Источники и вещества, загрязняющие почву

• нарушением биоценозов вследствие гибели насеко­мых, птиц, животных, некоторых видов растений;

• загрязнением грунтовых вод, особенно в зоне свалок. Промышленные и бытовые отходы. Ежегодно из недр страны добывается огромное количество горной массы, при этом вовлекается в оборот около трети, а используется в производстве около 7% объема добычи. Большая часть отходов не используется и скапливается в отвалах.

Примерами значительного накопления отходов, связан­ных с добычей полезных ископаемых, могут служить терри­коны угольных шахт, отвалы вблизи карьеров при наземной добыче руд. Наиболее остро стоит вопрос утилизации отхо­дов в угольной промышленности, поскольку на некоторых шахтах добыча каждой тонны угля сопровождается подъе­мом из шахт до 7-10 м³ породы.

Отвалы различных производств, топливно-энергетичес­ких комплексов занимают немалые площади, выводя из пользования земельные угодья и представляя опасность для окружающей среды. Так, например, отвалы многих гор­ных пород содержат пирит FeS₂, который на воздухе само­произвольно окисляется до серной кислоты, в результате чего в период дождей или снеготаяния образуются сильно закисленные территории.

Ежегодно в Российской Федерации образуется значи­тельное количество промышленных отходов; так, в 2008 г. их объем составил 817,7 млн. т. Более половины объема про­мышленных отходов приходится на угольную отрасль; около трети — отходы металлургического производства (рис. 2.28).

Рис. 2.28. Доли отраслей в объеме образования отходов промышленности

Источниками загрязнения соединениями фтора являются алюминиевые заводы в Братске, Иркутске и др., предприя­тия по производству фосфорных удобрений и др.

В настоящее время одной из самых острых проблем яв­ляется утилизация и захоронение радиоактивных отходов АЭС. Опасны и значительны отходы сельскохозяйственно­го производства - навоз, остатки ядохимикатов, кладбища животных.

Распределение отходов по классам опасности представ­лено на рис. 2.29. Отходы V класса опасности (практически не опасные) составляют 90%, IV класса (малоопасные) - 9%.

Практически весь объем образующихся токсичных отхо­дов (95%) имеет промышленное происхождение, а остальные 5% отходов этой категории распределяются почти поровну между сельским хозяйством (3,7 млн. т) и ЖКХ (3,4 млн. т). По данным Госкомстата России, к 2000 г. в стране было на­коплено 2 млрд. т токсичных отходов, имеется 2,9 тыс. мест захоронения общей площадью 22 тыс. га.

Ежегодно в России образуется около 150 млн. м³ (30 млн. т) твердых бытовых отходов (ТБО) (в том числе в Москве - 5 млн. т). По прогнозам, ежегодное накопление ТБО увеличится до 200 млн. м³, что объясняется увеличением доли та­ры и упаковки в массе продуктов и товаров. К ТБО относят­ся: бумага и картон, полимерные материалы, стекло, древе­сина, металлы и др.

Рис. 2.29. Распределение объема образовавшихся отходов по классам опасности

Энергетические воздействия. Энергетические загрязне­ния окружающей среды, как правило, обусловлены произ­водственной деятельностью человека. Наибольший вклад в энергетическое загрязнение окружающей среды вносят изменения ее электромагнитных параметров в диапазонах частот, соответствующих областям радиоволн, инфракрас­ного или теплового излучения, рентгеновского и гамма-из­лучения, которые вместе с α- и β-частицами являются при­чиной радиоактивного загрязнения биосферы, а также изменения виброакустических параметров (виброакустиче­ское загрязнение).

Электромагнитные поля и излучения. Основные искусст­венные источники ЭМП: радиолокационные, радио- и телепередающие станции, электростанции и трансформаторные подстанции, энергосиловые установки, воздушные линии электропередачи, электрифицированные железные дороги, компьютеры, широко разветвленные электрические, в том числе кабельные, сети и др. Напряженность техногенных ЭМП на значительных территориях на 2-5 порядков пре­вышает естественный фон ЭМП.

Уровни электромагнитных излучений (ЭМИ) очень ча­сто превосходят допустимые санитарные нормы в районах аэропортов, радио- и телестанций, военных, радиотехничес­ких и других объектов. Например, в районе расположения теле- и радиостанции плотность потока энергии достигает сотен Вт/м² при ПДУ в рабочей зоне 10 Вт/м².

Тепловые загрязнения - одно из крупных видов загрязне­ния окружающей среды. Только в 2000 г. отвод теплоты в ми­ре от энергетических производств достигал 241 000 млн. Гкал, что неизбежно приводило к росту температуры окружаю­щей среды. В глобальном масштабе этот прирост теплоты невелик и приводит всего лишь к увеличению теплоты от солнечной радиации на 0,019%.

Проблема техногенного теплового загрязнения наиболее значима в региональном масштабе, поскольку оно достига­ет в среднем 1,6-2,0 Вт/м² (из них на ЖКХ приходится 33% теплоты; на ТЭС и ТЭЦ - 25%, на промышленность - 29%, на транспорт - 13%). Еще более значимы тепловые загряз­нения в крупных городах и около некоторых объектов эконо­мики. Например, в Берлине выбросы теплоты - 22 Вт/м², в зоне ЦБК - 2000 Вт/м², около мощной ТЭС - 24 000 Вт/м². В расчете на единицу производимой энергии АЭС сбрасы­вает в окружающую среду больше теплоты, чем ТЭС. Для мощных АЭС расход воды на охлаждение достигает 180 м³/с, тогда как ТЭС аналогичной мощности потребляют всего 70-90 м³/с. Для сравнения: плотность потока солнечной радиации вблизи поверхности Земли составляет 935 Вт/м².

Температура поверхности Земли - важнейший из абио­тических факторов, влияющих на развитие микроорганиз­мов, выживание животных и растений. Последнее особенно актуально, поскольку большая часть теплоты отводится в водоемы и приводит к их подогреву. Повышение темпера­туры воды даже на несколько градусов сопровождается уп­рощением водных сообществ. Известно, что при температу­ре воды ЗГС число видов уже вдвое меньше, чем при 26°С.

По общим оценкам, выбрасываемая низкопотенциальная теплота возрастает пропорционально росту производства электроэнергии и к началу XXI в. составляла около 0,02% от солнечной радиации. Учитывая темпы роста энергетики (3,5% в год) можно считать, что опасное глобальное загряз­нение Земли (1-5% от количества солнечной энергии) бу­дет достигнуто за пределами XXI в.

Ионизирующие загрязнения. Радиационное загрязнение окружающей среды происходит за счет поступления в нее радионуклидов, извлекаемых из глубин земли вместе с уг­лем, газом, нефтью, минеральными удобрениями, строи­тельными материалами и др. Ряд радионуклидов содержит­ся в сжигаемых углях. Удельная активность угольной золы достигает следующих величин, Бк/кг: 265 - ⁴⁰К, 200 - ²³⁸U, 240 - ²²⁶Ra, 930 - ²¹⁰Pb, 1700 - ²¹⁰Po и т.д. Индивидуальная средняя годовая доза облучения в районе ТЭС мощностью 1 млн. кВт (район радиусом 20 км) может достигать 0,5 бэр. Эта доза зависит от зольности угля и эффективности очист­ки дымовых газов от твердых частиц (летучей золы).

Значительное количество радионуклидов содержится в удобрениях, применяемых в сельском хозяйстве. После внесения удобрений в почву радионуклиды по пищевым це­пям поступают в живые организмы. Так, тройной суперфо­сфат (производства США) имеет удельную активность Бк/кг: 2100 - ²³⁸U, 1800 - ²³⁸Th, 780 - ²²⁶Ra, азотно-фосфорно-калиевые удобрения (Бельгия): 470 - ²³⁸U, 210 - ²²⁶Ra, 5900 - ⁴⁰К.

Огромное количество радионуклидов поступило в био­сферу при испытаниях ядерного оружия в 1945-1980 гг. Установлено, что основной вклад в ожидаемую эффектив­ную эквивалентную дозу вносят радионуклиды, образовав­шиеся при испытаниях: ¹⁴С, ¹³⁷Cs, ⁹⁵Zr, ¹⁰⁶Ru, ⁹⁰Sr, ¹⁴⁴С1, ³Н, ¹³¹I и др. Доза облучения от всех этих радионуклидов со­ставляет 400 мбэр.

Радиоактивные вещества поступают в биосферу на всех стадиях ядерно-топливного цикла (ЯТЦ): добыча и перера­ботка урановых и ториевых руд, обогащение урана изотопом ²³⁵U, изготовление ТВЭЛов, получение энергии в ядерных реакторах, переработка отработавшего ядерного топлива, переработка, хранение и захоронение радиоактивных отхо­дов, транспортировка радиоактивных материалов.

При добыче урансодержащей руды образуются газооб­разные, жидкие и твердые радиоактивные отходы (РАО). Газообразные отходы образуются в основном за счет ²²²Rn (до 8 ∙ 10⁹ Бк на 1 т добытой руды), жидкие отходы опреде­ляются шахтными водами, образующимися при дренаже, и водой для технологических целей; твердые отходы - гор­ная порода и руды с низким содержанием урана.

Основные источники потенциальной ядерной опаснос­ти - ядерные реакторы. Даже при штатной работе АЭС об­разуются газообразные, жидкие и твердые РАО, часть кото­рых поступает в окружающую среду, поскольку системы очистки не дают 100% эффекта. Газообразные РАО: радио­активные благородные газы (РБГ), например, около десяти радионуклидов Кr и Хе - продуктов деления, ⁴¹Аг - про­дукт нейтронной активации, ⁴⁰Аг, содержащегося в воздухе и теплоносителе. Более 50 биологически значимых радионуклидов содержится в аэрозольных выбросах АЭС. Жид­кие РАО: пульпа ионообменных смол, фильтроматериалы, кубовые остатки выпарных аппаратов, в которые поступает загрязненная радионуклидами вода при эксплуатации или ремонте реактора, дебалансные воды, активность которых создается в основном за счет трития, так как система очист­ки не позволяет извлекать тяжелую воду их воды. Твердые РАО: отвержденные жидкие концентрированные РАО, де­тали оборудования реактора, снятые с эксплуатации, отра­ботавшие материалы.

Доза облучения населения зависит от времен, расстоя­ния и типа реактора. Например, расчетная индивидуальная средняя эффективная эквивалентная годовая доза облуче­ния населения от газоаэрозольных выбросов составляет на расстоянии 10 и 100 км соответственно для РБМК-0,135 и 0,00135 мбэр/гВт; для ВВЭР - 0,0079 и 0,00036 мбэр/гВт.

Значимый вклад в загрязнение биосферы вносят долгоживущие радионуклиды ³Н, ¹⁴С, ³⁵Кr, ⁹⁰Sr, ¹⁰⁶Ru, ¹²⁹I, ¹³⁴Cs, ¹³⁷Cs и изотопы трансурановых элементов, присутствующие в выбросах и сбросах заводов по переработке облученного ядерного топлива. Такой завод, перерабатывающий 1500 т отработанного топлива, создает на расстоянии до 100 км го­довую эффективную эквивалентную дозу до 25 мбэр. Кроме того, в окружающую среду могут поступать отходы кислот, химреагентов для обработки жидких РАО, органических раст­ворителей, способные загрязнять грунтовые воды на боль­ших территориях.

На конечной стадии ЯТЦ производится захоронение высокоактивных РАО. До сих нор не определены опти­мальные способы захоронений. Есть проекты захоронений в глубоких подземных выработках, например в соляных шахтах, в герметичных емкостях глубоко под землей или на дне океана и т.д. Каждый способ имеет свои недостатки, создающие угрозу глобального загрязнения в будущем. Оп­тимистические оценки лучших вариантов, например от­верждение отходов с последующим захоронением в геоло­гически стабильных районах, показывают, что заметные количества радиоактивных веществ, достигнут биосферы через 10⁵-10⁶лет.

Виброакустические загрязнения. Деятельность человека в биосфере сопряжена с невольным и все возрастающим про­изводством ненужных для людей, фауны, флоры звуков - шумов, а также вибраций.

Шум в окружающей среде вызывается источниками, на­ходящимися снаружи или внутри здания: средствами транспорта, оборудованием предприятий, вентиляторами, компрессорными установками, станциями для испытания двигателей и генераторов, аэрогазодинамическими установ­ками, электрическими трансформаторами. Нарастание шу­ма происходит и вне городской среды: шум наземного, вод­ного, воздушного транспорта, сельхозмашин, ветровых электростанций. Очевиден шумовой прессинг на все живое: растительный и животный мир, на человека.

Рис. 2.30. Зоны распространения шума и вибраций в Москве:

Шум: 1 - от авиации; 2 - от автотранспорта; 3 - от железнодорожного транспорта; 4 - от метрополитена; 5 - от вибрации; 6 - от промзон

На рис. 2.30показаны зоны распространения шума и вибраций в Моск­ве, на крупных магистралях которой шум достигает 80 дБА.

В многонаселенных городах интенсивность шума каж­дые 25-30 лет возрастает примерно в 10 раз, т.е. на 10 дБА.

Источники вибраций в окружающей среде: оборудование ударного действия (молоты, машины для забивания свай под фундаменты зданий), рельсовый транспорт, мощные энергетические установки (насосы, компрессоры, двигатели), инже­нерное оборудование зданий (лифты, насосные установки), системы отопления, канализации. Вибрации, часто сопро­вождаемые звуковыми колебаниями, распространяются по грунту и достигают фундаментов жилых и общественных зданий, инженерных сооружений. Это может вызвать не­равномерность осадки грунта и фундамента, особенно при высокой насыщенности грунта влагой, и разрушений разме­щенных на них зданий и сооружений. Во всех случаях виб­рации вызывают раздражающее действие.

Протяженность зоны воздействия вибраций в окружаю­щей среде определяется интенсивностью (амплитудой) ви­брации источника (фундамента машины), а также величи­ной затухания вибраций в грунте и может достигать 150-200 м.

С проблемой вибрации сталкиваются и в быту, когда, на­пример, жилой дом располагается у железной дороги, авто­страды или когда в его подвальных помещениях размещает­ся какое-либо технологическое оборудование.

Механизм, с помощью которого движущийся поезд (рис. 2.31) возбуждает вибрации грунта, основан на возник­новении динамических сил между колесом и рельсом из-за неровностей на поверхностях качения. В интервале эксплу­атационной скорости движения поездов от 30 до 110 км/ч спектр вибрации, передаваемой грунту, сосредоточен в час­тотном диапазоне 10-250 Гц.

Рис. 231. Распространение вибраций от поезда метрополитена по грунту

Чрезвычайные локально действующие опасности. Кро­ме рассмотренных выше опасностей, действующих длитель­но, в течение всего времени пребывания человека в опасной зоне на него могут оказывать воздействие и спонтанно воз­никающие травмоопасности, такие как электрический ток, движущиеся механические устройства, режущие и колю­щие предметы, падение с высоты и т.п.

Возникновение таких опасностей возможно при непра­вильной эксплуатации электрических сетей, средств транс­порта, подъемно-транспортного оборудования, различного инструмента.

Возникновение чрезвычайных ситуаций в промышлен­ных условиях и в быту часто связано с разгерметизацией систем повышенного давления (баллонов и емкостей для хранения или перевозки сжатых, сжиженных и растворен­ных газов, газопроводов, систем теплоснабжения и т.п.).

В чрезвычайных ситуациях проявление первичных нега­тивных факторов (обрушение конструкций, столкновение транспортных средств и т.п.) может вызвать цепь вторич­ных негативных воздействий (эффект «домино») - пожар, загазованность или затопление помещений, разрушение систем повышенного давления, химическое, радиоактивное и бактериальное воздействие и т.п. Последствия (число травм и жертв, материальный ущерб) от действия вторич­ных факторов часто превышают потери от первичного воз­действия.

Электрический ток. Воздействие электрических сетей на человека и окружающую материальную среду многообраз­но. Значительную опасность представляют электрические сети для людей, оказавшихся в условиях непосредственно­го контакта с сетями.

При коротком замыкании в электрических сетях с образо­вания электрической дуги возможно возникновение возго­раний горючих веществ, приводящее к пожарам и взрывам, травмирование обслуживающего персонала и посторонних лиц, оказавшихся в зоне влияния дуги.

Опасность поражения человека электрическим током определяется, прежде всего, величиной тока I_ч, проходящего через тело человека. Его определяют по формуле

,

где U_пр - напряжение прикосновения; R_ч - сопротивление тела человека.

Прохождение тока может вызывать у человека раздраже­ние и повреждение различных органов. Электрический ток оказывает действие на нервные клетки, кровеносные сосу­ды и кровь, сердце, головной мозг, органы дыхания и т.д. Наиболее часто встречаются: судороги, фибрилляция серд­ца, прекращение дыхания, паралич сердца и ожоги.

Минимальная величина тока, под которым возникает судо­рожное сокращение мышц, называют пороговым неотпуска­ющим током. Его значение для переменного тока частотой 50 Гц лежит в пределах 6-16 мА. Дальнейший рост пере­менного тока частотой 50 Гц сопровождается следующими воздействиями:

Важными факторами, влияющими на результат воздей­ствия электрического тока на человека, являются:

• род тока и частота;

• путь прохождения тока;

• время его действия;

• температура и влажность воздуха;

• состояние кожных покровов человека;

• другие.

В общем случае показано, что при напряжении до 500 В переменный ток опаснее постоянного, а при напряжении более 500 В опаснее постоянный ток. Наибольшую опас­ность представляет ток частотой 50 Гц. Рост и уменьшение частоты снижают опасность его воздействия.

Путь прохождения тока многовариантен. Наиболее опас­ное воздействие наблюдается в случаях, когда ток проходит че­рез сердце или мозг. Рост времени воздействия тока повыша­ет опасность смертельного поражения. Длительные судороги мышц могут привести к остановке дыхания и сердца.

Сопротивление тела человека во многом зависит от со­стояния его кожных покровов. Если кожа увлажнена, имеет трещины, то ее сопротивление значительно уменьшается, до­стигая значений 650-1000 Ом и приближаясь к внутренне­му сопротивлению, равному 650-800 Ом.

Опасность поражения человека электрическим током за­висит от состояния и вида помещения, где применяются электрические сети и электроустановки. По опасности по­ражения током различают:

1. помещения без повышенной опасности, в которых отсутствуют условия, создающие повышенную или особую опасность;

2. помещения с повышенной опасностью, характеризую­щиеся наличием одного из следующих условий:

• сырости (относительная влажность длительно превы­шает 75%) или токопроводящей пыли;

• токопроводящих полов (металлические, земляные, железобетонные и т.п.);

• высокой температуры, постоянно или периодически (более суток) превышающей +350 °С;

• возможности одновременного прикосновения к металлическим корпусам электрооборудования, с одной стороны, и к металлоконструкциям зданий, имеющим соединение с землей, технологическим аппаратам, механизмам и т.п. - с другой. Сюда можно отнести, например, складские неотапливаемые помещения;

3) помещения особо опасные, характеризующиеся од­ним из следующих признаков:

• особой сыростью (влажность близка к 100%);

• химически активной или органической средой, разру­шающей изоляцию и токоведущие части электрооборудования;

• наличием одновременно двух или более условий повы­шенной опасности. К таким помещениям относится большая часть производственных помещений;

4) территории размещения наружных электроустановок, которые по опасности поражения током приравниваются к особо опасным помещениям.

Опасность поражения человека электрическим током наступает вследствие:

• напряжения шага, которое равно напряжению между точ­ками земли, обусловленному растеканием тока замыкания на землю, при одновременном касании их ногами человека. Численно напряжение шага равно разности потенциалов точек, на которых находятся ноги человека. Поле потенциалов на поверхности земли может возникнуть, например, при замыкании провода на землю в результате его обрыва, при стекании тока с заземлителя и т.п.;

• прикосновения к неизолированным токоведущим час­тям, когда человек одновременно находится в контакте с потенциалом земли или другой токоведущей частью иного по­тенциала (прямое прикосновение) или прикосновения к части электрического оборудования, которая находится под напряжением, вследствие повреждения изоляции, когда человек находится в контакте с потенциалом земли или другой проводящей частью оборудования иного потенциала (косвенное прикосновение);

• образования электрической дуги между токоведущей частью установки и человеком, что возможно в электрических установках напряжением свыше 1000 В.

Напряжение шага. Для: анализа растекания тока в грунте принимаем, что ток стекает в грунт через одиночный заземлитель полусферической формы (рис. 2.32), грунт однород­ный и изотропный, его удельное сопротивление с во много раз превышает удельное сопротивление материала заземли­теля.

Тогда потенциал φ_A точки А на расстоянии х выразится зависимостью , а φ₃ на заземлителе равно гдеI₃ - ток, стекающий с заземлителя в грунт.

Таким образом, потенциал на поверхности грунта рас­пределяется по закону гиперболы (рис. 2.33). Максималь­ным потенциал будет при х = х₃.

Рис. 2.32. Растекание тока в грунте

Рис. 2.33. Напряжение шага

Зону земли, за пределами которой электрический потен­циал, обусловленный токами замыкания на землю, может быть условно принят равным нулю, называют зоной расте­кания тока замыкания на землю. Зона растекания тока про­стирается, в среднем, на расстояние до 20 м от места замы­кания на землю.

При расположении одной ноги человека на расстоянии х от упавшего провода заземлителя и ширине шага, которая обычно принимается за 1 м, получаем

,

где - коэффициент напряжения шага, который зависит от расстояния заземлителя и ширины шага (чем бли­же к заземлителю и шире шаг, тем коэффициент β больше). Электрический ток через тело человека, обусловленный напряжением шага, равен

,

где R_ч - сопротивление в цепи протекания тока через чело­века, состоящее из сопротивлений тела человека, обуви и опорной поверхности, на которой он находится.

Опасность поражения током в электрических сетях. Слу­чаи поражения человека током возможны лишь при замы­кании электрической цепи через тело человека, т.е. при при­косновении человека не менее чем к двум точкам цепи, между которыми существует напряжение (разность потен­циалов). Опасность такого прикосновения зависит от ряда факторов: схемы включения человека в цепь, напряжения сети, схемы самой сети, режима ее нейтрали, степени изоля­ции токоведущих частей относительно земли.

Схемы включения человека в электрическую цепь могут быть различными (рис. 2.34).

Рис. 2.34. Случаи включения человека в электрическую цепь:

а - двухфазное; б и в - однофазное (прямое и косвенное); Z - полное сопротивление фазы относительно земли

Наиболее характерными яв­ляются две схемы включения: между двумя проводами (двухфазное включение) и между одним проводом и землей (однофазное включение). Во втором случае предполагается наличие электрической связи между сетью и землей. Двух­фазное включение - прикосновение человека одновремен­но к двум фазам, как правило, более опасно, поскольку к те­лу человека прикладывается наибольшее в данной сети напряжение - линейное, и поэтому через тело человека пройдет ток силой

,

где - линейное напряжение, т.е. напряжение между фаз­ными проводами сети; - фазное напряжение; .

Двухфазное включение является одинаково опасным в се­ти как с изолированной, так и с заземленной нейтралью. При этом изоляция человека от земли, например с помощью ди­электрического коврика, не уменьшит опасность пораже­ния.

Однофазное включение происходит значительно чаще, но является менее опасным, чем двухфазное, поскольку на­пряжение, под которым оказывается человек, не превышает фазного. Соответственно меньше будет и ток, проходящий через тело человека. Кроме того, на значение этого тока вли­яют режим нейтрали источника тока, сопротивление изоля­ции и емкость проводов относительно земли, сопротивле­ние пола, на котором стоит человек, сопротивление его обуви и другие факторы.

Рассмотрим подробнее получившее широкое распростра­нение трехфазные сети напряжением до 1 кВ при нормаль­ном и аварийном режимах работы. Это сети трехпроводные с изолированной нейтралью и сети с глухо заземленной ней­тралью.

В трехфазной трехпроводной сети с изолированной ней­тралью ток, проходящий через тело человека, при прикос­новении к одной из фаз сети в период ее нормальной рабо­ты определяют следующим выражением:

,

где r - сопротивление изоляции провода.

Из этого выражения следует, что с увеличением сопро­тивления изоляции опасность поражения током уменьша­ется. Поэтому очень важно в таких сетях обеспечивать вы­сокое сопротивление изоляции и контролировать ее состояние для своевременного выявления и устранения возникших неисправностей.

При аварийном режиме работы сети (рис. 2.35), когда воз­никло замыкание одной из фаз на землю через малое сопротивление r_зм, ее напряжение относительно земли снижается, поскольку r_зм r.

Рис. 2.35. Прикосновение человека к проводу трехфазной трехпроводной сети с изолированной нейтралью при аварийном режиме

При этом напряжение, под которым окажется человек, прикоснувшийся к исправной фазе трехфазной сети с изо­лированной нейтралью, будет значительно больше фазного и несколько меньше линейного напряжения. Таким обра­зом, этот случай прикосновения опаснее прикосновения к той же фазе сети при нормальном режиме работы.

В трехфазной четырехпроводной сети с заземленной ней­тралью при нормальном режиме работы сети (рис. 2.36, а) ток, проходящий через тело человека, равен

,

где r₀ - сопротивление заземления нейтрали.

Как правило, r₀ < 8 Ом и r₀ , следовательно, без боль­шой ошибки в расчетах можно пренебречь значением r₀ и считать, что человек оказывается практически под фаз­ным напряжением , а ток ≈ /.Ограничить силу то­ка, проходящего через человека, можно, увеличив сопро­тивление , например, используя диэлектрическую обувь,диэлектрические коврики, изолирующие подставки.

Отсюда следует, что прикосновение к фазе трехфазной сети с заземленной нейтралью в период нормальной ее ра­боты более опасно, чем прикосновение к фазе нормально работающей сети с изолированной нейтралью.

Рис. 2.36. Прикосновение человека к фазному проводу трехфазной четырехпроводной сети с заземленной нейтралью:

а - при нормальном режиме; б - при аварийном режиме

При аварийном режиме, когда одна из фаз сети замкнута на землю через относительно малое сопротивление r_зм (рис. 2.36, б), напряжение, под которым оказывается чело­век, прикоснувшийся в аварийный период к исправному фазному проводу трехфазной сети с заземленной нейтра­лью, всегда меньше линейного, но больше фазного. Таким образом, прикосновение к исправной фазе сети с заземлен­ной нейтралью в аварийный период более опасно, чем при нормальном режиме.

Вышепроведенный анализ сетей напряжением до 1 кВ показывает, что в случае прикосновения к фазному проводу в период нормального режима работы сети более безопас­ной является, как правило, сеть с изолированной нейтра­лью, а в аварийный период - сеть с заземленной нейтралью. Следовательно, сети с изолированной нейтралью целесооб­разно применять в тех случаях, когда имеется возможность поддерживать высокий уровень изоляции проводов. Таки­ми являются малоразветвленные сети, не подверженные воздействию агрессивной среды и находящиеся под посто­янным надзором квалифицированного персонала, напри­мер сети электротехнических лабораторий.

Сеть с заземленной нейтралью из условий безопасности следует применять там, где невозможно обеспечить хоро­шую изоляцию проводов (из-за высокой влажности, агрес­сивной среды и пр.), нельзя быстро отыскать или устра­нить повреждение изоляции. Это, как правило, сети жилых, общественных и промышленных зданий и наружных уста­новок.

Электрическая дуга. Она возникает при коротком замы­кании, электрическом пробое воздушных зазоров и т.п. Тем­пература дуги может достигать 7000 °С, вызывая тяжелые ожоги и травмы. При контакте кожи человека с металличе­скими токоведущими частями оборудования, оказавшимся под высоким напряжением (1000 В и более), и возникают «электрические знаки», о которых говорилось выше.

Механическое травмирование. Как правило, такое трав­мирование происходит спонтанно и имеет весьма широкий спектр негативных воздействий на человека: от порезов и ушибов до летального исхода. Тяжелые случаи механиче­ского травмирования связаны обычно с техногенными ава­риями или со стихийными явлениями.

Механическое травмирование человека в производст­венных условиях и в быту возможно при:

• несанкционированном взаимодействии с различными устройствами и механизмами (конвейеры, роботы, подъем­но-транспортное оборудование, средства транспорта, бытовая техника и т.п.);

• падении человека и различных предметов;

• поражении потоками вещества, ударной волной, фрагментами разрушающихся систем повышенного давления, тепловых и иных сетей и т.п.;

• контакте с режущими и колющими предметами, с шероховатыми и рваными поверхностями.

Основные опасности, возникающие при эксплуатации подъемно-транспортных машин и устройств:

• падение груза с высоты вследствие разрыва каната или неисправности грузозахватного устройства;

• разрушение металлоконструкции крана (тягового органа - в конвейерных установках);

• потеря устойчивости и падение стреловых самоходных кранов;

• спадение каната или цепи с блока, особенно при подъ­еме груза, кроме того, при раскачке блока возможно соскальзывание каната или цепи с крюка;

• при использовании ручных лебедок возможно травмирование как самим грузом, так и приводными рукоятками из-за самопроизвольного опускания груза;

• срыв винтовых, реечных и гидравлических домкратов, если они установлены на неустойчивом и непрочном основании или не вертикально (с наклоном), а также их самопроизвольное опускание;

• травмы при погрузке и разгрузке крупногабаритного груза на ручные безрельсовые тележки;

• действия механизмов, входящих в конструкцию подъ­емно-транспортных машин, обладающих комплексом механических опасностей, перечисленных выше.

Опасная зона подъемно-транспортных машин не являет­ся постоянной и перемещается в пространстве при пересе­чении всей машины или ее отдельных частей.

Несчастные случаи часто возникают на ленточных и цеп­ных конвейерах, причем 90% несчастных случаев на них происходит в момент устранения на ходу конвейера непола­док вследствие захвата тела и одежды набегающими движу­щимися частями оборудования. Поэтому на работающем конвейере запрещается исправлять смещение (сбег) ленты и устранять ее пробуксовку, убирать просыпавшийся и на­липающий материал, подметать под конвейером.

Источником серьезных механических травм может быть инструмент, как ручной (отвертки, ножи, напильники, зу­била, молотки, пилы, рубанки и т.д.), так и механизирован­ный (дрели, перфораторы, рубанки, пилы с электро- и пнев­моприводом). Как правило, этими видами инструментов повреждаются пальцы и руки при их попадании в зону об­работки материала, а также глаза, которые могут быть трав­мированы отлетающими из зоны обработки осколками, стружкой, пылью.

Другими причинами получения механических травм мо­гут являться:

• падение на скользком полу, особенно в случаях, когда на полу есть пятна разлитого или вытекшего из оборудования масла и других жидкостей;

• падение с высоты или с неустойчивого основания, на котором стоит человек;

• воздействие роботов и манипуляторов при попадании человека в зону их действия;

• воздействие других, менее типичных причин, например разрушение емкостей, находящихся под давлением, падение предметов с высоты, обрушение строительных конструкций и т.д.

Системы повышенного давления. Значительную опасность для населения представляют бытовые газовые баллоны и тру­бы. Нарушение правил безопасности при эксплуатации газо­вых систем, и их изношенность приводят к взрывам бытового газа, часто сопровождающимся разрушением строительных конструкций и гибелью людей.

Транспортные аварии. Эти аварии почти всегда имеют техногенное или антропогенно-техногенные происхожде­ние. Большинство аварий обусловлено, как правило, оши­бочными действиями людей. Так, по данным ИКАО, причи­ны авиационных катастроф распределяются следующим образом:

1. действия пилотов - 75-80%;

2. неправильное управление полетом с земли - 3-6%;

3. ошибки метеослужб - 5-6%;

4. техническая неисправность самолетов - 10-12%;

5. другие причины - 2-5%.

Транспортные аварии происходят внезапно, что делает их непредсказуемыми во времени.

Региональные и глобальные чрезвычайные опасности.

Чрезвычайные опасности, спонтанно возникая и обладая высокими уровнями воздействия человека, как правило, травмируют большие группы людей, а промышленные объ­екты, селитебные зоны и природу разрушают. Основными источниками таких опасностей являются:

• пожаро-, взрыво-, химически и радиационно опасные производственные объекты (АЭС, ракетные комплексы и т.п.);

• газовые, нефтяные, тепловые, электрические комплексы, их коммуникации и сети;

• новые технологии, направленные на получение энер­гии, развитие промышленных, транспортных и других комплексов;

• влияние стихийных природных явлений, способных вызывать аварии и катастрофы на промышленных и иных объектах.

Для России в силу особенностей, связанных со структур­ными изменениями в экономике, к числу источников чрез­вычайной техногенной опасности также относятся:

• остановка ряда производств, обусловившая нарушение хозяйственных связей и сбои в технологических цепочках;

• высокий уровень износа основных производственных средств, достигающих по ряду отраслей 80% и более;

• накопление отходов производства и быта, представляющих угрозу распространения токсичных веществ в природной среде;

• снижение требовательности и эффективности работы надзорных организаций и государственных инспекций;

• снижение технологической и трудовой дисциплины работающих.

Основными причинами крупных техногенных аварий в последние годы являются:

1. отказ технических систем из-за дефектов изготовления и нарушения режимов эксплуатации; многие современные потенциально опасные производства спроектированы так, что вероятность крупной аварии на них весьма высока и оценивается величиной 10^-4 и более;

2. ошибочные действия операторов технических систем; статистические данные показывают, что более 60% аварий произошло в результате ошибок обслуживающего персонала;

3. концентрация различных производств в промышленных зонах без должного изучения их взаимовлияния.

Одной из распространенных причин пожаров и взрывов, особенно на объектах нефтегазового и химического произ­водства и при эксплуатации средств транспорта, являются разряды статического электричества.

Далее мы рассмотрим различные виды аварий подробнее.

Авария радиационная - потеря управления источником ионизирующего излучения, вызванная неисправностью оборудования, неправильными действиями персонала, сти­хийными явлениями или иными причинами, которые могут привести или привели к облучению людей выше установ­ленных норм или радиоактивному загрязнению окружаю­щей среды.

К настоящему времени произошло немало радиацион­ных аварий различной тяжести на предприятиях ядерной энергетики, в медицине и промышленной радиографии. Осо­бое место среди них занимает Чернобыльская трагедия 1986 г. Это крупнейшая техногенная катастрофа XX в. Только в Рос­сии общая площадь радиоактивного загрязнения с плотнос­тью свыше 1 Ки/км² по цезию-137 достигает более 50 тыс. км². На этих территориях в настоящее время проживает более трех миллионов человек.

Из всех объектов, использующих источники ионизирую­щих излучений, наибольшую опасность как возможные ис­точники радиоактивных загрязнений окружающей среды и радиационного облучения населения представляют пред­приятия ядерного топливного цикла, к которым относятся:

• предприятия, осуществляющие добычу ядерного топлива, его переработку, транспортировку топлива и его отходов;

• системы ядерного оружия, заводы по их производству, переработке и склады (базы) такого оружия;

• атомный военный и гражданский флоты;

• предприятия по изготовлению тепловыделяющих элементов;

• атомные станции;

• хранилища использованного ядерного топлива;

• могильники отработанного ядерного топлива.

По назначению различают следующие ядерные реакто­ры: для исследовательских целей, для производства искус­ственных изотопов, для производства электрической и тепловой энергии (энергетические реакторы), для металлургии и химической технологии, для транспортных систем (ко­рабли, летательные аппараты), для медицинских и техноло­гических целей.

Особое место занимают атомные электростанции (АЭС). Это связано с тем, что именно в процессе работы станции образуется подавляющая часть искусственных радиоактив­ных продуктов, активность и концентрация которых в реак­торе чрезвычайно высоки. Аварии на АЭС, как показывает практика, могут привести к попаданию радиоактивных ве­ществ в окружающую природную среду и радиационному поражению людей, животных и растительности на значи­тельных территориях.

Основным элементом любой атомной станции является ядерный реактор. Они классифицируются по различным признакам: физическим, конструктивным, по составу и разме­щению ядерного горючего, по типу замедлителя нейтронов и горючего, по назначению и т.д. Принципиальные схемы устройства большинства реакторов во многом одинаковы. Любой ядерный реактор состоит из активной зоны, систем защиты и управления мощностью и ряда вспомогательных систем.

Ядерная энергетика основана на использовании ядерно­го топлива, в качестве которого применяют три делящихся радионуклида: уран-235 (естественный радионуклид) и два других - плутоний-239 и уран-238 (их получают искусст­венным путем в процессе ядерного топливного цикла). Ко­нечной целью цикла является получение электричества или теплоты. Схема АЭС показана на рис. 2.37.

Рис. 2.37. Принципиальная технологическая схема АЭС:

1 - реактор; 2 - первичная биологическая защита; 3 - вторичная биоло­гическая защита; 4 - турбина; 5 - электрогенератор; 6 - компрессор; 7 - емкость для пополнения теплоносителя; 8 - циркуляционный насос; 9 - парогенератор; 10 - конденсатор; 11 - подогреватель; 12 – сетевой теплообменник

В отечественной ядерной технологии широкое примене­ние нашли водо-водяные энергетические ректоры (ВВЭР) и водографитовые реакторы канального типа (РБМК - ре­актор большой мощности канальный, именно последние были установлены на Чернобыльской АЭС).

Основные параметры отечественных реакторов пред­ставлены в табл. 2.24.

Таблица 2.24