Вопрос 2. Электробезопасность. Технические средства защиты от поражения электрическим током

В общем числе травм на производстве с временной доля электротравм незначительна – около 2 %, однако среди травм с летальным исходом электротравмы занимают ведущее место – более 12%, т.е. каждая седьмая смертельная травма вызвана электрическим током. Основными причинами массовости электротравматизма являются:

- физиологическая несовместимость электрического тока и биологических процессов в организме;

- отсутствие внешних признаков опасности оголенных токоведущих частей или металлических конструкций, случайно оказавшихся под напряжением (нет дыма, свечения и других угрожающих признаков);

- недооценивание работниками величины опасности.

Степень опасного и вредного воздействия на человека электрического тока, электрической дуги и электромагнитных полей зависит от:

- рода и величины напряжения и тока;

- частоты электрического тока;

- пути через тело человека и продолжительности воздействия электрического тока или электромагнитного поля на организм человека;

- условий внешней среды.

Электробезопасность – система организационных, технических мероприятий и средств, обеспечивающих защиту людей от вредного и опасного воздействия электрического тока, электрической дуги, ЭМП и статического электричества (ГОСТ 12.1.009-99):

- выполнением организационных мероприятий, обеспечивающих безопасную эксплуатацию электроустановок (ГОСТ 12.1.019-79* «Электробезопасность. Общие требования и номенклатура видов защиты»);

- выполнением технических мероприятий при подготовке рабочих мест со снятием напряжения;

- применением мер защиты от поражения электрическим током;

- использованием средств защиты в электроустановках;

- молниезащитой зданий, сооружений, промышленных коммуникаций;

- организацией технической эксплуатации электроустановок.

Технические мероприятия при подготовке рабочих мест со снятием напряжения включают в себя следующие:

- производство необходимых отключений и создание видимого разрыва цепи (рубильник);

- вывешивание запрещающих плакатов, например, «Не включать. Работают люди»;

- проверка отсутствия напряжения на обесточенных токоведущих частях, подлежащих заземлению;

- наложение переносного заземления;

- ограждение оставшихся под напряжением других токоведущих частей и вывешивание предписывающих плакатов «Работать здесь»

Меры защиты от поражения электрическим током объединяются в три группы: обязательные мероприятия, меры защиты от прямого прикосновения и меры защиты от косвенного прикосновения. Обязательные мероприятия: соблюдение расстояний до токоведущих частей; применение блокировок для предотвращения ошибочных действий оператора; применение предупреждающих сигнализации, надписей и плакатов; использование устройств для снятия ЭМП и другие.

В целом, меры обеспечения электробезопасности сводятся к трём путям (рис.5.4).

Рисунок 5.4 – Пути обеспечения электробезопасности

Каждый случай поражения электрическим током имеет свои особенности, но все множество причин протекания тока через тело человека можно объединить в следующие группы:

1. Двухполюсное прикосновение.

Суть: человек двумя точками тела касается разнополярных токоведущих частей. Случат такого прикосновения происходят относительно редко, как правило, в результате грубого нарушения техники безопасности при эксплуатации электроустановок напряжением ниже 1000 В (открытые рубильники, незащищенные клеммные платы и др.). Т.к. напряжение прикосновения равно рабочему напряжению сети, то ток, проходящий через тело человека превышает значения тока, вызывающего фибрилляцию (100 мА), поэтому такой контакт приводит к летальному исходу.

Защита: т.к. средствами автоматического контроля выявить наличие человека в цепи невозможно (человек включается параллельно сопротивлению нагрузки сети), следовательно, необходимо строгое соблюдение организационных мероприятий.

2. Однополюсное (однофазное) прикосновение

Суть: человек касается токоведущей части только одной точкой тела. Чаще всего такое прикосновение возможно при касании человека корпуса электротехнического изделия. Именно в этом случае возникают большинство электротравм.

Защита: выбор средств защиты обусловливается видом электроустановки и условиями её эксплуатации и могут быть представлены защитным заземлением, занулением, отключением, разделением сетей и контролем изоляции.

3. Остаточный заряд

Суть: под остаточным, понимается заряд на конденсаторе, сохраняющийся некоторое время после отключения источника питания. Поражение человека происходит при прикосновении его к одной из обмоток конденсатора. Чаще всего от остаточного заряда формируются вторичные электротравмы.

Защита: соблюдение основного правила техники безопасности: после снятия рабочего напряжения не берись за токоведущие части, предварительно не разрядив ёмкости.

4. Наведенный заряд

Суть: в этом режиме человек прикасается к металлическому нетоковедущему предмету, находящемуся в зоне внешнего электромагнитного поля. Формы проявления разнообразны. Опасными последствиями являются вторичные электротравмы, ожог искровым разрядом, пожар при воспламенении топлива.

5.Заряд статического электричества

Суть: человек прикасается к металлическому предмету, изолированному от земли или к конструкции из изоляционного материала, несущего заряд статического электричества. Возможность формирования статического электричества увеличилась в связи с массовым применением пластмасс, обладающих высоким сопротивлением.

Защита: обеспечивается путём формирования цепей для снятия зарядов статического электричества (заземление металлоконструкций, снижение омнического сопротивления изоляционных материалов путём введения в них проводящих примесей, периодического обливания изоляционных конструкций проводящими жидкостями ит.д.)

6. Напряжение шага

Суть: действию тока человек может подвергнуться, находясь на поверхности земли вблизи места замыкания на землю. Напряжением шага называется разность потенциалов двух точек поверхности земли, на которых находится человек, при этом в расчётах ширина шага принимается равной 0.8 м. Этот вид напряжения зависит от максимального потенциала в зоне растекания и расстояния, на котором находится человек от места замыкания.

7. Электрический пробой воздушного промежутка

Суть: эта схема включения характерна для высоковольтных цепей, когда человек приближается на недопустимо близкое расстояние к высоковольтной токоведущей части. В результате происходит электрический пробой воздушного промежутка и формируется дуговой разряд. При неблагоприятных условиях, когда цепь тока не прерывается, термическую травму завершает биологическое поражение током и формируется ожог, разрушаются кожные покровы, мышечная и костная ткани.

Защита: достигается путём обеспечения недоступности токоведущих частей оборудования.

Итак, все виды мероприятий по защите человека от поражения электрическим током объединяются в две группы: организационные и технические, которые способны

Рисунок 5.5 - Технические средства обеспечения электробезопасности

защитить человека как при прямом, так и при косвенном контакте с токоведущими частями электрооборудования.

Выбор технических способов (рис. 5.5) и средств защиты устанавливаются с учетом:

а) номинального напряжения, рода и частоты тока электроустановки;

б) способа электроснабжения (от стационарной сети, от автономного источника питания электроэнергией);

в) режима нейтрали (средней точки) источника питания электроэнергией изолированная, заземленная нейтраль);

г) вида исполнения (стационарные, передвижные, переносные);

д) возможности снятия напряжения с токоведущих частей, на которых или вблизи которых должна производиться работа;

е) характера возможного прикосновения человека к элементам цепи тока:

- однофазное (однополюсное) прикосновение;

- двухфазное (двухполюсное) прикосновение;

- прикосновение к металлическим нетоковедущим частям, оказавшимся под напряжением;

ж) возможности приближения к токоведущим частям, находящимся под напряжением, на расстояние меньше допустимого или попадания в зону растекания тока;

з) видов работ: монтаж, наладка, испытание, эксплуатация электроустановок, осуществляемых в зоне расположения электроустановок, в том числе в зоне воздушных линий электропередачи.

и) условий внешней среды:

· особо опасные помещения – характеризуются наличием одного из трёх условий: особой сырости, когда относительная влажность воздуха близка к 100%; химически активной среды, когда содержащиеся пары или образующиеся отложения действуют разрушающе на изоляцию и токоведущие части оборудования; двух и более признаков одновременно, свойственных помещениям с повышенной опасностью.

· помещения повышенной опасности – характеризуются наличием следующих признаков: сырости, когда относительная влажность превышает 75%; высокой температуры воздуха (выше 35ºC); токопроводящей пыли (угольная, металлическая и др.); токопроводящих полов (металлических, земляных, железобетонных, кирпичных и т.п.); возможности одновременного прикосновения человека к имеющим соединение с землёй металлоконструкциям зданий, технологическим аппаратам с одной стороны и к металлическим корпусам электрооборудования – с другой.

· помещения без повышенной опасности – это сухие, беспыльные помещения с нормальной температурой воздуха и с изолирующими полами, т.е. в которых отсутствуют условия, свойственные помещениям с повышенной опасностью и особо опасным.

· на открытом воздухе.

Приведем краткую характеристику способов реализации средств защиты от электроопасности.

1) Изоляция токопроводящих частей и её непрерывный контроль. Для предупреждения электропоражений применяется рабочая изоляция токоведущих частей, кроме того применяется двойная изоляция – это изоляция металлических частей электрооборудования нормально не находящихся под напряжением. Согласно Правил устройства электроустановок сопротивление изоляции должно быть не менее 0.5 - 10·10⁶ Ом. Этот метод защиты имеет недостаток – при пробое на корпусе работа установки не прекращается и человек не подозревает об опасности. Основной характеристикой изоляции является сопротивление, которое способно уменьшаться при увлажнении, загрязнении, нагревании, в связи с чем, необходим постоянный контроль за её состоянием. Существуют основные и дополнительные изолирующие средства. Основными называют такие средства, изоляция которых надежно выдерживает рабочее напряжение. Дополнительные средства усиливают изоляцию человека от токопроводящих частей и земли. В таблице 5.1 приведены основные сведения об изолирующих электрозащитных средствах.

Таблица 5.1 – Классификация изолирующих электрозащитных средств

Вид	Напряжение электроустановки, В
До 1000	Выше 1000
Основные	-Изолирующие штанги, -изолирующие и токоизмерительные клещи, -диэлектрические перчатки, -инструмент с изолированными рукоятками, -указатели напряжения	- Оперативные и измерительные штанги, - изолирующие и токоизмерительные клещи, - указатели напряжения, - изолирующие устройства и приспособления для ремонтных работ
Дополнительные	-Диэлектрические галоши, - диэлектрические резиновые коврики, - изолирующие подставки	_ Диэлектрические перчатки и обувь, - диэлектрические резиновые коврики, - изолирующие подставки

2) Обеспечение недоступности токоведущих частей. Прикосновение к токоведущим частям электроустановок всегда опасно, а при напряжении выше 1000 В опасно даже приближение к токоведущим частям. Чтобы исключить прикосновение или приближение к токоведущим частям обеспечивается недоступность посредством:

- сплошных или сетчатых ограждений;

- блокировок (при напряжении выше 250 В), которые автоматически отключают питание от токоведущих частей электроустановок;

- расположении токоведущих частей на недоступной высоте или в недоступном месте.

3) Защитное отключение – система защиты, обеспечивающая безопасность путём автоматического отключения электроустановки за 0.03 – 0.1 секунды при возникновении аварийной ситуации. При применении защитного отключения безопасность обеспечивается её быстродействием. Устройства защитного отключения наиболее эффективное средство обеспечения электробезопасности, однако, как любая сложная система обладает определённым уровнем надёжность, что обусловливает необходимость их применения в сочетании с защитным заземлением и занулением.

4) Защитное заземление – преднамеренное электрическое соединение с землей или её эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением вследствие замыкания на корпус и по другим причинам. Принцип действия защитного заземления – снижение до безопасных значений напряжений прикосновения и шага, обусловленных замыканием на корпус, что достигается путём уменьшения потенциала заземлённого оборудования, а также путём выравнивания потенциалов основания, на котором стоит человек и заземлённого оборудования. Область применения:

- сети, напряжением до 1000 В переменного тока трехфазные трехпроводные с изолированной нейтралью, однофазные двухпроводные, изолированные от земли, а так же постоянного тока двухпроводные с изолированной средней точкой обмоток источника тока;

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

Защитное заземление необходимо отличать от рабочего и заземления молниезащиты. Рабочее заземление – преднамеренное соединение с землей отдельных точек электрической цепи. Заземление молниезащиты – преднамеренное соединение с землёй молниеприёмников и разрядников в целях отвода от них токов молнии в землю.

Осуществляется защитное заземление с помощью заземляющего устройства – совокупности проводников к заземлителю. Заземлитель – проводник или совокупность соединённых между собой проводников, находящихся в соприкосновении с землёй. Заземлители могут быть естественными (находящиеся в земле металлические предметы) и искусственными (вертикальные и горизонтальные электроды). Заземляющее устройство бывает 2 видов: контурное и выносное. Контурное заземляющее устройство характеризуется тем, что электроды его заземлителя размещаются по контуру (периметру) площадки, на которой находится заземляемое оборудование. Т.к. электроды распределяются по площадке равномерно, то контурное заземление называют распределённым. В случае, если оборудование, подлежащее защите расположено рассредоточено или при высоком сопротивлении земли на данной территории (песчаные или скалистые грунты) применяют выносное зеземляющее устройство. Недостатком выносного устройства является отдалённость заземлителя от защищаемого оборудования.

5) Защитное зануление предназначено для защиты в трёхфазных четырёхпроводных сетях с глухозаземлённой нейтралью, работающих под напряжением до 1000 В, т.к. в этих сетях использование защитного заземления не эффективно. Обычно это сети 220/127, 380/220, 660/380 В. Зануление – это преднамеренное соединение с нулевым защитным проводником металлических нетокопроводящих частей, которые могут оказаться под напряжением. Оно превращает пробой на корпус в короткое замыкание между фазным и нулевым проводами и способствует протеканию тока большой силы через устройства защиты сети, а конечном итоге - быстрому отключению поврежденного оборудования. Ток короткого замыкания должен в 3 раза превышать номинальный ток плавкой вставки предохранителя.

6) Электрическое разделение сетей – это разделение электрической сети на отдельные электрически не связанные между собой участки с помощью разделительных трансформаторов. Из-за большой протяженности и разветвлённости электрической сети, она имеет большую ёмкость и небольшое сопротивление исправной изоляции фаз. Вследствие этого могут возникнуть большие токи замыкания на землю и повышается опасность при прикосновении человека к фазе. Для снижения этой опасности электрическую сеть разделяют на несколько небольших сетей (до 1000 В) такого же напряжения, т.к. они обладают небольшой ёмкостью и большим сопротивлением фаз.

7) Для обеспечения безопасности работ в действующих электроустановках должны выполняться следующие организационные мероприятия:

- назначение лиц, ответственных за организацию и безопасность производства работ;

- оформление наряда или распоряжения на производство работ (оформление работ нарядом-допуском (в электроустановках с напряжением выше 1000 В), распоряжением (в установках, выполняемых в порядке текущей эксплуатации);

- осуществление допуска к проведению работ в зависимости от вида отвественности работ с электроустановками (в установках с напряжением выше 1000 В выдается наряд-допуск с письменным заданием; для работы с установками до 1000 В и для проведения не ответственных работ в установках выше 1000 В – распоряжение, задание на производство работ дается в устной форме; установки до 1000 В обслуживаются в порядке текущей эксплуатации);

- организация надзора за проведением работ;

- оформление окончания работы, перерывов в работе, переводов на другие рабочие места;

- установление рациональных режимов труда и отдыха.

Таким образом, к работе в электроустановках должны допускаться лица, прошедшие инструктаж и обучение безопасным методам труда, проверку знаний правил безопасности и инструкций в соответствии с занимаемой должностью применительно к выполняемой работе с присвоением соответствующей квалификационной группы по технике безопасности и не имеющие медицинских противопоказаний.

Для обеспечения безопасности работ в электроустановках следует выполнять:

-отключение установки (части установки) от источника питания;

-проверка отсутствия напряжения;

-механическое запирание приводов коммутационных аппаратов,

-снятие предохранителей, отсоединение концов питающих линий и другие меры, исключающие возможность ошибочной подачи напряжения к месту работы;

-заземление отключенных токоведущих частей (наложение переносных заземлителей, включение заземляющих ножей);

-ограждение рабочего места или остающихся под напряжением токоведущих частей, к которым в процессе работы можно прикоснуться или приблизиться на недопустимое расстояние.

Вопрос 3. Защита от электромагнитных излучений (ионизирующих и неионизирующих) (самостоятельное изучение)

Средства и способы защиты от неионизирующих электромагнитных излучений обусловливаются видом излучения, его интенсивностью, условиями окружающей среды и многими другими факторами. Условно все методы и средства защиты от ЭМИ радиочастот разделим на две большие группы: организационные и технические (рис.5.6) Организационные мероприятия по защите персонала от воздействия электромагнитных полей (ЭМП) включают в себя:

- нормирование времени и интенсивности действия ЭМП;

- выбор режимов работы излучающего оборудования;

- рациональное размещение облучающих и облучаемых объектов: увеличение расстояний между ними, подъем антенн или диаграмм направленности и т.д.(защита расстоянием);

- ограничение времени и места нахождения в зоне воздействия ЭМП (защита временем);

- обозначение и ограждение зон с повышенным уровнем ЭМП;

- лечебно-профилактические мероприятия (табл. 5.2);

- обучение персонала безопасным приемам работы с источниками ЭМП.

Рисунок 5.6 – Виды защитных методов и средств защиты от электромагнитных излучений радиочастотного диапазона

Таблица 5.2 – Лечебно профилактические мероприятии по защите персонала от действия ЭМП

Коллективная защита	Индивидуальная защита
- применение средств наглядного предупреждения о наличии ЭМП; - вывешивание плакатов, памяток с перечнем основных мер предосторожности; - проведение лекций по безопасности труда при работе с источниками ЭМП и профилактике переоблучений	- проведение медицинского освидетельствования при приеме на работу; - периодические медицинские обследования и врачебные наблюдения за персоналом; - объективная информация об уровне интенсивностей на рабочем месте и четкое представление об их возможном влиянии на состояние здоровья работающих; - проведение инструктажа по правилам техники безопасности при работе в условиях воздействия ЭМИ

Защита расстоянием – основывается на падении интенсивности излучения, которое обратно пропорционально квадрату расстояния и применяется, если невозможно ослабить ЭМП другими мероприятиями, в том числе и защитой временем. Необходимо отметить, что:

1.Этот вид защиты положен в основу зон нормирования излучений для определения необходимого разрыва между источниками ЭМП и жилыми домами, служебными помещениями и т.д.

2. Для каждой установки, излучающей электромагнитную энергию, определяются санитарно-защитные зоны, в которых ЭМП не превышает ПДУ.

Так, например, защита расстоянием от ЭП промышленной частоты, создаваемого системами передачи электроэнергии, осуществляется путем установления СЗЗ для линий электропередачи. Вдоль трассы высоковольтных линий электропередач с горизонтальным расположением проводов и без средств снижения напряженности электрического поля по обе стороны от нее на следующих расстояниях от проекции на землю крайних фазных проводов в направлении, перпендикулярном к высоковольтной линии:

330 кВ – 20 м

500 кВ – 30 м

750 кВ – 40 м

1150 кВ – 55 м (СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03 Санитарно-защитные зоны и санитарная классификация предприятий, сооружений и иных объектов, СанПиН 2971-84 защита населения от воздействия электрического поля, создаваемого воздушными линиями электропередачи переменного тока промышленной частоты).

Защита временем – применяется, когда нет возможности снизить интенсивность излучения в данной точке до предельно допустимых уровней (ПДУ). В действующих санитарных нормах ПДУ предусмотрена зависимость между интенсивностью плотности потока энергии и временем облучения. ПДУ ЭМИ регламентируются:

· ГОСТ 12.1.002-84 ССБТ. Электрические поля промышленной частоты. Допустимые уровни напряженности и требования к проведению контроля на рабочих местах

· ГОСТ 12.1.045 – 84 ССБТ. Электростатические поля. Допустимые уровни напряженности и требования к проведению контроля на рабочих местах

· ГОСТ 12.1.006-84 ССБТ. Электромагнитные поля радиочастот. Допустимые уровни на рабочих местах и требования к проведению контроля

· МУК 4.3.044-96 Определение уровней электромагнитного поля, границ санитарно-защитной зоны и зон ограничения застройки в местах размещения передающих средств радиовещания и радиосвязи кило-, гекто и дециметрового диапазонов.

Расчет допустимого времени пребывания (Т) персонала в ЭМП промышленной частоты при напряженности от 5 до 20 кВ/м определяют по формуле:

(5.9)

где Е – напряженность электрического поля в контролируемой зоне, кВ/м.

Предельно допустимый уровень напряженности ЭП на рабочем месте в течение всей смены устанавливается равным 5 кВ/м (ГОСТ12.1.002-84 ССБТ. Электрические поля промышленной частоты. Допустимые уровни напряженности и требования к проведению контроля на рабочих местах. М.: Изд-во стандартов, 1984). При напряженности ЭП от 20 до 25 кВ/м допустимое время пребывания составляет 10 мин. Пребывание в ЭП с напряженностью более 25 кВ/м без средств защиты не допускается. Если персонал в течение рабочего дня вынужден находится в зонах с различной напряженностью, то время его безопасного пребывания определяется по формуле:

(5.10)

где Т_пр – приведенное время, эквивалентное биологическому эффекту пребывания в ЭП нижней границы нормируемой напряженности, ч;

t_Е1, t_Е2, t_Еn – время пребывания в контролируемых зонах с напряженностями Е_1, Е_2, Е_n, ч;

Т_Е1, Т_Е2, Т_Еn – допустимое время пребывание для соответствующих зон, ч.

Отметим, что приведенное время не должно превышать 8 ч.

Контроль за источниками ЭМИ РЧ осуществляют в соответствии с СанПиН 2.2.4.1191-03 «Электромагнитные поля в производственных условиях». Оценку воздействия ЭМИ РЧ (60 кГц – 300 ГГц) осуществляют по энергетической экспозиции (ЭЭ), которая определяется интенсивностью ЭМИ РЧ и временем его воздействия на человека.

Рабочие места по обслуживанию радиотехнических и электронных устройств ВЧ и УВЧ находятся в ближней зоне и на оператора оказывают воздействие как электрическая, так и магнитная составляющая поля. Расчет напряженности поля в зоне излучения для электрической составляющей может производиться по формуле Шулейкина-Вандер-Поля:

(5.11)

Где E – напряженность электрической составляющей ЭМП, В/м

P – мощность передатчика, Вт

Ga – коэффициент усиления антенны

F – множитель ослабления для потерь электромагнитной энергии в почве, который зависит от параметров почвы, длины волны и расстояние от антенны до точки измерения.

Предельно допустимый уровень ЭМП для средств связи и телевизионного вещания определяется по формуле:

(5.12)

Е_пду – значение предельно допустимого уровня напряженности электрического поля, В/м;

f – частота, МГц.

В диапазоне частот 300 МГц – 300 ГГц (СВЧ) нормируется плотность потока энергии П_пд и энергетическая нагрузка на человека за рабочий день Э_пд.. Значение плотности потока энергии не должно превышать 10 Вт/м², даже при кратковременном нахождении людей в данной зоне, т.е. при плотности потока энергии больше 10 Вт/м² нахождение людей без средств защиты запрещается. В случае, если плотность потока меньше указанной величины, то можно рассчитать допустимое время (Т_пд) нахождения людей в этой зоне:

(5.13)

где Э_пд – нормативная величина энергетической нагрузки за рабочий день, Вт·ч/м²;

П – значение плотности потока энергии ЭМП в зоне нахождения человека, при равномерном распределении электромагнитного поля в пространстве, Вт/м²

Для уменьшения воздействия ЭМП радиочастот эффективно применение следующих мер:

- уменьшение напряженности и плотности потока энергии ЭМП путем согласования нагрузок и поглотителей мощности;

- экранирование рабочих мест;

- удаление рабочего места от источника ЭМП (дистанционное управление);

- рациональное размещение в рабочем помещении оборудования, излучающего электромагнитную энергию;

- установление рациональных режимов работы оборудования и обслуживающего персонала;

- применение предупреждающей сигнализации (световой, звуковой, цветовой).

Защита от ЭМП радиочастотного диапазонаосуществляется использованием коллективных и индивидуальных средств защиты, изготавливаемых из радиотражающих (ч.в. металлические сетки, их недостаток – создают отраженные волны, способные усилить облучение человека) и радиопоглощающих материалов (табл 5.3).

Таблица 5.3 – Характеристики некоторых радиопоглощающих материалов

материал	Тип марки	Диапазон поглощенных волн, см	Коэффициент отражения по мощности, %	Ослабление проходящей мощности
Резиновые коврики	В2Ф-2	0.8-4	1-2	98-99
Магнитодиэлектрические пластины	ХВ-0.8	0.8	1-2	98-99
Поглощающие покрытия на основе поролона	«Болото»	0.8-100	1-2	98-99
Ферритовые пластины	СВЧ -0.68	15-200	3-4	96-97

Несмотря на то, что поглощающие материалы более надежны, чем отражающие, их применение ограничивается высокой стоимостью и узостью спектра поглощения.

Т.к. радиоизлучения могут проникать в помещение, где находятся люди через оконные и дверные проемы. Для их экранирования, застекления потолочных фонарей применяется металлизированное стекло. Экранирующие свойства такому стеклу придает тонкая прозрачная пленка оксида олова или пленка металлов (меди, никеля и их сочетаний). Нанесенная на одну сторону стекла она ослабляет интенсивность излучения в диапазоне 0.8-150 см на 30 дБ (т.е. в 1000 раз). При нанесении такой пленки на две стороны стекла, поглощающая способность возрастает до 40 дБ , т.е в 10 000 раз.

Для защиты населения от воздействия от ЭМП в строительных конструкциях в качестве защитных экранов применяется металлическая сетка или любое проводящее покрытие. Чаще всего достаточно использование заземленной металлической сетки, помещаемой под облицовочный или штукатурный слой. В целом, радиоэкранирующими свойствами обладают практически все строительные материалы.

Если ослабление ЭМП строительными конструкциями не достаточно, то в помещении должны быть экранированы стены, потолок, оконные и дверные проемы, вентиляционная система. Монтаж экранов производится прикреплением стальных или дюралевых листов к поверхностям помещения.

Инженерно-технические мероприятия по защите от ЭМП РЧ основываются на применении экранирования ЭМП непосредственно в местах пребывания человека. Обычно применяют 2 вида экранирования:

1) экранирование источников ЭМП от людей;

2) экранирование людей от источников ЭМП.

В диапазонах радиочастот определяющей оценкой материала для ЭМИ экранирования является произведение проводимости на его магнитную проницаемость σ × μ. Здесь главную роль играет поверхностный эффект, т.к. токи, протекающие в глубинных слоях толщи экрана значительно меньше поверхностных. Поверхностный эффект характеризуется глубиной проникновения δ:

(5.14)

Где δ –глубина проникновения, м

μ – магнитная проницаемость материала (Гн/м) (табл. 4)

σ – удельная проводимость (См/м)

ω – круговая частота ( ), Гц

Наибольшая эффективность защиты от ЭМП достигается локализацией ЭМП радиотехнического устройства с помощью корпуса или при помощи экрана. Обычно проектируют защиту от магнитного, электрического и электромагнитного полей. В большинстве случаев с двух сторон от экрана находится одна и та же диэлектрическая среда – воздух (рис. 5.7).

Рисунок 5.7 – Прохождение электромагнитной волны сквозь плоский экран

Рабочие места по обслуживанию СВЧ – аппаратуры практически всегда находятся в дальней зоне и воздействие ЭМП оценивается плотностью потока энергии. В области СВЧ (10⁹ – 10¹⁰ Гц) длина волны соизмерима с диаметром экрана и эффективность экранирования носит колебательный характер.

Защитные свойства экранов основаны на эффекте ослабления напряженности и искажения электрического поля в пространстве вблизи заземленного металлического предмета. Эффективность экранирования определяется:

а) структурой ЭМП (магнитные, электрические, плоская волна, поперечные волны ТЕ и т.д.), зависящей от конфигурации и расположения источника излучения;

б) конструкцией экрана:

1. конфигурацией (плоский, круговой, цилиндрический, рис.5.8);

Рисунок 5.8 – Конструкции экранов

2. толщиной (толстостенные h>0.1D и тонкостенные h < 0.1D, где D – наибольшее расстояние между точками оболочки);

3. степенью герметичности (герметичные и негерметичные, т.е. имеющие отверстия в результате нарушения технологического процесса производства или несовершенства самой конструкции);

4. материалом (немагнитные – медь, алюминий, свинец и т.д. и магнитные).

В качестве экранов обычно применяют металлические листы, которые обеспечивают быстрое затухание поля в материале, однако часто это экономически не выгодно. Поэтому были разработаны следующие не материалоемкие виды защиты от ЭМП:

- проволочные сетки

- фольговые материалы из диамагнитных материалов: алюминия, латуни, цинка

- токопроводящие краски – создают на основе пленкообразующего материала с добавлением проводящих составляющих (коллоидное серебро, графит, сажа, порошки меди, алюминия), пластификатора, отвердителя

- материалы с металлизированной поверхностью

- радиопоглощающие материалы изготавливают в виде эластичных и жестких пенопластов, тонких листов, рыхлой сыпучей массы, керамико-пластические композиции

- многослойные материалы (экраны состоят из чередующихся немагнитных или магнитных слоев; на границе слоев осуществляется многократное отражение волн, что обусловливает высокую эффективность экранирования)

- перфорированные материалы используют для экранирования каналов

- сотовые решетки для экранирования в диапазоне до 35 ГГц (рис.5.9).

Рисунок 5.9 – Сотовые решетки, применяемые для экранирования ЭМП в частотных диапазонах: а) до 1 ГГц; б) до 10 ГГц; в) до 35 ГГц.

Методика расчета экранирующего устройства заключается в оценке эффективности применения материалов и конструкций. Исходными данными для проведения расчета являются:

- геометрические размеры экрана и технологических проемов,

- электрические и магнитные характеристики применяемого материала,
- длина волны излучения,

- напряженность поля в рабочей зоне,

- длительность пребывания человека в ЭМП.

Необходимые формулы для оценки эффективности различных видов технических средств для защиты от электромагнитных излучений приведены в «Методических указаниях к практическим работам». Приведем упрощённый порядок оценки эффективности средств защиты.

Алгоритм оценки эффективности сплошного экрана:

1. Определяем, в какой зоне находится рабочее место и уточняем формулу расчета эффективности экрана в зависимости от преобладающего воздействия составных электромагнитного поля.

2. Рассчитываем глубину проникновения ЭМП в материал экрана.

3. Вычисляем эквивалентный радиус экрана.

4. Рассчитываем волновое сопротивление.

5. Определяем эффективность экранирования.

Алгоритм принятия решения о виде инженерной защиты оператора

1. Определяем предельно допустимое значение плотности потока энергии в заданном диапазоне частот.

2. Рассчитываем радиус опасной зоны.

3. Вычисляем плотность потока энергии в месте нахождения оператора.

4. Определяем требуемую эффективность экранирования.

5. Осуществляем подбор мероприятий и средств в зависимости от требуемой эффективности.

Алгоритм определения размеров волновода технических отверстий в экране заданной эффективности

1. Определяем длину волны излучения.

2. Определяем снижение ЭМП в волноводе заданных размеров.

3. Определяем необходимую длину волновода (отношение необходимого снижения к фактическому). Если это отношение больше 1, то использовать данную конструкцию не получится. Поэтому может быть принято решение об использовании фильтра типа «сотовых решеток».

4. Принимаем размер ячеек.

5. Определяем количество ячеек.

6. Рассчитываем снижение плотности потока энергии на 1 м длины ячейки.

7. Определяем длину волновода «сотовая решетка».

К индивидуальным средствам защиты от ЭМИ радичастотного, сверхвысокочастотного излучения и излучений промышленной частоты относятся средства, указанные в таблице 5.4.

Таблица 5.4 – Специальные средства защиты от действия ЭМИ

Средства защиты	Диапазон ЭМИ
РЧ	СВЧ	ПЧ
Одежда	-	Радиозащитные костюмы, комбинезоны, халаты, фартуки, куртки из х/б ткани с микропроводом	Костюмы, комбинезоны из тканевого волокна в сочетании с экранирующим проводящим слоем с удельным поверхностным сопротивлением не более 10 кОм
Обувь	-	Бахилы из х/б ткани с микропроводом	Токопроводящие ботинки, полуботинки; Сапоги, полусапоги, галоши резиновые повышенной электропроводимости
Средства защиты рук	-	Рукавицы из х/б ткани с микропроводом	Перчатки из электропроводящий ткани
Средства защиты головы, лица, глаз	-	Очки защитные закрытые с прямой вентиляцией, шлемы, капюшоны, маски из радиоотражающих материалов	Металлические или пластмассовые металлизированные каски; шапки-ушанки с прокладкой из токопроводящей ткани
Инструменты, приспособления	Дистанционное управление	Дистанционное управление	Индивидуальные съёмные экраны
Индивидуальное заземление	+	+	+

Снижение интенсивности облучения ультрафиолетовым излучением (УФИ) и защита от его воздействия достигается:

- защитой «расстоянием» - удаление обслуживающего персонала от источников УФИ на расстояние, определяемое только экспериментально в зависимости от условий работы, состава производственной атмосферы, вида источника излучения, отражающих свойств конструкций и оборудования и т.д.;

- экранированием источников излучения светофильтрами;

- экранированием рабочих мест ширмами, щитками;

- средствами индивидуальной защиты – спецодежды, рукавиц, фартуков из специальных тканей, щитков со светофильтрами;

-специальной окраской помещений – краской светлых тонов с добавлением оксида цинка;

- рациональным размещением рабочих мест.

Особым видом электромагнитных излучений является лазерное излучение.

Основными техническими характеристиками лазеров являются: длина волны, мкм; интенсивность излучения лазеров, Вт/см²; энергетическая экспозиция, Дж/см²; длительность импульса, с; частота повторения импульсов, Гц. В основу классификации лазеров положена степень опасности лазерного излучения для обслуживающего персонала. Выделяют 4 класса лазеров:

1) безопасные – выходное излучение не опасно для глаз;

2) малоопасные – опасно для глаз прямое или зеркально отражённое излучение;

3) среднеопасные – опасно для глаз прямое, зеркально и диффузно отражённое излучение на расстоянии 10 см от отражающей поверхности и (или) для кожи прямое или зеркально отражённое излучение;

4) высокоопасные – опасно для кожи диффузно отражённое излучение на расстоянии 10 см от отражающей поверхности. Использование лазеров в технологических процессах может сопровождаться действием ряда опасных и вредных факторов (табл. 5.5).

Таблица 5.5 – Вредные и опасные факторы, возникающие при работе лазеров

Факторы	Класс опасности лазера
Лазерное излучение - прямое, зеркально отраженное - диффузно отраженное	- -	+ -	+ +	+ +
Повышенная напряженность электрического поля	- (+)	+	+	+
Повышенная запыленность и загазованность воздуха	-	-	- (+)	+
Повышенный уровень УФ-радиации	-	-	- (+)	+
Повышенная яркость света	-	-	- (+)	+
Повышенные уровни шума и вибрации	-	-	- (+)	+
Повышенный уровень ионизирующих излучений	-	-	-	- (+)
Повышенный уровень ВЧ и СВЧ диапазона	-	-	-	- (+)
Повышенный уровень инфракрасного излучения	-	-	- (+)	- (+)
Повышенная температура поверхностей оборудования	-	-	- (+)	- (+)
Обозначения: + имеет место всегда: - отсутствует; -(+) – наличие зависит от конкретных технических характеристик лазера и условий его эксплуатации

Наиболее значимыми факторами являются: диффузно отраженное лазерное излучение, импульсный шум и загрязнение воздуха рабочей зоны веществами, образующими при разрушении и испарении обрабатываемого материала. При эксплуатации лазеров в закрытых помещениях на персонал действуют рассеянное и отражённое излучения; в условиях открытого пространства возникает реальная опасность воздействия прямых лучей. Органами-мишенями для лазерного излучения являются кожа и глаза. Т.к. наибольшую опасность при работе лазера представляет отраженное излучение, следовательно, для обеспечения безопасности работать с лазерами можно только в помещении, внутренние поверхности которого должны быть матовыми и обеспечивать максимальное рассеяние излучения. Для окраски внутренних поверхностей помещений используют клеевые краски на основе мела.

В зависимости от длины волны снижение опасности лазерного излучения обеспечивают: ослабителями излучения (светофильтрами); временем воздействия, расстоянием и фоновой освещенностью роговицы глаза (табл. 5.6).

Таблица 5.6– Средства защиты от лазерного излучения

Средства защиты	Класс опасности лазера	Примечания
Оградительные устройства (кожухи, экраны)	-	-(+)	+	+	Должны снижать до безопасных значений
Дистанционное управление	-	-	+	+	Применять по возможности везде
Устройство сигнализации	-	-	+	+	Для лазеров видимого диапазона
-	-(+)	+	+	Для лазеров УФ-диапазона
-	-	-	+	Для лазеров ИК- диапазона
Маркировака знаком лазерной опасности	-	+	+	+	Лазеры, лазерные установки, зона прохождения луча, граница лазерно опасной зоны
Кодовый замок	-	-	+	+	На дверях помещений, на пульте управления
Защитные очки, снижающие уровень диффузного излучения на роговице глаза до ПДУ	-	+	+	+	При времени воздействия больше 0.25 с
Защитные запоры оградительного устройства или его частей	-	+	+	+	Необходимы, когда при снятии оградительного устройства или его частей возможно воздействие излучения больше ПДУ
Защитная одежда	-	-	-	+	При соответствующей опасности
Юстировочные очки (снижающие уровень коллимированного излучения на роговице глаза до ПДУ)	-	+	+	+	Ограниченно – при выполнении наладки, ремонтно-профилактических работ

Гигиеническое нормирование лазерного излучения основано на критериях биологического действия, обусловленного областью электромагнитного спектра. В основу установления ПДУ положены минимальные пороговые повреждения в облучаемых тканях (сетчатке, роговице, коже). Нормируемыми параметрами лазерного излучения являются: энергетическая экспозиция и облученность, устанавливаемых в соответствии с СН 5804-91 «Санитарные нормы и правила устройства и эксплуатации лазера» и ГОСТ 12.1.040-83 «Лазерная безопасность. Общие положения».

Для обеспечения лазерной безопасности любая лазерная установка должна быть максимально экранирована устройствами из непрозрачных теплостойких материалов (рис. 5.10):

Рисунок 5.10 – Классификация оградительных устройств защиты от лазерного излучения

- лазерный луч необходимо передавать к мишени по волноводу или по огражденному пространству;

- линзы, призмы и другие элементы с твёрдой зеркальной поверхностью предметы на пути луча должны снабжаться блендами;

- в конце луча устанавливают диафрагмы, предупреждающие отражение от мишени в стороны на большие расстояния.

Все работы с радионуклидами правила подразделяют на два вида: на работу с закрытыми источниками ионизирующих излучений и работу с открытыми радиоактивными источниками. Закрытыми источниками ионизирующих излучений называются лю­бые источники, устройство которых исключает попадание радиоактив­ных веществ в воздух рабочей зоны. Открытые источники ионизирующих излучений способны загрязнять воздух рабочей зоны. Поэтому отдельно разработаны требования к безопасной работе с закрытыми и открытыми источниками ионизирующих излучений на производстве.

Обеспечение радиационной безопасности требует комплекса мно­гообразных защитных мероприятий, зависящих от конкретных условий работы с источниками ионизирующих излучений, а также от типа источника.

Главной опасностью закрытых источников ионизирующих излуче­ний является внешнее облучение, определяемое видом излучения, активностью источника, плотностью потока излучения и создаваемой им дозой облучения и поглощенной дозой. Защитные мероприятия, позволяющие обеспечить условия радиационной безопасности при применении закрытых источников, основаны на знании законов рас­пространения ионизирующих излучений и характера их взаимодейст­вия с веществом. Главные из них следующие:

1. Доза внешнего облучения пропорциональна интенсивности из­лучения времени действия.

2. Интенсивность излучения от точечного источника пропорцио­нальна количеству квантов или частиц, возникающих в них в единицу времени, и обратно пропорционально квадрату расстояния.

3. Интенсивность излучения может быть уменьшена с помощью экранов.

Из этих закономерностей вытекают основные принци­пы обеспечения радиационной безопасности:

- уменьшение мощности источников до минимальных величин (защита количеством);

- сокращение времени работы с источниками (защита временем);

- увеличение расстояния от источника до работающих (за­щита расстоянием)$

- экранирование источников излучения материа­лами, поглощающими ионизирующие излучения (защита экранами).

Защита количеством подразумевает проведение работы с мини­мальными количествами радиоактивных веществ, т.е. пропорциональ­но сокращает мощность излучения. Однако требования техноло­гического процесса часто не позволяют сократить количество радио­активного вещества в источнике, что ограничивает на практике при­менение этого метода защиты.

Защита временем основана на сокращении времени работы с источником, что позволяет уменьшить дозы облучения персонала. Этот принцип особенно часто применяется при непосредственной работе персонала с малыми активностями.

Защита расстоянием – достаточно простой и надежный способ защиты. Это связано со способностью излучения терять свою энергию во взаимодействиях с веществом: чем больше расстояние от источника, тем больше процессов взаимодействия излучения с атомами и моле­кулами, что в конечном итоге приводит к снижению дозы облучения персонала.

Защита экранами наиболее эффективный способ защиты от излу­чений. В целом все коллективные средства защиты от ионизирующих излучений(рис. 5.11) должны обладать следующими свойствами:

- устойчивостью к механическим, химическим, температурным и атмосферным воздействиям;

- обладать стойкостью по отношению к применяемым веществам, реактивам, кислым и щелочным растворам;

- иметь гладкую поверхность и быть влагостойким и слабо сорбирующим покрытием, которое способно облегчить удаление радиоактивных загрязнений;

По своему назначению защитные экраны условно разделяются на пять групп:

1. Защитные экраны-контейнеры, в которые помещаются радио­активные препараты. Они широко используются при транспортировке радиоактивных веществ и источников излучений.

2. Защитные экраны для оборудования. В этом случае экранами полностью окружают все рабочее оборудование при положении радио­активного препарата в рабочем положении или при включении высо­кого (или ускоряющего) напряжения на источнике ионизирующей радиации.

3. Передвижные защитные экраны. Этот тип защитных экранов применяется для защиты рабочего места на различных участках рабочей

зоны.

4. Защитные экраны, монтируемые как части строительных конст­рукций (стены, перекрытия полов и потолков, специальные двери и т.д.). Такой вид защитных экранов предназначается для защиты поме­щений, в которых постоянно находится персонал, и прилегающей территории.

5. Экраны индивидуальных средств защиты (щиток из оргстекла, смотровые стекла пневмокостюмов, просвинцованные перчатки и др.).

Применение защитных экранов основано на свойстве материалов и веществ поглощать излучения. Толщина защитных экранов рассчитывается в зависимости от

Рисунок 5.11 – Классификация средств защиты от ионизирующих излучений (ГОСТ 12.4.120-83)

длины пробега частиц и плотности вещества. Для сооружения стационарных средств защиты (стен, перекрытий и т.д.) используют различные материалы (бетон, баритобетон, кирпич), при выборе которых наряду с физическими свойствами необходимо учитывать стоимость материала, его долговечность, габариты, технологию изготовления. В передвижных экранах, в основном, используют свинец, сталь, чугун (табл. 5.7). Для снижения уровня излучения на рабочем месте до допустимой величины применяют защитные экраны из различных материалов. Толщина экрана зависит от: характеристики излучения (вид и энергия излучения); свойств защитного материала; необходимой кратности ослабления излучения k, показывающей, во сколько раз следует уменьшить мощность экспозиционной дозы излучения X, чтобы получить нормативные значения X_н.:

5.15

Таблица 5.7 – Вещества, применяемых для защиты от ионизирующих излучений

Вид материала	Плотность, г/см3	Область применения	Форма применения
Свинец	11.3	Для защиты от гамма-излучения	В виде листов и блоков
Свинцовое стекло	3.4 – 4.6	При рентгенотелевизионном контроле качества	В виде листов при толщине 15 мм эквивалентно 2.5 мм листовому свинцу
Железо	7.8	В качестве конструктивных материалов высокой прочности	В виде листов и блоков
Вольфрам	16.5 – 19.3	Для защиты радиационных головок гамма дефектоскопа	В виде порошка, спеченного с медью и никелем при высокой температуре
Барит		В качестве штукатурки или наполнителя для бетона (баритобетон)	В виде порошка
Бетон	2.1 – 2.4	Для создания сооружений	В жидком виде

На основе расчетов определяются вид и размеры защитного сооружения. Как показывает практика, для защиты от рентгеновских и γ – излучений используют экраны из свинца, вольфрама, чугуна. Защита от нейтронного излучения обеспечивается материалами, которые хорошо ослабляют быстрые нейтроны, т.е. вещества которые содержат водород, например, вода, парафин. Для защиты от заряженных α и β частиц экраны должны иметь толщину больше, чем максимальная длина пробега данного излучения в материале экрана. 10-сантиметровый слой воздуха, фольга, одежда полностью экранируют α – излучения, а для защиты β – излучений достаточны экраны на стёклах, фольги и плекисглаза, толщиной в мм.

Для индивидуальной защиты человека используют специальную одежду, рукавицы, обувь и многообразные средства защиты органов дыхания (респираторы, противогазы).