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 _прмежду 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 (r ₀) 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