Опасность работы с источниками лазерного излучения (генераторами ОКГ). Нормирование воздействия, пути и средства защиты оператора

Контрольная работа № 1

По дисциплине: Безопасность жизнедеятельности

(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)

Выполнил: студент гр______________ / Галстян Ю. Г. /

^{(подпись) (Ф.И.О.)}

ШИФР 1160030107

Проверил: ___________________________________ /________________/

^{(должность) (подпись) (Ф.И.О.)}

Санкт-Петербург

Задача № 1.

Рассчитать местное вытяжное устройство (типа зонта) на участке об-служивания и ремонта автомобилей.

Примечание. Принять температуру окружающего воздуха (t_в) равной 20°С.

Примечание. Местные отсосы открытого типа – вытяжные зонты – служат для улавливания потоков вредных веществ и конвективных (тепловых) пото-ков, направленных вверх.

При устойчивых конвективных потоках, например, от проёмов кузнеч-ных, плавильных и термических печей, имеющих осевую скорость движения воздуха на уровне всасывающего отверстия v ≥ 0,5 м/с, рекомендуется применять вытяжные зонты, расположенные над источником тепла.

Часовое количество воздуха (L_к, м³/ч), подтекающего к зонту с конвек-тивной струёй, возникающей над тепловым источником круглой и прямоуго-льной формы (при a/b = 1,5), определяется по формуле L_к = 67·(Q_к·Z·F_и²)^1/3, где Q_к – часовое количество тепла, выделяемого источником путём конвек-ции, ккал/ч; Z – расстояние от нагретой поверхности до воздухоприёмного сечения зонта, м; F_и – площадь горизонтальной поверхности источника теп-ла, м². Значение Q_к можно определить по формуле Q_к = a_к· F_и·(t_и – t_в), где a_к – коэффициент конвективной теплоотдачи, ккал/(ч·м²·°С): для воздуха a_к = 1,3·(t_и – t_в)^1/3, здесь t_и – температура нагретой поверхности источника,°С (при-нять равной 20°С); F_и – площадь горизонтальной поверхности источника те-пла, м².

Расход воздуха, удаляемого вытяжным зонтом, определяется из соотно-шения L_з = L_к·(F_з/F_и), где F_з – площадь сечения зонта, м²; при Z < 2,8·(F_и)^1/2 принимается F_{з =} 1,5·F_и.

Дано: а = 1,2 м b = 0,5 м Vв = 0,8 м/с Z = 1,7 м Z < 2,8·(Fи)1/2 Fз = 1,5· Fи tв = 20°C tи = 120°C Lз = ?

Решение: Количество воздуха, удаляемого вытяжным зонтом, опре-деляется выражением Lз = Lк·(Fз/Fи). Количество воздуха, подтекающего к вытяжному зонту в час, Lк = 67·(Qк·Z·Fи2)1/3. Конвекционное количество тепла, выделяемое источни-ком в час, Qк = aк· Fи·(tи – tв). Коэффициент конвективной теплоотдачи aк = 1,3·(tи – tв)1/3 = 1,3·(120 – 20)1/3 = 1,3·4,64 = = 6,032 ккал/(ч·м2·°С). Площадь сечения зонта Fз = a·b = 1,2·0,5 = 0,6 м2.

(1)

(2)

(3)

Так как F_{з =} 1,5·F_и, то F_и = F_з/1,5 = 0,6/1,5 = 0,4 м².

Q_к = 6,032·0,4·100 = 241,28 ккал/ч.

L_к = 67·(241,28·1,7·(0,4)²)^1/3 = 67·(65,62816)^1/3 = 67·4,0337 = 270,26 м³/ч.

Подставляя получившиеся результаты в формулу (1), получаем

L_з = 270,26·(0,6/0,4) = 270,26·1,5 = 405,39 м³/ч.

Ответ: Количество воздуха, удаляемого вытяжным зонтом равно 405,39 м³/ч.

Вопрос № 2.

Изложите сущность поражения человека электрическим током при раз-личных схемах его включения в сеть. Что положено в основу выбора ре-жима нейтрали (заземлённой, изолированной)? Какая сеть более безопасна: с изолированной или заземлённой нейтралью?

Электрические сети промышленных предприятий могут работать как с изолированной от земли нейтралью трансформатора, так и с его нейтралью, соединённой с землёй наглухо или через малое сопротивление (Рис. 1). Эти разновидности сетей имеют свои достоинства и недостатки с точки зрения опасности прикосновения человека к токоведущим частям.

Рис. 1. Разновидности электрических трёхфазных сетей:

- трехпроводная с изолированной нейтралью;

- четырехпроводная с глухозаземлённой нейтралью.

При двухполюсном (Рис. 2.) касании (одновременное касание двух фаз трёхфазной сети) сила тока, проходящего через тело человека, не зависит от режима нейтрали сети. В обоих случаях она определяется только сопротив-лением человека R_ч: I_ч = U_л / R_ч = 380 / 1000 = 0,38 А, где U_л – линейное напряжение.

Если человек прикоснётся к фазе и нулевому проводу (нейтрали) в сети с глухозаземлённой нейтралью, величина тока, проходящего через его тело, будет немного меньше: I_ч = U_ф / R_ч = 220 / 1000 = 0,22 А, однако и она будет определяться исключительно сопротивлением тела человека R_ч.

Рис. 2. Схемы двухполюсного прикосновения человека:

- в сети с изолированной нейтралью;

- в сети с глухозаземлённой нейтралью.

При однополюсном прикосновении ток, проходящий через тело человека, зависит от режима нейтрали и сопротивления изоляции сети отно-сительно земли (Рис. 3.).

Рис. 3. Схемы однополюсного прикосновения человека в сети:

- с изолированной нейтралью;

- с глухозаземлённой нейтралью.

При прикосновении человека к одной из фаз (например, фаза В) трёх-фазной сети с изолированной нейтралью образуется замкнутая цепь: обложка фазы В трансформатора – фаза В – человек – земля – активное и ёмкостное сопротивление фаз А и С относительно земли r_A, r_C, x_CA, x_CC фазы А и С – обмотка фаз А и С трансформатора. Ток I_ч, протекающий по этой сети, опре-деляет опасность поражения человека. Сопротивления обмоток фаз транс-форматора и сопротивления проводов фаз по сравнению с сопротивлением тела человека и сопротивлением изоляции несоизмеримо малы, поэтому ве-личина протекающего через тело человека тока определяется в основном со-противлением тела человека и сопротивлением изоляции фаз относительно земли.

Ёмкость линии и ёмкостная составляющая сопротивления изоляции фаз зависят от протяжённости и разветвлённости линии: чем длиннее и разветв-лённее линия, тем больше ёмкость и меньше ёмкостная составляющая сопро-тивления изоляции.

Поэтому, даже если обеспечить идеальное состояние активной состав-ляющей сопротивления изоляции в такой сети, это не обеспечит защиту чело-века от поражения электрическим током. В таких сетях, обладающих боль-шой ёмкостью, при снятии напряжения опасность поражения не исключает-ся, т. к. через его тело в случае прикосновения пройдёт разрядный ток этой ёмкости. Например, ёмкость одной фазы кабеля напряжением 1кВ по отно-шению к свинцовой оболочке (земле) составляет 1 мкФ на 1 км длины кабе-ля.

Поэтому ток, проходящий через тело человека, прикоснувшегося к фа-зе А (Рис. 3, а), может достигать смертельно опасной величины, даже если величина активной составляющей сопротивления изоляции очень велика (R_из®∞). В этом случае Z_из=х_С, и величина тока, проходящего через тело человека, будет равна I_ч= , где U_ф – фазное напряжение, U_ф=U_A/√3=380/√3=220В; х_С – реактивное ёмкостное сопротивление, х_С=1/ωС. С увеличением ёмкости фаз относительно земли ток поражения будет возрастать.

При прикосновении человека к голой фазе в сети с глухозаземлённой нейтралью человек окажется под фазным напряжением, и проходящий через него ток будет определяться выражением: I_ч=U_ф/R_ч+R_п+R_об+R₀≈U_ф/R_ч, где R_п – сопротивление участка пола, прикасающегося к ступням ног; R_об – со-противление обуви; R₀ – сопротивление заземления нейтрали. Сопротивле-ние изоляции двух других фаз не ограничивает ток поражения.

В практике часто бывает так, что одна из фаз трехфазной сети оказы-вается замкнутой накоротко на землю. Рассмотрим, что при этом происходит. На рис. 4 показаны такие ситуации. Независимо от того, заземлена нейтраль источника тока или заизолирована, прикосновение человека к неповреждён-ной фазе является смертельно опасным. Допустим, что в сети с изолирован-ной нейтралью появилось замыкание на землю (Рис. 4, а). Сопротивление изоляции этой фазы относительно земли стало равным нулю. В этом случае человек, коснувшись неповреждённой фазы А, окажется между двумя фазами в электрической цепи: источник питания – фаза А – человек – земля – фаза С. Ток, проходящий через тело человека, I_ч=U_АС/R_ч=U_л/R_ч.

Рис. 4. Схема прохождения тока через тело человека при касании им фазы А, ког-да фаза С замкнута на землю в сети с изолированной (а) и с заземлённой (б) ней-тралью; векторная диаграмма напряжений фаз относительно земли (в).

Пусть U_л=380B, R_ч=1кВ. Тогда I_ч = 380/1000 = 0,38 A = 380 мА. Этот ток смертельно опасен.

В сети с глухозаземлённой нейтралью (Рис. 4, б) человек аналогично попадёт под напряжение U_Аз=U_Сз=(U_ф²+U₀²+U_фU₀)^{^1/2}.

Т. к. напряжение смещения нейтрали U₀ (Рис. 4, в) имеет небольшое значение, можно считать что напряжение U_Аз, под которое попадает человек, мало отличается от фазного, т. е. I_ч=U_Аз/R_ч≈U_ф/R_ч. Например, при U_ф=220 B и R_ч=1 кОм I_ч=220 мА. Этот ток также смертельно опасен для человека. По-этому ПУЭ запрещена длительная (более 2 часов) работа кабельной сети при наличии в ней замыкания на землю. Отсюда ясно, что применение той или иной схемы электропитания (сети с изолированной или глухозаземлённой нейтралью) существенно меняет условия электробезопасности при однопо-люсном прикосновении человека к токоведущим частям. При двухполюсном касании схема электроснабжения влияния на электробезопасность не оказы-вает.

Трехфазные сети с изолированной нейтралью, как правило, приме-няются в небольших по протяжённости и неразветвлённых линиях, где обес-печиваются высокое значение сопротивление изоляции и её надёжный кон-троль. Обычно такие сети применяются как временные в переносных энерго-установках в условиях повышенной опасности. Ограничение применения та-ких сетей объясняется ещё и тем, что в них затруднён поиск места повреж-дения изоляции и, следовательно, отключение повреждённого участка линии. Из-за увеличения напряжения на неповреждённых фазах относительно земли возникают двойные замыкания на землю, даже при хорошем заземлении при-водящие к появлению опасных напряжений на оборудовании. Если такие сети не имеют устройств непрерывного контроля изоляции, замыкание фазы на землю длительное время остаётся незамеченным и тем самым создаёт очень неблагоприятные условия эксплуатации. Недостатками сетей с изолирован-ной нейтралью являются также резонансные перенапряжения, повреждаю-щие изоляцию трансформаторов и пробивающие пробивные предохранители, а также определённые трудности защиты при переходе высшего напряжения в сеть низшего. Предохранители существующих конструкций ненадёжны в эксплуатации; пробой их в нормальных условиях эксплуатации – частое явление, не замечаемое при отсутствии автоматического контроля. Получает-ся, по существу, режим с заземлённой нейтралью, увеличивающий опасность поражения током. Эффективная работа возможна лишь при наличии надёж-ного устройства контроля изоляции с отключением сети при уменьшении со-противления изоляции ниже заранее установленного предела, а также при непрерывном контроле целостности пробивного предохранителя.

В настоящее время на промышленных предприятиях наиболее распро-странены четырёхпроводные сети с глухозаземлённой нейтралью, позволяю-щие использовать два напряжения – линейное (380 В) и фазное (220 В). Ней-трали генераторов и трансформаторов в этих сетях соединены с заземляю-щими устройствами непосредственно или через малое сопротивление (транс-форматор тока). Четвёртый провод (ноль) сети соединён с заземлённой ней-тралью трансформатора. С помощью нулевого провода включаются потреби-тели на фазное напряжение (осветительная нагрузка).

Несмотря на некоторые недостатки такой сети в эксплуатации она на-много удобнее и безопаснее сети с изолированной нейтралью; в ней нет огра-ничений на количество потребителей и протяжённость линии.

Вопрос № 20.

Опасность работы с источниками лазерного излучения (генераторами ОКГ). Нормирование воздействия, пути и средства защиты оператора.

Опасность работы

Лазерное излучение представляет собой вид электромагнитного излу-чения, генерируемого в оптическом диапазоне длин волн 0,1…1000 мкм. Отличие его от других видов излучения заключается в монохромности, коге-рентности и высокой степени направленности. Благодаря малой расхо-димости луча лазера плотность потока мощности может достигать 10¹⁶…10¹⁷ Вт/м².

Эффекты воздействия (тепловой, фотохимический, ударно-акустичес-кий и др.) определяются механизмом взаимодействия лазерного излучения с тканями и зависят от энергетических и временных параметров излучения, а также от биологических и физико-химических особенностей облучаемых тка-ней и органов.

Лазерное излучение представляет особую опасность для тканей, макси-мально поглощающих излучение. Сравнительно лёгкая уязвимость роговицы и хрусталика глаза, а также способность оптической системы глаза много-кратно увеличивать плотность энергии (мощность) излучения видимого и ближнего инфракрасного диапазона (780<λ<1400 нм) на глазном дне по отно-шению к роговице делают глаз наиболее уязвимым органом.

При повреждении появляется боль в глазах, спазм век, слезотечение, отёк век и глазного яблока, помутнение сетчатки, кровоизлияние. Клетки сет-чатки после повреждения не восстанавливаются.

Ультрафиолетовое излучение вызывает фотокератит, средневолно-вое инфракрасное излучение(1400<λ<3000 нм) может вызвать отёк, ката-ракту и ожог роговой оболочки глаза; дальнее ИК-излучение (3000<λ<10⁶ нм) – ожог роговицы.

Повреждение кожи может быть вызвано лазерным излучением любой длины волны в спектральном диапазоне 180…100000 нм. Характер пораже-ния кожи аналогичен термическим ожогам. Степень тяжести повреждения кожи, а в некоторых случаях и всего организма, зависит от энергии излу-чения, длительности воздействия, площади поражения, ее локализации, до-бавления вторичных источников воздействия (горение, тление). Минималь-ное повреждение кожи развивается при плотности энергии 1000…10000 Дж/м². Лазерное излучение дальней инфракрасной области (>1400 нм) способно проникать через ткани тела на значительную глубину, поражая внутренние органы (прямое лазерное излучение).

Длительное хроническое действие диффузно отражённого лазерного излучения нетепловой интенсивности может вызывать неспецифические, преимущественно вегетативно-сосудистые нарушения; функциональные сдвиги могут наблюдаться со стороны нервной, сердечно-сосудистой системы, желёз внутренней секреции. Работающие жалуются на головные боли, повышенную утомляемость, раздражительность, потливость.

В процессе эксплуатации лазерных изделий на обслуживающий персо-нал могут воздействовать физические, химические и психофизиологические опасные и вредные факторы.

К физическим факторамотносятся:

· Лазерное излучение (прямое, рассеянное, зеркальное или диффузно отражённое);

· Высокое напряжение в цепях управления и источниках электропитания лазера (лазерных установок);

· Повышенный уровень ультрафиолетовой радиации от импульсных ламп накачки или кварцевых газоразрядных трубок в рабочей зоне;

· Повышенная яркость света от импульсных ламп накачки и зоны взаимодействия лазерного излучения с материалом мишени;

· Повышенный шум и вибрация на рабочем месте, возникающие при работе лазера (лазерной установки);

· Повышенный уровень ионизирующего рентгеновского излучения от газоразрядных трубок и др. элементов, работающих при анодном напряжении более 5 кВ;

· Повышенный уровень электромагнитных излучений ВЧ- и СВЧ-диа-пазонов в рабочей зоне;

· Повышенный уровень инфракрасной радиации в рабочей зоне;

· Повышенная температура поверхностей оборудования;

· Взрывоопасность в системах накачки лазеров;

· Возможность взрывов и пожаров при попадании лазерного излучения на горючие материалы.

К химическим факторамотносятся:

· Загрязнение воздуха рабочей зоны продуктами взаимодействия лазерного излучения с мишенью и радиолиза воздуха (озон, окислы азота и др.);

· Токсические газы и пары от лазерных систем с прокачкой хладаген-тов и др.

Психофизиологические факторы – это:

· Монотония, гипокинезия, эмоциональная напряжённость, психологи-ческий дискомфорт;

· Локальные нагрузки на мышцы и кисти предплечья; напряжённость анализаторных функций (зрение, слух). Таблица 1

Класс лазера	Выходные излучения лазера
I	Не представляет опасности для глаз и кожи
II	Представляет опасность при облучении глаз прямым или зеркальным отражением излучения
III	Представляет опасность при облучении глаз прямым, зеркальным отражением излучения, а также диффузно отражённым излучением на расстоянии 10 см от диффузно отражающей по-верхности и (или) при облучении кожи прямым или зеркальным отражением излучения
IV	Представляет опасность при облучении кожи диффузно отражённым излучением на расстоя-нии 10 см от диффузно отражающей поверхности

Наличие опасных и вредных факторов в зависимости от класса лазера (классы лазеров приведены в табл. 1) приведено в табл. 2.

Таблица 2