9.5 Безопасность в чрезвычайных ситуациях

Все люди, независимо от возраста и положения, пользуются различными видами транспортных средств. Но далеко не все задумываются о том, что современный транспорт — зона повышенной опасности. Особенностью современного транспор­та является его большая насыщенность энергией. Наиболее энергоемкими видами транспортных средств являются трамваи, троллейбусы, метрополитен и железно­дорожный транспорт.

Современный автомобиль, как и все иные виды механического транспорта, пред­ставляет собой сложный комплекс различных механизмов и устройств, от согласованной работы которых зависят его эксплуатационные качества, в частности, устойчивость, управляемость, маневренность и динамические свойства. Взаимодействие автомобиля с дорогой обусловлено законами механики. Поведение водителя за рулем, применение им различных Приемов управления определяются не только уровнем его профессиональной подготовки, но и психофизиологическими факторами, зависящими от условий на рабочем месте, микроклимата, степени шума и вибраций, удобства управления и других, а также воздействиями внешней среды.

Автомобильный транспорт прочно вошел в категорию самых опасных. За после­дние несколько десятилетий не проходило недели, чтобы то из одного, то из друго­го района земного шара не приходило сообщение о жуткой аварии с участием пас­сажирского автобуса, а иной раз и о катастрофе сразу нескольких автомобилей, Большинство из подобных происшествий случалось в «рискованных» районах, среди которых традиционно числятся Китай, Индия, страны Латинской Америки. Однако, увы, не стали исключением Великобритания, Франция, Испания, Ита­лия, США, Россия.

На автодорогах теряет свою жизнь и здоровье гораздо больше людей, чем в авари­ях на всех других видах транспорта. В среднем только за 3 дня гибнет столько людей, сколько на авиационном, железнодорожном, морском транспорте в целом за год. В период с 1985 по 1994 гг. в дорожно-транспортных происшествиях (ДТП) погибло более 300 тыс. человек (Россия) и 1,7 млн. получили ранения.

9.6 Функционирования системы при действии поражающих факторов

9.6.1 Воздействие ударной волны. Действие ударной волны на элементы объекта характеризуется сложным комплексом нагрузок (давление отражения, давление обтекания, давление затекания и др.) и вызывает наибольшие людские потери и разрушения элементов объекта.

Величина нагрузок зависит от вида и мощности взрыва, расстояния до объекта, конструкции и размеров сооружений, аппаратов и приборов, их ориентации относительно направления взрыва, характера и плотности застройки. Учесть их в совокупности для каждого объекта затруднительно. Поэтому при определении уязвимости объекта пользуются обобщённой характеристикой - величиной избыточного давления на фронте ударной волны. Избыточное давление Р_ф = 0,35 кг/см² и более приводит к выходу из строя различные радиоэлектронные приборы.

Для разрабатываемой системы управления, в конструкцию которой входят устройства, содержащие весьма чувствительные радиоэлектронные элементы, опасными будут большие ускорения, приобретаемые этими элементами при воздействии ударной волны, то есть необходима оценка устойчивости прибора к инерционным разрушениям.

Необходимость защиты прибора от воздействия ударной волны в определённой системе (производственное здание, сооружение, оборудование) зависит от устойчивости системы.

Для защиты от ударной волны, точнее от её скоростного напора, разрабатываемую систему необходимо устанавливать на крепления с виброизоляцией, а также производить распайку РЭА так, чтобы длина ножек и возвышение над печатной платой были минимальны.

9.6.2 Воздействие светового излучения. Световое излучение - вид лучистой энергии, источником которой является светящаяся область взрыва.

Величина светового излучения характеризуется количеством энергии излучения, приходящейся на единицу освещаемой поверхности за всё время свечения, и измеряется световым импульсом в кал/см². Световое излучение вызывает непосредственное поражение людей и является причиной пожаров, которые, в свою очередь, являются одной из основных причин вывода из строя объектов.

Так как разрабатываемая система будет эксплуатироваться в закрытом пространстве, то световое излучение непосредственно не повлияет на её работоспособность.

9.6.3 Воздействие проникающей радиации. Ввиду малой проникающей способности альфа и бета-частиц их воздействиями на радиоэлектронную аппаратуру обычно пренебрегают.

Из данных по стойкости элементов и радиоэлектронных устройств в условиях воздействия гамма- и нейтронного излучения следует, что аппаратура может давать отказы при потоках нейтронов 10¹⁶ - 10¹⁷ нейтронов на квадратный метр (н/м²) и экспозиционной дозе гамма-излучения 10⁵ рад и более. Изменение параметров элементов и аппаратуры происходит и при меньших значениях потоков радиации.

На основании сравнительной оценки воздействия поражающих факторов на уровне моря и в космосе установлено, что радиоэлектронная аппаратура может подвергаться воздействию следующих уровней проникающей радиации:

- экспозиционная, доза гамма-излучения 10¹ - 10⁶ р при длительности импульса 10^-3 - 10^-8с.

- поток нейтронов 10¹⁵ - 10²⁰ н/м² при длительности импульса 10^-1 - 10^-6 с.

При воздушных и наземных взрывах плотности потоков проникающей радиации на тех расстояниях, где ударная волна не выводит из строя радиоэлектронную аппаратуру, в основном являются безопасными. Но с увеличением высоты взрыва всё большее значение приобретает проникающая радиация. При взрывах на больших высотах основным поражающим фактором становится импульс проникающей радиации. Поэтому расчёт на радиационную стойкость системы проводить нет необходимости. В этом случае расчёт коэффициента защиты системы проводится по экспозиционной дозе гамма-излучения.

Наиболее слабым элементом системы являются диэлектрические материалы, поэтому необходимый коэффициент ослабления гамма-излучения будет определяться следующим образом:

К_осл = 10⁶рад / 10⁴рад = 100; ()

где 10⁶рад - критериальная поглощённая доза гамма-излучений;

10⁴рад - поглощённая доза гамма-излучений, которую выдерживают диэлектрические материалы.

Так как в системе работают различные приборы, то защита отдельного прибора будет складываться из защиты всей системы и собственной защиты элемента (корпуса прибора), то есть общий коэффициент защиты будет иметь вид:

К_защ = К_защ1*К_защ2; ()

где К_защ1 - коэффициент защиты системы (автомобиля);

К_защ2 - коэффициент защиты элемента.

Для автомобиля К_защ1 = 2.

Коэффициент защиты элемента определим по формуле

К_защ2 = 2 ^{h/ dпол}; ()

Где h - толщина материала, см;

d - слой половинного ослабления данного материала, см.

Для радиоактивного заражения

d_пол = 13/; ()

где  - плотность материала, г/см³.

Так как корпуса приборов, используемых в системе, изготавливаются из стали с плотностью  = 7,8 г/см³, тогда

d_пол = 13/7,8 = 1,7. ()

Отсюда следует, что

К_защ2 = 2 ^{0,5/ 1,7} = 1,226. ()

К_защ = 2*1,226 = 2,45. ()

Полученный фактический коэффициент защиты системы сравним с необходимым коэффициентом ослабления гамма-излучения, К_защ < К_{осл .}

В результате сравнения мы получаем, что фактический коэффициент защиты системы значительно меньше требуемого коэффициента ослабления, поэтому надо предусмотреть дополнительные меры защиты. Для защиты можно применить замену самого чувствительного элемента приборов системы менее чувствительным или изменить схему системы. Но такие меры защиты в данном случае не целесообразны. Для защиты приборов системы применим пассивный экран из свинца (d_пол = 1,2), который будет обеспечивать следующий коэффициент защиты

К_{защ экр.} = К_осл / К_защ = 100 /6,13 = 16,3. ()

Толщину экрана определим с помощью следующей формулы:

К_{защ экр.} = 2 ^{h /dпол} ()

Прологарифмируем данное выражение и выразим отсюда h:

lg К_{защ экр.} = (h /d_пол)*lg 2 ()

h = (d_пол / lg 2)*lg К_{защ экр.} ()

h = (1,2/ 0,3)*1,21 = 4,8 см. ()

Таким образом, мы получаем, что толщина свинцового экрана должна быть 4,8 см. Эта величина велика и неудобна для применения в легковом автомобиле.

9.6.3 Воздействие электромагнитного импульса. Электромагнитный импульс представляет собой электрические и магнитные поля, возникающие в результате воздействия гамма-излучения на атомы окружающей среды и образования потока электронов и положительных ионов. Продолжительность его действия составляет несколько десятков миллисекунд.

Наведённый в проводах электромагнитный импульс может распространяться на большие расстояния и вызывать изменения электрических характеристик электронных проборов. При отсутствии специальных мер защиты электромагнитный импульс может вызвать повреждение радиоэлектронной аппаратуры и нарушения работы электрических устройств. Особенно подвержены воздействию электромагнитного импульса полупроводниковые, газоразрядные, вакуумные приборы, а также конденсаторы и сопротивления. Защитой аппаратуры от электромагнитного импульса служат специальные автоматические устройства, подобные применяемым для защиты от грозовых разрядов. Главная задача защитных устройств от электромагнитного импульса - исключить доступ наведённых токов к чувствительным узлам и элементам защищаемого оборудования. Проблема защиты от электромагнитного импульса усложняется тем, что импульс протекает примерно в пятьдесят раз быстрее, чем, например, разряд молнии, и поэтому простые газовые разрядники в данном случае малоэффективны. К методам защиты наиболее приемлемым для защиты разрабатываемой системы относятся следующие методы:

1) металлические экраны. Они отражают электромагнитные волны и гасят высокочастотную энергию. Наиболее дешёвый экранирующий материал - холоднокатаные стальные листы;

2) защита кабелей. Кабели помещаются в металлические оплётки или трубки;

3) защитные разрядники и плавкие предохранители.

Основные функции защитного разрядника и плавкого предохранителя - разомкнуть линию или отвести энергию для предотвращения повреждения в защищаемом оборудовании.