Основные направления достижения техносферной безопасности

Безопасность работающих и населения. Численность пострадавших в зоне действия источника опасностей в общем виде можно рассчитать по формуле

,

где - численность людей, находящихся в травмоопасных условиях; - численность людей, находящихся во вред­ных условиях; - индивидуальный риск гибели людей от травмоопасных факторов; - индивидуальный риск гибели людей от вредных факторов.

Из этого соотношения, очевидно, что численность погиб­ших можно снижать как за счет снижения индивидуальных рисков и , так и за счет уменьшения численности лю­дей, находящихся в опасных зонах.

В первом варианте решения идут по пути совершенство­вания источника опасности и улучшения его обслужива­ния: снижают его техногенный риск за счет совершенство­вания объекта производственного процесса, улучшения подготовки операторов и т.п. Снижение техногенных рис­ков любой системы неразрывно связано со значительными материальными затратами, чем ниже риск, тем выше затра­ты (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Связь между величиной техногенного риска и материальными затратами на его реализацию

Во втором случае обычно используют: дистанционное управление; роботизацию вплоть до создания «безлюдного производства»; вывод производственных зон из селитебных районов и т.п.

В реальных условиях возможности снижения техноген­ного риска, бесспорно, ограничены, впрочем, ограниченным является и второй вариант решения проблем БЖД, так как не все технические системы можно перевести на дистанци­онное управление, роботизировать и т.п.

Характерное распределение численности лиц, подвер­женных влиянию риска опасного воздействия в примыкающем к источнику пространстве, как правило, неравномерно (рис. 3.2).

Рис. 3.2. Характерное распределение индивидуального риска и численности лиц, подверженных влиянию источника опасности:

А - зона недопустимого риска; Б - зона допустимого риска; - техногенный риск источника

Высоким рискам (зона А) обычно подвержена лишь ма­лая часть работающих (операторы, обслуживающий персо­нал и т.п.), находящихся вблизи источника опасностей или на промышленной площадке. В зоне Б (санитарно-защитная или селитебная зоны) риск уменьшается по мере удале­ния здания от аварийного объекта. Для зоны Б характерно

Полнее влияние техносферы на человека удобно анали­зировать, опираясь на принципиальную схему воздействия источников опасности на человека, представленную на рис. 3.3.

Рис. 3.3. Схема воздействия опасных факторов на человека в техносфере:

Источники опасности: БС - бытовая среда; ГС - городская среда; ЕФ - естественные негативные факторы; ТС - техногенная среда (объекты экономики); объекты защиты: Ч - человек (сообщество); П – природная среда; Т – техносфера

Из анализа процесса взаимодействия человека с техносферой следует, что здесь на человека негативно воздействуют:

• естественные факторы, а именно: изменения климата, освещенности земной поверхности, метеоусловия и стихий­ные явления в природе;

• техника и технологии, управляемые операторами и выделяющие в техносферу различные потоки (материальные и энергетические);

• городская среда (транспорт, объекты жилищно-коммунального хозяйства и т.п.);

• среда быта (технические средства, недоброкачествен­ные продукты питания, бытовые отходы и т.п.).

В современных условиях наиболее доступным решением задачи о минимизации людских потерь в техносфере явля­ются:

• применение средств защиты от естественных опасностей;

• создание источников опасностей ограниченного влия­ния на людей;

• максимальное снижение численности лиц, подверженных воздействию источников опасности;

• применение средств и методов коллективной защиты от техногенных опасностей;

• применение устройств и средств индивидуальной защиты.

Защита селитебных и природных зон. На селитебные и природные зоны негативно воздействуют:

• объекты экономики, выделяющие газообразные, жидкие и твердые отходы, в том числе химические и радиоактивные, при работе в штатных и аварийных ситуациях;

• городская среда, выделяющая отходы жилищно-ком­мунального хозяйства, отходы транспортных средств, ливневые сточные воды, снежную массу и т.п.;

• бытовая среда, выделяющая жидкие и твердые отходы.
Основное уравнение, связывающее массу М отходов экономики с численностью N населения и уровнем ВВП любого сообщества, а также с удельными отходами эконо­мики т, приходящимися на единицу ВВП, можно записать в виде

.

Оценим общую тенденцию изменения массы отходов, поступающих в ОС на ближайшее будущее:

• численность населения Земли в 2008 г. составила 6,6 млрд. чел. и будет непрерывно нарастать (в 2050 г. она составит примерно 9 млрд. чел.);

• ВВП на душу населения практически во всех странах также прирастает в среднем на 2-4% в год;

• удельные отходы экономики в природную среду зависят во многом от способа их улавливания и переработки.

Общая тенденция изменения удельных отходов показа­на на рис. 3.4 в долях единицы по отношению к массе отхо­дов, зафиксированной в 1970 г.

Рис. 3.4. Общая тенденция образования удельных отходов в XX в.

Анализ тенденции изменения массы отходов, непрерыв­но поступающих от объектов экономики, свидетельствует о том, что единственным способом уменьшения их массы и перспективе является сокращение приходящихся на еди­ницу ВВП отходов. Предварительная оценка показывает, что необходимое значение величины т к 2030 г. должно соста­вить 0,2-0,25 от общего количества отходов 1970 г., посколь­ку к этому времени показатели N и ВВП неизбежно возрас­тут по сравнению с их значениями в 2000 г.

В современных условиях основная задача защиты окру­жающей среды сводится к минимизации отходов техносфе­ры за счет рационального использования природных ресур­сов, а также за счет утилизации отходов.

Анализ процессов взаимодействия систем «человек», «природа», «техносфера» и совокупностей опасностей, воз­никающих при этом, а также основ обеспечения безопасно­сти, прежде всего человека и природы, позволяет сформи­ровать основные принципы и подходы к реализации человеко- и природозащитной деятельности:

1) для реализации защитной деятельности целесообразно выделить следующие совокупности систем: «природа - человек», «техносфера - человек» и «техносфера - природа». Последнюю совокупность систем целесообразно рас­сматривать в двух вариантах: «техносфера - регион» и «техносфера - глобальное пространство земли»;

2) при выборе систем защиты от опасностей целесообразно все возможные негативные воздействия разделить на две принципиально отличные группы: I - постоянные (пе­риодические), повседневно-действующие воздействия; II - чрезвычайно (спонтанно) действующие воздействия;

3) по размерам зон воздействия опасности нужно разделить на локальные, региональные и глобальные.

Опасные зоны и варианты защиты от опасностей

Принципиальные варианты взаимного расположения опасных зон и зон пребывания человека в условиях произ­водства показаны на рис. 3.5.

Рис. 3.5. Варианты взаимного положения опасных зоны (ОЗ) и зоны пребывания человека (Ч) в производственных условиях:

I - безопасная ситуация; II - ситуация кратковременной опасности; III - опасная ситуация; IV - условно безопасная ситуация

Вариант I - безопасная ситуация, характерна для усло­вий производства при дистанционном управлении техноло­гическим процессом.

Вариант II - производственная ситуация, обычно возни­кающая при ремонте или наладке оборудования, при его пе­риодическом обслуживании и характеризующаяся кратко­временным пребыванием человека (оператора, наладчика и т.п.) в опасной зоне.

Вариант III - наиболее распространенная производст­венная ситуация, при которой работающий постоянно нахо­дится в опасной зоне (металлург у плавильной печи, токарь у станка и т.п.) и использует для своей защиты от опаснос­тей средства индивидуальной защиты.

Вариант IV - условно безопасная ситуация, возникающая при авариях или в условиях ликвидации их последствий. Она характеризуется высоким уровнем опасностей и отно­сительной непродолжительностью их действия. Спасатель в этих условиях действует непосредственно в опасной зоне и защищен от ее негативного воздействия изолирующими средствами индивидуальной защиты. Длительность его работы, как правило, определяется свойствами защитных средств.

Принципиальные варианты взаимного положения источ­ников опасностей и опасных зон в природной среде обычно сводятся к следующим типовым схемам (рис. 3.6).

Рис. 3.6. Типовая схема взаимного положения источников опасностей и опасных зон в природной среде:

ИО - источник опасности; ОЗ - опасная зона; П - природная среда

Вариант I - источник опасности расположен в природ­ной среде и негативного воздействует на нее по своему приме­ру, ослабляя влияние по мере удаления от источника (регио­ны техносферы, полигоны, свалки, автономные промыш­ленные зоны, зоны аварии на транспорте и т.п.).

Вариант II - сосредоточенный источник опасности (тру­ба ТЭС, место сброса жидких отходов в водоем и т.п.) пода­ет в природную среду отходы, которые рассеиваются в ней в непосредственной близости от источника.

Вариант III - источник опасности выделяет в природ­ную среду отходы, которые, взаимодействуя с компонента­ми природной среды, создают более опасные вещества. Эти вещества образуют в природе опасные зоны, как правило, весьма удаленные от источника поступления отходов в сре­ду (кислотные осадки, смог).

Из рассмотрения состояния техносферы и принципиаль­ных вариантов взаимного расположения опасных зон и объектов защиты можно сформулировать основные подходы к защите от опасностей, а именно:

1) снижение опасностей в источнике их возникновения вплоть до полного устранения за счет уменьшения потоков веществ и энергии от источников к объектам защиты;

2) защита за счет увеличения расстояния между источником опасности и объектом защиты - защита зонированием;

3) защита за счет использования экобиозащитной техники;

4) защита применением средств и устройств индивидуальной защиты.

Снижение опасностей. Основным направлением защи­ты от опасностей является уменьшение или полное их уст­ранение в источнике. Для этого разработчики технических систем и технологий должны максимально внедрять и пра­вильно эксплуатировать специальные защитные устройства.

Данные устройства принято называть внешними средст­вами защиты. Они применяются только для уменьшения вли­яния источника опасности на человека и окружающую среду и не имеют практического значения для технологии основно­го процесса. Номенклатура защитных устройств многообраз­на. К ним относятся шумозащитные, взрыво- и пожарозащитные, электрозащитные, тормозные и другие устройства, конструктивно встроенные в машины и технологические процессы.

Характерными и весьма распространенными способами снижения опасности в источнике являются устройства для защиты человека от поражения электрическим током. Они широко используются в производственных условиях, на транспорте и т.п. Рассмотрим основные из них.

В нормальном режиме работы электрической цепи при­меняют по отдельности или в сочетании следующие меры защиты от прямого прикосновения:

• основную изоляцию токоведущих частей;

• защиту расстоянием (ограждения и оболочки; установку барьеров; размещение оборудования вне зоны досягаемости);

• сверхнизкое (малое) напряжение.

Основная изоляция токопроводящих частей надежно их прикрывает и выдерживает все возможные воздействия в процессе ее эксплуатации. Удаление изоляции возможно только в результате ее разрушения.

В случаях, когда необходима защита от прямого прикос­новения к токоведущим частям или приближения к ним на опасное расстояние, применяют оболочки, ограждения, ба­рьеры или размещение вне зоны досягаемости, например расположением токоведущих частей на недоступной высо­те. Ограждения, барьеры и оболочки должны обладать до­статочной механической прочностью и надежно закрепля­ются. Вход за ограждения или вскрытие оболочки могут быть осуществлены при помощи ключа или инструмента либо после снятия напряжения с токоведущих частей. Ин­струменты выполняются из изолирующего материала.

Для размещения оборудования вне зоны досягаемости при­меняют изолирующие помещения, зоны, площадки (далее - «помещения»), т.е. такие помещения, где защита при при­косновении обеспечивается высоким сопротивлением пола и стен, а также отсутствуют заземленные проводящие части. Сверхнизкое (малое) напряжение (СНН) - это напря­жение, не превышающее 50 В переменного и 120 В постоян­ного тока. Оно применяется в целях уменьшения опасности поражения током при прямом и (или) косвенном прикосно­вениях. При наличии особой опасности в помещении эти значения снижаются.

СНН используют для питания электрифицированного инструмента, переносных светильников и местного освеще­ния на станках в помещениях с повышенной опасностью, особо опасных и вне помещений. В случае особенно небла­гоприятных условий работы в особо опасных помещениях (например, при выполнении работ в металлическом резер­вуаре) для питания переносных светильников применяют напряжение 12 В.

Для защиты от поражения током в случае повреждения изоляции применяют по отдельности или в сочетании сле­дующие меры защиты:

• автоматическое отключение питания;

• уравнивание и выравнивание потенциалов;

• двойную или усиленную изоляцию;

• защитное электрическое разделение цепей;

• изолирующие (непроводящие) помещения, зоны, площадки;

• защитное заземление и зануление;

• устройства защитного отключения.
Автоматическое отключение питания осуществляется посредством автоматического размыкания цепи. В электро­установках, где применено автоматическое отключение пи­тания, выполняют уравнивание потенциалов.

Уравнивание потенциалов - это электрическое соедине­ние электропроводящих частей для достижения равенства их потенциалов, выполняемое в целях электробезопасности.

Выравнивание потенциалов - снижение разности потен­циалов (шагового напряжения) на поверхности земли или пола при помощи защитных проводников, проложенных в земле, в полу или на их поверхности и присоединенных к заземляющему устройству.

Двойная изоляция - это изоляция в электроустановках напряжением до 1 кВ, состоящая из основной и дополни­тельной изоляции. Дополнительная изоляция независима от основной и служит в случае ее повреждения для защиты при косвенном прикосновении (рис. 3.7). При этом под ко­свенным прикосновением понимается прикосновение чело­века к открытым проводящим нетоковедущим частям элек­троустановки, оказавшимся под напряжением в случае повреждения изоляции.

Рис. 3.7. Двойная изоляция кабеля:

1 - токоведущая жила; 2 - изоляция токоведущей жилы (основная изо­ляция); 3 - изоляционная оболочка (дополнительная изоляция)

Усиленная изоляция - это такая изоляция, которая обес­печивает степень защиты от поражения током, равноцен­ную двойной изоляции.

Защитное электрическое разделение цепей - это отделе­ние одной электрической цепи от других в электроустанов­ках до 1 кВ с помощью изоляции.

Защитное заземление предназначено для устранения опасности поражения электрическим током в случае при­косновения к корпусу и к другим открытым проводящим частям электроустановок, оказавшимся под напряжением вследствие замыкания на корпус и по другим причинам (рис. 3.8).

На рис. 3.8 мы видим, что все электроустановки 1 соеди­няются с землей с помощью заземляющих проводников 2, заземлителя 3, образующих в совокупности заземляющее устройство. Сопротивление заземляющих проводников должно быть малым.

Рис. 3.8. Схема защитного заземления в однофазной двухпроводниковой сети

Защитное заземление применяют в сетях напряжением до 1 кВ переменного тока: трехфазных с изолированной нейтралью и однофазных, изолированных от земли, а также в сетях напряжением свыше 1 кВ как с изолированной, так и с заземленной нейтралью.

С помощью защитного заземления уменьшается напря­жение на корпусе относительно земли (напряжение при­косновения) до безопасного значения, следовательно, уменьшается и сила тока, протекающего через тело челове­ка. При замыкании фазы трехфазной сети на корпус элект­роустановки расчетное напряжение прикосновения U_пр между ним и землей будет максимальным и равным напря­жению на заземляющем устройстве:

,

где - ток, протекающий через заземлитель с сопротивле­нием .

Тогда ток, протекающий через человека, стоящего на зем­ле и прикоснувшегося к заземленному корпусу, будет равен

,

где U_Ф - фазное напряжение; r_из - сопротивление изоля­ции; R_Ч - сопротивление человека.

Следовательно, U_np и I_ч напрямую зависят от сопротив­ления заземления r₃, которое не должно превышать 4 Ом в электроустановках напряжением до 1 кВ в сетях с изоли­рованной нейтралью. В отдельных случаях допускается со­противление заземляющего устройства до 10 Ом.

Защитное зануление применяется в электроустановках напряжением до 1 кВ и представляет собой преднамеренное соединение открытых проводящих частей электроустано­вок (в том числе их корпусов) с глухозаземленной нейтра­лью генератора или трансформатора в сетях трехфазного тока; с глухозаземленным выводом источника однофазного тока; с заземленной точкой источника в сетях постоянного тока. Это соединение выполняют посредством нулевого за­щитного проводника.

Зануление (рис. 3.9) превращает пробой на корпус в ко­роткое замыкание (КЗ) между фазным и нулевым защит­ным проводниками и способствует протеканию тока I_К боль­шой величины, обеспечивающего срабатывание аппарата защиты, автоматически отключающего поврежденную уста­новку от питающей сети. Такой защитой могут быть плав­кие предохранители или автоматические выключатели. Ток короткого замыкания должен быть такой величины, чтобы вызвать перегорание плавкой вставки предохранителя или срабатывание автоматического выключателя за время, не превышающее допустимое.

Рис. 3.9. Схема защитного зануления:

A3 - аппарат защиты тока от короткого замыкания

Наибольшее допустимое время защитного автоматичес­кого отключения равно 0,8; 0,4; 0,2; 0,1 с в зависимости от номинального фазного напряжения сети 127, 220, 380 и бо­лее 380 В соответственно.

Нулевой защитный проводник соединен с землей посред­ством заземления нейтрали (r₀) и повторных заземлителей (r_n), которые выполняются на концах воздушных линий длиной более 200 м. Сопротивление заземления нейтрали, общее сопротивление повторных заземлителей не должны превышать установленных малых значений (например, в се­ти 380/220 В соответственно 4, 10 и 30 Ом).

Защитное отключение - это система быстродействую­щей защиты, автоматически (за 0,2 с и менее) отключающая электроустановку при возникновении в ней опасности по­ражения человека электрическим током. Защитное отклю­чение применяется в тех случаях, когда невозможно или трудно осуществить защитное заземление или зануление либо когда высока вероятность прикосновение людей к не­изолированным токоведущим частям электроустановок.

Рассмотрим еще примеры использования средств обес­печения безопасности в источнике.

Для защиты от высокого давления при взрыве газа в по­мещениях применяют специальные вышибные оконные конструкции. Они аналогичны устройствам для сброса дав­ления взрыва смесей газов и пылей, которые широко ис­пользуют в промышленности (вышибные оконные проемы, легкосбрасываемая кровля помещений).

В транспортных средствах широко используются ремни и подушки безопасности, откидные рулевые колонки и т.п.

Защитное зонирование. Для ослабления негативного влияния источников опасностей на население, селитебные и природные зоны широко используется защитное зониро­вание территорий и вывод предприятий из селитебных зон.

Объекты экономики, являющиеся источниками загряз­нения атмосферного воздуха, должны иметь санитарно-защитную зону (СЗЗ), отделяющую предприятие от жилой за­стройки. Территория СЗЗ предназначена для уменьшения отрицательного влияния предприятий и обеспечения тре­буемых гигиенических норм содержания загрязняющих ве­ществ в приземном слое атмосферы, для создания санитарно-защитного и архитектурно-эстетического барьера между территорией предприятия (группы предприятий) и терри­торией жилой застройки и др.

На территории СЗЗ можно размещать предприятия (со­оружения) с производствами меньшего класса вредности, чем производство, для которого установлена санитарно-защитная зона, или здания подсобного и обслуживающего назначения, занимающие не более 50% площади СЗЗ. Это такие предприятия, как: пожарное депо, бани, прачечные, гаражи, склады, здания управления, конструкторское бюро, магазины, предприятия общественного питания, науч­но-исследовательские лаборатории, связанные с обслужи­ванием данного производства. Остальная территория СЗЗ должна быть озеленена.

К сожалению, в СЗЗ России в 2010 г (по данным совет­ника РАН А. Яблокова) проживают более 3 млн. человек.

СЗЗ около источников опасности могут быть установле­ны и с учетом негативного влияния других, например, энер­гетических воздействий опасного объекта. В табл. 3.1 при­ведено сопоставление размеров СЗЗ некоторых опасных объектов, рассчитанных по фактору вредных выбросов и шуму. Видно, что во многих случаях необходимые разме­ры СЗЗ существенно отличаются друг от друга. Реализуе­мое значение размеров СЗЗ должно соответствовать ее мак­симальному расчетному значению.

Экобиозащитная техника. Для защиты человека и (или) природы от опасностей широко применяют экобиозащитную технику. Она представляет собой защитные устройст­ва, устанавливаемые на пути опасного потока от источника до защищаемого объекта.

ТаблицаЗ.1