Леденев Основы безопасности жизнедеятелности 2007

Относительную диэлектрическую проницаемость кожи принять равной 150, объемное удельное сопротивление кожи – 104 Ом м, внутренних органов – 10 Ом м. Из таблицы взять данные по правилу: 1i − 2 j −3k − 4l , где i, j, k, l – индексы варианта: 1, 2, 3, 4.

Например, вариант 11-23-34-41 соответствует значениям параметров, выделенных подчеркиванием.

Задача 3.2. Сравнить значение тока, рассчитанного по задаче 3.1, с допустимыми значениями (нормальным, аварийным, бытовым), охарактеризовать ожидаемые последствия прохождения такого тока при времени прохождения более 1 с.

Задача 3.3. Определить ток ( I4 ), который потечет через тело

человека при прикосновении его к проводу однофазной с изолированной от земли сети, изображенной на рис. 3.3.

Сопротивления изоляции проводов – r1 , r2 . Сопротивление тела человека – Rh , сопротивление заземлителя – rзм , в случае аварийного падения второго провода на землю – взять из таблицы

Параметры сети			Варианты
	i	j		k	l
U, В	127	220		380	1000
Rh, Ом	700	1000		2000	3000
r1, Ом	104	2 104		3 104	4 104
r2, Ом			r1 + 104
rзм, Ом	20	30		40	50

Ответить на приведенные ниже вопросы.

1.Как изменяется величина тока I h с изменением сопротивления с изменением сопротивления изоляции проводов r1 , r2 ?

2.К какому из проводов (с меньшим или большим сопротивлением) прикосновение более опасно?

3.В каком состоянии сети (аварийном или неаварийном) прикосновение более опасно?

Задача 3.4. Выполнить задачу 3.3 при условии, что нижний

провод земли заземлен через сопротивление r0 =10 Ом.

171

Задача 3.5. Применительно к ситуации электрической сети, изображенной на рис. 3.5, определить величину тока, протекающего через тело человека, при его прикосновении к фазному проводу. Рассмотреть два случая: неаварийного состояния сети и аварийного состояния, когда другой фазный провод замкнут на землю через некоторое сопротивление. Численные значения параметров схемы принять: Rh =1000 Ом, R0 =10 Ом, rзм =30 Ом, напряжение в сети – 380/220 В.

Задача 3.6. Выполнить задачу 3.5 применительно к сети, изображенной на рис. 3.6, приняв: Rh =1000 Ом, r =104 Ом,

C = 0,5 мкФ, r0 =10 Ом, rзм = 20 Ом, U ф = 220 В.

Задача 3.7. Корпуса двух агрегатов соединены между собой электрически и заземлены на общий заземлитель. Корпус одного из них аварийно оказался замкнутым на фазу, напряжение U ф = 220 B. Определить напряжение прикосновения и шаговое

напряжение для человека, находящегося в точках А, В, С. При этом принять, что ток заземлителя ограничивается только его сопротивлением. Заземлитель – стержневой, глубиной 5 м, диаметром 5 см, ширину шага принять равной 70 см, удельное сопротивление грунта ρ =100 Ом м.

Задача 3.8. Выполнить задачу 3.7 при условии, что заземление – двойное, второй аналогичный заземлитель находится в точке С. Токи, стекающие в землю через оба заземлителя, одинаковы. Их сумма равна току, стекающему в землю согласно условию зада-

чи 3.7.

172

Г л а в а 4

ПОЖАРО- И ВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ

4.1. Значимость пожароопасности

Пожар – процесс неконтролируемого горения всевозможных материалов, веществ, способный привести к поражению людей, уничтожению материальных ценностей. Пожары повсеместно являются одним из самых распространенных видов опасности [22]. По губительным последствиям они «по достоинству» относятся к чрезвычайным. Правда, пожары ныне происходят так часто, что люди, не соприкасавшиеся с ними, воспринимают их как нечто ординарное, неизбежное. С ростом мощности промышленных объектов, с продолжающейся урбанизацией пожары становятся все более частыми, а главное, – более губительными. Уничтожаться пожарами могут не только объекты техносферы, но и природные ресурсы – растительность, ее накопленные остатки. Такие пожары принято называть

ландшафтными.

Как и всякие другие виды опасности, пожары условимся классифицировать согласно рис. 4.1.

Рис. 4.1

Такое разделение облегчает рассмотрение особенностей развития различных пожаров и тактики защиты от них. Сделаем предварительные замечания по каждой обозначенной разновидности пожаров.

173

Из ландшафтных пожаров наиболее вредоносными являются лесные и торфяные. В летние засушливые периоды лесные пожары могут бушевать одновременно во многих очагах размерами в километры. Площадь уничтожаемых пожарами на Земле лесов в отдельные годы достигает десятков миллионов гектар. В зоне горения лесного пожара температура может достигать 1200 оС, фронт горения в подветренную сторону может распространяться со скоростью спортсмена. В благоприятных для развития такого пожара условиях он может продолжаться несколько суток. По сгораемым элементам леса лесные пожары могут быть низовыми (сгорает только нижний ярус леса – трава, кустарник, нижние ветви деревьев) и верховыми (горение распространяется на все ярусы леса). Площадь горения отдельных лесных пожаров может достигать нескольких квадратных километров.

Торфяные пожары, возникнув в поверхностном слое, распространяются на всю толщину пласта торфа (для нашей страны – это в среднем 2 м, иногда до 13 м) или до увлажненных слоев торфа. В дальнейшем горение идет радиально со скоростью в несколько метров за сутки. Температура в зоне горения составляет около 1000 оС. После сгорания торфа образуются подземные высокотемпературные полости. Коварство торфяных пожаров состоит еще и в том, что контуры подземных очагов горения трудно установить. Горение может быть в одном месте, а дым от очага горения выходить из земли может совсем в другом.

Бытовые пожары по режиму развития могут создавать жуткую картину. Режим их развития ныне усугубляется ростом мегаполисов и увлечением высотным строительством в них. В обычных условиях жизнедеятельности человечество, расходуя значительные ресурсы, справляется с постоянно возникающими умеренными бытовыми пожарами, хотя и неся значительный ущерб от них. Однако в чрезвычайных условиях (стихийные бедствия, боевые действия, общественные беспорядки и т.п.) могут возникать и не раз возникали пожары, пожиравшие целые города. Примерами таких случаев могут служить: пожар в Москве (1812 г.), пожары в Дрездене и в Гамбурге (1945 г.), в Токио (в результате землетрясения в 1923 г.), в Хиросиме (1945 г.). Масштабы человеческих жертв в подобных случаях сопоставимы разве что с потерями в ходе крупных военных сражений.

174

По величине ущерба, по непредсказуемости, по «агрессивности» производственные пожары являются наиболее коварными. В связи со строительством современных крупных материало- и энергоемких объектов производства возникающие на них пожары способны вызвать шок даже у людей, повидавших иные опасные случаи. Пламя бушующего пожара может охватить территорию в несколько десятков гектар, языки пламени могут достигать высоты километра и более, ветровая обстановка в прилегающей зоне сопоставима со штормовой (ее именуют «огненным штормом»), в атмосферу могут всплывать и перемещаться с ветром огненные шары размерами до сотен метров. И эта жуткая картина может развиваться на протяжении суток и более. Такие пожары не редко случаются на складских предприятиях, на нефтяных и газодобывающих предприятиях, в крупных промышленных населенных пунктах в условиях войны.

В условиях производственных пожаров гореть и даже взрываться могут смеси, которые, на первый взгляд, кажутся инертными. Примерами таких смесей являются воздушные «коктейли» мучных продуктов, сахарной пудры, угольной пыли, древесных опилок, пыли другой органической природы и т.д.

Близкими родственниками пожаров являются производственные взрывы. Взрыв может быть вызван быстрым сгоранием газообразной смеси, внезапным разрушением сосуда со сжатым газом, детонацией конденсированного взрывчатого вещества. В производственных условиях взрывы часто вызывают пожары.

Поражающие факторы при пожарах:

•высокая температура;

•тепловое излучение;

•дым и другие примеси атмосферного воздуха;

•падающие предметы при обрушениях.

Специфическим дополнительным поражающим фактором при взрывах является воздушная ударная волна.

В Российской Федерации (РФ) пожарная опасность традиционно имеет повышенную актуальность. Это отчасти объяснимо: Россия является промышленно развитым государством, а климатические условия на ее территории требуют повышенного задействования тепловых ресурсов. Поэтому, например, в Москве в сопоставимых показателях число пожаров в несколько раз больше, чем в других столицах Европы. По данным Государственной противопожарной

175

службы на территории РФ ежегодно происходит до 300 тыс. пожаров, т.е. до 800 в сутки. Количество погибающих в них людей достигает 20 тыс. в год. Суммарный материальный ущерб от пожаров достоверно вряд ли можно оценить, он огромен. Важно также отметить и то, что общее число пожаров в России непрерывно растет. Можно с уверенностью утверждать, что в настоящий период число пожаров в России в 10 раз больше, чем 100 лет назад.

В подавляющем числе случаев (примерно в 90 %) в возникновении пожаров непосредственно или косвенно повинен человек. Неосмотрительность обращения людей с огнем, веществами, современными техническими средствами, а иногда и злоумышленные действия являются причиной большинства случающихся пожаров.

Для укрощения пожарной опасности государство вынуждено мобилизовывать значительные ресурсы. Конечно, силами соответствующих служб укрощения пожаров предотвращаются, локализуются и оперативно тушатся многочисленные всполохи пожаров. Однако главным заслоном от них в современных условиях может служить только всеобщее понимание необходимости бдительного, грамотного обращения с огнеопасными предметами, недопустимость расчетов «на авось». С целью укрепления дисциплины обращения с огнем и источниками огня каждый случай пожара в РФ подлежит расследованию, в частности с целью выявления причин его возникновения.

Как показывает статистика, наиболее распространенными причинами возникновения пожаров являются следующие.

Для пожаров в бытовой сфере:

•неосторожность обращения людей с огнем, в частности куре-

ние;

•неисправности в электрическом хозяйстве;

•перегрузки электрической сети;

•не предусмотренное проектом включение нагревательных приборов (частный случай – перегрузки);

•безнадзорность включенных электрических и газовых агрега-

тов;

•невыполнение профилактических регламентов в электрическом, газовом, печном хозяйстве;

•детские проступки.

176

Для пожаров и взрывов в производственной сфере:

•просчеты в проектировании агрегатов;

•несоблюдение правил эксплуатации технологического оборудования;

•несоблюдение правил и режимов хранения пожаро- и взрывоопасных материалов;

•несоблюдение правил проведения «горячих» работ (например, сварочных);

•человеческий фактор в образе беспечности;

•самовозгорание материалов.

Характерными причинами возникновения ландшафтных пожаров являются:

•неосторожное обращение людей с огнем;

•самовозгорания;

•удары молнии.

По режиму развития пожары чрезвычайно разнообразны. Однако в основе всякого из них лежат единые физические закономерности, познание которых позволяет выстроить стратегию борьбы с ними.

4.2. Горение и пожароопасные свойства материалов

Горением называется сложный самоподдерживающийся физикохимический процесс взаимодействия горючего вещества и окислителя, сопровождающийся образованием различных веществ и выделением энергии в виде тепла и света. При пожаре в большинстве случаев окислителем является кислород воздуха, но роль окислителя могут играть и другие вещества, например вещества, полученные в технологических процессах современных производств, вещества, образуемые при высокотемпературном разложении материалов конструкций и т.д.

Процесс горения, как правило, происходит в газовой фазе компонентов горючей смеси. Видимой частью непосредственного горения является пламя. Если сгораемые вещества представляют собой твердые или жидкие материалы, то в процессе горения они, как правило, предварительно подвергаются газификации (испарению, разложению) за счет нагрева пламенем.

Понятно, что в реальных пожарах в зоне горения присутствуют различные материалы – набор горючих веществ и окислителей.

177

Кроме того, присутствуют и другие химически пассивные (флегматизаторы) и активные (катализаторы) вещества (примеси), часто способные существенно влиять на режим горения.

Взрывы по своей сути представляют собой разновидность горения. Отличительным признаком взрывов является высокая скорость протекания физико-химических превращений компонентов горючей смеси и, как следствие этого, образование ударных волн, способных оказывать ударное воздействие на окружающую среду, разрушать объекты и поражать людей.

Развитие процессов горения, наблюдаемая картина горения зависят, естественно, от физических и химических свойств компонентов горючей смеси, а также от их исходного состояния и внешних условий горения.

Для понимания процессов горения и их зависимости от этих факторов целесообразна следующая классификация видов горения

(рис. 4.2).

Рис. 4.2

178

Реальные пожары, как правило, представляют собой гетерогенное дефляграционное горение твердых (реже жидких или газообразных) горючих веществ в кислороде воздуха.

Процесс возникновения и развития горения условно можно представить в виде последовательности следующих этапов.

1.Нагрев веществ во всем объеме или в отдельном очаге (для твердых и жидких веществ – газификация компонентов смеси).

2.Развитие в очаге разогрева экзотермических реакций разложения, окисления-восстановления, приводящие к самонагреванию.

3.Ускорения реакций до воспламенения (при определенных условиях – взрывное или детонационное горение).

4.Распространение пламени по массе горючей смеси или приток компонентов смеси в область пламени.

5.Затухание горения.

Приведенная последовательность этапов можно пояснить на примере умозрительного (нетрудно выполнимого и практически) эксперимента. Возьмем длинную колбу, открытую с одного конца, заполнив ее газообразной смесью горючего и окислителя, химическая реакция между которыми соответствует записи:

αГ+βО = ∑γi Пi +Q ,	(4.1)
i

где Г, О, П – химические символы горючего, окислителя и продуктов их горения; α, β, γi – стехиометрические коэффициенты; Q – тепловой эффект реакции (процесс горения экзотермичен).

Подожжем с открытого конца колбы горючую смесь. При определенных условиях, которые будут понятны из нижеследующего, сможем наблюдать картину горения смеси. Это горение будет происходить в режиме распространения вдоль трубки пламенного слоя с некоторой скоростью Vн, ее называют нормальной скоростью, поскольку она перпендикулярна фронту пламенного слоя. Толщина пламенного слоя составляет сотые-десятые доли миллиметра. Именно в этом тонком слое происходят химические окислительновосстановительные реакции.

Физическая сторона наблюдаемой картины горения упрощенно может быть объяснена следующим образом. Согласно постулату Аррениуса молекулы газообразных веществ, способных к химическому взаимодействию, вступают в такое взаимодействие в случа-

179

ях, когда их энергия движения при соударении больше некоторого значения (Е), называемой энергией активизации.

Распределение молекул газа по энергии теплового движения подчиняется закону Максвелла. Из этого следует, что скорость окислительно-восстановительной реакции в газовой смеси составляет:

α	β			E
n = δCг	Cо	exp	−		.	(4.2)
				RT

Здесь n – число актов химического взаимодействия молекул горючего и окислителя в единице объема в единицу времени; δ – константа; Сг и Со – объемная концентрация молекул горючего и окислителя соответственно; Т – температура газовой смеси; R – газовая постоянная.

Очевидно, что тепловая производительность объема горения смеси (V), т.е. объема пламенного слоя, применительно к нашему эксперименту составит:

dq1	&	α	β	−E / RT
	= q1	=δQVCг	Cо e		.	(4.3)
dt

Тепло, выделяемое в процессе горения газовой смеси, частично передается окружающей среде со скоростью теплопередачи ( q&2 ) от пламенного слоя в окружающее пространство. Процесс

горения будет самоподдерживающимся при условии: q&1 ≥ q&2 (ST ) .

Здесь записью q&2 (S) подчеркивается зависимость скорости тепло-

передачи от величины площади пламенного слоя. Таким образом, для воспламенения газовой смеси необходимо обеспечить выполнение условия:

	α β −E / RT		q2 (ST )
	δQC г Cо e	≥	&	.	(4.4)
			V

Минимальная температура (T*), при которой выполняется это условие, и есть температура воспламенения.

180