Лекция по Безопасности жизнедеятельности

4. АТМОСФЕРНЫЕ ОПАСНОСТИ

Газовая среда вокруг Земли, вращающаяся вместе с нею, называется атмосферой.

Состав ее у поверхности Земли: 78,1% азота, 21% кислорода, 0,9% аргона, в незначительных долях про­цента углекислый газ, водород, гелий, неон и др. газы. В нижних 20 км содержится водяной пар. На высоте 20-25 км расположен слой озона, который предохраняет живые организмы на

Земле от вредного коротко­волнового излучения. Выше 100 км молекулы газов раз­лагаются на атомы и ионы, образуя ионосферу. В зависимости от рас­пределения температуры ат­мосферу подразделяют на тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу, экзосферу.

Неравномерность нагре­вания способствует общей циркуляции атмосферы, ко­торая влияет на погоду и климат Земли. Сила ветра у земной поверхности оценивается по шкале Бофорта.

Атмосферное давление распределяется неравномер­но, что приводит к движению воздуха относительно Земли от высокого давления к низкому. Это движение называ­ется ветром. Область пониженного давления в атмосфе­ре с минимумом в центре называется циклоном. Циклон в поперечнике достигает нескольких тысяч километров. В Северном полушарии ветры в циклоне дуют против часовой стрелки, а в Южном — по часовой. Погода при циклоне преобладает пасмурная, с сильны­ми ветрами.

Антициклон — это область повышенного давления в атмосфере с максимумом в центре. Поперечник антицик­лона составляет несколько тысяч километров. Антицик­лон характеризуется системой ветров, дующих по часо­вой стрелке в Северном полушарии и против — в Южном, малооблачной и сухой погодой и слабыми ветрами.

В атмосфере имеют место следующие электрические явления: ионизация воздуха, электрическое поле атмос­феры, электрические заряды облаков, токи и разряды.

В результате естественных процессов, происходящих в атмосфере, на Земле наблюдаются явления, которые представляют непосредственную опасность или затрудня­ют функционирование систем человека. К таким атмос­ферным опасностям относятся туманы, гололед, молнии, ураганы, бури, смерчи, град, метели, торнадо, ливни и др.

Гололед — слой плотного льда, образующийся на поверхности земли и на предметах (проводах, конструк­циях) при замерзании на них переохлажденных капель тумана или дождя. Обычно гололед наблюдается при температурах воздуха от 0 до -3°С, но иногда и более низких. Корка намерзшего льда может достигать толщины нескольких сантиметров. Под действием веса льда могут разрушать­ся конструкции, обламываться сучья. Гололед повыша­ет опасность для движения транспорта и людей.

Туман — скопление мелких водяных капель или ле­дяных кристаллов, или тех и других в приземном слое атмосферы (иногда до высоты в несколько сотен мет­ров), понижающее горизонтальную видимость до 1 км и менее. В очень плотных туманах видимость может пони­жаться до нескольких метров. Туманы образуются в результате конденсации или сублимации водяного пара на аэрозольных (жидких или твердых) частицах, содер­жащихся в воздухе (т. н. ядрах конденсации). Туман из водяных капель наблюдается главным образом при тем­пературах воздуха выше -20°С. При температуре ниже -20°С преобладают ледяные туманы. Большинство ка­пель тумана имеет радиус 5-15 мкм при положительной температуре воздуха и 2-5 мкм при отрицательной тем­пературе. Количество капель в 1 см3 воздуха колеблется от 50-100 в слабых туманах и до 500-600 в плотных. Туманы по их физическому генезису подразделяются на туманы охлаждения и туманы испарения.

По синоптическим условиям образования различают туманы внутримассовые, формирующиеся в однородных воздушных массах, и туманы фронтальные, появление которых связано с фронтами атмосферными. Преоблада­ют туманы внутримассовые.

В большинстве случаев это туманы охлаждения, при­чем их делят на радиационные и адвективные. Радиаци­онные туманы образуются над сушей при понижении температуры вследствие радиационного охлаждения зем­ной поверхности, а от нее и воздуха. Наиболее часто они образуются в антициклонах. Адвективные туманы обра­зуются вследствие охлаждения теплого влажного воздуха при его движении над более холодной поверхностью суши или воды. Адвективные туманы развиваются как над сушей, так и над морем, чаще всего в теплых секто­рах циклонов. Адвективные туманы устойчивее, чем радиационные.

Фронтальные туманы образуются вблизи атмосфер­ных фронтов и перемещаются вместе с ними. Туманы препятствуют нормальной работе всех видов транспор­та. Прогноз туманов имеет важное значение в безопасно­сти.

Град — вид атмосферных осадков, состоящих из сфе­рических частиц или кусочков льда (градин) размером от 5 до 55 мм, встречаются градины размером 130 мм и массой около 1 кг. Плотность градин 0,5-0,9 г/см3. В 1 мин на 1 м2 падает 500-1000 градин. Продолжи­тельность выпадения града обычно 5-10 мин, ред­ко — до 1 ч.

Разработаны радиологические методы определения градоносности и градоопасности облаков и созданы опе­ративные службы борьбы с градом. Борьба с градом основана на принципе введения с помощью ракет или снарядов в облако реагента (обычно йодистого свинца или йодистого серебра), способствующего заморажива­нию переохлажденных капель. В результате появляется огромное количество искусственных центров кристал­лизации. Поэтому градины получаются меньших разме­ров и они успевают растаять еще до падения на землю.

Гром — звук в атмосфере, сопровождающий разряд молнии. Вызывается колебаниями воздуха под влияни­ем мгновенного повышения давления на пути молнии.

Молния — это гигантский электрический искровой разряд в атмосфере, проявляющийся обычно яркой вспышкой света и сопровождающим ее громом.

Наиболее часто молнии возникают в кучево-дождевых облаках. В раскрытие природы молнии внесли вклад американский физик Б. Франклин (1706-1790), русские ученые М. В. Ломоносов (1711-1765) и Г. Рихман (1711-1753), погибший от удара молнии при исследованиях атмосферного электричества.

Молнии делятся на внутриоблачные, т. е. проходя­щие в самих грозовых облаках, и наземные, т. е. ударя­ющие в землю. Процесс развития наземной молнии со­стоит из нескольких стадий.

На первой стадии в зоне, где электрическое поле достигает критического значения, начинается ударная ионизация, создаваемая вначале свободными электро­нами, всегда имеющимися в небольшом количестве в воздухе, которые под действием электрического поля приобретают значительные скорости по направлению к земле и, сталкиваясь с атомами воздуха, ионизируют их. Таким образом, возникают электронные лавины, переходящие в нити электрических разрядов — стри­меры, представляющие собой хорошо проводящие ка­налы, которые, соединяясь, дают начало яркому термоионизированному каналу с высокой проводимостью — ступенчатому лидеру. Движение лидера к земной поверхности происходит ступенями в несколько десятков метров со скоростью я 5 х 107 м/с, после чего его движение приостанавливается на несколько десят­ков мксек, а свечение сильно ослабевает. В последую­щей стадии лидер снова продвигается на несколько де­сятков метров, яркое свечение при этом охватывает все пройденные ступени. Затем снова следует остановка и ослабление свечения. Эти процессы повторяются при движении лидера до поверхности земли со средней ско­ростью 2 х 105 м/сек. По мере продвижения лидера к земле напряженность поля на его конце усиливается и под его действием из выступающих на поверхности зем­ли предметов выбрасывается ответный стример, соединя­ющийся с лидером. На этом явлении основано создание молниеотвода.

В заключительной стадии по ионизиро­ванному лидером каналу следует обратный, или главный разряд молнии, характеризующийся тока­ми от десятков до сотен тысяч ампер, сильной яркостью и большой скоростью продвижения » Ю^.-Ю8 м/с. Тем­пература канала при главном разряде может превышать 25 000'С, длина канала молнии 1-10 км, диаметр — не­сколько сантиметров. Такие молнии называются затяж­ными. Они наиболее часто бывают причиной пожаров. Обычно молния состоит из нескольких повторных раз­рядов, общая длительность которых может превышать 1 с.

Внутриоблачные молнии включают в себя только лидерные стадии, их длина от 1 до 150 км. Вероятность поражения молнией наземного объекта растет по мере увеличения его высоты и с увеличением электропровод­ности почвы. Эти обстоятельства учитываются при уст­ройстве молниеотвода. В отличие от опасных молний, называемых линейными, существуют шаровые молнии, которые нередко образуются вслед за ударом линейной молнии.

Молнии, как линейная, так и шаровая, могут быть причиной тяжелых травм и гибели людей. Удары молний могут сопровождаться разрушениями, вызван­ными ее термическими и электродинамическими воз­действиями. Наибольшие разрушения вызывают удары молний в наземные объекты при отсутствии хороших токопроводящих путей между местом удара и землей. От электрического пробоя в материале образуются узкие каналы, в которых создается очень высокая температу­ра, и часть материала испаряется со взрывом и последу­ющим воспламенением. Наряду с этим возможно воз­никновение больших разностей потенциалов между отдельными предметами внутри строения, что может быть причиной поражения людей электрическим током. Весьма опасны прямые удары молний в воздушные ли­нии связи с деревянными опорами, так как при этом могут возникать разряды с проводов и аппаратуры (те­лефон, выключатели) на землю и другие предметы, что может привести к пожарам и поражению людей электри­ческим током. Прямые удары молнии в высоковольтные линии электропроводов могут быть причиной коротких замыканий. Опасно попадание молнии в самолеты. При ударе молнии в дерево могут быть поражены находящи­еся вблизи него люди.

ЗАЩИТА ОТ МОЛНИЙ

Разряды атмосферного электричества способны вызы­вать взрывы, пожары и разрушения зданий и сооруже­ний, что привело к необходимости разработки специаль­ной системы молниезащиты.

Молниезащита — комплекс защитных устройств, предназначенных для обеспечения безопасности людей, сохранности зданий и сооружений, оборудования и ма­териалов от разрядов молнии.

Молния способна воздействовать на здания и соору­жения прямыми ударами (первичное воздействие), ко­торые вызывают непосредственное повреждение и раз­рушение, и вторичными воздействиями — посредством явлений электростатической и электромагнитной ин­дукции. Высокий потенциал, создаваемый разрядами молнии, может заноситься в здания также по воздуш­ным линиям и различным коммуникациям. Канал глав­ного разряда молнии имеет температуру 20 OOO'C и выше, вызывающую пожары и взрывы в зданиях и сооружениях.

Здания и сооружения подлежат молниезащите в со­ответствии с СН 305-77. Выбор защиты зависит от назна­чения здания или сооружения, интенсивности грозовой деятельности в рассматриваемом районе и ожидаемого числа поражений объекта молнией в год.

Интенсивность грозовой деятельности характери­зуется средним числом грозовых часов в году п, или числом грозовых дней в году Пд. Определяют ее с помо­щью соответствующей карты, приведенной в СН 305-77, для конкретного района.

Применяют и более обобщенный показатель — сред­нее число ударов молнии в год (п) на 1 км2 поверхности земли, который зависит от интенсивности грозовой дея­тельности.

В зависимости от вероятности вызванного молнией пожара или взрыва, исходя из масштабов возможных разрушений или ущерба, нормами установлены три ка­тегории устройства молниезащиты.

В зданиях и сооружениях, отнесенных к I категории молниезащиты, длительное время сохраняются и систе­матически возникают взрывоопасные смеси газов, паров и пыли, перерабатываются или хранятся взрывчатые вещества. Взрывы в таких зданиях, как правило, сопровождаются значительными разрушениями и человечес­кими жертвами.

В зданиях и сооружениях II категории молниезащи­ты названные взрывоопасные смеси могут возникнуть только в момент производственной аварии или неисп­равности технологического оборудования, взрывчатые вещества хранятся в надежной упаковке. Попадание молнии в такие здания, как правило, сопровождается значительно меньшими разрушениями и жертвами.

В зданиях и сооружениях III категории от прямого удара молнии может возникнуть пожар, механические разрушения и поражения людей. К этой категории от­носятся общественные здания, дымовые трубы, водона­порные башни и др.

Здания и сооружения, относимые по устройству молниезащиты к I категории, должны быть защищены от прямых ударов молнии, электростатической и электро­магнитной индукции и заноса высоких потенциалов че­рез наземные и подземные металлические коммуника­ции по всей территории России.

Здания и сооружения II категории молниезащиты должны быть защищены от прямых ударов молнии, вто­ричных ее воздействий и заноса высоких потенциалов по коммуникациям только в местностях со средней ин­тенсивностью грозовой деятельности.

Здания и сооружения, отнесенные по устройству мол­ниезащиты к III категории, должны быть защищены от прямых ударов молнии и заноса высоких потенциалов через наземные металлические коммуникации, в мест­ностях с грозовой деятельностью 20 ч и более в год.

Здания защищаются от прямых ударов молнии мол­ниеотводами. Зоной защиты, молниеотвода называют часть пространства, примыкающую к молниеотводу, внут­ри которого здание или сооружение защищено от пря­мых ударов молнии с определенной степенью надежнос-. ти. Зона защиты А обладает степенью надежности 99,5% и выше, а зона-защиты Б — 95% и выше.

Молниеотводы состоят из молниеприемников (вос­принимающих на себя разряд молнии), заземлителей, служащих для отвода тока молнии в землю, и токоотво-дов, соединяющих молниеприемники с заземлителями.

Молниеотводы могут быть отдельно стоящими или Устанавливаться непосредственно на здании или соору­жении. По типу молниеприемника их подразделяют на стержневые, тросовые и комбинированные. В зависимо­сти от числа действующих на одном сооружении молни­еотводов, их подразделяют на одиночные, двойные и многократные.

Молниеприемники стержневых молниеотводов уст­раивают из стальных стержней различных размеров и форм сечения. Минимальная площадь сечения молние-приемника — 100 мм2, чему соответствует круглое сече­ние стержня диаметром 12 мм, полосовая сталь 35 х 3 мм или газовая труба со сплющенным концом.

Молниеприемники тросовых молниеотводов выпол­няют из стальных многопроволочных тросов сечением не менее35 мм2 (диаметр 7 мм).

В качестве молниеприемников можно использовать также металлические конструкции защищаемых соору­жений — дымовые и другие трубы, дефлекторы (если они не выбрасывают горючие пары и газы), металли­ческую кровлю и другие металлоконструкции, возвы­шающиеся над зданием или сооружением.

Токоотводы, устраивают сечением 25—35 мм2 из сталь­ной проволоки диаметром не менее 6 мм или стали по­лосовой, квадратного или иного профиля. В качестве токоотводов можно использовать металлические конст­рукции защищаемых зданий и сооружений (колонны, фермы, пожарные лестницы, металлические направляю­щие лифтов и т. д.), кроме предварительно напряженной арматуры железобетонных конструкций. Токоотводы сле­дует прокладывать кратчайшими путями к заземлителям. Соединение токоотводов с молниеприемниками и заземлителями должно обеспечивать непрерывность элек­трической связи в соединяемых конструкциях, что, как правило, обеспечивается сваркой. Токоотводы нужно рас­полагать на таком расстоянии от входов в здания, чтобы к ним не могли прикасаться люди во избежание пораже­ния током молнии.

Заземлители молниеотводов служат для отвода тока молнии в землю, и от их правильного и качественного устройства зависит эффективная работа молниезащиты.

Конструкция заземлителя принимается в зависимости от требуемого импульсного сопротивления с учетом удель­ного сопротивления грунта и удобства его укладки в грун­те. Для обеспечения безопасности рекомендуется ограж­дать заземлители или во время грозы не допускать людей к заземлителям на расстояние менее5-6 м. Заземлители следует располагать вдали от дорог, тротуаров и т. д.

УРАГАНЫ

Ураган — это циклон, у которого давление в центре очень низкое, а ветры достигают большой и разруши­тельной силы. Скорость ветра может достигать 25 км/ч. Иногда ураганы на суше называют бурей, а на море — штормом, тайфуном.

Они представляют собой явление морское и наи­большие разрушения от них бывают вблизи побережья. Но они могут проникать и далеко на сушу. Ураганы могут сопровождаться сильными дождями, наводнения­ми, в открытом море образуют волны высотой более 10 м, штормовыми нагонами. Особой силой отличаются тропические ураганы, радиус ветров которых может пре­вышать 300 км (рис. 22).

Ураганы — явление сезонное. Ежегодно на Земле развивается в среднем 70 тропических циклонов. Сред­няя продолжительность урагана около 9 дней, макси­мальная — 4 недели.

БУРЯ

Буря — это очень сильный ветер, приводящий к боль­шому волнению на море и к разрушениям на суше. Буря может наблюдаться при прохождении циклона, смерча.

Скорость ветра у земной поверхности превышает 20 м/с и может достигать 100 м/с. В метеорологии при­меняется термин «шторм», а при скорости ветра больше 30 м/с — ураган. Кратковременные усиления ветра до скоростей 20-30 м/с называютсяшквалами.

смерчи

Смерч — это атмосферный вихрь, возникающий в грозовом облаке и затем распространяющийся в виде темного рукава или хобота по направлению к поверх­ности суши или моря

В верхней части смерч имеет воронкообразное рас­ширение, сливающееся с облаками. Когда смерч опус­кается до земной поверхно­сти, нижняя часть его тоже, иногда становится расширенной, напоминающей onрокинутую воронку. Высо­та смерча может достигать 800-1500 м. Воздух в смерче вращается и одновременно поднимается по спирали вверх, втягивая пыль или воду. Скорость вращения может достигать330 м/с. В связи с тем, что внутри вихря давление уменьшает­ся, то происходит конденсация водяного пара. При наличии пыли и воды смерч становится видимым. Диаметр смерча над мо­рем измеряется десятками метров, над сушей — сот­нями метров. Смерч возникает обычно в теплом секторе циклона и движется вместе с цикло­номсо скоростью 10-20 м/с. Смерч проходит путь длиной от 1 до 40-60 км. Смерч сопровождается грозой, дождем, градом и, если достига­ет поверхности земли, почти всегда производит большие разрушения, всасывает в себя воду и предметы, встреча­ющиеся на его пути, поднимает их высоко вверх и пере­носит на большие расстояния. Предметы в несколько сотен килограммов легко поднимаются смерчем и пере­носятся на десятки километров. Смерч на море представ­ляет опасность для судов.

Смерчи над сушей называются тромбами, в США их называют торнадо. Как и ураганы, смерчи опознают со спутников по­годы.

Для визуальной оценки силы (скорости) ветра в бал­лах по его действию на наземные предметы или по вол­нению на море английский адмирал Ф. Бофорт в 1806 г. разработал условную шкалу, которая после изменений и уточнений в 1963 г. была принята Всемирной метеоро­логической организацией и широко применяется в си­ноптической практике.

Вы здесь: Главная БЖД и Охрана труда Безопасность жизнедеятельности Лекция по Безопасности жизнедеятельности