Синтез метода и средств удаленного мониторинга сопротивлений заземлителей

К опасным факторам относятся: электрический ток, как опасное для человека физическое явление; электрические сети; электроустановки; движущиеся объекты (подвижной состав, автомашины, механизмы, перемещаемые в цехах заготовки для деталей); острые кромки различных предметов; части разрушающихся конструкций; падающие с высоты предметы. Кроме того, к опасным факторам относят: коррозию, ослабляющую металлические конструкции и приводящую к внезапному их разрушению; горячие поверхности, прикосновение к которым вызывает ожог; скользкие поверхности, способствующие падению.

6.3 Вредные физические факторы производственной среды

К таковым относятся:

- Параметры микроклимата (температура, влажность, скорость движения воздуха, тепловое излучение);

- Неионизирующие излучения и поля (электромагнитные поля радиочастотного диапазона и промышленной частоты, электромагнитные излучения оптического диапазона, лазерное и ультрафиолетовое излучения, электростатические поля);

- Ионизирующие излучения;

- Производственный шум, ультразвук, инфразвук;

- Вибрация (локальная, общая);

- Аэрозоли (пыли) преимущественно фиброгенного действия (ПФД);

- Освещение (недостаточная освещенность, прямая и отраженная слепящая блеклость, пульсация освещенности);

Электрически заряженные частицы воздуха - аэроны.

На железнодорожном транспорте многие железнодорожные объекты являются источником вредных физических факторов. Работники, находящиеся в зоне действия вредных физических факторов, могут оказаться под влиянием как одного, так и целой группы факторов (сочетанного их воздействия). При высоких уровнях воздействия вредных физических факторов появляются нежелательные биологические эффекты, приводящие к заболеваниям человека или его смерти.

6.4 Опасные факторы производственной среды

Электрический ток и источники опасности поражения электрическим током.

Электропитание контактной сети электрифицированных железных дорог осуществляется на переменном токе напряжением в 25 кВ, либо на постоянном токе напряжением 3 кВ. В производственных процессах на предприятиях железнодорожного транспорта используется, в основном, электропитание от трехфазной сети переменного тока напряжением 380 В. Осветительная сеть имеет напряжение 220 В. Частота переменного тока составляет 50 Гц. Указанные параметры электрических сетей представляют значительную опасность для жизни и здоровья человека. Значительную опасность представляет также и статическое электричество. Под ним понимается запас электрической энергии, образующийся на оборудовании в результате трения или индукционного влияния сильных электрических разрядов. Заряд статического электричества, часто достигающий нескольких десятков тысяч вольт, может быть причиной травмы, взрыва или пожара. Основным средством борьбы с статическим электричеством на всех объектах железнодорожного транспорта является применение заземляющих устройств. Они позволяют снизить разность потенциалов между объектом и землёй до нуля и тем самым исключить возможность накопления опасного потенциала. Для гарантии надежности заземления, сопротивление заземляющего устройства не должно превышать величины в 100 Ом.

Электроснабжение объектов железнодорожного транспорта может осуществляться как с использованием воздушных линий электропередач, так и с помощью кабельных линий.

Даже отключенная от электропитания воздушная линия может оказаться под наведенным напряжением. Этот эффект может возникнуть вследствие электромагнитного влияния на отключенную линию действующей высоковольтной линии или контактной сети электрифицированной железной дороги переменного тока. С увеличением расстояния между проводом, находящимся под напряжением и отключенным, а также с уменьшением высоты их подвеса, электрическая составляющая электромагнитного воздействия будет уменьшаться. Магнитная составляющая наведенного напряжения будет уменьшаться с уменьшением длины отключенного провода и с уменьшением тока в влияющем проводе.

Для обеспечения безопасности работающих на отключенных проводах контактной сети, подверженных электромагнитному влиянию, предусматривают следующие защитные мероприятия: увеличивают расстояние между влияющим и подверженным влиянию проводами; заземляют изолированные от земли металлические конструкции сооружений.

При падении на землю случайно оборванного электрического провода, при пробое изоляции на землю в электрической установке, а также в местах расположения заземления или грозозащитного устройства, поверхность земли может оказаться под электрическим напряжением. Образуется зона растекания токов короткого замыкания.

Таким образом, источниками возможного поражения людей электрическим током на рабочих местах могут быть неисправности в сетях электроснабжения, в электрооборудовании машин и механизмов, незнание или несоблюдение техники безопасности.

Воздействия электрического тока на человека

По характеру воздействия различают: термическое, биологическое, электролитическое, химическое и механическое повреждения.

Термическое действие тока проявляется ожогами отдельных участков тела.

Электролитическое действие тока проявляется в разложении жидкостей организма на ионы, нарушающем их свойства.

Химическое действие тока выражается в возникновении химических реакций в крови, лимфе, нервных волокнах с образованием новых веществ, несвойственных организму.

Биологическое действие тока проявляется в раздражении и возбуждении тканей организма, возникновении судорог, остановке дыхания, изменении режима сердечной деятельности.

Механическое действие тока приводит к сильным сокращениям мышц, вплоть до их разрыва, к разрывам кожи, кровеносных сосудов, переломам костей, вывихам суставов, расслоению тканей.

По видам поражения различают электротравмы и электрические удары. Электротравмы - это местные поражения (ожоги, металлизация кожи, механические повреждения, электрофтальмия).

Электрические удары - это общие поражения, связанные с возбуждением тканей проходящим по ним электрическим током (нарушения функционирования центральной нервной системы, органов дыхания и кровообращения, потеря сознания, расстройства речи, судороги, мгновенная смерть).

По степени воздействия на человека различают три пороговых значения тока: ощутимый, неотпускающий и фибрилляционный.

Ощутимым называют электрический ток, который при прохождении через организм человека вызывает ощутимое раздражение. Ощущение от протекания электрического тока, как правило, начинается от значения 0,6 мА.

Неотпускающим называют ток, который при прохождении через организм человека вызывает непреодолимые судорожные сокращения мышц рук, ног или других частей тела, соприкасающихся с токоведущим проводником. Человек не может самостоятельно отстраниться от токоведущей части проводника (10 мА).

Фибрилляционным называется ток, вызывающий при прохождении через организм человека фибрилляцию сердечной мышцы - разновременные нескоординированные сокращения отдельных мышечных волокон сердца, в конечном итоге приводящие к остановке сердца и параличу дыхания (50 мА).

Степень поражения электрическим током определяется:

- Общим электрическим сопротивлением организма, которое зависит от индивидуальных особенностей тела человека;

- Параметрами электрической цепи (напряжения, сила и род тока, частота колебаний), под действие которой попал человек;

- Путями прохождения тока через тело человека;

- Условиями включения в электросеть;

- Продолжительностью воздействия;

- Условиями внешней среды (влажность воздуха, температура, наличие токопроводящей пыли и другие).

Низкое электросопротивление организма способствует более тяжелым последствиям поражения электрическим током. Электросопротивление тела человека снижают такие показатели, как физиологическое и психологическое состояние (утомление, алкогольное опьянение, голод, заболевание, эмоциональное возбуждение).

При влажной или поврежденной коже электросопротивление тела человека составляет около 1000 Ом. Между током, протекающим через тело человека, и приложенным к нему напряжением существует нелинейная зависимость - с увеличением напряжения сила тока растет быстрее.

Тяжесть поражения человека пропорциональна силе тока, протекающего через его тело. Зависит от продолжительности его воздействия на тело и пути прохождения через тело человека.

6.5 Организационно-технические мероприятия обеспечения безопасности условий труда при обслуживании электроустановок

Электробезопасность - система правовых, организационных и технических мер и средств, обеспечивающих людей от вредного и опасного воздействия электрического тока, электрической дуги, электромагнитного поля и статического электричества.

Обеспечение безопасности при обслуживании электроустановок требует чёткого соблюдения правил технической эксплуатации этих установок.

К организационным мерам, обеспечивающим безопасность работы на электроустановках, относятся: оформление работы, допуск к работе, надзор во время работы, оформление перерыва в работе, оформление перевода на другое рабочее место и окончания работы.

По условиям электробезопасности электрические устройства разделены по напряжению на три категории:

1. до 1000 В включительно;

2. свыше 1000 В.

3. устройства с малым напряжением, не превышающим 42 В.

К техническим мероприятиям относятся работы, проводимые на электроустановках: на действующих электроустановках со снятием напряжения и без снятия напряжения на токоведущих частях; техническое обслуживание; работы, выполняемые в порядке текущей эксплуатации; проведение ремонтно-монтажных операций.

Предупреждение поражения электрическим током и профилактическая работа включают в себя следующие мероприятия:

- Применение малого напряжения;

- Защиту от случайного прикосновения человека к токоведущим частям;

- Изоляцию токоведущих частей;

- Защитное заземление или зануление;

- Защитное отключение;

- Выбор производственных помещений по условиям выполнения работ;

- Защиту от опасного воздействия статического электричества;

- Использование средств коллективной и индивидуальной защиты.

Малым напряжением считают напряжение, не превышающее 42 В. Оно используется для питания ручного электрифицированного инструмента, переносных светильников и местного освещения в особо опасных помещениях и в помещениях с повышенной опасностью.

Для защиты от случайного прикосновения человека к токоведущим частям электроустановок опасную зону ограждают, а токоведущие части и детали электрооборудования изолируют. Ограждения выполняют в виде переносных щитов, стенок, экранов. Электрическая изоляция - это слой диэлектрика, которым покрывают токоведущие части электрооборудования. Для повышения надежности и электробезопасности оборудования используют двойную изоляцию. Сопротивление изоляции зависит от напряжения сети. В сетях с напряжением менее 1000 В оно должно быть не менее 0,5 Мом. Испытание изоляции проводится не реже одного раза в три года с помощью специального прибора - мегомметра. Для предупреждения человека о возможной опасности устанавливают знаки безопасности (плакаты).

Для защиты людей от поражения электрическим током при прикосновении к металлическим нетоковедущим частям, которые могут оказаться под напряжением в результате повреждения электроизоляции, используют заземление или зануление.

Заземление - преднамеренное электрическое соединение точки системы электроустановки или оборудования с заземляющим устройством.

Защитное заземление - заземление частей электроустановок с целью обеспечения электробезопасности. Заземлению подлежат корпуса электрических машин и инструментов, осветительной арматуры, каркасы распределительных щитов и др. Защитное заземление следует выполнять при номинальном напряжении переменного тока 380 В и выше и постоянного тока напряжением 440 В и выше.

Заземлители - проводники, находящиеся в непосредственном соприкосновении с землей. Используются, специально забиваемые вертикально в землю, металлические трубы диаметром 25-50 мм и длиной 2-3 м. Угловая сталь толщиной не менее 4 мм и длиной до 3 м, металлические полосы размером 40Ч4 мм.

В электроустановках напряжением до 1000 В сопротивление заземляющего устройства не должно превышать 4 Ом. В случае появления напряжения на корпусе электроустановки с защитным заземлением электрический ток пройдет по параллельной цепи защитного заземления, но не через тело человека. Ток, протекающий через тело человека, уже не будет представлять собой большой опасности, так как сопротивление тела человека (1000 Ом) значительно выше сопротивления заземления (4 Ом). На практике защитное заземление считается обеспечивающим безопасность, если напряжение прикосновения не будет превышать 40 В.

Расчет защитного заземления заключается в определении его основных параметров: числа, размеров и размещения вертикальных электродов, а также длины горизонтальных соединительных шин и глубины их заложения, а также удельного сопротивления почвы. Контроль за состоянием заземляющего устройства проводят регулярно не реже 1 раза в год в период наименьшей проводимости грунта. Если окажется, что сопротивление заземляющего устройства более нормируемого, его следует привести в соответствие с нормами. Уменьшить сопротивление заземляющего устройства можно путем солевой обработки грунта вокруг заземлителя, увлажнения грунта или забивки дополнительных электродов. Сопротивление защитного заземления контролируют при помощи измерителей сопротивления заземления типа МО-08, М-436 и других.

Зануление - это вид защиты, представляющий собой соединение металлических частей установки, не находящихся под напряжением, с заземленным в трансформаторном пункте нулевым проводом. Защитное зануление (рисунок 6.1) выполняют в электроустановках переменного тока до 1000 В с заземленной нейтралью. Защитный эффект зануления заключается в срабатывании защитных аппаратов (предохранителей, автоматических выключателей) с малым собственным временем отключения, уменьшающих длительность замыкания на корпус, следовательно, в сокращении времени воздействия электрического тока на человека.



Рис. 6.1 Принципиальная схема зануления: 1 - электроустановка; 2 - нулевой защитный провод; 3 - предохранители; 4 - повторное заземление.

Площадь сечения нулевого защитного провода при медных или алюминиевых жилах должна быть не менее 50 % площади сечения фазного провода. При стальных нулевых защитных проводниках для определения площади сечения следует использовать таблицы, приведенные в ПУЭ.

У однофазных электроприемников (переносные светильники, ручной электроинструмент и др.), которые включаются между фазным и нулевым проводами, зануление осуществляют отдельным проводником, соединяющим корпус электроприемника с нулевым защитным проводом.

Защитное отключение - это система защиты, обеспечивающая электробезопасноть путем быстрого автоматического отключения электроустановки при возникновении на ее корпусе опасного напряжения.

Продолжительность срабатывания защитного отключения составляет 0,1 - 0,2 с. Защитное отключение осуществляется с помощью аппарата, встроенного в распределительное или пусковое устройство (рисунок 6.2). В случае появления напряжения на корпусе электроустановки больше нормативного, происходит короткое замыкание в сети, и перегорают предохранители, что приводит к отключению напряжения от электроустановки. Эффективность систем защитного отключения определяется их быстродействием, поскольку даже при очень малой длительности воздействия электрического тока на человека оно может оказаться смертельным.

Защитное отключение применяют в сетях с изолированной, а также и с заземленной нейтралью. Его используют как самостоятельную меру защиты, так и совместно с защитным заземлением или занулением.

Рис. 6.2 Принципиальная схема устройства защитного отключения: 1 - электроустановка; 2 - автоматический выключатель; 3 - реле

В помещениях с повышенной опасностью и в особо опасных помещениях обязательными является применение защитных мер. В помещениях с повышенной опасностью электроинструмент и переносные светильники должны иметь двойную изоляцию или их напряжение не должно превышать 42 В. В особо опасных помещениях допускается напряжение 12 В, а работа с электроинструментом напряжением, не превышающим 42 В, допускается только с применением средств индивидуальной защиты (диэлектрические боты, перчатки, коврики). При работах в особо неблагоприятных условиях (в колодцах выключателей, барабанах котлов, цистернах, металлических резервуарах и т.д.) переносные светильники должны иметь напряжение не выше 12 В.

Класс переносного электроинструмента и ручных электрических машин должен соответствовать категории помещения и условиям производства работ с применением в определенных случаях электрозащитных средств согласно требованиям. Классы электроинструмента и ручных электрических машин по способу защиты от поражения электрическим током регламентированы действующими государственными стандартами.

6.6 Методика расчета защитного зануления и защитного отключения

Методика расчета элементов зануления

Отключающая способность зануления характеризуется условием:

I_k ? k Ч I_Н,

где I_Н - номинальный ток аппарата защиты;

k - коэффициент кратности, зависящий от аппарата защиты;

I_k - ток короткого замыкания, А.

Силу тока замыкания определяют, А:

I_k = U_ф / [(Z_Т / 3) + Z_П],

где U_ф - фазное напряжение, В;

Z_Т - полное сопротивление трансформатора току замыкания на корпус, Ом;

Z_П - полное сопротивление петли «фаза-нуль», Ом:

где R_Ф, R_Н - активные сопротивления фазного и нулевого проводника, Ом;

X_Ф, X_Н - индуктивные сопротивления фазного и нулевого проводника, Ом;

X_И - внешнее индуктивное сопротивление петли «фаза-нуль».

Величины X_Ф и X_И для проводников цветных металлов малы, и ими можно в расчетах пренебречь. Для стальных проводников внутреннее индуктивное сопротивление рассчитывают аналогично активным.

Активные сопротивления R_Ф и R_Н фазного и нулевого проводников, выполненных из цветных металлов, рассчитывается по формуле, Ом,

,

где с - удельное сопротивление проводника, Ом•мм²/м;

l - длина проводника, м;

S - площадь поперечного сечения проводника, мм².

Длина проводников фазного и нулевого зависят от величины расстояния от источника питания (трансформаторной подстанции) до электропотребителя.

Сечение нулевого проводника и его материал принимают заранее из условия, что полная проводимость нулевого защитного проводника была не менее 50 % полной проводимости фазного проводника.

Значение Z_Т, Ом, зависит от мощности трансформатора, напряжения и схемы соединения обмоток, а также его конструктивного исполнения.

Методика расчета защитного отключения

В качестве датчика, реагирующего на появление входного сигнала, в той схеме защитного отключения использовано реле напряжения, включенное между корпусом и вспомогательным заземлителем R_р.

Установку, то есть напряжение срабатывания реле U_ср, выбирают из условия:

,

где U_З - напряжение корпуса относительно земли, В;

U_доп - допустимое напряжение прикосновения, В;

Z_р - полное сопротивление, Ом;

R_р - сопротивление вспомогательного заземлителя, Ом;

б₁ - коэффициент напряжения прикосновения;

б₂ - коэффициент, учитывающий падение напряжения в дополни-тельных сопротивлениях цепи тока, протекающего через тело человека.

При срабатывании реле напряжения, размыкаются его нормально замкнутый контакт, включенный в цепь самоподхвата магнитного пускателя, и магнитный пускатель отключает от сети электроустановку.

Преимущество данной схемы - ее простота, а недостатки - необхо-димость применения вспомогательного заземлителя и неселективность.

6.7 Расчет защитного заземления НУП станции Катозеро

По заданию консультанта по разделу «Охрана труда на железнодорожном транспорте», автор данного дипломного проекта произвел расчет защитного заземления для НУП (необслуживаемый усилительный пункт) станции Катозеро. Цель расчета: определение основных параметров заземления - числа, размеров, размещения одиночных заземлителей и заземляющих проводников. Выбор допустимой величины сопротивления R_ДОП и проверочный расчет по условию: R_РАС ? R_ДОП.

Методику подобного рода расчетов можно изложить в виде линейно-цикличного алгоритма. Он включает в себя следующие действия:

1) Выбрать с учетом требований величину R_ДОП.

2) Задаться удельным сопротивлением грунта.

3) Выбрать тип, длину заземлителей и их конструкцию.

4) Определить коэффициент сезонности.

5) Определить сопротивление одиночного вертикального заземлителя.

6) Подсчитать приближённое количество заземлителей.

7) Расположить полученное количество на плане объекта, и определить длину полосы связи.

8) Определить коэффициенты использования.

9) Определить сопротивление растеканию тока горизонтальной полосы связи.

10) Определить уточненное число заземлителей.

11) Снова расположить заземлители на плане объекта и подсчитать сопротивление группового заземлителя.

12) Если это требуется, произвести корректировку числа заземлителей.

Произведем расчет по приведенному выше алгоритму.

1. Выбор величины R_ДОП

В рассматриваемом случае, поскольку заземлитель подключен к электрооборудованию в сети с напряжением менее 1 000 В с изолированной нейтралью, а мощность составляет менее 100 кВ•А, то заземляющие устройства могут иметь сопротивление не более 10 Ом. Иными словами, можем утверждать что R_ДОП = 10 (Ом).

R_ДОП = 10 Ом

2. Выяснение удельного сопротивления грунта

Заземляющее устройство, смонтированное на станции Котозеро, попадает на участок с двумя слоями грунта. Первый из них - суглинок, второй (нижний) - торф, что характерно. Поэтому удельные сопротивления, согласно таблице 2.5 источника [15], будут иметь значения, соответственно:

с₁ = 100 Ом•м

с₂ = 20 Ом•м

3. Выбор типа заземлителя и конструкции

В качестве горизонтального стержневого заземлителя условимся использовать отрезок арматуры со следующими геометрическими параметрами:

d = 0,025 м - диаметр поперечного сечения;

l = 3 м - длина стержня.

4. Определение коэффициента сезонности

Коэффициент сезонности ш зависит от климатической зоны, в которой находится электроустановка и от параметров заземлителя. В настоящем расчете, исходя из этих данных, по таблице 2.6 источника [15], коэффициент сезонности будет иметь значение: ш = 1,7.

5. Определение сопротивления одиночного вертикального заземлителя

В данном случае расчет производится для двух типов почв, поэтому предварительно вычислим эквивалентное удельное сопротивление грунта. Вычисление может быть осуществлено в соответствии с формулой (6.1).

(6.1)

В приведенной формуле:

Дl₁ = 0,9 - длина заземлителя в верхнем слое (суглинок в нашем случае);

Дl₂ = 2,1 - длина заземлителя в нижнем слое (торф в нашем случае).

При расчете было получено значение:

с_ЭКВ = 26,32 Ом•м.

Вычисление сопротивления одиночного вертикального заземлителя производится по формуле (6.2).

(6.2)

В приведенной формуле:

- расстояние от поверхности земли до середины вертикального заземлителя.

h₁ = 0,5 - расстояние от поверхности земли до верхнего конца заземлителя (h₁ ? 0,5 м).

Таким образом, в результате расчета можно получить:R_ЗОВ =13,94 Ом.

6. Расчет приближенного числа заземлителей

Расчет приближенного числа заземлителей производится в соответствии с формулой (6.3).

(6.3)

В приведенной формуле:

з = 0,6 условно принятое значение коэффициента использования.

Произведя расчет по приведенной выше формуле, получим следующий результат:

n' ? 2,32

Округление до необходимой и достаточной величины производим в сторону ближайшего целого числа:

n' = 2 (штук).

7. Расположение заземлителей на плане

На рисунке 6.4 изображена часть плана станции Котозеро, на которой содержится рассматриваемый объект - НУП связи. На этом же рисунке произведена наметка точек установки вертикальных заземлителей, и построение приблизительной трассы металлосвязи (горизонтальный заземлитель) от НУП до этих точек, указаны расстояния.

Рис. 6.3 План станции Катозеро с нанесенными заземлителями

8. Определение коэффициентов использования вертикальных заземлителей и полосы связи.

Определение коэффициентов использования вертикальных заземлителей и полосы связи производится в зависимости от полученного значения приближённого количества заземлителей и величины отношения расстояния между одиночными заземлителями к их длине по таблице 2.7 источника [15]. В данном случае:

a = 1 - соотношение расстояния между заземлителями и длины заземлителя (3 / 3).

з_В = 0,85 - коэффициент использования вертикальных заземлителей.

з_Г = 0,85 - коэффициент использования горизонтальных заземлителей.

9. Определить сопротивление растеканию тока горизонтальной полосы связи

Для горизонтальной полосы связи сопротивление растеканию тока определяется формулой (6.4).

(6.4)

В качестве горизонтальной полосы связи используем стальную полосу 4 Ч 30 мм. Тогда:

l = 12 - длина полосы связи, м;

d = 0,015 - диаметр заземлителя, м.

В результате расчета можно получить: R_ЗОГ ? 2,93 Ом.

10. Определение уточненного числа заземлителей

Определение уточненного числа заземлителей производится в соответствии с формулой (6.5).

 (6.5)

В результате расчета по приведенной формуле, получаем n = 2,19 ? 2 (штук).

11. Расчет сопротивления группового заземлителя

Насколько можно судить из произведенного ранее расчета, n = n'. Отсюда следует, что перераспределение вертикальных заземлителей на плане не требуется.

Рассчитаем суммарное сопротивление группового заземлителя по формуле (6.6).

(6.6)

В результате расчета получаем R_ГР = 2,36 Ом.

Задача считается решенной, если R_ГР ? R_ДОП. В данном случае это условие выполняется.

6.8 Выводы

В разделе «Охрана труда на железнодорожном транспорте» была рассмотрена классификация опасных и вредных производственных факторов (ОВПФ). Подробнее рассматривался электрический ток как опасный фактор производственной среды, а именно: источники опасности поражения электрическим током, степень воздействия электрического тока на человека и прочее.

Также были разработаны организационно-технические мероприятия обеспечения безопасности условий труда при обслуживании электроустановок. Здесь было заострено внимание на принципиальной схеме зануления и защитного отключения.

Была предложена методика расчетов защитного зануления и защитного отключения. Был произведен расчет защитного заземления на примере необслуживаемого усилительного пункта станции Катозеро Октябрьской железной дороги.

сопротивление заземление молниевый ток

7. Выбор мер защиты рабочих и служащих объекта ст. Чупа, загрязненного радиоактивными веществами

7.1 Исходные данные

В результате запроектной катастрофической аварии на РОО с выбросом РВ произошло радиоактивное загрязнение объекта «ст. Чупа».

Характеристика радиоактивного загрязнения территории объекта по данным радиационной разведки выбирается в соответствии с вариантом, полученным от консультанта по разделу «Безопасность жизни и деятельности в черезвычайных ситуациях» Далее по тексту будет использоваться аббревиатура «БЖЧС». , и приведена ниже.

Установленная (максимально допустимая) доза облучения для рабочих и служащих объекта (Д_уст) в начальном периоде радиационной аварии (за первые 10 суток с момента аварии) принята равной 30 мГр.

Согласно таблице 1 источника [1, стр. 18], из строки номер 7 (номер варианта в соответствии с заданием, полученным от консультанта по разделу БЖЧС), привожу исходные данные для выполнения задачи в виде таблицы 12.

Таблица 7.1 Исходные данные варианта 7

Номер варианта	Время начала загрязнения объекта после аварии, ч.	Продолжительность ранней стадии (срок формирования следа на объекте), ч.	МДИ МДИ - здесь и далее: мощность дозы излучения на момент окончания ран- ней стадии , мГр/ч
7	1	100	3,7

Требуется:

изложить характер возможного радиоактивного загрязнения объекта и воздействия ионизирующих излучений на производственный персонал;

определить ожидаемые дозы облучения людей в начальном периоде радиационной аварии;

выбрать и разработать меры защиты производственного персонала.

Характер возможного загрязнения объекта в случае запроектной аварии на РОО

При запроектных авариях происходит длительный выброс РВ. Это осложняет радиационную обстановку вследствие многократного изменения метеоусловий и различных по активности выбросов.

При запроектных авариях компоненты выброса РВ не пропорциональны наработанному составу ПЯД ПЯД - здесь и далее: продукты ядерного деления.

В реакторе остаются тяжелые элементы, а в атмосферу выбрасываются в основном высоколетучие элементы с мелкозернистым составом размерами менее 0,3-0,5 микрон.

Вследствие выброса мелкозернистых аэрозолей происходят их перенос на большие расстояния и загрязнение огромных территорий.

По той же причине увеличивается опасность внутреннего аэрозольного облучения людей через дыхательные пути (при ядерном взрыве наибольшую опасность представляет внешнее облучение).

Выброс легколетучих и малоактивных продуктов ядерного деления обуславливает относительно малые уровни загрязнения местности (по сравнению с ядерным взрывом). Непосредственно в районе аварии выброшенные радиоактивные конструкции реактора могут значительно повысить МДИ. В то же время за пределами санитарно-защитной зоны АЭС МДИ существенно падает.

Если при ядерном взрыве в первые сутки происходит резкий спад радиации вследствие выпадения на местности высокоактивных элементов, то при аварийных выбросах малоактивных ПЯД с большим периодом полураспада спад радиации во времени происходит медленно.

В связи с длительными выбросами РВ, сложным составом выбрасываемых аэрозолей и изменчивостью метеоусловий происходит неравномерное, пятнистое загрязнение местности, отсутствует ярковыраженный радиоактивный след. Это затрудняет прогноз возможной радиационной обстановки.

Радиоактивное загрязнение местности при запроектных авариях во многом зависит от времени работы реактора до аварии. Чем больше времени работает реактор, тем больше нарабатывается ПЯД и тем больше этих продуктов выбрасывается в атмосферу. При прогнозах радиационной обстановки на случай аварии принимают самую неблагоприятную ситуацию, когда время аварии совпадает с максимально возможным циклом работы реактора после его загрузки - 3 года.

Радиоактивное загрязнение местности, предметов и воздействие аварийных выбросов на человека во многом зависят от времени, прошедшем с момента аварии. Это время до нормализации обстановки на загрязненной местности принято делить на три стадии: раннюю, промежуточную и восстановительную.

Ранняя (чрезвычайная) стадия (PC) начинается с момента аварии и завершается после окончания основных выбросов и стабилизации обстановки на местности. В этот период создается наиболее сложная обстановка. На человека воздействует внешнее облучение: из проходящего облака, излучающего гамма и бета-частицы; от выпавших из облака на грунт радиоактивных осадков, при радиоактивном распаде которых выделяются альфа и бета-частицы и гамма-кванты; от контакта выпавших РВ с открытыми участками тела.

В период PC человек облучается радиоактивными аэрозолями, попадающими в организм через дыхательные пути. Такое внутреннее облучение является наиболее опасным при радиационных авариях.

Промежуточная (средняя) стадия (ПС) начинается после окончания основных выбросов и заканчивается по окончании проведения основных мер защиты (через один год после аварии). В этой стадии основное поражение людей происходит путем внешнего облучения за счет распада выпавших из радиоактивного облака осадков и внутреннего облучения от поступления в организм загрязненных продуктов питания и воды.

Восстановительная (поздняя) стадия (ВС) начинается через 1 год после аварии и заканчивается после нормализации обстановки. Считается, что территория не относится к зоне радиоактивного загрязнения, если годовая эффективная доза у жителей населенного пункта, обусловленная искусственными РВ, поступившими в окружающую среду в результате радиационной аварии, не превышает 1 мЭв.

В период восстановительной стадии поражение людей происходит за счет внутреннего и внешнего облучения, как и на промежуточной стадии. Радиоактивные выбросы при авариях воздействуют на человека как непосредственно, так и опосредованно через загрязненную среду обитания человека (рисунок 7.1).

Рис. 7.1 Миграция в биосфере РВ, воздействующая на человека

Первичным этапом, инициирующим многообразные отрицательные процессы в живом организме, является ионизация и возбуждение атомов органов и тканей с последующим разрывом в них химических связей. Это приводит к изменению биохимических процессов в организме, нарушению обмена веществ, выделению токсичных веществ и поражению всего тела человека. Никакой другой вид энергии (тепловой, электрической и других), поглощенной биологическим объектом в том же количестве, не приводит к таким изменениям, какие вызывает ИИ.

На рис. 7.2 приведены возможные последствия воздействия ИИ на Человека.

Эффекты, возникающие в результате непосредственного облучения органов и клеток человека, называют соматическими (греч. soma - тело). Они могут проявляться сразу или спустя время после облучения.

Рис. 7.2 Виды последствий воздействия ИИ на человека

Кроме того, в организме под действием излучения могут произойти структурные изменения элементов, ответственных за наследственность. В большинстве случаев эти изменения, прошедшие незамеченными для облученного человека, могут оказаться опасными для следующего поколения и вызвать генетические эффекты.

Детерминированными называются клинически выявляемые вредные биологические эффекты, вызванные ИИ и имеющие определенный дозовый порог, ниже которого эффект отсутствует, а выше - тяжесть эффекта зависит от дозы. То есть для детерминированных эффектов характерно наличие связи между полученной дозой и реакцией организма.

При дозах однократного облучения (в течение четырех суток) меньше порога в 1,0 Гр не наблюдается развитие острой лучевой болезни Далее используется аббревиатура «ОЛБ». При дозах 0,5…1,0 Гр возникает лишь чувство усталости без серьезной потери трудоспособности.

При превышении порога в 1,0 Гр (при дозе 1,5…2,5 Гр) наблюдается кратковременная легкая форма ОЛБ, при которой смертельные исходы отсутствуют. Тяжесть ОЛБ возрастает с увеличением полученной дозы.

Лучевая болезнь средней степени тяжести возникает при дозе 2,5…4,0 Гр. При этом появляются подкожные кровоизлияния, наблюдается тошнота и рвота, в 20 % случаев возможен летальный исход. Смерть наступает через 2…6 недель после облучения.

Тяжелая форма лучевой болезни развивается при дозе 4,0…6,0 Гр. В течение месяца после облучения смертельный исход возможен в 50 % случаев.

Крайне тяжелая форма лучевой болезни развивается при дозах, превышающих 6,0 Гр. Через 2…4 часа после облучения появляется рвота, множественные подкожные кровотечения, кровавый понос. Смерть наступает в 100 % случаев. Причиной смерти чаще всего являются инфекционные заболевания и кровоизлияния.

Наиболее вероятным источником радиоактивного загрязнения для рассматриваемой местности, в связи с географическим её положением, является Кольская АЭС. Приведём краткую справку о рассматриваемом объекте.

Кольская атомная электростанция расположена в юго-западной части Кольского полуострова в 15 км от города Полярные Зори, на берегу озера Имандра. В радиусе 100 км от станции расположены также города Апатиты, Кандалакша, Кировск, Мончегорск.

Около 70 % электрической энергии, производимой Кольской АЭС, используется регионом (Мурманская область), 7…8 % потребляет сама станция. Остальная электроэнергия передается в Карелию и экспортируется в Финляндию и Норвегию.

Пуск первого энергоблока Кольской АЭС состоялся 29 июня 1973 года. В год своего пуска станция выработала 1,02 млрд. кВт/час электроэнергии. Через год, 8 декабря 1974 года, пущен второй энергоблок, 24 марта 1981 года - третий, и 11 октября 1984 года введён в эксплуатацию четвёртый.

На Кольской АЭС эксплуатируется 2 реактора ВВЭР ВВЭР - здесь и далее: водо-водяной энергетический реактор двух модификаций (ВВЭР-440/230 и ВВЭР-440/213), в которых замедлителем нейтронов и теплоносителем служит обычная вода под давлением. В них в качестве тепловыделяющих элементов применяется слабо обогащенная окись урана. Пар для привода турбогенератора образуется при прокачивании нагретой в реакторе воды через парогенераторы, где она отдает тепло воде отдельного второго контура. Пар подается на турбогенератор, вырабатывающий около 440 МВт электроэнергии. Кроме того в последние годы был введён в эксплуатацию реактор РБМК-1000.

Одним из отличий реакторов ВВЭР-440 от реакторов международного образца состоит в конструкции герметичной оболочки. В случае утечки активного теплоносителя (воды первого контура) герметичная оболочка является единственным барьером на пути выхода радиоактивных веществ в окружающую среду.

Приведем неполный перечень причин аварийных ситуаций, возможных на водоохлаждаемых реакторах, и, как следствие, на рассматриваемом в настоящем разделе объекте:

при потере герметичности тепловыделяющих элементов продукты деления выходят в теплоноситель, при этом повышается радиоактивность первого контура;

под воздействием ионизирующего излучения вода разлагается на кислород и водород (радиолиз). При определенном соотношении эта смесь образует гремучий газ и поэтому на водоохлаждаемой АЭС всегда остается опасность возникновения химического взрыва;

по самым разным причинам может возникнуть интенсивное парообразование в первом контуре и произойти паровой взрыв; энергии при этом будет достаточно, чтобы сбросить крышку реактора или разрушить первый контур;

в конструкционных материалах стенок корпуса реактора и трубопроводов неизбежно возникают трещины, развитие которых может привести к аварии;

Известно, что большая часть аварий на АЭС происходит в результате ошибок или несанкционированных инструкциями действий персонала.

Особенности воздействия ИИ на организм человека.

Не вдаваясь в детали протекающих в организме отрицательных процессов, следует знать особенности, проявляющиеся признаки при воздействии ИИ ИИ - здесь и далее: ионизирующее излучение на человека.

К таковым относятся нижеперечисленные.

Наличие скрытого периода воздействия ИИ на человека (периода мнимого благополучия). Получив определенную дозу радиации, человек долгое время может не чувствовать отрицательных последствий облучения. Отсутствие симптомов воздействия ИИ может длиться от нескольких часов до нескольких недель. Выявить заболевание на ранней стадии часто можно только по изменению состава крови, сдав кровь на анализ в медицинском учреждении.

Суммирование малых доз радиации в организме. Следует учитывать, что дозы, полученные человеком в течение определенного времени, не исчезают, а накапливаются. Это накопление малых доз может привести к хроническим заболеваниям (рассмотрены в первой части пособия).

Разное воздействие на человека одной и той же дозы при однократном и многократном облучении. Так как за определенный промежуток времени пораженные клетки способны самовосстанавливаться (за 30 суток примерно 50 % клеток восстанавливается), то однократное облучение гораздо опаснее многократного при одной и той же дозе.

Различная чувствительность к ионизирующим излучениям различных органов. Данный факт учитывается при расчете годовых эффективных доз облучения. Наиболее радиочувствительными органами являются костный мозг, половые железы, щитовидная железа. Наихудшие последствия возникают при облучении всего тела человека или большей его части.

Неодинаковая реакция людей на облучение. В большей степени подвержены заболеваниям после радиоактивного облучения дети и пожилые люди. Механизм воздействия радиации на человека до конца не изучен, поэтому заранее невозможно предсказать степень заболевания среди одинаковых групп населения.

Различные пути воздействия ИИ на человека: внешним путем (из проходящего радиоактивного облака; при распаде выпавшей на грунт радиоактивной пыли; при контакте РВ с открытыми участками тела); внутренним путем (через органы дыхания и при использовании загрязненных продуктов питания и воды).

Таблица 7.2 Параметры и единицы измерений ионизирующих излучений

Параметры	Единицы измерения
	Система СИ	Внесистемные
1. Активность (А)	Беккерель (Бк) 1 Бк = 1 расп/с	Кюри (Ки) 1 Ки = 3,7Ч1010 расп/с 1 Ки =3,7Ч1010 Бк
2. Доза излучения (облучения):
а) Экспозиционная (X или Дэксп)	Кулон на килограмм 1Кл/кг = 3,88Ч103 P	Рентген 1 P = 2,58Ч10-4 Кл/кг
б) Поглощенная (Дп)	Грей (Гр) 1 Гр = 1Дж/кг 1 Гр = 100 рад	рад 1 рад = 100 эрг/г 1 рад = 0,01Гр
в) Эквивалентная (Н)	Зиверт (Зв) 1 3в = 100 бэр	бэр 1 бэр = 0,013 в
г) Эффективная (Е)	Зиверт 1 3в = 100 бэр	бэр 1 бэр = 0,013 в
3. Мощность дозы излучения:
а) экспозиционная (X, Дэксп)	(Кл/кг)/ч; (Кл/кг)/с	Р/ч; Р/с
б) поглощенная (Дп)	Гр/ч; Гр/с	рад/ч; рад/с
в) эквивалентная (H)	Зв/ч; Зв/с	бэр/ч; бэр/с
4. Уровень радиоактивного загрязнения (ДЗ)	Бк/м2; Бк/см2 1 Бк/см2 = 3Ч10-3 част/(мин•см2)	част/(мин•см2)

Основными параметрами, характеризующими ИИ, являются: активность РВ; доза излучения (облучения); мощность дозы излучения (МДИ) и уровень радиоактивного загрязнения. Обозначения указанных параметров и единицы их измерения приведены в таблице 7.2.

Дадим определения затронутых в таблице 13 понятий.

Активность (А) - мера радиоактивности какого-либо количества радиоактив-ного вещества, выражаемая числом радиоактивных превращений ядер атомов в единицу времени.

Экспозиционная доза (Х или Д_эксп) характеризует эффект ионизации сухого воздуха потоком рентгеновского и гамма-излучений и свидетельствует о степени радиационной опасности излучений для человека. По экспозиционной дозе нельзя судить о степени поражения человека, так как она не учитывает воздействие всех видов излучения (учитывает только рентгеновское и гамма-излучение). Кроме того, не весь поток ИИ в воздухе оказывает поражающее действие на человека.

Поглощенная доза (Д_п) - это энергия, поглощенная единицей массы облучае-мого вещества.

Эквивалентная доза (Н) - поглощенная доза в органе или ткани (Т), умножен-ная на соответствующий взвешивающий коэффициент W для данного вида излучения R (W_R).

Эффективная доза (Е) - величина, используемая как мера риска возникновения отдаленных последствий облучения всего тела человека и отдельных его органов и тканей с учетом их радиационной чувствительности. Она представляет собой сумму произведений эквивалентной дозы в органах и тканях на соответствующие взвешивающие коэффициенты.

Мощность дозы излучения - величина дозы ионизирующего излучения, отнесенная к единице времени (ч, с).

Дадим характеристику объекта, которая используется при организации защиты персонала от радиационной опасности. Она включает в себя следующие факторы.

Количество работников (максимально возможное за смену):

работающих преимущественно в зданиях - 12 (в том числе: работники подразделения связи (3 чел), работники подразделения ЭЧ (2 чел), прочие работники этой категории общей численностью до 7 чел [2 работницы товарной конторы, 2 кассира, 2 уборщицы, 1 начальник станции Чупа]);

работающих преимущественно на открытой местности - 15 (работники подразделения СЦБ (5 чел), работники подразделения ПЧ (4 чел), работники подразделения ЭЧ (6 чел));

работающих преимущественно в кабинах машин (локомотивов) - 6 (с учётом предположения о присутствии на обоих главных путях составов, снаряжении мотодрезины для отправки на перегон из депо ЭЧ, и наличии отправляемой автомашины в направлении посёлка Лоухи);

Таким образом, численность наибольшей работающей смены всех подразделений в пределах станции составляет 33 человека. Следует сказать о том, что защитных сооружений на территории станции не предусмотрено.

7.2 Определение ожидаемых доз облучения людей в начальном периоде радиационной аварии

Для оперативного прогнозирования возможной радиационной обстановки зададимся следующими исходными данными:

время аварии: 12:25 по московскому времени;

тип реактора: РБМК-1000;

время наработки продуктов ядерного деления до аварии: 3 года;

активность выбросов: 10 % от общей мощности РВ в реакторе;

установленная доза облучения за первые 10 суток после возникновения ЧС: Д_у = 30 мГр;

облачность: средняя (5 баллов);

скорость ветра (на высоте 10 м): 3 м/c;

направление ветра: 81 градус (в сторону «ст. Чупа»).

Теперь следует определить категорию устойчивости атмосферы, которая характеризует собой состояние приземного слоя воздуха. Данная характеристика зависит от скорости ветра, времени суток и наличия облачности. Существует три таких категории:

A: конвекция (сильно неустойчивая);

D: изотермия (нейтральная);

F: инверсия (очень устойчивая).

По данным источника [2, табл. 10.2], исходя из скорости ветра и облачности, определяем категорию устойчивости атмосферы как D (изотермия).

Изотермия характеризуется наибольшей длиной зон и средней их шириной.

Теперь по данным источника [2, табл. 10.3] определяем скорость переноса радиоактивного облака. Она составит, с учётом приведённых выше данных, 5 м/с (для определения необходимы скорость ветра и категория устойчивости атмосферы).

Далее следует определить расстояние по прямой от объекта РОО до объекта, на котором производится прогнозирование последствий аварии. Точное расстояние по материалам рассмотренных источников получить не удалось, однако известны точные географические координаты обоих объектов. Для станции Чупа они составляют 66? 16' северной широты, и 33? 2' восточной долготы, в то время как для Кольской АЭС данные координаты имеют значения 67? 28' северной широты и 32? 28' восточной долготы, согласно источнику [5]. Расстояние между пунктами «Кольская АЭС» и станция «Чупа» составляет 135,709 км.

Таблица 7.3 К определению времени начала формирования зоны загрязнения

L, км	5	10	20	30	40	50	60	70	80	100	150	200
TН, ч	0,3	0,5	1	1,5	2	2,5	3	3,5	4	5	7,5	10

Таблица данных для категории устойчивости атмосферы D и скорости переноса радиоактивного облака 5 м/с приводится в таблице 7.3 (выдержка из [2, табл. 10.4]).

Рис. 7.3 Аппроксимация значения времени начала формирования зоны загрязнения

На рисунке 7.6 произведено построение графика по данным таблицы 7.3, и, собственно, сама аппроксимация. Масштаб рисунка не позволяет говорить о высокой точности, но, тем не менее, в расчётах далее будет применяться точность определяемого здесь параметра до десятых, поскольку аппроксимация производилась не вручную, а средствами электронных вычислительных таблиц Excel.

Таким образом, время начала формирования зоны загрязнения составило 6,7 часа. Далее производим определение размеров зон радиоактивного загрязнения и местоположение станции Чупа относительно данных зон. Размеры зоны радиоактивного загрязнения местности с учётом направления среднего ветра указаны в источнике [2, табл. 10.5].

Рис. 7.4 Построение зон радиоактивного заражения

На рисунке 7.4 введены в рассмотрение данные о величине МДИ на 1 час после аварии на границах зон из источника [2, табл. 10.1]. Эти данные потребуются в дальнейшем.

На рисунке 7.4, ввиду соблюдения масштаба при построении, не приводится ширина зон. Кроме того, зона радиоактивной опасности (М) построена лишь частично (поскольку полная её протяжённости слишком велика). Размеры зон обозначим в таблице 15.

Таблица 7.4 Полученные размеры зон радиоактивного загрязнения местности

Дл, км	270	75	17,4	5,8
Ш, км	18,2	3,92	0,69	0,11

В таблице 15 под Дл понимается длина зоны, а под Ш, соответственно, её ширина. Кратчайшее расстояние от продольной оси объекта до оси зон загрязнения в приведённом расчёте принято равным нулю. Собственно, как видно из рисунка 7.4, данное расстояние, ввиду удалённости объекта ст. Чупа от границ зон А и М, не скажется на перемещении между ними. Стоит заметить также, что слишком сильное удаление объекта от оси зон, на расстояние свыше 18,2 км (согласно построению, это и есть ширина зоны М в секторе присутствия станции Чупа) приведёт к выходу станции за пределы зон заражения. Это возможно, например, при условии смены направления ветра.

После выявления определённых выше параметров, приступаем к оценке радиационной обстановки на станции Чупа. Для этого мы определим следующее:

мощности дозы облучения на ОЖДТ на любое время за первые 10 суток с начала аварии;

накапливаемые дозы облучения персонала ОЖДТ в течение первых 10 суток и ожидаемые дозы облучения за 10 суток с момента аварии;

времена начала и возможной продолжительности работ на радиоактивно загрязненной местности.

Для определения мощности дозы облучения на любое время за первые 10 суток с начала аварии построим график . Для этого требуется вычислить ряд значений МДИ на определённое время после аварии по формуле (7.3).

(7.3)

В формуле (3) приняты следующие обозначения: - мощность дозы облучения на время t; мощность МДИ на x часов после аварии для рассматриваемого объекта ЖДТ (к окончанию ранней стадии); - коэффициент, учитывающий спад радиации на время t после аварии (определяется по [2, табл. 10.6]). В данном расчёте параметр определяется по данным радиационной разведки, и выбирается в соответствии с таблицей 12. Таким образом, при времени x = 100 ч, мГр/ч (произведено приведение величины).

В соответствии с изложенным выше, произведём заполнение таблицы 16, включающей в себя данные, необходимые для построения графика спада МДИ в зависимости от времени после аварии.

Таблица 7.5 Расчет значений МДИ при Д_РС = 0,037 мГр/ч

Время с момента аварии, t, час.	Коэффициент спада МДИ, Kt	МДИ на время t, Дt, мГр/ч
2	0,88	0,033
12	0,48	0,018
24	0,37	0,014
48	0,28	0,010
120	0,19	0,007
240	0,13	0,005

По данным таблицы 16, производим построение графика спада МДИ, который в данном разделе включён на рисунке 7.8.

Рис. 7.5 График спада МДИ

После построения графика спада МДИ, изображённого на рисунке 7.5, приступаем к определению накапливаемых и ожидаемых доз облучения персонала в течение первых 10 суток с момента аварии. Данные показатели определяются, основываясь на предыдущих расчётах, в соответствии с формулами (7.4) и (7.5).