4 Безопасность и экологичность проекта

4.1 Анализ опасных и вредных факторов

Разрабатываемый робототехнический комплекс для механической обработки заготовок печатных плат является как программным, так и конструкторским продуктом, предназначенным для изготовления готовых плат для дальнейшего их применения. Участие человека (оператора) ограничивается контролем за процессом, установкой и снятием заготовок. Для обеспечения безопасности технологического процесса необходимо рассмотреть опасные и вредные факторы при работе с комплексом.

На оператора, работающего с комплексом, потенциально могут воздействовать следующие опасные и вредные факторы

-несоответствие нормам параметров микроклимата;

-повышенный уровень шума на рабочем месте;

-повышенный уровень статистического электричества при неправильно спроектированной рабочей зоне;

-опасный уровень напряжения в электрической цепи, замыкание которой может произойти через тело человека;

-повышенный уровень электромагнитных излучений;

-опасность возникновения пожара;

-несоответствующие нормативам светотехнические параметры: отсутствие или недостаток естественного света, недостаточная освещенность рабочей зоны, повышенная яркость света, пониженная контрастность, прямая и обратная блёсткость, повышенная пульсация светового потока (мерцание изображения);

-несоответствие характеристик оборудования и организации рабочего места требованиям эргономики: монотонность труда, нервно-психические нагрузки, длительное пребывание в одном и том же положении, а также повторение одних и тех же движений приводит к синдрому длительных статических нагрузок (СДСН);

-умственное перенапряжение, которое обусловлено характером решаемых задач, приводит к синдрому длительных психологических нагрузок (СДПН);

Следует отметить, что в реальных условиях перечень действительно воздействующих вредных факторов может быть несколько уже. Наиболее опасными факторами для оператора, работающего с комплексом, являются повышенный уровень электромагнитного излучения, недостаточная освещённость и опасность возникновения пожара.

4.1.1Электромагнитное излучение

В зависимости от энергии фотонов (квантов) спектр электромагнитных излучений подразделяют на область неионизирующих и ионизирующих излучений. В гигиенической практике к неионизирующим излучениям относят также электрические и магнитные поля. К ЭМП промышленной частоты относятся линии электропередач (ЛЭП) напряжением до 1150 кВ, открытые распределительные устройства, включающие коммутационные аппараты, устройства защиты и автоматики, измерительные приборы. Они являются источниками электрических и магнитных полей промышленной частоты (50Гц). Длительное действие таких полей приводит к расстройствам, которые субъективно выражаются жалобами на головную боль в височной и затылочной области, вялость, расстройство сна, снижение памяти, повышенную раздражительность, апатию, боли в области сердца. Для хронического воздействия характерны нарушение ритма и замедление частоты сердечных сокращений. У работающих с ЭМП промышленной частоты могут наблюдаться функциональные нарушения в сердечно-сосудистой системе, а также в составе крови.

Нормирование ЭМП промышленной частоты осуществляют по предельно допустимым уровням напряженности электрического и магнитного полей частотой 50 Гц в зависимости от времени пребывания в нём и регламентируются “Санитарными нормами и правилами выполнения работ в условиях воздействия электрических полей промышленной частоты” №5802-91 и ГОСТ 12.1.002-84.

Пребывание в ЭП напряженностью до 5 кВ/м включительно допускается в течении всего рабочего дня.

Влияние электрических полей переменного тока промышленной частоты в условиях населенных мест (внутри жилых зданий, на терри­тории жилой застройки и на участках пересечения воздушных линий с автомобильными дорогами) ограничивается «Санитарными нормами и правилами защиты населения от воздействия электрического поля, создаваемого воздушными линиями электропередачи переменного то­ка промышленной частоты» № 2971-84.

4.1.2 Магнитные поля

Магнитные поля могут быть постоянными (ПМП) от искусственных магнитных материалов и систем, импульсными (ИМП), инфранизко-частотными (с частотой до 50 Гц), переменными (ПеМП). Действие магнитных полей может быть непрерывным и прерывистым. Степень воздействия магнитного поля (МП) на работающих, зави­сит от максимальной напряженности его в рабочем пространстве магнитного устройства или в зоне влияния искусственного магнита. Доза, полученная человеком, зависит от расположения рабочего места по отношению к МП и режима труда. Каких-либо субъективных воздействий ПМП не вызывают. При действии ПеМП наблюдаются характерные зрительные ощущения, так называемые фосфоны, кото­рые исчезают в момент прекращения воздействия.

Существует несколько гипотез объясняющих биологическое действие МП. В основном они сводятся к индуцированию токов в тканях и непосредственному воздействию поля на клеточном уровне.

Относительно безвредным для человека в течение длительного времени предлагается признать МП, имеющие порядок геомагнитного поля и его аномалий, т.е. напряженности МП не более 0,15-0,2 кА/м. При более высоких напряжённостях МП начинает проявляться реакция на уровне организма.

К концу 70-ых годов было сделано важное дополнение к отрицательному влиянию МП ПЧ на живые организмы: длительное воздействие слабых магнитных полей промышленной частоты при определенных условиях может способствовать онкологическим заболеваниям крови и мозга.

Об увеличенной вероятности онкологических изменений при длительном воздействии слабых МП ПЧ свидетельствуют исследования цитологов на клеточном уровне и биологов при проведении экспериментов над животными.

По мере изменения представлений об отрицательном воздействии ЭМП ПЧ меняются и нормативные документы, регламентирующие воздействие ЭМП ПЧ на лиц профессионально связанных с ЭМП ПЧ и население.

В зависимости от того, кто разрабатывает нормативные документы, они носят обязательный или рекомендательный характер. Государственные нормативы, как правило, носят обязательный характер, а документы общественных организаций и объединений профессионалов в абсолютном большинстве имеют рекомендательный характер. Но со временем рекомендуемые параметры могут перейти в разряд обязательных. Как это произошло с нормируемыми значениями напряженности электрического и магнитного полей ПЧ в документе ТСО-91, модификациях этого документа ТСО92,95,99 в ряде стран эти параметры вошли в государственные и их требование обязательно.

До 01.01.99 года отечественный санитарный надзор нормировал только электрическую составляющую ЭМП ПЧ, исходя из принципа, что только электрическое поле выше определенного уровня вызывает необратимые изменения в организме, а воздействием МП ПЧ можно пренебречь. Руководящими документами были:

-СанПиН 2971-84. Защита населения от воздействия электрического поля, создаваемого воздушными линиями электропередачи переменного тока промышленной частоты;

-ГОСТ 12.1.002-84. Электрические поля промышленной частоты. Допустимые уровни напряженности и требования к проведению контроля на рабочих местах;

-СанПиН 5802-91. Выполнение работ в условиях воздействия электрических полей промышленной частоты (50 Гц);

С 01.01.99 года в России введено ПДУ на МП ПЧ для профессионально работающих с электрооборудованием. Однако, введение ПДУ на МП ПЧ СанПиН 2.2.4.723-98 "Переменные магнитные поля промышленной частоты (50Гц) в производственных условиях" мало что изменил с точки зрения повышения безопасности, т.к. разработчики оставались на прежних представлениях о механизме нанесения вреда считая, что длительное воздействие слабых магнитных полей производственной частоты отрицательного воздействия на здоровье не оказывает, поэтому для профессионалов безвредным установлен ПДУ = 100000 нТл, а для других групп работающих и населения воздействие МП ПЧ в России не нормируется. Следовательно, в настоящее время защита от длительного воздействия слабого МП ПЧ работников не электрических специальностей и населения является их личным делом.

4.1.3 Электростатическое поле

Воздействие электростатического поля (ЭСП)- воздействие статического электричества на человека связано с протеканием через него слабого тока (несколько микроампер). При этом электротравм никогда не наблюдается. Однако вследствие рефлекторной реакции на ток (резкое отстранение от заряженного тела) возможна механическая травма при ударе о рядом расположенные элементы конструкций, падении с высоты и т. д.

Исследование биологических эффектов показало, что наиболее чувствительны к электростатическому полю центрально-нервная и сердечно-сосуди­стая системы. Люди, работающие в зоне воздействия ЭСП, жалуются на раздражительность, головную боль, нарушение сна и др. Характерны своеобразные «фобии», обусловленные страхом ожидаемого разряда, склонность к психосоматическим расстройствам с повышенной эмоциональной возбудимостью и быстрой истощаемостью, неустойчивость показателей пульса и артериального давления.

Нормирование уровней напряженности ЭСП осуществляет в соот­ветствии с ГОСТ 12.1.045-84 в зависимости от времени пребывания персонала на рабочих местах. Предельно допустимый уровень напря­женности ЭСП Епред равен 60 кВ/м в течение 1 ч. При напряженности менее 20 кВ/м время пребывании в ЭСП не регламентируется. Допустимые уровни напряженности ЭСП и плотности ионного потока для персонала подстанций и ВЛ постоянного тока ультравысо­кого напряжения установлены СН № 6032-91.

4.1.4 Электрический ток

Действие электрического тока на живую ткань носит разносторон­ний и своеобразный характер. Проходя через организм человека, электроток производит термическое, электролитическое, механическое и биологическое действия.

Термическое действие тока проявляется ожогами отдельных участ­ков тела, нагревом до высокой температуры органов, расположенных на пути тока, вызывая в них значительные функциональные расстрой­ства. Электролитическое действие тока выражается в разложении органической жидкости, в том числе крови в нарушении ее физико-химического состава. Механическое действие тока приводит к рассло­ению, разрыву тканей организма в результате электродинамического эффекта, а также к мгновенному, взрывоподобному образованию пара из тканевой жидкости и крови. Биологическое действие тока проявляется раздражением и возбуждением живых тканей организма, а также нарушением внутренних биологических процессов.

Электротравмы условно разделяют на общие и местные. К общим относят электрический удар, при котором процесс возбуждения различных групп мышц может привести к судорогам, остановке дыхания и сердечной деятельности. Остановка сердца связана с фибрилляцией, хаотическим сокращением отдельных волокон сердечной мышцы (фибрилл). К местным травмам относят ожоги, металлизацию кожи, механические повреждения, электроофтальмии. Металлизация кожи связана с проникновением в нее мельчайших частиц металла, при его расплавлении под влиянием электрической дуги.

Исход поражения человека электротоком зависит от многих факторов: силы тока и времени его прохождения через организм, характеристики тока (переменный или постоянный), пути тока в теле человека, при переменном токе от частоты колебаний.

4.1.4.1 Опасности, связанные с поражением электрическим током оператора ЭВМ

Помещение, где работает оператор по опасности поражения электрическим током можно отнести к 1 классу, т.е. это помещение без повышенной опасности (сухое, без пыльное, с нормальной температурой воздуха, изолированными полами и малым числом заземленных приборов). На рабочем месте оператора из всего оборудования металлическим является лишь корпус системного блока компьютера, но здесь используются системные блоки, отвечающие стандарту фирмы IBM, в которых кроме рабочей изоляции предусмотрен элемент для заземления и провод с заземляющей жилой для присоединения к источнику питания.

Во избежания поражения электрическим током в случаи пробоя токоведущей изоляции необходимо проводить профилактические работы по проверке токоподводящих элементов (проводов питания подходящих к компьютеру) и элементов заземления.

При работе с дисплеем ЭВМ имеет место ряд неблагоприятных факторов таких как излучение монитора, психические нагрузки, физиологические нагрузки. Поэтому необходимо применять меры по устранению вредного воздействия этих факторов. Эти нежелательные явления устраняются или значительно снижаются при достижении соответствия санитарно-гигиенических условий труда нормативным требованиям, при правильной организации рабочего места, режима работы и отдыха.

Объём помещения на одного работающего должен составлять не менее 15 м³ , а площадь – не менее 4,5 м².

4.1.4.2 Опасности, связанные с поражением электрическим током обслуживающего персонала

Электронасыщенность современного производства формирует электрическую опасность, источником которой могут быть электрические сети, электрифицированное оборудование и инструмент, вычислительная и организационная техника, работающая на электричестве.

Электротравматизм по сравнению с другими видами производственного травматизма составляет небольшой процент, однако по числу травм с тяжелым, и особенно летальным, исходом занимает одно из первых мест. Наибольшее число электротравм (60-70 %) происходит при работе на электроустановках до 1000 В. Это связанно с тем, что лица, работающие за такими установками неподготовлены должным образом для работы на таких установках.

Электрический ток, протекая через тело человека, производит термическое, электролитическое, биологическое воздействие.

Термическое действие тока проявляется в ожогах некоторых отдельных участков тела, нагрева кровеносных сосудов, нервов, крови и т.п.

Электролитическое действие тока проявляется в разложении крови и других органических жидкостей организма и вызывает значительные нарушения их физико-химического состава.

Биологическое действие тока проявляется как раздражение и возбуждение живых тканей организма, что сопровождается непроизвольными судорожными сокращениями мышц, в том числе легких и сердца. В результате могут возникнуть различные нарушения, и даже полное прекращение деятельности органов кровообращения и дыхания.

Различают два вида поражения организма электрическим током: электрические травмы и электрические удары.

Электрические травмы – это местные поражения тканей и органов. К ним относятся электрические ожоги, электрические знаки и электронизация кожи, механические повреждения в результате непроизвольных судорожных сокращений мышц при протекании тока (разрыва кожи, кровеносных сосудов и нервов, вывихи суставов, переломы костей), а также электроофтальмия – воспаление глаз в результате воздействия ультрафиолетовых лучей электрической дуги.

Электрический удар представляет собой возбуждение живых тканей организма проходящем через него электрическим током, сопровождающееся непроизвольным сокращением мышц. Различают четыре степени электрических ударов:

I– судорожное сокращение мышц без потери сознания;

II– судорожное сокращение мышц с потерей сознания, но с сохранением дыхания и работы сердца;

III– потеря сознания и нарушение сердечной деятельности или дыхания (либо того и другого вместе);

IV– клиническая смерть, т.е. отсутствие дыхания и кровообращения.

Степень поражения человека электрическим током и последствия этого воздействия зависит от ряда факторов:

- электрического сопротивления человека;

- величины напряжения и тока;

- продолжительности воздействия электрического тока;

- пути тока через тело человека;

- рода и частоты электрического тока;

- условий внешней среды.

Электрическое сопротивление тела человека складывается из сопротивления кожи и сопротивления внутренних тканей. Кожа, в основном верхний ее слой толщиной 0.2 мм обладает большим сопротивлением, которое определяет общее сопротивление человека. При сухой, чистой и неповрежденной коже сопротивление тела человека составляет 200-20000 Ом. При увлажненной и загрязненной коже сопротивление тела снижается до 300-500 Ом.

Сила тока, протекающего через тело человека, является главным фактором, от которого зависит исход поражения: чем больше сила тока, тем опаснее последствия. Человек начинает ощущать проходящий через него ток промышленной частоты 50 Гц относительно малого значения 0.5-1.5 мА. Этот ток называется пороговым ощутимым током. Ток силой 10-15 мА вызывает сильные и непроизвольные судороги мышц, которые человек не в состоянии преодолеть, т.е. он не может разжать руку, которой касается токоведущей части, отбросить от себя провод, оказываясь как бы прикованным. Такой ток называется пороговым не отпускающим. При силе тока 20-25 мА у человека происходит судорожное сокращение мышц грудной клетки, затрудняется и даже прекращается дыхание, что может привести к смерти вследствие прекращения работы легких.

Ток силой 100 мА является смертельно опасным, так как он в этом случае оказывает непосредственное влияние на мышцы сердца, вызывая его остановку и фибрилляцию (быстрые хаотические и разновременные сокращения волокон сердечной мышцы), при которой сердце перестает работать.

Длительность протекания тока через тело человека определяет исход поражения им, так как с течением времени резко возрастает сила тока вследствие уменьшения сопротивления тела, и также потому, что в организме человека накапливаются отрицательные последствия воздействия тока.

Род и частота тока также в значительной степени определяют степень поражения электрическим током. Наиболее опасен переменный ток частотой 20-1000 Гц.

Состояние окружающей среды (температура, влажность, наличие пыли, паров кислот) влияет на сопротивление тела человека и сопротивление изоляции, что в конечном итоге определяет характер и последствия поражения электрическим током. С точки зрения состояния окружающей среды производственные помещения могут быть сухие, влажные, сырые, особо сырые, жаркие, пыльные с токопроводящей и нетокопроводящей пылью, с химически активной или органической средой. Во всех помещениях, кроме сухих, сопротивление тела человека уменьшается.

Согласно Правилам устройства электроустановок (ПУЭ) все производственные помещения по опасности поражения электрическим током разделяются на три категории:

1. Помещения с повышенной опасностью характеризуется наличием в них одного из следующих условий, создающих повышенную опасность:

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

б) токопроводящих полов (металлические, земляные, железобетонные, кирпичные и др.);

в) высокой температуры (выше +35°С);

г) возможности одновременного прикосновения человека к имеющим соединения с землей металлоконструкциям зданий, технологическим аппаратам, механизмам и т.п., с одной стороны, и металлическим корпусам электрооборудования - с другой.

2. Особо опасные помещения характеризуются наличием одного из следующих условий, создающих особую опасность:

а) особой сырости (относительная влажность воздуха близка к 100 %: потолок, стены, пол и предметы в помещении покрыты влагой);

б) химически активной или органической среды (разрушающей изоляцию и токоведущие части электрооборудования);

в) одновременно двух или более условий повышенной опасности.

3. Помещения без повышенной опасности, характеризующиеся отсутствием признаков повышенной и особой опасности.

Рассмотрев виды поражения током, последствия такого поражения, а также условия, при которых вероятность получить электротравму наиболее велика рассмотрим основные причины поражения электрическим током:

1. Случайное прикосновение к токоведущим частям, находящимся под напряжением в результате:

- ошибочных действий при проведении работ;

- неисправности защитных средств, которыми пострадавший касался токоведущих частей и др.

2. Появление напряжения на конструктивных металлических частях электрооборудования в результате повреждения изоляции токоведущих частей;

- замыкание фазы сети на землю;

- падение провода (находящегося под напряжением) на конструктивные части электроборудования и др.

3. Появление напряжения на отключенных токоведущих частях в результате ошибочного включения отключенной установки; замыкания между отключенными и находящимися под напряжением токоведущими частями;

- разряда молнии в элекроустановку и др.

4. Возникновение напряжения шага на участке земли, где находится человек, в результате:

-замыкания фазы на землю;

-выноса потенциала протяженным токопроводящим предметом (трубопроводом, железнодорожными рельсами);

-неисправностей в устройстве защитного заземления и др.

Проанализировав возможные причины поражения электрическим током, на проектируемом приводе, для обеспечения электробезопасности возможно применение одного или нескольких следующих технических способов и средств: защитное заземление, зануление, защитное отключение, выравнивание потенциалов, малое напряжение, изоляция токоведущих частей; электрическое разделение сетей; оградительные устройства; блокировка, предупредительная сигнализация, знаки безопасности; предупредительные плакаты; электрозащитные средства.

Защитным заземлением называется преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением при замыкании на корпус и по другим причинам.

Задача защитного заземления - устранение опасности поражения током в случае прикосновения к корпусу и другим нетоковедущим металлическим частям электроустановки, оказавшимся под напряжением. Защитное заземление применяют в трехфазных сетях с изолированной нейтралью.

Принцип действия защитного заземления - снижение напряжения между корпусом, оказавшимся под напряжением, и землей до безопасного значения.

В качестве заземляющих проводников допускается использовать различные металлические конструкции: фермы, шахты лифтов, подъемников, стальные трубы электропроводок, открыто проложенные стационарные трубопроводы различного назначения (кроме трубопроводов горючих и взрывоопасных газов, канализации и центрального отопления).

Занулением называется преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводником металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением вследствие замыкания на корпус и по другим причинам.

Задача зануления - устранение опасности поражения током в случае прикосновения к корпусу и другим нетоковедущим металлическим частям электроустановки, оказавшимся под напряжением вследствие замыкания на корпус. Решается эта задача быстрым отключением поврежденной электроустановки от сети. Принцип действия зануления - превращение замыкания на корпус в однофазное короткое замыкание (т.е. замыкание между фазными и нулевыми проводами) с целью вызвать большой ток, способный обеспечить срабатывание защиты и тем самым автоматически отключить поврежденную установку от питающей сети. Такой защитой могут быть плавкие предохранители, магнитные пускатели со встроенной тепловой защитой, контакторы в сочетании с тепловыми реле, автоматы, осуществляющие защиту одновременно от токов короткого замыкания и от перегрузки.

Защитное отключение - быстродействующая защита, обеспечивающая автоматическое отключение электроустановки при возникновении в ней опасности поражения током.

При применении этого вида защиты безопасность обеспечивается быстродействующим (0,1-0,2 с) отключением аварийного участка или сетей при однофазном замыкании на землю или на элементы электрооборудования, нормально изолированные от земли, а также при прикосновении человека к частям, находящимся под напряжением.

Защитное отключение может служить дополнением к системам заземления и зануления, а также в качестве единственной и основной меры защиты.

Малое напряжение - это номинальное напряжение не более 42 В, применяемое в цепях для уменьшения опасности поражения электрическим током.

Применение малых напряжений способствует резкому снижению опасности поражения, особенно при работах в помещениях с повышенной опасностью, особо опасных и на наружных установках. Однако электроустановки и с таким напряжением представляют опасность при двухфазном прикосновении.

Предупредительная сигнализация, блокировка, знаки безопасности. Блокировочные устройства надежно исключают возможность случайного прикосновения к находящимся под напряжением частям, расположенным в специальных закрытых помещениях.

Предупредительную сигнализацию широко используют в сочетании с другими мерами защиты.

Электрозащитные средства - переносимые и перевозимые изделия, служащие для защиты людей, обслуживающих электроустановки, от поражения электрическим током, воздействия электрической дуги и электромагнитного поля.

По назначению защитные средства условно делят на изолирующие, ограждающие и вспомогательные,

Изолирующие защитные средства служат для изоляции человека от токоведущих частей и от земли. Изолирующие защитные средства делятся на основные и дополнительные.

Основными являются изолирующие защитные средства, способные надежно выдерживать рабочее напряжение электроустановки и допускающие касание токоведущих частей, находящихся под напряжением.

Ограждающие защитные средства -различные переносные ограждения, служащие для временного ограждения токоведущих частей и таким образом предотвращающие возможность прикосновения к ним.

Подробно рассмотрев все возможные средства защиты, исходя из условий работы привода, для защиты персонала от поражения электрическим током, необходимости применять все вышеизложенные способы зашиты. Т.к. при работе робота и во время наладочных и ремонтных работ токи и напряжения очень высокие: напряжение питания переменного тока 20-400 В.

Для надежной защиты применять следующие методы:

Зануление оборудования. Блок управления имеет электрическое соединение с нулевым защитным проводником металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением вследствие замыкания на корпус и по другим причинам.

Защитное отключение. Оборудование, используемое в приводе, имеет цепи защиты, т.е. в цепях питания и управления предусмотрены элементы, позволяющие экстренно отключить устройство при резком повышении напряжения или при коротком замыкании.

Изолирующие средства защиты. Все элементы, находящиеся под напряжением, имеют токоизолирующее покрытие.

Ограждающие защитные средства. Оборудование, входящее в состав робота и представляющее опасность имеет защитное ограждение, препятствующее попаданию в опасную зону человека.

С целью предупреждения об опасности поражения электрическим током используются надписи такие как “Опасно, высокое напряжение”, “Монтаж демонтаж производить при отключенном рубильнике питания”, “Прикосновение к внутренним частям блока и клеммам подвода питания к блоку производить не ранее 5 минут”.