижения производительности труда 3 тип "в" комфорт Критерий "безопасность" означает не нарушение здоровья оператора, оцениваемого по объективным показателям с учетом риска возникновения предусмотренных медицинской классификацией профессиональной болезни и патологий, а также исключающий возможность возникновения травмоопасных или аварийных ситуаций из-за воздействия вибрации. Критерий "граница снижения производительности труда" означает поддержание нормативной производительности труда оператора, не снижающийся из-за развития усталости под воздействием вибрации. Критерий "комфорт" означает создание условий труда, обеспечивающих оператору ощущение комфортности при полном отсутствии мешающего действия вибрации. 1.3 Воздействие вибрации на человека При превышении уровней общей или локальной вибрации на рабочих местах в производственных помещениях над допустимыми значениями по санитарным нормам у работников со временем может возникнуть профессиональное заболевание - вибрационная болезнь. Первоначально у человека появляется боль в конечностях, затем чувство онемения, судороги в икроножных мышцах и впоследствии возникают тяжелые заболевания внутренних органов. Неблагоприятное воздействие вибрации на организм человека-оператора – это проявления воздействия вибрации на человека-оператора, отрицательно сказывающиеся на его здоровье, работоспособности, комфорте и других условиях трудовой и социальной - 58 - жизни и оцениваемые в соответствии с принятыми гигиеническими, психофизиологическими, социальными и другими критериями. 2. СПОСОБЫ ЗАЩИТЫ ОТ ВИБРАЦИИ Для обеспечения вибрационной безопасности труда разработан комплекс мероприятий и средств защиты. Основными составляющими этого комплекса являются технические методы и средства борьбы с вибрацией в источнике ее возникновения и на путях ее распространения к рабочему месту (или в точке контакта с человекомоператором), а также организационные мероприятия. Технические методы и средства борьбы с вибрацией главным образом направлены на изменение ее интенсивности, воздействующей на человека-оператора. При этом критерием эффективности служит степень достижения нормативов вибрации, установленных для рабочих мест. П о о р г а н и з а ц и о н н о м у п р и з н а к у м е т о д ы виброзащиты подразделяются на коллективную и индивидуальную виброзащиту. П о о т н о ш е н и ю к и с т о ч н и к у возбуждения вибрации методы коллективной защиты подразделяются на методы, снижающие параметры вибрации: - воздействием на источник возбуждения; - на путях ее распространения от источника возбуждения. П о в и д у р е а л и з а ц и и м е т о д ы , снижающие передачу вибрации при контакте оператора с вибрирующим объектом, предусматривают: - использование дополнительных устройств, встраиваемых в конструкцию машины и в строительные конструкции (виброизоляция, динамическое виброгашение); - изменение конструктивных элементов машин и строительных конструкций; - использование демпфирующих покрытий; - антифазную синхронизацию двух или нескольких источников возбуждения вибраций. 3. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 3.1. Описание лабораторного стенда Внешний вид лабораторного стенда «Вибрация и способы защиты от нее» представлен на рис. 2. Стенд включает в свой состав: подставку под вибростенд 1; вибростенд 2, на вибростоле 3 которого устанавливается объект виброизоляции 4 и - 59 - сменный виброзащитный модуль 8, который представляет устройство, состоящее из двух параллельных пластин, между которыми установлены виброизоляторы или виброизолирующие прокладки. Объект виброизоляции 4 представляет устройство, укрепленное на установочной пластине. Объект виброизоляции 4 и сменные виброзащитные модули 8 хранятся в ящике 7. К объекту виброизоляции 4 крепится вибродатчик ДН-4 в одном из направлений измерения вибрации Z, X или Y. На столе лабораторном размещены генератор низкочастотных сигналов 6 и измеритель шума и вибрации ВШВ-003-М2-поз. 5 (далее генератор и измеритель соответственно). 1. Подставка под видростенд. 2. Вибростенд. 3. Видростол. 4. Объект виброизоляции. 5. Измеритель шума и вибрации ВШВ-003-М2. 6. Генератор низкочастотных сигналов. 7. Ящик для хранения виброзащитных модулей. 8. Виброзащитный модуль. 9. Клеммы для подключения. Рис.2. Стенд лабораторный «Вибрация и способы защиты от нее» Внешний вид вибростенда представлен на рис. 3. Вибростенд имеет электромагнитную систему возбуждения вибраций, обеспечивает направление воздействия вибрации по координатным осям Z, X, Y. Вибростенд состоит из защитного разъемного кожуха 1, в котором установлен магнитопроводящий корпус 3. Постоянный магнит 5 прикреплен ко дну корпуса 3 и входит в цилиндрическое отверстие вибростола 7. Вибростол 7 закреплен с помощью листовых пружин 9 на горизонтальной пластине 2, установленной на корпус 3. Катушка возбуждения 6 намотана вокруг сердечника вибростола 7. Защитная резиновая прокладка 8 закреплена на верхней части - 60 - кожуха 1. Защитный кожух 1 прикреплен с помощью шпилек к основанию 4 и имеет возможность вращения вокруг горизонтальной оси. 7 1. Защитный разъемный кожух. 2. Горизонтальная пластина. 3. Магнитопроводящий корпус. 4. Основание. 5. Постоянный магнит. 6. Катушка возбуждения. 7. Вибростол. 8. Защитная резиновая прокладка. 9. Листовая пружина Рис.3. Вибростенд 4. ТРЕБОВАНИЯ ПО ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ К работе со стендом допускаются лица, ознакомленные с его устройством, принципом действия, а также разделом описания лабораторной работы. При смене виброизолирующих модулей на вибростоле вибростенда или изменении положения вибростенда относительно основания выключить генератор низкочастотных сигналов. При эксплуатации и ремонте генератора и измерителя возможна опасность поражения персонала электрическим током напряжением 220 В, частотой 50 Гц. Поэтому при работе с генератором и измерителем необходимо соблюдать следующие требования безопасности: - заземлять генератор и заземлитель с помощью клемм защитного заземления на корпусах приборов; - вставки плавкие в приборах должны быть исправными; - запрещается эксплуатация генератора и измерителя при снятых крышках; - 61 - - запрещается производить доработки монтажа и другие работы в генераторе и измерителе под напряжением; - при ремонте и регулировании приборов необходимо использовать ручной инструмент с диэлектрическими рукоятками. Внимание! При смене виброизолирующих модулей на вибростоле вибростенда или изменении положения вибростенда относительно основания выключить генератор низкочастотных сигналов. 5. ОПИСАНИЕ ПРИБОРА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ВИБРАЦИИ ВШВ-003-М2 5.1. Измерения вибрации выполняются на приборе измерителе шума и вибрации ВШВ-003-М2 На лицевую панель измерителя (рис.4) выведены следующие органы управления, регулирования и индикации: 1) переключатель РОД РАБОТЫ с положениями: - "О" – для включения измерителя; - " " – для контроля состояния батарей; - " " – для включения измерителя в режим калибровки; - F, S, 10S – для включения измерителя в режим измерения с постоянной времени F (быстро), S (медленно), 10S – 10 секунд; 2) измерительный стрелочный прибор – для контроля напряжения питания и отсчета измеряемых величин, причем при работе с вибропреобразователем ДН-4 результат измерения необходимо умножить на 10. 3) переключатели ДЛТI (20…80 dB); ДЛТ2 (0…50 dB) – делители 4) светодиодные индикаторы (12 шт.) для снятия показаний - 20, 30,... 130 dB – шкала для измерения звукового давления - 3 х -10-3, 0,01 ... 103 mS-2 – шкала для измерения среднеквадратического значения виброускорения - 0,03; 0,1 ... 104 mm S-1 - шкала для измерения среднеквадратического значения виброскорости 5) индикатор ПРГ – светодиодный индикатор перегрузки 6) кнопка а, v – для включения измерителя в режим измерения виброскорости (v) и виброускорения (а) 7) переключатель ФЛТ, Hz – фильтр, ограничивающий пропускаемые частоты имеет следующие положения: - 62 - - 1; 10 - для включения фильтра высоких частот ФВЧ 1; 10 Гц, ограничивающих частотный диапазон при измерении виброускорения, виброскорости; - ЛИН - для включения фильтра низких частот ФНЧ 20 кГц, ограничивающего частотный диапазон при измерении уровня звукового давления по характеристике ЛИН; - А,В,С - для включения корректирующих фильтров А,В,С; - ОКТ - для включения измерителя в режим частотного анализа в октавных полосах; - переключатель ФЛТ ОКТ с кнопкой KHZ, HZ для включения одного из четырнадцати октавных фильтров со средними геометрическими частотами 1 Гц,... 8 кГц; - кнопка 10 KHZ, 4 KHZ - для включения ФНЧ 10 KHZ или 4KHZ, ограничивающих частотный диапазон при измерении виброускорения, виброскорости; - кнопка СВ, ДИФ - для измерений в режиме свободного или диффузного поля; - 50 mV – выходное гнездо с калибровочного генератора; - " - " " – калибровочный потенциометр " – разъем для подсоединения предусилителя ВПМ-101. Рис.4. Лицевая панель измерителя шума и вибрации ВШВ-003-М2 5.2 Подготовка прибора к работе Подключить измеритель к сети 220 В. Установить измеритель в горизонтальное положение и механическим корректором нуля установить стрелку измерителя на отметку 0 шкалы 0...10. Установить переключатели измерителя в положения: - РОД РАБОТЫ на ; - ДЛТ 1, dB – на 80; - ДЛТ 2, dB – на 50. - 63 - Зафиксировать показание измерителя, оно должно быть в пределах сектора, указанного на нижней шкале измерителя. 6. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ 6.1. Закрепить объект виброизоляции (поз.4 рис. 2) на вибростоле (поз.3 рис. 2). 6.2.. Закрепить вибродатчик ДН-4 на объекте виброизоляции (поз. 4 рис. 2) вертикально в направлении оси Z. 6.3. Подключить генератор (рис. 5) к сети 220 В. Соединить выходные гнезда генератора (поз.6 рис.5) с нагрузкой (поз.9 рис.2), включить тумблер "сеть" (поз.5 рис.5) и дать прогреться генератору в течение 10 мин. Генератор готов к работе. Рис.5. Лицевая панель генератора низкочастотных сигналов. Вначале установить с помощью множителя (поз.1 рис.5) диапазон "xl", далее ручкой плавного регулирования частоты (поз.8 рис.5) установить значение октавной частоты возбуждения 2 Гц, контролируя это значение на индикаторе частоты (поз.2 рис.5). Значение амплитуды вибрации (коэффициента усиления), устанавливаемой на генераторе (поз.7 рис.5), задается преподавателем. ВНИМАНИЕ. При возникновении перегрузки на лицевой панели генератора загорается светодиод "ПЕРЕГРУЗКА" (поз.4 рис.5). Необходимо выключить сетевое питание тумблером (поз.5 рис.5). Повторное включение сетевого питания возможно только после погасания светодиода нагрузки. 6.4. Произвести измерения виброускорения объекта виброизоляции в направлении Z для общей или локальной вибрации (см. п. 3.1.) во всем диапазоне частот, изменяя частоту вибрации с помощью множителя и ручкой плавного регулирования генератора. Результаты измерений занести в таблицу 2. - 64 - Таблица 2 Z X Y 10 11 12 13 14 1000 500 9 250 8 125 7 63 6 31,5 16 5 8 1 2 3 4 Нормы вибрации по ГОСТ 12.1.012-90 4 локал ьная Уровень виброускорения мм×с-2, в октавных полосах со среднегеометрическими частотами, Гц Общая – Z,X,Y Локальная - Z,X,Y 2 общая Показатели вибрации Характер вибрации Координаты вибрации Результаты измерения вибрации Место измерения и источники вибрации, виброзащиты 15 а а3 Э V а а3 Э V а а3 Э V 6.5. Переставить датчик ДН-4 в направлении X, для чего предварительно отсоединить кабель 5Ф6.644.333 от датчика. 6.6. Произвести все необходимые измерения в направлении оси X аналогично п. 6.4. 6.7. Переставить датчик ДН-4 в направлении Y, для чего предварительно отсоединить кабель 5Ф6.644.333 от датчика. 6.8. Произвести все необходимые измерения в направлении оси Y аналогично п.6.4. 6.9. Выключить генератор. Снять объект виброизоляции с вибростола, присоединить к нему виброзащитный модуль и в сборе установить на вибростоле вибростенда. Включить генератор. 6.10. Закрепить вибродатчик ДН-4 на объекте виброизоляции (поз.4 рис.2) вертикально в направлении оси Z и провести измерения вибоускорения объекта виброизоляции совместно с виброзащитным модулем в направлении Z для общей или локальной вибрации (см. п. 5.1) во всем диапазоне частот, изменяя частоту вибрации с помощью множителя и ручкой плавного регулирования генератора. 6.11. Переставить датчик ДН-4 в направлении X, для чего предварительно отсоединить кабель 5Ф6.644.333 от датчика. 6.12. Произвести все необходимы измерения в направлении оси X аналогично п. 6.4. 6.13. Переставить датчик ДН-4 в направлении Y, для чего предварительно отсоединить кабель 5Ф6.644.333 от датчика. 6.14. Произвести все необходимые измерения в направлении оси Y аналогично п.6.4. - 65 - 6.15. После выполнения лабораторной работы отключить генератор и измеритель. Объект виброизоляции, модули, датчик и кабели положить в упаковочную тару. 6.16. По результатам измерений оценить эффективность виброзащиты Э для каждой октавной полосы частот Э a a3 100% a (8) где a - среднеквадратическое значение виброускорения до применения виброзащиты, м·с2 ; aз - среднеквадратическое значение виброускорения после применения виброзащиты, м·с-2; Результаты расчетов занести в таблицу 2. 6.17. Измерение виброускорения Переключатели измерителя установить в положения: ДЛТ1, dB-80; ДЛТ2, dB-50. Все кнопки отжаты, светится индикатор 130 dB. В зависимости от частотного диапазона измерения переключатель ФЛТ, Hz установить в положение "1" или "10"; нажать или отжать кнопку 10 KHZ, 4 KHZ: - при измерении общей вибрации - "1"; кнопка нажата; - при измерении локальной вибрации - "10"; кнопка отжата. Переключатель РОД РАБОТЫ установить в положения F, S или 10 S, т.к. при измерениях низкочастотных составляющих могут возникнуть флуктуации (колебания) стрелки измерителя. Тогда следует перевести переключатель РОД РАБОТЫ из положения F в положение S. Произвести измерения, изменяя при необходимости переключатели ДЛТ1, dB и ДЛТ 2, dB. Если при измерении стрелка измерителя находится в начале шкалы, то следует вывести ее правее цифры "4" (верхняя шкала) или цифры "10" (средняя шкала) сначала переключателем ДЛТ 1, dB. Если периодически загорается индикатор ПРГ, то следует переключить переключатель ДЛТ 1, dB на более высокий уровень (влево), пока не погаснет индикатор ПРГ, а затем использовать аналогично переключатель ДЛТ 2, dB. Произвести отсчет показаний измерителя в mS-2. При работе с вибропреобразователем ДН-4 показание необходимо умножить на 10. 6.18. Измерение виброускорений в октавных полосах частот. Переключатель ФЛТ, Hz установить в положение ОКТ, переключателем ФЛТ, ОКТ и кнопкой KHZ, HZ включить необходимый октавный фильтр. При измерении общей - 66 - вибрации (частоты 2; 4; 8; 16; 31,5 и 63 Гц) и локальной вибрации (частоты 8; 16; 31,5; 63; 125; 250; 500 и 1000 Гц) в диапазоне от 2 Гц до 500 Гц кнопка KHZ, HZ нажата, а начиная с 1000 Гц кнопка KHZ, HZ отжата. Повторить операции в соответствии с п. 6.17, производя отсчет показаний измерителя в mS-2. 6.19. Измерение виброскорости Нажать кнопку а, V и повторить операции в соответствии с п. 6.17, отсчитывая показания измерителя в mmS-1. 7. ОТЧЕТ О РАБОТЕ Результаты измерений представить по форме: 1. Классификация и параметры вибрации. 2. Санитарно-гигиеническое воздействие вибрации на организм человека. 3. Нормирование вибрации. 4. Методы и средства снижения вибрации. 5. Данные измерений представить в виде табл. 2. 6. Оценить эффективность виброзащиты для выбранных виброзащитных модулей. Студент Подпись Дата Преподаватель Подпись Дата - 67 - Приложение 1 Санитарные нормы спектральных показателей вибрационной нагрузки на оператора Общая вибрация, категория 3, тип «а» Нормативные значения в направлениях Хо, YО Среднегеометрические частоты полос, Гц Виброускорения м∙с-2 в⅓ окт. Виброскорости дБ в 1/1 окт. B⅓ окт. м/с∙10-2 в 1/1 окт. 99 в⅓ окт. дБ в 1/1 окт. 1,6 0,09 2,0 0,08 2,5 0,071 97 0,46 99 3,15 0,063 96 0,32 96 4,0 0,056 5,0 0,056 95 0,18 91 6,3 0,056 95 0,14 89 8,0 0,056 10,0 0,071 97 0,12 12,5 0,09 99 0,12 16,0 0,112 20,0 0,140 103 0,12 25,0 0,18 105 0,12 1 87 31,5 0,22 0,12 0,20 87 40,0 0,285 109 0,12 87 50,0 0,355 111 0,12 87 63,0 0,445 80,0 0,56 0,14 0,1. 0,11 0,20 0,40 0,80 98 95 95 101 107 113 0,9 в⅓ окт. 103 100 101 106 112 118 115 0,64 0,23 0,12 0,12 0,12 0,12 - 68 - в 1/1 окт. 105 1,3 0,45 0,22 102 93 87. 108 99 93 87 0,20 87 92 87 0,20 87 87 92 92 Приложение 2 Санитарные нормы спектральных показателей вибрационной нагрузки на оператора Общая вибрация, категория 3, тип "в" Нормативные значения в направлениями Хо, YО Виброускорения Среднегеометрические частоты полос, Гц м∙с-2 в⅓ окт. Виброскорости дБ в 1/1 окт. B⅓ окт. в 1/1 окт. 82 м∙с∙10-2 дБ в⅓ окт. в 1/1 окт. в⅓ окт. 1,6 0,015 2,0 0,012 2,5 0,01 80 0,063 82 3,15 0,009 79 0,045 79 4,0 0,008 5,0 0,008 78 0,025 74 6,3 0,008 78 0,02 72 8,0 0,008 10,0 0,01 80 0,016 70 12,5 0,015 82 0,016 70 16,0 0,016 20,0 0,02 86 0,016 70 25,0 0,025 88 0,016 70 31,5 0,032 40,0 0,04 92 0,016 70 50,0 0,05 $4 0,016 70 63,0 0,063 80,0 0,08 0,02 0,014. 0,014 0,028 0,056 0,112 81 78 78 84 90 96 0,13 м∙с-2 86 83 83 89 95 101 98 0,09 0,032 0,016 0,016 0,016 0,016 0,016 - 69 - в 1/1 окт. 88 0,18 0,063 0,032 0,028 0,028 0,028 85 76 70 70 70 70 70 91 82 75 75 75 75 Приложение 3 Санитарные нормы спектральных показателей вибрационной нагрузки на оператора Локальная вибрация Нормативные значения в направлениях Среднегеометрические частоты октавных полос, Гц м∙с-2 дБ м∙с∙10-2 дБ 8 1,4 123 2,8 115 16 1,4 123 1,4 109 31,5 2,7 129 1,4 109 63 5,4 135 1,4 109 125 10,7 141 1,4 109 250 21,3 147 1,4 109 500 .42,5 153 1,4 109 1000 85,0 159 1,4 109 Виброускорения Виброскорости Приложение 4 Санитарные нормы одночисловых показателей вибрационной нагрузки на оператора при длительности смены 8ч Вид вибрации Локальная Общая Категория вибрации по санитарным нормам Направление действия Нормативные, корректированные по частоте и эквивалентные корректированные значения виброускорения виброскорости м∙с-2 дБ м/с∙10-2 дБ - Хл,YЛ,ZЛ 2,0 126 2,0 112 1 Zo 0,56 115 1,1 107 Yo,Xo 0,4 112 3,2 116 2 Zo,Yo,Xo 0,28 109 0,56 101 3 тип "а" Zo,Yo,Xo 0,1 100 0,2 92 3 тип "в" ZO,YQ,XO 0,014 83 0,028 75 - 70 - профессор Мельников А.А. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАЩИТЫ ОТ ТЕПЛОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ Цель работы: 1. Расширить знания о физической природе теплового излучения и его физиологического воздействия на человека, а также о защитных свойствах различных материалов (экранов) от его негативного воздействия. 2. Приобрести навыки в исследовании защитных свойств защитных тепловых экранов от теплового излучения. Учебные вопросы: 1. Изучение основ защиты от теплового излучения. 2. Исследование защитных свойств различных защитных тепловых экранов от теплового излучения. 3. Оценка эффективности защитного действия различных защитных тепловых экранов. Порядок выполнения работы: 1. Изучить методические указания, основные положения законспектировать. 2. Ознакомиться с устройством и принципом действия стенда для исследования защиты от теплового излучения и подготовить его к работе. 3. Получить у преподавателя задание на проведение исследований. 4. Произвести измерения, расчеты и их оценку. 5. Привести стенд в исходное положение (выключить электропитание, убрать экраны, сдать измерительный прибор). 6. Представить отчет о работе. - 71 - 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Лучистый теплообмен между телами представляет собой процесс распространения внутренней энергии, которая излучается в виде электромагнитных волн. Все электромагнитные излучения имеют одинаковую природу и отличаются только длинной волны. Например, длины волн ультрафиолетового излучения равны 0,02-0,4 мкм, видимого излучения 0,4-0,76 мкм, инфракрасного более 0,76 мкм. Видимое и инфракрасное излучения называют тепловым или лучистым. Воздух прозрачен (диатермичен) для теплового излучения, поэтому при прохождении лучистого тепла через воздух температура его не повышается. Лучи поглощаются предметами, нагревают их и они становятся излучателями тепла. Воздух, соприкасаясь с нагретыми телами, нагревается, и температура воздушной среды в производственных помещениях возрастает. Энергия теплового излучения может быть определена по формуле: T ) 110) 100 , Q L2 где: Q - энергия теплового излучения, Вт/м2; 0.78 F (( (1) F - площадь излучающей поверхности, м2; T0 - температура излучающей поверхности, К; L – расстояние от излучающей поверхности до объекта, м. Из формулы следует, что количество лучистого тепла, поглощаемого телом человека, зависит от температуры источника излучения, площади излучающей поверхности, от квадрата расстояния между излучающей поверхностью и телом человека. Тепловой обмен организма человека с окружающей средой заключается во взаимосвязи между образованием тепла (термогенезисом) в результате жизнедеятельности организма и отдачей им тепла во внешнюю среду. Отдача тепла осуществляется, в основном, тремя способами: конвекцией, излучением и испарением. Передача тепла инфракрасным излучением (ИК–излучением) является наиболее мощным из всех путей теплоотдачи и составляет в комфортных метеоусловиях 44-59% общей теплоотдачи. Излучение тела человека находится в диапазоне длин волн от 5 до 25 мкм, с максимальной энергией, приходящейся на 9,4 мкм. В производственных условиях, когда работающий окружен предметами, имеющими температуру, отличную от температуры человека, соотношение способов теплоотдачи может существенно изменяться. Отдача человеческим телом тепла во внешнюю среду возможна только тогда, когда температура окружающих предметов ниже температуры - 72 - тела человека. В обратном случае направление потока лучистой энергии меняется на противоположное, и уже тело человека будет получать извне дополнительную тепловую энергию. Воздействие инфракрасных лучей приводит к перегреву организма и тем быстрее, чем больше мощность внешнего излучения, выше температура и влажность воздуха в рабочем помещении, больше интенсивность выполняемой работы. ИК–излучение, помимо усиления теплового воздействия окружающей среды на организм работающего, обладает специфическим влиянием проникать на разную глубину в живую ткань. Лучи длинноволнового диапазона (длина волны от 3,0 мкм до 1 мм) задерживаются в поверхностных слоях кожи уже на глубине 0,1-0,2 мм. Поэтому их физиологическое воздействие на организм проявляется, главным образом, в повышении температуры кожи и перегреве организма. Наоборот, коротковолновой диапазон ИК–излучения характеризуется способность проникать в ткани человеческого организма на несколько сантиметров. Так лучи с длиной волны 0,78-1,4 мкм, легко проникают через кожу и черепную коробку в мозговую ткань, что может привести к воздействию на клеточные образования головного мозга. Тяжелые поражения головного мозга ИК–лучами приводят к возникновению специфического заболевания – теплового удара, внешне, выражающегося в головной боли, головокружении, учащении пульса, ускорении дыхания, падении сердечной деятельности, потери сознания. После облучения коротковолновыми ИК–лучами, проникающими в глубоко лежащие ткани, наблюдается повышение температуры легких, почек, мышц и других органов. В крови, лимфе, спинномозговой жидкости появляются специфические биологически активные вещества, наблюдаются нарушения обменных процессов, изменяется функциональное состояние центральной нервной системы. Интенсивность теплового облучения человека регламентируется, исходя из субъективного ощущения человеком энергии облучения. Человек может неопределенно долго выдерживать излучение интенсивностью до 350 Вт/м2. Эта величина считается верхним пределом оптимального облучения. При более высоких значениях должно осуществляться воздушное душирование рабочих мест. Нормы ограничивают также температуру нагретых поверхностей оборудования в рабочей зоне, которая не должна превышать 45ºС, а для оборудования, внутри которого температура равна или ниже 100ºС, температура на его поверхности устанавливается не выше 35ºС. - 73 - В производственных условиях не всегда возможно выполнить эти требования. В этом случае должны быть предусмотрены мероприятия по защите работающих от возможного перегрева: дистанционное управление ходом технологического процесса, воздушное и водо-воздушное душирование рабочих мест; устройство специально оборудованных комнат, кабин или рабочих мест для кратковременного отдыха с подачей в них кондиционированного воздуха; использование защитных экранов, водяных и воздушных завес; защищающих рабочие места от теплового излучения; применение средств индивидуальной защиты; спецодежды, спец обуви и др. Одним из самых распространенных способов борьбы с тепловым излучением является экранирование излучающих поверхностей. Различают тепловые экраны трех типов: непрозрачные, прозрачные и полупрозрачные. В непрозрачных экранах поглощаемая энергия электромагнитных колебаний, взаимодействуя с веществом экрана, превращается в тепловую энергию. При этом экран нагревается и, как всякое нагретое тело, излучает электромагнитные колебания. Излучение поверхностью экрана, противолежащей экранируемому источнику излучения, условно рассматривается как пропущенное излучение источника. К непрозрачным экранам относятся, например, металлические (в том числе алюминиевые), альфолевые (алюминиевая фольга), футерованные (пенобетон, пеностекло, керамзит, пемза), асбестовые и другие. В прозрачных экранах, излучения, взаимодействуя с веществом экрана, минуют стадию превращения в тепловую энергию и распространяются внутри экрана по законам геометрической оптики, что и обеспечивает видимость через экран. Так ведут себя экраны, выполненные из различных стекол: силикатного, кварцевого, органического, металлизированного, а также пленочные водяные завесы (свободные и стекающие по стеклу), водо-дисперсионные завесы. Полупрозрачные экраны объединяют в себе свойства прозрачных и непрозрачных экранов. К ним относятся металлические сетки, цепные завесы, экраны из стекла, армированного металлической сеткой. По принципу действия экраны подразделяются на: теплоотражающие, теплопоглощающие и теплоотводящие. Однако это деление условно, так как каждый экран обладает одновременно способностью отражать, поглощать и отводить тепло. Отнесение экрана к той или иной группе производится в зависимости от того, какая способность более выражена. - 74 - 2. СРЕДСТВА И МЕРЫ ЗАЩИТЫ ОТ ТЕПЛОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ Ведущая роль в профилактике вредного влияния высоких температур инфракрасного излучения принадлежит технологическим предприятиям. Внедрение автоматизации и механизации производственных процессов, дистанционного управления обеспечивает возможность пребывания рабочих вдали от источника радиационного и конвекционного тепла. Теплоизлучение и поступление конвекционной теплоты в рабочую зону значительно уменьшается путем применения экранов, которые по принципу действия подразделяются на: теплоотражающие, теплопоглощающие и теплоотводящие. Эффективность установки теплозащитного экрана оценивается долей задержанной теплоты. Теплоотражающие экраны используются для локализации тепловыделений от поверхностей печей, покрытия наружных поверхностей. В качестве материалов для непрозрачных теплоотражающих экранов используют алюминиевую фольгу, листовой алюминий, пенобетон, керамзит, асбест и др., эффективность теплозащиты экранов достигает 80-98%. Теплоотводящие представляют собой стальные полые плиты, в которых циркулирует вода или воздушная смесь. В качестве полупрозрачных теплоотводящих экранов используется металлические сетки с размером ячейки 3…3,5 мм, цепные завесы, армированное стальной сеткой стекло. Металлические сетки применяют при интенсивностях облучения до 0,35 – 1,05 кВт/м2. Эффективность экранов из сетки: один слой 33 – 50, два слоя - 57 – 75%. Цепные завесы и армированное стальной сеткой стекло применяют при интенсивности облучения 0,7 – 5 кВт/м2 с эффективностью до 70%. Для повышения эффективности тепловой защиты устраивают двойные экраны и применяют орошение экранов водяной пленкой. В качестве теплоотводящих экранов наиболее широко применяются водяные завесы, свободно падающие в виде пленки, орошающие другую экранирующую поверхность (например, металлическую), либо заключенные в специальный кожух из стекла (аквариальные экраны), металла (змеевики) др. Оценить эффективность защиты от теплового излучения с помощью экранов и водяной завесы можно по формуле: Q Qз , (2) Q где: Q - интенсивность теплового излучения без применения защиты, Вт/м2; n Q3 - интенсивность теплового излучения с применением защиты, Вт/м2. - 75 - Прозрачные теплопоглощающие экраны изготавливают из бесцветных различных или окрашенных стекол: силикатное – для защиты от источников с температурой 700С; органическое - для защиты от источников с температурой 900С. Эффективность теплозащиты стекол зависит от температуры источника излучения и при 1000С достигает 86%. Для повышения тепловой защиты применяется двойное остекленение с вентилируемой воздушной прослойкой, а так же целесообразно использовать водяные экраны, так как зеркальная водяная завеса снижает интенсивность излучения в 5 –10 раз. При воздействии на работающего теплового излучения интенсивностью 0,35 кВт/м2 и более, а так же 0,175-0,35 кВт/м2 при площади поверхностей более 0,2 м2 применяют воздушное душирование (подача воздуха в виде воздушной струи направленной на рабочее место). При интенсивности свыше 2,1 кВт/м2 воздушный душ не может обеспечить необходимой защиты. В этом случае следует по возможности уменьшить облучение, предусматривая теплоизоляцию, экранирование и применять водо-воздушное душирование, что позволяет, наряду с усилением конвективного обмена, увеличить теплоотдачу организма человека. Таблица 1 Воздействие теплового облучения на человека в зависимости от его интенсивности и длительности Интенсивность облучения, Воздействие Длительность облучения, с Вт/м2 230-350 Слабое Неопределенно долго 350-1050 Умеренное 180-300 1050-1600 Среднее 40-60 2000-2800 Высокое 18-24 3500 Очень высокое 2-5 3. ОПИСАНИЕ СТЕНДА ИССЛЕДОВАНИЯ ЗАЩИТЫ ОТ ТЕПЛОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ Принципиальная схема лабораторной установки представлена на рисунке 1. Стенд представляет собой лабораторный стенд – 1, выполненный в виде металлического сварного каркаса, на котором устанавливается столешница – 2, и устройство – 3 для создания водяной завесы, а под столешницей – замкнутая гидросистема – 4, и ящик – 5 для хранения комплекта сменных элементов. Ящик и гидросистема закрыты стенками и запирающимися на ключ дверцами. Стенки и дверцы закрепляются на металлическом каркасе стенда. - 76 - На столешнице – 2 закреплены направляющие – 6 линейного перемещения, пульт управления – 7, линейка – 8 и установлен имитатор установки теплового излучения – 9. На направляющих – 6 установлены две подвижные каретки – 10. На одной из кареток закреплен датчик –11 измерителя теплового излучения –12, на другой устанавливаются сменные экраны – 13. Устройство – 3 для создания водяной завесы представляет собой металлическую трубу с заглушкой на одном конце и системой отверстий, просверленных по прямой линии вдоль трубы, для выпуска воды. Непосредственно под устройством – 3 расположен бак – 14 для приема воды. Имитатор установки теплового излучения – 9 имеет защитный кожух – 15. Замкнутая гидросистема - 4, питающая устройство – 3 для создания водяной завесы, состоит из водяного насоса – 16, предохранительного клапана – 17, бака – 14 для приема воды, сетчатого фильтра – 18. Все элементы гидросистемы соединяются между собой устройством для создания водяной завесы гибкими шлангами. Бак 14 имеет штуцер для слива воды. Клапан 17 предназначен для регулирования воды в устройстве 3 для создания водяной завесы. Ящик 5 имеет направляющие для установки сменных экранов. На лицевой панели пульта управления 7 установлены тумблеры: включения стенда в сеть переменного тока; включения водяного насоса и имитатора теплового излучения. На задней стенке пульта 7 установлены розетки для подключения имитатора 9 установки теплового излучения и измерителя 12 теплового излучения. К работе со стендом допускаются лица, ознакомленные с его устройством и принципом действия. Запрещается снимать защитный экран, которым закрыт источник теплового излучения. Все подключения и работы на стенде проводить сухими руками. - 77 - 2 Рис.1. Стенд исследования защиты от теплового излучения 1 – лабораторный стол; 2 – столешница; 3 – источник водяной завесы; 4 – гидросистема; 5 – ящик с комплектом съемных экранов; 6 – направляющие для перемещения каретки; 7 – пульт управления; 8 – линейка; 9 – источник теплового излучения; 10 – подвижные каретки; 11 – датчик измерения теплового излучения; 12 – прибор для измерения теплового излучения; 13 – гнездо для установки защитных экранов; 14 – бак для приема воды; 15 – защитный кожух источника теплового излучения; 16 – водяной насос; 17 – предохранительный клапан бака; 18 – сетчатый фильтр. 4. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ РАДИОМЕТРЕ «Аргус-03» Радиометр неселективный «Аргус-03» предназначен для измерения энергетической освещенности объектов в диапазоне от 1,0 до 2000 Вт/м2 в спектральном диапазоне от 0,5 до 20,0 мкм. Радиометр может быть использован в организациях охраны труда, медицине, сельском хозяйстве, для измерения плотности потока излучения от нагретых объектов, тепловых потерь в теплоэнергетике, машиностроении и пр. Условия эксплуатации изделия: температура окружающей среды – 20±15 0С; относительная влажность – не более 80%; атмосферное давление – 96-104 кПа; энергетическая освещенность – не более 2000 Вт/м2. Предел допускаемой основной относительной погрешности измерений – 6%. Питание прибора осуществляется от стандартных элементов питания (батареи типа «Крона» или аналогичные). Потребляемая мощность – 0,02 Вт. Время установления рабочего режима – 2 с. Устройство преобразовании и принцип потока работы. излучения Принцип создаваемого работы прибора источниками, в основан на непрерывный электрический сигнал, пропорциональный энергетической освещенности, который затем - 78 - преобразуется аналого-цифровым преобразователем в цифровой код, индицируемый на цифровом табло индикаторного блока. В измерительной головке установлен первичный преобразователь излучения – термоэлемент для измерения энергетической освещенности. На передней панели индикаторного блока прибора размещен переключатель пределов измерений и гнезда для сигнала с выхода головки. В задней части прибора размещены элементы питания. Показания индицируются в единицах «Вт/м2». Порядок работы с прибором. Установить измерительную головку прибора в месте, где необходимо измерить освещенность. Индикаторный блок можно разместить в месте, удобном для снятия показаний с индикаторного табло. Переключатель пределов должен быть установлен в положение «off». Включить прибор, для этого переключатель установить в положение «Вт/м2». При этом должны появиться показания на цифровом табло. Если в левой его части загорается индикатор разряда батареи «bat», необходимо сменить элемент питания. Закрыть приемную головку, измерить и запомнить «темновое» значение (Uт) для дальнейшего вычисления значения энергетической освещенности. Открыть измерительную головку. На табло индицируется энергетическая освещенность в «Вт/м2». Провести расчет значения энергетической освещенности, измеренной радиометром по формуле: E U 0 U т , где U0 и Uт – показания радиометра при открытой и закрытой головке соответственно. Если на табло индицируется единица наивысшего разряда, а цифры остальных разрядов не горят, это означает перезагрузку для данного предела измерений. Внимание: Не рекомендуется производить измерения энергетической освещенности, превышающей верхний предел диапазона измерений, указанный в технических характеристиках прибора и условиях эксплуатации (2000 Вт/м 2) во избежание выхода из строя датчика измерительной головки. Перед первым измерением рекомендуется выдержать прибор включенным в течение 30 минут. По окончании работы, во избежание преждевременной разрядки элементов питания, необходимо выключить прибор, установив переключатель снова в положение «off». 5. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ НА СТЕНДЕ 5.1. Ознакомиться с мерами безопасности при проведении лабораторной работы и строго выполнять их. 5.2. Ознакомиться с порядком выполнения работы. 5.3. Подключить стенд к сети переменного тока, а источник теплового излучения к розетке пульта управления. Включить пульт управления стендом. - 79 - 5.4. Включить источник теплового излучения и установить измеритель теплового излучения. 5.5. Переносную часть измерителя с помощью каретки разместить на различных расстояниях от источника теплового излучения и определить интенсивность теплового излучения в этих точках. Данные замеров занести в таблицу 1. Построить график зависимости теплового излучения от расстояния. 5.6. Включить устройство создания водяной завесы. Определить интенсивность теплового излучения на заданных расстояниях (аналогично п. 4.5). Оценить эффективность водяной завесы для защиты от теплового излучения по формуле (2). Построить график зависимости теплового излучения от расстояния. 5.7. Установить с помощью каретки различные защитные экраны и определить интенсивность теплового излучения на различных расстояниях (п.п. 4.5). Оценить эффективность водяной завесы для защиты от теплового излучения по формуле (2). Построить график зависимости теплового излучения от расстояния. 6. ОТЧЕТ О ВЫПОЛНЕННОЙ РАБОТЕ 6.1. Общие сведения. 6.2. Описание оборудования и приборов. 6.3. Данные измерений (таблица 2). Таблица 2 Вид защитного экрана L, см Q, Вт/м 2 6.4. Графики зависимости интенсивности теплового излучения от расстояния. 6.5. Эффективность защитного действия водяной завесы и экранов. 6.6. Выводы. Студент _________________ Преподаватель _______________________ Дата ____ _________ - 80 - профессор Мельников А.А. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАЩИТЫ ОТ СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ Цель работы: 1. Изучить теоретические основы оценки опасности воздействия электромагнитных излучений различного спектра электромагнитных волн, в том числе СВЧ, и защиту от них. 2. Получить навыки в проведении исследования защитных свойств материалов от СВЧ–излучения. Учебные вопросы: 1. Измерение поля СВЧ–излучения. 2. Определение защитной эффективности экранов от СВЧ–излучения. Порядок выполнения работы: 1. Изучить теоретические основы электромагнитных излучений, основные положения законспектировать. 2. Изучить измерительный стенд, порядок работы на нем и технику безопасности. 3. Получить задания на измерительные работы у преподавателя. 4. Произвести измерения. 5. Представить отчет о проделанной работе. 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Электромагнитные излучения – процесс испускания электромагнитных волн, а также само переменное электромагнитное поле этих волн. Электромагнитные поля (ЭМП) генерируются токами, изменяющимися по направлению во времени. Спектр электромагнитных (ЭМ) колебаний находится в широких пределах по длине волны λ от 1000 км до 0,001 мкм и менее, а по частоте от 3-102 до 3-102 Гц, включая радиоволны, оптические и ионизирующие излучения. В настоящее время наиболее широкое применение в различных отраслях хозяйства находит ЭМ энергия неионизирующей части спектра. Это касается, прежде всего, ЭМ полей радиочастот. Они подразделяются по длине волны на ряд диапазонов (табл. 1). - 81 - Таблица 1 Спектр электромагнитных волн Длина волны, λ Диапазон частот Длинные (километровые) волны (ДВ) 10-1 км Высокие частоты (ВЧ) от 3 до 300 КГц По международному регламенту Название диапазона № частот Низкие (НЧ) 5 Средние (гектометровые) волны Короткие (декаметровые) волны (KB) 1 км-100м Тоже от 0.3 до 3 МГц Средние (СЧ) 6 100-10 м Тоже от 3 до 30 МГц Высокие (ВЧ) 7 Ультравысокие от 30 до 300 Мгц Очень высокие частоты (УВЧ) (ОВЧ) 8 Название диапазона Ультракороткие (метровые) волны (УКВ) 10-1 м Частота, ν Микроволны: дециметровые (дм); 1 м-10 см Сверхвысокие частоты (СВЧ) от 0,3 до 3 Ггц Ультравысокие (УВЧ) сантиметровые (см) 10-1 см Тоже от З до 30 Ггц Сверхвысокие (СВЧ) 9 миллиметровые (мм) 1см-1 мм Тоже от 30 до 300 Ггц Крайне высокие (КВЧ) 10 ЭМП складывается из электрического поля, обусловленного напряжением на токоведущих частях электроустановок, и магнитного, возникающего при прохождении тока по этим частям. Волны ЭМП распространяются на большие расстояния. В промышленности источниками ЭМП являются электрические установки, работающие на переменном токе частотой от 10 до 10 Гц; приборы автоматики электрические установки с промышленной частотой 50-60 Гц, установки высокочастотного нагрева (сушка древесины, склеивание диэлектриков, нагрев пластмасс и др.). Значения предельно допустимой напряженности ЭМП радиочастот в диапазоне 0,06-300 МГц на рабочих местах приведены в табл.2. Таблица 2 Предельно допустимая напряженность ЭМП радиочастот в диапазоне 0,06-300 МГц на рабочих местах Составляющая поля, по которой оценивается его воздействие и диапазон частот, МГц Электрическая составляющая: 0,06 - 3 3 - 30 30 - 50 50 - 300 Магнитная составляющая: 0,06 - 1,5 30 - 50 Предельно допустимая напряженность в течение рабочего дня 50 В/м 20 В/м 10 В/м 5,0 В/м 5,0 А/м 0,3 А/м - 82 - Предельно допустимые уровни ПДУ=20В/м по электрической составляющей и не более 5 А/м по магнитной составляющей. ЭМП характеризуется совокупностью переменных электрического и магнитного составляющих. Различные диапазоны радиоволн объединяет общая физическая природа, но они существенно различаются по заключенной в них энергии, характеру распространения, поглощения, отражения, а вследствие этого по действию на среду, в т.ч. и на человека. Чем короче длина волны и больше частота колебаний, тем больше энергии несет в себе квант. Связь между энергией Y и частотой f колебаний определяется как y h f или: Y hc , т.к. между длиной волны λ и частотой f существует соотношение: f c , где: с - скорость распространения электромагнитной волны в воздухе (с=3∙108м/с), h - постоянная Планка, равная 6,6-1034 Вт/см. Вокруг любого источника излучения ЭМП разделяют на 3 зоны: ближнюю - зону индукции, промежуточную - зону интерференции и дальнюю - волновую зону, Если геометрические размеры источника излучения меньше длины волны излучения λ (т.е. имеет место точечный источник), границы зон определяются следующими расстояниями R: ; 2 - ближайшая зона (индукция) R - промежуточная зона (интерференция) - дальняя зона (волновая) R 2 . R 2 ; 2 Работающие с источниками излучения НЧ, СЧ и в известной степени ВЧ и ОВЧдиапазонов находятся в зоне индукции. При эксплуатации генераторов СВЧ и КВЧ диапазонов работающие часто находятся в волновой зоне. В волновой зоне интенсивность поля оценивается величиной плотности потока энергии (ППЭ), т.е. количеством энергии, падающим на единицу поверхности. В этом случае ППЭ выражается в ваттах на 1м2, или в производных единицах, милливаттах и микроваттах на см2 (Вт/м2, мВт/см2, мкВт/см). ЭМП по мере удаления от источника излучения быстро затухает. ЭМ волны диапазона УВЧ, СВЧ и КВЧ (микроволны) используются в радиолокации, радиоастрономии, радиоспектроскопии, геодезии, дефектоскопии, физиотерапии. Иногда ЭМП УВЧ диапазона применяются для вулканизации резины, термической обработки пищевых продуктов, стерилизации, - 83 - пастеризации, вторичного разогрева пищевых продуктов. СВЧ- аппараты используются для микроволновой терапии. Наиболее опасными для человека являются ЭМП высокой и сверхвысокой частот. Критерием оценки степени воздействия на человека ЭМП может служить количество электромагнитной энергии, поглощаемой им при пребывании в электрическом поле. Величина поглощаемой человеком энергии зависит от квадрата силы тока, протекающего через его тело, времени пребывания в электрическом поле и проводимости тканей человека. По законам физики изменения в веществе может вызвать только та часть энергии излучения, которая поглощается этим веществом, а отраженная или проходящая через него энергия действия не оказывает. Электромагнитные волны лишь частично поглощаются тканями биологического объекта, поэтому биологический эффект зависит от физических параметров интенсивности и ЭМП радиочастот: режима излучения длины волны (частоты колебаний), (непрерывный, прерывистый, импульсно- модулированный), продолжительности и характера облучения организма (постоянное, интермиттирующее), а также от площади облучаемой поверхности и анатомического строения органа, или ткани. Степень поглощения энергии тканями зависит от их способности к ее отражению на границах раздела, определяемой содержанием воды в тканях и другими их особенностями. Колебания дипольных молекул воды и ионов, содержащихся в тканях, приводят к преобразованию электромагнитной энергии внешнего поля в тепловую, что сопровождается повышением температуры тела, или локальным избирательным нагревом тканей, органов, клеток, особенно с плохой терморегуляцией (хрусталик глаза, стекловидное тело, семенники и др.). Тепловой эффект зависит от интенсивности облучения. Пороговые интенсивности теплового действия ЭМП на организм животного составляют для диапазона средних частот -8000 В/м, высоких - 2250 В/м, очень высоких 150 В/м, дециметровых - 40 мВт/см2, сантиметровых -10 мВт/см2, миллиметровых - 7 мВт/см2. ЭМП ниже указанных величин не обладает термическим действием на организм, но вызывает слабовыраженные эффекты аналогичной направленности, что согласно ряду теорий, считается специфическим нетепловым действием, т.е. переходом ЭМ энергии в объекте в какую-то форму нетепловой энергии. Нарушение гормонального равновесия при наличии СВЧ-фона на производстве следует рассматривать, как противопоказания для профессиональной деятельности, связанной с нервной напряженностью труда и частыми стрессовыми ситуациями. - 84 - Постоянные изменения в крови наблюдаются при ППЭ выше 1мВт/см2. Это фазовые изменения лейкоцитов, эритроцитов и гемоглобина. Возможно поражение глаз в виде помутнения хрусталика (катаракты) - последствия воздействия ЭМП в условиях производства. При воздействии миллиметровых волн изменения наступали немедленно, но быстро проходили, но при частоте 35 ГГц они были стойкими, т.к. являлись результатом повреждения эпителия роговицы. При частоте около 400 кГц повреждений не наблюдалось. Клинико-эпидемиологические исследования людей, подвергшихся производственному воздействию СВЧ-облучения при интенсивности его ниже 10 мВт/см2, показали отсутствие каких-либо проявлений катаракты. Воздействие ЭМП с уровнями, превышающими допустимые, приводят к изменениям функционального состояния сердечно-сосудистой и центральной нервной систем, нарушению обменных процессов. При воздействии значительных интенсивностей СВЧ может возникать более или менее выраженное помутнение хрусталика глаза (катаракты). Нередко отмечают изменения в составе периферической крови. Защитные меры от действия ЭМП сводятся, в основном, к применению защитного экранирования, дистанционного управления устройствами, излучающими ЭМ волны, применению средств индивидуальной защиты. Защитные экраны делятся на: 1) отражающие излучение; 2) поглощающие излучение. К первому типу относятся сплошные металлические экраны, экраны из металлической сетки, из металлизированной ткани. Ко второму типу относятся материалы из радиопоглощающих материалов. К средствам индивидуальной защиты (СИЗ) относятся: спецодежда, выполненная из металлизированной ткани; защитные очки; защитные халаты; фартуки; накидки с капюшоном; перчатки; щитки. 2. СРЕДСТВА И МЕРЫ ЗАЩИТЫ ОТ СВЧ - ИЗЛУЧЕНИЯ Защита персонала, обслуживающего установки ВЧ, УВЧ и СВЧ достигается: - уменьшением излучения непосредственно от самого источника излучения; - экранированием источника излучения; - экранированием рабочего места у источника излучения или удалением рабочего места от него (дистанционное управление); - 85 - - применением в отдельных случаях средств индивидуальной защиты. Интенсивность ЭМП радиочастот на рабочих местах не должна превышать: - в диапазоне СВЧ при облучении в течение всего рабочего дня - 10 мкВт/см2. - при облучении не более двух часов за рабочий день - 100 мкВт/см2, при облучении не более 10-15 мин за рабочий день - мкВт/см2 (мВт/см2), при условии обязательного пользования защитными очками; - в диапазоне СВЧ для лиц, не связанных профессионально с облучением, и для населения интенсивность излучения не должна превышать 1мк Вт/см2. Выбор способа защиты или комбинации их определяются типом источника излучения, рабочим диапазоном волн, характером выполняемых работ. Для уменьшения интенсивности излучения от источника необходимо: - при обработке высокочастотной части РЛС, отдельных СВЧ генераторов и т.п. применять различные типы поглотителей мощности, эквиваленты нагрузок; - использовать имитаторы цели при проверках индикаторных, приемных вычислительных, управляющих и т.п. систем РЛС, когда не требуется включения генераторных и излучающих высокочастотных устройств (передатчиков, антенн); - использовать волноводные ответвители, ослабители, делители мощности при отработке линий передачи энергии и антенных устройств; - во всех случаях работы с аппаратурой необходимо убедиться в отсутствии утечек энергии на линиях передачи - местах сочленения элементов волноводного тракта, из катодных выводов магнетронов и т.п. Экранирование источников излучения и рабочих мест выполняется различно в зависимости от генерируемой мощности, взаимного расположения источника и рабочего места, характера технологического процесса. Испытания источников излучения на высоком уровне мощности (антенные устройства, комплексы РЛС) должны проводится, как правило, на специальных полигонах. Требования к производственным помещениям и размещению оборудования: - действующие генераторы СВЧ, радио и телевизионные передатчики должны размещаться в специально предназначенных помещениях; - при работе нескольких генераторов СВЧ в одном помещении необходимо принять меры, исключающие превышение ПДУ облучения за счет суммирования энергии излучения; - 86 - - при работе генераторов СВЧ, радиопередающих и телевизионных устройств с большой мощностью излучения необходимо исключить возможность облучения людей, постоянно находящихся в смежных с производственными помещениях; - на антенных полях радиостанций, полигонах, аэродромах и на других, не ограниченных помещением участках, должны быть обозначены места, где интенсивность облучения может превышать допустимую. В зависимости от типа источника излучений, его мощности, характера технологического процесса может быть применен один из указанных методов защиты или любая из комбинаций. Для защиты от проникновения СВЧ энергии в рабочее помещение рекомендуется экранировать источники излучения. Экранирование не должно нарушать процесс регулировки, настройки испытания при работе с излучающим устройством. Поэтому при конструкции экранирующих приспособлений необходимо учитывать основные параметры, характеризующие излучение и назначение производственного процесса, связанного с экранирующим источником излучения. Тип, форма, размеры и материал экранирующего устройства зависит от того, имеет ли место непосредственное излучение, направленное или ненаправленное, непрерывное или импульсное, какова излучаемая мощность и рабочий диапазон частот. Любая экранирующая система для защиты от проникновения СВЧ энергии основана на радиофизических принципах отражения или поглощения электромагнитной энергии. Известно, что полное отражение электромагнитной волны обеспечивается материалами с высокой электропроводимостью (металлы), полное поглощение возможно в материалах с плохой электропроводимостью (полупроводники, диэлектрики с большими потерями). С учетом указанных свойств материалов, характера и параметров источника излучения, особенностей производственного процесса был рекомендован и внедрен в практику ряд типовых экранирующих устройств, которые показали хорошую эффективность. Типы экранов Отражающие экраны. Если производственный процесс основан на непосредственном излучении энергии волн в пространстве, полное или частичное экранирование источника может привести к нарушению процесса или даже к невозможности его осуществления. Волны, отражаемые стенками эксплуатирующих устройств, обращенные в сторону излучателя, будут оказывать влияние на режим работы РЛС: пробой в генераторных лампах передатчиков, изменение его рабочей частоты и т.д. - 87 - В подобных случаях рационально применять поглощающие покрытия. Отражающие поверхности экранирующего устройства покрываются материалом, практически полностью поглощающим энергию падающих волн. В тех случаях, когда имеются только утечки в линиях передачи СВЧ энергии, отражения от стенок экранирующего устройства не оказывают влияния на режим работы излучателя генераторной установки или РЛС в целом, экранировка может быть сделана без поглощающих покрытий. Экраны могут быть использованы: для экранирования помещения, источника излучения, рабочего места. Все экраны должны быть тщательно заземлены. Сплошные металлические экраны обеспечивают надежное экранирование при любых, практически встречающихся интенсивностях СВЧ поля с учетом допустимых величин (10 мкВт/см2). Экран может быть изготовлен из металла любой толщины. При толщине экрана в 0,01мм поле СВЧ ослабляется примерно в 100000 раз. Следовательно, ослабление в сплошных металлических экранах достаточно велико и для облегчения веса можно пользоваться даже тонкой металлической фольгой. Сетчатые экраны обладают худшими экранирующими свойствами. Однако в ряде случаев по техническим соображениям и когда требуется ослабление потока мощности СВЧ в 100-1000 раз, экраны из сеток находят широкое применение. Форма экранирующего устройства может быть в виде: - экранированной камеры (замкнутого экрана); - незамкнутого экрана. В качестве замкнутого экрана может быть рассмотрен металлический каркас шкафа передатчика. В период регулировки в случае необходимости наблюдения за режимом работы всей генераторной установки обшивку и дверцы шкафа, выполненные из листового металла, можно временно заменять обшивкой и дверцами, выполненными из металлической сетки. Экранированную камеру можно рекомендовать для отдельных производственных процессов в случае направленного излучения, когда интенсивность источника излучения слишком большая. В этом случае может оказаться необходимым экранирование двойной камерой из сетки или сплошным листовым металлом. Размеры экранирующей камеры определяются размерами источника излучения и рабочего помещения, однако, минимально возможные размеры камеры обусловливаются в первую очередь значением излучаемой мощности. - 88 - С направленным излучением приходится встречаться, главным образом, при испытании комплекса РЛС, испытаниях антенных устройств, отработке элементов СВЧ тракта на устранение электрических пробоев и других работах. Большинство работ, связанных с направленным облучением, относится к испытаниям и исследованиям антенных устройств (снятие диаграммы направленности, измерение частотных характеристик антенн). Несмотря на то, что эти исследования чаще всего производятся на невысоких уровнях мощности от измерительных генераторов (до 5 Вт), интенсивность облучения может значительно превышать допустимые величины плотности потока энергии (ППЭ). В зависимости от характера работ могут быть применены различные формы незамкнутых экранов и материалы для их изготовления. Форма, размер, материал замкнутого экрана по отношению к источнику излучения должны выбираться в каждом конкретном случае с таким расчетом, чтобы работающие в данном помещении не подвергались облучению с интенсивностью выше допустимой нормы. 3. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 3.1. Описание стенда Общий вид лабораторной установки представлен на рисунке 1. Стенд представляет собой передвижной стол, выполненный в виде металлического сварного каркаса 1, на котором установлена столешница 3. На столешнице размещены: микроволновая СВЧ-печь 5 марки "Плутон СП-18" (рис. 2), координатное устройство 4 с датчиком 6 и микроамперметром 7. Последний служит для регистрации наличия СВЧ измерения и связан гибким проводом с датчиком координатного устройства, дающим сигнал об излучении. Координатное устройство обеспечивает четыре степени свободы и позволяет фиксировать наличие излучения перед печью, слева и справа от нее с помощью датчика, расположенного на вертикальной направляющей координатного устройства. Все элементы координатного устройства выполнены из органического стекла во избежание искажения сигнала с датчика. Датчик состоит из фторопластового корпуса, полуволнового вибратора и выпрямительного СВЧ-диода. СВЧ - печь приподнята над столешницей на четырех опорах, что дает возможность фиксировать наличие излучения ниже основания печи. - 89 - 1. металлический сварной каркас, 2. дверцы шкафа; 3. столешница; 4. координатное устройство; 5. СВЧ-печь; 6. датчик; 7. микроамперметр; 8. пазы. Рис. 1. Общий вид лабораторной установки «Защиты от СВЧ – ИЗЛУЧЕНИЙ» Рис 2. СВЧ – ПЕЧЬ «ПЛУТОН СП – 18» В качестве нагрузки в печи используется строительный красный кирпич "М-150", устанавливаемый на неподвижную подставку, в качестве которой может быть использована неглубокая столовая фаянсовая тарелка. На столешнице имеются пазы 8 для установки сменных защитных экранов, используемых для изучения экранирующих свойств различных материалов. Количество сменных защитных экранов - семь. Защитные экраны с размерами 350х600 мм выполнены из следующих материалов: 1. Сетка полутомпаковая, с диаметром ячеек 0,25 мм; 2. Сетка полутомпаковая, с диаметром ячеек 2,5 мм; 3. Лист алюминиевый; 4. Плита асбестоцементная; 5. Органическое стекло; 6. Армированная резина; 7. Коврик резиновый. - 90 - Сменные экраны хранятся под столешницей в отдельных ячейках 2. Сигнал с датчика поступает на микроамперметр, закрепленный на съемной панели, которая устанавливается в центре стола, заподлицо с поверхностью столешницы. Стенд предназначен для эксплуатации в помещении при температуре от +10 º С до +35º С и относительной влажности воздуха до 80%. 3.2 Технические характеристики стенда 3.2.1. Параметры координатного устройства. Величина перемещения датчика относительно СВЧ – печи, мм: по оси X +200 -400 по оси Y ±320 +120 по оси Z +120 -200 3.2.2. Количество сменных защитных экранов, шт. 7 3.2.3. Размеры сменных защитных экранов, мм, не более 350 600 3.2.4. Мощность СВЧ – печи, Вт, не более 800 3.2.5. Габаритные размеры стенда, мм, не более длина 1000 ширина 750 высота 1200 3.2.6. Масса печи, кг, не более 18 3.2.7. Потребляемая мощность при нормальном напряжении, Вт не более 1200 3.2.8. Электропитание стенда от сети переменного тока: напряжением, В 220±22 частотой, Гц 50±0,4 3.2.9. Режим работы печи: продолжительность работы 8 мин. Перерыв 10 мин. Уровень мощности 100%. 3.3 Требование по технике безопасности 3.3.1. К работе со стендом допускаются лица, прошедшие первичный инструктаж, ознакомленные с устройством стенда и порядком выполнения лабораторной работы. 3.3.2. Не следует работать с открытой дверью СВЧ-печи т.к. при этом излучается микроволновая энергия. - 91 - 3 3.3. Запрещается самостоятельно регулировать или ремонтировать дверь, панель управления, выключатели системы блокировки, или какие-либо другие части печи. Ремонт производится только специалистами. 3.3.4. СВЧ-печь должна быть заземлена. 3.3.5. Не допускается включение и работа СВЧ-печи без нагрузки. Рекомендуется в перерывах между рабочими циклами оставлять в печи стакан с водой. При случайном включении печи вода полностью поглотит микроволновую энергию. 4. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ 4.1. Ознакомиться с мерами по технике безопасности при проведение лабораторной работы и строго выполнять их. 4.2. Подключить СВЧ-печь к сети переменного тока. 4.3. В печь на подставку (перевернутая фаянсовая тарелка) положить кирпич. Закрыть дверь печи. 4.4. Установить режим работы печи. Включение печи в рабочей режим осуществляется путем последовательного нажатия клавиш в соответствии с приведенным ниже рисунком Ноль Время 8 Сброс Время Ноль Установка продолжительности рабочего цикла Мощность Ноль Старт 4.5. Разместить датчик в непосредственной близости от печи по оси "X". Перемещая датчик по осям "Y" и "Z" в пределах возможности координатного устройства, определить зоны наиболее интенсивного излучения и с помощью микроамперметра зафиксировать их численные значения. Данные замеров занести в табл. 3. Построить график зависимости интенсивности излучения от расстояния. 4.6. Расположить датчик в зоне наиболее интенсивного излучения на оси "X" на расстоянии 20 мм от лицевой поверхности печи. Зафиксировать показания микроамперметра. 4.7. Поочередно устанавливать семь сменных защитных экранов и фиксировать значения микроамперметра. - 92 - 4.8. Определить эффективность экранирования по формуле: Y YЭ , Y где: Y - показания микроамперметра без экрана; Уэ - показания микроамперметра с экраном. 4.9. Построить график зависимости эффективности экранирования от вида материала защитных экранов. 4.10. Составить отчет о работе. Для более точных измерений СВЧ-излучений можно воспользоваться портативном измерителем АМ-8001, который позволяет измерять мощность на выходе передатчиков, радиотелефонов и других ВЧ устройств. Портативный измеритель мощности СВЧ измеряет мощность СВЧ-колебаний 0,1...500 мВт в диапазоне частот 10 МГц...2 ГГц; максимальная мощность входного сигнала ≤1 Вт; базовая погрешность ±10%; дополнительные функции: ЖКИ 3½, удержание показаний; питание 2х9 В, габариты 89х160х46 мм, масса 900 г (рис. 3) Рис. 3. Портативный измеритель мощности СВЧ АМ-8001 5. ОТЧЕТ О ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ 5.1. Общие сведения. 5.2. Описания оборудования и приборов. 5.3. Данные измерений (табл. 3, табл. 4). - 93 - Таблица 3 Измерения интенсивности СВЧ – излучения Номера зон Расстояние от СВЧпечи Интенсивность излучения (показания микроамперметра) 1 2 3 Таблица 4 Оценка эффективности экранирования СВЧ – излучения Номера защитных экранов Эффективность экранирования δ 1 2 3 4 5 6 7 5.4. Графики зависимости интенсивности излучения от расстояния и эффективности экранирования от вида материалов защитных экранов Дата «____»____________ _______________ Подпись студента Дата «____»____________ _______________ Подпись преподавателя - 94 - доцент Егоров В.Н. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА АНАЛИЗ ОПАСНОСТИ ПОРАЖЕНИЯ ЧЕЛОВЕКА ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ ТРЕХФАЗНЫХ СЕТЕЙ НАПРЯЖЕНИЕМ ДО 1 кВ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ Цель работы: 1. Изучить возможности поражения человека переменным электрическим током промышленной частоты (50Гц) трехфазных сетей напряжением до 1 кВ. 2. Дать навыки в проведении исследований опасности поражения человека переменным электрическим током в различных вариантах контакта с проводами трехфазных сетей напряжением до 1 кВ. Учебные вопросы: 1. Анализ опасности поражения человека электрическим током при прямом прикосновении человека к фазному проводу трехфазной трехпроводной сети с изолированной нейтралью напряжением до 1 кВ при нормальном режиме работы сети. 2. Анализ опасности поражения человека электрическим током при прямом прикосновении человека к фазному проводу трехфазной трехпроводной сети с изолированной нейтралью напряжением до 1 кВ при аварийном режиме работы сети. 3. Анализ опасности поражения человека электрическим током при прямом прикосновении человека к фазному проводу трехфазной четырехпроводной сети с заземленной нейтралью напряжением до 1 кВ при нормальном режиме работы сети. 4. Анализ опасности поражения человека электрическим током при прямом прикосновении человека к фазному проводу трехфазной четырехпроводной сети с заземленной нейтралью напряжением до 1 кВ при аварийном режиме работы сети. 5. Определение изменения тока, проходящего через цепь тела человека при прямом прикосновении к фазному проводу сети в зависимости от активного сопротивления изоляции фазных проводов относительно земли при заданной - 95 - емкости фазных проводов для двух типов сети при нормальном режиме работы. 6. Определение изменения тока, проходящего через цепь тела человека при прямом прикосновении к фазному проводу сети в зависимости от емкости фазных проводов относительно земли при заданном значении активного сопротивления изоляции проводов для двух типов сети при нормальном режиме работы. Порядок проведения работы: 1. Изучить общие сведения об электробезопасности. 2. Ознакомиться с устройством и работой лабораторного стенда. 3. Получить у преподавателя задание на проведение измерений. 4. Ознакомиться с требованиями безопасности при выполнении работы. 5. Произвести измерения на лабораторном стенде. 6. Представить отчет о выполненной работе. 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Под электробезопасностью понимается система организационных, технических мероприятий и средств, обеспечивающих защиту людей от вредного и опасного воздействия электрического тока, электрической дуги, электромагнитного поля и статического электричества. В процессе выработки, передачи, распределения, трансформирования и потребления электрической энергии на производстве и в быту возможно случайное попадание человека под напряжение и поражение его электрическим током. Электрический ток не имеет запаха, цвета и бесшумен. Неспособность организма человека обнаруживать его до начала действия приводит к тому, что работающие часто не осознают реально имеющейся опасности и не принимают своевременно необходимых защитных мер. Опасность поражения электрическим током усугубляется еще и тем, что пострадавший часто не может оказать себе помощь. При неумелом же оказании помощи может пострадать и тот, кто пытается помочь. 1.1 Действие электрического тока на организм человека Степень поражения организма человека электрическим током зависит от сопротивления тела человека и величины приложенного к нему напряжения, силы тока, проходящего через тело, длительности его воздействия, пути прохождения, рода и частоты тока, индивидуальных особенностей пострадавшего и факторов окружающей среды. - 96 - Тело человека является проводником электрического тока. Сопротивление тела человека - величина переменная, зависящая от множества факторов, в том числе и от состояния кожи, параметров электрической цепи, физиологических факторов и состояния окружающей среды. Наличие на коже различного рода повреждений - потертостей, порезов, ссадин - резко уменьшает ее электрическое сопротивление в этих местах. Сопротивление тела человека зависит от возраста и пола людей: у женщин это сопротивление меньше, чем у мужчин, у детей - меньше, чем у взрослых, у молодых людей меньше, чем у пожилых. Объясняется это толщиной и степенью огрубения верхнего слоя кожи. При расчетах обычно принимают сопротивление тела человека, равное 1000 Ом. Главным фактором, определяющим исход поражения, является величина тока, прошедшего через человека Iчел. Человек начинает ощущать воздействие проходящего через него переменного тока величиной 0,6-1,5 мА. Этот ток называется пороговым ощутимым. При токе 10-15 мА возникают судороги в мышцах, и человек не может самостоятельно разжать руку, в которой зажата токоведущая часть. Такой ток принято называть неотпускающим. Ток меньшего значения называют отпускающим. При 50-100 мА возникают судороги мышц грудной клетки, в результате чего дыхание прекращается, и через 5-7 минут человек умирает от удушья. Ток более 100 мА до 5 А уже через 1-2 секунды вызывает фибрилляцию сердца - хаотическое разновременное сокращение волокон сердечной мышцы (фибрилл), в результате сердце перестает нормально сокращаться, и кровообращение в организме прекращается. Ток более 5 А приводит к немедленной остановке сердца и параличу дыхания. При возникновении нарушений в функционировании сердца или органов дыхания пострадавшему необходимо срочно оказать первую помощь в виде искусственного дыхания. Следует иметь в виду, что ток, непосредственно протекающий через сердце человека 1с составляет лишь часть тока, протекающего через тело человека Iчел,. С учетом величины (Iс/Iчел в %) и вероятности возникновения того или иного пути тока в теле человека, в порядке убывания опасности поражения возможны следующие случаи: правая рука-ноги - (6,7%); левая рука-ноги (3,7%); рука-рука - (3,3%); нога-нога - (0,4%). Степень поражения зависит от времени воздействия тока. Это обстоятельство нашло отражение в ГОСТ 12.1.038-82, где указаны допустимые значения напряжения прикосновения Uпр и тока Iчел, проходящего через человека по пути рука-рука и рука-ноги. Некоторые значения этих величин применительно к электроустановкам напряжением до 1 кВ, приведены в таблице 1. - 97 - Таблица 1 Допустимые значения напряжения прикосновения Uпр и тока Iчел на пути рука-рука и рука-ноги в зависимости от времени воздействия, τ Нормируемая величина 0.010,08 Продолжительность воздействия тока τ, с. Продолжителыюсть воздействия тока, т, с. 0,1 0,2 0,3 0.5 0,7 1,0 Более 1,0 Uпр, B 650 500 250 165 100 70 50 36 1чел, мА 650 500 250 165 100 70 50 6 Указанные в таблице значения Uпр, Iчел, и τ позволяют разрабатывать средства защиты, в частности зануление, защитное заземление и отключение, обеспечивающие требуемый уровень безопасности. Исход поражения зависит также от частоты и рода тока. Установлено, что наиболее опасен для человека ток промышленной частоты (50 Гц). Постоянный ток напряжением до 500 В менее опасен, чем переменный частотой (50 Гц), а при напряжении более 600 В , постоянный ток опаснее переменного. С увеличением частоты переменного тока, проходящего через тело человека, полное сопротивление тела уменьшается, а величина проходящего тока возрастает. Однако уменьшение сопротивления возможно лишь в пределах частот от 0 до 50-60 Гц, дальнейшее же повышение частоты сопровождается снижением опасности поражения, которая полностью исчезает при частоте 450-500 кГц. Но эти токи сохраняют опасность ожогов, как в случае возникновения электрической дуги, так и при прохождении их непосредственно через тело человека. Снижение опасности поражения током с увеличением частоты становится практически заметным при частоте 1-2 кГц. 1.2 Виды поражения электрическим током Существуют два, отличающихся один от другого, вида поражения электрическим током; внутреннее - электрический удар и внешнее - электрические травмы. Электрический удар - это возбуждение живых тканей организма проходящим через него электрическим током, сопровождающееся сокращением мышц. Возникает электрический удар при длительном прохождении тока через тело человека, что приводит к поражению внутренних органов и сопровождается сокращениями мышц. Исход воздействия тока на организм при этом может быть различен - от легкого, едва ощутимого судорожного сокращения мышц пальцев руки до прекращения работы сердца или легких, т.е. до смертельного поражения. Электрические удары условно можно разделить на 4 степени: 1-я судорожное сокращение мышц без потери сознания; 2-я судорожное сокращение мышц с потерей сознания, но с сохранившимся - 98 - дыханием и работой сердца; 3-ья потеря сознания и нарушение сердечной деятельности или дыхания (либо того и другого вместе); 4-я клиническая смерть, т.е. отсутствие дыхания и кровообращения от случайной причины, например от электрического тока (7 - 8 минут). Электрические травмы в отличие от электрического удара связаны с поражением внешних частей тела. К электротравмам относятся: ожоги, электрические метки, электрометаллизация кожи, электролиз крови, электроофтальмия, косвенный травматизм. Ожоги бывают двух видов: токовый (или контактный) и дуговой. Ожоги наружные термические происходят при коротких замыканиях и при электрической дуге. Ожоги внутренних органов могут привести к тяжелым последствиям. Электрические знаки (знаки тока или электрические метки) представляют собой четко очерченные пятна серого или бледно-желтого цвета на поверхности кожи человека, подвергнувшегося действию тока. Знаки имеют круглую или овальную форму диаметром 8-10 мм с углублением в центре. Металлизация кожи - это проникновение в ее верхние слои мельчайших частичек металла, расплавившегося под действием электрической дуги. Это может произойти при коротких замыканиях, отключениях разъединителей и рубильников под нагрузкой, электросварочных работах и т.п. Электроофтальмия - воспаление наружных оболочек глаз, возникающее в результате воздействия мощного потока ультрафиолетовых лучей, которые энергично поглощаются клетками организма и вызывают в них химические изменения. Такое облучение возможно при наличии электрической дуги, которая является источником интенсивного излучения не только видимою света, но и ультрафиолетовых и инфракрасных лучей. 1.3 Виды трехфазных электрических сетей Электрические сети и электроустановки по условиям электробезопасности разделяют на два класса: до 1кВ и выше 1 кВ. Трехфазные сети в зависимости от режима нейтрали источника тока (заземлена нейтраль или нет), а также от наличия нейтрального или нулевого проводника могут быть выполнены по четырем схемам: 1. Трехпроводной с заземленной нейтралью (рис. 1); 2. Трехпроводной с изолированной нейтралью (рис. 2); 3. Четырехпроводной с заземленной нейтралью (рис. 3); 4. Четырехпроводной с изолированной нейтралью (рис. 4). - 99 - Рис.1. Схема трехфазной трехпроводной сети с заземленной нейтралью Рис.2. Схема трехфазной трехпроводной сети с изолированной нейтралью Рис.3. Схема трехфазной четырехпроводной сети с заземленной нейтралью Рис. 4. Схема трехфазной четырехпроводной сети с изолированной нейтралью На рисунках 1, 2, 3, 4 показаны только вторичные обмотки трехфазных трансформаторов, питающих рассматриваемые сети. Кроме того, распределенные по длине провода сети, активное сопротивление изоляции и емкость его относительно земли на схемах представлены эквивалентными сосредоточенными элементами R и С. Нейтральная точка обмотки источника (нейтраль), например трехфазного трансформатора, или потребителя энергии, например трехфазного электродвигателя, - это точка, напряжение которой, относительно всех внешних выводов обмотки, одинаково по абсолютному значению. Нейтраль обычно образуют обмотки, соединенные в звезду. - 100 - Заземленная нейтраль называется нулевой точкой. Нейтраль, непосредственно присоединенная к заземлителю или через малое сопротивление (например, через обмотки трансформатора тока), называется глухозаземленной нейтралью. Проводник, присоединенный к нулевой точке, называется нулевым проводником или PEN - проводом. При напряжении до 1 кВ в нашей стране применяют в основном две трехфазные сети: трехпроводную с изолированной нейтралью напряжением 36, 42, 127, 220, 380, 660 В (см. рис. 2) и четырехпроводную с глухозаземленной нейтралью напряжением 220/127, 380/220, 660/380 В (см. рис.3). Схемы, изображенные на рисунках 1 и 4 в сетях до 1 кВ, используют очень редко, лишь в специальных установках (передвижных, лабораторных и т.п.). По технологическим соображениям предпочтительнее четырехпроводная сеть, поскольку она позволяет использовать два рабочих напряжения - фазное UФ, и линейное Uл. Например, от четырех проводной сети 380/220 В можно питать как силовую нагрузку (СН) (рис. З), так и осветительную (ОН), для которой допускается напряжение не выше 220 В. При напряжении выше 1 кВ применяют две схемы трехфазных сетей: трехпроводную с изолированной нейтралью (рис. 2) при напряжении до 35 кВ включительно; трехпроводную с эффективно заземленной нейтралью (рис. 1) при напряжении 110 кВ и выше. В последней сети нейтраль присоединяют к заземлителю непосредственно или через реакторы с небольшим индуктивным сопротивлением, благодаря чему при случайном замыкании одной или двух фаз на землю напряжение неповрежденных фаз относительно земли не превышает 1,4Uф, и возможность распространения аварии исключается. Четырехпроводные схемы (рис. 3 и 4) при напряжении выше 1кВ не используют, поскольку при таких напряжениях нет необходимости в четвертом проводе. Анализ опасности электрических сетей сводится к определению тока, проходящего через человека, попавшего под напряжение. Это может произойти: 1. При прикосновении человека к токоведущим частям. В трехфазных сетях различают двухфазное и однофазное прикосновение (рис. 2 и 3). 2. При прикосновении к нетоковедущим, но токопроводящим частям электроустановок, случайно оказавшимся под напряжением. Прикосновение к незаземленным частям, на которые накоротко замкнулась фаза сети, практически равносильно прикосновению к этой фазе (см. рис. 2). 3. В случае попадания человека под напряжение шага, когда он находится вблизи места замыкания на землю фазы сети напряжением выше 1 кВ, (рис. 1). - 101 - При анализе электрических сетей сопротивление тела человека принимают . В расчетах пользуются значением Rчел 1000 Oм . активным, т.е. Zчел Rчел 1.4 Двухфазное прикосновение Под двухфазным прикосновением понимают одновременное прикосновение к двум фазам электроустановки, находящейся под напряжением (рис. 2 и 3). Двухфазное прикосновение более опасно. При двухфазном прикосновении ток, проходящий через тело человека по одному из самых опасных для организма путей (рука-рука), будет зависеть от прикладываемого к телу человека напряжения, равного линейному напряжению сети: U Л 3 Uф , то - есть напряжению между фазными проводами сети. Ток, проходящий через человека при прикосновении к двум фазам, в сети с линейным напряжением Uл=380В, при 1000 Oм , будет равен: сопротивлении тела человека Rчел I чел 3 U ф Uл 380 0,38 А 380 мA . Rчел Rчел 1000 Этот ток для человека смертельно опасен. При двухфазном прикосновении ток, проходящий через тело человека, практически не зависит от режима нейтрали сети и определяется напряжением сети и сопротивлением в цепи тела человека. Достаточное увеличение этого сопротивления, использование диэлектрических перчаток, позволяет исключить опасность поражения. 1.5 Однофазное прикосновение Однофазным называется прикосновение к одной фазе электроустановки, находящейся под напряжением. Однофазное прикосновение менее опасно, поскольку напряжение, под которым оказывается человек, не превышает фазного. Соответственно меньшим оказывается и ток, проходящий через тело человека. Кроме того, на этот ток большое влияние оказывают режим нейтрали источника тока, сопротивление изоляции проводов сети относительно земли, сопротивление пола (или основания), на котором стоит человек, сопротивление его обуви и некоторые другие факторы. При однофазном прикосновении, когда человек в обуви и стоит на каком либо основании, сопротивление в цепи тела человека принимают активным: Rоб Rос , Rчел Rчел где: Rоб и Rос - активные сопротивления обуви и основания, способствующие растеканию тока с ног человека. - 102 - В этом случае ток, проходящий через тело человека, зависит от сопротивления Rчел и напряжения, приложенного к нему. Напряжение, в свою очередь зависит, прежде всего, от режима нейтрали источника питания и состояния изоляции фаз. Рассмотрим этот вопрос подробнее применительно к промышленным трехфазным сетям напряжением до 1 кВ: четырехпроводной с глухозаземленной нейтралью (рис. 3) и трехпроводной с изолированной нейтралью (рис. 2). 1.6 Трехфазная четырехпроводная сеть с глухозаземленной нейтралью В общем случае активные сопротивления изоляции и емкости проводов относительно земли (рис. 3) не равны между собой: RA RB RC RN C A CB CC CN . В этой сети цепь тока, проходящего через тело человека, включает в себя сопротивление тела человека R'чел, его обуви Rоб, пола или основания Rос, на котором стоит человек, а также сопротивление заземления нейтрали источника тока RO 8 Ом. С учетом указанных сопротивлений ток, проходящий через тело человека, определяется в упрощенном виде из следующего выражения: I чел Uф Rоб Rос RO Rчел . При наиболее неблагоприятных условиях (человек, прикоснувшийся к фазе, имеет на ногах токопроводящую обувь - сырую или подбитую металлическими гвоздями, стоит на сырой земле или на проводящем основании - металлическом полу, на заземленной металлоконструкции), т.е. когда Rоб=0 и Rос=0 формула принимает вид: I чел Uф RO Rчел . Поскольку сопротивление нейтрали RO 8 Ом, то - есть во много раз меньше сопротивления тела человека, то им можно пренебречь. Тогда: I чел Uф Rчел 220 0.22 А=220 мА. 1000 В сети с фазным напряжением Uф=220 В ток 220 мА смертельно опасен для человека. Из приведенных данных видно, что для безопасности работающих на электроустановках большое значение имеют изолирующие полы и непроводящая ток обувь, поэтому применение электрозащитных средств: диэлектрических ковриков, резиновых сапог, изолирующих подставок, а также наличие диэлектрического пола в помещении позволяют обеспечить требуемый уровень безопасности. - 103 - 1.7 Трехфазная трехпроводная сеть с изолированной нейтралью В этой сети ток, проходящий через тело человека в землю, возвращается к источнику тока через изоляцию проводов сети, которая в исправном состоянии обладает большим сопротивлением Rиз 500 кОм. С учетом сопротивления обуви Rоб и пола или основания Rос, на котором стоит человек, включенных последовательно сопротивлению тела человека R'чел, ток, проходящий через тело человека, определяется в упрощенном виде из следующего выражения: I чел Uф , Rиз 3 где: Rиз – сопротивление изоляции одной фазы сети относительно земли, Ом. Rоб Rос Rчел При наиболее неблагоприятном случае, когда человек имеет проводящую ток обувь и стоит на токопроводящем полу, т.е. при Rоб=0 и Rос=0, формула принимает вид: I чел Uф . Rиз Rчел 3 Следовательно, ток, проходящий через тело человека, зависит от фазного напряжения, сопротивления изоляции проводов относительно земли и сопротивления в цепи тела человека. Если сопротивление изоляции удовлетворяет требованиям ПУЭ (правила устройства электроустановок), то есть Rиз 500кОм , то ток Iчел не может достичь опасных значений. С увеличением емкости фаз относительно земли ток Iчел растет и может достичь опасных значений, однако на практике емкости фаз сравнительно невелики. 2. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА Лабораторный стенд предназначен для выполнения студентами лабораторных работ по анализу электробезопасности трехфазных электрических сетей переменного тока напряжением до 1 кВ и оценке работоспособности устройства защитного отключения (УЗО). Стенд позволяет моделировать источник питания сети: трехфазный потребитель электроэнергии, подключенный к сети с использованием устройства защитного отключения, реагирующего на дифференциальный (остаточный) ток; два типа сети: трехфазную трехпроводную с изолированной нейтралью и трехфазную четырехпроводную с заземленной нейтралью напряжением до 1 кВ. Лицевая панель стенда представлена на рисунке 5. - 104 - Рис. 5 Схема лабораторной установки Стенд включается автоматом S2 в положении 1. При этом загораются индикаторы (желтого, зеленого и красного) цветов, расположенные рядом с фазными проводами А, В, С. Переключатель S1 предназначен для изменения режима нейтрали исследуемой сети: левое положение - изолированная нейтраль; правое - заземленная нейтраль. Нейтраль заземляется через сопротивление RO 4 Ом. Переключатель S3 предназначен для подключения PEN - провода (верхнее положение). Нижнее положение переключателя S3 означает отключение нулевого PEN – провода. Значения активных сопротивлений фазных проводов и PEN - провода (RAE, RBE. RCЕ, Rреn), могут изменяться с помощью шестипозиционных переключателей S4, S6, S8, S10 и имеют значения ( ; 100; 25; 10; 2.5; 1 кОм). Значения емкостей фазных проводов и PEN - провода (САЕ, СBЕ,. ССЕ, Среn) относительно земли могут изменяться с помощью семипозиционных переключателей S5, - 105 - S7, S9, S11 и имеют значения (0; 0,02; 0,1; 0,25; 0,5: 1; 2,5 мкФ). Переключатель S12 предназначен для моделирования аварийных режимов работы исследуемых сетей. Положение "О" переключателя S12 соответствует нормальному режиму работы сети. Положения А, В, С переключателя S12 - соответствуют замыканию фазных проводов А, В, С на землю. Причем сопротивление растеканию тока в месте замыкания на землю – Rзм с помощью переключателя S14 может принимать различные значения (10, 100, 1000 Ом). Тело человека имитируется в схеме стенда резистором Rh, который может подключаться к каждому проводу сети или к проводу сети на стороне трехфазного потребителя электроэнергии, подключенного к сети через УЗО. Значение Rh может быть задано дискретно (1, 5, 10 кОм) с помощью переключателя S13 либо плавно в пределах от 0 до 100 кОм, с помощью переменного резистора Rh. Установка значений Rh (1, 5, 10 кОм) производится переключателем S13 при положении ручки резистора Rh - "О". Переключатель S15 предназначен для моделирования прямого прикосновения человека к проводу исследуемой сети. Положение "О" переключателя S15 - человек не касается фазного провода сети. Положения А, В. С, PEN переключателя S15 - человек касается фазных проводов А, В, С или PEN - провода. Положение УЗО переключателя человек S15- касается фазного провода на стороне трехфазного потребителя электроэнергии при нажатой кнопке S16. Трехфазный потребитель электроэнергии (ТПЭ) показан на лицевой панели стенда в виде корпуса, подключенного к сети с помощью УЗО, реагирующего на дифференциальный (остаточный) ток. Корпус трехфазного потребителя электроэнергии может быть занулен с помощью переключателя S18 (правое положение). С помощью кнопки S17 моделируется замыкание фазного провода на корпус. При нажатой кнопке S17 загорается красный индикатор на корпусе ТПЭ. На лицевой панели УЗО расположены кнопки "ПУСК" (при нажатии этой кнопки трехфазный потребитель подключается к сети и загорается красный индикатор на лицевой панели УЗО), "СТОП" (отключение трехфазного потребителя от сети); "КОНТРОЛЬ" (оперативный контроль УЗО). Значения активных сопротивлений изоляции (RAi, RBi, RCi) и емкостей (СAi, СBi,, СCi) фазных проводов относительно земли в зоне защиты УЗО установлены на стенде и не меняются в процессе работы. В правой части лицевой панели стенда размещены индикаторы трех цифровых приборов: миллисекундомера, амперметра и вольтметра. Миллисекундомер - предназначен для измерения времени срабатывания (мс) УЗО, кнопка сброс обнуляет показания миллисекундомера; он срабатывает при нажатой кнопке S16. - 106 - Амперметр - предназначен для измерения тока (мА) в цепи тела человека Ih (положение А1 переключателя амперметра) и установки УЗО Iуст (положение А2 переключателя амперметра). Амперметр имеет четыре предела измерения (2; 20; 200; 2000 мА). Вольтметр - предназначен для измерения напряжении (В) фазных проводов А, В, С относительно земли. Подключение вольтметра к фазным проводам осуществляется с помощью переключателя в позиции А, В, С. 3. ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ РАБОТЫ 3.1. К работе с лабораторным стендом допускаются лица, ознакомленные с устройством стенда и мерами безопасности при выполнении лабораторной работы. 3.2. Включать стенд в сеть можно только с разрешения преподавателя. 3.3. Нельзя оставлять стенд включенным без присмотра. 3.4. При обнаружении неисправности в стенде отключить его от сети и сообщить о неисправности преподавателю. 3.5. После окончания работы выключить стенд тумблером S2 (поставить в положение "О"). 4. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ 4.1. Анализ опасности поражения человека электрическим током при прямом прикосновении человека к фазному проводу трехфазной трехпроводной сети с изолированной нейтралью напряжением до 1 кВ при нормальном режиме работы сети 1. Изолировать нейтраль, поставить переключатель S1 в левое положение. 2. Отключить PEN – провод, поставить переключатель S3 в нижнее положение. 3. Переключатель S12 установить в положение "О". 4. Установить значения активных сопротивлений изоляции (переключатели S6, S8, S1O) и емкостей (переключатели S7, S9, S11) фазных проводов относительно земли в соответствии с заданием преподавателя. 5. Установить значение сопротивления Rh цепи тела человека, (переключателем S13) в соответствии с заданием преподавателя. При этом ручка регулятора резистора Rh должна находиться в положении "О". 6. Установить переключатель S15 в положение "A". 7. Включить стенд - переключатель S2 поставить в положение "1". Убедиться в - 107 - наличии напряжения фазных проводов с помощью вольтметра (UA=UB=UC). 8. Произвести измерение тока IrA в цепи тела человека с помощью амперметра, выбрав необходимый предел измерения. Положение переключателя амперметра "A1". 9. Повторить измерения тока в цепи тела человека IrB, IrC для положения B и С (переключателя S15). 10. Выключить стенд - переключатель S2 поставить в положение - "О". 4.2. Анализ опасности поражения человека электрическим током при прямом прикосновении человека к фазному проводу трехфазной трехпроводной сети с изолированной нейтралью напряжением до 1 кВ при аварийном режиме работы сети (замыкание одного из фазных проводов на землю) 1. В дополнение к действиям, выполненным в п. 4.1 перевести переключатель S12 в любое из трех положений - А, В, С. 2. Переключателем S14 установить значение Rзм в соответствии с заданием преподавателя. 3. Включить стенд - переключатель S2 поставить в положение "1". 4. Произвести измерения токов в цепи тела человека IrA, IrB, IrC, (соответственно положению переключателя S15 - А, В, С) с помощью амперметра, выбрав необходимый предел измерения. Положение переключателя амперметра - "АI". 5. Выключить стенд - переключатель S2 поставить в положение - "О". 4.3. Анализ опасности поражения человека электрическим током при прямом прикосновении человека к фазному проводу трехфазной четырехпроводной сети с заземленной нейтралью напряжением до 1 кВ при нормальном режиме работы сети 1. Заземлить нейтраль - поставить переключатель S1 в правое положение. 2. Подключить PEN - провод поставить переключатель S3 в верхнее положение. 3. Переключатель S12 установить в положение "О". 4. Установить значения активных сопротивлений изоляции (переключатели S4, S6, S8, S10) и емкостей (переключатели S5, S7, S9, S11) фазных проводов относительно земли в соответствии с заданием преподавателя. 5. Установить значение сопротивления цепи тела человека Rh переключателем S13 (в соответствии с заданием преподавателя). При этом ручка регулятора резистора Rh, должна находиться в положении "О". - 108 - 6. Установить переключатель S15 в положение "А". 7. Включить стенд- переключатель S2 поставить в положение "1" 8. Произвести измерение тока IrA в цепи тела человека с помощью амперметра, выбрав необходимый предел измерения. Положение переключателя амперметра "AI". 9. Повторить измерения токов в цепи тела человека Irв, Irc, для положений В и С переключателя S15. 10. Выключить стенд - переключатель S2 поставить в положение - "О". 4.4. Анализ опасности поражения человека электрическим током при прямом прикосновении человека к фазному проводу трехфазной четырехпроводной сети с заземленный нейтралью напряжением до 1 кВ при аварийном режиме работы сети (замыкание одного из фазных проводов на землю) 1. В дополнение к действиям, выполненным в п. 4.3 перевести переключатель S12 в любое из трех положений - А, В, С. 2. Переключателем S14 установить значение Rзм в соответствии с заданием преподавателя. 3. Включить стенд - переключатель S2 поставить в положение "1". 4. Произвести измерения токов в цепи тела человека IrA, IrB, IrC (соответственно положению переключателя S15 - А, В, С) с помощью амперметра, выбрав необходимый предел измерения. Положение переключателя амперметра - "A1". 5. Выключить стенд - переключатель S2 поставить в положение - "О". 4.5. Определение изменения тока, проходящего через цепь тела человека при прямом прикосновении к фазному проводу сети в зависимости от активного сопротивления изоляции фазных проводов при заданной емкости фазных проводов относительно земли для двух типов сетей при нормальном режиме работы Необходимо определить зависимость тока Jha в цепи тела человека в зависимости от значений активного сопротивления R фазных проводов, т.е. I hA f (R) когда RAE RBE RCE R при C AE C BE CCE C const . Для этого: 1. Изолировать нейтраль - поставить переключатель S1 в левое положение. 2. Отключить PEN-провод - поставить переключатель S3 в нижнее положение. 3. Переключатель S12 установить в положение - "О". 4. Установить значение сопротивления цепи тела человека Rh переключателем S13 - 109 - (в соответствии с заданием преподавателя). При этом ручка регулятора резистора Rh должна находиться в положении "О". 5. Установить значения емкостей проводов относительно земли (переключатели S7, S9, S11) в соответствии с заданием преподавателя, например (CAE=CBE=CCE=0,l мкФ). 6. Включить стенд - переключатель S2 поставить в положение "1" 7. Произвести измерения тока IrА в цепи тела человека с помощью амперметра, устанавливая по очереди значения активного сопротивления фазных проводов RАЕ=RВЕ=RCE=R (переключатели S6, S8, S10): 1; 2,5; 10; 25; 100 к0м. Положение переключателя амперметра при измерениях - "A1". 8. Выключить стенд - переключатель S2 поставить в положение "О". 9. Заземлить нейтраль - поставить переключатель S1 в правое положение. 10. Подключить РEN-провод - поставить переключатель S3 в верхнее положение. 11. Повторить п.п. 3; 4; 5; 6, дополнительно выставив значения СPEN=С (переключатель S5). 12. Произвести измерения тока IrA в цепи тела человека с помощью амперметра, устанавливая поочередно значения активного сопротивления фазных проводов и PEN-провода относительно земли RAE=RBE=RCE=RPEN=R (переключатели S4, S6, S8, S10): (1; 2,5; 10; 25; 100 кОм). 13. Выключить стенд - переключатель S2 поставить в положение "О". 4.6. Определение изменения тока, проходящего через цепь тела человека при прямом прикосновении к фазному проводу сети в зависимости от емкости фазных проводов относительно земли при заданном значении активного сопротивления изоляции фазных проводов для двух типов сетей при нормальном режиме работы 1. Выполнить, позиции 1, 2, 3, 4 задания 4.5. 2. Установить значения активного сопротивления фазных проводов (переключатели S6, S8, S10) в соответствии с заданием преподавателя, например RAE=RBE=RCE=R=10 кОм. 3. Включить стенд - переключатель S2 поставить в положение "I". 4. Произвести измерения тока IrA в цепи тела человека с помощью амперметра, устанавливая по очереди значения емкости фазных проводов относительно земли C AE CBE CCE C (переключатели S7, S9, S11): 0; 0,02; 0,1;0.25;0,5;1.0;2,5 мкФ. Положение переключателя амперметра при измерениях - "А1" - 110 - 5. Выключить стенд - переключатель S2 поставить в положение "О" 6. Определить зависимость I hA f (C ) где ( CAE CBE CCE CPEN C ) при ( RAE RBE RCE RPEN R const ), выполняя действия аналогично позициям: 2; 3; 4; 5 для сети с заземленной нейтралью при нормальном режиме работы. 5. ОТЧЕТ О ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ Результаты работы представить по форме 5.1; 5.2; 5.3; 5.4. 5.1. Показатели измерения токов в цепи тела человека при нормальном режиме работы сетей. Задание 4.1; 4.3. Значения (UA=UB=UC), Rh ( R AE RBE RCE RPEN ) ( C AE C BE CCE C PEN ) – задаются преподавателем Таблица 2 Вид сети 3х фазная 3х проводная с изолированной нейтралью 3х фазная 4х проводная с заземленной нейтралью Iчел(A) Iчел(B) Iчел(С) 5.2. Показатели измерения токов в цепи тела человека при аварийном режиме работы сетей. Задание 4.2 и 4.4. Значения (UA=UB=UC), Rh ( R AE RBE RCE RPEN ) ( C AE C BE CCE C PEN ) – задаются преподавателем Таблица 3 Вид сети Iчел(A) Iчел(B) Iчел(С) 3х фазная 3х проводная с изолированной нейтралью 3х фазная 4х проводная с заземленной нейтралью 5.3 Показатели измерения токов, проходящих через тело человека в зависимости от активного сопротивления изоляции проводов I чел f ( Rиз ) . Задание 4.5. Значения Rh ( C AE C BE CCE C PEN ) – задаются преподавателем Таблица 4 Дано Определить 1,0 Значения RAE RBE RCE RPEN (кОм) 2,5 10 25 Iчел, для 3х фазной 3х проводной с изолированной нейтралью - 111 - 100 Iчел для 3х фазной 4х проводной с заземленной нейтралью 5.4. Показатели измерения токов, проходящих через тело человека в зависимости от емкости фазных проводов относительно земли I чел f (C ) . Задание 4.6. Значения Rh ( RAE RBE RCE RPEN ) - задаются преподавателем. Таблица 5 Дано Определить 0 Значения C AE 0,02 0,1 CBE CCE CPEN C (мкФ) 0,25 0,5 1,0 2,5 Iчел для 3х фазной 3х проводной с изолированной нейтралью Iчел, для 3х фазной 4х проводной с заземленной нейтралью По результатам измерений сделать выводы Дата «___»_________ Подпись студента____________ Дата «___»__________ Подпись преподавателя____________ - 112 - доцент Редькин Б.А. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ДЕЙСТВИЯ ЗАЩИТНОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ Цель работы: 1. Изучить теоретические основы действия защитного заземления. 2. Получить навыки по измерению и оценке эффективности действия защитного заземления. Учебные вопросы: 1. Изучение теоретических основ защитного заземления. 2. Стендовые измерения показателей защитного заземления и оценка их эффективности. Порядок выполнения работы: 1. Законспектировать теоретические основы действия защитного заземления. 2. Изучить лабораторный стенд. 3. Получить у преподавателя исходные данные для оценки. 4. Провести измерение показателей в соответствии с заданием. 5. Подготовить принципиальные схемы исследуемых режимов. 6. Сделать выводы по каждому разделу измерений. 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ Заземление – электрическое соединение элементов электрических машин, аппаратов, приборов и т.п. с землей. В зависимости от назначения заземление предназначается для защиты людей – защитное заземление, для защиты радиотехнических антенн – рабочее заземление Защитное заземление - предназначено для защиты людей от поражения электрическим током при прикосновении к металлическим нетоковедущим частям оборудования, которые могут оказаться под напряжением в результате повреждения изоляции. Его выполняют путем преднамеренного соединения (металлическими - 113 - проводниками) нетоковедущих частей электроустановок с землей или ее эквивалентом. Эквивалентом земли может служить вода реки или моря и т.п. В качестве заземлителей в первую очередь используются естественные: металлические и железобетонные конструкции зданий, которые должны образовывать непрерывную электрическую цепь по металлу. В железобетонных конструкциях должны предусматриваться закладные детали для подсоединения (с помощью проводников) к корпусам электрооборудования. При выполнении искусственных заземляющих устройств применяются стальные или медные шины (полосы, трубы, уголки, круглого сечения) длинной 2,5-3 м. Соединения одиночных заземлителей выполняют полосой сечением 4 х 40 мм или профилем круглого сечения 6 мм и более. Нельзя применять алюминий. Принцип действия защитного заземления - снижение до безопасных значений напряжения прикосновения и шагового напряжения, возникающих при замыкании фазы на корпус. Это достигается уменьшением потенциала заземленного оборудования I з Rз (в силу малого сопротивления заземляющего устройства 4...10 Ом), а также выравниванием потенциалов заземленного оборудования и основания (за счет увеличения потенциала основания, на котором стоит человек, до значения, близкого к потенциалу заземленного оборудования). Шаговое напряжение – электрическое напряжение, обусловленное током, протекающим в земле и разности потенциалов между двумя точками земли, равное расстоянию одного шага человека. Шаговое напряжение возникает вблизи заземлителей при аварийном коротком замыкании на землю. Принцип защиты от поражения человека током при наличии защитного заземления в сетях с изолированной нейтралью. Нейтраль – провод, соединенный с общей точкой множеством разных проводников (обмотки). При наличии пробоя на корпус электроустановки на нем появляется напряжение, равное произведению тока замыкания на землю Iз на сопротивление заземлителя Rз. U k I з Rз . Рассмотрим цепь тока замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью (см. рис. 1а). - 114 - а) Принципиальная схема защитного заземления б) Схема разветвленного тока при Rчел=1000 Ом и Rз≤10Ом Рис.1. Схема защитного заземления с изолированной нейтралью Ток проходит, по электроцепи, включающей следующие элементы: корпус двигателя, сопротивление заземлителя Rз, землю, сопротивление изоляции двух неповрежденных фаз с общим сопротивлением Ruз. Сопротивления фазных проводов и статорной обмотки электродвигателя малы (десятые доли Ома) и в расчет не принимаются. Ток разветвляется (см. рис. 1б) и идет по двум параллельно соединенным сопротивлениям Rчел =1000 Ом и Rз<10 Ом под действием напряжения, равного напряжению прикосновения (Unp) т.е.: U пр или U пр a1 a2 , где: Uпр – напряжение прикосновения; - потенциал заземлителя; - потенциал земли, где располагается человек; а1 - коэффициент напряжения прикосновения, учитывающий форму кривой распределения на поверхности земли и принимает значения 0,1...0,35; а2 - коэффициент напряжения прикосновения, учитывающий падение напряжения в сопротивлении растеканию тока основания, на котором стоит человек. Он определяется по формуле: Rчел , k чел (1.5 2) P где:Rчел – сопротивление тела человека; P – удельное сопротивление грунта Oм м . a2 В зависимости от свойств грунта, а2 изменяется в пределах 0,31...0,9. Как показала практика, при R3 < 4 0м в сетях напряжением до 1000 В напряжение прикосновения не превышает 12 В, что обеспечивает безопасность человека при соприкосновении с - 115 - электрическим поврежденным и заземленным оборудованием. Значение тока, проходящего через тело человека, определяется напряжением прикосновения: U пр 12 0.012 = 12 мА. Kчел 1000 Такой ток является безопасным для человека. Это видно из данных, приведенных в I чел таблице 1. Таблица 1 Воздействие электрического тока на человека Ток, мА Характер воздействия Постоянный 5 Переменный 0,6 5 0,6 Ощутимый пороговый ток. 5-50 0,6-8 Ощущается безболезненно. Управление мышцами не утрачено. Возможно самостоятельнее освобождение от тока. 50-80 8-15 Ощущается болезненно Управление мышцами еще не утрачено и возможно самостоятельное освобождение 80 15 Пороговый не отпускаемый ток. 80-150 15-50 Ток ощущается еще более болезненно. Сокращение мышц сильное. Дыхание затруднено. Самостоятельнее освобождение становиться невозможным. 150 50 Пороговый фибрилляционный ток. 150 - 300 300-500 50-100 100-200 Возможна фибрилляция сердца, приводящая к смерти. Паралич дыхания. Возможна фибрилляция сердца, приводящая к смерти. Паралич дыхания. 500 200 Сильные ожоги. Сокращение мышц настолько сильное, что препятствуют возникновению фибрилляции сердца. Паралич дыхания. Не ощущается Защитные заземляющие устройства аналогичных электроустановок, получающих энергию от одной и той же сети с изолированной нейтралью, целесообразно соединять электрически или выполнять их как одно целое устройство. Если этого не сделать, то при замыкании на корпус разных фаз в двух установках, имеющих раздельные заземляющие устройства (рис.2), возникает двойное замыкание на землю и заземленное оборудование оказывается под напряжением относительно земли. Рис. 2 Двойное замыкание на землю при раздельном заземлении установок, питающихся от одной сети с изолированной нейтралью - 116 - Тогда в установке А напряжение составит: U A I з RA U RA ; RA RB U B I з RB U RB , RA RB а в установке В: где: U- линейное напряжение сети, В; RA и RB - сопротивления заземляющих установок А и В соответственно, Ом; При этом UA+UB=U, что является опасным при прикосновении к любому из корпусов, на который замкнуло фазное напряжение, и в этом случае двойное замыкание может существовать длительно. Чтобы устранить двойное замыкание, целесообразно корпуса электроустановок соединить между собой металлической шиной или заземлители их выполнить как одно целое. Тогда двойное замыкание на землю превратится в короткое замыкание между фазами, что вызовет быстрое отключение электроустановок от сети, т.е. обеспечит кратковременность аварийного режима. При невозможности соединить заземляющие устройства (из-за больших расстояний и по другим причинам) необходимо оснастить эти установки релейной защитой от однофазных и двойных замыканий на землю. Защитное заземление и зануление в одной сети не применяется. Оно может использоваться в двух электрических сетях, питающихся от отдельных трансформаторов (один с изолированной, другой с глухо-заземленной нейтралью). При этом системы заземления и зануления работают независимо друг от друга, хотя аварийные токи их протекают по одним и тем же защитным проводникам и общему заземлителю (рис.3). Рис. 3 Совместное использование заземляющих устройств для двух сетей: А) с системой зануления; В) с системой защитного заземления. Защитное заземление в сетях напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью обычно применяется на объектах с повышенной опасностью поражения током и в тех случаях, когда имеется возможность поддерживать высокий уровень изоляции проводов - 117 - сети относительно земли, и когда емкость проводов относительно земли незначительна. Оно обязательно при номинальном напряжении электроустановки выше 42 В переменного и 110 В постоянного тока. В помещениях без повышенной опасности (сухих, беспыльных с нормальной температурой воздуха, с изолирующими полами) заземляются электроустановки при напряжении 380 В и выше переменного тока и 440 В постоянного. Но во всех взрывоопасных зонах заземление выполняется независимо от значения напряжения электроустановки. 2. СТЕНДОВЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЗАЩИТНОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ Цель измерения - оценить эффективность действия защитного заземления в электроустановках, питающихся от трехфазных трехпроводных сетей с изолированной нейтралью и трехфазных пятипроводных сетей с заземленной нейтралью напряжением до одного 1 кВ. Содержание измерений: 1. Оценка эффективности действия защитного заземления в сети с изолированной нейтралью. 2. Оценка эффективности действия защитного заземления в сети с изолированной нейтралью при двойном замыкании на заземленные корпуса электроустановок. 3. Оценка эффективности действия защитного заземления в электроустановках, питающихся от трехфазных пятипроводных сетей с заземленной нейтралью. Порядок выполнения измерений: 1. Привести лабораторный стенд в исходное положение: а) все выключатели поставить в исходное положение (левое и нижнее); б) переключатели сопротивлений поставить в нулевое или минимальное положение, амперметр в положение "ОТКЛ". 2. Получить у преподавателя исходные данные и разрешение на проведения измерений. 3. Подключить стенд к сети. 2.1. Оценка эффективности действия защитного заземления в сети с изолированной нейтралью 2.1.1. Установить значение активных сопротивлений изоляции (переключателем S18) в соответствии с заданием преподавателя. - 118 - 2.1.2. Включить стенд (положение S2 -1), загораются лампы фаз. 2.1.3. Подключить корпус 2 к сети (положение автомата S10 -1). 2.1.4. 3амкнуть фазный провод В на корпус 2 (нажать на кнопку S13). 2.1.5. Вольтметром с помощью гибких проводников измерить напряжения корпуса (гнезда Х8 и Х2) и фазных проводов относительно земли (XI 5 и Х2, XI 4 и Х2, Х13 и Х2), показания записать в таблицу. 2.1.6. Кнопкой "СБРОС" устранить замыкание фазного провода на корпус 2. 2.1.7. Выключить стенд (S2 - 0) и сделать заключение (вывод) относительно опасности поражения при прикосновении человека к корпусу 2 при замыкании его на фазный провод. 2.1.8. Установить сопротивление заземления корпуса R32 (S11) в соответствии с заданием преподавателя и заземлить его (S15 в правое положение). 2.1.9. Включить стенд (S2 - 1) и замкнуть фазный провод В на корпус 2 (нажать кнопку S13). 2.1.10. С помощью гибких проводников измерить напряжение корпуса 2 и фазных проводов относительно земли (гнезда Х8 и Х2, Х15 и Х2, Х14 и Х2, Х13 и Х2). Дополнительно измерить напряжение прикосновения при различных расстояниях до заземлителя относительно земли (гнезда Х2 и Х9, Х2 и Х6, Х2 и Х5) 2.1.11. Измерить ток замыкания на землю, установив переключатель амперметра в положение А2, при этом загорается лампа, соответствующая данному подключению амперметра, 2.1.12. Переключатель амперметра установить в положение "ОТКЛ" и отключить стенд (S2 0). 2.1.13. Сделать общее заключение относительно опасности поражения и воздействия шагового напряжения. 2.1.14. Согласно содержанию проведенных измерений вычертить схему из общей принципиальной схемы стенда. 2.2. Оценка эффективности действия защитного заземления в сети с изолированной нейтралью при двойном замыкании на заземленные корпуса электроустановок 2.2.1. Дополнительно к ранее проведенным включениям заземлить корпус 1 (S9 в правое положение) и подключить его к сети (S5 - 1). 2.2.2. Одновременно кнопками S7 и S13 произвести замыкание фазных проводов А и В на корпуса 1 и 2 соответственно. - 119 - 2.2.3. Измерить напряжения корпуса 1 относительно земли (Х4 и Х2) и корпуса 2 (Х8 и Х2). 2.2.4. Измерить ток замыкания на землю (А2) и переключатель амперметра установить в положение "ОТКЛ". 2.2.5. Отключить стенд (S2 - 0). 2.2.6. Сделать заключение относительно опасности поражения при двойном замыкании на заземленные корпуса и вычертить принципиальную схему из общей. 2.3. Оценки эффективности действия защитного заземления в сети с заземленной нейтралью 2.3.1. Отключить корпус 1 от сети (S5 - 0), заземлить нейтраль источника тока (S1 в правое положение) и подключить N и РЕ - проводники к источнику питания (S3 - S4 вверх). 2.3.2. Включить стенд (S2 - 1). 2.3.3. Замкнуть фазный провод В на корпус 2 (S13 нажать). 2.3.4. Измерить напряжение: нейтральной точки относительно земли (Х8 и Х2) и нейтральной точки (XI и Х2). 2.3.5. Измерить ток замыкания на землю (А2). 2.3.6. Выключить стенд (S2 - 0). 2.3.7. Все переключатели перевести в исходное положение. 2.3.8. Отсоедините стенд от сети, 2.3.9. Сделать заключение относительно опасности поражения при совместном использовании защитного заземления и зануления, вычертить принципиальные схемы. РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ Результаты работы представить по форме, смотри таблицу 2. Таблица 2 Результаты оценок эффективности защитного заземления R, Ом Принципиаль ная схема RA RN R32 Ток замыкания на землю А2, mA Напряжение, В Х4 X8 XI Х2 Х2 Х2 Фаз А В Шага (Х2) С Х9 Студент ________________ Проверил преподаватель_____________________ - 120 - Х6 Х5 Выводы Приложение 1 ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА «ЗАЩИТНОЕ ЗАЗЕМЛЕНИЕ И ЗАНУЛЕНИЕ» Лабораторный стенд предназначен для выполнения лабораторных работ по оценке эффективности действия защитного заземления и зануления. Он представляет собой модель электрической сети с источником питания, электропотребителями, средствами защиты и измерительными приборами. Лицевая панель стенда представлена на (рис. 4). Рис. 4. Схема стенда "Защитное заземление и зануление" - 121 - В качестве источника питания используется трехфазный трансформатор. Стенд включается трехфазным автоматом S2 в положении 1. При этом загораются индикаторы, расположенные рядом с фазными проводами А, В, С. Режим нейтрали сети изменяется переключателем S1: в правом положении - заземлена, в левом изолирована. Нейтраль заземляется через сопротивление Ro= 4 Ом, Нулевой рабочий проводник (N - проводник) подключается с помощью переключателя S3, а нулевой защитный проводник (РЕ - проводник) - с помощью S4 при верхнем их положении. Нижнее положение переключателей означает отключение проводников. Сопротивления фазных проводов сети и N - провода относительно земли смоделированы сосредоточенными сопротивлениями RA, RB, RC и RN. В данном стенде моделируется только активная составляющая полного сопротивления, причем используется случай симметричной проводимости проводов относительно земли, (то есть RA=RB=RC=RN)- Значение указанных сопротивлений изменяются пятипозиционным переключателем S18 в зависимости от вариантов, задаваемых преподавателем. Элсктропотребители на мнемосхеме показаны в виде их корпусов. Потребители (корпус 1 и корпус 2) являются трехфазными и подключены к сети через автоматические выключатели (автоматы защиты) S5 и S10 соответственно. Положение 1 (верхнее) означает включение автоматов, при этом напряжение подается на потребители. Электропотребитель «корпус З» является однофазным, выполненным по классу 1 защиты от поражения электротоком. Подключение корпусов 1 и 2 к РЕ - проводнику осуществляется переключателями S8 и S14 соответственно. Правое положение переключателей означает, что корпуса занулены. Сопротивление фазного провода от нейтральной точки до корпуса 2 не изменяется и равно Rф-0,1 Ом, распределенное равномерно на двух участках провода (нейтральная точка - точка подключения корпуса 1 и точка подключения корпуса 1 - точка подключения корпуса 2). Сопротивление РЕ - проводника может изменяться с помощью переключателя S6, при этом сопротивления участков "нейтраль – корпус 1" и "корпус 1 – корпус 2" равны и принимают значения: 0,1; 0,2 и 0,5 Ом. Обрыв РЕ - проводника между точками подключения корпусов 1 и 2 имитируется с помощью переключателя S12 в нижнем его положении. Повторное заземление Rп подключается к РЕ - проводнику с помощью переключателя S17 при его правом положении, значение Rп изменяется трехпозиционным переключателем S19 (4, 10, 100 Ом). Переходное сопротивление Rпер между корпусом 2 и зануляющим проводником изменяется переключателем S16 и может принимать значения 0, 0,1 и 0,5 Ом. - 122 - Подключение корпусов 1 и 2 к заземляющим устройствам с сопротивлениями R31 и R32 осуществляется с помощью переключателей S9 и S15 соответственно. Сопротивление заземления R31 корпуса 1 является постоянным и равным 4 Ом, а заземления R32 корпуса 2 - трехпозиционным (4, 10, 100 Ом) и устанавливается переключателем S11. Замыкания фазных проводов на корпуса 1 и 2 осуществляется кнопками S7 и S13 соответственно, при этом на корпус 1 замыкается фазный провод А, а на корпус 2 фазный провод В. Лабораторный стенд имеет три измерительных прибора: цифровые вольтметр и амперметр с диапазоном измерения от 0 до 2000, а также цифровой миллисекундометр с диапазоном измерения от 0 до 999 мс. Вольтметр включается в измерительные цепи через гнезда Х1-Х15, установленные в соответствующих точках схемы, с помощью гибких проводников, снабженных наконечниками. При этом амперметр должен быть отключен. Включение амперметра в цепь осуществляется с помощью переключателя, находящегося под индикатором. При соответствующем подключении загорается лампочка, указывающая место подключения прибора. Положение "ОТКЛ" означает отсутствие амперметра в цепях сети. В положении А1 измеряется ток короткого замыкания, в положении А2 - ток, стекающий с заземлителя корпуса 2, в положении A3 - ток замыкается на землю через повторное заземление РЕ проводника. При переходе с одного предела измерения амперметра на другой необходимо дождаться установившегося показания прибора. Миллисекундомер включается при нажатии кнопки S13, а отключается при срабатывании автомата защиты S10. Установка позволяет длительно сохранять режим, соответствующий периоду замыкания фазного провода на корпуса 1 и 2. Для удаления показателей на приборах после того, как измерены все необходимые параметры, следует нажать на кнопку "СБРОС". При измерениях с помощью цифровых приборов наблюдается дрейф последней цифры, а в протокол следует заносить среднее значение показания. - 123 - доцент Редькин Б.А. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ДЕЙСТВИЯ ЗАНУЛЕНИЯ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ Цель работы: 1. Изучить теоретические основы действия зануления. 2. Получить навыки по измерению и оценке эффективности действия зануления. Учебные вопросы: 1. Теоретические основы, защитного зануления. 2. Стендовые измерения эффективности действия зануления в сети. Порядок выполнения работы: 1. Законспектировать теоретические основы действия зануления. 2. Изучить лабораторный стенд. 3. Получить у преподавателя исходные данные для оценки. 4. Подготовить измерение показателей в соответствии с заданием, 5. Подготовить принципиальные схемы исследуемых режимов. 6. Сделать выводы по каждому разделу измерений 1.ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ Зануление - преднамеренное электрическое соединение металлических нетоковедущих частей электроустановки или другого оборудования, которое может оказаться под напряжением в результате нарушения изоляции, с глухозаземленной нейтральной точкой обмотки источника тока в трехфазных сетях, с глухо-заземленным выводом обмотки источника тока в однофазных сетях и с глухозаземленной средней точкой обмотки источника энергии в сетях постоянного тока с помощью нулевого защитного проводника. - 124 - Нулевой защитный проводник следует отличать от нулевого рабочего проводника, который служит для питания током электроприемников, т.е. является частью цепи рабочего тока и по нему проходит рабочий ток. Зануление предназначено для устранения опасности поражения током в случае прикосновения к корпусу электроустановки и другим металлическим нетоковедущим частям, оказавшихся под напряжением относительно земли вследствие замыкания на корпус и по другим причинам. Принцип действия зануления - превращение замыкания на корпус в однофазное короткое замыкание (т.е. замыкание между фазным и нулевым защитным проводниками) с целью вызвать большой ток, способный обеспечить срабатывание защиты и тем самым автоматически отключить поврежденную электроустановку от питающей сети. Кроме того, поскольку зануленные корпуса заземлены через нулевой защитный проводник (рис. 1), то в аварийный период, т.е. с момента возникновения замыкания на корпус и до автоматического отключения поврежденной электроустановки от сети, проявляется защитное свойство этого заземления, как при защитном заземлении. Иначе говоря, заземление корпусов через нулевой проводник снижает в аварийный период их напряжение относительно земли. 1 - корпус электроустановки; 2 - аппараты зашиты от токов короткого замыкания (KЗ), (предохранители, автоматические выключатели и т.п.); R0 -сопротивление заземления нейтрали обмотки источника тока; Rn -сопротивление повторного заземления нулевого защитного проводника; Jk - защитный ток HЗk; JH - часть тока HЗk, протекающего через нулевой защитный проводник; Jз; - часть тока КЗ, протекающего через землю. Рис. 1. Принципиальная схема зануления в трехфазной сети до 1кВ Нулевой защитный проводник в схеме зануления обеспечивает необходимое для отключения установки значение тока короткого однофазного замыкания путем создания для этого тока цепи с малым сопротивлением. Для того, чтобы понять необходимость нулевого защитного проводника, давайте представим трехфазную сеть с защитным заземлением и заземленной нейтралью (рис. 2). - 125 - Рис 2. Обоснование необходимости нулевого проводника в трехфазной сети с напряжением до 1 кВ При замыкании фазы на корпус по цепи, образовавшейся через землю, будет проходить ток: Iз UФ , R0 Rk где: Uф - фазное напряжение, В; R0 и Rk - сопротивление нейтрали и корпуса, Ом. В результате протекания тока через Rk в землю на корпусе возникает напряжение относительно земли Uk, В равное падению напряжения на сопротивлении Rk: Iз 220 27.5 A. 44 При таком токе корпус может оказаться под напряжением 220 4 Uk 110 В, 44 что создает угрозу поражения людей, прикоснувшихся к корпусу, до тех пор, пока установку не отключат вручную. Чтобы устранить эту опасность, надо обеспечить быстрое автоматическое отключение установки, т.е. увеличить ток, проходящий через защиту, что достигается уменьшением сопротивления цепи этого тока путем введения в схему нулевого защитного проводника соответствующей проводимости, как это показано ранее (рис.1, НЗ). Повторное заземление нулевого защитного проводника позволяет снизить напряжение относительно земли зануленных конструкций в период замыкания фазы на корпус как при исправной схеме зануления, так и в случае обрыва нулевого защитного проводника. Для того чтобы понять его необходимость, давайте представим трехфазную сеть только с нулевым защитным проводником (четырехпроводную сеть) с глубоко заземленной нейтралью и несколькими электроустановками (рис.3). - 126 - Рис.3. Замыкание на корпусе в сети, не имеющей повторных заземлений нулевого защитного проводника При замыкании фазы на корпус участок нулевого защитного проводника, находящийся за местом замыкания, и все присоединенные к нему корпуса (в точке N) окажутся под напряжением относительно земли U H I K Z н.з. где Ik - ток КЗ, проходящий по петле фаза - нуль. A; Zк.з. - полное сопротивление участка нулевого защитного проводника, обтекаемого током Ik, Ом (т.е. участка MN): Uн U ф Rн . з . Rф Rн. з. На другом участке нулевого защитного проводника (ближе к источнику энергии) напряжение будет изменяться от Uk до О по прямой линии. U н I з R0 U ф R0 Rn R0 Эти напряжения будут существовать в течение аварии, т.е. с момента замыкания на фазу до автоматического отключения поврежденной установки от сети. Если принять Rнз≤2Rk (что обычно имеет место в практике), то Uн≤2/3Uф. Так в сети Uф=220 В Rнз составит 147 В (2/3 220), что создает реальную угрозу поражения людей электротоком. Чтобы уменьшить это сопротивление до безопасного напряжения (40 В) потребуется сечение нулевого защитного проводника увеличить в 4,25 раза, что экономически нецелесообразно. Поэтому необходимо дополнительно в сеть нулевого защитного проводника подключить повторное заземление (как показано пунктиром), что позволит снизить Uk до значения. 40 В U н I з Rз U MN Rn , Rn R0 - 127 - где: I з - ток, стекающий в землю через сопротивление Rn , A; U MN - падение напряжения в нулевом защитном проводнике на участке MN; R0 - сопротивление заземления нейтрали источника тока, Ом, 2 220 4 k k При одинаковых значениях Rn и R0 = 4 Ом получим U н 74 B , это в 2 раза 3 (4 4) k меньше, чем при отсутствии повторного заземления. При уменьшении Rn , или увеличении количества повторных заземлений U n k можно снизить до требуемых значений. В случае обрыва нулевого защитного проводника при наличии повторного заземления напряжение зануленных корпусов, находящихся за местом обрыва, снизится до U н I з Rn U ф Rn Rn R0 А на корпусах, присоединенных к нулевому защитному проводнику до места обрыва, приобретут напряжение относительно земли Во всех случаях U ф U н U 0 , то есть напряжения после обрыва и до места обрыва в сумме будут равны фазному напряжению. Поэтому требуется тщательная прокладка нулевого защитного проводника, чтобы исключить возможность его обрыва. Кроме того, в нем не допускается установка выключателей, предохранителей и других приборов, способных нарушить его целостность. Таким образом, зануление осуществляет два защитных действия: быстрое автоматическое отключение поврежденной установки от питающейся сети и снижение напряжения зануленных металлических нетоковедущих частей, оказавшихся под напряжением, относительно земли. При этом отключение осуществляется лишь при замыкании на корпус, а снижение напряжения на зануленных металлических нетоковедущих частях. Защитное зануление обычно применяется в трехфазных четырехпроводных сетях до 1кВ с глухозаземленной нейтралью, в том числе наиболее распространенных сетях напряжением 380 / 220В, а также сетях 220/127 и 660/380 В. Зануление применяется и в трехпроводных сетях постоянного тока с глухо-заземленной средней точкой обмотки источника энергии, а так же однофазных двухпроводных сетях переменного тока с глухозаземленным выводом обмотки источника тока. - 128 - 2. ИЗМЕРЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ Цель измерения - оценить эффективность действия зануления в трехфазной пятипроводной сети с заземленной нейтралью напряжением до 1кВ. Содержание измерений: 1. Оценить эффективность действия зануления в сети без повторного заземления нулевого защитного проводника. 2. Оценить эффективность действия зануления в сети с повторным заземлением нулевого защитного проводника. 3. Оценить эффективность использования повторного заземления нулевого защитного проводника при обрыве. Порядок проведения измерений: Привести лабораторный стенд и исходное положение. Получить у преподавателя исходные данные и разрешение на проведение измерений. Подключить стенд к сети. 2.1 Определение времени срабатывания автоматов защиты и тока короткого замыкания при замыкании фазного провода на корпус при различном сопротивлении петли "фаза - нуль" 2.1.1. Заземлить нейтраль источника тока (S1 в правое положение), подключить нулевой рабочий (N) и нулевой защитный проводники (РЕ) к источнику тока (S3, S4 и S12 вверх), корпуса 1 и 2 к нулевому защитному проводнику (РЕ) (S8 и S14 вправо) и к сети (S5 и S10 - 1). 2.1.2. Убедиться, что переключатели S9,S15 и S17 отключены (влево). 2.1.3. Установить сопротивление нулевого защитного проводника 0,1 Ом (RPE), включить стенд (S2-1). 2.1.4. Сделать короткое замыкание фазного провода В на корпус 2 (S13 нажать). 2.1.5. Снять показания миллисекундомера и амперметра, при этом переключатель амперметра должен находиться в положении А-1. 2.1.6. Установить значение Rpe = 0,2; 0,5 Ом, соответственно произвести измерение времени и тока короткого замыкания аналогично п.п. 1.4 и 1.5. 2.1.7. В соответствии с заданием преподавателя установить фиксированное сопротивление Rpe. 2.1.8. Произвести измерение времени срабатывания защиты и тока короткого замыкания при различных переходных сопротивлениях Rпер (S16) между корпусом 2 и зануляющим проводником. - 129 - 2.1.9. Отключить стенд (S2-0). 2.1.10. Сделать заключение относительно опасности поражения при прикосновении человека к корпусу 2 при замыкании его на фазный провод и вычертить схему из общей принципиальной схемы стенда и график зависимости тока короткого замыкания от сопротивления. 2.2. Оценка эффективности действия в сети с повторным заземлением нулевого защитного проводника (РЕ) 2.2.1. Установить значение RРЕ=0,l Ом, Rпер=0. 2.2.2. Включить стенд (S2-1). 2.2.3. Подключить корпуса 1 и 2 к сети (S5 и S10 - 1). 2.2.4. Произвести короткое замыкание фазного провода В на корпус 2 (кнопка S13). 2.2.5. Измерить напряжение нулевой точки относительно земли (гнезда XI и Х2) и корпусов относительно земли (Х4 и Х2, Х8 и Х2, XI 1 и Х2). 2.2.6. Измерить ток короткого замыкания (А1) и время срабатывания автомата защиты (S10). 2.2.7. Выключить стенд (S2-0). 2.2.8. Подключить повторное заземление РЕ - проводника (S17 вправо). 2.2.9. Установить значение сопротивления повторного заземления Rn 4 Ом. 2.2.10. Включить стенд (S2-1). 2.2.11. В соответствии с пунктами 2.4 - 2.6 измерить напряжения на корпусах, нулевой точки относительно земли (Х2 с Х4, Х8, XII и XI), а также время срабатывания и ток короткого замыкания (А1). 2.2.12. Измерить ток замыкания на землю, установив переключатель амперметра в положение A3. 2.2.13. Отключить стенд (S2-0). 2.2.14. Установить значение Rn = 10; 100 Ом, соответственно произвести измерения аналогично пунктам 2.10-2.13. 2.2.15. Сделать заключение относительно повторного заземления нулевого защитного проводника, вычертить принципиальную схему и графики распределения напряжения РЕ - проводника относительно земли по его длине при отсутствии и наличии повторного заземления. - 130 - 2.3. Оценка эффективности повторного заземления при обрыве нулевого защитного проводника 2.3.1. Отключить повторное заземление нулевого защитного проводника (S17 влево). 2.3.2. Произвести обрыв нулевого защитного проводника между корпусами 1 и 2 (S12-вниз). 2.3.3. Включить стенд (S2-1). 2.3.4. Включить автоматы защиты корпусов 1 и 2 (S5 и Sl0-l). 2.3.5. Замкнуть фазный провод В на корпус 2 (S13) - нажать. 2.3.6. Измерить напряжения нулевой точки и корпусов относительно земли (X2 с X1, X4, X8, X11). 2.3.7. Измерить ток замыкания на землю (A3). 2.3.8. Выключить стенд (S2-0). 2.3.9. Подключить повторное заземление к защитному нулевому проводнику (S17 вправо). 2.3.10. Установить сопротивление повторного заземления (Rn) 4 Ома. 2.3.11. Включить стенд (S2-1). 2.3.12. В соответствии с пунктами 3.5, 3.6, 3.7, 3.8 измерить напряжения на корпусах, нулевой точки относительно земли, а также ток замыкания на землю. 2.3.13. Установить Rn=10; 100 Ом, соответственно провести измерения напряжений и тока. 2.3.14. Выключить стенд (S2-0). 2.3.15. Все переключатели перевести в исходное положение. 2.3.16. Сделать заключение относительно эффективности повторного заземления нулевого защитного проводника, вычертить схемы исследуемых режимов, а также графики распределения напряжения при обрыве РЕ - проводника и замыкании на корпус 2. - 131 - 3. РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ Результаты оценок эффективности защитного зануления представить по форме отчетности 3.1; 3.2; 3.3 3.1. Оценка эффективности действия зануления с заземленной нейтралью Принципиальные Rpe, Ом Rпер, Ом Время срабатывания, схемы мс 1,А А1 Выводы 3.2 Оценка эффективности действия зануления в сети с повторным заземлением PE – проводника Принципиаль Rpe, Rпер, Ом Ом ные схемы Rn Ом Напряжение, В Х2- Х2- Х2- Х2X1 Х4 Х8 X11 1,А, А1 Время срабатыван ия, мс I, A, A3 Выводы 3.3. Оценка эффективности действия повторного заземления при обрыве PE – проводника Принципиальные схемы Rn Ом Напряжение, В Х2-X1 1, А, A3 Х2-Х4 Х2-Х8 Графики Студент ________________ Преподаватель__________________ - 132 - Х2-X11 Выводы Приложение 1 ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА «Защитное заземление и зануление» Лабораторный стенд предназначен для выполнения лабораторных работ по оценке эффективности действия защитного заземления и зануления. Он представляет собой модель электрической сети с источником питания, электропотребителями, средствами защиты и измерительными приборами. Лицевая панель стенда представлена на (рис. 4). В качестве источника питания используется трехфазный трансформатор. Стенд включается трехфазным автоматом S2 в положении 1. При этом загораются индикаторы, расположенные рядом с фазными проводами А, В, С. Режим нейтрали сети изменяется переключателем S1: в правом положении - заземлена, в левом изолирована. Нейтраль заземляется через сопротивление Ro = 4 Ом, Нулевой рабочий проводник (N - проводник) подключается с помощью переключателя S3, а нулевой защитный проводник (РЕ - проводник) - с помощью S4 при верхнем их положении. Нижнее положение переключателей означает отключение проводников. Сопротивления фазных проводов сети и N - провода относительно земли смоделированы сосредоточенными сопротивлениями RA, RB, RC и RN. В данном стенде моделируется только активная составляющая полного сопротивления, причем используется случай симметричной проводимости проводов относительно земли, то есть RA=RB=RC=RN. Значение указанных сопротивлений изменяются пятипозиционным переключателем S18 в зависимости от вариантов, задаваемых преподавателем. Электропотребители на мнемосхеме показаны в виде их корпусов. Потребители корпус 1 и корпус 2 являются трехфазными и подключены к сети через автоматические выключатели (автоматы защиты) S5 и S10 соответственно. Положение 1 (верхнее) означает включение автоматов, при этом напряжение подается на потребители. Электропотребитель «корпус З» является однофазным, выполненным по классу 1 защиты от поражения электротоком. Подключение корпусов 1 и 2 к РЕ - проводнику осуществляется переключателями S8 и S14 соответственно. Правое положение переключателей означает, что корпуса занулены. Сопротивление фазного провода от нейтральной точки до корпуса 2 не изменяется и равно Кф-0,1 Ом, распределенное равномерно на двух участках провода (нейтральная точка - точка подключения корпуса 1 и точка подключения корпуса 1 - точка подключения корпуса 2). Сопротивление РЕ - проводника может изменяться с помощью переключателя S6, при этом сопротивления участков "нейтраль – корпус 1" и "корпус 1 – - 133 - корпус 2" равны и принимают значения: 0,1; 0,2 и 0,5 Ом. Обрыв РЕ - проводника между точками подключения корпусов 1 и 2 имитируется с помощью переключателя S12 в нижнем его положении. Повторное заземление Rп подключается к РЕ проводнику с помощью переключателя S17 при его правом положении, значение Rп изменяется трехпозиционным переключателем S19 (4, 10, 100 Ом). Переходное сопротивление Rпер между корпусом 2 и зануляющим проводником изменяется переключателем S16 и может принимать значения 0, 0,1 и 0,5 Ом. Подключение корпусов 1 и 2 к заземляющим устройствам с сопротивлениями R31 и R32; осуществляется с помощью переключателей S9 и S15 соответственно. Сопротивление заземления R31 корпуса 1 является постоянным и равным 4 Ом, а заземления R32 корпуса 2 - трехпозиционным (4, 10, 100 Ом) и устанавливается переключателем S11 Замыкания фазных проводов на корпуса 1 и 2 осуществляется кнопками S7 и S13 соответственно, при этом на корпус 1 замыкается фазный провод А, а на корпус 2 фазный провод В. Лабораторный стенд имеет три измерительных прибора: цифровые вольтметр и амперметр с диапазоном измерения от 0 до 2000, а также цифровой миллисекундометр с диапазоном измерения от 0 до 999 мс. Вольтметр включается в измерительные цепи через гнезда Х1-Х15, установленные в соответствующих точках схемы, с помощью гибких проводников, снабженных наконечниками. При этом амперметр должен быть отключен. Включение амперметра в цепь осуществляется с помощью переключателя, находящегося под индикатором. При соответствующем подключении загорается лампочка, указывающая место подключения прибора. Положение "ОТКЛ" означает отсутствие амперметра в цепях сети. В положении А1 измеряется ток короткого замыкания, в положении А2 - ток, стекающий с заземлителя корпуса 2, в положении A3 - ток замыкается на землю через повторное заземление РЕ проводника. При переходе с одного предела измерения амперметра на другой необходимо дождаться установившегося показания прибора. Миллисекундомер включается при нажатии кнопки S13, а отключается при срабатывании автомата защиты S10. Установка позволяет длительно сохранять режим, соответствующий периоду замыкания фазного провода на корпуса 1 и 2. Для удаления показателей на приборах после того, как измерены все необходимые параметры, следует нажать на кнопку "СБРОС". При измерениях с помощью цифровых приборов наблюдается дрейф последней цифры, а в протокол следует заносить среднее значение показания. - 134 - Рис.4. Схема стенда "Защитное заземление и зануление" Приложение 2 - 135 - профессор Буров В.Н. ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ ОЦЕНКА ХИМИЧЕСКОЙ ОБСТАНОВКИ В ЗОНЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ АХОВ ПОСЛЕ АВАРИИ НА ХИМИЧЕСКИ ОПАСНОМ ОБЪЕКТЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ Цель работы: 1. Овладеть методикой оценки химической обстановки после аварии на химически опасном объекте. 2. Получить навыки в проведении расчетно-графических работ по определению химической обстановки в районах местности, подвергшихся воздействию АХОВ после аварии на химически опасном объекте. Учебные вопросы: 1. Нанесение химической обстановки на карту. 2. Оценка последствий воздействия АХОВ. Порядок выполнения работы: 1. Ознакомиться с общими положениями методики оценки химической обстановки. 2. Получить у преподавателя данные для решения задач по оценке обстановки. 3. Нанести на топографическую карту химическую обстановку. 4. Провести расчеты по оценке масштабов заражения и определения количества пораженных людей. 5. Результаты оценки химической обстановки представить на лицевой стороне топографической карты, расчеты на ее обороте. - 136 - 1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ Аварийно химически опасное вещество (АХОВ) – это химическое вещество, применяемое в народном хозяйстве, которое при выливе или выбросе может приводить к загрязнению воздуха в опасных концентрациях. Зона заражения АХОВ – территория, на которой концентрация АХОВ достигает опасных величин. Прогнозирование масштаба заражения АХОВ – это определение расчетным методом глубины и площади зоны заражения АХОВ. Авария ни химически опасном объекте – это неконтролируемый выброс АХОВ в атмосферу в результате нарушения технологических процессов на производстве, повреждения трубопроводов, емкостей, хранилищ, транспортных средств и др., с образованием зараженного облака с опасными концентрациями АХОВ, которые могут вызывать массовые поражения незащищенных людей и животных. Разрушение химически опасного объекта – это полная разгерметизация емкостей и нарушение технологических коммуникаций в результате техногенных аварий и стихийных бедствий. Химически опасный объект – это объект промышленности или транспорта, при разрушении которого, могут произойти выбросы АХОВ в объемах образующие в атмосферном воздухе опасные концентрации для людей, животных и растений. Первичное облако – это облако АХОВ, образующееся в результате мгновенного (13 минуты) перехода в атмосферу (выброса) части АХОВ из емкости в момент ее разрушения и дальнейшее распространение на местности по направлению ветра. Вторичное облако – это облако АХОВ, образующееся в результате испарения разлившегося вещества с поверхности (поддона). Площадь зоны заражения АХОВ – это площадь территории зараженной АХОВ в опасных концентрациях. Пороговая токсическая доза – это ингаляционная доза, вызывающая начальные симптомы поражения. Для прогнозируемых оценок химической обстановки принимаются следующие допущения: емкости, содержащие АХОВ, при авариях разрушаются полностью с выбросом и разливом всего объема вещества; при авариях на газопроводах и продуктопроводах выброс АХОВ принимается равным максимальному количеству АХОВ, содержащемуся в трубопроводе между автоматическими отсеками, например для аммиакопроводов – 275-500 тонн. - 137 - 2. НАНЕСЕНИЕ ХИМИЧЕСКОЙ ОБСТАНОВКИ НА КАРТУ Нанесение химической обстановки на карту может проводиться либо по данным прогноза или по данным разведки. По данным разведки химическая обстановка наносится на карту с калек или схем, которые заполняются специальными службами контроля и формированиями гражданской обороны. Нанесение химической обстановки на карту по данным прогноза заключается в определении масштабов химического заражения с помощью расчетно-аналитических методик (см. рис. 1). Масштаб химического заражения характеризуется: радиусом R и площадью S района аварии; глубиной Г1 и площадью S1 зоны распространения первичного облака АХОВ; глубиной Г2 и площадью S2 зон распространения вторичного облака АХОВ. Район аварии, где в момент выброса АХОВ образуются опасные концентрации, ограничиваются радиусом R. Величина радиуса аварии зависит от вида АХОВ, его количества и характера самой аварии и может достигать 0,5-1,0 км. Принято считать, что при разрушении емкостей с низкокипящими жидкостями АХОВ до 180 тонн R=0,5км, в остальных случаях R=1 км. Для высококипящих АХОВ при разрушении емкостей до 100 тонн R=200 м., в остальных случаях R=0,5км. При возникновении пожара радиус района аварии увеличивается в 1,5-2 раза. Площадь района аварии S определяется как площадь круга радиусом R. В пределах площади S достигаются наибольшие концентрации АХОВ и заражение местности, оборудования и отдельных предметов. Глубина распространения первичного Г1 и вторичного Г2 облаков АХОВ определяются по таблицам справочников (табл. 1 и 2). Площади распространения первичного и вторичного облаков АХОВ (S1 и S2) определяются по формуле: Si Г i 2 L 60 , где: L – половина угла сектора, в пределах которого возможно распространение облака АХОВ (см. рис.1). - 138 - L1 L2 Рис.1. Схема зоны распространения первичного и вторичного облака химического заражения Величина L, в основном, зависит от метеорологических и топографических условий. Значение L для различных условий приведены в таблице 3. Табличные данные глубин распространения первичного и вторичного облаков АХОВ дают общие показатели для определенных условий погоды и технических средств хранения АХОВ. Для определения глубин распространения первичного облака АХОВ с учетом конкретных метеорологических условий и емкости АХОВ, используется уравнение: Г1 Г1Т К1 К П , где: Г1 – глубина распространения первичного облака АХОВ на равнинной местности с учетом конкретных метеорологических условий, км; Г1Т – табличное значение глубины распространения первичного облака АХОВ на равнинной местности при стандартных внешних температурных условиях, км (табл. 1); К1 – поправочный коэффициент, учитывающий влияние температуры воздуха (табл. 5); КП – коэффициент пропорциональности, учитывающий изменение массы АХОВ по сравнению с типовой технологической емкостью (табл. 4). Применение коэффициента пропорциональности необходимо, когда объем АХОВ конкретной емкости не совпадает с типовым (табличным) объемом емкости. Для его нахождения вначале определяют коэффициент превышения объема, представляющий собой отношение имеющегося (заданного) количества АХОВ Qз к ближайшему табличному значению таковой емкости QT . Затем, по данному отношению QЗ / QT , по таблице 5 находят коэффициент пропорциональности. - 139 - Для определения глубины распространения вторичного облака АХОВ используется уравнение: Г 2 Г 2Т К 2 К П , где: Г2 - глубина распространения вторичного облака АХОВ на равнинной местности с учетом конкретных метеорологических условий, км; Г2Т – табличное значение глубины распространения вторичного облака АХОВ на равнинной местности при стандартных внешних температурных условиях, км (табл. 2); К2 – поправочный коэффициент, учитывающий влияние температуры воздуха (табл. 6); КП – коэффициент пропорциональности, учитывающий изменение массы АХОВ по сравнению с типовой технологической емкостью (табл. 4). После определения масштабов заражения, химическая обстановка наносится на карту. На карте, согласно схеме, представленной на рис. 1, графически в масштабе карты отображается район аварии, глубины распространения первичного и вторичного облаков АХОВ с учетом направления ветра в приземном слое воздуха (приложение). Для нанесения химической обстановки на карту необходимы следующие исходные данные: - место и время аварии; - тоннаж емкостей хранения (перевозки) АХОВ, подвергшиеся аварии; - наименование АХОВ; - характер аварии (взрыв, пожар, разрыв оболочки и т.д.); - скорость и направление ветра, температура воздуха и подстилающей поверхности в приземном слое; - вертикальная устойчивость воздуха (конвекция, изотермия, инверсия), см. рис.2; - линейные размеры объекта N, для которого оценивается химическая опасность; - удаление объекта N от места аварии. Скорость ветра м/с 0.5 День Ночь Ясно Полуясно Пасмурно Инверсия Ясно Полуясно Пасмурно Конвекция 0.5-2.0 2.1-4.0 Более 4 Изотермия Изотермия Рис.2. График оценки степени вертикальной устойчивости воздуха по данным прогноза - 140 - Примечание: для более точного определения степени вертикальной устойчивости воздуха можно воспользоваться соотношением: t 0.1 - инверсия; V2 t -0,1< 2 <+0,1 – изотермия; V t 0.1 - конвекция, V2 где: t – температурный градиент, определяемый при разнице температур на высотах V2 50 см и 200 см t t 50 t 200 V – скорость ветра на высоте 1 метр. Пример: Определить масштаб заражения местности хлором при разрушении хранилища емкостью 60 тонн. Метеорологические условия: скорость ветра 2 м/с, температура воздуха +200С, почвы +19°С. Объект, для которого оценивается химическая обстановка удален от места аварии на 4 км и расположен на направлении распространения облака АХОВ. Решение: 1. Определение размера аварии (радиуса круга R и его площади S). Для емкости хранилища менее 100 тонн R=0,5км. Площадь района аварии S R 2 3.14 0.5 0.78 км2. 2. Определение степени вертикальной устойчивости воздуха. Определяем температурный градиент: t t П t В 19 20 1.0 °С если t / V 2 1.0 / 2 2 0.2 0.1 , то в данных метеоусловиях степень вертикальной устойчивости воздуха – инверсия. 3. Определение табличной глубины распространения первичного облака АХОВ Г1Т. По таблице 1 для емкости 100 тонн (ближайшей к 60 тоннам заданной) находим табличное значение глубины распространения хлора Г1Т=20км. 4. Определение поправочных коэффициентов, учитывающих отклонение температуры воздуха и емкости АХОВ от табличных. Определяем по таблице 5 значение поправочного коэффициента, учитывающего влияние температуры воздуха на глубину распространения первичного облака К 1=1,0. По - 141 - таблице 4 находим значение коэффициента пропорциональности по отношению емкостей АХОВ заданной QЗ и табличной QТ QЗ 60 0,6 КП=0,7. QТ 100 5. Определение глубины распространения первичного облака АХОВ с учетом поправочных коэффициентов Г1 Г1Т К1 К П 20 1,0 0,7 14км. 6. Определение табличной глубины распространения вторичного облака АХОВ. По таблице 2 для емкости 100 тонн (ближайшей к 60 тоннам заданной) находим табличное значение глубины распространения хлора Г2Т=2км. 7. Определение поправочных коэффициентов, учитывающих отклонение температуры воздуха и емкости АХОВ от табличных. По таблице 6 находим значение поправочного коэффициента, учитывающего влияние температуры воздуха на глубину распространения первичного облака АХОВ хлора, К2=1,0. Значение коэффициента пропорциональности как для первичного облака АХОВ, то есть КП=0,7. 8. Определение глубины распространения вторичного облака хлора с учетом поправочных коэффициентов Г 2 Г 2Т К 2 К П 2.0 1,0 0,7 1.4км. 9. Определение площади распространения первичного и вторичного облаков хлора по формуле Si Г i 2 L . 60 Значение L (половинного угла сектора распространения облака АХОВ) определяется по таблице 3 с учетом доверительной вероятности P=0,75. Тогда площадь распространения первичного облака хлора составит: S1 Г1 2 L1 15 14 2 196 0.25 49км 2 , 60 60 вторичного S2 Г 2 2 L2 20 1.4 2 1.96 0.33 0.65км 2 . 60 60 Согласно проведенным расчетам по величине радиуса района аварии R=0,5 км, значения глубин распространения первичного и вторичного облаков АХОВ: Г 1=14 км, - 142 - Г2=1,4 км. Наносим на карту масштаб заражения и распространения хлора после аварии (разрушения) емкости. Таблица 1 Глубина распространения первичного облака АХОВ на равнинной местности, км Емкость хранения (кол-во АХОВ), т. 1 Конвекция Изотермия Инверсия Скорость ветра, м/c. 1 2 2 3 2 4 4 5 6 6 1 7 2 8 2,1 8,7 30 60 37 1,4 5,7 20 50 24 5,0 6,7 18,3 34 60 2,2 4,4 12 22 44 1,8 4,1 16,7 1,2 2,7 11 1,3 3,7 5,6 0,9 2,4 3,7 0,6 1,6 1,4 2,3 8,5 0,9 1,5 5,5 1,3 3,2 4,7 7,5 20 30 5,0 13 20 ХЛОР 1 10 100 500 1000 Менее 0,5 0,9 0,6 2,9 2,0 5,5 4,0 3,4 2,5 50 100 500 10000 30400 0,7 0,9 2,0 3,1 5,3 0,5 0,6 1,4 2,3 3,8 1 10 100 Менее 0,5 1,2 0,5 3,65 2,6 1 10 50 100 Менее 0,5 0,5 0,4 0,7 0,5 25 50 100 Менее 0,5 0,8 0,5 1,1 0,8 10 50 100 0,8 1,7 2,3 10 50 100 10 1100 0,6 1,2 1,7 Менее 0,5 1,8 1,3 6,4 5,1 17 14 7,7 6,1 АММИАК 1,6 1,1 0,8 2,4 1,6 1,3 6,0 4,0 3,2 10,4 7,0 5,5 20,0 13,0 10,4 ФОСГЕН 0,6 0,5 0,4 1,7 1,2 0,9 6,5 4,4 3,5 ЦИАНИСТЫЙ ВОДОРОД Менее 0,5 0,5 Менее 0,5 1,2 0,8 0,6 1,8 1,2 1,0 0,6 2,7 9,5 25 11,4 СЕРНИСТЫЙ АНГИДРИД 0,6 Менее 0,5 1,0 0,7 3,0 2,0 ОКИСЛЫ АЗОТА 2,4 1,6 5,9 4,0 8,8 5,9 ОКИСЬ ЭТИЛЕНА Менее 0,5 Менее 0,5 Менее 0,5 0,6 0,6 Менее 0,5 ОКИСЬ УГЛЕРОДА Менее 0,5 0,8 0,6 0,5 ГИДРАЗИН, СЕРОУГЛЕВОДОРОД Менее 0,5 Менее 0,5 0,9 0,6 2,3 1,5 Примечание: 1. 2. 3. Хранение в жидком (охлажденном) состоянии при емкости хранения АХОВ 1000 тонн и более. Окись углерода – представлены данные при аварийном выбросе из промышленных установок. Глубины распространения даны для стандартных температурных условий. - 143 - Таблица 2 Глубина распространения вторичного облака АХОВ, км. Емкость хранения (кол-во АХОВ), т Конвекция Изотермия Инверсия 0,8 1,2 2,6 4,6 1,1 2 4,5 8,7 0,6 Менее 0,5 0,6 2,8 4 0,9 0,5 1,0 3,5 5,4 ХЛОР 1 10 100 500 1000 Менее 0,5 Менее 0,5 Менее 0,5 0,7 1,2 АММИАК 50 100 500 10000 30000 1 10 100 Менее 0,5 Менее 0,5 0,7 0,8 ФОСГЕН Менее 0,5 0,5 Менее 0,5 1,4 0,7 2,7 ОКИСЛЫ АЗОТА 0,6 2,1 3,8 10 50 100 Менее 0,5 1,3 0,8 3,2 0,6 2,3 ЦИАНИСТЫЙ ВОДОРОД 2 5,2 4 10 50 100 Менее 0,5 Менее 0,5 Менее 0,5 0,6 1,5 1,1 50 100 50 100 10 50 100 1-100 Менее 0,5 1,0 0,7 СЕРНИСТЫЙ АНГИДРИД Менее 0,5 Менее 0,5 0,5 ОКИСЬ ЭТИЛЕНА Менее 0,5 Менее 0,5 0,6 ОКИСЛЫ АЗОТА Менее 0,5 1,3 0,6 2,7 0,8 3,2 ГИДРАЗИН, СЕРОУГЛЕВОДОРОД Менее 0,5 - 144 - 0,7 1,0 0,7 1,3 2,0 5,7 7,7 Таблица 3 Значения половинного угла L сектора распространения облака АХОВ в зависимости от вертикальной устойчивости воздуха и доверительной вероятности P, град. Вертикальная Доверительная вероятность P устойчивость воздуха 0,5 0,75 Инверсия 9 15 Изотермия 12 20 Конвекция 15 25 Вторичное облако Инверсия 12 20 АХОВ Изотермия 15 25 Конвекция 20 30 Примечание: При наличии достоверной информации об аварии P=0,5, при отсутствии данных об аварии P=0,9, в остальных случаях P=0,75. Параметр распространения Первичное облако АХОВ 0,9 20 25 30 30 40 50 подробных Таблица 4 Значения коэффициента пропорциональности КП Вертикальная устойчивость воздуха Конвекция Изотермия Инверсия Отношение конкретного с табличным объемов емкостей QЗ / QT 0,2 0,4 0,6 0,8 1 2 4 6 0,5 0,4 0,3 0,6 0,6 0,5 0,8 0,8 0,7 0,9 0,9 0,9 1 1 1 1,4 1,5 1,6 1,9 2,2 2,6 2,4 2,8 3,4 8 2,7 3,3 4,0 Таблица 5 Значение поправочного коэффициента, учитывающего влияние температуры воздуха на глубину распространения первичного облака АХОВ, К1 АХОВ Хлор, аммиак Хлор, аммиак** Фосген Цианистый водород Окись этилена Окись углерода Сернистый ангидрид Окислы азота Гидразин, сероуглерод * -40 0 0 0 0 0 1 0 0 0 -30 0,3 0,1 0 0 0 1 0 0 0 Температура воздуха °С -20 -10 0 10 0,5 0,7 0,8 0,9 0,2 0,4 0,6 0,8 0 0 0 0,3 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0,6 0,8 0 0 0 0 0 0 0 0 20 1 1 1 0 0,5 1 1 0 0 30 1,1 1,2 1,4 1 0,7 1 1,2 1 0 40 1,2 1,3 1,8 2,2 1 1 1,4 1,5 0 Примечание: * - При хранении в сжатом, сжиженном состоянии (под давлением). ** - При хранении в жидком (охлажденном) состоянии (физотермический способ хранения). Таблица 6 Значение поправочного коэффициента К2, учитывающего влияние температуры воздуха на глубину распространения вторичного облака АХОВ АХОВ Хлор, аммиак* Хлор, аммиак** Фосген Цианистый водород Окись этилена -40 0,5 0,4 0,3 0,3 0,1 -30 0,6 0,5 0,4 0,4 0,2 -20 0,6 0,6 0,5 0,4 0,2 Температура воздуха, °С -10 0 10 0,7 0,8 0,9 0,7 0,8 0,9 0,6 0,7 0,9 0,5 0,6 0,7 0,3 0,4 0,6 - 145 - 20 1,0 1,0 1,0 0,8 0,7 30 1,1 1,2 1,2 1,0 0,9 40 1,2 1,3 1,3 1,1 1,0 Сернистый ангидрид Окислы азота Сероуглерод Гидразин 0,4 0,2 0 0 0,5 0,3 0,1 0 0,6 0,4 0,2 0 0,7 0,5 0,3 0 0,8 0,6 0,4 0,9 0,8 0,7 0 1,0 1,0 1,0 0 1,1 1,3 1,5 0 1,2 1,6 2,0 0 Примечание: * - При хранении в сжатом, сжиженном состоянии (под давлением). ** - При хранении в жидком (охлажденном) состоянии (изотермический способ хранения). 3. ОЦЕНКА ПОСЛЕДСТВИЙ ВОЗДЕЙСТВИЯ АХОВ Оценка последствий воздействия АХОВ методом прогноза является сложной задачей, так как зависит от токсикологических характеристик АХОВ, их физикохимических свойств, концентраций и времени их сохранения в воздухе. Физикохимические и токсические свойства наиболее распространенных АХОВ показаны в таблице 7. Обычно в оценку последствий АХОВ после аварии на химически опасном объекте включаются следующие вопросы: - определение потерь в зоне воздействия АХОВ; - время и продолжительность возможного воздействия АХОВ в опасных концентрациях; - возможный режим функционирования объекта в зоне воздействия АХОВ. Таблица 7 Физико-химические свойства АХОВ Токсические свойства Экспоз Смертел Экспози иция ьная ция концент рация, мг/л 6 час 7 30 мин Ядовитые сильнодействую щие вещества Молеку лярная масса Плотно сть, г/см3 Темпера тура кипения ,С Аммиак 17,03 0,68 -33,4 Поража ющая концен трация, мг/л 0,2 Хлор 70,91 1,56 -34,6 0,01 1 час 0,1-0,2 1 час Фосген 98,92 1,42 8,2 0,05 10 мин. 0,4-0,5 10 мин. Сернистый ангидрид 64,07 1,46 -10 0,4-0,5 50 мин. 1,4-1,7 50 мин. Окись углерода 28,1 - -190 0,22 2,5 час 3,4-5,7 30 мин. Сероуглерод 76,12 1,26 46 2,5-1,6 1,5 час 10 1,5 час Треххлористый фосфор 137,4 1,53 74,8 0,080,015 30 мин. 0,5-0,1 30 мин - 146 - Дегазиру ющие вещества Вода Гашеная известь, щелочи, вода Щелочны е отходы, вода Гашеная известь, аммиак Сернист ый натрий, калий Щелочи, аммиак Фтористый водород 20,0 0,98 19,4 0,4 10 мин 1,5 5 мин Щелочи, аммиак Синильная кислота 27,03 0,7 25,6 0,020,04 30 мин 0,1-0,2 15 мин Щелочи, аммиак В районе аварии, где облако заражения АХОВ будет образовываться в течение нескольких секунд (минут) или мгновенно, люди подвергнутся наибольшей опасности токсического воздействия. Принято считать, что в районе аварии 100% попавших в начальное облако заражения (рис. 3) людей будут поражены, если они не будут иметь необходимых средств защиты. При 100% обеспечении людей средствами защиты, число пострадавших не превысит 3-5%, что будет определяться только технической неисправностью средств защиты. Начальное облако заражения, АХОВ Вторичное облако воздействия, АХОВ Первичное облако воздействия, АХОВ Объект, оказавшийся в зоне воздействия АХОВ R Г2 Разлив АХОВ Д L Г1 R – радиус района аварии; Г2 – глубина распространения вторичного облака воздействия АХОВ; Д – удаление объекта N от района аварии; Г1 - глубина распространения первичного облака воздействия АХОВ; Рис.3. Схема образования и распространения облаков воздействия АХОВ при аварии на химически опасном объекте При распространении АХОВ наибольшие концентрации будут наблюдаться при прохождении первичного облака, которые и определяют наибольшее количество пораженных людей (табл. 8). - 147 - Таблица 8 Потери (поражения) людей в зоне распространения первичного облака воздействия АХОВ АХОВ Количество пораженных людей, % Окись углерода, тетраоксид азота 10-20 Хлор, аммиак, сернистый ангидрид 20-30 Цианистый водород, фосген 30-40 Окись этилена 50-60 Примечание: При наличии средств защиты процент пораженных не превышает 1-3%. В зданиях с отключенной вентиляцией процент пораженных незащищенных людей может быть в 1,5-2 раза меньше, чем на открытой местности. Время или продолжительность поражающего действия АХОВ в зоне его воздействия определяется физико-химическими свойствами вещества и, в первую очередь, температурой кипения (табл. 7), метеорологическими условиями и шероховатостью подстилающей поверхности, количеством испаряемого вещества и пр. Таким образом, время поражающего воздействия АХОВ, в основном, будет определяться временем испарения вещества из того объема АХОВ, которое оказалось в результате аварии вне оболочки емкости (табл. 9). В таблице 9 дано время испарения АХОВ для наиболее жестких условий, когда скорость ветра минимальная (V ветра ≤1 м/c) и вылив вещества ограничен в пределах поддона емкости. Для других условий (скорость ветра Vb >1м/c) разлив вещества - за пределы района хранения время испарения сокращается. Режим работы персонала объекта, оказавшегося в зоне воздействия АХОВ, будет определяться: временем воздействия АХОВ, когда персонал вынужден использовать индивидуальные средства защиты (противогаз, защитную одежду, защитное убежище); допустимым временем пребывания людей в изолирующих средствах защиты. Таблица 9 Время испарения АХОВ с поддона при скорости ветра 1 м/с, сут Емкость хранения -40 -30 -20 1 10 100 500 1000 12 час 14 8,6 12,3 14,7 10,3 ч. 12 7,3 10,5 12,5 8,6 ч. 10 6,3 8,9 10,8 1 10 100 15 18,6 13,6 12 15 11 9 11,2 8,1 Температура воздуха °С -10 0 10 ХЛОР 7,0 ч. 6 ч. 5 ч. 8 7 6 5,3 4,7 4,1 7,7 6,8 5,8 9,2 8,1 7 ФОСГЕН 7 6 5,2 9,3 7,4 6,5 6,6 5,2 4,4 50 100 1,3 18,3 1,1 15,4 21,7 12,6 АММИАК 18,3 16,3 11,4 9,3 - 148 - 13,4 7,6 20 30 40 4,6 ч. 5,4 3,4 5,1 6 3,8 ч. 4,4 3,1 4,5 5,3 3,3 ч. 3,8 2,6 3,7 4,5 4,5 5,6 3,4 3,6 4,5 2,9 2,8 3,4 2,3 11,3 6,3 10 5,5 8,6 4,7 500 10000 30000 27 1 10 50 100 2,9 3,5 3,9 10 50 100 1,8 1,9 25 До 25 50 100 1,2 1,3 17,5 50 100 10 50 100 5,8 6,3 10 50 100 5,6 5,8 23,2 18,6 15,9 13,1 11,3 Более месяца 28,4 23,5 20,3 Более месяца 28,2 24,3 ЦИАНИСТЫЙ ВОДОРОД 2,3 1,8 1,4 1,1 21 2,6 2,0 1,6 1,3 1,0 3,1 2,5 1,9 1,5 1,2 Более месяца 26,1 20,3 16,7 ОКИСЬ ЭТИЛЕНА 1,5 1,0 19,8 15,4 13,2 1,6 1,1 21,6 16,8 14,4 20 15,1 12,2 9,4 7,6 СЕРНИСТЫЙ АНГИДРИД 1 20,4 15,9 13,6 11,3 1,1 21,3 16,6 14,2 11,8 14,4 11,3 9,6 7,8 6,5 ГИДРАЗИН Более месяца Более месяца ОКИСЛЫ АЗОТА 4,4 3,1 2,5 1,8 1,4 4,8 3,4 2,7 2 1,6 Более месяца 26 26 21 СЕРОУГЛЕРОД 4,2 3 2,3 1,6 1,3 4,4 3,2 2,5 1,8 1,5 Более месяца 22,4 17,8 9,4 17 20,4 8,3 15 17,8 7,0 13 15 16,5 20 21,8 13,2 13,5 16 17,8 10,9 12 14 15,8 9 11 12 6 9 9,6 4,9 7,2 7,7 4,1 9 9,4 5,3 7,9 8,2 4,5 6,8 7 3,7 21 15 9 25 1,2 15,7 21 1 14,3 16 18,5 11 23,3 1,1 14,6 18,6 21,1 10,5 14 15,8 8,2 Примечание: 1. Выброс АХОВ произошел при отсутствии поддона (обваловки). 2. Для скоростей ветра больше 1 м/с, данные таблицы 9 умножают на поправочный коэффициент К, имеющий следующие значения: Скорость ветра, м/c 2 3 4 5 6 7 Коэффициент К 0,70 0,55 0,43 0,37 0,32 030 Таблица 10 Ориентировочные сроки пребывания людей в изолирующих средствах защиты в зависимости от температуры воздуха Температура наружного воздуха, °С +30 и выше +25 до +29 +20 до +24 -15 до –19 Ниже –15 Продолжительность работы в изолирующей одежде Без влажного экранирующего С влажным экранирующем комбинезона комбинезоном До 20мин 1-1,5 часа До30мин 1,5-2часа До 45 мин 2-2,5 часа До 2 часов Более 3 часов Более 3 часов - 149 - - 150 - профессор Садов А.В. доцент Подгорная Н.А. ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ ИЗМЕРЕНИЕ РАДИОАКТИВНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ Цель работы: 1. Углубить и расширить знания студентов по вопросам обеспечения безопасности человека в условиях воздействия на него ионизирующего излучения искусственного или природного характера. 2. Ознакомить студентов с требованиями и нормами радиационной безопасности. 3. Получить студентам навыки по измерению радиационного излучения для оценки радиационной обстановки и ожидаемых неблагоприятных медицинских последствий здоровью людей. Учебные вопросы: 1. Изучить теоретические основы обеспечения радиационной обстановки, основные нормы и правила работы с радиоактивными материалами и другими источниками ионизирующих излучений. 2. Проанализировать влияние различных видов излучений и вызываемых ими эффектов заболеваний. 3. Ознакомиться с Нормами и Дозами радиоактивного облучения и методами их измерений. Порядок выполнения работы: 1. Получить у преподавателя данные по учебному заданию. 2. Изучить методические указания и законспектировать основные теоретические положения. 3. Провести дозиметрический контроль и радиационные исследования для измерения: эталонного источника радиоактивного излучения; экспозиционной дозы фотонного гамма излучения в воздушной среде, удельной активности радионуклидов в веществах и материалах и плотности потока бета-частиц от загрязненных поверхностей. 4. Составить отчет о выполненном задании. - 151 - Методические указания состоят из двух частей – теоретической и практической. В теоретической части охарактеризованы основные положения радиационной безопасности, приведены краткие сведения о ионизирующих излучениях, основные величины и единицы измерения радиоактивности. Особое внимание уделяется воздействию ионизирующего излучения на здоровье человека, нормам и дозам облучения и радиационному контролю. Практическая часть посвящена проведению радиоактивных измерений с помощью портативного дозиметра-радиометра ДРГБ-01-«ЭКО-1». Приводятся сведения о назначении прибора, его технические данные и характеристики, устройство и принцип работы, а также методика и порядок работы с ним. Студентами выполняются три задания по радиационным измерениям: - определение мощности эквивалентной (экспозиционной) дозы (МЭД) фотонного излучения; - измерение удельной активности пробы продукта; - измерение плотности потока бета-частиц от загрязненных поверхностей. Методические указания рассчитаны на проведение двух практических занятий. На первом занятии требуется изучить теоретические положения по радиационным излучениям и ознакомиться с радиационным прибором – дозиметром-радиометром ДРГБ01-ЭКО-1 и его работой. На втором занятии требуется провести радиационные измерения. По завершению практических занятий составляют отчет по специально разработанной типовой форме. 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИЗМЕРЕНИЯ РАДИОАКТИВНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ 1.1. Общие положения радиационной безопасности Важной проблемой является обеспечение радиационной безопасности и охраны здоровья населения от вредного воздействия ионизирующего излучения. Для контроля, оценки и прогноза радиационной обстановки и предупреждения неблагоприятных медицинских последствий производятся измерения ионизирующего излучения и нормирование радиационных воздействий на человека. Основу международные системы научные радиационной безопасности рекомендации, составляют отечественный и современные зарубежный опыт радиационной защиты населения, а также правовые и нормативные документы по радиационной безопасности: Федеральный закон о радиационной безопасности населения - 152 - (№ 170-ФЗ 2004), Нормы радиационной безопасности (НРБ-99), основные санитарные правила работы с радиоактивными веществами и другими источниками ионизирующего излучений ОСП-72/87 от 26.08.1987 №4422-87 и др. Основными принципами обеспечения радиационной безопасности является: принцип нормирования – непревышение допустимых пределов индивидуальных доз облучения граждан от всех источников ионизирующего излучения; принцип обоснования – запрещение всех видов деятельности по использованию источников ионизирующего излучения, при которых полученная для человека и общества польза не превышает риск возможного вреда, полученного дополнительным к естественному радиационному фону излучением; принцип оптимизации – поддержание на возможно низком и достижимым уровне с учетом экономических и социальных факторов индивидуальных доз облучения. 1.2. Краткие сведения об ионизирующем излучении Ионизирующее превращениях, излучение торможении создается заряженных при радиоактивном частиц в веществе распаде, и ядерных образуют при взаимодействии со средой ионы различных знаков и фотоны. Основные виды воздействия ионизирующего излучения на человека распространяются: - в условиях нормальной эксплуатации техногенных источников ионизирующего излучения; - в результате радиационной аварии; - от природных источников ионизирующего излучения; - от космического излучения на поверхности земли; - при медицинском (рентгеновском) облучении. Различают три основанных вида ионизирующего злучения: альфа, бета и гамма. Альфа-излучение (α) – ионизирующее излучение, представляющее собой положительно заряженных атомов гелия, состоящее из альфа частиц, испускаемых при ядерных превращениях с проницаемой способностью нескольких миллиметров. Бета-излучение (β) – электронное и позитронное ионизирующее излучение представляющее собой поток быстро летящих электронов с проницаемой способностью несколько сантиметров. Гамма-излучение (γ) – фотонное электромагнитное ионизирующее излучение с длиной волны до 1,5-10-11 см, обладающая наибольшей проницаемой способностью до нескольких метров и наименьшей ионизирующей способностью. - 153 - Поглощение α, β и γ-излучения в различных средах происходит по закону a J J 0e где J0 – интенсивность начального излучения; J – интенсивность после прохождения слоя толщиной а; μ – коэффициент поглощения в данном веществе. Радиоактивные вещества, выделяющие ионизирующее излучение, подразделяются на природные и техногенные. Основными природными радиоактивными веществами являются уран238, торий, радий и радон, а при техногенных авариях на радиационноопасных объектах образуются радиоактивные изотопы цезия (Cr137), стронция (Sr90), йода (J131) и др. Природные радиоактивные вещества содержатся в горных породах и подземных водах и распределяются неравномерно в различных регионах. Наибольшее содержание радиоактивных элементов наблюдается в магматических породах (гранитах, базальтах и др.), наименьшее – в осадочных породах (глина, песчаники, известняки). В приповерхностных частях Земли в результате излучения естественного распределения природных радионуклидов горных пород и ионизирующего излучения, создаваемого космическим излучением в приземной атмосфере, воде, продуктах питания и организме человека формируется естественный фон излучения. 1.3. Основные величины и единицы радиоактивности Основные величины и единицы радиоактивности сведены в табл. 1 Таблица 1 Система измерения радиоактивности Величина Активность радионуклидного источника – число радиоактивных превращений в источнике в единицу времени A N t Единица измерения В системе СИ Беккерель Обозначение Бк Внесистемная единица Кюри Удельная активность радионуклида – отношение Бк/кг активности радионуклида в Кu/кг материале к массе материала Поглощенная доза - отношение В системе СИ энергии, переданной веществу Грей ионизирующим излучением к Внесистемная единица массе вещества Рад - 154 - Кu Соотношение 1Бк = 2,7·10-11 Кu 1кБк = 2,7·10-8 Кu 1МБк = 2,7·10-5 Кu 1ГБк = 2,7·10-2 Кu 1Кu = 3,7·1010 Бк 1мКu = 3,7·107 Бк 1мкКu = 3,7·104 Бк 1нКu = 37Бк УА Гр 1Гр = 1Дж/кг Рад 1рад = 0,01 Гр Эквивалентная доза – наибольшее значение суммарной эффективной дозы в критическом органе от всех источников внутреннего и внешнего облучения Экспозиционная доза характеризует электрический заряд, создаваемый ионизирующим излучением в воздухе Эффективная доза – дозиметрическая величина для оценки возможного ущерба здоровью человека от хронического воздействия ионизирующего излучения произвольного за календарный год Коллективная эффективная доза – произведение средней эффективной дозы на количество облучаемых людей Зиверт Зв Рентген Р Зиверт/год Зв/год человек зиверт Чел-Зв Мощность дозы – доза в единицу времени Зиверт-секунда микрозиверт час Грей-секунда Микрогрей Рентген/секунда микрорентген Зв/с мкЗв/час Гр/с мкГр/ч Р/с мкР/ч Плотность потока бета-частиц – величина активности, проникающей через единицу поверхности в единицу времени Бк/м2-час Период полураспада радионуклида – время, в течении которого распадается половина атомов радиоактивного вещества время полураспада Т1/2 1Зв = 1Гр для бетаи гамма излучения 1Р = 2,5810-4 Кu/кг Для большинства случаев 100 р – 0,9 Зв Т1/2Уран U 4,5109 лет Т1/2Радий Ra 1590 лет Т1/2Торий Tb 6,7 года Т1/2Радон Rn 3,8 дня Т1/2Цезий Cr137 30 лет Т1/2Стронций Sr90 29,12 года Т1/2Йод J131 8 суток 1.4. Воздействие ионизирующего излучения на человека Различают внешнее и внутреннее облучение. Внешнее облучение возникает в случае, когда источник ионизирующего излучения находится вне тела человека, и воздействует на организм дистанционно через кожный покров. Внутреннее облучение происходит тогда, когда источник излучение попадает - 155 - внутрь организма человека по пищевым цепочкам, ингаляционным путем и вызывает ионизацию, действующую на внутреннее органы. Ионизирующая радиация при воздействии на организм человека может вызывать два вида эффектов, которые клинической медициной относятся к болезням: детермированные пороговые эффекты (лучевая болезнь, лучевой дерматит, лучевая катаракта, лучевое бесплодие, аномалии в развитии плода и др, и стохастические (вероятностные) безпороговые эффекты (злокачественные опухоли, лейкозы, наследственные болезни) Критическими органами являются биологическая ткань, орган или часть тела, облучение которого может причинить наибольший ущерб здоровью данного лица или его потомства. В порядке убывания радиочувствительности критические органы относят к четырем группам: 1 – все тело, костный мозг; 2 – легкие, желудочно-кишечный тракт; 3 – костная ткань, щитовидная железа; 4 – кисти рук. Для каждой группы устанавливаются значения основных дозовых пределов. Выделяются следующие категории облучаемых лиц: Персонал – лица, работающие с техногенными источниками (группа А) или находящиеся по условиям работы в сфере их воздействия (группа Б). Население, включая лиц из персонала, вне сферы и условий их производственной деятельности. 1.5. Нормы и дозы облучения Нормы и дозы облучения служат основой обеспечения радиационной безопасности и соблюдения требований нормативов, включая не превышение установленных основных пределов доз излучений. Основные допустимые пределы годовых эффективных и эквивалентных доз облучения приведены в табл. 2. Таблица 2 Основные пределы доз излучений Нормируемые величины Пределы доз Предел для группы Б 20 мЗв в год в среднем за любые последовательные 5 лет, но не более 50 мЗв в год 5 мЗв в среднем за любые последовательные 5 лет, но не более 12 мЗв в год Предел для населения 1 мЗв в год в среднем за любые последовательные 5 лет, но не более 5 мЗв в год Эквивалентная доза: в хрусталике глаза 150 мЗв 37,5 мЗв 15 мЗв в коже 500 мЗв 125 мЗв 50 мЗв в костях и стопах 500 мЗв 125 мЗв 50 мЗв Эффективная доза Предел для группы А - 156 - Приложение к таблице № 2 Основные пределы доз облучения не включают в себя дозы от природного и медицинского облучения, а также дозы вследствие радиационных аварий. На эти виды облучения устанавливаются специальные ограничения. Эффективная доза для персонала не должна превышать за период трудовой деятельности (50 лет) – 1000 мЗв, а для населения за период жизни (70 лет) – 70 мЗв. Для студентов и учащихся старше 16 лет, проходящих профессиональное обучение с источниками излучения, годовая доза не должна превышать значения, установленные для персонала группы Б. Для женщин в возрасте до 45 лет, работающих с источниками излучения вводятся дополнительные ограничения: эквивалентная доза не должна превышать 1 мЗв в месяц, а поступление радионуклидов в организм в год не должно быть больше 1/20 предела годового поступления для персонала. Облучение эффективной дозой свыше 200 мЗв в течение года рассматривается как потенциально опасное. Лица, подвергшиеся такому облучению должны немедленно выводиться из зоны облучения и направляться на медицинское обследование. При проведении профилактических исследований и научных исследований практически здоровых лиц годовая эффективная доза этих лиц не должна превышать 1 мЗв. Естественный фон излучения в приповерхностном воздушном пространстве, определяют по значению мощности экспозиционной дозы фотонного излучения. Для Центральных районов России составляет 10-20 мкР/час (0,1-0,2 мкЗв/час). В северозападных районах страны, где на поверхность выходят кристаллические породы, естественный фон излучения повышен и достигает 25-30 мкР/час. Территории, в пределах которых среднегодовые значения дополнительной (сверх естественного фона) эффективной дозы облучения человека не превышают 1 мЗв, относятся к территориям с относительной благополучной экологической обстановкой. Территории, в пределах которых среднегодовые значения эффективной дозы облучения (дополнительного, сверх естественного фона) превышают 5 мЗв и находятся в диапазоне доз до 10 мЗв, относят к территориям чрезвычайной экологической ситуации. Уровень индивидуального риска на этих территориях возрастает до 0,001/год. Территории, в пределах которых среднегодовые значения эффективной дозы облучения (дополнительного, сверх естественного фона) превышают 10 мЗв, относят к территориям экологического бедствия. На этих территориях уровень индивидуального риска может существенно превышать 0,001/год. - 157 - 1.6. Радиационный контроль Радиационный контроль является обязательным мероприятием обеспечения радиационной безопасности и проводится для установления соответствия радиационной активности нормам радиационной безопасности и Основным санитарным правилам работы с радиоактивными веществами и другими источниками излучений, а также получения информации об уровнях облучения людей и о радиационной обстановке в помещениях и окружающей среде. Основными контролируемыми параметрами являются: годовая эффективная эквивалентная доза; поступление радионуклидов в организм и их содержание в организме для оценки годового поступления; объемная или удельная активность радионуклидов в воздухе, воде, продуктах питания, строительных материалах; радиационное загрязнение кожных покровов, одежды, обуви, рабочих поверхностей; мощность дозы внешнего излучения; плотность потока частиц и фотонов. Указанные параметры определяются с помощью радиационных измерений дозиметром-радиометром. 2. МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ 2.1. Назначение, техническая характеристика, устройство и принцип действия дозиметра-радиометра ДРГБ-01-«ЭКО-1» Назначение прибора. Дозиметр-радиометр ДРГБ-01-«ЭКО-1» (далее по тексту – прибор) предназначен для измерения мощности эквивалентной дозы фотонного излучения (МЭД), плотности потока бета-частиц, удельной активности радионуклидов в веществах и материалах при проведении дозиметрического контроля и радиометрических исследований. Прибор позволяет обнаружить радионуклидный источник и оценить уровень загрязненности от его наличия. Технические характеристики прибора приведены в табл. 3. - 158 - Таблица 3 Номинальные значения основных технических характеристик прибора Характеристика Номинальные значения Диапазон энергий фотонного излучения, МэВ Энергия регистрируемого бета-излучения, МэВ Диапазон измерения мощности эквивалентной (экспозиционной) дозы фотонного излучения-МЭД, мкЗв/ч (мкР/ч) Основная погрешность измерений МЭД в поле радионуклидного источника Cr-137 при Р = 0.95% Дополнительная погрешность измерений МЭД, обусловленная диапазоном энергий фотонов, % Диапазон измерений удельной активности в пробах, содержащих радионуклидный источник Cr-137, кБк/кг 0.06-1.25 не менее 0.156 0.20-5.00 (20-500) не более 15 не более 25 4-100 Основная погрешность измерений удельной активности в пробах, содержащих Cr-137, при Р = 0.95% Диапазон измерений плотности потока бета-частиц от загрязненных поверхностей, содержащих радионуклидный источник Sr-90, 1/ссм2 Основная погрешность измерений плотности потока бета-частиц от загрязненных поверхностей (для Sr-90), % не более 35 0.2-100 не более 20 Время измерения: Режим F………………………………20±1 с. Режим А: для цезия-137…………….1100±20 с. для стронция-90…………..800±10 с. Режим В………………………………160±5 с. Продолжительность непрерывной работы при температуре окружающего воздуха (20±5)0С без перезарядки аккумуляторной батареи не менее…30 ч. Габаритные размеры прибора – не более……………..180×85×55 мм Масса прибора – не более………………………………360 г. Устройство и принцип работы прибора. Дозиметр-радиометр состоит из двух основных функциональных узлов – детектора ионизирующего излучения на основе счетчика СБТ-10А и электронно-счетной схемы с узлами питания, звукового сопровождения и жидкокристаллическим дисплеем. Конструктивно он размещен в одном пластмассовом корпусе со съемным экраном бета-излучения (рис.1). - 159 - 1. – верхняя крышка. 2. – цифровое табло. 3. – переключатель «Вкл». 4. – переключатель « ». 5. – кнопка «Режим работы». 6. – динамик звуковой сигнализации. 7. – разъем (вилка) для подключения зарядного устройства Рис. 1. Общий вид прибора Принцип действия прибора основан на преобразовании детектором ионизирующего излучения (счетчиком СБТ-10А) плотности потока фотонов или бета-частиц в импульсную последовательность электрических сигналов, частота следования которых пропорциональна МЭД или плотности потока бета-частиц от загрязненных поверхностей и объемных проб в продуктах и материалах. Эти сигналы формируются по длительности и амплитуде и подаются на устройство регистрации информации об измеряемой величине, выполненное в виде цифрового табло прибора. Периодичность смены показаний значения измеряемой величины на цифровом табло определяется выбранным режимом работы. Прибор имеет три режима работы, устанавливаемых переключателем « ВКЛ» и последующим нажатием кнопки «РЕЖИМ РАБОТЫ»: режим F – служит для обнаружения и оценки уровня радиационной безопасности по результатам измерений МЭД; режим А – служит для оценки уровня загрязненности проб воды, почвы, продуктов питания, растениеводства, животноводства и т.д., содержащих радионуклидные источники Cr-137 и (или) Sr-90, по результатам измерений удельной активности; режим В – служит для оценки и определения уровня загрязненности поверхности бета-излучающими радионуклидами (Sr-90) по результатам измерений плотности потока бета-частиц. - 160 - В режиме предоставляется F два варианта для выполнения измерений: «циклический» с временем измерения не более 20 с и «однократный». В режимах «А» и «В» используется схема измерения «фон - запоминание фона измерение с одновременным вычитанием фона - результат измерения». Прибор обеспечивает сигнализацию о недопустимом разряде аккумуляторной батареи посредством прерывистой индикации показаний. Он также обеспечивает сигнализацию об окончании времени измерения в каждом из режимов работы и сохраняет ее звучание в течение 20 с. 2.2. Подготовка прибора к работе Включить прибор, установив переключатель « ВКЛ» в крайнее правое положение, после чего на цифровом табло должна появиться цифровая индикация режима измерения и через 20 с появится результат измерения МЭД, например «F0.15» - значение естественного фона излучения. Отсутствие показаний прибора об естественном фоне излучения более чем 20 с – свидетельствует о его неисправности. Прерывистая индикация показаний прибора свидетельствует о разрядке аккумуляторной батареи и необходимости ее перезарядки. Конструкция прибора обеспечивает использование зарядного устройства типа «ChM-Ni – 220 – 4,8 – 10». Для зарядки аккумуляторов: установить переключатель « ВКЛ» в крайнее левое положение. Соединить прибор с зарядным устройством. Включить зарядное устройство в сеть, при этом на нем загорится светодиод, сигнализирующий о наличии тока заряда. Зарядка осуществляется в течение 14 ч. 2.3. Методика измерения значения мощности экспозиционной дозы фотонного излучения (МЭД) Для определения значения МЭД фотонного излучения используют режим F в двух вариантах «циклический» и «однократный». При работе в циклическом варианте в режиме F необходимо включить прибор (перевести переключатель « ВКЛ» в крайнее правое положение). На цифровом табло должна появиться индикация – «F0.00». Через 20 с на цифровом табло должно появиться значение, соответствующее мощности эквивалентной дозы фотонного излучения, выраженное в микрозивертах в час (мкЗв/ч). - 161 - По истечении 20 с, в течение которых индицируется результат предыдущего измерения, на цифровом табло появляется результат следующего измерения и т.д. Например. Показание на цифровом табло прибора «F0.15» означает, что значение мощности эквивалентной дозы фотонного излучения составляет 0.15 мкЗв/ч. Умножив это значение на 100, получаем результат измерений в единицах мощности экспозиционной дозы 15 мкР/ч. При включенной звуковой сигнализации (переключатель в крайнем правом положении) сигнал сопровождает превышение уровня МЭД, равного 0.6 мкЗв/ч (60 мкР/ч). Режим F однократный используется при осуществлении поисковых (оценочных) измерений с целью получения предварительной информации о наличии источника ионизирующего излучения, резком повышении уровня естественного фона излучения, направлении излучения и, при необходимости, выполнения измерений в местах, где непосредственное восприятие информации с цифрового табло прибора затруднено. При работе в однократном режиме F необходимо включить прибор (перевести переключатель « ВКЛ» в крайнее правое положение). На цифровом табло должна появиться индикация «F0.00». Произвести однократное нажатие кнопки «РЕЖИМ РАБОТЫ». Через 1 с должен наблюдаться процесс набора результата измерений, начиная с младшего разряда, который заканчивается через 20 с с одновременной подачей звукового сигнала (при условии ее включения до окончания набора информации). Результат измерения удерживается на цифровом табло прибора до следующего включения. Повторное включение прибора в режиме F (однократный) должно быть выполнено после выключения (перевода переключателя « ВКЛ» в крайнее левое положение). Процессы, лежащие в основе существования и формирования полей ионизирующих излучений, в т.ч. и от радионуклидных источников, носят случайный характер. Поэтому за результат измерений параметров поля ионизирующего излучения принимается величина, колеблющаяся относительно некоторого значения – среднего арифметического значения результатов многократных измерений (не менее 10). Результаты последовательных измерений отличаются друг от друга и могут при определенных условиях, например, при измерениях на уровне естественного радиационного фона, отличаться в 1.5-2 раза. При беглом контроле достаточно выполнить 3-5 последовательных измерений и определить среднее арифметическое значение. - 162 - 2.4. Методика измерения удельной активности радиоактивных источников в пробах Приготовление пробы продукта. Продукт залейте или засыпьте, предварительно измельчив ровным слоем в чистую стеклянную банку вместимостью 0.5 л и площадью горловины не менее 40 см таким образом, чтобы его поверхность не доходила до края банки 3-5 мм. Отнесите или передвиньте приготовленную пробу на 1-1.5 м от места расположения прибора. Не снимая экран с прибора, включите его (переключатель « ВКЛ» в крайнем правом положении) и звуковую сигнализацию (переключатель в крайнем правом положении). После появления индикации на цифровом табло прибора, выполните два последовательных нажатия кнопки «РЕЖИМ РАБОТЫ». На цифровом табло прибора должна появиться информация о режиме фоновых измерений – А.00.0 (индикация точки перед старшим разрядом), далее появляется последовательность чисел начиная с 99.9, уменьшающихся во времени. По истечении времени фонового измерения (не более 520 с) подается кратковременный (не более 20 с) звуковой сигнал. На цифровом табло фиксируется трехзначное число, находящееся в области значений от 60.0 до 99.9. Примечание. Для повышения точности измерений определение фона необходимо выполнять с использованием пробы, не содержащей радионуклида (чистой пробы) в типовой геометрии. Верните приготовленную пробу на местоположение прибора и установите его на горловину стеклянной банки. Дополнительно выполните одно нажатие кнопки «РЕЖИМ РАБОТЫ» и на цифровом табло должна появиться информация о режиме измерения удельной активности, (исчезает точка перед старшим разрядом). По истечении времени измерения (не более 520 с), подается кратковременный (не более 20с) звуковой сигнал. На цифровом табло прибора сохраняется до выполнения следующего измерения значение удельной активности радионуклидного источника в приготовленной пробе, выраженное в единицах – килобеккерелях на килограмм (кБк/кг). Например. Показания на цифровом табло прибора, установленного на горловину стеклянной 0.5л банки, заполненной крупой, - «А01.5» означает, что удельная активность в объемной мере, состоящей из крупы (плотностью 1г/см3), составляет 1.5 кБк/кг. Повторное включение прибора в режиме измерения удельной активности должно быть выполнено после его выключения. - 163 - 2.5. Методика измерения плотности потока бета -частиц от загрязненных поверхностей Условия выполнения измерений. Для выполнения измерений плотности потока бета-частиц прибором необходимо использовать строго выделенную из общего объема исследуемого продукта или грунта плоскую пробу с площадью излучающей поверхности 20-40 см2. Примером такой пробы может служить бытовая полиэтиленовая крышка диаметром 52-82 мм, залитая или засыпанная предварительно измельченным продуктом ровным слоем, отстоящим от края крышки на 2-3 мм. Отнесите или передвиньте приготовленную пробу на 0.3-0.5 м от места расположения прибора. Для определения плотности потока бета-частиц. Обязательно снимите экран с прибора, включите его звуковую сигнализацию. После появления индикации на цифровом табло, выполните шесть последовательных нажатий кнопки «РЕЖИМ РАБОТЫ». На цифровом табло прибора должна появиться информация о фоновых изменениях – «В.00.0» с временем измерения не более 80 с. По окончании фонового измерения (подается звуковой сигнал) поместите прибор на приготовленную пробу таким образом, чтобы его корпус не касался поверхности пробы, но и величина этого зазора не превышала 1 см. Дополнительно выполните одно нажатие кнопки «РЕЖИМ РАБОТЫ». На цифровом табло прибора исчезает точка перед старшим разрядом. По истечении времени измерения – не более 80 с подается кратковременный (не более 20 с) звуковой сигнал. До выполнения следующего измерения на цифровом табло сохраняется значение плотности потока бета-частиц, испускаемых с поверхности пробы, выраженное в единицах – бета-частицах в секунду с квадратного сантиметра поверхности – 1/ссм2. Повторное включение прибора в режиме измерения плотности потока бета-частиц должно быть выполнено после его выключения. 3. ВЫПОЛНЕНИЕ ИЗМЕРЕ НИЙ РАДИОКТИВНОГО ИЗ ЛУЧЕНИЯ 3.1. Контрольные вопросы 1. Охарактеризуйте принципы радиационной безопасности и основополагающие правовые и нормативные документы по ее обеспечению. 2. Определите понятие «ионизирующее излучение» и охарактеризуйте условия их возникновения. - 164 - 3. Назовите основные виды ионизирующих излучений и дайте им характеристики. 4. Приведите примеры природных и техногенных радиоактивных веществ. 5. Что такое активность ионизирующего излучения, и в каких единицах она измеряется? 6. Охарактеризуйте виды воздействия ионизирующего излучения на человека, вызываемые ими эффекты и группы критических органов по их радиочувствительности. 7. Какие категории и группы устанавливаются для облучаемых лиц, и для каких целей? 8. Какая разница между нормой и дозой облучения? 9. Назовите основные пределы доз облучения. 10. Для каких целей проводится радиационный контроль и назовите основные контролируемые параметры? 11. Для каких целей предназначен дозиметр-радиометр ДРГБ-«ЭКО-1» и охарактеризуйте его устройство и принцип работы прибора? 12. Определите значение мощности эквивалентной дозы фотонного излучения и варианты режимов их определения на дозиметре-радиометре. 13. В каких единицах измеряется удельная активность источников в пробах? 14. Объяснение понятия плотность потока бета-частиц? Как она измеряется с помощью дозиметра-радиометра, и в каких единицах? 15. В какой повторности производятся измерения полей ионизирующего излучения и почему? 3.2. Измерения эталонного источника радиоактивного излучения 1. Получите у преподавателя эталонный источник радиоактивного излучения. 2. Проведите измерение радиоактивного излучения эталонного источника, установив: - вид ионизирующего излучения (, ); - мощность экспозиционной дозы (мкР/ч); - активность бета излучения источника. 3. Оцените опасность радиоактивного излучения от эталонного источника. - 165 - 3.3. Измерение радиационного гамма фона в рабочем помещении и на местности Измерение радиационного гамма фона в рабочем помещении и на местности проводится по методике, изложенной в разделе 2.3 в следующей последовательности. 1. Проверте исправность работы прибора. 2. Определите место измерения (по согласованию с преподавателем). 3. Установите точки измерений и укажите их на схематическом плане. 4. Расположите прибор на расстоянии менее 1 м от поверхности пола (земли) и любых окружающих предметов. 5. Установите рабочий режим прибора. Через 40 с (и более) оцените значение мощности экспозиционной дозы, мкЗв/ч по показаниям дисплея прибора. 6. Получите результат измерений в единицах экспозиционной дозы мкР/ч. 7. Выполните 3-5 последовательных измерений экспозиционной дозы и определите среднее арифметическое значение. 8. Сравните полученное значение естественного гамма фона с мощностью экспозиционной дозы для Центральных районов России. 9. Результаты измерений зафиксируйте в журнале или на специальном бланке. Измерение удельной активности радионуклидного источника в продуктах и материалах Измерение удельной активности радиоактивных источников проводится по методике, изложенной в разделе 2.4. В качестве пробы могут быть выбраны различные продукты: крупы, сахар, мука, а также сыпучие материалы – песок, суглинок, цемент и другие, в определенной объемной мере. Удельная активность радионуклида в материале (пробе) определяется как отношение активности радионуклида в материале к массе материала. Порядок измерений удельной активности предусматривает: 1. Выбор вида материала для исследования. 2. Приготовление пробы типовой геометрии. 3. Измерение фоновых значений с использованием пробы не содержащей радионуклида, при расположении прибора на расстоянии 1-1,5 м от пробы. 4. Измерить удельную радиоактивность источника при непосредственной близости прибора от изучаемой пробы, содержащей радионуклиды. - 166 - В связи с тем, что МИИГАиК не имеет возможность работать с радиоактивными источниками данное задание ограничивается лишь фоновым измерение пробы. 3.5. Измерение плотности потока бета -частиц от загрязненных поверхностей Измерение плотности потока бета-частиц от загрязненных поверхностей выполняется по методике, изложенной в разделе 2.5 Порядок работы: 1. Выбрать на исследуемом объекте (продукт, грунт, изделие) плоскую поверхность (пробу) с площадью излучаемой поверхности 20-40 см2. 2. Установить прибор на расстоянии 0,3-0,5 м от выбранной поверхности (пробы), сняв экран с прибора. 3. Провести измерение фона. 4. Поместить прибор на излучаемую поверхность с величиной зазора между ними не более 1 см. 5. Провести измерение плотности потока бета-частиц, испускаемых с изучаемой поверхности (пробы), выраженное в единицах – бета частиц в секунду с квадратного сантиметра поверхности – 1/ссм2. 6. Результаты измерения зафиксируйте в журнал или специальном бланке. 3.6. Типовая форма отчета о выполненной практической работе Московский государственный университет геодезии и картографии Кафедра прикладной экологии Отчет о выполнении практической работы «Измерение радиационного излучения» по курсу «Безопасность жизнедеятельность» Исполнитель:________________________ (студент Фамилия Имя Отчество) Факультет, курс, группа:____________________ Дата выполнения лабораторной работы:____________________ - 167 - Задание 1 Измерение эталонного источника радиоактивных излучений Измерительный прибор Место измерения Эталонный источник радиоактивных излучений Результаты измерения Изучаемые параметры Вид ионизирующего излучения Единицы измерений , Измеренные величины мкР/ч Мощность экспозиционной дозы Бк Кu Активность бета-излучений Задание 2 Измерение мощности экспозиционной дозы фотонного излучения (радиационный гамма фон) Измерительный прибор – дозиметр-радиометр ДРГБ-«ЭКО-1» Место измерения Условия измерения Результаты измерения № контрольных точек* 1 2 3 4 5 Среднее арифметическое значение Мощность эффективной мкЗв / ч мкР / ч *Контрольные точки проведенных измерений указываются на схематическом плане Норма дозы гамма-излучения Соответствие измеренной дозы нормам. дозы, Задание 3 Измерение удельной активности радионуклидных источников в продуктах и материалах Измерительный прибор – дозиметр-радиометр ДРГБ-«ЭКО-1» Заводской номер Наименование пробы Условия измерения Результаты измерений - 168 - Контрольные измерения 1 2 3 Среднее арифметическое значение Мощность экспозиционной дозы, мкЗв/час, мкР/ч Норма дозы гамма-излучения Соответствие измеренной дозы нормам. Задание 4 Измерение плотности бета-частиц от загрязненных поверхностей Наименование пробы Условия измерения Результаты измерений Контрольные измерения 1 2 1. Радиационный фон излучения мкЗв/час, мкР/час 2. Плотность потока бета-частиц в сек см2 Норма дозы гамма-излучения Соответствие измеренной дозы нормам. Подпись исполнителя работы Практическую работу принял /Подпись преподавателя - 169 - 3 Среднее арифметическое значение профессор Буров В.Н. доцент Топалов Л.В. ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ ОЦЕНКА РАДИАЦИОННОЙ ОБСТАНОВКИ ПОСЛЕ АВАРИИ НА АЭС МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ Цель работы: 1. Получить знания по оценке параметров опасности пребывания людей в зонах радиоактивного загрязнения продуктами из разрушенного ядерного редактора. 2. Приобрести навыки в проведении расчетно-графических работ по оценке радиационной обстановки в районах местности, подвергшихся радиоактивному загрязнению после аварии на атомной электростанции (АЭС). Учебные вопросы: 1. Нанесение радиационной обстановки на карту. 2. Расчеты возможных доз облучения: а) в первые часы и сутки после аварии на АЭС б) при длительном пребывании (проживании) людей в зонах радиоактивного загрязнения. Порядок выполнения работы: 1. Ознакомиться с материалами методических указаний. 2. Нанести на карту зоны радиоактивного загрязнения местности (РАЗМ) после аварии на АЭС. 3. Произвести расчет возможных доз облучения людей в зонах РАЗМ в первые часы после аварии на ядерной энергетической установке (ЯЭУ). 4. Произвести расчет продолжительности допустимого пребывания людей в зоне РАЗМ в первые часы после аварии на ЯЭУ. 5. Произвести расчет возможных доз облучения людей при длительном пребывании их в зонах РАЗМ. - 170 - 1. НАНЕСЕНИЕ РАДИАЦИОННОЙ ОБСТАНОВКИ НА КАРТУ 1.1 Нанесение радиационной обстановки методом прогноза Прогнозирование масштабов радиоактивного загрязнения местности (РАЗМ) после аварии на АЭС зависит от типа реактора, характера его разрушения и условий формирования зоны загрязнений. В общем виде, для всех типов ядерных реакторов после их разрушения, РАЗМ может быть изображено зонами радиоактивного загрязнения, в пределах которых допускается определенный режим функционирования персонала объекта (предприятия, учреждения). Характеристика зон радиоактивного загрязнения местности после аварии ядерного реактора АЭС показана в таблице 1. Таблица 1 Характеристика зон радиоактивного загрязнения местности при аварии реактора АЭС Индекс зоны загрязнения Доза излучения за первый год после аварии на границах зон (рад) внешней внутренней в средней Режим действия аварийноспасательных команд и персонала Радиационный и дозиметрический контроль, защита органов дыхания, прием йодсодержащих препаратов, санитарная обработка людей и техники. Временное пребывание в зоне М 5 50 16 А 60 500 160 Б 500 1500 866 В 1500 5000 2740 Действия в защищенной (бронированной) технике. Ограниченное пребывание в зоне Действия в защищенной технике. Строго ограниченное пребывание в зоне. То же Г 5000 - 9000 Применение роботов Нанесение на карту РАЗМ производится по следующей методике: 1. Определяется на карте местности место источника радиоактивного загрязнения (аварийного ядерного реактора). 2. Наносится на карту направление среднего ветра от источника радиоактивного загрязнения. 3. Наносятся на карту зоны РАЗМ в виде эллипса (размеры зон, см., таблицу 2) с началом зон из места источника радиоактивного загрязнения и далее по оси эллипса по направлению среднего ветра. Границы зон на карте обозначаются цветами: зона «Г» – черным; зона «В» – коричневым; зона «Б» – зеленым; зона «А» – синим; зона «М» – синим пунктиром (см. приложение). - 171 - Таблица 2 Размеры зон РАЗМ при аварии на ядерном реакторе АЭС, км Мощность дозы излучения через 1 час после аварии, рад/час Тип ЯЭУ Зоны РАЗМ РБМК1000 ВВЭР1000 На внешней На внутренней М 270-18 155-8,8 0,014 (радиационной опасности) А 75-3,9 29,9-1,2 0,14 (умеренной радиации) Б 17,4-0,7 1,4 (сильного загрязнения) В 5,8-0,1 4,2 (опасного загрязнения) Г (чрезвычайно опасного 2,5-0,02 14 загрязнения) Примечание: Первая цифра в размере зон – глубина, вторая - ширина. 0,14 1,4 4,2 14 1.2 Нанесение радиационной обстановки по данным разведки Данные разведки о радиационной обстановке могут поступать от наземных средств контроля в виде кальки или перечня уровня радиации с координатами мест замера. С кальки зоны радиоактивного загрязнения переносятся на равную по масштабу карту. В другом варианте точки замера радиоактивного загрязнения по координатам наносятся на карту, а затем одинаковые уровни радиации соединяются линиями. От воздушных средств контроля радиационная обстановка чаще будет представляться в виде схем с изолиниями уровней радиации. Эти изолинии переносятся с учетом масштаба схемы на карту. 2. ЗОНЫ ВОЗМОЖНЫХ ДОЗ ОБЛУЧЕНИЯ Основным параметром опасности пребывания людей в РАЗМ является доза облучения. По дозе облучения определяется режим защиты персонала любого промышленного предприятия (учреждения), оказавшегося в зоне РАЗМ в результате выброса радионуклиидов из разрушенной ядерной энергетической установки (ЯЭУ). Нормы радиационной опасности для всех категорий населения и персонала предприятия (учреждения) определяются НРБ-96. 2.1 Определение возможных доз облучения в первые часы и сутки после аварии на ЯЭУ Возможная доза облучения персонала в зоне РАЗМ после аварии на ЯЭУ может быть определена аналитически по формуле: D 1. 7 ( Pk t k PH t H ) K ОСЛ - 172 - где: D – доза облучения от продуктов деления, рад; Pt – мощность ионизирующего излучения в начале и конце пребывания в зоне загрязнения, рад/час; t k и t H – время начала и конца облучения после аварии, час; K ОСЛ – коэффициент ослабления ионизирующего излучения; PH – определяется измерительным прибором; PK – расчетным методом. KK KH где: K K и K H – коэффициенты пересчета, см. таблицу 3. PK PH Таблица 3 Коэффициенты Kt t 0.4 для пересчета мощности дозы ионизирующего излучения на различное время после аварии на ЯЭУ t t t t Kt Kt Kt Kt 0.5 1.0 1.6 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 1.32 1.0 0.85 0.76 0.7 0.645 0.61 0.575 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 0.545 0.525 0.508 0.49 0.474 0.465 0.447 0.434 8.5 9.0 9.5 10 10.5 11 11.5 12 0.427 0.417 0.408 0.4 0.39 0.385 0.377 0.37 16 20 1 сут 2 сут 3 сут 4 сут 5 сут 6 сут 0,33 0,303 0,282 0,213 0,182 0,162 0,146 0,137 Допустимую продолжительность работы в зоне загрязнения при высоких уровнях радиации непосредственно в период формирования РАЗМ можно определить по таблице 4. Таблица 4 a Допустимая продолжительность пребывания людей на РАЗМ при аварии на ЯЭУ, Т (ч, мин) Время, прошедшее с момента аварии, t n ч P DЗАД K t K OCЛ 0.2 0.3 0,4 0,5 0.6 0,7 0.8 0,9 1,0 Примечание: a 1 7,30 4,50 3,30 2,45 2,15 1,50 1,35 1,25 2 8,35 5,35 4,00 3,05 2,35 2,10 1,50 1,35 3 10,00 6,30 4.35 3,35 3,00 2,30 2,10 1,55 4 11,30 7,10 5,10 4,05 3,20 2,40 2,25 2,05 6 12,30 8,00 5,50 4 30 3.45 3,10 2,45 2,25 8 14,00 9,00 6,30 5 00 4,10 3,30 3,00 2,40 12 16.00 10,30 7,30 6 00 4,50 4,00 3,30 3.05 24 21,00 13.30 10.00 7,50 6,25 5,25 4,50 4,00 1,15 1,30 1,40 1.55 2,10 2,20 2,45 3,40 P DЗАД Kt KOCЛ где: P - мощность дозы ионизирующего излучения в момент входа в зону загрязнения, рад/час; DЗАД - заданная доза излучения, рад; K t - коэффициент пересчета, см. таблицу 3; KOCЛ коэффициент ослабления ионизирующего излучения. - 173 - 2.2 Определение возможных доз облучения при длительном пребывании людей в зонах РАЗМ Дозу облучения людей, проживающих и работающих в зоне РАЗМ продуктами деления, в которых основным излучателем гамма квантов является цезий –137, можно определить по формуле: 1,44 T P0 t1 / T (2 2 t 2 / T ) K OCЛ где: T - период полураспада изотопа, для цезия-137 = 30 лет; D0 P0 - первоначальный уровень радиации изотопа, рад/год; KOCЛ - коэффициент ослабления сооружения (здания); t1 и t 2 - период облучения, лет. Для цезия-137 P0 0.2 E N 0 n где - линейный коэффициент ослабления гамма-излучения воздухом. Для цезия-137 0,95 10 4 1/см; E - энергия гамма квантов, для цезия-137 Е =0,7 МэВ; N 0 - первоначальная активность изотопа на t1 , Кu/км 2 ; n - число гамма квантов, приходящееся на один распад, для цезия-137 n =1. ПРИМЕРЫ Задача 1. Ремонтной группе предстоит произвести работы в цехе в течение 4 часов, который оказался в зоне радиоактивного загрязнения после аварии ЯЭУ на АЭС. Начало работ через 12 часов после аварии. Уровень радиации на это время 50 рад/ч. Определить дозу облучения рабочих ремонтной группы за время работы в зоне радиоактивного загрязнения Решение: Расчеты производятся по формуле: D 1,7 ( PK t K PH t H ) , K OCЛ Согласно условиям задачи: Pn 50 рад/ч t n =12ч t k =16ч KOCЛ =7 - 174 - Рассчитываем PK PH KK , KH По таблице 3 КН=0,37 K K =0,33 тогда 0,33 44,59 рад/ч. 0,37 Подставляем значения исходных данных в формулу, получаем PK 50 1,77 (44,59 16 50 12) 27,5 рад 7 Ответ: Ремонтная группа за 4 часа работы в цехе, расположенного в зоне D радиоактивного загрязнения с уровнем радиации 50 рад/час, получит дозу облучения в 27,5 рад. Задача 2. Ремонтной группе предстоит произвести ремонтные работы в цехе, который оказался в зоне радиоактивного загрязнения после аварии ЯЭУ на АЭС. Работы должны начаться через 12 часов после аварии. Уровень радиации на это время в зоне загрязнения 50 рад/ч. Определить допустимую продолжительность пребывания рабочих в цехе, если их облучение не должно превышать дозу в 20 рад. Решение. Определяем значение табличного параметра "а" для входа в табл. 4 a DЗАД P Kt KOCЛ Согласно условиям задачи: P =50 рад/ч.; DЗАД =20 рад. KОСЛ =7 по таблице 3 K t =0,37. Тогда 50 0,96 20 0,37 7 По таблице 4 с учетом интерполяции Т=2,57 ч. а Ответ: Ремонтная группа может работать в цехе не более 2 часов 57 минут и при этом получит дозу облучения до 20 рад. Задача 3. Группа специалистов прибыла на временную работу в течение двух лет в район, где места трудовой деятельности и проживания расположены в зоне повышенной - 175 - радиации со средней мощностью ионизирующего излучения 20 Ku/км 2 . Радиоактивное загрязнение местности произошло продуктами выброса ядерного реактора после его аварии за 4 года до приезда специалистов. К тому времени основным источником ионизирующего излучения из состава всех радионуклидов является цезий-137. Определить возможную дозу облучения специалистов за 2 года предстоящей работы в районе повышенной радиации со средним коэффициентом ослабления ионизирующего излучения 4. Решение: Определяем дозу облучения по формуле: D0 1,44 T P0 t1 / T (2 2 t 2 / T ) K OCЛ Согласно условия задачи:: T =30 лет t1 =4 года t 2 =6 лет KОСЛ =4 P0 0,2 E N 0 n где: =0,95-10 4 1/см E =0.7 МэВ N 0 =20 Кu/км 2 n =1 Тогда P0 2.66 10 4 рад / ч. или с учетом часов в году P0 2,66 104 360 24 2,29 3,0 рад/г Подставляем значения исходных величин в формулу D 1,44 30 3,0 4 / 30 (2 2 6 / 30 ) 32,4(0,91 0,87) 1,3 рад 4 Ответ: За два года работы специалистов в зоне повышенной радиации с начальной мощностью ионизирующего излучения 20 Кu/км 2 их доза облучения составит 1,3 рад. - 176 - - 177 - профессор Буров В.Н. ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ КОЛИЧЕСТВЕННАЯ ОЦЕНКА ЗАТЕКАНИЯ АЭРОЗОЛЕЙ В ПОМЕЩЕНИЯ ЧЕРЕЗ НЕПЛОТНОСТИ ИЗВНЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ Цель работы: 1. Изучить теоретические основы затекания аэрозолей вредных примесей в помещения через неплотности извне. 2. Ознакомится с методикой оценки затекания аэрозолей в помещения через неплотности извне. 3. Получить навыки по измерению и расчету показателей оценки затекания аэрозолей в помещения. Учебные вопросы: 1. Проникание аэрозоля внутрь помещения. 2. Расчет величины потока воздуха, проникающего в объект. 3. Расчет доли частиц (аэрозоля) оставшихся в помещении. Порядок выполнения работы: 1. Законспектировать теоретические основы проникания аэрозолей внутрь помещения. 2. Получить у преподавателя исходные данные и прибор (анемометр). 3. Провести измерительные работы по определению параметров помещения, указанного преподавателем. 4. Провести расчеты по оценке проникания аэрозолей внутрь помещения. 5. Сделать выводы и дать предложения по защите людей в этом помещении. - 178 - I. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ 1. Проникание аэрозоля внутрь помещений Мельчайшие частицы АХОВ, радионуклидов и других вредных для человека веществ, находящихся в воздухе в виде аэрозоля (диаметр частиц менее 50 мкм), способны перемещаться с потоком воздуха на большие расстояния, проникать в различные сооружения, помещения, объемы и пр., оседать на поверхности земли и различных предметах, снова переходить во взвешенное состояние в воздухе, перемещаться, проникать и т.д. Аэрозоль, находясь во взвешенном состоянии, может проникать внутрь помещения, если имеет место движение потока воздуха и наличие в помещении отверстий, через которые возможно это проникание. Представим себе, что стоит задача определить проникание аэрозолей внутрь помещения цеха, который расположен на втором этаже четырехэтажного здания завода (предприятия). В потоке воздуха, движущегося со скоростью U (м/с) имеется заданная концентрация С вещества в аэрозольном состоянии. Для АХОВ С (мг/м3), а для радионуклидов - С (Ки/м3). Для условий, когда концентрация вещества C определяется по показателю плотности загрязнения поверхности, т.е. мг/м2 или Ки/м2, учитываем перенос вещества с поверхности земли в аэрозольное состояние согласно закону Фика (турбулентный перенос) коэффициентом турбулентной диффузии Еm , который для средних метеоусловий и газового состава воздуха составляет E m 10 4 10 2 . Следуя выводам закона Фика, с учетом определенных упрощений можно определить концентрацию вещества в воздухе по плотности загрязнения по формуле: C0 Em Ca / V , где: Ca - плотность загрязнения, (Ки/м2), (мг/м2); Em - коэффициент турбулентной диффузии, (м2/с); (с), - время диффузии, для условий открытой местности ( = 1) (с); V - объем переноса вещества с диффундированной поверхности (м3); C0 - концентрация вещества над поверхностью. (Ки/м3), (мг/м3). Помещение цеха имеет известное число отверстий, щелей, неплотностей и пр. с суммарным сечением S (м2), причем с наветренной и подветренной сторон существует своя величина Si. - 179 - Так как в течение года направление ветра меняется, то и значение Si тоже изменяется. Для каждого объекта эти изменения учитываются розой ветров. Движение воздушного потока в сторону здания создает разность давлений между наветренной и подветренной сторонами Pu . Разность давлений Pu является причиной проникания потока воздуха внутрь через неплотности суммарного сечения. Поток воздуха Q (м3/c) с концентрацией вещества CB проникающего в помещение, будет заносить это вещество в количестве Q CB . Часть этого количества остается в помещении за счет падения скорости воздуха и гравитационных сил. Тогда количество оседающего аэрозоля будет Q CB , а с учетом времени Q CB T , где T - время процесса оседания аэрозоля. Таким образом, количество оседающего аэрозоля А, отнесенное к площади помещения, будет определяться: AS Q CB T / Sn ,(мг/м2); (Ки/м2), где: Sn (м2) - общая площадь помещения. То же количество аэрозоля, отнесенное к объему помещения, будет определяться AS Q CB T / Vn (мг/м3); (Ки/м3), где: Vn (м3) - общий объем помещения. 2. Расчет величины потока воздуха, проникающего в объект Разность давления Pu в результате воздействия ветра с наветренной и подветренной сторон определяется по формуле: Pu Pu1 Pu 2 ,(кг/м2), где: Pu1 - избыточное давление на наветренной стороне здания; Pu 2 разрежение на подветренной и боковых сторонах здания. В свою очередь: Pu1 ai p u 2 / (2 g ), где: p=1,39 - плотность воздуха, (кг/м3); u - скорость ветра, (м/с); g=9,81 - ускорение свободного падения, (м/с2); ai - аэродинамический коэффициент, зависящий от формы и конструкционных особенностей объекта. Для средних погодных условий и для объектов параллелепипедной формы с наветренной стороны a1 0,7 0,8 , а с подветренной и боковых сторон a2 0,2 0,3 . - 180 - Величина потока воздуха, проникающего внутрь с учетом разностей давлений, определяется: а) для ламинарного течения, когда отверстия достаточно большого размера (открытая дверь, окно и т.д.) 2g P , P где: a 0,6 0,7 - коэффициент, учитывающий расход воздуха через сечения отверстий Q a SC применительно к зданиям промышленного и городского типа; Sc - суммарное сечение отверстий, через который проникает аэрозоль, (м2) б) для турбулентного течения, когда отверстия малого размера (трещины в стенах, щели в дверях, окнах и т.д.) Q a P P , где: - эмпирический коэффициент, зависящий от формы отверстий, вязкости и температуры воздуха. Для средних показателей 0,1 . 3. Расчет доли частиц (аэрозоля), остающихся внутри помещения Долю частиц , которая может остаться внутри помещения после продувания его потоком воздуха, можно оценить как отношение концентраций: (CH CB ) / CH 1 CB / CH , где: СH – концентрация вещества в воздухе снаружи помещения; CB – концентрация того же самого вещества внутри помещения. При этом, как правило, концентрация вредных примесей определяется средствами контроля (рассчитываются эмпирически) в приземном слое воздуха, что существенно отличает их от тех концентраций, которые создаются на высотах h над данной поверхностью земли. Очевидно, на высоте hi поведение частиц вещества в потоке воздуха будет определяться кинетической энергией движения m U 2 / 2 и потенциальной энергией той же частицы в гравитационном поле mgh. где: m - масса частицы; U - скорость потока; g - ускорение свободного падения; h - высота над подстилающей поверхностью. Таким образом, следуя выводам барометрического закона Больцмана, описывающего распределение частиц по высоте в поле тяготения над земной поверхностью, можем получить зависимость концентрации частиц от высоты h и скорости ветра U, т.е. - 181 - Ch C0 exp( 2 gh / U 2 ) , где: Ch – концентрация частиц на высоте; Co – концентрация частиц на нулевой высоте. Для фиксированной высоты hi, с учетом равномерного изменения концентрации частиц в воздухе можем записать: CH ( Ch dh) / hi , CH C0[U H / (2 gh)] {1 exp[ (2gh / U H )]} . 2 тогда 2 Подставляя значения CH и CB, отличающиеся скоростью потока снаружи UH и внутри UB, в формулу 1 CB , CH U [1 exp( 2 gh / U Bi )] 1 Bi2 2 U Hi [1 exp( 2 gh / U Hi )] где: UB - скорость ветра внутри помещения, определяемая по формуле: U B Q / SB ; SB - площадь поперечного сечения помещения со стороны потока воздуха, (м2); 2 2 h - высота отверстий над поверхностью земли, (м); UH - скорость ветра снаружи, определяемая прибором (анемометром) или по розе ветров, (м/с). Так как U H U B то величина близка к единице, т.е. практически все аэрозольные частицы, попавшие внутрь помещения с потоком воздуха, в нем и остаются. Таким образом, за время T, когда T , в помещении должны накапливаться частицы аэрозоля, концентрация которых CB сможет превысить их начальную CH. Это обстоятельство может иметь место, когда снаружи концентрация частиц аэрозоля поддерживается длительное время. Такие условия характерны при авариях на АЭС, химически опасных производствах и др., когда источник аэрозоля насыщает воздушные массы длительное время. Однако даже в этих условиях при уменьшении суммарного сечения отверстий S помещения, через которые проникает аэрозоль, снижается поток воздуха Q, а значит, и скорость ветра внутри помещения UB, т.е. концентрация аэрозоля CB. Кроме того, на практике возникает необходимость определять (оценивать) защитные возможности производственных и жилых помещений, ослаблять проникание аэрозолей вредных веществ в чрезвычайных ситуациях, в момент аварий и катастроф. - 182 - II. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ 1. Получение и обработка исходных данных 1.1. Определение параметров помещения: - объем помещения Vn (м3); - площадь помещения Sn (м2); - суммарное сечение отверстий, через которые проникает аэрозоль Sc(м2); - площадь поперечного сечения помещения со стороны потока воздуха SB (м2); - высота отверстий над поверхностью земли h (м). 1.2. Определение вектора (доли) по розе ветров, характеризующего показатель продувания стенки в течение года . 1.3. Определение скорости ветра с помощью прибора U (м/с). 1.4. Определение (получение у преподавателя) концентрации частиц вещества аэрозоля: - для АХОВ CH (мг/м3); - для радионуклидов CH (Ки/м3). 1.5. Определение интервала времени, в течение которого оценивается проникание аэрозоля вредных веществ внутрь помещения T(с). 1 сутки=24*3600=86400с. 1.6. Заполнение таблицы исходных данных: Направление розы ветров C CB B ЮВ Ю ЮЗ 3 i SC SB U 2. Расчет параметров проникания аэрозоля 2.1. Расчет величины потока воздуха: Q a SC 2q P (м3/с). 2.2. Расчет доли частиц, остающейся в помещении: 1 CB CH . 2.3. Расчет плотности заражения помещения: а) на короткое время (часы) AS Q CB T / Sn или AV Q CB T / Vn A=…(мг/м2), (мг/м3), (Ки/м2), (Ки/м3); б) на длительное время (сутки, месяцы и более) - 183 - A Ai i . i 1 СЗ III. ОТЧЕТ О ВЫПОЛНЕНИИ РАБОТЫ Итогом выполнения работы является представление исходных данных и расчетных параметров. 1. Исходные данные: а) объем помещения Vnб) площадь помещения Snв) суммарная площадь сечений неплотностей стенки помещения со стороны потока воздуха Scг) площадь стенки помещения со стороны потока воздуха SBд) высота помещения над уровнем земли h е) скорость ветра снаружи UHж) концентрация частиц аэрозоля CH з) время контроля Т. 2. Расчетные параметры: а) величина потока воздуха Q б) скорость ветра внутри UB в) доля частиц оседающего аэрозоля г) плотность заражения: - по площади AS - по объему AV - с учетом розы ветров A Пример: Требуется определить возможность проникания радиоактивной пыли внутрь аудиторного помещения института и накопление в нем мощности дозы ионизирующего излучения за месячный период (30 дней). Территория института загрязнена радиоактивными продуктами выброса из разрушенного ядерного реактора одного из НИИ г. Москвы. Характер ионизирующего излучения - стабильный с преобладанием гамма-потока. Мощность дозы ионизирующего излучения 15 Ки/км2. 1. Получение и обработка исходных данных 1.1 Определяем параметры помещения, указанного преподавателем Размеры помещения определяются измерением его длины а, ширины б и высоты в, (рис. 1). - 184 - Площади отверстий, через которые проникает воздух извне внутрь и из помещения наружу, определяются как сумма отверстий (щелей, открытых окон, дверей и т.д.) с наветренной стороны и с подветренной стороны. Результаты измерений: - длина помещения а=10 м; - ширина помещения δ=8 м; - высота помещения в=2,5 м; - объем помещения Vn =200 м8; - площадь помещения S n =8O м2; - площадь сечения помещения S B =25 м2; - площадь сечения отверстий с наветренной стороны SC =0,1 м2; - площадь сечения отверстий с подветренной стороны SC =2,0 м2; - высота отверстий над поверхностью земли h=7,5 м. Рис. 1 Схема исследуемого помещения. 1.2 Определяем вероятность “продувания” стенки помещения со стороны отверстий в течение месяца По розе ветров (выдает преподаватель) “продувание” стенки в течение месяца будет не более чем в 50 случаях из 100, т.е. =0,5. 1.3 Определяем скорость ветра с наветренной и подветренной сторон С помощью анемометра определяем снаружи скорость ветра: U H =5 м/с. Определяем расчетным методом скорость ветра с подветренной стороны по формуле: U n U H / 2 5 / 2 2,5 м/с. - 185 - 1.4 Определяем концентрацию радионуклидов в объеме 1 м3 воздуха на высоте h=0 по формуле C0 Em C / V , Em 10 где 4 м2/с, C 15 Ки/км2.= 1,5 105 Ки/м2. Так как =1 с, то 104 м 2 1,5 105 Ки с C0 1,5 10 9 Ки / м3 . 2 3 см м 1.5 Определяем интервал времени, в течение которого обеспечивается проникание радионуклидов Т=30 cymoк= 259,2 104 с. 2. Расчет параметров проникания радионуклидов 2.1. Рассчитываем величину потока воздуха для ламинарного течения по формуле: Q a Sc 2q P, где a =0,6; SC SC 0,1 м2; q =9.81 м/с2; = 1.39 кг/м3; а U H2 a 2 U n2 0,7 1,39кг 25 м 2 с 2 P Pин Pип 1 2q 2q м 3 2 9,81м с 2 0,2 1,39кг 6,25 м 2 с 2 1.24кг 8,85 102 1,15кг / м 2 . 3 2 2 2 м 2 9,81м с м м Тогда Q 0,6 0,1м 2 2 2 9,81м м3 1,15кг 2 22,56 м 0 , 06 м 1,39кг c 2 м 2 1,39c 2 0,06 м2 16,2 м / с 0,24 м3 / с . 2.2. Рассчитываем долю радионуклидов, оставшихся в помещении, по формуле: 1 CB CH 1 2 gh 2 U B [1 exp( )] 2 UB 2 gh 2 U H [1 exp( )] 2 UH где скорость ветра внутри помещения - 186 - , U B Q / S B 0,24 м3 / 25 м2с 9,6 103 м / с . тогда 2 2 9,81 м 7,5 м с 5 2 2 м с [1 exp( )] 5 2 2 5 9,2 10 с м 6 [1 exp( 15 ,9 10 )] 1 3,68 10 2 [1 exp( 5,8)] 2 9,81 м 7,5 м c 2 2 25 м с [1 exp( )] 2 2 25 м с 9, 2 10 1 1 3,68 10 6 (1 0,0 1) 6 0,99 1 3,68 10 0,99 . 3 0,97 (1 3,0 10 ) 2.3. Расчет плотности загрязнения помещения Рассчитываем плотность загрязнения помещения за длительный период (30 суток) по формуле: AS AS CB C0 Q CB T Sn U2 2 gh 1,5 109 Кu 9,2 105 м 2 с 2 2 9,8 м 7,5 м с 2 [1 exp( 2 )] [ 1 exp( )] 2 gh U м3 с 2 2 9,81м 7,5 м с 2 9,2 105 м 2 9,38 1016 Ku (1 0,1) 9,38 1016 Ku / м3 3 м 3 0,24 м 9,38 10 16 Ku 0,99 259,2 10 4 c 0,5 As 3,6 10 12 Ku / м 2 3 2 c м 80 м Q CB T AV AV Vn 0,24 м3 9,38 1016 Ku 0,99 259,2 104 c 0,5 1,44 1012 Ku / м3 . c м3 200 м3 Итоги выполнения лабораторной работы “Количественная оценка затекания AV аэрозолей в помещения через неплотности извне”, представляемые студентом: Форма отчета (пример) 1. Исходные данные: а) объем помещения - Vn =200 м3; б) площадь помещения - S n =80 м2; в) суммарная площадь сечений неплотностей стенки помещения со стороны потока воздуха - SC SC =0,1 м2; г) площадь сечения помещения со стороны потока воздуха - S B =25 м2; д) высота помещения над поверхностью земли - h=7,5 м; е) скорость ветра снаружи - U H 5 м / с ; ж) концентрация частиц аэрозоля (радионуклидов) на поверхности земли СO 15 Ku / км 2 ; - 187 - з) время контроля - T =30 суток; и) вероятность “продувания” стенки помещения со стороны отверстий (щелей) - =0,5. 2. Полученные результаты: а) величина потока воздуха, проникающего внутрь помещения через неплотности (щели) со стороны продуваемой стенки с учетом разности давления с наветренной и подветренной сторон Q 0,24 м3 / с ; б) скорость ветра внутри помещения после преодоления отверстий (щелей) “продуваемой” стенки U B 9,6 103 м / с ; в) доля частиц аэрозоля, оставшаяся в помещении после ее проникания через отверстия (щели) с учетом высоты этого помещения над поверхностью земли 0,99 ; г) плотность загрязнения помещения радионуклидами по истечении 30 суток - по площади помещения AS 3,6 1012 Ки/м2; - по объему помещения AV 1,4 10 12 Ки/м3. Допустимый уровень зараженности служебных (производственных) помещений для чрезвычайных ситуаций составляет 2000 бета-частиц см2 мин, что соответствует 9 106 Ки/м2. В этих же условиях предельно допустимая концентрация радиоактивности в воздухе 1011 Ки/м3. Сравнивая эти данные с расчетными, можно сделать вывод, что по истечении 30 суток проникания радионуклидов в помещение загрязненность ее поверхности и объема не превысит предельно допустимый уровень. - 188 - профессор Буров В.Н. аспирант Кроличенко В.В. ПРАКТИЧЕСКОЕЗАНЯТИЕ ОЦЕНКА ПОСЛЕДСТВИЙ АВАРИИ НА ГИДРОТЕХНИЧЕСКОМ ОБЪЕКТЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ Цель работы: 1. Изучить теоретические показателю их основы оценки гидротехнических объектов по устойчивости, возможному характеру их разрушения и последствиям воздействия волны прорыва. 2. Ознакомиться с методикой расчета поражающего действия волны прорыва. 3. Приобрести навыки в оценке поражающего действия волны прорыва. Учебные вопросы: 1. Определить возможный характер и масштаб последствий аварии на гидротехническом объекте. 2. Определить содержание мероприятий по защите населения от поражающего действия волны прорыва и наводнения. Порядок выполнения работы: 1. Законспектировать теоретические основы аварий оценки причин на гидротехнических объектах. 2. Получить у преподавателя исходные данные на проведение расчетов или учебный вариант (прил. 2). 3. Провести расчеты параметров волны прорыва по форме бланка (прил. 3). 4. Нанести на карту рассчитанную зону затопления. 5. Сделать выводы из оценки поражающего действия волны прорыва и зоны затопления по результатам проведенных расчетов и дать предложения по защите людей в этих зонах. - 189 - 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ 1.1 Аварии на гидротехнических объектах Гидротехнический объект – искусственное гидротехническое сооружение или естественное природное гидродинамическое образование, способное при разрушении напорных преград создавать волну прорыва в направлении нижнего бьефа. Бьеф – часть реки, канала, водохранилища и др., участков водной поверхности, примыкающих к плотине, шлюзу и т.п., выше (верхний бьеф) или ниже (нижний бьеф) по течению. Волна прорыва и разливающиеся массы воды способны на своем пути вызывать человеческие жертвы, разрушать строения и объекты народного хозяйства, наносить материальный ущерб населению и государству. 1.1.1 Гидротехнические сооружения Гидротехнические сооружения – инженерные сооружения, предназначенные для использования водных ресурсов или для борьбы с разрушительным действием воды. Гидротехнические сооружения подразделяются на общие, применяемые при всех видах использования вод: водонапорные (плотины, дамбы и др.), водопроводящие (каналы, трубопроводы и др.), регуляционные (запруды, ограждающие валы, траверсы и др.), и специальные, возводимые для нужд одной отрасли народного хозяйства: гидроэнергетики (водонапорные плотины, дамбы, и др., сооружения водохранилища), атомной и электроэнергетической промышленности (плотины, дамбы охладителей), рыбохозяйства (плотины и дамбы рыбоводных прудов, рыбоподъемники), водного транспорта (шлюзы, судоподъемники и др.), гидромелиоративные (оросительные и осушительные каналы, шлюзы-регуляторы, коллекторы), водоснабжения и канализации (водонапорные башни, резервуары-накопители и др.). Наибольшую опасность представляют гидротехнические сооружения напорного типа ("реданец"), при разрушении (прорыве) которых создается волна прорыва. К таким сооружениям относятся плотины, дамбы и др., предназначенные для удержания в верхнем бьефе больших объемов воды, измеряемых тысячами куб./метров и даже куб./километрами. Наиболее крупные из гидротехнических сооружений это: Братское водохранилище на реке Ангара – 169,3 куб. км., Красноярское водохранилище на реке Енисей – 73,3 куб/км. Плотина – основной тип гидротехнического сооружения, перегораживающего реку или иной водоток для подъема уровня воды перед ним с целью создания напора воды на площадь плотины и (или) образования водохранилища (рис. 1). - 190 - Разрез (а), план (б) НПУ – нормальный подпорный уровень; hвб – глубина водоема перед плотиной в верхнем бьефе; hпл – высота плотины; hнб – глубина водоема (реки) за плотиной в нижнем бьефе; H – напор гидроузла H hвб hнб ; I – ширина водохранилища в створе гидроузла; А – водохранилище; В – река; ОНХ – объект народного хозяйства; ЗТ – возможная зона затопления; L – расстояние от плотины до створа ВП – волна прорыва. Рис.1 Схема гидроузла В зависимости от гидротехнического назначения плотины могут быть глухими, предназначенные лишь для преграждения течения воды, и водосборными – для пропуска из водохранилищ избытка стока. В зависимости от использования строительных материалов плотины бывают: грунтовые, каменные, деревянные, бетонные, железобетонные и др., а в зависимости от характера сопротивления сдвигающим усилиям воды: гравитационные, арочные, конрфорсные. В зависимости от высоты плотины их делят на: низконапорные (до 10 м), средненапорные (от 10 до 50 м) и высоконапорные (свыше 50 м) (рис. 2). 1. - гребень; 2 – напорная грань; 3 – понур; 4 – зуб (выступ); 5 – низовая грань; 6 – подошва; H – напор плотины Рис.2. Схема плотины в поперечном разрезе - 191 - 1.1.2 Естественные гидродинамические объекты Естественные гидродинамические объекты – природные образования в виде плотинзавалов и запруд, перекрывающих русла рек. Естественные преграды (плотины) образуются в результате обвалов больших масс грунта и (или) скальных пород. Причиной обвалов могут быть землетрясения, оползни, сели и т.п. Естественные (ледовые) плотины на реках могут возникать как вследствие зажоров и заторов в период весеннего паводка. Внезапное перекрытие русла реки естественной плотиной вызывает подъем уровня воды выше этой преграды и снижение – ниже. Нарастание воды в верхнем бьефе приводит к образованию водоема, создающего напорный фронт естественной плотины (рис. 3). Если плотина образовалась из твердых пород неподверженных размыву, то верхний бьеф может достичь предельного уровня плотины, через который установится переток воды в естественных объемах стока реки. Такие естественные плотины называются долговременными. Так, например, в 1911 г., в результате перекрытия русла реки Мургаб гигантским оползнем образовалось Сарезское озеро. Теоретически возможен прорыв этой естественной преграды, за которой образовался водоем объемом 18 км3, угрожающий жизни и благополучному существованию сотен тысяч людей, проживающих в долинах Мургаба, Пянжа и Амударьи. 1– гребень плотины; 2– напорный склон; 3 – переток; H – напор плотины Рис.3. Схема естественной плотины в поперечном разрезе Если плотина образовалась из непрочных материалов (грунты, лед и т.п.), то она может быть прорвана, и массы воды из водоема устремятся вниз по руслу реки. Такие естественные плотины называются кратковременными. Время их существования может быть ограничено несколькими сутками или даже часами. Кроме того, разрушения гидродинамических сооружений возможно в результате естественных процессов движения грунтов, залегающих под телом плотины или вблизи её. Такие процессы, называемые оползнями, они характерны для горных пород, слагающих склон. Оползневое явление вызывается постепенными или быстрыми изменениями гидрологического состояния грунтов в результате их перенасыщения влагой. - 192 - Инициирующим началом оползня может быть землетрясение, взрыв, вибрации и другие процессы техногенного происхождения. Чаще оползни образуются на склонах природного генезиса, а также на откосах различных техногенных выемок (котлованов, водохранилищ), грунтовых плотин, насыпей. Оползни характерны для сыпучих и подвижных грунтов в горных и предгорных регионах, а также на равнинной местности вдоль берегов морей, рек, водохранилищ. Оползневые процессы характеризуются изменением формы поверхности (трещины в грунтах, бугры, валы), разжижение грунтовых масс, движение грунтов. Скорость движения грунтов может варьироваться в широком диапазоне, от нескольких сантиметров в год, до десятков метров в секунду. Скорость движения грунтов во многом определяется величиной уклона ската поверхности и составом грунтов. Объем грунта, вовлекаемого в процесс смещения, может быть от нескольких метров кубических до нескольких кубических километров и глубиной до 10-20м., а иногда и более на горных склонах. Оползни подразделяются: на оползни бокового сдвига (скольжения) и выдавливания, вязкопластические, гидродинамического разрушения и внезапного разжижения. В районах возможного развития оползней при разработке проектов строительства гидротехнических сооружений предусматривается изыскательская работа по оценке грунтов и возможного появления оползней. В ходе эксплуатации гидротехнического объекта предусматриваются технические мероприятия слежения за факторами оползнеобразования: Определение прочности грунтов и их увлажненность, контроль устойчивости натурных склонов непосредственно на площадке расположения объекта. Большой объем работ при проведении инженерных изысканий района строительства сооружения и за тем после его возведения при контроле оползневой обстановки выполняется методами геодезического измерения и анализа. Надёжным и перспективным методом обнаружения подвижек является наклономерный метод. Суть метода заключается в закладывании сети наклономерных станций и реперов, с помощью которых определяются вектора смещений и их количественные характеристики. Наклономерная станция представляет собой бетонную плиту со сторонами 400х400 мм, на которой в специальной камере установлен наклономер, постоянно находящийся в режиме измерений. - 193 - 1.1.3 Классификация гидротехнических сооружений Гидротехнические сооружения в зависимости от характера и масштабов последствий их разрушения подразделяются на 4 класса. К первому классу относятся сооружения, авария на которых может вызвать последствия катастрофического характера с гибелью людей и разрушением городских и промышленных зон. Ко второму и третьему классам – сооружения, последствия аварий на которых характеризуются меньшими масштабами разрушений, но значительным материальным ущербом. К четвертому классу относятся сооружения, аварии на которых может вызвать незначительные разрушения и изменения в окружающей среде. Класс гидротехнических сооружений может определяться несколькими показателями: типом и техническими характеристиками сооружения (табл. 1), его значением (табл. 2) и масштабами народнохозяйственного применения (табл. 3). Таблица 1 Класс основных гидротехнических сооружений напорного типа в зависимости от технических показателей сооружения Сооружения Плотины из грунтовых материалов Плотины бетонные и железобетонные подводные конструкции зданий гидроэлектростанций. Шлюзы Типы грунтов основания А Б В А Б В Более 100 Более 75 Более 50 Более 100 Более 50 Более 25 От 75 до 100 От 35 до 100 От 25 до 50 От 60 до 100 От25 до 50 От 20 до 25 От 25 до 70 От 15 до 35 От 15 до 35 От 25 до 60 От 10 до 25 От 10 до 20 Менее 25 Менее 15 Менее 15 Менее 25 Менее 10 Менее 10 А, Б. В Более 40 Более 30 Более 25 Более 25 От 25 до 40 От 20 до 30 От 18 до 25 От 25 От 15 до 25 От 12 до 20 От 10 до 18 Менее 5 Менее15 Менее 12 Менее 10 - Подпорные стены Оградительные сооружения (молы, волноломы и дамбы) Высота сооружения, м, при их классе 2 3 1 4 Таблица 2 Класс защитных гидротехнических сооружений в зависимости от важности защищаемых объектов Назначение сооружения Максимальный расчетный напор (м) на водонапорное сооружение при классе защитного сооружения 1 2 3 4 Селитебные. Плотность жилого фонда территории района, м кв, на га св 2500 от 2100 до 2500 от 1800 до 2100 до 1800 Оздоровительно-рекреационного и санитарного значения - - 194 - до 5 до 8 до 10 - до 3 до 5 до 8 до 10 св. 10 до 2 до 5 до 10 до 10 Продолжение табл. 2 Промышленные: промышленные предприятия с объемом производства, млн. руб. (в ценах 1991 г.) св. 500 от 100 до 500 до 100 Коммунально-складские Общегородского назначения Прочие Памятники культуры и природы - до 5 до 8 до 8 до 3 до 5 до 8 до 2 до 5 - до 8 св. 8 До3 до 5 до 8 - до 2 до 5 - Таблица 3 Класс гидротехнических сооружений в зависимости от масштаба народнохозяйственного применения Гидротехнические сооружения Гидротехнические сооружения гидравлических, гидроаккумулирующих и тепловых электростанций мощностью млн. кВт: 1,5 и более Менее 1,5 Гидротехнические сооружения мелиоративных систем при площади орошения и осушения тыс. га: св. 300 Св. 100 до 300 Св. 50 до 100 50 и более Класс сооружения 1 2-4 1 2 3 4 В системе гидроузла, имеющего несколько гидротехнических сооружений, их класс определяется по основным сооружениям, а класс второстепенных гидротехнических сооружений принимается за единицу ниже класса основных сооружений данного гидроузла, но не выше 3 класса. Временные сооружения, как правило, относят к 4 классу, редко – к 3 классу. Устойчивость и прочность гидротехнического сооружения проектируется на основе возможных максимальных расчетных значений уровня воды водоема, скорости нагонного ветра, высоты волны и вероятности превышения максимального расхода воды, на безаварийный пропуск которого должно рассчитываться водосборное сооружение. Например, гидроузел 1-го класса должен пропускать максимум вероятного превышения P=0,01% (1/10000) да еще с гарантийной поправкой, а 3-го P=0,5% (1/200). Вместе с тем, в экстремальных условиях гидрологического режима (скоротечный паводок, аварийный сброс вод свыше расположенного по течению реки гидротехнического сооружения и др.) возможны ситуации, когда гидродинамическое воздействие вод превысит расчетные показатели устойчивости и прочности гидротехнического сооружения. Такие отклонения от проектных должны быть не более для сооружений 1-го класса – 1% (1 раз в 100 лет), для 2 и 3 классов – 5% (1 раз в 20 лет), для 4-го класса – 10% (1 раз в 10 лет). Превышение - 195 - ветровых волн и ветрового нагона над расчетными для сооружений 1 и 2 классов – 2%, 3 и 4 класса – 4%. 1.1.4 Методы наблюдений за деформациями гидросооружений Задачи наблюдений за состоянием устойчивости гидросооружений включают в себя: 1. Установление наличия или отсутствия смещений и определение границ активных зон. 2. Определение наличия и скорости развития смещений по горизонтали, вертикали, а также оценка подвижности различных горизонтов и векторов смещения. 3. Выявление количественных параметров и направлений смещений. 4. Разработка противодеформационных мероприятий и оценка их эффективности. Методы наблюдения делятся на глубинные и поверхностные. К поверхностным методам относятся геодезические методы. Методика геодезических наблюдений состоит в периодическом определении планово-высотного положения рабочих реперов, которые специально устанавливают для этого в зоне возможных сдвигов грунтов. Геодезические методы наблюдения за смещениями оснований гидродинамических сооружений подразделяются на следующие группы: - осевые (одномерные) методы для определения смещения точки по отношению к заданной линии или оси; - плановые (двухмерные) методы для определения смещений точки на горизонтальной плоскости; - пространственные (трехмерные) методы для определения смещений точки в пространстве; - высотные методы для определения вертикальных смещений. Осевые методы применяются в тех случаях, когда направляющие смещения точки устанавливают быстро и довольно точно. Горизонтальная величина смещения точки определяется на основе периодических измерений по отношению к этому направлению. Плановые методы являются более универсальными, так как они не связаны с необходимостью знать заранее направления движения грунтов. В сочетании с высотными, они дают полную картину смещения поверхностных оползневых точек в пространстве. К пространственным методам относятся аэрофотосъемка и метод наземной стереофотограмметрии, заключающийся в фотографировании района смещения грунтов и анализа полученных фотографий. - 196 - Хорошие результаты дает сочетание геодезических методов наблюдений с фотограмметрическими. Для определения плановых смещений грунтовых марок используются различные методы наблюдений. Наиболее распространенными методами определения плановых смещений являются: - метод продольных и поперечных створов с определением смещений способами визирования по створу, измерение параллактических узлов, параллельной полигонометрии; - тригонометрический способ; - фотограмметрический способ. В свою очередь, методы измерения глубинных деформаций делят на контактные и бесконтактные. Методикой проведения натурных измерений принят контактный метод, как обеспечивающий необходимую точность инструментальных наблюдений. Контактные методы делятся на две подгруппы, отличающиеся системами отсчета и способами переноса базы. К методам с отличным признаком по способу переноса базы относятся: - тензометрический метод, основанный на измерении давлении оползневого тела на датчики, расположенных на реперах, выполненных в виде гибких стальных лент; - метод измерения длины проволочных или полиструнных реперов, заложенных в оползневом теле и соединяющие участки пород с поверхностью; - метод радиоактивных реперов, инжектируемых в стенки скважины, измерения перемещений которых выполняют с помощью радиометра и радиографа относительно положения проекции этих реперов на ось скважин. К другой группе контактных методов, в которых используется система отсчета, относятся: - инклинометрический метод, подразделяющийся на метод, устанавливаемых опасный участок гибких труб и подвижного инклинометра, контролирующего положение труб в пространстве и метод неподвижных инклинометров, устанавливаемых в тело гидросооружения; - метод наклономерных наблюдений, который близок к инклинометрическому методу. Реализуется он путем измерения углов наклона обсадных труб и подвижного наклономера, контролирующего положение обсадной трубы относительно вертикали в теле гидродинамического сооружения; - метод механического вертикального проектирования реализуется по средством, устанавливаемых в скважину или шурф, прямых и обратных отвесов (поплавковых - 197 - реперов) с измерительным устройством. В качестве измерительного устройства используют координатор или датчик положения струны отвеса; - метод, основанный на измерении ускорений, реализуется высокочувствительными акселерометрами, сейсмометрами, чувствительные элементы которых (датчики) устанавливаются в самом гидродинамическом сооружении. Наиболее перспективными методами, с помощью которых можно получить величину и глубину, на которой произошли горизонтальные смещения, а также их направление, являются наклономерный и метод радиоактивных реперов. 1.1.5 Поражающее действие волны прорыва гидротехнических объектов Поражающее действие волны прорыва гидротехнического объекта связано с распространением с большой скоростью воды, создающей угрозу возникновения чрезвычайной техногенной ситуации. Поражающий фактор – волна прорыва гидротехнического сооружения. Параметр поражающего воздействия – скорость волны прорыва, глубина волны прорыва, температура воды, время существования волны прорыва. Минимальные значения параметров поражающего действия волны прорыва (ГОСТ р. 22.9-03-95), которые сохраняют поражающий эффект: статическое давление потока воды не менее 0,2 кг/см2 (20 кПа), с продолжительностью действия не менее 0,25 часа и скоростью потока не менее 0,2 м/c. На параметры волны прорыва влияют как начальные размеры (ширина и глубина), так и интенсивность его размыва, зависящая от плотности сцепления с грунтом и других качеств материала плотины. Характер воздействия поражающего фактора определяется гидродинамическим давлением потока воды, уровнем и временем затопления, деформацией речного русла, загрязнением гидросферы, почв, грунтов, размыванием и переносом грунтов. Объектами поражающего воздействия волны прорыва могут быть: население, городские и сельские строения, сельскохозяйственные и промышленные объекты, элементы инфраструктуры, домашние и дикие животные, окружающая природная среда. Показателями последствий поражающего действия волны прорыва являются: число погибших, пораженных и пострадавших людей; время поражающего воздействия (мин., час, сутки); площадь зоны воздействия (квадратные километры); площадь зоны отсечения (эвакуации); затраты на проведение аварийно-спасательных работ (миллионы рублей); экономический ущерб (миллионы рублей); социальный ущерб (миллионы рублей); экологический ущерб (миллионы рублей). Причинами прорыва гидротехнического или естественного сооружения могут быть природные явления (землетрясения, ураганы, обвалы, оползни, паводки, размыв грунта и др.) и техногенные факторы (разрушение конструкций сооружения, эксплутационно- - 198 - технические аварии, нарушение регламентированного режима пропуска половодья и др.), а так же диверсионные подрывы и применение боевых средств поражения в военное время. Прорыв плотины может возникнуть в результате наступления половодья с поднятием уровня воды в водоеме выше расчетного, например, если расчетный расход воды определен в проекте по короткому ряду гидрологических наблюдений, либо в результате отказа системы водосброса (авария подъемного крана, обрыв линии электрического питания, перекос затвора и др.). К переполнению водохранилища и прорыву плотины может привести неправильный режим пропуска половодья, например, позднее открытие затворов. Прорыв возникает в результате возникновения прорана в конструкции (теле) сооружения, через который устремляются потоки воды с верхнего бьефа в нижний. Скорость падения вод и их объем определяется размерами прорана и разницей уровней верхнего и нижнего бьефов. Ниспадающие массы воды образуют волну прорыва – основного поражающего фактора аварии на гидротехническом объекте. Показатели волны прорыва представлены на схеме (рис. 4). h – уровень реки в момент образования прорана; hнб – глубина реки в нижнем бьефе; hср – высота затопления участка местности при его полоном формировании; hзат – максимальная высота затопления местности по створу; hм – высота участка местности к уровню воды в реке в межень; Ф – фронт волны прорыва; L – расстояние от плотины до створа; hвб – глубина водоема перед плотиной в момент ее разрушения; i – уклон водной поверхности Рис. 4. Схема волны прорыва Прорыв плотин сопровождается затоплением местности и изменением режима реки. Уровень воды в реке может резко подняться, вследствие чего, скорость ее течения увеличивается, и возникают зоны затопления. На космическом снимке (прил. 1) хорошо наблюдаются зоны затопления и изменения русла реки в результате только паводкового сброса вод водохранилища в Ахтубенской пойме реки Волга. Волна прорыва, двигаясь вдоль русла реки, имеет зоны подъема уровня воды и зоны спада, которые называются - 199 - фронтом волны прорыва. После установившегося уровня потока воды наступает период движения водных масс, который тем длительнее, чем больше объем водохранилища и может быть в пределах от нескольких минут, до нескольких часов, а на больших водохранилищах до нескольких суток. После прохождения волны прорыва и спада уровня воды до нормальных показателей остаются участки затопления, переувлажненной поймы и сильно деформированные русло и берега реки. Характер и масштабы поражающего действия волны прорыва определяются: - резким изменением уровня воды в верхнем и нижнем бьефах при разрушении напорного фронта сооружения; - ударным действием масс воды, перемещающихся с большой скоростью; - ослаблением прочностных характеристик грунта в основании (теле) сооружений вследствие фильтрации и насыщения его водой; - размывом и перемещением больших масс грунта; - перемещением с большой скоростью обломков разрушенных зданий и сооружений и их таранного воздействия; - объемом перемещаемых вод. В равнинных районах скорость волны прорыва колеблется от 3 до 25 км/час, а в горных и предгорных – до 100 км/час. Из 300 аварий плотин в различных странах за период с 1802 по 1977 гг. в 35% случаев причиной аварий явилась недостаточная пропускная способность водосбросных сооружений, приводящая к ее последующему размыву. Обобщенные показатели процентного соотношения аварий для различных типов плотин представлены в таблице 4. Таблица 4 Частота аварий для различных типов плотин Тип плотин Земляная Защитные дамбы из местных материалов Бетонная гравитационная Арочная железобетонная Плотины других типов Всего Аварии, % 53 4 23 3 17 100 Примечание: Частота аварий это число случаев аварий в процентах для данного типа плотин. Чем больше плотин данного типа, тем выше частота аварий, что и наблюдается для земляных плотин (53%). - 200 - 2. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ПОРАЖАЮЩЕГО ДЕЙСТВИЯ ВОЛНЫ ПРОРЫВА И ЗОН ЗАТОПЛЕНИЯ Прогнозирование поражающего действия волны прорыва плотины как искусственного, так и естественного происхождения осуществляется в целях определения возможного характера и масштаба последствий аварии. Результаты прогноза выявляют содержание и объем мероприятий защиты населения и объектов народного хозяйства от поражающего действия волны прорыва и последующего затопления местности. 1. Высота (h) и скорость (v) волны прорыва определяются по формуле: h Ah v , м; Av , м/с; Bh L Bv L где: Ah, Bh, Av, Bv – коэффициенты аппроксимации, зависящие от высоты плотины (hпл), гидравлического уклона водной поверхности (i) и размера ожидаемого прорыва (B); L – удаление рассматриваемого створа плотины. 2. Средняя скорость потока воды (Vср) определяется по формуле: Vср 1 2/3 hзат i 1 / 2 , м/c nэ 1 2 / 3 1/ 2 - эквивалентный коэффициент шероховатости подстилающей hср i v поверхности по створу; hзат – максимальная высота затопления участка местности по створу (определяется по где: n э карте), м; i – уклон поверхности воды (определяется по карте); hср – высота затопления участка местности при его полном формировании (определяется по карте), м; 3. Время затопления территории (τ) рассчитывается по формуле: (t фр t гр )(1 hм / h) , час где: hм – высота участка местности к уровню воды в межень, м.; h – высота волны прорыва, м.; tгр – время прихода гребня волны прорыва в створ, час, (табл. 7) tфр - время прихода фронта волны прорыва в створ, час, (табл. 7) β – гидротехнический коэффициент плотины, (табл. 5). Таблица 5 iL/hпл 0,05 0,1 0,2 Значения гидротехнического коэффициента β Высота плотины в долях от средней глубины реки в нижнем бьефе (hс) hпл=10hс hпл=20hс 15,5 18 14,0 16 12,5 14 - 201 - 0,4 0,8 1,6 3 5 Продолжение табл. 5 12 10,8 9,9 9,6 9,3 11,0 9,5 8,3 9,9 7,6 Таблица 6 Коэффициенты аппроксимации Ah, Bh, Av, Bv Значения коэффициентов при уклонах hпл, В i 1 10 м 1 0,5 0,25 20 40 80 150 250 20 40 80 150 250 20 40 80 150 250 Ah 100 280 720 880 4000 128 340 844 2140 4520 140 220 880 2420 4740 Bh 90 150 286 500 830 204 332 588 1036 1976 192 388 780 1456 2420 4 Av 9 20 39 79 144 11 19 34 62 100 8 13 23 41 67 i 5 10 4 Bv 7 9 12 15 19 11 14 17 23 28 21 21 21 20 16 Ah 70 180 480 1240 2600 92 224 544 1280 2600 60 192 560 1360 2800 Bh 50 76 140 234 370 104 167 293 514 830 100 176 320 572 932 i 1 103 Av 13 24 52 100 174 13 23 43 79 130 11 21 41 77 126 Bv 10 12 16 21 25 23 25 31 38 46 33 36 41 51 62 Ah 40 110 300 780 1600 56 124 320 940 1840 40 108 316 840 1688 Bh 18 30 60 106 168 51 89 166 299 490 38 74 146 172 452 Av 16 32 62 116 208 18 32 61 113 187 15 30 61 114 191 Bv 21 24 29 34 40 38 44 52 62 79 43 50 65 89 116 Таблица 7 Время прихода гребня волны (tгр) и фронта (tфр) прорыва в рассматриваемый створ, час. hпл=22 м 4 hпл=40 м 3 L, км i 1 10 tгр tфр i 1 10 tгр tфр 5 10 20 40 80 150 0,2 0,6 1,6 5 13 33 0,2 0,6 2 4 11 27 1,8 4, 7 14 30 62 1,2 2,4 5 10 21 43 hпл=80 м 4 3 i 1 10 tгр tфр i 1 10 tгр tфр i 1 10 tгр tфр i 1 10 3 tгр tфр 0,1 0,3 1 3 8 18 2 3 6 10 21 40 0,1 0,3 1 2 6 15 0,1 0,2 0,5 1,2 3 7 0,1 0,1 0,4 1 3 6 1,2 2 4 7 14 23 4 1,1 1,7 3 5 9 17 0,2 0,4 1 2 4 9 Пример: Требуется определить параметры волны прорыва в створе, расположенном на расстоянии L=5 км, от плотины: h – максимальную высоту волны прорыва, м; v – максимальную скорость потока, м/с; vср – среднюю скорость потока воды в рассматриваемой точке (створа), м/с; - время установившегося затопления или время прекращения прироста воды в расчетном створе(L=5 км), час. - 202 - Исходные данные: характеристика размеров прорана B=0,5 уклон водной поверхности i 1 10 3 , глубина предполагаемого затопления hзат=8 м; высота участка местности над уровнем воды в реке в межень hм=2 м; высота плотины hпл=80м; средняя высота затопления участка при его полном формировании hср=4м. В ходе решения задачи определяются расчетные параметры tгр, tфр – время добегания волны прорыва; коэффициенты аппроксимации Ah, Bh, Av, Bv; n – эквивалентный коэффициент шероховатости в створе. Решение: 1. Находим высоту h и скорость v волны прорыва в створе плотины со стороны нижнего бьефа: h Ah v ; Av Bh L Bv L Определяем по таблице 6 коэффициенты аппроксимации для B=0,5; i 10 3 ; hпл =80м: Ah=320; Bh=166; Av=61; Bv=52, тогда 320 h v =4,45м; 61 =0,858м/с 52 5000 166 5000 2. Среднюю скорость потока Vср в расчетном створе определяем с учетом шероховатости подстилающей поверхности: n 1 / V hср 2/3 i1/ 2 Тогда средняя скорость потока составит: 1 4 2 / 3 (10 3 )1 / 2 0.093 0.858 1 8 2 / 3 (10 3 )1 / 2 =1,36 м/c 0.093 3. Определяем время установившегося затопления , ч. (t фр t гр )(1 hм / h) , ч, vср 1 / n hзат 2/3 i1 / 2 где значение коэффициента β берется из таблицы 5. Для вхождения в табл. 5 значение параметра iL 10 3 5000 0,0625 hпл 80 Из табл. 5 ясно, что значение величины β для hпл 20 hc 20 4 =80 м находится между 18,0 и 16,0. В нашем примере высота плотины в 4 раза превышает среднюю глубину реки в районе створа, т.е. hc 4 . Интерполяция дает значение 17.5 Тогда: 17.5(0.2 0.1)(1 2 / 4.45) 0.96ч 57.8 мин 1час Ответ: h=4.45 м; V=0.858м/c; Vср=1,36м/с; =57,8мин. - 203 - 3. ЗАЩИТА НАСЕЛЕНИЯ ОТ ПОРАЖАЮЩЕГО ДЕЙСТВИЯ ВОЛНЫ ПРОРЫВА И ПОСЛЕДУЮЩИХ ЗАТОПЛЕНИЙ 3.1 Общие положения по защите населения Защита населения от поражающего действия волны прорыва и как следствие ее – наводнений включает ряд мероприятий: - прогнозирование поражающего действия волны прорыва и возможных зон затопления; - ограничение строительства жилых домов и объектов народного хозяйства в зонах возможного действия волны прорыва и последующего затопления; - эвакуация населения из зон поражающего действия волны прорыва и последующего затопления при угрозе разрушения плотины; - оповещение населения об угрозе разрушения плотины и возникновения наводнений; - осуществление инженерно-технических мероприятий по снижению поражающего действия волны прорыва и последствий наводнения. Прогнозирование поражающего действия волны прорыва включает определение высоты и скорости волны прорыва, времени подхода ее гребня и фронта до населенных пунктов, промышленных, сельскохозяйственных и других объектов, где скоростной напор воды может вызвать гибель людей, животных, разрушение жилых и промышленных построек, элементов транспортных, энергетических и других коммуникаций. Как вариант можно принять величину риска гибели людей в населенных пунктах сельского типа при высоте гребня волны прорыва h 1 2 м, R1 1 10 4 ; при h 2 3 R2 1 10 3 ; при h 3 4 м R3 1 10 2 . Прогнозирование зон затопления включает определение границ затопления территорий, где высота подъема воды более 1 метра. Для каждого водохранилища по результатам прогноза разрабатываются атласы затопления и характеристики волны прорыва. Наиболее подробно такие атласы создаются для больших водохранилищ с объемом более 50 млн. м3, которых на территории Советского Союза имелось около 1100. Ограничение строительства жилых домов и объектов народного хозяйства в зонах возможного действия волны прорыва и последующего затопления - наиболее экономически выгодное мероприятие. Из районов, возможного наиболее сильного поражающего действия волны прорыва и последующего затопления, предусматривается отселение жителей менее защищенных населенных пунктов и перенос отдельных объектов (лечебных, оздоровительных, детских и др.) в более безопасные места. - 204 - Инженерно-технические мероприятия по снижению действия волны прорыва и последующего затопления включают: обвалование населенных пунктов и сельскохозяйственных угодий; создание надежных дренажных систем; проведение берегоукрепляющих работ для предотвращения оползней, обрушений и т.д.; устройство гидроизоляции и специальных укреплений на зданиях и сооружениях; насаждение низкоствольных лесов из ив, ольхи, берез и др., что увеличивает шероховатость поверхности и способствует уменьшению скорости волны прорыва; подсыпка территории до 2-2.5 м, распашка земли поперек склонов и их террасирование. Для оповещения населения об угрозе разрушения плотины и возникновения наводнения используются все средства громкоговорящей связи, телевидения, радио, телефон, сирены и др. В оповещении указываются: место возможного прорыва плотины, места, районы и населенные пункты, которые могут быть подвержены поражающему действию волны прорыва и затопления; населенные пункты, жители которых должны быть обязательно эвакуированы в безопасные места. Эвакуация населения из зон, где время добегания волны прорыва после разрушения плотины составляет до 4 часов, производится немедленно, а на остальных территориях – по мере возникновения угрозы затопления. Маршруты эвакуации и места сбора назначаются заранее и доводятся до населения. Места сбора назначаются на ближайших возвышенностях, неподверженных действию волны прорыва и затоплению. 3.2 Действия населения в условиях угрозы разрушения плотины (гидротехнического сооружения) С получением оповещения об угрозе разрушения плотины и возможного наводнения население посемейно, или группами производственных коллективов по заранее спланированным маршрутам эвакуации направляются на возвышенные участки местности. Перед выходом из здания необходимо отключить электричество, газ. При эвакуации необходимо иметь при себе: документы, ценности, наиболее нужные вещи, запас продуктов питания. При возвращении необходимо остерегаться оборванных и провисших проводов, размытых участков канализации и трубопроводов. Перед заходом в здание необходимо удостовериться в прочности его конструкций и отсутствии повреждений электропроводки, газовой сети и водопровода. С заходом в помещения, проветрить их и просушить. Исключить из пищи продукты, оказавшиеся под действием воды, и воду из питьевых колодцев, подвергшихся затоплению. - 205 - Приложение 1 Исходные данные для расчета параметров волны прорыва Исход ные парам етры В (вари ант) i (по карте) hзат, м (по карте) h м, м (стат. данн) hпл, м (вари ант) hср, м (по карте) L, км (вари ант) Варианты 6 7 1 2 3 4 5 8 9 10 11 12 1 1 1 1 0,5 0,5 0,5 0,5 0,25 0,25 0,25 0,25 1∙10-4 1∙10-4 1∙10-4 1∙10-4 1∙10-4 1∙10-4 1∙10-3 1∙10-3 1∙10-3 1∙10-3 1∙10-3 1∙10-3 5 6 7 8 9 10 5 6 7 8 9 10 1 2 2 2 1 2 3 3 0,5 1 2 3 20 40 80 150 20 40 80 150 20 40 80 150 4 4 4 4 4 4 5 5 5 5 5 5 5 6 7 8 5 6 7 8 5 6 7 8 Приложение 2 Расчетные параметры волны прорыва h, м V, м/с Vср, м/c , час N, чел (число гибели людей - 206 - Приложение 3 Космический снимок дельты р. Волга в районе Ахтубенской губы до наводнения и в период наводнения - 207 - профессор Буров В.Н. профессор Малинников В.А. ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ РИСКА МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ Цель работы: 1. Ознакомиться с основами теории риска и методикой определения риска факторов негативного воздействия природного и техногенного происхождения. 2. Получить практику в определении (расчетах) риска индивидуального, социального, экономического и экологического. Учебные вопросы: 1. Рассчитать риск для различных факторов негативного воздействия. 2. Произвести картографирование экологического риска. Порядок выполнения работы: 1. Изучить основы теории риска и методику его расчета, законспектировать основные положения. 2. Произвести расчеты экологического риска и графически отобразить его показатели на карте. 1. ВВЕДЕНИЕ Потери от техногенных аварий и катастроф (взрывы, пожары, разрушения, выбросы радиоактивных и отравляющих веществ, крушения и др.) с каждым годом возрастают. Период возникновения чрезвычайных ситуаций техногенного и природного происхождения составляет в среднем: 10-15 лет для аварий и катастроф с ущербом более 1 млрд. руб.; 8-12 месяцев - с ущербом до 1 млрд. руб.; 15-45 дней с ущербом до 200 млн. руб. (в ценах 1991г.). Характер проявления данной тенденции и ее устойчивость определяется методологией подхода к решению технических задач безопасности человека, которая сложилась в период бурного роста, прогресса, когда доминирующими целями были: - 208 - повышение эффективности технологий, роста энерговооруженности, увеличение мощностей, снижение себестоимости, применение новых материалов и др., без учета риска возникновения аварий, катастроф и последствий стихийных бедствий. По мере развития прогресса все более возникала необходимость оценки, учета и возможного снижения факторов опасности или (и) негативного воздействия на человека и его среду обитания. В решение этой проблемы внесли значительный вклад такие ученые как: А.Н. Колмогоров (Теория вероятности и математическая статистика), А. Вальд (Математическая статистика), В. Маршалл (Промышленная безопасность). 2. МЕТОДОЛОГИЯ РИСКА Опасность – одно из центральных понятий дисциплины «Безопасность жизнедеятельности». Опасность хранят все системы, имеющие энергию, химически или биологически активные компоненты, а также характеристики (параметры) несоответствующие условиям жизнедеятельности человека. Можно сказать, что опасность – это риск неблагоприятного воздействия. Практика свидетельствует, что абсолютная безопасность не достижима. Стремление к абсолютной безопасности часто вступает в антагонистические противоречия с законами техносферы. Каждая отрасль практической деятельности человека (промышленность, наука, культура, военное дело и др.) “думает и говорит” о безопасности по-своему, что особенно наглядно проявляется в применении различных показателей опасности, содержания понятий и терминов, применения математических моделей. В настоящее время в проблеме безопасности все большее распространение получает концепция “риска”, которая имеет высокий универсализм. Однако, эта концепция еще не достигла того уровня, когда ее можно принимать как законченную теорию, применимую для решения прикладных задач. Слово риск (risk), скорее всего пришло в русский язык из испанского, в котором risco означает скалу, и не просто скалу, а скалу отвесную. Поэтому, видимо, мореплаватели стали вообще обозначать этим словом любую опасность, которая может возникнуть в результате входа в зону ее реализации (воздействия). Первыми практическими потребителями понятия риска были страховые компании, в том числе и морские. Первые заказы ученым на разработку оценки риска были от тех же страховых компаний. В течение значительного времени понятие термина “риск” значительно изменилось и к настоящему времени оно чаще всего понимается как вероятность (возможность) возникновения неблагоприятных последствий для здоровья и жизни человека. Понятие этого и других терминов, применяемых в концепции риска, представлены в таблице 1. - 209 - Таблица 1 Термины, применяемые в теории риска N ТЕРМИНЫ ОПРЕДЕЛЕНИЕ 1 2 Регион Риск 3 Экологический риск 4 5 Экологическая безопасность Фоновый риск 6 Аномальный риск 7 Экологическое бедствие 8 Индивидуальный риск 9 Социальный риск Часть территории (акватории) республики, края, области. Вероятность возникновения неблагоприятных последствий для здоровья и жизни человека. Вероятность возникновения неблагоприятных последствий для здоровья и жизни человека вследствие изменения (ухудшения) факторов окружающей природной среды. Степень защищенности населения от чрезмерного риска, т.е. риска, превышающего установленный приемлемый уровень опасности. Риск, возникновения заболеваний, травм или смерти в отсутствии неблагоприятных внешних воздействий. Риск аномальной заболеваемости или смертности вследствие неблагоприятных воздействий окружающий среды. Резкое ухудшение экологической ситуации, приводящее к недопустимо высокому уровню аномального риска заболеваний и смерти, к формированию тенденции вымирания населения. Вероятность (частота) возникновения поражающих воздействий определенного вида, возникающих при реализации определенных опасностей в определенной точке пространства (где может находиться индивидуум). Характеризует распределение риска. Вероятность событий, состоящих в поражении определенного числа людей, подвергаемых поражающим воздействиям определенного вида при реализации определенных опасностей от этого числа людей. Характеризует масштаб периодичности опасности. Исходя из установившихся понятий риска принимается, что количественное изменение уровня различного вида опасности техногенного или природного происхождения может оцениваться риском, в понятие которого входит величина ущерба в виде смертельных случаев среди людей, или потери ими здоровья, или утраты материальных средств. Различают опасности реальные и потенциальные. В качестве аксиомы принимается, что любая деятельность человека потенциально опасна. Сейчас перед специалистами ставится задача не исключение до нуля опасности, что в принципе невозможно, а достижение заранее заданной величины риска реализации опасности, сопоставляя при этом затраты и получаемую от снижения риска выгоду. В теории статистических решений риск рассматривается как математическое ожидание функции потерь, т.е. R (Q, d)=MQ (L\Q, d(x)), где: R (Q, d) – функция риска; Q – параметры оценки; d=d(x)-функция статистического решения; x=(x1,x2,...,xn) – результаты наблюдения; MQ – математическое ожидание; (L\Q, d(x)) – функция потерь; x – истинное распределение измеряемых величин, которое практически может быть представлено вероятностью случайных событий (параметров), т.е. x=PQ. PQ - вероятность определенного семейства факторов зависящих от параметра Q. - 210 - Данная формула является универсальной для решения многовариантных задач статистического оценивания (точечного и интервального), последовательного статистического анализа, планирования экспериментов, прогнозирования и др. Однако для условий небольших количеств показателей статистических решений данная зависимость может быть упрощена и представлена в виде: R(Q,d)=MQ(X)= xn Pn , n 1 где: MQ - математическое ожидание вероятностей случайных величин x, принимающих последовательность значений x1,x2,...,xn с вероятностями равными соответственно P1,P2,...,Pn. Если случайная величина x имеет непрерывное распределение, имеющая плотность вероятности P(x), тогда MQ(x) можно представить: x MQ(X)= xP( x)dx . x Здесь функция P(x) ≥ 0, что выполняет условие P( x)dx 1 т. е. M(x)=x P(x) dx. Предлагаемое математическое описание определения риска через математическое ожидание потерь (ущерба) позволяет оценить опасность техногенного и природного происхождения в широком диапазоне факторов воздействия. Факторы воздействия могут характеризоваться: временем, масштабом, величиной воздействия, происхождением. По фактору происхождения риск принято разделять на три класса: Первый класс риска – это риск природного происхождения или природный риск. Причинами природного риска могут быть геологические, гидрологические, метеорологические, космические и комплексные явления, которые в свою очередь могут быть вызваны землетрясением, оползнем, селем, лавиной, цунами, наводнением, ураганом, градом, ливнем, падением метеоритов. Второй класс риска – риск техногенный, который возникает в результате технических отказов, аварий, пожаров, взрывов, выбросов и загрязнений токсичными и радиоактивными веществами и другими опасными воздействиями в различных отраслях народного хозяйства (горнодобывающий, металлургической, машиностроительной, автомобильной, дорожнотранспортной, авиационной, морской и др.). Кроме того, техногенный риск может возникать в результате техноприродных факторов, таких как переработка берегов водохранилищ, подтопление территорий, наведение сейсмичности, техногенные оползни, опустынивание, обезлесенье, деградация почвы и т.д. Третий класс риска – социальный риск, который обусловлен влиянием на социальную среду техногенных и природных факторов и явлений. - 211 - Социальный риск характеризует масштаб возможного последствия воздействия негативного события на население и определяется как отношение числа пострадавших людей (частоты возникновения событий) к общему числу людей подвергаемых этому воздействию. Социальный риск может проявляться через стачки, забастовки, военные и этнические конфликты, диверсии, миграции населения из зон конфликтов опасных техногенных и природных явлений. Кроме того, риск может характеризоваться: - масштабом (локальный, региональный, национальный или федеральный, глобальный); - формой проявления (прямой, косвенный); - характером воздействия (одномоментный, перманентный и постоянный); - формой оценки (индивидуальный, экономический, социальный, экологический); - формой учета (частный от одного фактора, суммарный от нескольких факторов); - формой ущерба (предотвращенный, частично предотвращенный, непредотвращенный); - формой выражения (событийный, стоимостный, комбинированный); - уровнем индивидуального риска, чел.\год (малый – менее 2,7∙10-7 или менее 40 чел. в РФ, средний – 3,3∙10-7 – 1∙10-6 или 50 – 149 чел. в РФ, большой – 1∙10-6 – 1∙10-5 или150 – 1499 чел. в РФ, очень большой – 1∙10-5 – 1∙10-4 или 1500 – 14999чел. в РФ, исключительно большой – более 1∙10-4 или более 15000чел. в РФ); - уровнем экономического риска, руб.\га год или млрд. руб. в ценах 1990 г. (малый – менее 8,5 или менее 14,4 в РФ, небольшой – 8,5-8,8 или 14,5 – 15,0 в РФ, средней – 8,8 – 12,0 или 15-20 в РФ, большой – 12-300 или 20-500 в РФ, очень большой – 300-3000 или 500-5000 в РФ, исключительно большой – более 3000 или более 5000 в РФ). Локальный риск оценивает события в пределах отдельных зданий, сооружений, производств и на небольших площадях. Он является следствием одной или двух опасностей, потенциальная зона развития которых картируется, как правило, в масштабе 1:10000 и меньше. Региональный риск оценивает несколько опасностей, сосредоточенных в пределах сельского, горнодобывающего и промышленного района, города или области (края). Он картируется в пределах от 1:250000 до1:500000. Национальный риск может оцениваться для небольших государств в масштабе регионального риска. - 212 - Глобальный риск смыкается с риском для России и отражается на карте масштаба 1:10000000 и меньше. Наиболее приемлемым масштабом для анализа риска в пределах России является масштаб 1:2500000 – 1:5000000. Индивидуальный риск показывает возможность поражения конкретного или типичного индивида в определенной точке пространства, при определенном воздействии. Он определяется как произведение частоты данного события со смертельным исходом или другим ущербом на показатель присутствия (занятости), т.е. времени нахождения индивида в зоне воздействия в долях к единице измерения. Ежегодные среднемноголетние потери России от ОПТП (опасные природные и техногенные процессы) в последние20 – 30 лет составляли не менее 60 – 130 человек и15,5 – 19,0 млрд. руб. в год (в ценах 1991 г.). Население России 150 млн. чел., ее площадь 1707,5 млн. га, тогда индивидуальный риск составит: Rинд=3,3∙10-7 – 1∙10-6 чел.\год. Это значит, что в любой точке России от любой ОПТП гибель в течение года может быть 1 чел. из группы в 1-2 млн. чел. Для сравнения, индивидуальный риск ДТП за 1992 год, составил: Rинд=2,4∙10-5 чел.\год. В масштабе всех стран мира этот показатель характеризуется: Rинд=3.4∙10-5 чел. год. В Великобритании предельно допустимый риск установлен:Rинд≤10-6 чел.\год, там же для небольших предприятий Rинд≤10-5 чел.\год. В России по ГОСТам 12.1.010-76 и 12.1.004-85 по взрыво - и пожаро-безопасности R=10-6 чел./год. Допустимый индивидуальный риск от ОПТП в любой точке России Rинд=3,3∙10-7 – 1∙10-6 чел.\год, при условии, что фактор занятости = 1. Федеральный экономический риск от ОПТП Rэк = 8,8 -12,0 руб.\га год (1990). Таблица 2 Уровни риска для персонала типовых химических производств и населения, живущих вблизи этих объектов Вещество в тенологическом цикле Хлор Акрилонитрил Аммиак Пропилен Люизит Фосфорогоническое ОВ Сжиженный природный газ Число смертельных (коллективный риск) ПЕРСОНАЛ 1.1∙10-2 2.1∙10-3 2.1∙10-3 1.1∙10-4 1.0∙10-4 2.4∙10-4 1.5∙10-7 случаев в НАСЕЛЕНИЕ 3.6∙10-3 7.9∙10-4 7.0∙10-4 3.7∙10-5 2.0∙10-5 3.0∙10-6 6.8∙10-10 - 213 - год Индивидуальный риск смерти для персонала (в год) 5.1∙10-3 6.6∙10-4 2.0∙10-3 7.7∙10-7 1.0∙10-5 4.0∙10-5 5.7∙10-9 3. МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ РИСКА В изначальном или упрощенном виде риск воспринимается как опасность возникновения ущерба от какого-либо события и может быть представлен как вероятность этого события (событийный риск), т.е.: событийный риск R'(N) = P(N) стоимостный риск R’’(N) = Y(N), где: P(N) – частота или вероятность появления события N. Y(N) – стоимость ущерба от события N. Как было показано выше, риск негативного события А есть средний ущерб от его проявления Y(N) с учетом повторяемости данного события P(N). Эта зависимость может быть представлена в выражении: R(N) = P(A)∙Y(X), где: P(A) – среднестатистическая вероятность события А или его повторяемость и выражается числом негативного события за единицу времени (отказов/мес., аварий/год, оползней/год и т. д.); Y(А) – возможный ущерб от события А, имеющий размерность потерь: смерти, руб./га и т.д. Например, среднестатистическая вероятность аварии на химкомбинате с выбросом АХОВ в окружающую среду составляет одна авария за пять лет, при этом в зоне воздействия облака АХОВ поражения со смертельным исходом могут составлять до 30 процентов. По техническим показателям на данном химкомбинате в зоне действия АХОВ может оказаться до 100 человек, тогда R = 0,2/год∙0,3∙100 чел. = 6 чел./год. Таким образом, риск смертельного исхода при аварии на химкомбинате составляет 6 человек в год. При определении риска в социальной, экономической и экологической сферах учитываются многие факторы уязвимости объекта, масштаб проявления события и другие признаки. Так, социальный риск для определенной группы людей зависит от вероятности ее нахождения в зоне поражения. Для этого варианта формула риска примет вид: Rc(N) = P(N)∙P(Z)∙Cy(N)∙Z, где: P(Z) – вероятность нахождения людей в зоне поражения; Cy(N) – степень социальной уязвимости определенной группы людей; Z – численность всех людей в зоне поражения. При решении народнохозяйственных задач могут выдвигаться задачи снижения фактора проявления риска, тогда в результате проведенных защитных мероприятий по - 214 - снижению потерь от негативных процессов риск может рассматриваться как: предотвращенный, частично-предотвращенный и непредотвращенный. Предотвращенный риск Rp = Rc –Ro, где: Rc – риск до осуществления мероприятий снижения ущерба; Ro – остаточный непредотвращенный ущерб, после осуществления мероприятий. Частичный предотвращенный риск можно выразить через коэффициент предотвращенности риска (Kp): Kp = Ro/Rc. Средний риск или риск от события N за время τ Rτ (N), принято рассматривать как ущерб, который может возникнуть в результате факторов воздействия события N и представлять собой зависимость: Rτ (N) = Pτ (N)∙Y(N), где: P (N) – повторяемость событий N, где N число этих событий за время τ ( аварии в год, гибель людей в год (месяц, день), отказов в месяц и т. д.); Y(N) – средний одномоментный ущерб от события N (смерть, руб., руб./га, разрушенные здания, га плодородных земель и т. д.). Математическая величина P(N) – есть статистическая вероятность характеризующая повторяемость события N за единицу времени τ, а Y(N) – показатель величины (стоимости) единичной вероятности события N. Тогда риск (R(N)) – есть величина вероятностная и к ней (и) или ее компонентам применимы основные теоремы теории вероятностей. Пример: Среднестатистическая вероятность аварии на химическом предприятии с выбросом АХОВ в окружающую среду составляет 1 авария за 5 лет, т.е. P5лет(Авар.) = 1,0 или P1год(Авар.) = 0,2/год. В зоне действия образовавшегося облака АХОВ поражения со смертельным исходом могут получать до 30% всех людей, т. е. Y(Авар.) = 0,3 смерт. Тогда риск со смертельным исходом при аварии на химическом предприятии составит: Rr(Авар.) = Pr(Авар.)∙Y(Авар.) = 0,2∙0,3 = 0,06смерть/ год. Если в зоне действия облака АХОВ окажется, допустим, 50 человек, то тогда риск со смертельным исходом будет представлен в виде: Rr(Авар.) = Pr(Авар.)∙Y(Авар.)∙H, где: H – численность людей (элемент ущерба). В нашем примере H = 50, тогда: Rr(Авар.) = 0,2∙0,3∙50 = 3 чел./год. Индивидуальный риск гибели человека в зоне действия АХОВ составит: Rr инд.(Авар.) = Rr(Авар.)/H, т.е.: Rr инд.(Авар.) = 3 чел./год/50 = 6∙10-2 чел./год. - 215 - В зоне действия облака АХОВ могут оказаться люди, как из состава персонала химического предприятия, так и из числа местного населения, проживающего вблизи предприятия. Риск гибели отдельного жителя будет значительно ниже, чем индивидуальный риск, определенный без учета вероятности нахождения его в зоне действия АХОВ. Допустим, что отдельный житель, который проживает в зоне досягаемости облака АХОВ находится вне дома 12 часов 6 раз в неделю, еще 6 недель – в отпуске и командировках. Тогда жизнь подвергается опасности (7∙24) – ( 12∙6) = 96 часов в неделю и 52 – 6 = 46 недель в году. Следовательно вероятность его нахождения в зоне поражения составит: P(H1) = (96·46)/(168·52) = 4416/8736 = 0,5 Из этого следует, что индивидуальный риск гибели жителя, проживающего вблизи химического предприятия составляет: Rr инд.(Авар.) = (0,2∙0,3∙50∙0,5)/50 = 3∙10-2 чел./год жителей Экономический риск в нашем примере будет определяться ущербом в стоимостном выражении от разрушения производственного оборудования в месте аварии на предприятии и компенсационными выплатами пострадавшим. Допустим эта сумма составит 132 млн. руб. Тогда экономический риск аварии на химическом предприятии выразится: Rr экон.(Авар.) = 0,2∙132 = 26.4 млн. руб./год. Экологический риск в нашем примере может быть оценен ущербом нанесенным сельскохозяйственным угодьям за счет заражения (загрязнения) верхнего почвенного слоя и снижения ее продуктивности. Допустим, за счет снижения плодородия почвы урожайность этих земель, в среднем, снизилась на 10%. В стоимостном выражении этот ущерб может быть, в нашем примере, оценен в 25 млн. руб. Тогда экологический риск от аварии на химическом предприятии составит: Rr экол.(Авар.) = 0,2∙25 = 5 млн. руб./год. 4. КАРТОГРАФИРОВАНИЕ РИСКА Для кадастровых оценок земель, геологических съемок, инженерных изысканий для строительства, разработок планов экономического развития районов (регионов), градостроительства и других целей результаты риска-анализа целесообразно представлять на унифицированных картах и схемах. В зависимости от решаемых задач в картах риска могут быть представлены данные об экономическом, индивидуальном и экологическом рисках как в совмещенном, так и в несовмещенном вариантах. - 216 - Наибольшее практическое применение могут найти карты риска с отображением индивидуального риска и карты риска с отображением экологического риска. Основным содержанием карты риска является отображение в масштабе карты (плана) зон риска, определенных либо по среднестатистическим данным, либо по результатам прогностических оценок (расчетов). На карте индивидуального риска зона поражения со смертельным исходом описывается изолинией, в пределах которой на данной территории реализуется заданная степень воздействия. Размеры зоны поражения определяются по специальным методикам, и ее изолиния наносится на карту (план) с учетом метеоусловий и рельефа местности. На карте экологического риска зона воздействия на окружающую среду может характеризовать загрязненность воздуха и почв, закисленность почв, подтопление, засоление почв, опустынивание, обезлесение и др. В зависимости от назначения такой карты зоны воздействия могут нести информацию об одиночном факторе воздействия, либо от нескольких как в непосредственном показателе воздействия (ПДК, рН, га и др.), так и в их стоимостном выражении (руб., руб./га, и др.). Площадь зон воздействия и их положение на карте определяется (рассчитывается) по специальным методикам (ОНД-86), часть из которых совпадает с методиками для определения зон индивидуального риска. Пример: Допустим, на карте риска какого-либо района имеется три объекта, которые являются реальными источниками, создающими условия опасности жизни и здоровья людей. Один из них, химический завод (ХЗ), на котором происходит, в среднем, одна авария в 5 лет с выбросом в окружающую среду аммиака (NH4), а также постоянно действующий загрязнитель атмосферы – заводская котельная на жидком топливе с выбросом в окружающую среду углеводородов (СnНn) и окислов углерода (СО, СО2). Риск поражения со смертельным исходом при аварии составит: R(Авар.) = Р(Авар.)∙Y(Авар.),где: Р(Авар.) – среднестатистическая вероятность аварии, в нашем примере Р(Авар.) = 0,2 Y(Авар.) – величина ущерба (смертельного исхода), в нашем примере Y(Авар.) = 0,3 при вероятности поражения со смертельным исходом в зоне действия АХОВ до 30% и Y(Авар.) = 0,05 с вероятностью поражения 5%, тогда R1(Авар.) = 0,2∙0,3 = 0,06 = 0,6∙10-2 год и R2(Авар.) = 0,2∙0,05 = 0,001 = 1∙10-3год. Размеры зоны действия облака АХОВ с величиной риска R1 и Rn – рассчитываются по специальной методике по оценке последствий аварий на химически опасных объектах. - 217 - Риск поражения от выброса СnНn и СО, СО2 рассчитываются по специальной методике определения загрязненности атмосферы промышленными источниками (ОНД 96). Второй объект риска – тепловая электроцентраль (ТЭЦ) загрязняющая атмосферу воздуха окислами серы (SO2), которая создает зону воздействия с риском смерти R тэц и = 1 * 10-5 чел./год (таблица 3 ). Таблица 3 Масштаб риска смерти в земных условиях (чел./год) ПОРЯДОК РИСКА XII ДИАПОЗОН РИСКА (1-2)*10-8 (1-4)*10-8 (4-9)*10-8 (1-2)*10-7 XI X (1-2)*10-7 (4-9)*10-7 (1-2)*10-6 (1-4)*10-6 (4-9)*10-6 6*10-6 1*10-5 (1-2)*10-5 IX (1-4)*10-5 3.3*10-5 4*10-5 (4-9)*10-5 (1-2)*10-4 1*10-4 (1-4)*10-4 .VIII 2*10-4 (4-9)*10-4 (1-2)*10-3 (1-4)*10-3 VII (4-9)*10-3 5*10-3 ИСТОЧНИК РИСКА И ПРИЧИНА СМЕРТИ Естественная среда обитания (отдельные небольшие события). Ураганы, торнадо. Радиоактивное загрязнение среды атомными предприятиями и АЭС (при дозе 1-5 мбэр за год на границе зоны) Радиоактивные вещества в товарах широкого потребления, излучение телевизора и т. д. Глобальное выпадение радиоактивных веществ от ядерных испытаний. Грозы (поражения молнией). Тайфуны, циклоны, бури; укусы и уколы ядовитых насекомых и животных. Землетрясения, наводнения, цунами; выхлопные газы автомобилей; медицинские процедуры с использованием излучения. Все виды естественных катастроф; искусственные источники излучения в среде обитания (все виды). Поражение электрическим током в быту. Гибель в авиационных катастрофах. Катастрофы в искусственной среде обитания (смог, выбросы и т.д.);выбросы теплоэлектростанций; швейная и обувная промышленность; огнестрельное оружие. Текстильная и бумажная промышленность; взрывы газа в многоквартирных домах; пожары. Утопление при работе на воде и отдыхе. Поражение при пожаре и взрыве. Естественная частота лейкемии. Болезни в возрастной группе 10 – 14 лет; падения. Гибель в результате падения или удара падающими предметами Болезни в возрастной группе 5-9 лет, 15-19, 20-24,25-29 лет; несчастные случаи в возрастной группе 5-9 и 10 -14 лет; общественный и железнодорожный транспорт; типографии; предприятия атомной промышленности; обрабатывающая промышленность. Гибель в дорожно-транспортном происшествии. Болезни в возрастной группе 30-34 года; несчастные случаи в возрастных группах 15-19, 25-29, 30-34, 35-39, 40-44 годах; рак легких у мужчин; врачи и радиологи; вся промышленность; Болезни в возрастной группе 35-39 года; несчастные случаи в возрастных группах 20-24, 15-49, 50-54, 60-64, 65-69, 70-74 года; заболевания органов дыхания. Болезни в возрастной группе 40-44, 45-49 лет; несчастные случаи в возрастных группах 75-79, 80-84 года; экипажи рыболовных траулеров; шахтеры; железнодорожные рабочие; велосипед; бокс любительский. Болезни в возрастной группе 50-54 года; несчастные случаи в возрастной группе 85 лет и старше; самолеты гражданской авиации (экипажи и пассажиры); автомобиль; охота, лыжи; сердечно-сосудистые заболевания. Гибель при занятие акробатикой. Размеры зоны воздействия рассчитываются по специальной методике (ОНД-96). Третий объект – радиохимическая лаборатория (РХЛ) которая создала на небольшой территории зону загрязнения радиоактивными веществами. Величина риска в пределах - 218 - этой зоны, согласно данных таблицы 3 Rрхл = 1∙10-8. Размеры этой зоны радиоактивного излучения определяются непосредственно на местности. Полученные значения и размеры зон риска наносятся на карту (план) (см. рис.1). На карте риска данного района экологический риск может быть представлен по факту воздействия загрязнителей СОn от ХЗ и SO2 от ТЭЦ на продуктивность сельскохозяйственных земель (закисление) и полный вывод земель из сельскохозяйственного оборота, подвергшиеся загрязнению радиоактивными веществами от РХЛ. В стоимостном выражении ущерб от загрязнения почв может, для нашего примера, составить 2,5 млн. руб. с га в год, а от загрязнения радиоактивными продуктами – 25 млн. руб. с га в год. Зоны экологического риска по факту закисления либо рассчитываются по специальным методикам, либо определяются по показателю ПДК (карта индивидуального риска). Зоны экологического риска по факту радиоактивного загрязнения определяются по результам наземного (воздушного) радиационного зондирования. Изолинии зон экологического риска наносятся так-же как и зоны загрязнений с учетом метеоусловий и рельефа местности. Положение зон риска на карте отображаются условными знаками с показателями величины риска (см. рис. 1). 5. ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАДАЧИ Задача 1: Определить риск коллективный и индивидуальный при аварии на химическом комбинате, если среднестатистическая вероятность аварии на химкомбинате с выбросом АХОВ в окружающую среду составляет: 1 авария за 3 года, 1 авария за 6 лет, 1 авария за 8 лет, 1 авария за 10 лет, при этом в зоне воздействия облака АХОВ поражения со смертельным исходом могут составить 50%. В зоне действия АХОВ может оказаться до 1000 человек. Задача 2: Для предыдущей задачи рассчитать коэффициент предотвращенности риска, если в результате реализации защитных мероприятий в зоне поражения АХОВ смертельный исход может составить 10%. Задача 3: В таблице 4 приведен ряд профессий, категорированных по степени индивидуального риска фатального исхода в год. Используя данные таблицы 4, методом экспертных оценок охарактеризуйте Вашу настоящую деятельность и условия вашей будущей работы. - 219 - Таблица 4 Классификация профессиональной опасности Категория 1. 2. Условия профессиональной Деятельности Безопасен Относительно опасные 3. 4. Опасные Особо опасные Риск смерти Профессия (человек в год) 1∙10-5 -1∙10-4 1∙10-4 - 1∙10-3 1∙10-3 -1∙10-2 больше 1∙10-2 Программисты, научные работники Работники бумажного производства, шахтеры, металлурги, строители и др. Рыбопромысловики, верхолазы, трактористы и др. Летчики-испытатели, летчики реактивных самолетов и др. Задача 4: Среднестатистический показатель гибели человека на производстве составляет 7 тысяч в год. Определить индивидуальный и социальный риск на производстве при условии, что всего работающих 80 млн. из 150 млн. жителей страны. Задача 5: Определить риск гибели в дорожно-транспортном происшествии (ДТП), если известно, что ежегодно гибнет в ДТП 40 тыс. человек при населении 250 млн. человек. Задача 6: Определить экологический риск со смертельным исходом от загрязнения атмосферы и в стоимостном выражении от загрязнения почвы для района города Аренска (см. учебная карта № 3-50, У-40-84-Г) подвергающегося загрязнению атмосферы и почвы хлором в зоне 50 (60, 70, 80, 90, 100) кв. км. И в зоне 75 (85, 95, 105, 115, 125) в кв. км. Стоимостной ущерб загрязнения почвы составляет 10% от среднего урожая зерновых (1,5 млн. руб. с га). - 220 - Рис.1 Карта риска - 221 - доцент Кроличенко В.Ф. ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ ОРИЕНТИРОВАНИЕ ВО ВРЕМЕНИ И ПРОСТРАНСТВЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ Цель работы: 1. Изучить полевые способы ориентирования в пространстве и во времени. 2. Получить навыки в определении времени по Солнцу, Большой Медведице и Луне, а также сторон горизонта по Солнцу, Луне и звездам. Учебные вопросы: 1. Определение времени по Солнцу и компасу. 2. Определение времени по созвездию Большая Медведица. 3. Определение времени по Луне и компасу. 4. Определение направления север-юг по Солнцу и часам. 5. Определение направления север-юг по Луне и часам. Порядок выполнения работы: 1. Изучить методические указания и теоретические основы ориентирования на местности. 2. Получить задание у преподавателя на проведение расчетных работ. 3. Провести расчеты, их результаты представить в отчете. - 222 - I. ОРИЕНТИРОВАНИЕ ВО ВРЕМЕНИ 1.1 Солнечные и звездные сутки Первой природной единицей измерения времени стали сутки. Земля вращается вокруг воображаемой земной оси с запада на восток, подставляя падающим на нее лучам постепенно то одну, то другую сторону своей шарообразной поверхности. На освещенной в данный момент половине земного шара - день, а на противоположной, затенённой стороне - ночь. День вместе с ночью составляют истинные, или солнечные, сутки, представляющие собой промежуток времени между двумя последовательными верхними или нижними кульминациями Солнца. Деление суток на 24 ч впервые было принято в Древнем Вавилоне. В долине Двуречья на протяжении года день приблизительно равен ночи. Отсюда стали делить сутки на дневные и ночные часы. Счет суткам люди сначала вели по пальцам на одной руке -"малая неделя" пятидневка, а затем на обеих руках -"большая неделя" - десятидневка. Семидневный счет недели сложился в Древнем Вавилоне на основе суеверного почитания семи небесных светил. От вавилонян семидневка перешла к евреям, грекам и римлянам. У древних римлян дни семидневной недели так буквально и назывались: - понедельник - день Луны, - вторник - день Марса, - среда -день Меркурия, - четверг - день Юпитера, - пятница - день Венеры, - суббота - день Сатурна, - воскресенье - день Солнца. В течение года время восхождения Солнца изменяется неравномерно, поэтому в обыденной жизни солнечными сутками не пользуются из-за непостоянства их продолжительности. За единицу времени человеком приняты средние солнечные сутки. Звездные сутки являются основной единицей времени, и их продолжительность остается все время постоянной. Сутки разделены на 24 звездных часа, час - на 60 мин, минута - на 60 с. Звездное время непригодно для исчисления из-за того, что начало звездных суток в течение года переходит на различное время дня и ночи. Для того чтобы избежать частых поправок в часах, были введены средние солнечные сутки, длина которых всегда одна и та - 223 - же выражается в часовой мере от 0 до 24 ч. При этом момент среднего времени сопровождается указанием календарной даты, так как календарный счёт дней ведется в средних сутках. Части, на которые разделены средние солнечные сутки: часы, минуты и секунды среднего, иначе гражданского времени и есть те самые единицы времени, по которым мы живём. 1.2 Определение времени по Солнцу Первыми часами древности был вертикально установленный шест-гномон, который при солнечном освещении отбрасывал тень. По длине и направлению этой тени и определяли время дня. Солнечные часы дают возможность ориентироваться только в дневное солнечное время, и в их основе лежит полуденная линия, проведенная в полдень, по направлению самой короткой тени с юга на север. Когда Солнце находится точно на юге, любой предмет отбрасывает самую короткую тень, что соответствует местному полдню, т.е. 12 ч дня. 1.3. Определение времени по Солнцу и компасу Время по Солнцу и компасу определяется следующим образом. Измеряем азимут на Солнце: допустим, что он равен 90°, Солнце на востоке - 90 /15=6 (15-двадцать четвертая часть окружности - величина поворота Земли или кажущегося смещения Солнца за I ч) . 6+1 /декретное время/ = 7; время 7 ч. Азимут равен 180°, Солнце на юге - 180/15 = 12 ч; 12 + I = 13 ч. Азимут 270°, Солнце на западе - 270/15 =18 ч; I8+ I = 19 ч. 1.4. Определение времени по созвездию Большая Медведица Сохраняя взаиморасположение, все звезды на небосводе равномерно вращаются вокруг Полярной звезды, которую мы принимаем условно за Полюс мира. Полярную звезду легко найти, это последняя звезда хвоста созвездия Малая Медведица. Наиболее известное нам созвездие Большая Медведица, занимающее на небосводе в своем движении вокруг Полярной звезды различные положения, может быть использовано как условные звездные часы. Для этого надо мысленно разделить небосвод на 12 равных частей, каждая из которых соответствует одному условному часу (рис.1). Когда созвездие Большая Медведица находится внизу и занимает относительно Полярной звезды условное шестичасовое положение, стрелка звездных часов показывает 6 усл. ч. Через 6 настоящих наших часов созвездие сделает четверть оборота, а стрелка звездных часов примет горизонтальное положение, соответствующее 3 усл. ч. Ещё через 6 настоящих наших часов стрелка звездных часов примет вертикальное положение вверх и - 224 - будет показывать 12 усл.ч, затем примет горизонтальное положение и покажет 9 усл. ч. Рис. 1. Звездные часы Так как все звезды обращаются на небосводе не ровно за 24 ч, а примерно на 4 мин быстрее, то показания звездных часов каждый месяц уменьшаются на I усл.ч отсюда, стрелка на циферблате звездных часов показывает в полночь: 6 усл. ч. около 22 сентября 5ч 22 октября, 4ч 22 ноября, 3ч 22 декабря, 2ч 22 января, Iч 22 февраля, 12 ч 22 марта, 11 ч 22 апреля, 10 ч 22 мая, 9ч 22 июня, 8ч 22 июля, 7ч 6ч 22 августа, 22 сентября. Допустим, что исполнитель решил узнать, когда наступит полночь 7 ноября. Согласно проведенным данным он определяет, что 7 ноября находится между 22 октября и 22 ноября и в этот день в полночь стрелка звездных часов должна показывать 4,5 усл. ч, т.е. находиться точно посередине между положениями Большой Медведицы в 6 и 3 усл. ч (рис.1). Исполнитель решил определить по Большой Медведице, сколько времени он будет находиться вне лагеря. Уходя, он определяет, что стрелка звездных часов показывает 6,5 - 225 - усл. ч. После возвращения в лагерь он видит, что Большая Медведица показывает 4 усл.ч. Следовательно, он находился на задании 2,5 усл. ч /6,5 - 4/. Чтобы перевести условные часы в настоящие, нужно полученное число удвоить: 2,5 х 2 = 5 ч. 1.5. Определение времени по Луне и компасу В различное время месяца мы видим с Земли определенные фазы Луны в виде ее диска и отдельных частей: 3/4, 1/2, 1/4, заключающих в себе определенное число долей диаметра лунного диска (рис.2). Доли диаметра лунного диска 2.5 0 12 3 9 Рис.2. Определение времени месяца по лунному диску В новолуние лунного диска не видно: это начало месяца. С этого момента Луна начинает прибывать, находясь на пути к полнолунию. Для того чтобы узнать, прибывает или убывает Луна, надо к видимому ее серпу мысленно приложить какой либо предмет. Если, например, карандаш и серп составляют букву Р, что для лучшего запоминания читается "рождается", то это значит, что Луна прибывает (рис.3). Рис. 3. Луна прибывает, «Рождается» В том случае, когда буква Р не получается и серп Луны представляется как буква С, мы читаем "стареет". Это говорит о том, что Луна убывает, находясь на пути от полнолуния к новолунию (рис.4). - 226 - Рис 4. Луна убывает, «Стареет» Время по Луне и компасу определяется так же, как и по Солнцу и компасу, но с учетом освещенности Луны. Рассмотрим три основных случая. Луна прибывает. Ориентируем компас буквой С /север/ в направлении на Луну и отсчитываем градусы от северного конца магнитной стрелки до этого направления. Получаем ее азимут, например 270° (рис.5). Полученный азимут на Луну делим на 15 и прибавляем I; 270/I5 =18; 18 + I = 19. Определяем, что видимая часть Луны составляет пять долей. Рис.5 Определение времени по Луне ранней и компасу «Стареет» - по ее диаметру из расчета, что полный диск /условно/ содержит 12 долей, и прибавляем их; 19 + 5 = 24. Это и есть интересующее нас время, т.е. 24 ч. Если сумма превышает 24, то из нее надо вычесть столько же /24/. Полнолуние. Поступаем точно так же, как и в первом случае. Допустим, что азимут на Луну составляет 90°. 90/15 =6; 6+1=7. Диаметр диска Луны виден весь, поэтому прибавляем еще 12. 7 + 12 = 19, т.е. время 19 ч. В этом случае Луна на востоке /рис.6/. Когда Луна находится на юге, азимут равен 180°, время -I ч. Когда Луна на западе, азимут равен 270°, время - 7 ч. - 227 - Рис.6 Определение времени по полнолунию и компасу Луна убывает. Поступаем точно так же, как и в обоих предыдущих случаях, только отсчет в долях диаметра видимого диска Луны не прибавляем, а вычитаем. Допустим, что азимут Луны определен по компасу в 165°, тогда 165/15 =11; II + I = 12; 12-9 (число долей диаметра диска) = 3,т.е. время 3 ч (рис.7). Рис.7. Определение времени по Луне старой и компасу 2.ОРИЕНТИРОВАНИЕ В ПРОСТРАНСТВЕ 2.1. Определение сторон горизонта по Солнцу, Луне и звездам Чтобы определить своё положение на местности или правильно найти нужное направление, надо уметь находить стороны горизонта: север /Nord/, юг /Sud/, восток /Ost/ и запад /West/. Кроме того, пользуются еще промежуточными направлениями - сторонами горизонта, хорошо видимыми на морском компасе. По краям кружка-шкалы обозначены стороны горизонта. Центр крутка и магнитной стрелки соответствует положению наблюдателя. В практике пользуются голландскими терминами. Буква t /сокращенное от слова ten/ соответствует букве "к" в русских названиях. Например, SOTS читается как зюйд-осттень-зюйд ,или как юго-юго-восток. - 228 - С течением времени люди выработали способы нахождения нужного направления и без компаса. Наиболее испытанным и верным способом нахождения сторон горизонта является ориентирование по Солнцу, Луне и звездам. Широко известен способ определения направления север - юг по Солнцу и часам. Для этого часы ставят по местному времени и, поворачивая их в горизонтальной плоскости, направляют часовую стрелку на Солнце /минутная и секундная стрелки во внимание не принимаются/. Угол между часовой стрелкой и направлением на цифру 12 циферблата делят пополам. Тогда биссектриса этого угла укажет приблизительно направление север-юг, или полуденную линию, причем юг до 12 ч будет вправо от Солнца, а после 12 ч /рис.8 и 9/ влево. Рис.8. Определение направления С – Ю по часам и солнцу в первую половину дня Описанный способ дает сравнительно правильные результаты в северных и отчасти в умеренных широтах, особенно зимой, менее точные - весной и осенью; летом же ошибка возможна до 25°. В южных широтах, где Солнце стоит летом высоко, этот способ дает грубые результаты. Рис.9. Определение направления С. – Ю. по часам и Солнцу во вторую половину дня Запомните, что в средних широтах Солнце восходит летом на северо-востоке и заходит на северо-западе; зимой оно восходит на юго-востоке, а заходит на юго-западе и лишь дважды в год восходит точно на востоке и заходит на западе /в период равноденствий - около 21 марта и 23 сентября/. - 229 - Ночью лучше ориентироваться по Полярной звезде, которая почти точно находится на продолжении земной оси и потому всегда показывает направление на север, не участвуя В видимом движении звезд по небосводу. Ошибка здесь не более 1-3° . Однако может быть так, что из-за облачности не видно ни Большой, ни Малой Медведицы, ни Полярной звезды, но видно Луну. В этом случае можно определить стороны горизонта по Луне и часам. Необходимо помнить, что полная Луна противостоит Солнцу, т.е. находится против него. Поэтому точку юга, где Солнце находится в полдень, Луна должна занять в полночь. В 7 ч Луна бывает на западе, а в 19 ч- на востоке. Имеющаяся по сравнению с Солнцем разница в 12 ч на циферблате не видна - часовая стрелка в 24 и в 12 ч будет находиться на одном и том же месте. Следовательно, приближенное определение сторон горизонта по полной Луне и часам практически производится так же, как по Солнцу и часам. По неполной Луне и часам стороны горизонта находят следующим образом. Надо заметить на часах время наблюдения, разделить на глаз диаметр Луны на 12 равных частей и оценить, сколько таких частей содержится в поперечнике видимого серпа Луны (рис.5, 7). Если Луна прибывает, то полученное число надо вычесть из часа наблюдения, если убывает, то прибавить. Чтобы не забыть, в каком случае брать сумму и в каком разность, полезно запомнить следующее правило: брать сумму тогда, когда видимый серп Луны С - образный; при обратном, Робразном положении лунного серпа, надо брать разность. Сумма или разность показывает тот час, когда в направлении Луны находится Солнце. Отсюда, направляя на серп Луны место на циферблате /но не часовую стрелку/,которое соответствует вновь полученному часу, и принимая Луну за Солнце, легко найти линию север-юг. Пример. Время наблюдения 5 ч 30 мин. В поперечнике видимого серпа Луны содержится 10/12 частей ее диаметра. Луна убывает, так как видна ее левая С-образная сторона. Суммируя время наблюдения и количество частей видимого серпа Луны /5 ч 30 мин + IO/, получаем время, когда в направлении наблюдаемой нами Луны находится Солнце /I5 ч 30 мин/. Устанавливаем деление циферблата, соответствующее 3 ч 30 мин, на Луну. Равноделящая линия, которая проходит между этим делением и цифрой 12 через центр часов, дает направление линии север-юг. Надо отметить, что точность в определении сторон горизонта по Луне и часам сравнительно невелика. Тем не менее для ориентирования эта точность вполне приемлема, если нет возможности воспользоваться Полярной звездой. - 230 - При ориентировании в незнакомой местности в первую очередь надо использовать небесные светила, дающие наиболее надежные способы определения сторон горизонта. Полезно запомнить еще несколько простых правил. В северных широтах в летние ночи от близости заходящего Солнца к горизонту северная сторона неба самая светлая, южная - более темная. Этим иногда пользуются летчики при ночных полетах. Самое высокое положение Солнца определяется по длине самой короткой тени, что соответствует полудню, а ее направление указывает север /рис.10/. Полная Луна занимает наиболее высокое положение над горизонтом, когда находится на юге. В это время она дает достаточно света, чтобы ясно различить тени от предметов. Самая короткая тень при полной Луне соответствует полуночи; направление ее показывает, где находится север, по которому нетрудно определить и остальные стороны горизонта. Рис.10. Определение направления С. – Ю по полуденной тени от дерева В полдень Солнце находится на юге, а тень от предмета направлена на север. Это соответствует действительности только между Северным полюсом и северным тропиком. 2.2. Определение сторон горизонта по растениям и животным Ориентирование по растениям и животным менее надежно, чем простейшие астрономические приемы, поэтому пользоваться им можно только в крайних случаях, например, в пасмурную погоду, когда не видно ни Солнца, ни звезд. Многие приемы ориентирования получили широкую известность, хотя в их основу положены ошибочные представления. Например, часто приходится слышать, что у деревьев с южной стороны кроны более пышны, чем с северной, и это может служить указанием сторон горизонта. На caмом деле ветви деревьев в лесу развиваются в сторону свободного места, а вовсе не к югу. Даже у отдельно стоящих деревьев конфигурация кроны зависит в основном от направления господствующих ветров и от других причин. - 231 - Другое распространенное заблуждение связано с мнимой возможностью ориентироваться по годичным кольцам прироста древесины на пнях спиленных деревьев. Этим признаком пользоваться нельзя, так как образование годичных колец зависит целиком от физиологических особенностей роста растений. Ширина колец древесины зависит от целого ряда факторов /например от направления ветров/ и неравномерна не только по горизонтали, но и по вертикали. Рассмотрим более надежные способы ориентирования по растениям. Мхи и лишайники на коре деревьев сосредоточены преимущественно на северной стороне. Сравнивая несколько деревьев, можно по этому признаку довольно точно определить линию север-юг. Стремление мхов и лишайников развиваться в тени позволяет использовать для ориентирования не только деревья, но и старые деревянные строения, большие камни, скалы. На всех этих предметах мхи и лишайники распространены преимущественно с северной стороны. Другим неплохим ориентиром может служить кора деревьев, которая обычно с северной стороны бывает грубее и темнее, чем с южной. Особенно хорошо это заметно на березе. Но этим признаком можно пользоваться, наблюдая окраску коры не одного дерева, а группы. После дождя стволы сосен обычно чернеют с севера. Это вызвано тем, что на коре сосны развита тонкая вторичная корка, которая образуется раньше на теневой стороне ствола и заходит по ней выше, чем по южной. Корка во время дождя набухает и темнеет. Если нет дождя, а , наоборот, стоит жаркая погода, то сосны и ели и в этом случае могут служить ориентирами. Надо только внимательно присмотреться, с какой стороны ствола выделяется больше смолы. Эта сторона всегда будет южной. Следует обращать внимание и на траву, которая весной на северных окраинах полян более густая, чем на ЮЖНЫХ. Если же взять отдельно стоящие деревья, пни, столбы, большие камни, то здесь, наоборот, трава растет гуще с юга от них, а с севера дольше сохраняется свежей в жаркое время года. В больших лесных хозяйствах стороны горизонта легко найти по просекам, которые, как правило, прорубают почти строго по линиям север-юг и восток-запад. На некоторых топографических картах это очень хорошо видно. Лес разделяется просеками на кварталы, которые у нас нумеруются обычно с запада на восток и с севера на юг, так что первый номер оказывается в северо-западном углу хозяйства, а самый последний - на юго-востоке. Номера кварталов отмечаются на квартальных столбах, поставленных на всех пересечениях просек. Для этого верхняя часть каждого столба обтесывается в виде граней, - 232 - на каждой из которых выжигается или надписывается краской номер противолежащего ей квартала. Легко сообразить что ребро между двумя соседними гранями с наименьшими цифрами указывает направление на север (рис.11). Рис.11. Определение направления С. – Ю по лесным квартальным столбам Изучение повадок различных животных нередко дает интересный материал для ориентирования. Вот некоторые сведения об особенностях поведения животных. Муравьи устраивают свои жилища почти всегда к югу от ближайших деревьев, пней и кустов. Южная сторона муравейника более пологая, чем северная. Степные пчелы строят свои жилища из очень прочного материала. Их гнезда помещаются на камнях, или на стенах, обращенных всегда к югу. Трехпалые чайки, или моевки, гнездятся по скалам многочисленными стаями, причем их гнезда всегда расположены на западных и северо-западных берегах островов. Некоторые птицы - вяхири, горлицы, перепелки, кулики, болотные совы, каравайчики - совершают перелеты при безоблачном небе и направлении ветра с юга. 2.3 Определение сторон горизонта по рельефу, почвам, ветру, и снегу Влажность почвы около больших камней, отдельных строений, пней служит своего рода ориентиром - летом почва более увлажнена с севера от ЭТИХ предметов, чем с югa. Южные склоны гор и холмов обычно бывают суше северных, меньше задернованы и сильнее подвержены процессам размыва. Стороны горизонта можно найти по господствующим в данной местности ветрам, если заранее известно их направление. По тем же причинам в мягких породах на наветренной стороне скал нередко образуются ниши, над которыми более твердые пласты нависают в виде карнизов. Одним из признаков, по которому можно определить направление преобладающих в данной местности ветров - состояние растительности на склонах гор. На наветренных склонах, сильнее промерзающих зимой, растения обычно бывают несколько наклонены, указывая этим направление господствующих ветров. С подветренной стороны на них накапливается больше снега. На преобладание ветров того или иного направления указывают также и флагообразные кроны деревьев. - 233 - Снег около скал, больших камней, пней, построек оттаивает быстрее с южной стороны, сильнее освещаемой лучами Солнца. В оврагах, лощинах, ямax он быстрее оттаивает с северной стороны, потому что на южные края углублений не попадают прямые лучи солнца, оставленных на снегу. Такое же подтаивание можно наблюдать даже в следах человека или животных, оставленных на снегу. На южных склонах гор и холмов образование проталин происходит тем быстрее, чем больше крутизна склонов. У северной опушки леса почва освобождается из-под снега иногда на 10-15 дней позднее, чем у южной. В марте-апреле вокруг стволов отдельно стоящих деревьев, пней и столбов в снегу образуются лунки, вытянутые в южном направлении. Весной на обращенных к Солнцу склонах во время таяния снега образуются вытянутые к югу выступы -“шипы”, разделенные выемками, открытая часть которых обращена на юг. 2.4. Определение сторон горизонта по постройкам Различные постройки, в основном культового назначения, могут служить хорошими ориентирами. Алтари и часовни православных церквей обращены на восток, а колокольни - на запад. Опущенный край перекладины креста на куполе обращен к югу, приподнятый к северу (рис. 12) Рис. 12. Определение направления С. – Ю по перекладине креста на церковном куполе Алтари лютеранских церквей обращены только на ВOCTOK, а колокольни - на запад. Алтари католических синагог и мусульманских мечетей обращены НА запад. Двери еврейских синагог и мусульманских мечетей обращены примерно на север, а противоположные их стороны у мечетей направлены на Мекку, лежащую на меридиане Воронежа, у синагог - к Иерусалиму, лежащему на меридиане Днепропетровска. Кумирни, пагоды, буддийские монастыри фасадами обращены на юг. Выходы из юрт обычно делаются на юг. - 234 - 3. ОСОБЕННОСТИ ОРИЕНТИРОВАНИЯ В РАЗЛИЧНЫХ ПРИРОДНЫХ УСЛОВИЯХ 3.1. Ориентирование по звуку Звуки, воспринимаемые человеком, очень часто могут быть с большой пользой применены для ориентирования. Ухо человека способно улавливать и отличать не только различные музыкальные звуки, но и самые разнообразные шумы, выделяя их оттенки, высоту, силу и тембр. Мы обладаем способностью определять направленность звука не только в горизонтальной плоскости, но и в вертикальной, хотя точность этой оценки значительно ниже. Сильно влияют на слышимость рельеф и характер местности. Хорошо слышны звуки на открытой водной поверхности, в степи, в тихую погоду при отсутствии ветра и яркого солнца, даже при тумане или мгле. Эхо - повторение звука в результате отражения. Оно создает впечатление о большом количестве источников звука и обманчивое представление об их местонахождении. Односложное эхо можно слышать на расстоянии 33 м от преграды, например: сюда - да, ручью - чью; двухсложное эхо - на расстоянии 66 м, например: отвечаешь - чаешь, невозможно - можно. Опушка леса представляет собой как бы звуковое зеркало. Ночью слух обостряется. Так, журчание ручейка, почти не слышимое днем, ночью слышно совершенно отчетливо. Слышимость через воду, землю и твердые тела лучше, чем в воздухе. Разнообразные подземные работы прослушиваются в горных породах на разных расстояниях, и слышимость их зависит не только от характераpa звука, но и от плотности, вязкости, влажности, пористости или трещиноватости пород и, наконец, от условий залегания. В плотных скальных породах звуки слышны дальше, чем в глинистых и песчаных. В меловых породах работа ударным инструментом слышна вдвое дальше, чем в глине. Можно уловить шум в них на расстоянии 40 м и одновременно установить направление звука. В песках удавалось различить шум от земляных и плотничных работ на расстоянии 30 м. Характерно, что в мелкозернистых песках с тонкими прослойками глин звуки едва слышны на расстоянии 10 м. В скальных породах слышимость бурения достигает 60-80 м. Трещиноватость и пустоты в породах ухудшают их звукопроводимость. Водоносные породы проводят звук лучше, но заполненные водонасыщенным материалом, расположенные перпендикулярно к направлению звука трещины обычно - 235 - прерывают его распространение. Если же они плотно забиты глиной, то превосходно проводят звук. Звук позволяет выдержать нужное направление движения и определять расстояние до его источника. Удары колокола и вой сирены – хорошие звуковые ориентиры для судов, застигнутых в море непогодой. В туманные дни частые гудки речных пароходов также служат своеобразными ориентирами, предупреждающими столкновение. Ночью в лесу, особенно в горной местности, направление движения порой выдерживается по шумy реки. Звуковая пеленгация производится на слух с точностью до 3° и является важным способом определения направления на различные источники звука. Скорость звука в воздухе равна 330 м/с, в воде – 1500 м/с , в стали - 5000 м/с. 3.2. Ориентирование по свету Немалое значение при ориентировании имеет свет, источник которого весьма удобен для выдерживания по нему направления движения или для определения положения объекта на местности. Двигаться ночью на источник света наиболее надежно. Морские маяки, сигналы на реках, костры, ракеты, ночной выстрел, освещенное окно, искры из трубы, огонек от спички и папиросы, свет электрического фонаря или фар машины - прекрасные ночные ориентиры. Засекая момент вспышки источника звука, можно определить расстояние до предмета, издающего звук. Свет распространяется со скоростью 300000 км/с . Например, так можно определить расстояние до ружья охотника с ружьем, если видно пламя выстрела. Увидев, например, молнию, считают секунды до первого раската грома: через 1 с расстояние равно 1/3 км, 2с 2/3 км, Зс I км, 4с 3 км. Ночная видимость предметов при наблюдении с воздуха характеризуется следующими цифрами: Маяки светосильные и большой высоты Вертикальные лучи прожектора Маяки небольшой светосилы и малой высоты Костёр Фары автомобилей, тракторов При наземном наблюдении - 236 - 75 км 60 км 25км 20 км 10 км Вертикальные лучи прожектора Костры Зарницы на облаках Мигающий огонь и отблески ружейных выстрелов Карманный электрический фонарь 50 км 8 км 5км 1,5 км 1,5 км. 3.3. Ориентирование в Арктике и Антарктиде Ориентирование во льдах Арктики или ледяном куполе Антарктиды•ведется главным образом по приборам. Вместе с тем многочисленные наблюдения над природой суровых морей Арктики, полярных островов и. берегов Антарктиды тоже помогают иногда довольно точно решать вопросы, связанные с ориентированием. Известно, что альбатросы сопровождают корабль по чистой воде до его приближения к многолетнему, паковому льду и только тогда покидают судно. Снежный буревестник обычно летает в районе паковых льдов, поэтому его появление - первый признак тяжелых ледовых условий. Появление вблизи корабля в Арктике гаги, морянки, гагары, кайры, чистяка, малой гагарки, трехпалой чайки говорит о близости свободных от льда пространств, где они кормятся. Встреча с люриками и чистиками в тумане на чистой воде предупреждает о близости земли или кромки льдов, так как эти птицы не отлетают от суши или льда далее чем на 1520 миль. Присутствие на льду тюленей и охотящихся за ними белых медведей говорит о том, что лёд не сплошной, в нем есть разводья, трещины. В однообразном пейзаже Антарктики преобладают всего два цвета -белый и голубой. Поэтому участники антарктических экспедиций для облегчения ориентирования пользуются яркими красками, чаще всего оранжевым и ярко-красным цветами. Главными средствами ориентирования служат радио и астрономия. Солнце и Луна совершают свой путь по небу против движения стрелки часов. Серп Луны в последней четверти обращен своими рожками не вправо, как у нас на севере, а влево; вместо привычного глазу жителя северных стран, основного ориентира - созвездия Большая Медведица - сияет совсем другое созвездие - Южный Крест. 3.4. Ориентирование в тундре и лесотундре В тундре свет тусклый, рассеянный. Далекие предметы кажутся близкими и, наоборот, мелкие - сравнительно большими и далекими. Ориентирование в тундре крайне затруднено из-за отсутствия дорог. В ее заснеженных просторах не встретишь даже протоптанной тропы. Следы в тундре - 237 - сохраняется долго. Давно проехавшие нарты сохраняют две полосы, даже если пурга была не однажды. Заблудился кто-нибудь в этих местах - старый след охотника непременно выведет к людям. Если на пути встретится взрыхленный оленьими копытами снег, здесь недавно прошло стадо и где-то близко жилье. В равнинной тундре полуострова Ямал повсюду встречаются одинокие возвышения. Их хорошо видно за много километров, и они могут быть прекрасными ориентирами. Возвышения представляют собой скопления оленьих рогов, которые складывались ненцами в течение многих десятилетий. Высота капищ 1,5-2 м. 3.5 Ориентирование в лесу Деревья в лесу имеют неодинаковое развитие, в отличие от деревьев, выросших на свободе. Если опорные растения - мхи, папоротники, хвои, плауны, а также грибы встречаются на открытых местах, то это свидетельствует о том, что здесь недавно был лес. Сломанные ветви, затески на деревьях, кучи камней и другие искусственные ориентиры, оставленные человеком в лесу, облегчают нахождение обратного пути. Прежде чем углубиться в лес, надо всегда обратить внимание на Солнце, запомнить, с какой стороны оно расположено. Если Солнце справа, то при выходе в том направлении из леса нужно, чтобы оно оказалось слева. При задержке в лесу свыше часа необходимо помнить, что вследствие вращения Земли Солнце кажется сместившемся вправо. Поэтому, выходя из леса по Солнцу, если мы пользуемся мл в качестве ориентира, приходится дополнительно уклоняться влево на 15° в час. Находясь в лесу, необходимо все время ясно представлять себе стороны горизонта и направление движения. Здесь основным средством ориентирования является компас. В солнечные дни ориентирами могут служить тени от деревьев, в пасмурные дни ориентирами могут быть другие дополнительные приемы и предметы, указанные в предыдущих разделах. Можно ориентироваться по облакам, быстро несущимся в одном направлении, которое в течение многих часов может считаться неизменным. В густом лесу нередко ориентируются, взобравшись на высокое дерево. По эху можно судить о расположении близких утесов или крутых склонов, определив удвоенное расстояние до них по времени прохождения звука. Если известно расположение речной системы и в лесу есть речки, то за ориентир можно принять их. Выйдя на тропу, нужно внимательно ее осмотреть. Бьет ветка в лицо, в грудь - с тропы надо уйти: она звериная и к жилью человека не приведет. Заблудившись, надежнее всего вернуться по своим следам к исходному пункту ходьбы и ориентироваться снова. Если этого сделать нельзя, то надо - 238 - выйти к любому линейному ориентиру - реке, дороге, просеке, направление которых известно, применив для этой цели грубо определенный перпендикуляр к избранному ориентиру. Определить направление на дорогу можно по звуку проходящих автомобилей или поездов. Задержавшись в лесу, полезно знать, что ветер на расстоянии 100-200 м от опушки почти не чувствуется; летом в лесу холоднее, чем в поле, а зимой теплее; днем прохладнее, а ночью теплее. Почва в лесу промерзает на меньшую глубину, чем в поле. Снег в густом лесу сходит на 2-3 недели позже, чем на открытом месте. Осадков задерживается на лиственных деревьях около 15 %,на сосне - около 20-25%, на ели - до 60 %, на пихте - до 80%. 3.6 Ориентирование в степи и в пустыне Равнинный рельеф, яркая контрастная окраска растительности, монотонность пейзажа затрудняют ориентирование в степи. Основными и самыми надежными ориентирами в степях являются звезды, Луна и Солнце. Своеобразным ориентиром может служить растение-компас латук, или дикий салат. Если латук растет на влажных или затененных местах, то листья его на стебле располагаются во все стороны и служить ориентиром не могут. Если латук растет на сухом или открытом месте, то листья его на стебле обращены плоскостями на запад и восток, а ребрами на север и юг. Опасности пребывания в пустыне возникают из-за отсутствия воды и наземных ориентиров, трудностей, связанных с передвижением в песках, ядовитых пресмыкающихся и паукообразных и других особенностей природы пустынь. Находясь в пустыне, необходимо знать расположение ближайших водоемов, колодцев, имеющихся на маршруте похода, ориентиры, а также дороги и тропы. Ориентирование в пустыне имеет свои специфические особенности, создаваемые зыбкостью грунтов вследствие перемещения песков ветрами, редкими оазисами, миражами и т.д. Розыск заблудившихся в пустыне облегчают сооружаемые условные знаки: небольшие курганчики, следы привала или ночевки. Пасмурные дни в пустыне редки, и поэтому здесь значительно облегчается ориентирование по звездам, Луне и Солнцу. Хорошим ориентиром в выборе направления к оазису или населенному пункту служат остатки снаряжения и вьючных животных, погибших на караванных путях, следы костров. - 239 - 3.7 Ориентирование в горах Каждый человек, идущий в горы, должен располагать сведениями о влиянии горного климата на организм, об опасности и мерах предосторожности в горах и уметь ориентироваться. На человека особенно угнетающе влияют следующие факторы: 1. По мере подъема на гору и снижения барометрического давления воздуха понижается концентрация кислорода, а это действует на состав крови. 2. Интенсивная солнечная радиация, под воздействием которой возможно общее перегревание организма, тепловые, солнечные удары, ожоги кожи и глаз. 3. Осадки, сильные ветры и низкие температуры могут привести к тому, что человек промокнет, продрогнет и замерзнет. 4. Сухость воздуха в горах вызывает потерю воды в организме, нарушается теплорегуляция, воспаляются слизистые оболочки дыхательных путей и полости рта. Поэтому перед походом в горы необходима специальная тренировка, чтобы не допустить несчастного случая. Основными опасностями в горах принято считать следующие: – камнепады, ледовые обвалы, лавины, обвалы снежных карнизов, сила и скорость течения горных рек, сели; – туманы, снегопад, дождь, морозы и ветер, сильно затрудняющие передвижение и притупляющие бдительность на трудных местах маршрута; – несерьезное отношение к трудностям пути, слабая дисциплина и пренебрежение правилами техники безопасности. В период подготовки к горному походу следует внимательно изучить по карте географические пункты и объекты, естественные, искусственные элементы рельефа местности и их начертания, которые могут служить ориентирами на маршруте. Нужно составить ясное представление о взаимном расположении основных долин, хребтов и вершин, выбрать выделяющиеся вершины, обрывы, скалы, осыпи и другие подробности рельефа и местные предметы в качестве основных и промежуточных ориентиров. Горные реки и ручьи, протекающие по долинам, служат хорошими линейными ориентирами. Шумное течение рек позволяет вести ориентирование по ним ночью и в тумане, когда невозможно использовать другие местные предметы. Горные реки, имеющие быстрое течение, обычно не замерзают, поэтому их роль как ориентиров зимой возрастает. Горы весьма сближают видимые расстояния. Знакомые очертания горных вершин могут измениться до неузнаваемости, если подойти к горам с какой-нибудь другой - 240 - стороны, откуда раньше они не наблюдались. Зимой условия ориентирования в горах значительно ухудшаются. Многие подробности рельефа становятся малозаметными. В этих условиях надежными ориентирами могут быть отдельные скалы, обрывы, утесы, где снег не задерживается. Обычно они выделяются темными пятнами на белом фоне. Для ориентирования в горах полезно знать некоторые способы приближенного определения сторон горизонта. Весной на южных склонах снежная масса как бы "взъерошена", образуя своеобразную "щетину", разделенную проталинами. Снежный покров сходит с южных склонов гор быстрее, чем с северных. В отдельных глубоких ущельях на их южных склонах снег лежит в течение всего лета, образуя снежники. В лесных районах дуб и сосна растут преимущественно на южных склонах, а ель и пихта на северных. Леса и луга на южных склонах обычно поднимаются выше, чем на северных. В обжитых горных долинах виноградники располагаются на южных склонах. В горной местности ориентирование ночью облегчается использованием световой сигнализации, а днем необходимо наряду с главными отмечать промежуточные искусственные ориентиры. 3.8 Ориентирование на реках и озерах Несмотря на широкое применение искусственных сигналов на реках и озерах, значение естественных ориентиров очень велико, и они успешно дополняют и контролируют один другого. От характера течения и рельефа дна в значительной степени зависит вид поверхности реки, что позволяет судить о ее глубине и определять местонахождение препятствий в русле. Днем в тихую погоду поверхность воды над мелкими местами - косами, застругами, седловинами, гребнями перекатов и подводными осередками - бывает обычно более ровная и светлая, чем на глубине, где она имеет волнистый вид и темный цвет. Естественное подводное препятствие обнаруживается на поверхности воды, где вода рябит. Если воды над препятствием немного, то она переливает через него, а ниже "взмарывает". Обычно над препятствием поверхность воды гладкая. Чем больше разность глубин, тем более резко отличаются отдельные места в русле по цвету и волнистости поверхности воды. Ночью мелкие места имеют беловатый оттенок, а глубокие - темный. - 241 - 3.9 Ориентирование на морях и океанах Несмотря на прекрасное современное оборудование флота, моряки не должны пренебрегать знаниями естественных особенностей и закономерностей природы моря, не переставать пытливо изучать ее. Плавание в морях и океанах сопровождается сравнительно быстрой и резкой сменой природных явлений, что может служить признаком в ориентировании при приближении судна к суше, мелководью, льдам, рифам и т.д. Появление ныряльщика-баклана и обычной медузы-аурелли у малознакомых берегов предупреждает о близости рифов. В бурном Беринговом море снежные бури и туманы очень затрудняют плавание. Ориентирами здесь могут служить большие птичьи базары. Во время тумана крики птиц предупреждают о близости скал. Скалы от птичьего помета приобретают белую окраску и делаются более различимыми на фоне берега или моря. Обыкновенная крачка удаляется от тропических островов Тихого океана, где она гнездится, не далее чем на 20 миль, коричневый глупыш - на 30 миль, а белая крачка - на 100 миль. Когда эти птицы до наступления вечерних часов быстро, никуда не уклоняясь, летят высоко над морем к берегу, следует ожидать шторма. Если дельфины собираются в косяки и больше обычного резвятся - это тоже предвещает шторм. Появление поздней осенью на южных берегах Балтийского моря больших стай чистиков предсказывает раннюю суровую зиму. Все морские птицы, за исключением чайки-моёвки, в полете молчаливы. Поэтому ночные крики морских птиц дают верное направление на сушу. В Индийском и Тихом океанах появление в воде пёстро окрашенных, хорошо заметных с палубы ядовитых морских змей предупреждает о близости берега. Моряк должен удвоить свое внимание, когда на курсе корабля на фоне морской сини, свойственной открытому водному пространству, появится вдруг гладкое или покрытое мелкими бурунчиками зелено-желтое пятно или полоса. Это явление, называемое "цветением моря", наблюдается чаще всего во внутренних морях, заливах и бухтах и указывает на близость мели. Довольно часто при переходе из одного течения в другое обнаруживается резкое изменение цвета воды, связанное с изобилием животного или растительного планктона в одних водах и недостатком - в других. Например, красноватая от рачков вода сменяется зеленоватой от микроскопических водорослей или синей, бедной планктоном водой. Это явление помогает заметить смену одного течения другим, что важно во время хода - 242 - корабля. Подводные скалы Кукиконосаки у берегов Японии, поросшие водорослями, над которыми слой воды достигает 20 м толщины, выдают себя в тихую погоду красноватым оттенком воды, а волнение на участке этих скал совсем иное, чем рядом, над глубинами. Звуки и шумы в морской воде от движения крупных морских животных, прохождения косяков рыбы, шум прибоя нередко могут служить хорошими ориентирами. - 243 -