36. Luftdruck erhöht
Kapitel-Editor: TJR Francis
Inhaltsverzeichnis
Arbeiten unter erhöhtem Luftdruck
Eric Kindwall
Dees F. Gorman
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1. Anweisungen für Druckluftarbeiter
2. Dekompressionskrankheit: Überarbeitete Klassifizierung
37. Barometrischer Druck reduziert
Kapitel-Editor: Walter Dümmer
Atmungsakklimatisierung an große Höhen
John T. Reeves und John V. Weil
Physiologische Wirkungen von reduziertem Luftdruck
Kenneth I. Berger und William N. Rom
Gesundheitserwägungen für die Verwaltung der Arbeit in großen Höhen
John B. West
Prävention von Arbeitsgefahren in großen Höhen
Walter Dümmer
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38. Biologische Gefahren
Kapitel-Editor: Zuheir Ibrahim Fachri
Biogefahren am Arbeitsplatz
Zuheir I. Fachri
Wassertiere
D. Zanini
Terrestrische giftige Tiere
JA Rioux und B. Juminer
Klinische Merkmale des Schlangenbisses
David A. Warrell
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1. Berufliche Einstellungen mit biologischen Arbeitsstoffen
2. Viren, Bakterien, Pilze & Pflanzen am Arbeitsplatz
3. Tiere als Quelle berufsbedingter Gefahren
39. Katastrophen, natürliche und technologische
Kapitel-Editor: Pier Alberto Bertazzi
Katastrophen und Großunfälle
Pier Alberto Bertazzi
IAO-Übereinkommen zur Verhütung schwerer Industrieunfälle, 1993 (Nr. 174)
Katastrophenvorbereitung
Peter J. Baxter
Aktivitäten nach der Katastrophe
Benedetto Terracini und Ursula Ackermann-Liebrich
Wetterbedingte Probleme
Jean Franz
Lawinen: Gefahren und Schutzmaßnahmen
Gustav Pointtingl
Transport gefährlicher Materialien: Chemisch und radioaktiv
Donald M. Campbell
Strahlenunfälle
Pierre Verger und Denis Winter
Fallstudie: Was bedeutet Dosis?
Arbeitsschutzmaßnahmen in durch Radionuklide kontaminierten landwirtschaftlichen Gebieten: Die Tschernobyl-Erfahrung
Yuri Kundiev, Leonard Dobrovolsky und VI Chernyuk
Fallstudie: Feuer in der Spielzeugfabrik Kader
Casey Cavanaugh Grant
Auswirkungen von Katastrophen: Lehren aus medizinischer Sicht
José Luis Zeballos
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1. Definitionen von Katastrophentypen
2. 25 Jahre durchschnittlich # Opfer nach Art und Region – natürlicher Auslöser
3. 25 Jahre durchschnittlich # Opfer nach Art und Region – nicht natürlicher Auslöser
4. 25-jähriger Durchschnitt # Opfer nach Typ – natürlicher Auslöser (1969-1993)
5. 25-Jahre-Durchschnitt # Opfer nach Typ – nicht natürlicher Auslöser (1969-1993)
6. Natürlicher Auslöser von 1969 bis 1993: Ereignisse über 25 Jahre
7. Nicht natürlicher Auslöser von 1969 bis 1993: Ereignisse über 25 Jahre
8. Natürlicher Auslöser: Anzahl nach globaler Region und Art im Jahr 1994
9. Nicht natürlicher Auslöser: Anzahl nach globaler Region und Art im Jahr 1994
10 Beispiele für Industrieexplosionen
11 Beispiele für Großbrände
12 Beispiele für größere toxische Freisetzungen
13 Rolle des Managements von Großgefahrenanlagen bei der Gefahrenkontrolle
14 Arbeitsmethoden zur Gefährdungsbeurteilung
15 Kriterien der EG-Richtlinie für gefährliche Anlagen
16 Prioritäre Chemikalien, die bei der Identifizierung von Anlagen mit großer Gefährdung verwendet werden
17 Wetterbedingte Berufsrisiken
18 Typische Radionuklide mit ihren radioaktiven Halbwertszeiten
19 Vergleich verschiedener nuklearer Unfälle
20 Kontamination in der Ukraine, Weißrussland und Russland nach Tschernobyl
21 Kontamination Strontium-90 nach dem Unfall von Khyshtym (Ural 1957)
22 Radioaktive Quellen, an denen die breite Öffentlichkeit beteiligt war
23 Hauptunfälle mit industriellen Strahlern
24 Oak Ridge (US) Strahlenunfallregister (weltweit, 1944-88)
25 Muster der beruflichen Exposition gegenüber ionisierender Strahlung weltweit
26 Deterministische Effekte: Schwellenwerte für ausgewählte Organe
27 Patienten mit akutem Bestrahlungssyndrom (AIS) nach Tschernobyl
28 Epidemiologische Krebsstudien zu hochdosierter externer Bestrahlung
29 Schilddrüsenkrebs bei Kindern in Belarus, der Ukraine und Russland, 1981-94
30 Internationales Ausmaß nuklearer Zwischenfälle
31 Allgemeine Schutzmaßnahmen für die allgemeine Bevölkerung
32 Kriterien für Kontaminationszonen
33 Große Katastrophen in Lateinamerika und der Karibik, 1970-93
34 Schäden durch sechs Naturkatastrophen
35 Krankenhäuser und Krankenhausbetten durch 3 große Katastrophen beschädigt/zerstört
36 Opfer in 2 Krankenhäusern, die durch das Erdbeben von 1985 in Mexiko einstürzten
37 Verlust von Krankenhausbetten infolge des Erdbebens in Chile im März 1985
38 Risikofaktoren für Erdbebenschäden an der Krankenhausinfrastruktur
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40. Strom
Kapitel-Editor: Dominique Folliot
Elektrizität – Physiologische Wirkungen
Dominique Folliot
Statische Elektrizität
Claude Mengue
Prävention und Standards
Renzo Comini
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1. Schätzungen der Rate der Stromschläge-1988
2. Grundlegende Zusammenhänge in der Elektrostatik-Gleichungssammlung
3. Elektronenaffinitäten ausgewählter Polymere
4. Typische untere Entflammbarkeitsgrenzen
5. Spezifische Gebühr in Verbindung mit ausgewählten Industriebetrieben
6. Beispiele für elektrostatisch empfindliche Geräte
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41. Feuer
Kapitel-Editor: Casey C. Grant
Grundlegende Konzepte
Dougal Drysdale
Quellen von Brandgefahren
Tamás Banky
Brandschutzmaßnahmen
Peter F. Johnson
Maßnahmen zum passiven Brandschutz
Yngve Anderberg
Aktive Brandschutzmaßnahmen
Gary Taylor
Brandschutz organisieren
S. Dheri
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1. Untere und obere Entflammbarkeitsgrenzen in Luft
2. Flamm- und Brennpunkte von flüssigen und festen Brennstoffen
3. Zündquellen
4. Vergleich der für die Inertisierung erforderlichen Konzentrationen verschiedener Gase
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42. Hitze und Kälte
Kapitel-Editor: Jean-Jacques Vogt
Physiologische Reaktionen auf die thermische Umgebung
W. Larry Kenney
Auswirkungen von Hitzestress und Arbeit in der Hitze
Bodil Nielsen
Hitzestörungen
Tokuo Ogawa
Prävention von Hitzestress
Sarah A. Nunneley
Die physikalischen Grundlagen der Hitzearbeit
Jacques Malchaire
Bewertung von Hitzestress und Hitzestress-Indizes
Kenneth C. Parsons
Fallstudie: Wärmeindizes: Formeln und Definitionen
Wärmeaustausch durch Kleidung
Wouter A. Lotens
Kalte Umgebungen und kalte Arbeit
Ingvar Holmer, Per-Ola Granberg und Goran Dahlström
Vermeidung von Kältestress bei extremen Außenbedingungen
Jacques Bittel und Gustave Savourey
Kalte Indizes und Standards
Ingvar Holmer
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1. Elektrolytkonzentration in Blutplasma und Schweiß
2. Hitzestressindex und zulässige Expositionszeiten: Berechnungen
3. Interpretation der Hitzestressindexwerte
4. Anhaltswerte für Kriterien der thermischen Belastung & Dehnung
5. Modell mit Herzfrequenz zur Beurteilung von Hitzestress
6. WBGT-Referenzwerte
7. Arbeitspraktiken für heiße Umgebungen
8. Berechnung des SWreq-Index & Bewertungsverfahren: Gleichungen
9. Beschreibung der in ISO 7933 (1989b) verwendeten Begriffe
10 WBGT-Werte für vier Arbeitsphasen
11 Basisdaten für die analytische Bewertung nach ISO 7933
12 Analytische Bewertung nach ISO 7933
13 Lufttemperaturen verschiedener kalter Arbeitsumgebungen
14 Dauer von unkompensiertem Kältestress und damit verbundenen Reaktionen
15 Hinweis auf zu erwartende Wirkungen bei leichter und schwerer Kälteeinwirkung
16 Körpergewebetemperatur und körperliche Leistungsfähigkeit des Menschen
17 Menschliche Reaktionen auf Abkühlung: Indikative Reaktionen auf Hypothermie
18 Gesundheitsempfehlungen für Personal, das Kältestress ausgesetzt ist
19 Konditionierungsprogramme für kälteexponierte Arbeiter
20 Prävention & Linderung von Kältestress: Strategien
21 Strategien & Maßnahmen bezogen auf spezifische Faktoren & Ausstattung
22 Allgemeine Anpassungsmechanismen an Kälte
23 Anzahl der Tage, an denen die Wassertemperatur unter 15 ºC liegt
24 Lufttemperaturen verschiedener kalter Arbeitsumgebungen
25 Schematische Einteilung der Kaltarbeit
26 Klassifizierung der Stoffwechselrate
27 Beispiele für grundlegende Isolationswerte von Kleidung
28 Klassifizierung des thermischen Widerstands gegen Abkühlung von Handschuhen
29 Klassifizierung des thermischen Kontaktwiderstands von Handschuhen
30 Windchill-Index, Temperatur und Gefrierzeit von exponiertem Fleisch
31 Kühlende Kraft des Windes auf exponiertem Fleisch
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43. Arbeitszeit
Kapitel-Editor: Peter Knauth
Stunden der Arbeit
Peter Knauth
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1. Zeitintervalle vom Beginn der Schichtarbeit bis zu drei Erkrankungen
2. Schichtarbeit & Inzidenz von Herz-Kreislauf-Erkrankungen
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44. Raumluftqualität Indoor
Kapitel-Editor: Xavier Guardino Solá
Raumluftqualität: Einführung
Xavier Guardino Solá
Art und Quellen chemischer Schadstoffe in Innenräumen
Derrick Crump
Radon
Maria José Berenguer
Tabakrauch
Dietrich Hoffmann und Ernst L. Wynder
Raucherordnung
Xavier Guardino Solá
Messung und Bewertung chemischer Schadstoffe
M. Gracia Rosell Farrás
Biologische Kontamination
Brian Flannigan
Vorschriften, Empfehlungen, Richtlinien und Standards
Maria José Berenguer
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1. Klassifizierung von organischen Schadstoffen in Innenräumen
2. Formaldehydemission aus einer Vielzahl von Materialien
3. Ttl. flüchtige organische Verbindungen, Konz., Wand-/Bodenbeläge
4. Konsumgüter und andere Quellen flüchtiger organischer Verbindungen
5. Haupttypen und -konzentrationen im städtischen Vereinigten Königreich
6. Feldmessungen von Stickoxiden und Kohlenmonoxid
7. Giftige und tumorerzeugende Stoffe im Nebenstromrauch von Zigaretten
8. Giftige und tumorerzeugende Stoffe aus Tabakrauch
9. Cotinin im Urin bei Nichtrauchern
10 Methodik zur Probenentnahme
11 Nachweisverfahren für Gase in der Raumluft
12 Methoden zur Analyse chemischer Schadstoffe
13 Niedrigere Nachweisgrenzen für einige Gase
14 Arten von Pilzen, die Rhinitis und/oder Asthma verursachen können
15 Mikroorganismen und extrinsische allergische Alveolitis
16 Mikroorganismen in nichtindustrieller Raumluft und Staub
17 Standards der Luftqualität, die von der US EPA festgelegt wurden
18 WHO-Richtlinien für Nicht-Krebs- und Nicht-Geruchsbelästigung
19 WHO-Richtwerte basierend auf sensorischen Effekten oder Belästigung
20 Referenzwerte für Radon von drei Organisationen
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45. Raumklimakontrolle
Kapitel-Editor: Juan Guasch Farras
Kontrolle von Innenräumen: Allgemeine Grundsätze
A. Hernández Calleja
Raumluft: Methoden zur Kontrolle und Reinigung
E. Adán Liébana und A. Hernández Calleja
Ziele und Prinzipien der allgemeinen und verdünnten Belüftung
Emilio Castejon
Lüftungskriterien für nichtindustrielle Gebäude
A. Hernández Calleja
Heizungs- und Klimaanlagen
F. Ramos Pérez und J. Guasch Farrás
Raumluft: Ionisierung
E. Adán Liébana und J. Guasch Farrás
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1. Die häufigsten Schadstoffe in Innenräumen und ihre Quellen
2. Grundvoraussetzungen Verdünnungslüftungssystem
3. Kontrollmaßnahmen & ihre Auswirkungen
4. Anpassungen an Arbeitsumgebung & Effekten
5. Wirksamkeit von Filtern (ASHRAE-Standard 52-76)
6. Reagenzien, die als Absorptionsmittel für Verunreinigungen verwendet werden
7. Qualitätsstufen der Raumluft
8. Kontamination durch die Bewohner eines Gebäudes
9. Belegungsgrade verschiedener Gebäude
10 Kontamination durch das Gebäude
11 Qualitätsstufen der Außenluft
12 Vorgeschlagene Normen für Umweltfaktoren
13 Thermische Behaglichkeitstemperaturen (nach Fanger)
14 Eigenschaften von Ionen
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46. Beleuchtung
Kapitel-Editor: Juan Guasch Farras
Arten von Lampen und Beleuchtung
Richard Forster
Erforderliche Bedingungen für Visual
Fernando Ramos Pérez und Ana Hernández Calleja
Allgemeine Lichtverhältnisse
N. Alan Smith
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1. Verbesserte Leistung und Wattzahl von einigen 1,500-mm-Leuchtstoffröhrenlampen
2. Typische Lampenwirkungsgrade
3. International Lamp Coding System (ILCOS) für einige Lampentypen
4. Gängige Farben und Formen von Glühlampen und ILCOS-Codes
5. Arten von Natriumdampf-Hochdrucklampen
6. Farbkontraste
7. Reflexionsfaktoren verschiedener Farben & Materialien
8. Empfohlene Niveaus der aufrechterhaltenen Beleuchtungsstärke für Orte/Aufgaben
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47. Lärm
Kapitel-Editor: Alice H. Suter
Die Natur und Wirkung von Lärm
Alice H. Suter
Lärmmessung und Belastungsbewertung
Eduard I. Denisov und German A. Suworow
Technischer Lärmschutz
Dennis P. Driscoll
Hörerhaltungsprogramme
Larry H. Royster und Julia Doswell Royster
Normen und Vorschriften
Alice H. Suter
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1. Zulässige Expositionsgrenzwerte (PEL) für Lärmbelastung, nach Land
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48. Strahlung: Ionisierend
Kapitelherausgeber: Robert N. Cherry, Jr.
Einleitung
Robert N. Kirsche, Jr.
Strahlenbiologie und biologische Wirkungen
Arthur C. Upton
Quellen ionisierender Strahlung
Robert N. Kirsche, Jr.
Arbeitsplatzgestaltung für Strahlenschutz
Gordon M. Lodde
Strahlenschutz
Robert N. Kirsche, Jr.
Planung und Management von Strahlenunfällen
Sydney W. Porter, Jr.
49. Strahlung, nichtionisierend
Kapitel-Editor: Bengt Knave
Elektrische und magnetische Felder und Gesundheitsergebnisse
Bengt Knave
Das elektromagnetische Spektrum: Grundlegende physikalische Eigenschaften
Kjell Hansson Mild
UV-Strahlung
David H. Sliney
Infrarotstrahlung
R. Matthes
Licht und Infrarotstrahlung
David H. Sliney
Laser
David H. Sliney
Hochfrequenzfelder und Mikrowellen
Kjell Hansson Mild
VLF und ELF Elektrische und magnetische Felder
Michael H. Repacholi
Statische elektrische und magnetische Felder
Martino Grandolfo
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1. Quellen und Expositionen für IR
2. Thermische Gefahrenfunktion der Netzhaut
3. Expositionsgrenzen für typische Laser
4. Anwendungen von Geräten mit einem Bereich > 0 bis 30 kHz
5. Berufliche Expositionsquellen gegenüber Magnetfeldern
6. Auswirkungen von Strömen, die durch den menschlichen Körper fließen
7. Biologische Effekte verschiedener Stromdichtebereiche
8. Arbeitsplatzgrenzwerte – elektrische/magnetische Felder
9. Studien an Tieren, die statischen elektrischen Feldern ausgesetzt waren
10 Wichtige Technologien und große statische Magnetfelder
11 ICNIRP-Empfehlungen für statische Magnetfelder
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50. Vibrationen
Kapitel-Editor: Michael J. Griffin
Vibration
Michael J. Griffin
Ganzkörper-Vibration
Helmut Seidel und Michael J. Griffin
Handübertragene Vibration
Massimo Bovenzi
Bewegungskrankheit
Alan J. Benson
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1. Aktivitäten mit negativen Auswirkungen von Ganzkörpervibrationen
2. Vorbeugende Maßnahmen bei Ganzkörpervibrationen
3. Von Hand übertragene Vibrationsbelastungen
4. Stages, Stockholm Workshop Scale, Hand-Arm-Vibrationssyndrom
5. Raynaud-Phänomen & Hand-Arm-Vibrationssyndrom
6. Grenzwerte für handübertragene Schwingungen
7. Richtlinie des Rates der Europäischen Union: Handübertragene Schwingungen (1994)
8. Vibrationsstärken zum Fingerblanchieren
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51. Gewalt
Kapitel-Editor: Leon J. Warschau
Gewalt am Arbeitsplatz
Leon J. Warschau
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1. Höchste Arbeitsmordraten, US-Arbeitsplätze, 1980-1989
2. Höchste Raten berufsbedingter Tötungsdelikte in den USA, 1980-1989
3. Risikofaktoren für Tötungsdelikte am Arbeitsplatz
4. Leitfäden für Programme zur Prävention von Gewalt am Arbeitsplatz
52. Visuelle Anzeigeeinheiten
Kapitel-Editor: Diana Berthelette
Überblick
Diana Berthelette
Merkmale von Bildschirmarbeitsplätzen
Ahmet Çakir
Augen- und Sehprobleme
Paule Rey und Jean-Jacques Meyer
Gefahren für die Fortpflanzung – Experimentelle Daten
Ulf Bergqvist
Auswirkungen auf die Fortpflanzung - menschliche Beweise
Claire Infante-Rivard
Fallstudie: Eine Zusammenfassung von Studien zu reproduktiven Ergebnissen
Störung des Bewegungsapparates
Gabriele Bammer
Hautprobleme
Mats Berg und Sture Lidén
Psychosoziale Aspekte der Bildschirmarbeit
Michael J. Smith und Pascale Carayon
Ergonomische Aspekte der Mensch-Computer-Interaktion
Jean Marc Robert
Ergonomie-Standards
Tom FM Stewart
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1. Verteilung von Computern in verschiedenen Regionen
2. Häufigkeit und Wichtigkeit von Ausrüstungselementen
3. Prävalenz von Augensymptomen
4. Teratologische Studien mit Ratten oder Mäusen
5. Teratologische Studien mit Ratten oder Mäusen
6. VDU-Nutzung als Faktor für ungünstige Schwangerschaftsergebnisse
7. Analysen zur Untersuchung verursacht muskuloskelettale Probleme
8. Faktoren, von denen angenommen wird, dass sie Muskel-Skelett-Probleme verursachen
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Seit sich Menschen in Bergregionen niedergelassen haben, sind sie den besonderen Gefahren ausgesetzt, die das Leben in den Bergen mit sich bringt. Zu den tückischsten Gefahren zählen Lawinen und Erdrutsche, die bis heute ihre Opfer fordern.
Wenn die Berge im Winter meterhoch mit Schnee bedeckt sind, kann sich unter Umständen eine Schneemasse, die wie eine dicke Decke auf den steilen Hängen oder Berggipfeln liegt, vom Untergrund lösen und durch ihr eigenes Gewicht bergab rutschen. Dies kann dazu führen, dass riesige Schneemengen auf direktem Weg in die Tiefe stürzen und sich in den darunter liegenden Tälern absetzen. Die dabei freigesetzte kinetische Energie erzeugt gefährliche Lawinen, die alles auf ihrem Weg mitreißen, zerquetschen oder begraben.
Lawinen können je nach Art und Zustand des Schnees in zwei Kategorien eingeteilt werden: Trockenschnee- oder „Staub“-Lawinen und Nassschnee- oder „Boden“-Lawinen. Erstere sind gefährlich wegen der von ihnen ausgelösten Schockwellen, letztere wegen ihres schieren Volumens durch die zusätzliche Feuchtigkeit im nassen Schnee, die alles plattdrückt, wenn die Lawine mit oft hoher Geschwindigkeit bergab rollt und manchmal Abschnitte mitreißt des Untergrundes.
Besonders gefährliche Situationen können entstehen, wenn der Schnee an großen, exponierten Hängen auf der Luvseite des Berges vom Wind verdichtet wird. Dann bildet sie oft eine nur oberflächlich zusammengehaltene Hülle, wie ein von oben herabhängender Vorhang, der auf einem Sockel ruht, der die Wirkung von Kugellagern erzeugen kann. Wenn in eine solche Hülle ein „Schnitt“ gemacht wird (zB wenn ein Skifahrer eine Spur quer über die Piste hinterlässt) oder wenn aus irgendeinem Grund diese sehr dünne Hülle zerrissen wird (zB durch ihr Eigengewicht), dann das Ganze Schneeflächen können wie ein Brett bergab rutschen und entwickeln sich im weiteren Verlauf meist zu einer Lawine.
Im Inneren der Lawine kann sich ein enormer Druck aufbauen, der Lokomotiven oder ganze Gebäude wie Spielzeuge mitreißen, zerschmettern oder zermalmen kann. Dass Menschen in einem solchen Inferno nur sehr geringe Überlebenschancen haben, liegt auf der Hand, wenn man bedenkt, dass jeder, der nicht zu Tode gequetscht wird, wahrscheinlich an Erstickung oder Erstickung sterben wird. Es ist daher nicht verwunderlich, dass bei Lawinenverschütteten selbst bei sofortigem Auffinden etwa 20 % bereits tot sind.
Die Topographie und Vegetation des Gebiets führen dazu, dass die Schneemassen festgelegten Routen folgen, wenn sie ins Tal kommen. Die Menschen in der Region wissen das aus Beobachtung und Tradition und halten sich daher im Winter von diesen Gefahrenzonen fern.
Früher konnte man solchen Gefahren nur entkommen, indem man sich ihnen nicht aussetzte. Bauernhöfe und Siedlungen wurden an Orten gebaut, an denen aufgrund der topografischen Bedingungen keine Lawinen auftreten konnten oder die nach jahrelanger Erfahrung weit entfernt von bekannten Lawinenpfaden waren. Die Menschen mieden die Berggebiete während der Gefahrenzeit sogar ganz.
Auch Wälder an den oberen Hängen bieten einen erheblichen Schutz vor solchen Naturkatastrophen, da sie die Schneemassen in den gefährdeten Gebieten stützen und bereits begonnene Lawinen eindämmen, aufhalten oder umleiten können, sofern sie nicht zu viel Schwung aufgebaut haben.
Nichtsdestotrotz ist die Geschichte der Bergländer von wiederholten Lawinenkatastrophen durchzogen, die einen hohen Tribut an Menschenleben und Sachwerten gefordert haben und noch immer fordern. Einerseits wird die Geschwindigkeit und der Schwung der Lawine oft unterschätzt. Andererseits folgen Lawinen manchmal Pfaden, die aufgrund jahrhundertelanger Erfahrung bisher nicht als Lawinenpfade angesehen wurden. Bestimmte ungünstige Wetterbedingungen in Verbindung mit einer bestimmten Schneequalität und der Beschaffenheit des Untergrunds (z. B. beschädigte Vegetation oder Erosion oder Auflockerung des Bodens durch starke Regenfälle) führen zu Umständen, die zu einer dieser „Katastrophen“ führen können des Jahrhunderts“.
Ob ein Gebiet einer Lawinengefahr besonders ausgesetzt ist, hängt nicht nur von den vorherrschenden Wetterbedingungen ab, sondern mehr noch von der Stabilität der Schneedecke und davon, ob das betreffende Gebiet in einem der üblichen Lawinenwege liegt oder Verkaufsstellen. Es gibt spezielle Karten, die Gebiete zeigen, in denen Lawinen bekannt oder aufgrund topografischer Gegebenheiten wahrscheinlich sind, insbesondere die Wege und Abgänge von häufig auftretenden Lawinen. In Risikogebieten ist das Bauen verboten.
Diese Vorsorgemaßnahmen reichen heute jedoch nicht mehr aus, denn trotz des Bauverbots in bestimmten Gebieten und aller verfügbaren Informationen über die Gefahren zieht es immer mehr Menschen in die malerischen Bergregionen, wodurch auch in den Bergen immer mehr gebaut wird Gebiete, die als gefährlich bekannt sind. Neben dieser Missachtung bzw. Umgehung von Bauverboten ist es eine der Erscheinungsformen der modernen Freizeitgesellschaft, dass im Winter tausende Touristen zum Sport und zur Erholung in die Berge fahren und genau dort, wo Lawinen praktisch vorprogrammiert sind. Die ideale Skipiste ist steil, hindernisfrei und sollte einen ausreichend dicken Schneeteppich aufweisen – ideale Bedingungen für den Skifahrer, aber auch dafür, dass der Schnee ins Tal rauscht.
Wenn Risiken jedoch nicht vermieden werden können oder gewissermaßen bewusst als unerwünschter „Nebeneffekt“ der Freude am Sport in Kauf genommen werden, dann ist es notwendig, Mittel und Wege zu entwickeln, diesen Gefahren auf andere Weise zu begegnen.
Um die Überlebenschancen von Lawinenverschütteten zu verbessern, sind gut organisierte Rettungsdienste, Notruftelefone in der Nähe der gefährdeten Orte und aktuelle Informationen für Behörden und Touristen über die aktuelle Situation in Gefahrengebieten unerlässlich . Frühwarnsysteme und eine hervorragende Organisation der Rettungsdienste mit bestmöglicher Ausrüstung können die Überlebenschancen von Lawinenverschütteten erheblich erhöhen und das Schadensausmaß verringern.
Schutzmaßnahmen
Weltweit wurden verschiedene Methoden zum Schutz vor Lawinen entwickelt und erprobt, wie z. B. grenzüberschreitende Warndienste, Absperrungen und sogar die künstliche Auslösung von Lawinen durch Sprengungen oder Kanonenschüsse über den Schneefeldern.
Die Stabilität der Schneedecke wird im Wesentlichen durch das Verhältnis von mechanischer Spannung zu Dichte bestimmt. Diese Stabilität kann je nach Belastungsart (z. B. Druck, Zug, Scherbeanspruchung) innerhalb einer geografischen Region (z. B. dem Teil des Schneefelds, in dem eine Lawine beginnen könnte) erheblich variieren. Konturen, Sonneneinstrahlung, Wind, Temperatur und lokale Störungen in der Struktur der Schneedecke – durch Felsen, Skifahrer, Schneepflüge oder andere Fahrzeuge – können ebenfalls die Stabilität beeinträchtigen. Die Stabilität kann daher durch gezielte lokale Eingriffe wie Sprengungen reduziert oder durch den Einbau zusätzlicher Stützen oder Barrieren erhöht werden. Diese Maßnahmen, die dauerhafter oder vorübergehender Natur sein können, sind die beiden Hauptmethoden des Lawinenschutzes.
Zu den dauerhaften Massnahmen gehören wirksame und dauerhafte Bauten, Stützbarrieren im Bereich des Lawinenausbruchs, Umlenk- oder Bremsbarrieren auf dem Lawinenweg und Sperrbarrieren im Lawinenaustrittsbereich. Ziel temporärer Schutzmassnahmen ist die Sicherung und Stabilisierung von Lawinenausbruchsgebieten durch gezielte Auslösung kleinerer, begrenzter Lawinen, um die gefährlichen Schneemengen abschnittsweise abzutragen.
Stützbarrieren erhöhen künstlich die Stabilität der Schneedecke in potentiellen Lawinengebieten. Treibbarrieren, die verhindern, dass zusätzlicher Schnee vom Wind in das Lawinengebiet getragen wird, können die Wirkung von Stützbarrieren verstärken. Umlenk- und Bremsverbauungen auf dem Lawinenweg und Sperrverbauungen im Lawinenaustrittsbereich können die absinkende Schneemasse ablenken bzw. verlangsamen und die Abflussstrecke vor dem zu schützenden Bereich verkürzen. Stützbarrieren sind mehr oder weniger senkrecht zum Hang im Boden befestigte Bauwerke, die den herabstürzenden Schneemassen einen ausreichenden Widerstand entgegensetzen. Sie müssen Stützen bilden, die bis zur Schneeoberfläche reichen. Stützverbauungen werden in der Regel in mehreren Reihen angeordnet und müssen alle Geländeteile abdecken, von denen Lawinen bei verschiedenen möglichen Witterungsverhältnissen die zu schützende Örtlichkeit bedrohen könnten. Jahrelange Beobachtungen und Schneemessungen im Gebiet sind erforderlich, um die richtige Positionierung, Struktur und Dimensionierung zu ermitteln.
Die Barrieren müssen eine gewisse Durchlässigkeit aufweisen, um kleinere Lawinen und Oberflächenrutschungen durch mehrere Barrierenreihen fließen zu lassen, ohne größer zu werden oder Schäden anzurichten. Ist die Durchlässigkeit nicht ausreichend, besteht die Gefahr, dass sich der Schnee hinter den Sperren auftürmt und nachfolgende Lawinen ungehindert darüber gleiten und weitere Schneemassen mit sich führen.
Temporäre Maßnahmen können im Gegensatz zu Absperrungen auch eine zeitlich begrenzte Minderung der Gefahr ermöglichen. Diese Maßnahmen basieren auf der Idee, Lawinen künstlich auszulösen. Die bedrohlichen Schneemassen werden aus dem potenziellen Lawinengebiet durch eine Anzahl kleiner Lawinen entfernt, die zu ausgewählten, vorher festgelegten Zeiten gezielt unter Aufsicht ausgelöst werden. Dadurch wird die Stabilität der auf dem Lawinengebiet verbleibenden Schneedecke erheblich erhöht, indem bei akuter Lawinengefahr die Gefahr weiterer und gefährlicherer Lawinen zumindest für einen begrenzten Zeitraum reduziert wird.
Allerdings lässt sich die Grösse dieser künstlich erzeugten Lawinen nicht mit grosser Genauigkeit im Voraus bestimmen. Um das Unfallrisiko so gering wie möglich zu halten, muss daher während der Durchführung dieser vorübergehenden Maßnahmen das gesamte Gebiet, das von der künstlichen Lawine von ihrem Ausgangspunkt bis zu ihrem endgültigen Stillstand betroffen sein soll, betroffen sein evakuiert, verschlossen und vorher überprüft.
Die Anwendungsmöglichkeiten der beiden Methoden zur Gefahrenminderung sind grundsätzlich unterschiedlich. Generell ist es besser, Gebiete mit dauerhaften Methoden zu schützen, die nicht oder nur schwer evakuiert oder gesperrt werden können oder in denen Siedlungen oder Wälder auch durch kontrollierte Lawinen gefährdet werden könnten. Andererseits sind Straßen, Skipisten und Skipisten, die leicht kurzfristig gesperrt werden können, typische Beispiele für Bereiche, in denen vorübergehende Schutzmaßnahmen angewendet werden können.
Die verschiedenen Methoden der künstlichen Lawinenauslösung sind mit einer Reihe von Arbeiten verbunden, die auch gewisse Risiken mit sich bringen und vor allem zusätzliche Schutzmaßnahmen für die mit diesen Arbeiten beauftragten Personen erfordern. Wesentlich ist, durch das Auslösen künstlicher Erschütterungen (Explosionen) erste Unterbrechungen zu bewirken. Diese werden die Stabilität der Schneedecke ausreichend verringern, um einen Schneeschlupf zu erzeugen.
Sprengungen eignen sich besonders zur Lawinenauslösung an Steilhängen. In der Regel ist es möglich, kleine Schneestücke in Abständen abzulösen und so große Lawinen zu vermeiden, die einen langen Laufweg benötigen und äußerst zerstörerisch sein können. Allerdings müssen die Sprengarbeiten zu jeder Tageszeit und bei jedem Wetter durchgeführt werden, was nicht immer möglich ist. Die Verfahren zur künstlichen Sprengung von Lawinen unterscheiden sich erheblich, je nachdem, mit welchen Mitteln das Sprenggebiet erreicht wird.
Bereiche, in denen Lawinenausbrüche wahrscheinlich sind, können von sicheren Positionen aus mit Granaten oder Raketen beschossen werden, was aber nur in 20 bis 30 % der Fälle erfolgreich ist (dh die Lawine erzeugt), da es praktisch unmöglich ist, die meisten zu bestimmen und zu treffen effektiven Zielpunkt aus der Ferne mit beliebiger Genauigkeit, und auch, weil die Schneedecke den Schock der Explosion absorbiert. Außerdem können Granaten nicht hochgehen.
Das Sprengen mit kommerziellen Sprengstoffen direkt in das Gebiet, in dem Lawinen wahrscheinlich abgehen, ist im Allgemeinen erfolgreicher. Am erfolgreichsten sind die Methoden, bei denen der Sprengstoff an Pfählen oder Kabeln über den Teil des Schneefeldes getragen wird, wo die Lawine losgehen soll, und in einer Höhe von 1.5 bis 3 m über der Schneedecke gezündet wird.
Um den Sprengstoff für die künstliche Lawinenerzeugung an den eigentlichen Ort des Lawinenabgangs zu bringen, haben sich neben dem Beschuss der Hänge drei verschiedene Methoden entwickelt:
Die Seilbahn ist die sicherste und zugleich sicherste Methode. Mit Hilfe einer speziellen Kleinseilbahn, der Dynamitseilbahn, wird die Sprengladung an einem gewundenen Seil über die Sprengstelle im Bereich der Schneedecke befördert, in der die Lawine ausbrechen soll. Mit der richtigen Seilkontrolle und mit Hilfe von Signalen und Markierungen ist es möglich, die erfahrungsgemäß effektivsten Stellen genau anzusteuern und die Ladung direkt darüber zur Explosion zu bringen. Die besten Ergebnisse bezüglich Lawinenauslösung werden erzielt, wenn die Sprengladung in der richtigen Höhe über der Schneedecke gezündet wird. Da die Seilbahn in größerer Höhe über dem Boden verläuft, erfordert dies den Einsatz von Absenkvorrichtungen. Die Sprengladung hängt an einer Schnur, die um die Absenkvorrichtung gewickelt ist. Die Ladung wird mit Hilfe eines Motors, der die Schnur abwickelt, auf die richtige Höhe über dem für die Explosion ausgewählten Ort abgesenkt. Der Einsatz von Dynamitseilbahnen ermöglicht es, die Sprengungen auch bei schlechten Sichtverhältnissen bei Tag und Nacht von einer sicheren Position aus durchzuführen.
Aufgrund der guten Ergebnisse und der relativ geringen Produktionskosten wird diese Methode der Lawinenvernichtung im gesamten Alpenraum flächendeckend eingesetzt, wobei der Betrieb von Dynamitseilbahnen in den meisten Alpenländern bewilligungspflichtig ist. 1988 fand ein intensiver Erfahrungsaustausch auf diesem Gebiet zwischen Herstellern, Anwendern und Regierungsvertretern aus dem österreichischen, bayerischen und schweizerischen Alpenraum statt. Die Erkenntnisse aus diesem Erfahrungsaustausch wurden in Merkblättern und rechtsverbindlichen Verordnungen zusammengefasst. Diese Dokumente enthalten im Wesentlichen die sicherheitstechnischen Standards für Geräte und Anlagen und Anweisungen zur sicheren Durchführung dieser Tätigkeiten. Beim Vorbereiten der Sprengladung und beim Bedienen der Ausrüstung muss sich die Sprengmannschaft möglichst frei um die verschiedenen Seilbahnsteuerungen und -geräte bewegen können. Es müssen sichere und leicht zugängliche Fußwege vorhanden sein, damit die Besatzung im Notfall den Einsatzort schnell verlassen kann. Zu Seilbahnstützen und -stationen müssen sichere Zugänge vorhanden sein. Um ein Nichtexplodieren zu vermeiden, müssen für jede Ladung zwei Zünder und zwei Detonatoren verwendet werden.
Bei der Handsprengung, einer zweiten Methode zur künstlichen Erzeugung von Lawinen, die in früheren Zeiten häufig durchgeführt wurde, muss der Dynamit bis zu dem Teil der Schneedecke klettern, an dem die Lawine ausgelöst werden soll. Die Sprengladung kann auf in den Schnee gepflanzte Pfähle gesetzt werden, aber allgemeiner den Hang hinab zu einem erfahrungsgemäß besonders wirksamen Zielpunkt geworfen werden. Es ist in der Regel zwingend erforderlich, dass Helfer während des gesamten Einsatzes den Dynamiter mit einem Seil sichern. Doch so vorsichtig das Sprengteam auch vorgeht, die Absturz- oder Lawinengefahr auf dem Weg zur Sprengstelle lässt sich nicht ausschließen, da diese Arbeiten oft mit langen Aufstiegen verbunden sind, teilweise bei ungünstigen Wetterbedingungen. Aufgrund dieser Gefahren wird diese Methode, die auch Sicherheitsvorschriften unterliegt, heute kaum noch angewendet.
Der Einsatz von Helikoptern, eine dritte Methode, wird seit vielen Jahren in den Alpen- und anderen Regionen für Einsätze zur Lawinenauslösung praktiziert. In Anbetracht der gefährlichen Risiken für Personen an Bord wird dieses Verfahren in den meisten Alpen- und anderen Gebirgsländern nur dann eingesetzt, wenn es zur Abwendung einer akuten Gefahr dringend erforderlich ist, andere Verfahren nicht angewendet werden können oder ein noch größeres Risiko darstellen würden. Aufgrund der besonderen Rechtslage beim Einsatz von Luftfahrzeugen für solche Zwecke und der damit verbundenen Risiken wurden in den Alpenländern unter Mitwirkung der Luftfahrtbehörden, der Institutionen und Behörden spezifische Richtlinien zur Lawinenauslösung durch Helikopter erarbeitet verantwortlich für Arbeitssicherheit und Gesundheitsschutz und Sachverständige auf diesem Gebiet. Diese Richtlinien befassen sich nicht nur mit sprengstoffrechtlichen und sicherheitsrechtlichen Fragen, sondern auch mit der körperlichen und fachlichen Qualifikation der mit solchen Tätigkeiten betrauten Personen.
Lawinen werden von Hubschraubern aus ausgelöst, indem entweder die Ladung an einem Seil abgesenkt und über der Schneedecke gezündet wird oder indem eine Ladung mit bereits gezündeter Zündschnur abgeworfen wird. Die eingesetzten Helikopter müssen für solche Einsätze speziell angepasst und zugelassen sein. Hinsichtlich der sicheren Durchführung der Arbeiten an Bord muss eine strikte Aufgabenteilung zwischen Lotse und Sprengtechniker erfolgen. Die Ladung muss richtig vorbereitet und die Länge der Sicherung entsprechend ausgewählt werden, ob sie gesenkt oder fallen gelassen werden soll. Aus Sicherheitsgründen müssen wie bei den anderen Verfahren zwei Zünder und zwei Zünder verwendet werden. In der Regel enthalten die einzelnen Ladungen zwischen 5 und 10 kg Sprengstoff. Während eines Betriebsfluges können mehrere Ladungen nacheinander abgesetzt oder abgeworfen werden. Die Detonationen müssen visuell beobachtet werden, um sicherzustellen, dass keine Detonationen ausgeblieben sind.
Alle diese Strahlverfahren erfordern den Einsatz von Spezialsprengstoffen, die bei Kälte wirksam und unempfindlich gegen mechanische Einflüsse sind. Die mit diesen Arbeiten beauftragten Personen müssen besonders qualifiziert sein und über entsprechende Erfahrung verfügen.
Temporäre und permanente Lawinenschutzmaßnahmen wurden ursprünglich für ganz unterschiedliche Anwendungsbereiche konzipiert. Die kostspieligen permanenten Barrieren wurden hauptsächlich gebaut, um Dörfer und Gebäude vor allem vor großen Lawinen zu schützen. Die temporären Schutzmaßnahmen beschränkten sich ursprünglich fast ausschließlich auf den Schutz von Straßen, Skigebieten und Einrichtungen, die leicht abgesperrt werden konnten. Heutzutage geht die Tendenz dahin, eine Kombination der beiden Methoden anzuwenden. Um das effektivste Sicherheitsprogramm für einen bestimmten Bereich zu erarbeiten, ist es notwendig, die vorherrschende Situation im Detail zu analysieren, um die Methode zu bestimmen, die den bestmöglichen Schutz bietet.
Die Industrien und Volkswirtschaften der Nationen hängen zum Teil von der großen Anzahl gefährlicher Materialien ab, die vom Lieferanten zum Benutzer und schließlich zum Abfallbeseitiger transportiert werden. Gefahrstoffe werden per Straße, Schiene, Wasser, Luft und Pipeline transportiert. Die allermeisten erreichen ihr Ziel sicher und ohne Zwischenfälle. Die Größe und Tragweite des Problems wird durch die Erdölindustrie veranschaulicht. Im Vereinigten Königreich werden jährlich rund 100 Millionen Tonnen Produkte per Pipeline, Schiene, Straße und Wasser verteilt. Etwa 10 % der in der britischen Chemieindustrie Beschäftigten sind im Vertrieb (dh Transport und Lagerung) tätig.
Ein gefährliches Material kann definiert werden als „ein Stoff oder Material, von dem festgestellt wurde, dass es beim Transport ein unzumutbares Risiko für Gesundheit, Sicherheit oder Eigentum darstellen kann“. „Unzumutbares Risiko“ umfasst ein breites Spektrum an Gesundheits-, Brand- und Umwelterwägungen. Zu diesen Stoffen gehören Explosivstoffe, brennbare Gase, giftige Gase, leicht entzündliche Flüssigkeiten, brennbare Flüssigkeiten, brennbare Feststoffe, Stoffe, die bei Nässe gefährlich werden, oxidierende Stoffe und giftige Flüssigkeiten.
Die Risiken entstehen direkt durch eine Freisetzung, Entzündung usw. der transportierten gefährlichen Stoffe. Bedrohungen auf Straßen und Schienen sind solche, die zu schweren Unfällen führen könnten, „die sowohl Mitarbeiter als auch Mitglieder der Öffentlichkeit betreffen könnten“. Diese Gefahren können beim Be- und Entladen oder unterwegs auftreten. Die gefährdete Bevölkerung sind Personen, die in der Nähe von Straßen oder Eisenbahnen leben, sowie Personen in anderen Straßenfahrzeugen oder Zügen, die in einen schweren Unfall verwickelt werden könnten. Gefahrenbereiche sind temporäre Haltepunkte wie Rangierbahnhöfe und LKW-Parkplätze an Autobahnraststätten. Schifffahrtsrisiken sind solche, die mit Schiffen verbunden sind, die in Häfen einlaufen oder diese verlassen und dort Ladungen laden oder löschen; Risiken ergeben sich auch aus dem Küsten- und Meerengenverkehr und den Binnenwasserstraßen.
Zu den Zwischenfällen, die im Zusammenhang mit dem Transport sowohl während des Transports als auch an festen Installationen auftreten können, gehören Überhitzung von Chemikalien, Verschütten, Auslaufen, Austreten von Dämpfen oder Gasen, Feuer und Explosionen. Zwei der Hauptereignisse, die Zwischenfälle verursachen, sind Zusammenstöße und Feuer. Bei Straßentankfahrzeugen können Lecks an Ventilen und Überfüllung weitere Ursachen für die Freisetzung sein. Sowohl bei Straßen- als auch bei Schienenfahrzeugen sind Nicht-Unfallbrände im Allgemeinen viel häufiger als Unfallbrände. Diese verkehrsbedingten Vorfälle können in ländlichen, städtischen Industrie- und städtischen Wohngebieten auftreten und sowohl bewachte als auch unbeaufsichtigte Fahrzeuge oder Züge betreffen. Nur in den wenigsten Fällen ist ein Unfall die Hauptursache des Zwischenfalls.
Notfallpersonal sollte sich der Möglichkeit der Exposition und Kontamination von Menschen durch einen gefährlichen Stoff bei Unfällen bewusst sein, an denen Eisenbahnen und Rangierbahnhöfe, Straßen und Frachtterminals, Schiffe (sowohl auf See als auch auf dem Binnenland) und zugehörige Lagerhäuser am Wasser beteiligt sind. Pipelines (sowohl Fern- als auch lokale Versorgungsnetze) können eine Gefahr darstellen, wenn Schäden oder Lecks auftreten, entweder isoliert oder in Verbindung mit anderen Vorfällen. Transportunfälle sind oft gefährlicher als solche an festen Einrichtungen. Die beteiligten Materialien können unbekannt sein, Warnschilder können durch Überschlag, Rauch oder Trümmer verdeckt sein und sachkundige Mitarbeiter können abwesend sein oder Opfer des Ereignisses werden. Die Anzahl der exponierten Personen hängt von der Bevölkerungsdichte bei Tag und Nacht, von den Anteilen in Innenräumen und im Freien sowie von dem Anteil ab, der als besonders gefährdet angesehen werden kann. Neben der Bevölkerung, die sich normalerweise in der Gegend aufhält, ist auch das Personal der Rettungsdienste, die den Unfall betreuen, gefährdet. Es ist nicht ungewöhnlich, dass bei einem Unfall mit Gefahrguttransporten ein erheblicher Teil der Opfer solches Personal betrifft.
In den 20 Jahren von 1971 bis 1990 kamen im Vereinigten Königreich etwa 15 Menschen auf den Straßen wegen gefährlicher Chemikalien ums Leben, verglichen mit dem Jahresdurchschnitt von 5,000 Personen pro Jahr bei Autounfällen. Kleine Mengen gefährlicher Güter können jedoch erhebliche Schäden verursachen. Internationale Beispiele sind:
Die meisten schweren Zwischenfälle ereigneten sich mit brennbaren Gasen oder Flüssigkeiten (teilweise bezogen auf die bewegten Volumina), einige Zwischenfälle mit toxischen Gasen und toxischen Dämpfen (einschließlich Verbrennungsprodukten).
Studien im Vereinigten Königreich haben für den Straßenverkehr Folgendes gezeigt:
Diese Ereignisse sind nicht gleichbedeutend mit Gefahrstoffunfällen mit Beteiligung von Fahrzeugen und können nur einen kleinen Teil davon ausmachen. Hinzu kommt die Individualität von Unfällen beim Straßentransport gefährlicher Güter.
Zu den internationalen Abkommen über den Transport potenziell gefährlicher Materialien gehören:
Vorschriften für den sicheren Transport radioaktiver Stoffe 1985 (in der Fassung von 1990): Internationale Atomenergiebehörde, Wien, 1990 (STI/PUB/866). Ihr Zweck besteht darin, Sicherheitsnormen festzulegen, die ein akzeptables Maß an Kontrolle der Strahlungsgefahren für Personen, Eigentum und die Umwelt bieten, die mit der Beförderung radioaktiver Stoffe verbunden sind.
Das Internationale Übereinkommen zum Schutz des menschlichen Lebens auf See 1974 (SOLAS 74). Damit werden grundlegende Sicherheitsstandards für alle Passagier- und Frachtschiffe festgelegt, einschließlich für Schiffe, die gefährliche Massengüter befördern.
Das Internationale Übereinkommen zur Verhütung der Meeresverschmutzung durch Schiffe von 1973, geändert durch das Protokoll von 1978 (MARPOL 73/78). Diese enthält Vorschriften zur Verhütung der Verschmutzung durch Öl, schädliche flüssige Stoffe in loser Schüttung, Schadstoffe in verpackter Form oder in Frachtcontainern, ortsbeweglichen Tanks oder Straßen- und Eisenbahnwaggons, Abwasser und Müll. Die Regulierungsanforderungen werden im International Maritime Dangerous Goods Code erweitert.
Für den Transport von Schadstoffen auf dem Luft-, Schienen-, Straßen- und Seeweg gibt es ein umfangreiches internationales Regelwerk (in vielen Ländern in nationales Recht umgesetzt). Die meisten basieren auf Standards, die von den Vereinten Nationen gesponsert werden, und decken die Prinzipien der Identifizierung, Kennzeichnung, Prävention und Minderung ab. Der Sachverständigenausschuss der Vereinten Nationen für die Beförderung gefährlicher Güter hat vorgelegt Empfehlungen zum Transport gefährlicher Güter. Sie richten sich an Regierungen und internationale Organisationen, die sich mit der Regulierung des Transports gefährlicher Güter befassen. Die Empfehlungen umfassen unter anderem Grundsätze der Einstufung und Definition von Klassen, Auflistung des Inhalts gefährlicher Güter, allgemeine Verpackungsanforderungen, Prüfverfahren, Herstellung, Etikettierung oder Aushang und Transportdokumente. Diese Empfehlungen – das „Orange Book“ – haben keine Gesetzeskraft, sondern bilden die Grundlage aller internationalen Regelungen. Diese Vorschriften werden von verschiedenen Organisationen erstellt:
Die Ausarbeitung von Notfallplänen zur Bewältigung und Minderung der Auswirkungen eines schweren Unfalls mit gefährlichen Stoffen ist im Verkehrsbereich ebenso erforderlich wie bei ortsfesten Anlagen. Die Planungsaufgabe wird dadurch erschwert, dass der Ort eines Vorfalls nicht im Voraus bekannt ist und somit eine flexible Planung erforderlich ist. Die an einem Transportunfall beteiligten Stoffe sind nicht vorhersehbar. Aufgrund der Art des Vorfalls können am Tatort mehrere Produkte miteinander vermischt werden, was den Rettungsdiensten erhebliche Probleme bereiten kann. Der Vorfall kann sich in einem Gebiet ereignen, das stark verstädtert, abgelegen und ländlich, stark industrialisiert oder kommerzialisiert ist. Ein zusätzlicher Faktor ist die vorübergehende Bevölkerung, die möglicherweise unwissentlich in ein Ereignis verwickelt ist, weil der Unfall einen Fahrzeugstau verursacht hat, entweder auf öffentlichen Straßen oder dort, wo Personenzüge als Reaktion auf einen Eisenbahnunfall angehalten werden.
Es besteht daher die Notwendigkeit, lokale und nationale Pläne zu entwickeln, um auf solche Ereignisse zu reagieren. Diese müssen einfach, flexibel und leicht verständlich sein. Da sich schwere Transportunfälle an einer Vielzahl von Orten ereignen können, muss der Plan für alle potenziellen Schauplätze geeignet sein. Damit der Plan jederzeit und sowohl in abgelegenen ländlichen als auch in dicht besiedelten städtischen Gebieten effektiv funktioniert, müssen alle Organisationen, die zur Reaktion beitragen, in der Lage sein, flexibel zu bleiben und gleichzeitig die Grundprinzipien der Gesamtstrategie einzuhalten.
Die Ersthelfer sollten so viele Informationen wie möglich erhalten, um zu versuchen, die damit verbundene Gefahr zu identifizieren. Ob es sich bei dem Vorfall um ein Verschütten, ein Feuer, eine toxische Freisetzung oder eine Kombination davon handelt, bestimmt die Reaktionen. Die nationalen und internationalen Kennzeichnungssysteme zur Identifizierung von Fahrzeugen, die gefährliche Stoffe transportieren und gefährliche verpackte Güter befördern, sollten den Rettungsdiensten bekannt sein, die Zugang zu einer der mehreren nationalen und internationalen Datenbanken haben sollten, die helfen können, die Gefahr und die damit verbundenen Probleme zu identifizieren damit.
Eine schnelle Kontrolle des Vorfalls ist von entscheidender Bedeutung. Die Befehlskette muss eindeutig gekennzeichnet sein. Dies kann sich im Laufe des Ereignisses von den Rettungsdiensten über die Polizei bis hin zur Zivilregierung des betroffenen Gebiets ändern. Der Plan muss in der Lage sein, die Auswirkungen auf die Bevölkerung zu erkennen, sowohl auf diejenigen, die in dem potenziell betroffenen Gebiet arbeiten oder dort wohnen, als auch auf diejenigen, die möglicherweise Durchreisende sind. Quellen von Fachwissen zu Fragen der öffentlichen Gesundheit sollten mobilisiert werden, um sowohl über die unmittelbare Bewältigung des Vorfalls als auch über das Potenzial für längerfristige direkte und indirekte Auswirkungen auf die Gesundheit über die Lebensmittelkette zu beraten. Anlaufstellen für Beratungen zu Umweltbelastungen von Gewässern etc. und zum Einfluss von Wetterbedingungen auf die Bewegung von Gaswolken müssen identifiziert werden. Die Pläne müssen die Möglichkeit einer Evakuierung als eine der Reaktionsmaßnahmen vorsehen.
Die Vorschläge müssen jedoch flexibel sein, da es eine Reihe von Kosten und Nutzen geben kann, sowohl bei der Bewältigung von Vorfällen als auch in Bezug auf die öffentliche Gesundheit, die berücksichtigt werden müssen. Die Vorkehrungen müssen die Politik in Bezug auf die vollständige Information der Medien und die Maßnahmen zur Abmilderung der Auswirkungen klar umreißen. Die Informationen müssen genau und zeitnah sein, wobei der Sprecher mit der Gesamtantwort vertraut sein und Zugang zu Experten haben muss, um auf spezielle Fragen zu antworten. Schlechte Beziehungen zu den Medien können die Verwaltung der Veranstaltung stören und zu ungünstigen und manchmal ungerechtfertigten Kommentaren zur Gesamtabwicklung der Episode führen. Jeder Plan muss angemessene simulierte Katastrophenübungen enthalten. Diese ermöglichen es den Einsatzkräften und Managern eines Vorfalls, die persönlichen und organisatorischen Stärken und Schwächen des anderen kennenzulernen. Es sind sowohl Tisch- als auch Körperübungen erforderlich.
Obwohl die Literatur zu Chemikalienunfällen umfangreich ist, beschreibt nur ein kleiner Teil die ökologischen Folgen. Die meisten betreffen Fallstudien. Die Beschreibungen tatsächlicher Freisetzungen haben sich auf die menschliche Gesundheit und Sicherheit konzentriert, wobei die ökologischen Folgen nur allgemein beschrieben wurden. Die Chemikalien gelangen überwiegend über die flüssige Phase in die Umwelt. Nur in wenigen Fällen trafen Unfälle mit ökologischen Folgen auch Menschen unmittelbar und die Auswirkungen auf die Umwelt wurden nicht durch identische Chemikalien oder durch identische Freisetzungswege verursacht.
Kontrollen zur Vermeidung von Gefahren für die Gesundheit und das Leben von Menschen durch den Transport gefährlicher Materialien umfassen die beförderten Mengen, die Richtung und Kontrolle der Transportmittel, die Streckenführung sowie die Befugnisse über Umsteige- und Konzentrationspunkte und Entwicklungen in der Nähe solcher Gebiete. Weitere Untersuchungen zu Risikokriterien, Risikoquantifizierung und Risikoäquivalenz sind erforderlich. Die Gesundheits- und Sicherheitsbehörde des Vereinigten Königreichs hat einen Major Incident Data Service (MHIDAS) als Datenbank für größere chemische Zwischenfälle weltweit entwickelt. Es enthält derzeit Informationen zu über 6,000 Vorfällen.
Fallstudie: Gefahrguttransport
Ein Tanklastzug mit etwa 22,000 Litern Toluol war auf einer Hauptverkehrsader unterwegs, die durch Cleveland, Großbritannien, führt. Ein Auto fuhr in die Fahrbahn des Fahrzeugs, und als der Lkw-Fahrer ausweichte, kippte der Tankwagen um. Die Manndeckel aller fünf Abteile sprangen auf und Toluol floss auf die Fahrbahn und entzündete sich, was zu einem Poolbrand führte. Fünf Autos, die auf der Gegenfahrbahn fuhren, waren in das Feuer verwickelt, aber alle Insassen konnten entkommen.
Die Feuerwehr traf innerhalb von fünf Minuten nach dem Alarm ein. Brennende Flüssigkeit war in die Abflüsse eingedrungen, und etwa 400 m vom Hauptunfall entfernt waren Abflussbrände zu erkennen. Der Notfallplan des Landkreises wurde in die Tat umgesetzt, wobei soziale Dienste und öffentliche Verkehrsmittel für den Fall einer Evakuierung in Alarmbereitschaft versetzt wurden. Die ersten Maßnahmen der Feuerwehr konzentrierten sich auf das Löschen von Autobränden und die Suche nach Insassen. Die nächste Aufgabe war die Identifizierung einer ausreichenden Wasserversorgung. Ein Mitglied des Sicherheitsteams des Chemieunternehmens traf ein, um sich mit der Polizei und den Feuerwehrkommandanten abzustimmen. Mit dabei waren auch Mitarbeiter des Rettungsdienstes und des Umwelt-, Gesundheits- und Wasserverbandes. Nach Rücksprache wurde entschieden, das austretende Toluol verbrennen zu lassen, anstatt das Feuer zu löschen und die Chemikalie Dämpfe abgeben zu lassen. Die Polizei warnte über einen Zeitraum von vier Stunden im nationalen und lokalen Radio und riet den Menschen, drinnen zu bleiben und ihre Fenster zu schließen. Die Straße war für acht Stunden gesperrt. Als das Toluol unter das Niveau der Manndeckel fiel, wurde das Feuer gelöscht und das restliche Toluol aus dem Tanker entfernt. Der Vorfall wurde etwa 13 Stunden nach dem Unfall abgeschlossen.
Potenzielle Schäden für Menschen bestanden durch Wärmestrahlung; an die Umwelt, durch Luft-, Boden- und Wasserverschmutzung; und für die Wirtschaft durch Verkehrsstörungen. Der für einen solchen Transportvorfall vorhandene Betriebsplan wurde innerhalb von 15 Minuten aktiviert, wobei fünf Personen anwesend waren. Es existierte ein bezirklicher Offsite-Plan, der mit der Einrichtung einer Leitstelle unter Beteiligung von Polizei und Feuerwehr ins Leben gerufen wurde. Es wurde eine Konzentrationsmessung, aber keine Dispersionsvorhersage durchgeführt. An der Feuerwehraktion waren über 50 Personen und zehn Geräte beteiligt, deren Hauptaufgaben die Brandbekämpfung, das Abspülen und das Zurückhalten von Verschüttungen waren. Über 40 Polizisten waren in Verkehrsrichtung, Warnung der Öffentlichkeit, Sicherheit und Pressekontrolle eingesetzt. Die Reaktion des Gesundheitsdienstes umfasste zwei Krankenwagen und zwei medizinische Mitarbeiter vor Ort. Die Reaktion der lokalen Regierung umfasste Umweltgesundheit, Transport und soziale Dienste. Die Öffentlichkeit wurde über Lautsprecher, Funk und Mundpropaganda über den Vorfall informiert. Die Informationen konzentrierten sich darauf, was zu tun ist, insbesondere zum Schutz in Innenräumen.
Das Ergebnis für Menschen waren zwei Einweisungen in ein einziges Krankenhaus, ein Mitglied der Öffentlichkeit und ein Mitarbeiter des Unternehmens, die beide bei dem Unfall verletzt wurden. Es gab eine spürbare Luftverschmutzung, aber nur eine geringe Boden- und Wasserverschmutzung. Aus wirtschaftlicher Sicht gab es große Straßenschäden und umfangreiche Verkehrsbehinderungen, aber keine Ernte-, Vieh- oder Produktionsausfälle. Zu den gewonnenen Erkenntnissen gehörten der Wert des schnellen Abrufs von Informationen aus dem Chemdata-System und die Anwesenheit eines technischen Experten des Unternehmens, der es ermöglichte, sofort die richtigen Maßnahmen zu ergreifen. Die Bedeutung gemeinsamer Presseerklärungen der Einsatzkräfte wurde hervorgehoben. Die Umweltauswirkungen der Brandbekämpfung müssen berücksichtigt werden. Wenn der Brand in der Anfangsphase bekämpft worden wäre, könnte möglicherweise eine beträchtliche Menge kontaminierter Flüssigkeit (Löschwasser und Toluol) in die Kanalisation, Wasserversorgung und den Boden gelangt sein.
Beschreibung, Quellen, Mechanismen
Neben dem Transport radioaktiver Stoffe gibt es drei Situationen, in denen Strahlenunfälle auftreten können:
Strahlenunfälle können in zwei Gruppen eingeteilt werden, je nachdem, ob es eine Emission oder Ausbreitung von Radionukliden in die Umwelt gibt oder nicht; Jede dieser Unfallarten betrifft unterschiedliche Bevölkerungsgruppen.
Das Ausmaß und die Dauer des Expositionsrisikos für die allgemeine Bevölkerung hängen von der Menge und den Eigenschaften (Halbwertszeit, physikalische und chemische Eigenschaften) der in die Umwelt emittierten Radionuklide ab (Tabelle 1). Diese Art der Kontamination tritt auf, wenn die Eindämmungsbarrieren in Kernkraftwerken oder Industrie- oder medizinischen Einrichtungen, die radioaktive Materialien von der Umwelt trennen, brechen. In Ermangelung von Umweltemissionen werden nur Arbeiter, die vor Ort anwesend sind oder radioaktive Geräte oder Materialien handhaben, exponiert.
Tabelle 1. Typische Radionuklide mit ihren radioaktiven Halbwertszeiten
Radionuklid |
Symbol |
Ausgestrahlte Strahlung |
Physikalische Halbwertszeit* |
Biologische Halbwertszeit |
Barium-133 |
Ba-133 |
γ |
10.7 y |
65 d |
Cer-144 |
Ce-144 |
β,γ |
284 d |
263 d |
Cäsium-137 |
CS-137 |
β,γ |
30 y |
109 d |
Cobalt-60 |
Co-60 |
β,γ |
5.3 y |
1.6 y |
Jod-131 |
I-131 |
β,γ |
8 d |
7.5 d |
Plutonium-239 |
Pu-239 |
α,γ |
24,065 y |
50 y |
Polonium-210 |
Po-210 |
α |
138 d |
27 d |
Strontium-90 |
Sr-90 |
β |
29.1 y |
18 y |
Tritium |
H-3 |
β |
12.3 y |
10 T |
* y = Jahre; d = Tage.
Die Exposition gegenüber ionisierender Strahlung kann auf drei Wegen erfolgen, unabhängig davon, ob die Zielpopulation aus Arbeitnehmern oder der allgemeinen Öffentlichkeit besteht: externe Bestrahlung, interne Bestrahlung und Kontamination von Haut und Wunden.
Externe Bestrahlung tritt auf, wenn Personen einer extrakorporalen Strahlungsquelle ausgesetzt sind, entweder punktuell (Strahlentherapie, Bestrahlungsgeräte) oder diffus (radioaktive Wolken und Fallout von Unfällen, Abbildung 1). Die Bestrahlung kann lokal sein und nur einen Teil des Körpers oder den ganzen Körper betreffen.
Abbildung 1. Expositionspfade gegenüber ionisierender Strahlung nach einer unbeabsichtigten Freisetzung von Radioaktivität in die Umwelt
Interne Strahlung tritt nach Aufnahme radioaktiver Substanzen in den Körper auf (Abbildung 1), entweder durch Einatmen radioaktiver Partikel in der Luft (z. B. Cäsium-137 und Jod-131, die in der Tschernobyl-Wolke vorhanden sind) oder durch Aufnahme radioaktiver Materialien in die Nahrungskette (z , Jod-131 in Milch). Je nach Eigenschaften der Radionuklide kann die innere Bestrahlung den ganzen Körper oder nur bestimmte Organe betreffen: Cäsium-137 verteilt sich homogen im Körper, während sich Jod-131 und Strontium-90 in der Schilddrüse bzw. den Knochen anreichern.
Schließlich kann eine Exposition auch durch direkten Kontakt radioaktiver Stoffe mit Haut und Wunden erfolgen.
Unfälle in Kernkraftwerken
Zu den in diese Kategorie fallenden Standorten gehören Kraftwerke, Versuchsreaktoren, Anlagen zur Herstellung und Verarbeitung oder Wiederaufbereitung von Kernbrennstoffen und Forschungslabors. Zu den Militärstandorten gehören Plutoniumbrüter und Reaktoren an Bord von Schiffen und U-Booten.
Atomkraftwerke
Die Abscheidung der durch die Kernspaltung freigesetzten Wärmeenergie ist die Grundlage für die Stromerzeugung aus Kernenergie. Schematisch kann man sich Kernkraftwerke so vorstellen, dass sie umfassen: (1) einen Kern, der das spaltbare Material enthält (für Druckwasserreaktoren 80 bis 120 Tonnen Uranoxid); (2) Wärmeübertragungsausrüstung, die Wärmeübertragungsflüssigkeiten enthält; (3) Ausrüstung, die in der Lage ist, Wärmeenergie in Elektrizität umzuwandeln, ähnlich wie sie in Kraftwerken ohne Kernenergie zu finden ist.
Starke, plötzliche Überspannungen, die eine Kernschmelze mit Emission radioaktiver Produkte verursachen können, sind die Hauptgefahren in diesen Anlagen. Drei Unfälle mit Reaktorkernschmelze ereigneten sich: auf Three Mile Island (1979, Pennsylvania, Vereinigte Staaten), Tschernobyl (1986, Ukraine) und Fukushima (2011, Japan) [Bearbeitet, 2011].
Der Unfall von Tschernobyl war ein sogenannter Kritikalität Unfall– das heißt, ein plötzlicher (innerhalb weniger Sekunden) Anstieg der Spaltung, der zu einem Verlust der Prozesskontrolle führt. Dabei wurde der Reaktorkern vollständig zerstört und es wurden massive Mengen radioaktiver Stoffe emittiert (Tabelle 2). Die Emissionen erreichten eine Höhe von 2 km, was ihre Ausbreitung über weite Entfernungen (im Grunde die gesamte nördliche Hemisphäre) begünstigte. Das Verhalten der radioaktiven Wolke hat sich aufgrund meteorologischer Veränderungen während des Emissionszeitraums als schwierig zu analysieren erwiesen (Abbildung 2) (IAEA 1991).
Tabelle 2. Vergleich verschiedener nuklearer Unfälle
Unfall |
Art der Einrichtung |
Unfall |
Insgesamt emittiert |
Dauer |
Haupt emittiert |
Collective |
Chischtym 1957 |
Lagerung von Hoch- |
Chemische Explosion |
740x106 |
Fast |
Strontium-90 |
2,500 |
Windwaage 1957 |
Plutonium- |
Feuer |
7.4x106 |
ca. |
Jod-131, Polonium-210, |
2,000 |
Three Mile Island |
PWR industriell |
Kühlmittelausfall |
555 |
? |
Jod-131 |
16-50 |
Tschernobyl 1986 |
RBMK industriell |
Kritisch |
3,700x106 |
Mehr als 10 Tagen |
Jod-131, Jod-132, |
600,000 |
Fukushima 2011
|
Der Abschlussbericht der Fukushima Assessment Task Force wird 2013 vorgelegt. |
|
|
|
|
|
Quelle: UNSCEAR 1993.
Abbildung 2. Verlauf der Emissionen des Unfalls von Tschernobyl, 26. April bis 6. Mai 1986
Auf der Grundlage von Umweltmessungen von Cäsium-137, einem der wichtigsten radioaktiven Emissionsprodukte, wurden Kontaminationskarten erstellt (Tabelle 1 und Tabelle 2). Gebiete in der Ukraine, Weißrußland (Weißrussland) und Rußland waren stark kontaminiert, während der Fallout im übrigen Europa weniger signifikant war (Abbildung 3 und Abbildung 4 (UNSCEAR 1988). Tabelle 3 zeigt Daten über die Fläche der kontaminierten Zonen, Eigenschaften der exponierte Populationen und Expositionswege.
ABBILDUNG 3. Cäsium-137-Ablagerung in Weißrussland, Russland und der Ukraine nach dem Unfall von Tschernobyl.
Abbildung 4. Cäsium-137-Fallout (kBq/km2) in Europa nach dem Unfall von Tschernobyl
Tabelle 3. Fläche kontaminierter Zonen, Arten der exponierten Bevölkerung und Expositionsarten in der Ukraine, Weißrussland und Russland nach dem Unfall von Tschernobyl
Art der Bevölkerung |
Fläche (km2 ) |
Bevölkerungsgröße (000) |
Hauptarten der Belichtung |
Beruflich exponierte Bevölkerungsgruppen: |
|||
Mitarbeiter vor Ort bei |
≈0.44 |
externe Bestrahlung, |
|
Allgemeine Öffentlichkeit: |
|||
Aus dem evakuiert |
|
115 |
Äußere Bestrahlung durch |
* Personen, die an Aufräumarbeiten im Umkreis von 30 km um den Standort teilnehmen. Dazu gehören Feuerwehrleute, Militärs, Techniker und Ingenieure, die in den ersten Wochen eingegriffen haben, sowie später tätige Ärzte und Forscher.
** Cäsium-137-Kontamination.
Quelle: UNSCEAR 1988; IAEA 1991.
Der Unfall auf Three Mile Island wird als thermischer Unfall ohne Reaktorausreißer eingestuft und war das Ergebnis eines mehrstündigen Ausfalls des Kühlmittels im Reaktorkern. Der Sicherheitsbehälter sorgte dafür, dass trotz teilweiser Zerstörung des Reaktorkerns nur eine begrenzte Menge radioaktiver Stoffe in die Umgebung emittiert wurde (Tabelle 2). Obwohl kein Evakuierungsbefehl erteilt wurde, evakuierten 200,000 Einwohner freiwillig das Gebiet.
Schließlich ereignete sich 1957 an der Westküste Englands ein Unfall mit einem Reaktor zur Plutoniumproduktion (Windscale, Tabelle 2). Dieser Unfall wurde durch einen Brand im Reaktorkern verursacht und führte zu Umweltemissionen aus einem 120 Meter hohen Schornstein.
Brennstoffverarbeitungsanlagen
Brennstoffproduktionsanlagen befinden sich „stromaufwärts“ von Kernreaktoren und sind der Ort der Erzgewinnung und der physikalischen und chemischen Umwandlung von Uran in spaltbares Material, das für die Verwendung in Reaktoren geeignet ist (Abbildung 5). Die primären Unfallgefahren in diesen Anlagen sind chemischer Natur und hängen mit dem Vorhandensein von Uranhexafluorid (UF6), eine gasförmige Uranverbindung, die sich bei Kontakt mit Luft zersetzen kann, um Flusssäure (HF) zu erzeugen, ein sehr korrosives Gas.
Abbildung 5. Kernbrennstoffverarbeitungszyklus.
Zu den „nachgelagerten“ Einrichtungen gehören Brennstofflager und Wiederaufbereitungsanlagen. Bei der chemischen Wiederaufbereitung von angereichertem Uran oder Plutonium sind vier Kritikalitätsunfälle aufgetreten (Rodrigues 1987). Im Gegensatz zu Unfällen in Kernkraftwerken waren bei diesen Unfällen kleine Mengen radioaktiver Stoffe – höchstens mehrere zehn Kilogramm – mit vernachlässigbaren mechanischen Auswirkungen und keiner Emission von Radioaktivität in die Umwelt verbunden. Die Exposition war auf sehr hochdosierte, sehr kurzzeitige (in der Größenordnung von Minuten) externe Gammastrahlen- und Neutronenbestrahlung von Arbeitern beschränkt.
1957 explodierte ein Tank mit hochradioaktivem Abfall in Russlands erster Produktionsanlage für militärisches Plutonium in Khyshtym im südlichen Uralgebirge. Über 16,000 km2 kontaminiert und 740 PBq (20 MCi) in die Atmosphäre emittiert (Tabelle 2 und Tabelle 4).
Tabelle 4. Fläche der kontaminierten Zonen und Größe der Bevölkerung, die nach dem Unfall von Khyshtym (Ural 1957) durch Strontium-90-Kontamination exponiert war
Kontamination ( kBq/m2 ) |
(Ci/km2 ) |
Fläche ( km2 ) |
Grundgesamtheit |
≥ 37,000 |
≥ 1,000 |
20 |
1,240 |
≥ 3,700 |
≥100 |
120 |
1,500 |
≥ 74 |
≥ 2 |
1,000 |
10,000 |
≥ 3.7 |
≥ 0.1 |
15,000 |
270,000 |
Forschungsreaktoren
Die Gefahren in diesen Anlagen ähneln denen in Kernkraftwerken, sind jedoch aufgrund der geringeren Stromerzeugung weniger schwerwiegend. Mehrere Kritikalitätsunfälle mit erheblicher Bestrahlung des Personals sind aufgetreten (Rodrigues 1987).
Unfälle im Zusammenhang mit der Verwendung radioaktiver Quellen in Industrie und Medizin (ohne Kernkraftwerke) (Zerbib 1993)
Der häufigste Unfall dieser Art ist der Verlust radioaktiver Quellen aus der industriellen Gamma-Radiographie, die beispielsweise zur Durchstrahlungsprüfung von Verbindungen und Schweißnähten verwendet wird. Aber auch aus medizinischen Quellen können radioaktive Quellen verloren gehen (Tabelle 5). In jedem Fall sind zwei Szenarien möglich: Die Quelle kann von einer Person aufgehoben und mehrere Stunden aufbewahrt werden (z. B. in einer Tasche), dann gemeldet und restauriert werden, oder sie kann gesammelt und nach Hause getragen werden. Während das erste Szenario zu lokalen Verbrennungen führt, kann das zweite zu einer langfristigen Bestrahlung mehrerer Personen der Bevölkerung führen.
Tabelle 5. Unfälle, bei denen radioaktive Quellen verloren gingen und die zur Exposition der Allgemeinheit führten
Land (Jahr) |
Anzahl der |
Anzahl der |
Anzahl der Todesfälle** |
Radioaktives Material beteiligt |
Mexiko (1962) |
? |
5 |
4 |
Cobalt-60 |
China (1963) |
? |
6 |
2 |
Cobalt 60 |
Algerien (1978) |
22 |
5 |
1 |
Iridium-192 |
Marokko (1984) |
? |
11 |
8 |
Iridium-192 |
México |
≈4,000 |
5 |
0 |
Cobalt-60 |
Brasil |
249 |
50 |
4 |
Cäsium-137 |
China |
≈90 |
12 |
3 |
Cobalt-60 |
USA |
≈90 |
1 |
1 |
Iridium-192 |
* Personen, die Dosen ausgesetzt wurden, die akute oder langfristige Wirkungen oder den Tod verursachen können.
** Unter Personen, die hohe Dosen erhalten.
Quelle: Nénot 1993.
Die Bergung radioaktiver Quellen aus Strahlentherapiegeräten hat zu mehreren Unfällen geführt, bei denen Schrottarbeiter exponiert waren. In zwei Fällen – den Unfällen von Juarez und Goiânia – war auch die breite Öffentlichkeit betroffen (siehe Tabelle 5 und Kasten unten).
Der Unfall von Goiвnia, 1987
Zwischen dem 21. September und dem 28. September 1987 wurden mehrere Personen mit Erbrechen, Durchfall, Schwindel und Hautläsionen an verschiedenen Körperstellen in das auf Tropenkrankheiten spezialisierte Krankenhaus in Goiânia, einer Millionenstadt im brasilianischen Bundesstaat Goias, eingeliefert . Diese Probleme wurden einer in Brasilien verbreiteten parasitären Krankheit zugeschrieben. Am 28. September sah der für die Gesundheitsüberwachung in der Stadt zuständige Arzt eine Frau, die ihm einen Beutel mit Trümmern eines in einer verlassenen Klinik gesammelten Geräts und ein Pulver vorlegte, das nach Angaben der Frau „ein blaues Licht“ abgab. In der Annahme, dass es sich bei dem Gerät wahrscheinlich um ein Röntgengerät handele, kontaktierte der Mediziner seine Kollegen im Krankenhaus für Tropenkrankheiten. Das Umweltamt von Goias wurde benachrichtigt, und am nächsten Tag nahm ein Physiker Messungen im Hof des Hygieneamtes vor, wo die Tasche über Nacht gelagert wurde. Es wurden sehr hohe Radioaktivitätswerte gefunden. In nachfolgenden Untersuchungen wurde die Radioaktivitätsquelle als Cäsium-137-Quelle (Gesamtaktivität: ungefähr 50 TBq (1,375 Ci)) identifiziert, die in einer seit 1985 verlassenen Klinik in Strahlentherapiegeräten enthalten war am 10. September 1987 von zwei Schrottplatzarbeitern zerlegt und die Cäsiumquelle, in Pulverform, entfernt. Sowohl das Cäsium als auch die Fragmente der kontaminierten Häuser wurden nach und nach in der ganzen Stadt verteilt. Mehrere Personen, die das Material transportiert oder gehandhabt hatten oder einfach nur gekommen waren, um es zu sehen (darunter Eltern, Freunde und Nachbarn), waren kontaminiert. Insgesamt wurden über 100,000 Personen untersucht, von denen 129 sehr schwer kontaminiert waren; 50 wurden ins Krankenhaus eingeliefert (14 wegen Markinsuffizienz) und 4, darunter ein 6-jähriges Mädchen, starben. Der Unfall hatte dramatische wirtschaftliche und soziale Folgen für die gesamte Stadt Goiânia und den Bundesstaat Goias: 1/1000 der Stadtfläche wurde kontaminiert, die Preise für landwirtschaftliche Produkte, Mieten, Immobilien und Grundstücke sanken. Die Einwohner des gesamten Staates wurden regelrecht diskriminiert.
Quelle: IAEA 1989a
Der Unfall von Juarez wurde zufällig entdeckt (IAEA 1989b). Am 16. Januar 1984 löste ein mit Stahlstangen beladener Lastwagen, der in das wissenschaftliche Labor von Los Alamos (New Mexico, USA) einfuhr, einen Strahlungsdetektor aus. Die Untersuchung ergab das Vorhandensein von Kobalt-60 in den Stäben und führte das Kobalt-60 zu einer mexikanischen Gießerei zurück. Am 21. Januar wurde ein stark kontaminierter Schrottplatz in Juarez als Quelle des radioaktiven Materials identifiziert. Die systematische Überwachung von Straßen und Autobahnen durch Detektoren führte zur Identifizierung eines stark kontaminierten Lastwagens. Es wurde festgestellt, dass die endgültige Strahlenquelle ein Strahlentherapiegerät war, das bis Dezember 1983 in einem medizinischen Zentrum gelagert wurde, zu welchem Zeitpunkt es zerlegt und zum Schrottplatz transportiert wurde. Auf dem Schrottplatz wurde das Schutzgehäuse, das das Kobalt-60 umgab, zerbrochen, wodurch die Kobaltpellets freigesetzt wurden. Einige der Pellets fielen in den Lastwagen, der zum Transport von Schrott verwendet wurde, und andere wurden während der nachfolgenden Arbeiten auf dem gesamten Schrottplatz verteilt und vermischten sich mit dem anderen Schrott.
Es ist zu Unfällen gekommen, bei denen Arbeiter in aktive industrielle Bestrahlungsgeräte eindrangen (z. B. solche, die zum Konservieren von Lebensmitteln, Sterilisieren von medizinischen Produkten oder Polymerisieren von Chemikalien verwendet werden). In allen Fällen sind diese auf die Nichtbeachtung der Sicherheitsverfahren oder auf getrennte oder defekte Sicherheitssysteme und Alarme zurückzuführen. Die Dosiswerte der externen Bestrahlung, denen die Arbeiter bei diesen Unfällen ausgesetzt waren, waren hoch genug, um zum Tod zu führen. Dosen wurden innerhalb weniger Sekunden oder Minuten empfangen (Tabelle 6).
Tabelle 6. Hauptunfälle mit industriellen Strahlern
Ort, Datum |
Ausrüstung* |
Anzahl der |
Belichtungsstufe |
Betroffene Organe |
Erhaltene Dosis (Gy), |
Medizinische Wirkungen |
Forbach, August 1991 |
EA |
2 |
mehrere DeziGy/ |
Hände, Kopf, Rumpf |
40, Haut |
Verbrennungen betreffen 25–60 % der |
Maryland, Dezember 1991 |
EA |
1 |
? |
Hände |
55, Hände |
Bilaterale Fingeramputation |
Vietnam, November 1992 |
EA |
1 |
1,000 Gy/min |
Hände |
1.5, ganzer Körper |
Amputation der rechten Hand und eines Fingers der linken Hand |
Italien, Mai 1975 |
CI |
1 |
Einige Minuten |
Kopf, ganzer Körper |
8, Knochenmark |
Tod |
San Salvador, Februar 1989 |
CI |
3 |
? |
Ganzer Körper, Beine, |
3–8, ganzer Körper |
2 Beinamputationen, 1 Todesfall |
Israel, Juni 1990 |
CI |
1 |
1 Minuten |
Kopf, ganzer Körper |
10-20 |
Tod |
Weißrussland, Oktober 1991 |
CI |
1 |
Einige Minuten |
Ganzer Körper |
10 |
Tod |
* EA: Elektronenbeschleuniger CI: Kobalt-60-Strahler.
Quelle: Zerbib 1993; Nénot 1993.
Schließlich kann medizinisches und wissenschaftliches Personal, das radioaktive Quellen vorbereitet oder handhabt, durch Haut- und Wundkontamination oder Einatmen oder Verschlucken radioaktiver Materialien exponiert werden. Es ist zu beachten, dass diese Art von Unfällen auch in Kernkraftwerken möglich ist.
Public Health Aspekte des Problems
Zeitliche Muster
Das United States Radiation Accident Registry (Oak Ridge, USA) ist ein weltweites Register von Strahlenunfällen, an denen Menschen seit 1944 beteiligt sind. Um in das Register aufgenommen zu werden, muss ein Unfall Gegenstand eines veröffentlichten Berichts gewesen sein und zu einem Ganzkörperschaden geführt haben Exposition über 0.25 Sievert (Sv) oder Hautexposition über 6 Sv oder Exposition anderer Gewebe und Organe über 0.75 Sv (siehe "Fallstudie: Was bedeutet Dosis?" für eine Definition der Dosis). Unfälle, die aus Sicht der öffentlichen Gesundheit interessant sind, aber zu geringeren Expositionen führten, werden somit ausgeschlossen (siehe unten für eine Diskussion der Expositionsfolgen).
Die Auswertung der Registerdaten von 1944 bis 1988 zeigt ab 1980 einen deutlichen Anstieg sowohl der Häufigkeit von Strahlenunfällen als auch der Zahl der Strahlenexponierten (Tabelle 7). Der Anstieg der Zahl der exponierten Personen ist wahrscheinlich auf den Unfall von Tschernobyl zurückzuführen, insbesondere die etwa 135,000 Personen, die sich zunächst im Sperrgebiet im Umkreis von 30 km um die Unfallstelle aufhielten. Die Unfälle in Goiânia (Brasilien) und Juarez (Mexiko) ereigneten sich ebenfalls in diesem Zeitraum und führten zu einer erheblichen Exposition vieler Menschen (Tabelle 5).
Tabelle 7. Im Unfallregister von Oak Ridge (USA) aufgeführte Strahlenunfälle (weltweit, 1944-88)
1944-79 |
1980-88 |
1944-88 |
|
Gesamtzahl der Unfälle |
98 |
198 |
296 |
Anzahl der beteiligten Personen |
562 |
136,053 |
136,615 |
Anzahl der Personen, die Dosen von mehr als |
306 |
24,547 |
24,853 |
Zahl der Todesfälle (akute Wirkungen) |
16 |
53 |
69 |
* 0.25 Sv für Ganzkörperexposition, 6 Sv für Hautexposition, 0.75 Sv für andere Gewebe und Organe.
Potenziell exponierte Bevölkerungsgruppen
Aus Sicht der Exposition gegenüber ionisierender Strahlung sind zwei Bevölkerungsgruppen von Interesse: beruflich exponierte Bevölkerungsgruppen und die breite Öffentlichkeit. Der Wissenschaftliche Ausschuss der Vereinten Nationen für die Auswirkungen atomarer Strahlung (UNSCEAR 1993) schätzt, dass im Zeitraum 4-1985 weltweit 1989 Millionen Arbeitnehmer beruflich ionisierender Strahlung ausgesetzt waren; davon waren etwa 20 % in der Herstellung, Verwendung und Verarbeitung von Kernbrennstoffen beschäftigt (Tabelle 8). 760 verfügten die Mitgliedsländer der IAEA schätzungsweise über 1992 Bestrahlungsgeräte, davon 600 Elektronenbeschleuniger und 160 Gammabestrahlungsgeräte.
Tabelle 8. Zeitlicher Verlauf der beruflichen Exposition gegenüber ionisierender Strahlung weltweit (in Tausend)
Aktivität |
1975-79 |
1980-84 |
1985-89 |
Kernbrennstoffverarbeitung* |
560 |
800 |
880 |
Militärische Anwendungen** |
310 |
350 |
380 |
Industrielle Anwendungen |
530 |
690 |
560 |
Medizinische Anwendungen |
1,280 |
1,890 |
2,220 |
Gesamt |
2,680 |
3,730 |
4,040 |
* Produktion und Wiederaufbereitung von Kraftstoff: 40,000; Reaktorbetrieb: 430,000.
** darunter 190,000 Schiffspersonal.
Quelle: UNSCEAR 1993.
Die Anzahl der nuklearen Standorte pro Land ist ein guter Indikator für das Expositionspotenzial der breiten Öffentlichkeit (Abbildung 6).
Abbildung 6. Verteilung von Stromerzeugungsreaktoren und Brennstoffwiederaufbereitungsanlagen in der Welt, 1989-90
Auswirkungen auf die Gesundheit
Direkte gesundheitliche Auswirkungen ionisierender Strahlung
Im Allgemeinen sind die gesundheitlichen Wirkungen ionisierender Strahlung gut bekannt und hängen von der empfangenen Dosis und der Dosisleistung (empfangene Dosis pro Zeiteinheit (vgl "Fallstudie: Was bedeutet Dosis?").
Deterministische Effekte
Diese treten auf, wenn die Dosis einen bestimmten Schwellenwert überschreitet und die Dosisleistung hoch ist. Die Schwere der Wirkungen ist proportional zur Dosis, obwohl die Dosisschwelle organspezifisch ist (Tabelle 9).
Tabelle 9. Deterministische Effekte: Schwellenwerte für ausgewählte Organe
Gewebe oder Effekt |
Äquivalente Einzeldosis |
Hoden: |
|
Vorübergehende Sterilität |
0.15 |
Dauerhafte Sterilität |
3.5-6.0 |
Eierstöcke: |
|
Sterilität |
2.5-6.0 |
Krystalllinse: |
|
Erkennbare Trübungen |
0.5-2.0 |
Sehstörungen (Katarakte) |
5.0 |
Knochenmark: |
|
Depression der Hämopoese |
0.5 |
Quelle: ICRP 1991.
Bei den oben diskutierten Unfällen können deterministische Effekte durch örtliche intensive Bestrahlung verursacht werden, wie etwa durch externe Bestrahlung, direkten Kontakt mit einer Quelle (z. B. eine falsch platzierte Quelle, die aufgenommen und in eine Tasche gesteckt wird) oder Hautkontamination. All dies führt zu radiologischen Verbrennungen. Liegt die Ortsdosis in der Größenordnung von 20 bis 25 Gy (Tabelle 6, "Fallstudie: Was bedeutet Dosis?") Gewebenekrose kann folgen. Ein Syndrom, bekannt als akutes Bestrahlungssyndrom, gekennzeichnet durch Verdauungsstörungen (Übelkeit, Erbrechen, Durchfall) und Knochenmarkaplasie unterschiedlichen Schweregrades, können induziert werden, wenn die durchschnittliche Ganzkörperbestrahlungsdosis 0.5 Gy übersteigt. Es sollte daran erinnert werden, dass eine Ganzkörper- und eine lokale Bestrahlung gleichzeitig erfolgen können.
Neun von 60 Arbeitern, die bei kritischen Unfällen in Kernbrennstoffverarbeitungsanlagen oder Forschungsreaktoren exponiert waren, starben (Rodrigues 1987). Verstorbene erhielten 3 bis 45 Gy, Hinterbliebene 0.1 bis 7 Gy. Bei Überlebenden wurden die folgenden Wirkungen beobachtet: akutes Bestrahlungssyndrom (gastrointestinale und hämatologische Wirkungen), bilaterale Katarakte und Nekrosen von Gliedmaßen, die eine Amputation erforderlich machten.
In Tschernobyl war das Kraftwerkspersonal sowie das Notfallpersonal, das keine spezielle Schutzausrüstung trug, in den ersten Stunden oder Tagen nach dem Unfall einer hohen Beta- und Gammastrahlung ausgesetzt. Fünfhundert Menschen mussten ins Krankenhaus eingeliefert werden; 237 Personen, die eine Ganzkörperbestrahlung erhielten, wiesen ein akutes Bestrahlungssyndrom auf, und 28 Personen starben trotz Behandlung (Tabelle 10) (UNSCEAR 1988). Andere erhielten eine lokale Bestrahlung der Gliedmaßen, die in einigen Fällen über 50 % der Körperoberfläche betrafen, und leiden noch viele Jahre später an multiplen Hauterkrankungen (Peter, Braun-Falco und Birioukov 1994).
Tabelle 10. Verteilung der Patienten mit akutem Bestrahlungssyndrom (AIS) nach dem Unfall von Tschernobyl nach Schweregrad der Erkrankung
Schweregrad von AIS |
Äquivalentdosis |
Anzahl der |
Anzahl der |
Durchschnittliches Überleben |
I |
1-2 |
140 |
- |
- |
II |
2-4 |
55 |
1 (1.8) |
96 |
III |
4-6 |
21 |
7 (33.3) |
29.7 |
IV |
>6 |
21 |
20 (95.2) |
26.6 |
Quelle: UNSCEAR 1988.
Stochastische Effekte
Diese sind probabilistischer Natur (dh ihre Häufigkeit nimmt mit der erhaltenen Dosis zu), aber ihre Schwere ist dosisunabhängig. Die wichtigsten stochastischen Effekte sind:
Tabelle 11. Ergebnisse epidemiologischer Studien zur Wirkung einer hohen Dosisleistung externer Bestrahlung auf Krebs
Krebs Website |
Hiroshima/Nagasaki |
Andere Studien |
|
Sterblichkeit |
Häufigkeit |
||
Hämatopoetisches System |
|||
Leukämie |
+* |
+* |
6/11 |
Lymphom (nicht angegeben) |
+ |
0/3 |
|
Non-Hodgkin-Lymphom |
+* |
1/1 |
|
Myelom |
+ |
+ |
1/4 |
Mundhöhle |
+ |
+ |
0/1 |
Speicheldrüsen |
+* |
1/3 |
|
Verdauungssystem |
|||
Speiseröhre |
+* |
+ |
2/3 |
Magen |
+* |
+* |
2/4 |
Dünndarm |
1/2 |
||
Doppelpunkt |
+* |
+* |
0/4 |
Rektum |
+ |
+ |
3/4 |
Leber |
+* |
+* |
0/3 |
Gallenblase |
0/2 |
||
Bauchspeicheldrüse |
3/4 |
||
Atmungssystem |
|||
Larynx |
0/1 |
||
Luftröhre, Bronchien, Lunge |
+* |
+* |
1/3 |
Haut |
|||
Unbestimmt |
1/3 |
||
Melanom |
0/1 |
||
Andere Krebsarten |
+* |
0/1 |
|
Brust (Frauen) |
+* |
+* |
9/14 |
Fortpflanzungsapparat |
|||
Gebärmutter (unspezifisch) |
+ |
+ |
2/3 |
Uteruskörper |
1/1 |
||
Eierstöcke |
+* |
+* |
2/3 |
Andere Frauen) |
2/3 |
||
Alles im Fluss |
+ |
+ |
2/2 |
Harnwege |
|||
Blase |
+* |
+* |
3/4 |
Nieren |
0/3 |
||
Andere |
0/1 |
||
Zentrales Nervensystem |
+ |
+ |
2/4 |
Schilddrüse |
+* |
4/7 |
|
Knochen |
2/6 |
||
Bindegewebe |
0/4 |
||
Alle Krebsarten, außer Leukämien |
1/2 |
+ Krebsstellen, die bei den Überlebenden von Hiroshima und Nagasaki untersucht wurden.
* Positive Assoziation mit ionisierender Strahlung.
1 Kohorten- (Inzidenz oder Mortalität) oder Fall-Kontroll-Studien.
Quelle: UNSCEAR 1994.
Zwei wichtige Punkte bezüglich der Auswirkungen ionisierender Strahlung bleiben umstritten.
Erstens, was sind die Auswirkungen von Niedrigdosisbestrahlung (unter 0.2 Sv) und niedrigen Dosisleistungen? Die meisten epidemiologischen Studien haben Überlebende der Bombenanschläge von Hiroshima und Nagasaki oder Patienten untersucht, die eine Strahlentherapie erhielten – Bevölkerungsgruppen, die über sehr kurze Zeiträume relativ hohen Dosen ausgesetzt waren –, und Schätzungen des Risikos, aufgrund der Exposition gegenüber niedrigen Dosen und Dosisraten an Krebs zu erkranken, hängen wesentlich davon ab auf Extrapolationen aus diesen Populationen. Mehrere Studien an Kernkraftwerksarbeitern, die über mehrere Jahre niedrigen Dosen ausgesetzt waren, haben über Krebsrisiken für Leukämie und andere Krebsarten berichtet, die mit Extrapolationen von Gruppen mit hoher Exposition vereinbar sind, aber diese Ergebnisse bleiben unbestätigt (UNSCEAR 1994; Cardis, Gilbert und Carpenter 1995).
Zweitens, gibt es eine Schwellendosis (dh eine Dosis, unterhalb der keine Wirkung eintritt)? Dies ist derzeit nicht bekannt. Experimentelle Studien haben gezeigt, dass Schäden am Erbgut (DNA), die durch spontane Fehler oder Umweltfaktoren verursacht wurden, ständig repariert werden. Diese Reparatur ist jedoch nicht immer effektiv und kann zu einer malignen Transformation von Zellen führen (UNSCEAR 1994).
Andere Effekte
Schließlich sollte die Möglichkeit teratogener Wirkungen aufgrund einer Bestrahlung während der Schwangerschaft beachtet werden. Mikrozephalie und mentale Retardierung wurden bei Kindern von weiblichen Überlebenden der Bombenanschläge von Hiroshima und Nagasaki beobachtet, die im ersten Trimester einer Bestrahlung von mindestens 0.1 Gy ausgesetzt waren (Otake, Schull und Yoshimura 1989; Otake und Schull 1992). Es ist nicht bekannt, ob diese Effekte deterministisch oder stochastisch sind, obwohl die Daten auf die Existenz einer Schwelle hindeuten.
Nach dem Unfall von Tschernobyl beobachtete Auswirkungen
Der Unfall von Tschernobyl ist der schwerste Atomunfall, der sich bisher ereignet hat. Doch selbst jetzt, zehn Jahre später, sind noch nicht alle gesundheitlichen Auswirkungen auf die am stärksten exponierten Bevölkerungsgruppen genau bewertet worden. Dafür gibt es mehrere Gründe:
Arbeitskräfte. Für alle Arbeiter, die in den ersten Tagen nach dem Unfall stark verstrahlt wurden, liegen derzeit noch keine umfassenden Informationen vor. Studien über das Risiko für Reinigungs- und Hilfskräfte, an Leukämie und solidem Gewebekrebs zu erkranken, sind im Gange (siehe Tabelle 3). Diese Studien stoßen auf viele Hindernisse. Die regelmäßige Überwachung des Gesundheitszustands der Aufräum- und Hilfskräfte wird durch die Tatsache stark behindert, dass viele von ihnen aus verschiedenen Teilen der ehemaligen UdSSR stammten und nach ihrer Arbeit auf dem Gelände von Tschernobyl wieder abgefertigt wurden. Außerdem muss die erhaltene Dosis rückwirkend geschätzt werden, da für diesen Zeitraum keine verlässlichen Daten vorliegen.
Durchschnittsbevölkerung. Die einzige plausible Wirkung, die bis heute mit ionisierender Strahlung in dieser Bevölkerungsgruppe in Verbindung gebracht wird, ist ein Anstieg der Inzidenz von Schilddrüsenkrebs bei Kindern unter 1989 Jahren, beginnend mit 15. Dies wurde 1989, nur drei Jahre nach dem Vorfall, in Weißrussland (Weißrussland) festgestellt und von mehreren Expertengruppen bestätigt (Williams et al. 1993). Besonders bemerkenswert war der Anstieg in den am stärksten kontaminierten Gebieten Weißrusslands, insbesondere in der Region Gomel. Während Schilddrüsenkrebs bei Kindern unter 15 Jahren normalerweise selten war (jährliche Inzidenzrate von 1 bis 3 pro Million), stieg seine Inzidenz auf nationaler Basis um das Zehnfache und in der Region Gomel um das Zwanzigfache (Tabelle 12, Abbildung 7) (Stsjazhko et Al. 1995). Anschließend wurde in den fünf am stärksten kontaminierten Gebieten der Ukraine ein Anstieg der Inzidenz von Schilddrüsenkrebs um das Zehnfache gemeldet, und auch in der Region Brjansk (Russland) wurde ein Anstieg von Schilddrüsenkrebs gemeldet (Tabelle 12). Ein Anstieg bei Erwachsenen wird vermutet, aber nicht bestätigt. Systematische Screening-Programme, die in den kontaminierten Regionen durchgeführt wurden, ermöglichten die Erkennung von latentem Krebs, der vor dem Unfall vorhanden war; Besonders hilfreich waren in diesem Zusammenhang Ultraschallprogramme, mit denen Schilddrüsenkrebs von wenigen Millimetern erkannt werden kann. Das Ausmaß des Anstiegs der Inzidenz bei Kindern, zusammen mit der Aggressivität der Tumore und ihrer schnellen Entwicklung, legt nahe, dass die beobachteten Zunahmen von Schilddrüsenkrebs teilweise auf den Unfall zurückzuführen sind.
Tabelle 12. Zeitliches Muster der Inzidenz und Gesamtzahl von Schilddrüsenkrebs bei Kindern in Weißrussland, der Ukraine und Russland, 1981-94
Inzidenz* (/100,000) |
Zahl der Fälle |
|||
1981-85 |
1991-94 |
1981-85 |
1991-94 |
|
Belarus |
||||
Das ganze Land |
0.3 |
3.06 |
3 |
333 |
Bereich Gomel |
0.5 |
9.64 |
1 |
164 |
Ukraine |
||||
Das ganze Land |
0.05 |
0.34 |
25 |
209 |
Fünf am schwersten |
0.01 |
1.15 |
1 |
118 |
Russland |
||||
Das ganze Land |
? |
? |
? |
? |
Brjansk und |
0 |
1.00 |
0 |
20 |
* Inzidenz: das Verhältnis der Anzahl neuer Fälle einer Krankheit in einem bestimmten Zeitraum zur Größe der untersuchten Population im selben Zeitraum.
Quelle: Stsjazhko et al. 1995.
Abbildung 7. Inzidenz von Schilddrüsenkrebs bei Kindern unter 15 Jahren in Weißrussland
In den am stärksten kontaminierten Gebieten (z. B. Region Gomel) waren die Schilddrüsendosen besonders bei Kindern hoch (Williams et al. 1993). Dies steht im Einklang mit den mit dem Unfall verbundenen erheblichen Jodemissionen und der Tatsache, dass sich radioaktives Jod ohne vorbeugende Maßnahmen bevorzugt in der Schilddrüse anreichern wird.
Strahlenbelastung ist ein gut dokumentierter Risikofaktor für Schilddrüsenkrebs. In einem Dutzend Studien an Kindern, die eine Strahlentherapie an Kopf und Hals erhielten, wurde ein deutlicher Anstieg der Inzidenz von Schilddrüsenkrebs beobachtet. In den meisten Fällen war der Anstieg zehn bis 15 Jahre nach der Exposition deutlich, in einigen Fällen jedoch innerhalb von drei bis sieben Jahren nachweisbar. Andererseits sind die Auswirkungen einer inneren Bestrahlung durch Jod-131 und Jodisotope mit kurzer Halbwertszeit bei Kindern nicht gut belegt (Shore 1992).
Das genaue Ausmaß und Muster des Anstiegs der Inzidenz von Schilddrüsenkrebs in den am stärksten exponierten Bevölkerungsgruppen in den kommenden Jahren sollte untersucht werden. Derzeit laufende epidemiologische Studien sollen dazu beitragen, den Zusammenhang zwischen der von der Schilddrüse aufgenommenen Dosis und dem Risiko, an Schilddrüsenkrebs zu erkranken, zu quantifizieren und die Rolle anderer genetischer und umweltbedingter Risikofaktoren zu identifizieren. Zu beachten ist, dass Jodmangel in den betroffenen Regionen weit verbreitet ist.
Innerhalb von fünf bis zehn Jahren nach dem Unfall ist bei den am stärksten exponierten Mitgliedern der Bevölkerung mit einem Anstieg der Inzidenz von Leukämie, insbesondere der Jugendleukämie (da Kinder empfindlicher auf die Wirkung ionisierender Strahlung reagieren) zu rechnen. Obwohl ein solcher Anstieg noch nicht beobachtet wurde, lassen die methodischen Schwächen der bisherigen Studien keine endgültigen Schlüsse zu.
Psychosoziale Auswirkungen
Das Auftreten von mehr oder weniger schweren chronischen psychischen Problemen nach einem psychischen Trauma ist gut belegt und wurde hauptsächlich in Bevölkerungsgruppen untersucht, die mit Umweltkatastrophen wie Überschwemmungen, Vulkanausbrüchen und Erdbeben konfrontiert waren. Posttraumatischer Stress ist ein schwerer, lang anhaltender und lähmender Zustand (APA 1994).
Der größte Teil unseres Wissens über die Auswirkungen von Strahlenunfällen auf psychische Probleme und Stress stammt aus Studien, die nach dem Unfall von Three Mile Island durchgeführt wurden. Im Jahr nach dem Unfall wurden bei der exponierten Bevölkerung unmittelbare psychische Effekte beobachtet, insbesondere Mütter kleiner Kinder zeigten erhöhte Empfindlichkeit, Angst und Depression (Bromet et al. 1982). Außerdem wurde bei Kraftwerksarbeitern im Vergleich zu Arbeitern in einem anderen Kraftwerk eine Zunahme von Depressionen und angstbedingten Problemen beobachtet (Bromet et al. 1982). In den Folgejahren (dh nach der Wiederinbetriebnahme des Kraftwerks) wies etwa ein Viertel der befragten Bevölkerung relativ starke psychische Probleme auf. Es gab keinen Unterschied in der Häufigkeit psychischer Probleme bei der übrigen Befragungspopulation im Vergleich zu Kontrollpopulationen (Dew und Bromet 1993). Psychische Probleme traten häufiger bei Personen auf, die in der Nähe des Kraftwerks lebten, ohne soziales Unterstützungsnetz waren, eine Vorgeschichte mit psychiatrischen Problemen hatten oder ihre Wohnung zum Zeitpunkt des Unfalls evakuiert hatten (Baum, Cohen und Hall 1993).
Es werden auch Studien unter Bevölkerungsgruppen durchgeführt, die während des Unfalls von Tschernobyl exponiert waren und für die Stress ein wichtiges Problem der öffentlichen Gesundheit zu sein scheint (z. B. Reinigungs- und Hilfskräfte und Personen, die in einer kontaminierten Zone leben). Derzeit liegen jedoch keine verlässlichen Daten über Art, Schweregrad, Häufigkeit und Verteilung psychischer Probleme in den Zielpopulationen vor. Zu den Faktoren, die bei der Bewertung der psychischen und sozialen Folgen des Unfalls für die Bewohner der kontaminierten Gebiete zu berücksichtigen sind, gehören die schwierige soziale und wirtschaftliche Lage, die Vielfalt der verfügbaren Entschädigungssysteme, die Auswirkungen von Evakuierung und Umsiedlung (zusätzlich ca. 100,000 Menschen wurden in den Jahren nach dem Unfall umgesiedelt) und die Auswirkungen von Einschränkungen des Lebensstils (z. B. Ernährungsumstellung).
Grundsätze der Prävention und Richtlinien
Sicherheitsprinzipien und Richtlinien
Industrielle und medizinische Verwendung radioaktiver Quellen
Es trifft zwar zu, dass sich alle gemeldeten größeren Strahlenunfälle in Kernkraftwerken ereignet haben, die Verwendung radioaktiver Quellen in anderen Umgebungen hat jedoch zu Unfällen mit schwerwiegenden Folgen für die Arbeiter oder die breite Öffentlichkeit geführt. Die Vermeidung solcher Unfälle ist gerade im Hinblick auf die enttäuschenden Prognosen bei Hochdosis-Exposition essenziell. Die Vorbeugung hängt von der angemessenen Ausbildung der Arbeiter und der Führung eines umfassenden Lebenszyklusinventars radioaktiver Quellen ab, das Informationen sowohl über die Art als auch über den Standort der Quellen enthält. Die IAEA hat eine Reihe von Sicherheitsrichtlinien und -empfehlungen für den Umgang mit radioaktiven Quellen in Industrie, Medizin und Forschung herausgegeben (Safety Series No. 102). Die fraglichen Prinzipien ähneln denen, die im Folgenden für Kernkraftwerke dargestellt werden.
Sicherheit in Kernkraftwerken (IAEA Safety Series No. 75, INSAG-3)
Ziel dabei ist es, Mensch und Umwelt unter allen Umständen vor der Emission radioaktiver Stoffe zu schützen. Dazu sind vielfältige Maßnahmen bei Planung, Bau, Betrieb und Stilllegung von Kernkraftwerken erforderlich.
Die Sicherheit von Kernkraftwerken hängt grundsätzlich vom „Defense-in-Depth“-Prinzip ab, also der Redundanz von Systemen und Geräten, die dazu bestimmt sind, technische oder menschliche Fehler und Mängel auszugleichen. Konkret werden radioaktive Materialien durch eine Reihe aufeinanderfolgender Barrieren von der Umgebung getrennt. In Reaktoren zur Kernenergieerzeugung ist die letzte dieser Barrieren die Containment-Struktur (am Standort von Tschernobyl nicht vorhanden, aber auf Three Mile Island vorhanden). Um den Zusammenbruch dieser Barrieren zu vermeiden und die Folgen von Ausfällen zu begrenzen, sollten während der gesamten Betriebsdauer des Kraftwerks die folgenden drei Sicherheitsmaßnahmen praktiziert werden: Kontrolle der Kernreaktion, Kühlung des Brennstoffs und Eindämmung radioaktiver Stoffe.
Ein weiteres wesentliches Sicherheitsprinzip ist die „Betriebserfahrungsanalyse“, also die Nutzung von Informationen aus auch kleineren Ereignissen an anderen Standorten zur Erhöhung der Sicherheit eines bestehenden Standorts. So hat die Analyse der Unfälle von Three Mile Island und Tschernobyl zur Umsetzung von Modifikationen geführt, die sicherstellen sollen, dass sich ähnliche Unfälle nicht anderswo ereignen.
Abschließend sei darauf hingewiesen, dass erhebliche Anstrengungen unternommen wurden, um eine Sicherheitskultur zu fördern, d. h. eine Kultur, die ständig auf Sicherheitsbedenken im Zusammenhang mit der Organisation, den Aktivitäten und Praktiken des Werks sowie auf das individuelle Verhalten eingeht. Um die Sichtbarkeit von Zwischenfällen und Unfällen in Kernkraftwerken zu erhöhen, wurde eine internationale Skala nuklearer Ereignisse (INES) entwickelt, die im Prinzip mit Skalen identisch ist, die zur Messung der Schwere von Naturphänomenen wie Erdbeben und Wind verwendet werden (Tabelle 12). Diese Skala ist jedoch nicht geeignet, um die Sicherheit eines Standorts zu bewerten oder internationale Vergleiche anzustellen.
Tabelle 13. Internationales Ausmaß nuklearer Zwischenfälle
Niveau |
Offsite |
Vor Ort |
Schutzstruktur |
7 – Großer Unfall |
Große Emission, |
||
6 – Schwerer Unfall |
Erhebliche Emission, |
||
5 – Unfall |
Begrenzte Emission, |
Schwere Schäden an |
|
4 – Unfall |
Emissionsarm, öffentlich |
Schäden an Reaktoren |
|
3 – Schwerer Vorfall |
Sehr emissionsarm, |
Echte Beschallungs- |
Unfall knapp vermieden |
2 – Vorfall |
Schwere Kontamination |
Schwerwiegendes Versagen von Sicherheitsmaßnahmen |
|
1 – Anomalie |
Abnormalität darüber hinaus |
||
0 – Ungleichheit |
Keine Bedeutung von |
Grundsätze zum Schutz der Bevölkerung vor Strahlenexposition
In Fällen, in denen die breite Öffentlichkeit potenziell exponiert ist, kann es erforderlich sein, Schutzmaßnahmen anzuwenden, die darauf abzielen, die Exposition gegenüber ionisierender Strahlung zu verhindern oder zu begrenzen; dies ist besonders wichtig, wenn deterministische Effekte vermieden werden sollen. Die ersten Maßnahmen, die im Notfall ergriffen werden sollten, sind Evakuierung, Unterbringung und Verabreichung von stabilem Jod. Stabiles Jod sollte an exponierte Bevölkerungsgruppen verteilt werden, da dies die Schilddrüse sättigt und ihre Aufnahme von radioaktivem Jod hemmt. Um jedoch wirksam zu sein, muss die Schilddrüsensättigung vor oder kurz nach Beginn der Exposition erfolgen. Schließlich kann eine vorübergehende oder dauerhafte Umsiedlung, Dekontaminierung und Kontrolle der Landwirtschaft und Lebensmittel notwendig werden.
Jede dieser Gegenmaßnahmen hat ihre eigene „Auslöseschwelle“ (Tabelle 14), nicht zu verwechseln mit den ICRP-Dosisgrenzwerten für Arbeitnehmer und die allgemeine Öffentlichkeit, die entwickelt wurden, um einen angemessenen Schutz bei nicht unfallbedingter Exposition zu gewährleisten (ICRP 1991).
Tabelle 14. Beispiele allgemeiner Eingreifrichtwerte für Schutzmaßnahmen für die allgemeine Bevölkerung
Schutzmaßnahme |
Interventionslevel (abgewandte Dosis) |
Notfall |
|
Eindämmung |
10 mSv |
Evakuierung |
50 mSv |
Verteilung von stabilem Jod |
100 mGy |
Verspätet |
|
Vorübergehende Umsiedlung |
30 mSv in 30 Tagen; 10 mSv in den nächsten 30 Tagen |
Dauerhafte Umsiedlung |
1 Sv Lebensdauer |
Quelle: IAEA 1994.
Forschungsbedarf und zukünftige Trends
Die aktuelle Sicherheitsforschung konzentriert sich auf die Verbesserung des Designs von Kernreaktoren zur Stromerzeugung – genauer gesagt auf die Verringerung des Risikos und der Auswirkungen einer Kernschmelze.
Die Erfahrungen aus früheren Unfällen sollen zu Verbesserungen im therapeutischen Management schwer verstrahlter Personen führen. Derzeit wird der Einsatz von Knochenmarkzellwachstumsfaktoren (hämatopoetischen Wachstumsfaktoren) bei der Behandlung von strahleninduzierter Medulläraplasie (Entwicklungsstörung) untersucht (Thierry et al. 1995).
Die Auswirkungen niedriger Dosen und Dosisleistungen ionisierender Strahlung sind nach wie vor unklar und müssen geklärt werden, sowohl aus rein wissenschaftlicher Sicht als auch im Hinblick auf die Festlegung von Dosisgrenzwerten für die Allgemeinheit und für Arbeitnehmer. Biologische Forschung ist notwendig, um die beteiligten karzinogenen Mechanismen aufzuklären. Die Ergebnisse großangelegter epidemiologischer Studien, insbesondere derjenigen, die derzeit an Arbeitern in Kernkraftwerken durchgeführt werden, sollten sich als nützlich erweisen, um die Genauigkeit von Krebsrisikoschätzungen für Bevölkerungsgruppen zu verbessern, die niedrigen Dosen oder Dosisraten ausgesetzt sind. Studien an Bevölkerungsgruppen, die aufgrund von Unfällen ionisierender Strahlung ausgesetzt waren oder waren, sollten unser Verständnis der Auswirkungen höherer Dosen, die oft mit niedrigen Dosisraten verabreicht werden, verbessern.
Die für die zeitnahe Erfassung der für die Bewertung der gesundheitlichen Auswirkungen von Strahlenunfällen wesentlichen Daten erforderliche Infrastruktur (Organisation, Ausrüstung und Hilfsmittel) muss rechtzeitig vor dem Unfall vorhanden sein.
Schließlich sind umfangreiche Untersuchungen notwendig, um die psychologischen und sozialen Auswirkungen von Strahlenunfällen zu klären (z. B. Art und Häufigkeit sowie Risikofaktoren für pathologische und nicht-pathologische posttraumatische psychische Reaktionen). Diese Forschung ist unerlässlich, wenn der Umgang mit sowohl beruflich als auch nicht beruflich exponierten Bevölkerungsgruppen verbessert werden soll.
Eine massive Kontamination landwirtschaftlicher Flächen durch Radionuklide tritt in der Regel aufgrund großer Unfälle in Unternehmen der Kernindustrie oder Kernkraftwerken auf. Solche Unfälle ereigneten sich in Windscale (England) und South Ural (Russland). Der größte Unfall ereignete sich im April 1986 im Kernkraftwerk Tschernobyl. Letzteres führte zu einer intensiven Kontamination der Böden über mehrere tausend Quadratkilometer.
Die wichtigsten Faktoren, die zu Strahlungseffekten in landwirtschaftlichen Gebieten beitragen, sind wie folgt:
Als Folge des Tschernobyl-Unfalls gelangten mehr als 50 Millionen Curie (Ci) an meist flüchtigen Radionukliden in die Umwelt. In der ersten Phase, die 2.5 Monate umfasste (die „Jodperiode“), stellte Jod-131 mit erheblichen Dosen hochenergetischer Gammastrahlung die größte biologische Gefahr dar.
Die Arbeit auf landwirtschaftlichen Flächen während der Jodzeit sollte streng reglementiert werden. Jod-131 reichert sich in der Schilddrüse an und schädigt diese. Nach dem Unfall von Tschernobyl wurde in einem Umkreis von 30 km um die Station eine Zone mit sehr hoher Strahlungsintensität definiert, in der niemand leben oder arbeiten durfte.
Außerhalb dieser Sperrzone wurden vier Zonen mit unterschiedlichen Gammastrahlungsraten auf den Böden unterschieden, je nachdem, welche Arten von landwirtschaftlichen Arbeiten durchgeführt werden konnten; Während der Jodperiode hatten die vier Zonen die folgenden Strahlungswerte, gemessen in Röntgen (R):
Tatsächlich wurde die landwirtschaftliche Arbeit in diesen Zonen aufgrund der „punktuellen“ Kontamination durch Radionuklide während der Jodperiode mit Gammastrahlungswerten von 0.2 bis 25 mR/h durchgeführt. Abgesehen von der ungleichmäßigen Kontamination wurde die Variation der Gammastrahlungswerte durch unterschiedliche Konzentrationen von Radionukliden in verschiedenen Kulturen verursacht. Insbesondere Futterpflanzen sind bei der Ernte, dem Transport, der Silierung und bei der Verfütterung hohen Belastungen durch Gammastrahler ausgesetzt.
Nach dem Zerfall von Jod-131 geht die größte Gefahr für Landarbeiter von den langlebigen Nukliden Cäsium-137 und Strontium-90 aus. Cäsium-137, ein Gammastrahler, ist ein chemisches Analogon von Kalium; seine Aufnahme durch Mensch oder Tier führt zu einer gleichmäßigen Verteilung im Körper und wird relativ schnell mit Urin und Kot ausgeschieden. Die Gülle in den kontaminierten Gebieten stellt somit eine zusätzliche Strahlenquelle dar und muss so schnell wie möglich aus den Viehbetrieben entfernt und an speziellen Standorten gelagert werden.
Strontium-90, ein Betastrahler, ist ein chemisches Analogon von Calcium; es wird bei Menschen und Tieren im Knochenmark abgelagert. Strontium-90 und Cäsium-137 können über kontaminierte Milch, Fleisch oder Gemüse in den menschlichen Körper gelangen.
Die Einteilung landwirtschaftlicher Flächen in Zonen nach dem Zerfall kurzlebiger Radionuklide erfolgt nach einem anderen Prinzip. Dabei wird nicht die Gammastrahlung, sondern die Bodenbelastung durch Cäsium-137, Strontium-90 und Plutonium-239 berücksichtigt.
Bei besonders starker Kontamination wird die Bevölkerung aus solchen Gebieten evakuiert und die landwirtschaftlichen Arbeiten werden in einem zweiwöchigen Rotationsplan durchgeführt. Die Kriterien für die Zonenabgrenzung in den kontaminierten Bereichen sind in Tabelle 2 angegeben.
Tabelle 1. Kriterien für Kontaminationszonen
Kontaminationszonen |
Grenzen der Bodenkontamination |
Dosierungsgrenzen |
Art der Aktion |
1. 30-km-Zone |
- |
- |
Wohnsitz von |
2. Bedingungslos |
15 (ci)/km2 |
0.5 cSv/Jahr |
Die landwirtschaftlichen Arbeiten werden mit einem 2-wöchigen Rotationsplan unter strenger radiologischer Kontrolle durchgeführt. |
3. Freiwillig |
5–15 Ci/km2 |
0.01-0.5 |
Es werden Maßnahmen zur Reduzierung ergriffen |
4. Radio-ökologisch |
1–5 Ci/km2 |
0.01 cSv/Jahr |
Landwirtschaftliche Arbeit ist |
Wenn Menschen auf landwirtschaftlichen Flächen arbeiten, die durch Radionuklide kontaminiert sind, kann es zur Aufnahme von Radionukliden durch den Körper durch Atmung und Kontakt mit Boden und Pflanzenstaub kommen. Dabei sind sowohl Betastrahler (Strontium-90) als auch Alphastrahler extrem gefährlich.
Ein Teil der radioaktiven Stoffe, die infolge von Unfällen in Kernkraftwerken in die Umwelt gelangen, sind niedrig dispergierte, hochaktive Partikel des Reaktorbrennstoffs – „heiße Partikel“.
Bei landwirtschaftlichen Arbeiten und in windigen Perioden entstehen erhebliche Mengen Staub mit heißen Partikeln. Dies wurde durch die Untersuchungsergebnisse von Traktorluftfiltern von Maschinen bestätigt, die auf den kontaminierten Flächen betrieben wurden.
Die Bewertung der Dosisbelastung der Lungen von Landarbeitern, die heißen Partikeln ausgesetzt waren, ergab, dass die Dosen außerhalb der 30-km-Zone mehrere Millisievert betrugen (Loshchilov et al. 1993).
Nach den Daten von Bruk et al. (1989) betrug die Gesamtaktivität von Cäsium-137 und Cäsium-134 im eingeatmeten Staub bei Maschinenbedienern 0.005 bis 1.5 nCi/m3. Ihren Berechnungen zufolge lag die effektive Lungendosis über den gesamten Zeitraum der Feldarbeit im Bereich von 2 bis
70 cSv.
Die Beziehung zwischen der Menge der Bodenkontamination durch Cäsium-137 und der Radioaktivität der Luft im Arbeitsbereich wurde hergestellt. Nach Angaben des Kiewer Instituts für Arbeitsmedizin wurde festgestellt, dass die Bodenbelastung durch Cäsium-137 7.0 bis 30.0 Ci/km betrug2 die Radioaktivität der Atemzonenluft erreichte 13.0 Bq/m3. Im Kontrollgebiet, wo die Kontaminationsdichte 0.23 bis 0.61 Ci/km betrug3lag die Radioaktivität der Luft im Arbeitsbereich zwischen 0.1 und 1.0 Bq/m3 (Krasnyuk, Chernyuk und Stezhka 1993).
Die medizinischen Untersuchungen von Landmaschinenbedienern in den „sauberen“ und kontaminierten Zonen ergaben eine Zunahme von Herz-Kreislauf-Erkrankungen bei Arbeitern in den kontaminierten Zonen in Form von ischämischer Herzkrankheit und neurozirkulatorischer Dystonie. Unter anderem wurden Schilddrüsendysplasien und erhöhte Monozytenwerte im Blut häufiger registriert.
Hygienische Anforderungen
Arbeitsplan
Nach großen Unfällen in Kernkraftwerken werden in der Regel Übergangsregelungen für die Bevölkerung erlassen. Nach dem Unfall von Tschernobyl wurden Übergangsregelungen für einen Zeitraum von einem Jahr mit einem TLV von 10 cSv erlassen. Es wird davon ausgegangen, dass Arbeitnehmer 50 % ihrer Dosis durch externe Strahlung während der Arbeit erhalten. Dabei sollte die Intensitätsschwelle der Strahlendosis über den Achtstundentag 2.1 mR/h nicht überschreiten.
Bei landwirtschaftlichen Arbeiten können die Strahlungswerte an Arbeitsplätzen je nach Konzentration radioaktiver Stoffe in Böden und Pflanzen stark schwanken; sie schwanken auch während der technologischen Verarbeitung (Siloieren, Bereitung von Trockenfutter usw.). Um die Dosierungen für Arbeiter zu reduzieren, werden Fristenregelungen für landwirtschaftliche Arbeiten eingeführt. Abbildung 1 zeigt Vorschriften, die nach dem Unfall von Tschernobyl eingeführt wurden.
Abbildung 1. Fristen für landwirtschaftliche Arbeiten in Abhängigkeit von der Intensität der Gammastrahlung am Arbeitsplatz.
Agrartechnologien
Bei landwirtschaftlichen Arbeiten unter Bedingungen hoher Kontamination von Böden und Pflanzen müssen Maßnahmen zur Vermeidung von Staubkontamination streng eingehalten werden. Das Be- und Entladen von trockenen und staubigen Stoffen sollte mechanisiert werden; Der Hals des Förderrohrs sollte mit Stoff bedeckt sein. Bei allen Feldarbeiten sind Maßnahmen zur Verringerung der Staubfreisetzung zu treffen.
Arbeiten mit landwirtschaftlichen Maschinen sind unter Berücksichtigung des Kabinendrucks und der Wahl der richtigen Fahrtrichtung durchzuführen, wobei Seitenwind zu bevorzugen ist. Wenn möglich, ist es wünschenswert, die zu kultivierenden Flächen zuerst zu wässern. Der breite Einsatz industrieller Technologien wird empfohlen, um manuelle Arbeiten auf den Feldern weitestgehend zu eliminieren.
Es ist zweckmäßig, Stoffe auf die Böden aufzubringen, die die Aufnahme und Fixierung von Radionukliden fördern, sie in unlösliche Verbindungen umwandeln und so die Übertragung von Radionukliden in Pflanzen verhindern können.
Landwirtschaftliche Maschinen
Eine der größten Gefahren für die Arbeiter sind landwirtschaftliche Maschinen, die durch Radionuklide kontaminiert sind. Die zulässige Arbeitszeit an den Maschinen hängt von der Intensität der von den Kabinenoberflächen emittierten Gammastrahlung ab. Es ist nicht nur eine gründliche Druckbeaufschlagung der Kabinen erforderlich, sondern auch eine angemessene Kontrolle über Lüftungs- und Klimaanlagen. Nach der Arbeit sollte eine Nassreinigung der Kabinen und ein Austausch der Filter durchgeführt werden.
Bei der Wartung und Reparatur der Maschinen nach Dekontaminationsmaßnahmen sollte die Intensität der Gammastrahlung an den Außenflächen 0.3 mR/h nicht überschreiten.
Gebäude
Die routinemäßige Nassreinigung sollte innerhalb und außerhalb von Gebäuden durchgeführt werden. Gebäude sollten mit Duschen ausgestattet sein. Bei der Zubereitung von Futter, das Staubbestandteile enthält, müssen Verfahren eingehalten werden, die darauf abzielen, die Staubaufnahme durch die Arbeiter zu verhindern, sowie den Staub vom Boden, der Ausrüstung usw. fernzuhalten.
Die Druckbeaufschlagung des Geräts sollte unter Kontrolle sein. Arbeitsplätze sollten mit einer wirksamen allgemeinen Belüftung ausgestattet sein.
Einsatz von Pestiziden und mineralischen Düngemitteln
Die Anwendung von staubförmigen und körnigen Pestiziden und mineralischen Düngemitteln sowie das Versprühen aus Flugzeugen sollte eingeschränkt werden. Maschinelles Spritzen und Ausbringen von körnigen Chemikalien sowie flüssigen Mischdüngern sind vorzuziehen. Die staubförmigen Mineraldünger sollten nur in dicht verschlossenen Behältern gelagert und transportiert werden.
Be- und Entladearbeiten, Zubereitung von Pestizidlösungen und andere Tätigkeiten sollten mit maximaler persönlicher Schutzausrüstung (Overalls, Helme, Schutzbrillen, Atemschutzgeräte, Gummistulpen und Stiefel) durchgeführt werden.
Wasserversorgung und Ernährung
Es sollte spezielle geschlossene Räumlichkeiten oder Wohnmobile ohne Zugluft geben, in denen die Arbeitnehmer ihre Mahlzeiten einnehmen können. Vor der Einnahme von Mahlzeiten sollten die Arbeiter ihre Kleidung reinigen und Hände und Gesicht gründlich mit Seife und fließendem Wasser waschen. Während der Sommerperioden sollten die Außendienstmitarbeiter mit Trinkwasser versorgt werden. Das Wasser sollte in geschlossenen Behältern aufbewahrt werden. Beim Befüllen mit Wasser darf kein Staub in die Behälter gelangen.
Vorsorgeuntersuchungen der Arbeitnehmer
Regelmäßige ärztliche Untersuchungen sollten von einem Arzt durchgeführt werden; Laboruntersuchungen von Blut, EKG und Atemfunktionstests sind obligatorisch. Wo die Strahlungswerte die zulässigen Grenzwerte nicht überschreiten, sollte die Häufigkeit ärztlicher Untersuchungen mindestens einmal alle 12 Monate betragen. Bei höheren Werten ionisierender Strahlung sollten die Untersuchungen häufiger (nach Saat, Ernte usw.) unter Berücksichtigung der Strahlungsintensität am Arbeitsplatz und der Gesamtenergiedosis durchgeführt werden.
Organisation der Strahlenkontrolle über landwirtschaftliche Flächen
Die wichtigsten Indizes, die die radiologische Situation nach Fallout charakterisieren, sind die Intensität der Gammastrahlung in dem Gebiet, die Kontamination landwirtschaftlicher Flächen durch die ausgewählten Radionuklide und der Gehalt an Radionukliden in landwirtschaftlichen Produkten.
Die Bestimmung der Gammastrahlungspegel in den Gebieten ermöglicht die Abgrenzung stark kontaminierter Gebiete, die Abschätzung der externen Strahlungsdosen für die in der Landwirtschaft tätigen Personen und die Erstellung entsprechender Pläne für die radiologische Sicherheit.
Die Aufgaben der radiologischen Überwachung in der Landwirtschaft werden in der Regel von radiologischen Laboratorien des Sanitätsdienstes sowie veterinärmedizinischen und agrochemischen radiologischen Laboratorien wahrgenommen. Die Aus- und Weiterbildung des Personals, das mit der dosimetrischen Kontrolle und der Beratung der ländlichen Bevölkerung befasst ist, wird von diesen Laboratorien durchgeführt.
Ein tragischer Industriebrand in Thailand hat die weltweite Aufmerksamkeit auf die Notwendigkeit gelenkt, hochmoderne Codes und Standards in Industrieanlagen zu übernehmen und durchzusetzen.
Am 10. Mai 1993 tötete ein Großbrand in der Fabrik von Kader Industrial (Thailand) Co. Ltd. in der thailändischen Provinz Nakhon Pathom 188 Arbeiter (Grant und Klem 1994). Diese Katastrophe ist der weltweit schlimmste Brand mit Todesopfern in einem Industriegebäude in der jüngeren Geschichte, eine Auszeichnung, die 82 Jahre lang durch das Feuer der Triangle Shirtwaist-Fabrik in New York City aufrechterhalten wurde, bei dem 146 Arbeiter ums Leben kamen (Grant 1993). Trotz der Jahre zwischen diesen beiden Katastrophen teilen sie auffallende Ähnlichkeiten.
Verschiedene nationale und internationale Behörden haben sich nach seinem Auftreten auf diesen Vorfall konzentriert. Hinsichtlich des Brandschutzes kooperierte die National Fire Protection Association (NFPA) mit der Internationalen Arbeitsorganisation (ILO) und der Polizeifeuerwehr von Bangkok bei der Dokumentation dieses Brandes.
Fragen für eine globale Wirtschaft
In Thailand hat das Kader-Feuer großes Interesse an den Brandschutzmaßnahmen des Landes geweckt, insbesondere an den Anforderungen an die Bauvorschriften und deren Durchsetzungsrichtlinien. Der thailändische Premierminister Chuan Leekpai, der am Abend des Brandes zum Brandort gereist war, hat zugesagt, dass die Regierung sich mit Brandschutzfragen befassen wird. Entsprechend der Wall Street Journal (1993) hat Leekpai zu einem harten Vorgehen gegen diejenigen aufgerufen, die gegen die Sicherheitsgesetze verstoßen. Der thailändische Industrieminister Sanan Kachornprasart wird mit den Worten zitiert: „Diesen Fabriken ohne Brandschutzsysteme wird befohlen, eines zu installieren, oder wir werden sie schließen“.
Das Wall Street Journal führt weiter aus, dass Gewerkschaftsführer, Sicherheitsexperten und Beamte sagen, dass der Brand in Kader dazu beitragen könnte, Bauvorschriften und Sicherheitsvorschriften zu verschärfen, aber sie befürchten, dass nachhaltige Fortschritte noch in weiter Ferne liegen, da Arbeitgeber Regeln missachten und Regierungen zulassen, dass Wirtschaftswachstum Vorrang vor Arbeitnehmern hat Sicherheit.
Da die Mehrheit der Aktien von Kader Industrial (Thailand) Co. Ltd. ausländischen Interessenten gehört, hat das Feuer auch die internationale Debatte über die Verantwortung ausländischer Investoren für die Gewährleistung der Sicherheit der Arbeiter in ihrem Sponsorland angeheizt. 79.96 % der Kader-Aktionäre stammen aus Taiwan und 0.04 % aus Hongkong. Nur XNUMX % von Kader sind im Besitz von thailändischen Staatsangehörigen.
Der Übergang in eine globale Wirtschaft bedeutet, dass Produkte an einem Ort hergestellt und an anderen Orten auf der ganzen Welt verwendet werden. Der Wunsch nach Wettbewerbsfähigkeit in diesem neuen Markt sollte nicht zu Kompromissen bei grundlegenden industriellen Brandschutzbestimmungen führen. Es besteht die moralische Verpflichtung, Arbeitnehmern unabhängig von ihrem Standort ein angemessenes Maß an Brandschutz zu bieten.
Die Einrichtung
Das Kader-Werk, das Stofftiere und Plastikpuppen herstellte, die hauptsächlich für den Export in die Vereinigten Staaten und andere entwickelte Länder bestimmt waren, befindet sich im Bezirk Sam Phran in der Provinz Nakhon Pathom. Dies ist nicht ganz auf halbem Weg zwischen Bangkok und der nahe gelegenen Stadt Kanchanaburi, dem Standort der berüchtigten Eisenbahnbrücke aus dem Zweiten Weltkrieg über den Fluss Kwai.
Die Gebäude, die bei dem Brand zerstört wurden, gehörten Kader, dem Eigentümer des Geländes, und wurden direkt von Kader betrieben. Kader hat zwei Schwesterunternehmen, die ebenfalls im Rahmen einer Pachtvereinbarung am Standort tätig sind.
Die Kader Industrial (Thailand) Co. Ltd. wurde erstmals am 27. Januar 1989 registriert, aber die Lizenz des Unternehmens wurde am 21. November 1989 ausgesetzt, nachdem ein Brand am 16. August 1989 das neue Werk zerstört hatte. Dieses Feuer wurde der Entzündung von Polyestergewebe zugeschrieben, das bei der Herstellung von Puppen in einer Spinnmaschine verwendet wurde. Nach dem Wiederaufbau des Werks erlaubte das Industrieministerium die Wiedereröffnung am 4. Juli 1990.
Zwischen der Wiedereröffnung der Fabrik und dem Brand im Mai 1993 kam es in der Anlage zu mehreren anderen, kleineren Bränden. Einer von ihnen, der sich im Februar 1993 ereignete, richtete erheblichen Schaden an Gebäude Drei an, das zum Zeitpunkt des Brandes im Mai 1993 noch repariert wurde. Der Brand im Februar ereignete sich spät in der Nacht in einem Lagerbereich und betraf Polyester- und Baumwollmaterialien. Einige Tage nach diesem Brand besuchte ein Arbeitsinspektor die Baustelle und gab eine Warnung heraus, die auf den Bedarf des Werks an Sicherheitsbeauftragten, Sicherheitsausrüstung und einem Notfallplan hinwies.
In ersten Berichten nach dem Brand im Mai 1993 wurde festgestellt, dass es auf dem Kader-Gelände vier Gebäude gab, von denen drei durch das Feuer zerstört wurden. In gewisser Weise stimmt das, aber die drei Gebäude waren eigentlich eine einzelne E-förmige Struktur (siehe Abbildung 1), deren drei Hauptteile als Gebäude Eins, Zwei und Drei bezeichnet wurden. In der Nähe befand sich eine einstöckige Werkstatt und ein weiteres vierstöckiges Gebäude, das als Gebäude XNUMX bezeichnet wurde.
Abbildung 1. Lageplan der Spielzeugfabrik Kader
Das E-förmige Gebäude war eine vierstöckige Struktur, die aus Betonplatten bestand, die von einem Baustahlrahmen getragen wurden. Es gab Fenster um den Umfang jedes Stockwerks und das Dach war eine sanft geneigte, spitz zulaufende Anordnung. Jeder Teil des Gebäudes hatte einen Lastenaufzug und zwei Treppenhäuser, die jeweils 1.5 Meter (3.3 Fuß) breit waren. Die Lastenaufzüge waren Käfiganordnungen.
Jedes Gebäude der Anlage wurde mit einer Brandmeldeanlage ausgestattet. Keines der Gebäude verfügte über automatische Sprinkler, aber tragbare Feuerlöscher und Schlauchstationen wurden an den Außenwänden und in den Treppenhäusern jedes Gebäudes installiert. Kein Baustahl im Gebäude war feuerfest.
Es gibt widersprüchliche Informationen über die Gesamtzahl der Arbeiter am Standort. Die Federation of Thai Industries hatte zugesagt, 2,500 Werksmitarbeitern zu helfen, die durch das Feuer vertrieben wurden, aber es ist unklar, wie viele Mitarbeiter gleichzeitig am Standort waren. Als das Feuer ausbrach, wurde berichtet, dass sich in Gebäude Eins 1,146 Arbeiter befanden. 10 befanden sich im ersten Stock, 500 im zweiten, 600 im dritten und 405 im vierten. Es gab 5 Arbeiter in Gebäude Zwei. 300 von ihnen befanden sich im ersten Stock, 40 im zweiten, XNUMX im dritten und XNUMX im vierten. Es ist nicht klar, wie viele Arbeiter sich in Gebäude XNUMX befanden, da ein Teil davon noch renoviert wurde. Die meisten Arbeiter in der Fabrik waren Frauen.
Das Feuer
Montag, der 10. Mai, war ein ganz normaler Arbeitstag im Werk Kader. Gegen 4:00 Uhr, als sich das Ende der Tagesschicht näherte, entdeckte jemand ein kleines Feuer im ersten Stock in der Nähe des südlichen Endes von Gebäude Eins. Dieser Teil des Gebäudes wurde zum Verpacken und Lagern der fertigen Produkte verwendet und enthielt daher eine beträchtliche Brennstofflast (siehe Abbildung 2). Jedes Gebäude in der Einrichtung hatte eine Brennstoffladung, die aus Stoffen, Kunststoffen und Materialien bestand, die zum Füllen verwendet wurden, sowie anderen normalen Arbeitsmaterialien.
Abbildung 2. Interne Anordnung der Gebäude eins, zwei und drei
Sicherheitskräfte in der Nähe des Feuers versuchten erfolglos, die Flammen zu löschen, bevor sie um 4:21 Uhr die örtliche Feuerwehr der Polizei riefen. Die Behörden erhielten zwei weitere Anrufe, um 4:30 Uhr und 4:31 Uhr Zuständigkeitsgrenzen von Bangkok, aber Feuerwehrgeräte aus Bangkok sowie Geräte aus der Provinz Nakhon Pathom reagierten.
Als die Arbeiter und Sicherheitskräfte vergeblich versuchten, das Feuer zu löschen, begann sich das Gebäude mit Rauch und anderen Verbrennungsprodukten zu füllen. Überlebende berichteten, dass der Feueralarm in Gebäude Eins nie ausgelöst wurde, aber viele Arbeiter wurden besorgt, als sie Rauch in den oberen Stockwerken sahen. Trotz des Rauchs forderten Sicherheitskräfte Berichten zufolge einige Arbeiter auf, auf ihren Stationen zu bleiben, da es sich um ein kleines Feuer handelte, das bald unter Kontrolle sein würde.
Das Feuer breitete sich schnell im gesamten Gebäude Eins aus und die oberen Stockwerke wurden bald unhaltbar. Das Feuer blockierte das Treppenhaus am südlichen Ende des Gebäudes, sodass die meisten Arbeiter zum nördlichen Treppenhaus eilten. Das bedeutete, dass etwa 1,100 Personen versuchten, den dritten und vierten Stock über ein einziges Treppenhaus zu verlassen.
Die erste Feuerwehr traf um 4:40 Uhr ein, wobei sich ihre Reaktionszeit aufgrund der relativ abgelegenen Lage der Anlage und der für Bangkok typischen Staubedingungen verlängert hatte. Eintreffende Feuerwehrleute fanden das Gebäude Eins schwer in Flammen verwickelt und begannen bereits einzustürzen, wobei Menschen aus dem dritten und vierten Stock sprangen.
Trotz der Bemühungen der Feuerwehrleute stürzte Gebäude Eins gegen 5:14 Uhr vollständig ein. Angefacht durch starke Nordwinde breitete sich das Feuer schnell auf die Gebäude Zwei und Drei aus, bevor die Feuerwehr sie wirksam verteidigen konnte. Berichten zufolge stürzte Gebäude 5 um 30:6 Uhr und Gebäude 05 um 7:45 Uhr ein. Die Feuerwehr verhinderte erfolgreich, dass das Feuer in Gebäude 50 und die kleinere, einstöckige Werkstatt in der Nähe eindrang, und die Feuerwehrleute hatten das Feuer unter Kontrolle XNUMX:XNUMX Uhr Ungefähr XNUMX Feuerlöschgeräte waren an der Schlacht beteiligt.
Berichten zufolge funktionierten die Feuermelder in den Gebäuden 469 und 20 ordnungsgemäß, und alle Arbeiter in diesen beiden Gebäuden konnten entkommen. Die Arbeiter in Gebäude Eins hatten nicht so viel Glück. Eine große Anzahl von ihnen sprang aus den oberen Stockwerken. Insgesamt wurden 188 Arbeiter ins Krankenhaus gebracht, wo XNUMX starben. Die anderen Toten wurden bei der Suche nach dem Brand im nördlichen Treppenhaus des Gebäudes gefunden. Viele von ihnen erlagen offenbar tödlichen Verbrennungsprodukten vor oder während des Einsturzes des Gebäudes. Nach den neuesten verfügbaren Informationen sind XNUMX Menschen, die meisten von ihnen Frauen, an den Folgen dieses Feuers gestorben.
Selbst mit Hilfe von sechs großen hydraulischen Kränen, die zur Erleichterung der Suche nach Opfern an den Ort gebracht wurden, dauerte es mehrere Tage, bis alle Leichen aus den Trümmern entfernt werden konnten. Unter den Feuerwehrleuten gab es keine Todesfälle, obwohl es einen Verletzten gab.
Der Verkehr in der Umgebung, der normalerweise überlastet ist, erschwerte den Transport der Opfer in Krankenhäuser. Fast 300 verletzte Arbeiter wurden in das nahe gelegene Krankenhaus Sriwichai II gebracht, obwohl viele von ihnen in andere medizinische Einrichtungen verlegt wurden, als die Zahl der Opfer die Kapazität des Krankenhauses überstieg.
Am Tag nach dem Brand berichtete das Krankenhaus Sriwichai II, dass es 111 Brandopfer aufbewahrt habe. Das Kasemrat Hospital erhielt 120; Sriwichai Pattanana erhielt 60; Sriwichai Ich erhielt 50; Ratanathibet erhielt ich 36; Siriraj erhielt 22; und Bang Phai erhielt 17. Die restlichen 53 verletzten Arbeiter wurden zu verschiedenen anderen medizinischen Einrichtungen in der Gegend gebracht. Insgesamt waren 22 Krankenhäuser in ganz Bangkok und der Provinz Nakhon Pathom an der Behandlung der Opfer der Katastrophe beteiligt.
Das Krankenhaus Sriwichai II berichtete, dass 80 % der 111 Opfer schwere Verletzungen erlitten und 30 % operiert werden mussten. Die Hälfte der Patienten erlitt nur eine Rauchvergiftung, während der Rest auch Verbrennungen und Brüche erlitt, die von gebrochenen Knöcheln bis hin zu Schädelbrüchen reichten. Mindestens 10 % der verletzten Kader-Arbeiter, die in das Krankenhaus Sriwichai II eingeliefert werden, riskieren eine dauerhafte Lähmung.
Die Bestimmung der Brandursache wurde zu einer Herausforderung, da der Teil der Anlage, in dem es ausbrach, vollständig zerstört wurde und die Überlebenden widersprüchliche Informationen lieferten. Da das Feuer in der Nähe einer großen elektrischen Schalttafel ausbrach, dachten die Ermittler zunächst, dass Probleme mit der Elektrik die Ursache gewesen sein könnten. Sie dachten auch an Brandstiftung. Derzeit gehen die thailändischen Behörden jedoch davon aus, dass eine achtlos weggeworfene Zigarette die Zündquelle gewesen sein könnte.
Analyse des Feuers
Seit 82 Jahren wird der Fabrikbrand von Triangle Shirtwaist in New York City im Jahr 1911 von der Welt als der schlimmste industrielle Brand mit Todesopfern angesehen, bei dem die Todesopfer auf das Gebäude beschränkt waren, das den Ursprung des Feuers war. Mit 188 Todesopfern löst der Brand in der Kader-Fabrik nun jedoch den Triangle-Feuer in den Rekordbüchern ab.
Bei der Analyse des Kader-Feuers bietet ein direkter Vergleich mit dem Triangle-Feuer einen nützlichen Vergleichsmaßstab. Die beiden Gebäude waren sich in vielerlei Hinsicht ähnlich. Die Anordnung der Ausgänge war schlecht, die festen Brandschutzsysteme waren unzureichend oder unwirksam, das anfängliche Brennstoffpaket war leicht brennbar und die horizontalen und vertikalen Brandabschottungen waren unzureichend. Darüber hinaus hatte keines der Unternehmen seinen Mitarbeitern eine angemessene Brandschutzschulung angeboten. Es gibt jedoch einen deutlichen Unterschied zwischen diesen beiden Bränden: Das Fabrikgebäude von Triangle Shirtwaist stürzte nicht ein, die Kader-Gebäude jedoch.
Unzureichende Fluchtvorkehrungen waren vielleicht der wichtigste Faktor für den hohen Verlust an Menschenleben sowohl bei den Kader- als auch bei den Dreiecksbränden. Hatten die bestehenden Bestimmungen von NFPA 101, die Lebenssicherheitscode, das als direkte Folge des Triangle-Feuers errichtet wurde, in der Kader-Anlage angewendet worden wäre, wären wesentlich weniger Menschenleben verloren gegangen (NFPA 101, 1994).
Mehrere grundlegende Anforderungen der Lebenssicherheitscode beziehen sich direkt auf das Kader-Feuer. Zum Beispiel die Code verlangt, dass jedes Gebäude oder Bauwerk so gebaut, angeordnet und betrieben wird, dass seine Bewohner keiner unangemessenen Gefahr durch Feuer, Rauch, Abgase oder Panik ausgesetzt werden, die während einer Evakuierung oder während der Zeit, die für die Verteidigung erforderlich ist, auftreten können Insassen an Ort und Stelle.
Das Code erfordert auch, dass jedes Gebäude über genügend Ausgänge und andere Sicherheitsvorkehrungen in der richtigen Größe und an den richtigen Stellen verfügt, um jedem Bewohner eines Gebäudes einen Fluchtweg zu bieten. Diese Ausgänge sollten für das einzelne Gebäude oder Bauwerk geeignet sein, wobei der Charakter der Nutzung, die Fähigkeiten der Bewohner, die Anzahl der Bewohner, der verfügbare Brandschutz, die Höhe und Art der Gebäudekonstruktion und alle anderen erforderlichen Faktoren zu berücksichtigen sind allen Insassen ein angemessenes Maß an Sicherheit bieten. Dies war in der Kader-Anlage offensichtlich nicht der Fall, wo das Feuer eines der beiden Treppenhäuser von Building One blockierte und etwa 1,100 Menschen zwang, über ein einziges Treppenhaus aus dem dritten und vierten Stock zu fliehen.
Darüber hinaus sollten die Ausgänge so angeordnet und gewartet werden, dass sie einen freien und ungehinderten Ausgang aus allen Teilen eines Gebäudes ermöglichen, wenn es besetzt ist. Jeder dieser Ausgänge sollte gut sichtbar sein, oder der Weg zu jedem Ausgang sollte so gekennzeichnet sein, dass jeder Bewohner des Gebäudes, der körperlich und geistig dazu in der Lage ist, von jedem Punkt aus ohne weiteres die Fluchtrichtung erkennen kann.
Jeder vertikale Ausgang oder jede Öffnung zwischen den Etagen eines Gebäudes sollte nach Bedarf umschlossen oder geschützt werden, um die Bewohner beim Verlassen einigermaßen sicher zu halten und um zu verhindern, dass sich Feuer, Rauch und Dämpfe von Etage zu Etage ausbreiten, bevor die Bewohner die Möglichkeit hatten, sie zu benutzen die Ausgänge.
Die Ergebnisse sowohl der Triangle- als auch der Kader-Brände wurden erheblich durch das Fehlen angemessener horizontaler und vertikaler Brandabschottungen beeinflusst. Die beiden Einrichtungen waren so angeordnet und gebaut, dass sich ein Feuer in einem unteren Stockwerk schnell auf die oberen Stockwerke ausbreiten und eine große Anzahl von Arbeitern einschließen könnte.
Große, offene Arbeitsräume sind typisch für Industrieanlagen, und feuerfeste Böden und Wände müssen installiert und gewartet werden, um die Ausbreitung von Feuer von einem Bereich zum anderen zu verlangsamen. Feuer muss auch daran gehindert werden, sich von den Fenstern auf einer Etage auf die Fenster auf einer anderen Etage auszubreiten, wie es während des Triangle-Feuers der Fall war.
Die effektivste Methode zur Begrenzung der vertikalen Brandausbreitung besteht darin, Treppenhäuser, Aufzüge und andere vertikale Öffnungen zwischen Stockwerken einzuschließen. Berichte über Einrichtungen wie Lastenaufzüge in Käfigen in der Kader-Fabrik werfen erhebliche Fragen hinsichtlich der Fähigkeit der passiven Brandschutzeinrichtungen der Gebäude auf, die vertikale Ausbreitung von Feuer und Rauch zu verhindern.
Brandschutzschulung und andere Faktoren
Ein weiterer Faktor, der zu den vielen Todesopfern sowohl bei den Bränden in Triangle als auch in Kader beitrug, war das Fehlen angemessener Brandschutzschulungen und die strengen Sicherheitsverfahren beider Unternehmen.
Nach dem Brand in der Kader-Anlage berichteten Überlebende, dass die Brandschutzübungen und Brandschutzschulungen minimal waren, obwohl die Sicherheitskräfte offenbar einige Brandbekämpfungsschulungen absolviert hatten. Die Triangle Shirtwaist-Fabrik hatte keinen Evakuierungsplan und Brandschutzübungen wurden nicht durchgeführt. Darüber hinaus weisen Berichte von Triangle-Überlebenden nach dem Brand darauf hin, dass sie routinemäßig aus Sicherheitsgründen angehalten wurden, als sie das Gebäude am Ende des Arbeitstages verließen. Verschiedene Anschuldigungen von Kader-Überlebenden nach dem Brand implizieren auch, dass Sicherheitsvorkehrungen ihren Ausstieg verlangsamt haben, obwohl diese Anschuldigungen noch untersucht werden. Auf jeden Fall scheint das Fehlen eines gut verstandenen Evakuierungsplans ein wichtiger Faktor für die hohen Verluste an Menschenleben gewesen zu sein, die der Kader-Feuer erlitten hat. Kapitel 31 des Lebenssicherheitscode befasst sich mit Brandschutzübungen und Evakuierungstraining.
Das Fehlen fester automatischer Brandschutzsysteme wirkte sich auch auf den Ausgang der Brände Triangle und Kader aus. Keine der Anlagen war mit automatischen Sprinkleranlagen ausgestattet, obwohl die Kader-Gebäude über eine Brandmeldeanlage verfügten. Entsprechend der Lebenssicherheitscode, sollten Feuermelder in Gebäuden vorhanden sein, deren Größe, Anordnung oder Belegung es unwahrscheinlich machen, dass die Bewohner selbst einen Brand sofort bemerken. Leider funktionierten die Alarme Berichten zufolge in Gebäude Eins nie, was zu einer erheblichen Verzögerung bei der Evakuierung führte. In den Gebäuden zwei und drei, wo die Brandmeldeanlage wie vorgesehen funktionierte, gab es keine Todesfälle.
Brandmeldesysteme sollten in Übereinstimmung mit Dokumenten wie NFPA 72, dem National Fire Alarm Code (NFPA 72, 1993), entworfen, installiert und gewartet werden. Sprinkleranlagen sollten in Übereinstimmung mit Dokumenten wie NFPA 13, Installation von Sprinkleranlagen, und gewartet gemäß NFPA 25, Inspektion, Prüfung und Wartung von Brandschutzsystemen auf Wasserbasis (NFPA 13, 1994; NFPA 25, 1995).
Die anfänglichen Brennstoffpakete sowohl beim Triangle- als auch beim Kader-Feuer waren ähnlich. Das Triangle-Feuer begann in Lumpenbehältern und breitete sich schnell auf brennbare Kleidung und Kleidungsstücke aus, bevor es Holzmöbel in Mitleidenschaft zog, von denen einige mit Maschinenöl imprägniert waren. Das anfängliche Brennstoffpaket im Kader-Werk bestand aus Polyester- und Baumwollstoffen, verschiedenen Kunststoffen und anderen Materialien, die zur Herstellung von Stofftieren, Plastikpuppen und anderen verwandten Produkten verwendet wurden. Dies sind Materialien, die normalerweise leicht entzündet werden können, zu einem schnellen Brandwachstum und einer schnellen Ausbreitung beitragen können und eine hohe Wärmefreisetzungsrate aufweisen.
Die Industrie wird wahrscheinlich immer mit Materialien umgehen, die herausfordernde Brandschutzeigenschaften haben, aber die Hersteller sollten diese Eigenschaften erkennen und die notwendigen Vorkehrungen treffen, um die damit verbundenen Gefahren zu minimieren.
Die strukturelle Integrität des Gebäudes
Der wahrscheinlich bemerkenswerteste Unterschied zwischen den Bränden Triangle und Kader ist die Auswirkung, die sie auf die strukturelle Integrität der betroffenen Gebäude hatten. Obwohl das Triangle-Feuer die obersten drei Stockwerke des zehnstöckigen Fabrikgebäudes zerstörte, blieb das Gebäude strukturell intakt. Die Kader-Gebäude hingegen stürzten im Brandfall relativ früh ein, weil ihren tragenden Stahlkonstruktionen der Brandschutz fehlte, der es ihnen ermöglicht hätte, ihre Festigkeit bei hohen Temperaturen aufrechtzuerhalten. Eine Überprüfung der Trümmer am Standort Kader nach dem Brand ergab keinen Hinweis darauf, dass eines der Stahlelemente feuerfest gemacht worden war.
Offensichtlich stellt der Einsturz eines Gebäudes während eines Feuers eine große Bedrohung sowohl für die Bewohner des Gebäudes als auch für die an der Brandbekämpfung beteiligten Feuerwehrleute dar. Unklar ist jedoch, ob der Einsturz des Kader-Gebäudes einen direkten Einfluss auf die Zahl der Todesopfer hatte, da die Opfer zum Zeitpunkt des Einsturzes des Gebäudes möglicherweise bereits den Einwirkungen von Hitze und Verbrennungsprodukten erlegen sind. Wenn die Arbeiter in den oberen Stockwerken von Gebäude Eins bei ihrem Fluchtversuch vor Verbrennungs- und Hitzeprodukten geschützt worden wären, wäre der Einsturz des Gebäudes ein direkterer Faktor für den Verlust von Menschenleben gewesen.
Feuer Fokussierte Aufmerksamkeit auf Brandschutzprinzipien
Zu den Brandschutzprinzipien, auf die sich Kader Fire konzentriert hat, gehören die Gestaltung von Ausgängen, Brandschutzschulungen für die Bewohner, automatische Erkennungs- und Unterdrückungssysteme, Brandabgrenzungen und strukturelle Integrität. Diese Lektionen sind nicht neu. Sie wurden zum ersten Mal vor mehr als 80 Jahren beim Triangle Shirtwaist-Feuer und in jüngerer Zeit bei einer Reihe anderer tödlicher Arbeitsplatzbrände gelehrt, darunter jene in der Hühnerverarbeitungsfabrik in Hamlet, North Carolina, USA, bei denen 25 Arbeiter ums Leben kamen; in einer Puppenfabrik in Kuiyong, China, die 81 Arbeiter tötete; und im Elektrizitätswerk in Newark, New Jersey, USA, das alle 3 Arbeiter in der Anlage tötete (Grant und Klem 1994; Klem 1992; Klem und Grant 1993).
Insbesondere die Brände in North Carolina und New Jersey zeigen, dass die bloße Verfügbarkeit modernster Codes und Standards wie NFPAs Lebenssicherheitscode, kann tragische Verluste nicht verhindern. Diese Kodizes und Standards müssen ebenfalls angenommen und rigoros durchgesetzt werden, wenn sie Wirkung zeigen sollen.
Nationale, staatliche und lokale Behörden sollten prüfen, wie sie ihre Bau- und Brandschutzvorschriften durchsetzen, um festzustellen, ob neue Vorschriften erforderlich sind oder bestehende Vorschriften aktualisiert werden müssen. Bei dieser Überprüfung sollte auch festgestellt werden, ob ein Überprüfungs- und Inspektionsverfahren für den Bauplan vorhanden ist, um sicherzustellen, dass die entsprechenden Vorschriften eingehalten werden. Schließlich müssen Vorkehrungen für regelmäßige Nachkontrollen bestehender Gebäude getroffen werden, um sicherzustellen, dass das höchste Brandschutzniveau während der gesamten Lebensdauer des Gebäudes aufrechterhalten wird.
Auch Gebäudeeigentümer und -betreiber müssen sich bewusst sein, dass sie für ein sicheres Arbeitsumfeld ihrer Mitarbeiter verantwortlich sind. Zumindest muss das Brandschutzdesign auf dem neuesten Stand der Technik sein, das sich in den Brandschutzvorschriften und -normen widerspiegelt, um die Möglichkeit eines katastrophalen Brandes zu minimieren.
Wären die Kader-Gebäude mit Sprinkleranlagen und funktionierenden Feuermeldern ausgestattet gewesen, wäre der Verlust an Menschenleben vielleicht nicht so hoch gewesen. Wären die Ausgänge von Gebäude Eins besser gestaltet gewesen, wären Hunderte von Menschen möglicherweise nicht verletzt worden, als sie aus dem dritten und vierten Stockwerk gesprungen wären. Wären vertikale und horizontale Trennungen vorhanden gewesen, hätte sich das Feuer möglicherweise nicht so schnell im gesamten Gebäude ausgebreitet. Wären die Stahlkonstruktionen der Gebäude feuerfest gemacht worden, wären die Gebäude möglicherweise nicht eingestürzt.
Der Philosoph George Santayana hat geschrieben: „Wer die Vergangenheit vergisst, ist dazu verdammt, sie zu wiederholen.“ Das Kader-Feuer von 1993 war leider in vielerlei Hinsicht eine Wiederholung des Triangle Shirtwaist Fire von 1911. Wenn wir in die Zukunft blicken, müssen wir erkennen, was wir als globale Gesellschaft tun müssen, um zu verhindern, dass sich die Geschichte wiederholt selbst.
Dieser Artikel wurde mit Genehmigung von Zeballos 1993b übernommen.
Auch Lateinamerika und die Karibik sind von Naturkatastrophen nicht verschont geblieben. Katastrophenereignisse verursachen fast jedes Jahr Tote, Verletzte und enorme wirtschaftliche Schäden. Insgesamt wird geschätzt, dass die großen Naturkatastrophen der letzten zwei Jahrzehnte in dieser Region Sachschäden verursachten, von denen fast 8 Millionen Menschen betroffen waren, etwa 500,000 verletzt und 150,000 getötet wurden. Diese Zahlen stützen sich stark auf offizielle Quellen. (Es ist ziemlich schwierig, bei plötzlich auftretenden Katastrophen genaue Informationen zu erhalten, da es mehrere Informationsquellen und kein standardisiertes Informationssystem gibt.) Die Wirtschaftskommission für Lateinamerika und die Karibik (ECLAC) schätzt, dass während eines durchschnittlichen Jahres Katastrophen in Latein Amerika und die Karibik kosten 1.5 Milliarden US-Dollar und fordern 6,000 Menschenleben (Jovel 1991).
Tabelle 1 listet größere Naturkatastrophen auf, die die Länder der Region im Zeitraum 1970-93 heimgesucht haben. Es sollte beachtet werden, dass sich langsam einsetzende Katastrophen wie Dürren und Überschwemmungen nicht enthalten sind.
Tabelle 1. Größere Katastrophen in Lateinamerika und der Karibik, 1970-93
Jahr |
Land |
Art der |
Anzahl der Todesfälle |
Europäische Sommerzeit. nein. von |
1970 |
Peru |
Erdbeben |
66,679 |
3,139,000 |
1972 |
Nicaragua |
Erdbeben |
10,000 |
400,000 |
1976 |
Guatemala |
Erdbeben |
23,000 |
1,200,000 |
1980 |
Haiti |
Hurrikan (Allen) |
220 |
330,000 |
1982 |
México |
Vulkanausbruch |
3,000 |
60,000 |
1985 |
México |
Erdbeben |
10,000 |
60,000 |
1985 |
Kolumbien |
Vulkanausbruch |
23,000 |
200,000 |
1986 |
El Salvador |
Erdbeben |
1,100 |
500,000 |
1988 |
Jamaika |
Hurrikan (Gilbert) |
45 |
500,000 |
1988 |
México |
Hurrikan (Gilbert) |
250 |
200,000 |
1988 |
Nicaragua |
Hurrikan (Joan) |
116 |
185,000 |
1989 |
Montserrat, |
Hurrikan (Hugo) |
56 |
220,000 |
1990 |
Peru |
Erdbeben |
21 |
130,000 |
1991 |
Costa Rica |
Erdbeben |
51 |
19,700 |
1992 |
Nicaragua |
Tsunami |
116 |
13,500 |
1993 |
Honduras |
Tropensturm |
103 |
11,000 |
Quelle: PAHO 1989; OFDA (USAID), 1989; UNDRO 1990.
Economic Impact
In den letzten Jahrzehnten hat ECLAC umfangreiche Untersuchungen zu den sozialen und wirtschaftlichen Auswirkungen von Katastrophen durchgeführt. Dies hat deutlich gezeigt, dass Katastrophen negative Auswirkungen auf die soziale und wirtschaftliche Entwicklung in Entwicklungsländern haben. In der Tat übersteigen die durch eine Katastrophe größeren Ausmaßes verursachten finanziellen Verluste oft die gesamten jährlichen Bruttoeinnahmen des betroffenen Landes. Es überrascht nicht, dass solche Ereignisse betroffene Länder lähmen und weit verbreitete politische und soziale Unruhen hervorrufen können.
Im Wesentlichen haben Katastrophen drei Arten von wirtschaftlichen Auswirkungen:
Tabelle 2 zeigt die geschätzten Schäden, die durch sechs große Naturkatastrophen verursacht wurden. Während solche Verluste für entwickelte Länder mit starken Volkswirtschaften nicht besonders verheerend erscheinen mögen, können sie schwerwiegende und dauerhafte Auswirkungen auf die schwachen und anfälligen Volkswirtschaften von Entwicklungsländern haben (PAHO 1989).
Tabelle 2. Verluste aufgrund von sechs Naturkatastrophen
Katastrophe |
Ort |
Jahre) |
Gesamtverluste |
Erdbeben |
México |
1985 |
4,337 |
Erdbeben |
El Salvador |
1986 |
937 |
Erdbeben |
Ecuador |
1987 |
1,001 |
Vulkanausbruch (Nevado del Ruiz) |
Kolumbien |
1985 |
224 |
Überschwemmungen, Dürre („El Niño“) |
Peru, Ecuador, Bolivien |
1982-83 |
3,970 |
Hurrikan (Joan) |
Nicaragua |
1988 |
870 |
Quelle: PAHO 1989; ECLAC.
Die Gesundheitsinfrastruktur
Bei jedem größeren katastrophenbedingten Notfall besteht die erste Priorität darin, Leben zu retten und die Verletzten sofort zu versorgen. Unter den für diese Zwecke mobilisierten Rettungsdiensten spielen Krankenhäuser eine Schlüsselrolle. Tatsächlich bilden Krankenhäuser in Ländern mit einem standardisierten Notfallversorgungssystem (wo das Konzept „medizinischer Notfalldienst“ die Bereitstellung von Notfallversorgung durch die Koordinierung unabhängiger Teilsysteme umfasst, an denen Sanitäter, Feuerwehrleute und Rettungsteams beteiligt sind) die Hauptkomponente dieses Systems (PAHO 1989).
Krankenhäuser und andere Gesundheitseinrichtungen sind dicht belegt. Sie beherbergen Patienten, Personal und Besucher und sind rund um die Uhr in Betrieb. Patienten können von speziellen Geräten umgeben oder an lebenserhaltende Systeme angeschlossen sein, die von der Stromversorgung abhängig sind. Laut Projektdokumenten, die von der Interamerikanischen Entwicklungsbank (IDB) erhältlich sind (persönliche Mitteilung, Tomas Engler, IDB), variieren die geschätzten Kosten für ein Krankenhausbett in einem spezialisierten Krankenhaus von Land zu Land, aber der Durchschnitt liegt zwischen 24 und 60,000 US-Dollar 80,000 US-Dollar und ist höher für hochspezialisierte Einrichtungen.
In den Vereinigten Staaten, insbesondere in Kalifornien, mit seiner umfangreichen Erfahrung in erdbebensicherer Technik können die Kosten für ein Krankenhausbett 110,000 US-Dollar übersteigen. Zusammenfassend sind moderne Krankenhäuser hochkomplexe Einrichtungen, die die Funktionen von Hotels, Büros, Labors und Lagern vereinen (Peisert et al. 1984; FEMA 1990).
Diese Gesundheitseinrichtungen sind sehr anfällig für Wirbelstürme und Erdbeben. Dies wurde durch frühere Erfahrungen in Lateinamerika und der Karibik deutlich gezeigt. Wie beispielsweise Tabelle 3 zeigt, beschädigten nur drei Katastrophen in den 1980er Jahren 39 Krankenhäuser und zerstörten etwa 11,332 Krankenhausbetten in El Salvador, Jamaika und Mexiko. Neben Schäden an diesen physischen Anlagen in kritischen Zeiten muss der Verlust von Menschenleben (einschließlich des Todes hochqualifizierter lokaler Fachkräfte mit vielversprechender Zukunft) berücksichtigt werden (siehe Tabelle 4 und Tabelle 5).
Tabelle 3. Anzahl der Krankenhäuser und Krankenhausbetten, die durch drei große Naturkatastrophen beschädigt oder zerstört wurden
Art der Katastrophe |
Anzahl Krankenhäuser |
Anzahl der verlorenen Betten |
Erdbeben, Mexiko (Bundesdistrikt, September 1985) |
13 |
4,387 |
Erdbeben, El Salvador (San Salvador, Oktober 1986) |
4 |
1,860 |
Hurrikan Gilbert (Jamaika, September 1988) |
23 |
5,085 |
Gesamt |
40 |
11,332 |
Quelle: PAHO 1989; OFDA (USAID) 1989; ECLAC.
Tabelle 4. Opfer in zwei durch das Erdbeben 1985 in Mexiko eingestürzten Krankenhäusern
Eingestürzte Krankenhäuser |
||||
Allgemeinkrankenhaus |
Juarez-Krankenhaus |
|||
Nummer |
% |
Nummer |
% |
|
Getötete |
295 |
62.6 |
561 |
75.8 |
Rescued |
129 |
27.4 |
179 |
24.2 |
Vermisst |
47 |
10.0 |
- |
- |
Gesamt |
471 |
100.0 |
740 |
100.0 |
Quelle: PAHO 1987.
Tabelle 5. Durch das Erdbeben in Chile im März 1985 verlorene Krankenhausbetten
Region |
Anzahl bestehender Krankenhäuser |
Anzahl der Betten |
Betten in der Region verloren |
|
Nein. |
% |
|||
Metropolregion |
26 |
11,464 |
2,373 |
20.7 |
Region 5 (Viña del Mar, Valparaíso, |
23 |
4,573 |
622 |
13.6 |
Region 6 (Rancagua) |
15 |
1,413 |
212 |
15.0 |
Region 7 (Ralca, Meula) |
15 |
2,286 |
64 |
2.8 |
Gesamt |
79 |
19,736 |
3,271 |
16.6 |
Quelle: Wyllie und Durkin 1986.
Derzeit ist die Überlebensfähigkeit vieler lateinamerikanischer Krankenhäuser bei Erdbebenkatastrophen ungewiss. Viele dieser Krankenhäuser sind in alten Gebäuden untergebracht, von denen einige aus der spanischen Kolonialzeit stammen. und während viele andere zeitgenössische Gebäude mit ansprechendem architektonischem Design bewohnen, macht die laxe Anwendung von Bauvorschriften ihre Fähigkeit, Erdbeben zu widerstehen, fraglich.
Risikofaktoren bei Erdbeben
Von den verschiedenen Arten plötzlicher Naturkatastrophen sind Erdbeben bei weitem die schädlichsten für Krankenhäuser. Natürlich hat jedes Erdbeben seine eigenen Merkmale in Bezug auf sein Epizentrum, die Art der seismischen Wellen, die geologische Beschaffenheit des Bodens, durch den sich die Wellen bewegen, und so weiter. Dennoch haben Studien bestimmte gemeinsame Faktoren aufgedeckt, die dazu neigen, Tod und Verletzungen zu verursachen, und bestimmte andere, die dazu neigen, sie zu verhindern. Zu diesen Faktoren gehören strukturelle Merkmale im Zusammenhang mit Gebäudeversagen, verschiedene Faktoren im Zusammenhang mit menschlichem Verhalten und bestimmte Merkmale von nicht baulichen Ausrüstungen, Einrichtungsgegenständen und anderen Gegenständen in Gebäuden.
In den letzten Jahren haben Wissenschaftler und Planer der Identifizierung von Risikofaktoren, die Krankenhäuser betreffen, besondere Aufmerksamkeit geschenkt, in der Hoffnung, bessere Empfehlungen und Normen für den Bau und die Organisation von Krankenhäusern in stark gefährdeten Gebieten zu formulieren. Eine kurze Auflistung relevanter Risikofaktoren ist in Tabelle 6 aufgeführt. Es wurde beobachtet, dass diese Risikofaktoren, insbesondere diejenigen im Zusammenhang mit den strukturellen Aspekten, die Zerstörungsmuster während eines Erdbebens in Armenien im Dezember 1988 beeinflussten, bei dem etwa 25,000 Menschen getötet, 1,100,000 betroffen und zerstört wurden schwer beschädigt 377 Schulen, 560 Gesundheitseinrichtungen und 324 Gemeinde- und Kulturzentren (USAID 1989).
Tabelle 6. Risikofaktoren im Zusammenhang mit Erdbebenschäden an der Krankenhausinfrastruktur
Strukturell |
Nicht strukturiert |
Behavioural |
Design |
Medizinische Ausrüstung |
Allgemein zugängliche Information |
Bauqualität |
Die Laborausrüstung |
Motivation |
|
Büroausstattung |
Pläne |
Materialien |
Schränke, Regale |
Bildungsprogramme |
Bodenbedingungen |
Herde, Kühlschränke, Heizungen |
Ausbildung des Gesundheitspersonals |
Seismische Eigenschaften |
Röntgengeräte |
|
Zeitpunkt des Ereignisses |
Reaktive Materialien |
|
Bevölkerungsdichte |
|
|
Schäden in ähnlichem Ausmaß ereigneten sich im Juni 1990, als ein Erdbeben im Iran etwa 40,000 Menschen tötete, 60,000 weitere verletzte, 500,000 obdachlos machte und 60 bis 90 % der Gebäude in den betroffenen Gebieten einstürzte (UNDRO 1990).
Um diesen und ähnlichen Katastrophen zu begegnen, wurde 1989 in Lima, Peru, ein internationales Seminar über die Planung, Gestaltung, Instandsetzung und Verwaltung von Krankenhäusern in erdbebengefährdeten Gebieten abgehalten. Das Seminar, gesponsert von PAHO, der Nationalen Universität für Ingenieurwesen Perus und dem peruanisch-japanischen Zentrum für seismische Forschung (CISMID), brachte Architekten, Ingenieure und Krankenhausverwalter zusammen, um Fragen im Zusammenhang mit Gesundheitseinrichtungen in diesen Gebieten zu untersuchen. Das Seminar genehmigte einen Kern technischer Empfehlungen und Verpflichtungen, die auf die Durchführung von Schwachstellenanalysen von Krankenhausinfrastrukturen, die Verbesserung des Designs neuer Einrichtungen und die Festlegung von Sicherheitsmaßnahmen für bestehende Krankenhäuser gerichtet sind, mit Schwerpunkt auf solchen, die sich in Gebieten mit hohem Erdbebenrisiko befinden (CISMID 1989).
Empfehlungen zur Krankenhausbereitschaft
Wie aus dem Vorhergehenden hervorgeht, bildet die Katastrophenvorsorge von Krankenhäusern eine wichtige Komponente des PAHO-Büros für Notfallvorsorge und Katastrophenhilfe. In den letzten zehn Jahren wurden die Mitgliedsländer ermutigt, auf dieses Ziel ausgerichtete Aktivitäten zu verfolgen, darunter die folgenden:
Im weiteren Sinne besteht ein Hauptziel der aktuellen Internationalen Dekade zur Reduzierung von Naturkatastrophen (IDNDR) darin, nationale Gesundheitsbehörden und politische Entscheidungsträger auf der ganzen Welt anzuziehen, zu motivieren und zu verpflichten, um sie dadurch zu ermutigen, die auf die Bewältigung von Katastrophen ausgerichteten Gesundheitsdienste zu stärken und um die Anfälligkeit dieser Dienste in den Entwicklungsländern zu verringern.
Fragen zu technologischen Unfällen
In den letzten zwei Jahrzehnten sind die Entwicklungsländer in einen intensiven Wettbewerb um die industrielle Entwicklung eingetreten. Die Hauptgründe für diesen Wettbewerb sind folgende:
Leider haben die unternommenen Anstrengungen nicht immer zum Erreichen der beabsichtigten Ziele geführt. In der Tat haben die Flexibilität bei der Gewinnung von Kapitalinvestitionen, das Fehlen einer soliden Regulierung in Bezug auf Arbeitssicherheit und Umweltschutz, Nachlässigkeit beim Betrieb von Industrieanlagen, die Verwendung veralteter Technologie und andere Aspekte dazu beigetragen, das Risiko von technologischen Unfällen in bestimmten Bereichen zu erhöhen .
Darüber hinaus ist die fehlende Regulierung der Errichtung menschlicher Siedlungen in der Nähe von oder um Industrieanlagen ein zusätzlicher Risikofaktor. In lateinamerikanischen Großstädten ist es üblich, dass menschliche Siedlungen praktisch Industriekomplexe umgeben, und die Bewohner dieser Siedlungen sind sich der potenziellen Risiken nicht bewusst (Zeballos 1993a).
Um Unfälle wie 1992 in Guadalajara (Mexiko) zu vermeiden, werden zum Schutz der Industriearbeiter und der Bevölkerung folgende Richtlinien für den Aufbau chemischer Industrien vorgeschlagen:
80. Tagung der IAO, 2. Juni 1993
80. Tagung der IAO, 2. Juni 1993
TEIL I. GELTUNGSBEREICH UND DEFINITIONEN
Artikel 1
1. Zweck dieses Übereinkommens ist die Verhütung schwerer Unfälle mit gefährlichen Stoffen und die Begrenzung der Folgen solcher Unfälle.…
Artikel 3
Für die Zwecke dieses Übereinkommens:
a) bedeutet der Ausdruck „Gefahrstoff“ einen Stoff oder ein Stoffgemisch, das aufgrund seiner chemischen, physikalischen oder toxikologischen Eigenschaften entweder einzeln oder in Kombination eine Gefahr darstellt;
(b) der Begriff „Schwellenwert“ bezeichnet für einen bestimmten gefährlichen Stoff oder eine bestimmte Kategorie von Stoffen die Menge, die in den nationalen Gesetzen und Vorschriften unter Bezugnahme auf bestimmte Bedingungen vorgeschrieben ist und bei deren Überschreitung eine Anlage mit großem Risiko identifiziert wird;
(c) bedeutet der Ausdruck „Störstoffanlage“ eine Anlage, die dauerhaft oder vorübergehend einen oder mehrere gefährliche Stoffe oder Stoffkategorien in Mengen, die die Mengenschwelle überschreiten, herstellt, verarbeitet, handhabt, verwendet, entsorgt oder lagert;
(d) bezeichnet der Begriff „schwerer Unfall“ ein plötzliches Ereignis – wie eine größere Emission, ein Feuer oder eine Explosion – im Verlauf einer Tätigkeit innerhalb einer Anlage mit großem Gefahrenpotenzial, an dem ein oder mehrere gefährliche Stoffe beteiligt sind und das zu einer ernsthaften Gefahr für Arbeitnehmer führt , der Öffentlichkeit oder der Umwelt, ob unmittelbar oder verzögert;
e) bedeutet der Ausdruck „Sicherheitsbericht“ eine schriftliche Darstellung der technischen, Management- und Betriebsinformationen, die die Gefahren und Risiken einer Anlage mit großem Gefahrenpotential und ihre Beherrschung abdecken und eine Begründung für die Maßnahmen enthalten, die für die Sicherheit der Anlage ergriffen wurden;
(f) bezeichnet der Begriff „Beinaheunfall“ jedes plötzliche Ereignis mit einem oder mehreren gefährlichen Stoffen, das ohne mildernde Wirkungen, Maßnahmen oder Systeme zu einem schweren Unfall hätte eskalieren können.
TEIL II. ALLGEMEINE GRUNDSÄTZE
Artikel 4
1. Im Lichte der innerstaatlichen Gesetze und Vorschriften, Bedingungen und Gepflogenheiten und in Absprache mit den repräsentativsten Arbeitgeber- und Arbeitnehmerverbänden und mit anderen interessierten Parteien, die betroffen sein können, formuliert jedes Mitglied eine kohärente innerstaatliche Politik, setzt diese um und überprüft sie regelmäßig über den Schutz der Arbeitnehmer, der Öffentlichkeit und der Umwelt vor der Gefahr schwerer Unfälle.
2. Diese Politik wird durch Präventiv- und Schutzmaßnahmen für Anlagen mit großem Gefahrenpotential umgesetzt und soll, soweit praktikabel, den Einsatz der besten verfügbaren Sicherheitstechnologien fördern.
Artikel 5
1. Die zuständige Behörde oder eine von der zuständigen Behörde zugelassene oder anerkannte Stelle richtet nach Anhörung der repräsentativsten Arbeitgeber- und Arbeitnehmerverbände und anderer interessierter Kreise, die betroffen sein können, ein System zur Ermittlung von Anlagen mit großem Risiko wie definiert ein in Artikel 3 Buchstabe c auf der Grundlage einer Liste von Gefahrstoffen oder Kategorien von Gefahrstoffen oder von beidem zusammen mit ihren jeweiligen Mengenschwellen in Übereinstimmung mit nationalen Gesetzen und Vorschriften oder internationalen Standards.
2. Das in Absatz 1 genannte System wird regelmäßig überprüft und aktualisiert.
Artikel 6
Die zuständige Behörde trifft nach Anhörung der betroffenen repräsentativen Verbände der Arbeitgeber und Arbeitnehmer besondere Vorkehrungen zum Schutz vertraulicher Informationen, die ihr gemäß den Artikeln 8, 12, 13 oder 14 übermittelt oder zugänglich gemacht werden und deren Offenlegung Schaden zufügen könnte des Unternehmens eines Arbeitgebers, solange diese Bestimmung nicht zu einer ernsthaften Gefahr für die Arbeitnehmer, die Öffentlichkeit oder die Umwelt führt.
TEIL III. VERANTWORTLICHKEITEN DER ARBEITGEBER IDENTIFIZIERUNG
Artikel 7
Die Arbeitgeber müssen auf der Grundlage des in Artikel 5 genannten Systems jede ihrer Kontrolle unterliegende Anlage mit größeren Gefahren ermitteln.
ANMELDUNG
Artikel 8
1. Die Arbeitgeber melden der zuständigen Behörde jede Anlage mit größeren Gefahren, die sie festgestellt haben:
(a) innerhalb eines festen Zeitrahmens für eine bestehende Anlage;
(b) bei einer Neuanlage vor der Inbetriebnahme.
2. Die Arbeitgeber müssen die zuständige Behörde auch vor jeder endgültigen Schließung einer Anlage mit Störgefahr benachrichtigen.
Artikel 9
In Bezug auf jede Anlage mit größeren Gefahren muss der Arbeitgeber ein dokumentiertes System zur Beherrschung größerer Gefahren einrichten und aufrechterhalten, das Vorkehrungen für Folgendes umfasst:
(a) die Ermittlung und Analyse von Gefahren und die Bewertung von Risiken, einschließlich der Berücksichtigung möglicher Wechselwirkungen zwischen Stoffen;
(b) technische Maßnahmen, einschließlich Design, Sicherheitssysteme, Konstruktion, Auswahl der Chemikalien, Betrieb, Wartung und systematische Inspektion der Anlage;
(c) organisatorische Maßnahmen, einschließlich Schulung und Unterweisung des Personals, Bereitstellung von Ausrüstung, um deren Sicherheit zu gewährleisten, Personalbestand, Arbeitszeiten, Festlegung von Verantwortlichkeiten und Kontrollen von externen Auftragnehmern und Zeitarbeitskräften auf dem Gelände der Anlage;
(d) Notfallpläne und -verfahren, einschließlich:
(i) die Ausarbeitung wirksamer Notfallpläne und -verfahren für den Standort, einschließlich
medizinische Notfallverfahren, die bei schweren Unfällen oder Bedrohungen anzuwenden sind
davon mit regelmäßiger Prüfung und Bewertung ihrer Wirksamkeit und Überarbeitung als
notwendig;
(ii) die Bereitstellung von Informationen über mögliche Unfälle und Notfallpläne für den Standort
Behörden und Stellen, die für die Erstellung von Notfallplänen zuständig sind und
Verfahren zum Schutz der Öffentlichkeit und der Umwelt außerhalb des Standorts
die Installation;
(iii) alle erforderlichen Konsultationen mit diesen Behörden und Stellen;
(e) Maßnahmen zur Begrenzung der Folgen eines schweren Unfalls;
(f) Beratung mit Arbeitnehmern und ihren Vertretern;
(g) Verbesserung des Systems, einschließlich Maßnahmen zum Sammeln von Informationen und Analysieren von Unfällen und Beinaheunfällen. Die so gewonnenen Erkenntnisse sind mit den Arbeitnehmern und ihren Vertretern zu erörtern und in Übereinstimmung mit den innerstaatlichen Rechtsvorschriften und Gepflogenheiten aufzuzeichnen.…
* * *
TEIL IV. ZUSTÄNDIGKEITEN DER ZUSTÄNDIGEN BEHÖRDEN
NOTFALLBEREITSCHAFT AUSSERHALB DES STANDORTS
Artikel 15
Die zuständige Behörde stellt unter Berücksichtigung der Angaben des Arbeitgebers sicher, dass Notfallpläne und -verfahren mit Bestimmungen zum Schutz der Bevölkerung und der Umwelt außerhalb des Standorts jeder Störfallanlage erstellt, in angemessenen Abständen aktualisiert und mit der zuständigen Behörde abgestimmt werden zuständigen Behörden und Stellen.
Artikel 16
Die zuständige Behörde stellt sicher, dass:
(a) Informationen über Sicherheitsmaßnahmen und das richtige Verhalten bei einem schweren Unfall an Mitglieder der Öffentlichkeit, die von einem schweren Unfall betroffen sein könnten, weitergegeben werden, ohne dass sie darum ersuchen müssen, und dass diese Informationen aktualisiert und neu verbreitet werden angemessene Intervalle;
(b) bei einem schweren Unfall so schnell wie möglich gewarnt wird;
(c) wenn ein schwerer Unfall grenzüberschreitende Auswirkungen haben könnte, werden die unter (a) und (b) oben erforderlichen Informationen den betroffenen Staaten zur Verfügung gestellt, um bei Kooperations- und Koordinierungsvereinbarungen behilflich zu sein.
Artikel 17
Die zuständige Behörde legt eine umfassende Standortpolitik fest, die die angemessene Trennung geplanter Anlagen mit größeren Gefahren von Arbeits- und Wohngebieten und öffentlichen Einrichtungen sowie geeignete Maßnahmen für bestehende Anlagen vorsieht. Eine solche Politik muss die in Teil II des Übereinkommens dargelegten allgemeinen Grundsätze widerspiegeln.
PRÜFUNG
Artikel 18
1. Die zuständige Behörde muss über ausreichend qualifiziertes und geschultes Personal mit den entsprechenden Fähigkeiten und ausreichender technischer und fachlicher Unterstützung verfügen, um die in diesem Übereinkommen behandelten Angelegenheiten zu inspizieren, zu untersuchen, zu bewerten und zu beraten und die Einhaltung der innerstaatlichen Gesetze und Vorschriften sicherzustellen .
2. Vertreter des Arbeitgebers und Vertreter der Arbeitnehmer einer Anlage mit großem Risiko haben die Möglichkeit, Inspektoren zu begleiten, die die Anwendung der gemäß diesem Übereinkommen vorgeschriebenen Maßnahmen überwachen, es sei denn, die Inspektoren erwägen im Lichte der allgemeinen Anweisungen des zuständige Behörde, dass dies die Erfüllung ihrer Pflichten beeinträchtigen könnte.
Artikel 19
Die zuständige Behörde hat das Recht, jeden Betrieb auszusetzen, bei dem die unmittelbare Gefahr eines schweren Unfalls besteht.
TEIL V. RECHTE UND PFLICHTEN DER ARBEITNEHMER UND IHRER VERTRETER
Artikel 20
Die Arbeitnehmer und ihre Vertreter in einer Anlage mit großer Gefährdung müssen durch geeignete kooperative Mechanismen konsultiert werden, um ein sicheres Arbeitssystem zu gewährleisten. Insbesondere müssen die Arbeitnehmer und ihre Vertreter:
(a) in angemessener und geeigneter Weise über die Gefahren informiert sein, die mit der gefährlichen Anlage und ihren wahrscheinlichen Folgen verbunden sind;
(b) über alle Anordnungen, Anweisungen oder Empfehlungen der zuständigen Behörde informiert werden;
(c) bei der Erstellung der folgenden Dokumente konsultiert werden und Zugang zu diesen haben:
(i) den Sicherheitsbericht;
(ii) Notfallpläne und -verfahren;
(iii) Unfallberichte;
(d) regelmäßig in den Praktiken und Verfahren zur Verhütung schwerer Unfälle und zur Beherrschung von Entwicklungen, die zu einem schweren Unfall führen können, und in den bei einem schweren Unfall zu befolgenden Notfallmaßnahmen unterwiesen und geschult werden;
(e) im Rahmen ihrer Tätigkeit und ohne Nachteile Abhilfe schaffen und erforderlichenfalls die Tätigkeit unterbrechen, wenn sie aufgrund ihrer Ausbildung und Erfahrung begründeten Anlass zu der Annahme haben, dass eine unmittelbare Gefahr besteht eines schweren Unfalls und benachrichtigen ihren Vorgesetzten oder schlagen gegebenenfalls Alarm, bevor oder sobald wie möglich nach einer solchen Maßnahme;
(f) mit dem Arbeitgeber alle potenziellen Gefahren zu erörtern, die ihrer Ansicht nach einen schweren Unfall verursachen könnten, und das Recht haben, die zuständige Behörde über diese Gefahren zu informieren.
Artikel 21
Arbeitnehmer, die am Standort einer gefährlichen Anlage beschäftigt sind, müssen:
(a) alle Praktiken und Verfahren einhalten, die sich auf die Verhütung schwerer Unfälle und die Kontrolle von Entwicklungen beziehen, die wahrscheinlich zu einem schweren Unfall innerhalb der Anlage mit Störgefahr führen;
(b) im Falle eines schweren Unfalls alle Notfallmaßnahmen einhalten.
TEIL VI. VERANTWORTLICHKEIT DER AUSFUHRSTAATEN
Artikel 22
Wenn in einem ausführenden Mitgliedstaat die Verwendung gefährlicher Stoffe, Technologien oder Verfahren als potenzielle Quelle eines schweren Unfalls verboten ist, stellt der ausführende Mitgliedstaat jedem einführenden Mitgliedstaat Informationen über dieses Verbot und die Gründe dafür zur Verfügung Land.
Quelle: Auszüge, Übereinkommen Nr. 174 (ILO 1993).
Es gibt mehrere Möglichkeiten, eine Dosis ionisierender Strahlung zu definieren, die jeweils für unterschiedliche Zwecke geeignet sind.
Aufgenommene Dosis
Die absorbierte Dosis entspricht am ehesten der pharmakologischen Dosis. Während die pharmakologische Dosis die Menge einer Substanz ist, die einem Probanden pro Gewichtseinheit oder Oberfläche verabreicht wird, ist die radiologische Energiedosis die Energiemenge, die durch ionisierende Strahlung pro Masseneinheit übertragen wird. Die absorbierte Dosis wird in Gray gemessen (1 Gray = 1 Joule/kg).
Wenn Individuen homogen exponiert werden – zum Beispiel durch externe Bestrahlung durch kosmische und terrestrische Strahlen oder durch interne Bestrahlung durch im Körper vorhandenes Kalium-40 – erhalten alle Organe und Gewebe die gleiche Dosis. Unter diesen Umständen ist es angebracht, von zu sprechen ganzer Körper Dosis. Es ist jedoch möglich, dass die Exposition nicht homogen ist, in diesem Fall erhalten einige Organe und Gewebe deutlich höhere Dosen als andere. In diesem Fall ist es relevanter, in Begriffen zu denken Organdosis. Zum Beispiel führt das Einatmen von Radon-Tochterprodukten zu einer Exposition von im Wesentlichen nur der Lunge, und die Aufnahme von radioaktivem Jod führt zu einer Bestrahlung der Schilddrüse. In diesen Fällen kann man von Lungendosis und Schilddrüsendosis sprechen.
Es wurden jedoch auch andere Dosiseinheiten entwickelt, die unterschiedliche Wirkungen verschiedener Strahlungsarten und die unterschiedliche Strahlenempfindlichkeit von Geweben und Organen berücksichtigen.
Äquivalentdosis
Die Entwicklung biologischer Wirkungen (z. B. Hemmung des Zellwachstums, Zelltod, Azoospermie) hängt nicht nur von der absorbierten Dosis, sondern auch von der spezifischen Strahlungsart ab. Alphastrahlung hat ein größeres ionisierendes Potential als Beta- oder Gammastrahlung. Die Äquivalentdosis berücksichtigt diese Differenz durch Anwendung strahlungsspezifischer Gewichtungsfaktoren. Der Wichtungsfaktor für Gamma- und Betastrahlung (niedriges Ionisationspotential) ist gleich 1, für Alphateilchen (hohes Ionisationspotential) ist er 20 (ICRP 60). Die Äquivalentdosis wird in Sievert (Sv) gemessen.
Wirksame Dosis
Bei inhomogener Bestrahlung (z. B. Exposition verschiedener Organe gegenüber unterschiedlichen Radionukliden) kann es sinnvoll sein, eine Globaldosis zu berechnen, die die von allen Organen und Geweben aufgenommenen Dosen integriert. Dies erfordert die Berücksichtigung der Strahlenempfindlichkeit jedes Gewebes und Organs, berechnet aus den Ergebnissen epidemiologischer Studien zu strahleninduzierten Krebsarten. Die effektive Dosis wird in Sievert (Sv) gemessen (ICRP 1991). Die effektive Dosis wurde zum Zwecke des Strahlenschutzes (dh des Risikomanagements) entwickelt und ist daher für die Verwendung in epidemiologischen Studien zu den Wirkungen ionisierender Strahlung ungeeignet.
Kollektive Dosis
Die Kollektivdosis spiegelt die Exposition einer Gruppe oder Bevölkerung und nicht eines Individuums wider und ist nützlich, um die Folgen einer Exposition gegenüber ionisierender Strahlung auf Bevölkerungs- oder Gruppenebene zu bewerten. Sie errechnet sich aus der Summe der erhaltenen Einzeldosen oder aus der Multiplikation der durchschnittlichen Einzeldosis mit der Anzahl der exponierten Personen in den betreffenden Gruppen oder Populationen. Die Kollektivdosis wird in Mann-Sievert (Man Sv) gemessen.
Das Studium der Gefahren, der Elektrophysiologie und der Verhütung von Elektrounfällen erfordert ein Verständnis mehrerer technischer und medizinischer Konzepte.
Die folgenden Definitionen elektrobiologischer Begriffe sind Kapitel 891 des International Electrotechnical Vocabulary (Electrobiology) (International Electrotechnical Commission) (IEC) (1979) entnommen.
An Elektroschock ist die physiopathologische Wirkung, die sich aus dem direkten oder indirekten Durchgang eines äußeren elektrischen Stroms durch den Körper ergibt. Es umfasst direkte und indirekte Kontakte sowie unipolare und bipolare Ströme.
Personen – lebend oder verstorben – die einen Stromschlag erlitten haben, sollen gelitten haben Elektrifizierung; der Begriff Stromschlag sollte Todesfällen vorbehalten bleiben. Blitzeinschläge sind tödliche Stromschläge durch Blitzschlag (Gourbiere et al. 1994).
Internationale Statistiken zu Elektrounfällen wurden vom Internationalen Arbeitsamt (ILO), der Europäischen Union (EU), der Union Internationale des Producteurs et Distributors d'énergie électrique (UNIPEDE), der Internationalen Vereinigung für Soziale Sicherheit (ISSA) und dem TC64-Ausschuss der Internationalen Elektrotechnischen Kommission. Die Interpretation dieser Statistiken wird durch Unterschiede in den Datenerhebungsverfahren, Versicherungspolicen und Definitionen tödlicher Unfälle von Land zu Land behindert. Dennoch sind folgende Abschätzungen der Stromschlagrate möglich (Tabelle 1).
Tabelle 1. Schätzungen der Stromschlagrate - 1988
Stromschläge |
Gesamt |
|
USA* |
2.9 |
714 |
Frankreich |
2.0 |
115 |
Deutschland |
1.6 |
99 |
Österreich |
0.9 |
11 |
Japan |
0.9 |
112 |
Schweden |
0.6 |
13 |
* Nach Angaben der National Fire Protection Association (Massachusetts, USA) spiegeln diese US-Statistiken eher eine umfangreiche Datensammlung und gesetzliche Meldepflichten wider als eine gefährlichere Umgebung. US-Statistiken umfassen Todesfälle durch Kontakt mit öffentlichen Übertragungssystemen und durch Verbraucherprodukte verursachte Stromschläge. 1988 wurden 290 Todesfälle durch Konsumgüter verursacht (1.2 Todesfälle pro Million Einwohner). 1993 sank die Todesrate durch Stromschlag jeglicher Ursache auf 550 (2.1 Todesfälle pro Million Einwohner); 38 % waren verbraucherproduktbezogen (0.8 Todesfälle pro Million Einwohner).
Die Zahl der Stromschläge nimmt langsam ab, sowohl in absoluten Zahlen als auch, noch auffälliger, als Funktion des gesamten Stromverbrauchs. Etwa die Hälfte der Stromunfälle sind beruflich bedingt, die andere Hälfte ereignet sich zu Hause und bei Freizeitaktivitäten. In Frankreich betrug die durchschnittliche Zahl der Todesfälle zwischen 1968 und 1991 151 Todesfälle pro Jahr, so die Nationales Institut für Gesundheit und medizinische Forschung (INSERM).
Physikalische und physiopathologische Grundlagen der Elektrifizierung
Elektrospezialisten unterteilen elektrische Kontakte in zwei Gruppen: direkte Kontakte, die Kontakt mit spannungsführenden Komponenten beinhalten, und indirekte Kontakte, die Kontakt mit geerdeten Kontakten beinhalten. Jede davon erfordert grundlegend unterschiedliche präventive Maßnahmen.
Aus medizinischer Sicht ist der Stromweg durch den Körper die entscheidende prognostische und therapeutische Determinante. Beispielsweise führt ein zweipoliger Kontakt des Mundes eines Kindes mit einem Stecker eines Verlängerungskabels zu äußerst schweren Verbrennungen im Mund – aber nicht zum Tod, wenn das Kind gut vom Boden isoliert ist.
In Arbeitsumgebungen, in denen hohe Spannungen üblich sind, kann es auch zu Lichtbögen zwischen einem unter Hochspannung stehenden aktiven Bauteil und Arbeitern kommen, die sich zu nah nähern. Auch bestimmte Arbeitssituationen können sich auf die Folgen von Stromunfällen auswirken: Beispielsweise können Arbeiter stürzen oder sich unangemessen verhalten, wenn sie von einem ansonsten relativ harmlosen Stromschlag überrascht werden.
Stromunfälle können durch den gesamten Spannungsbereich am Arbeitsplatz verursacht werden. Jeder Industriesektor hat seine eigenen Bedingungen, die einen direkten, indirekten, unipolaren, bipolaren, Lichtbogen- oder induzierten Kontakt und letztendlich Unfälle verursachen können. Obwohl es natürlich den Rahmen dieses Artikels sprengen würde, alle menschlichen Aktivitäten zu beschreiben, die mit Elektrizität zu tun haben, ist es nützlich, den Leser an die folgenden Hauptarten von Elektroarbeiten zu erinnern, die Gegenstand internationaler Präventionsrichtlinien waren, die im Kapitel beschrieben werden Verhütung:
Physiopathologie
Alle Variablen des Jouleschen Gleichstromgesetzes—
W=V x I x t = RI2t
(die von einem elektrischen Strom erzeugte Wärme ist proportional zum Widerstand und zum Quadrat des Stroms) – sind eng miteinander verbunden. Bei Wechselstrom muss zusätzlich der Einfluss der Frequenz berücksichtigt werden (Folliot 1982).
Lebewesen sind elektrische Leiter. Elektrifizierung tritt auf, wenn zwischen zwei Punkten im Organismus eine Potentialdifferenz besteht. Es ist wichtig zu betonen, dass die Gefahr eines elektrischen Unfalls nicht durch bloßen Kontakt mit einem stromführenden Leiter entsteht, sondern vielmehr durch gleichzeitigen Kontakt mit einem stromführenden Leiter und einem anderen Körper auf einem anderen Potential.
Die Gewebe und Organe entlang des Strompfades können einer funktionellen motorischen Erregung unterliegen, in einigen Fällen irreversibel, oder vorübergehend oder dauerhaft geschädigt werden, im Allgemeinen als Folge von Verbrennungen. Das Ausmaß dieser Verletzungen ist eine Funktion der freigesetzten Energie oder der Strommenge, die durch sie hindurchfließt. Die Laufzeit des elektrischen Stroms ist daher entscheidend für den Grad der Verletzung. (Zum Beispiel erzeugen Zitteraale und Rochen äußerst unangenehme Entladungen, die Bewusstlosigkeit hervorrufen können. Trotz einer Spannung von 600 V, einer Stromstärke von ungefähr 1 A und einem Objektwiderstand von ungefähr 600 Ohm sind diese Fische jedoch nicht in der Lage, eine tödlicher Schock, da die Entladungsdauer zu kurz ist, in der Größenordnung von zehn Mikrosekunden.) Daher ist der Tod bei hohen Spannungen (> 1,000 V) häufig auf das Ausmaß der Verbrennungen zurückzuführen. Bei niedrigeren Spannungen ist der Tod eine Funktion der Strommenge (Q=Ich x t), die das Herz erreichen, bestimmt durch Art, Ort und Fläche der Kontaktpunkte.
In den folgenden Abschnitten werden der Mechanismus des Todes durch Stromunfälle, die effektivsten Soforttherapien und die Faktoren erörtert, die die Schwere der Verletzung bestimmen – nämlich Widerstand, Intensität, Spannung, Frequenz und Wellenform.
Todesursachen bei elektrischen Unfällen in der Industrie
In seltenen Fällen kann Asphyxie die Todesursache sein. Dies kann durch anhaltenden Tetanus des Zwerchfells, Hemmung der Atemzentren bei Kopfkontakt oder sehr hohe Stromdichten, zB durch Blitzschlag, verursacht werden (Gourbiere et al. 1994). Wenn die Versorgung innerhalb von drei Minuten erfolgen kann, kann das Opfer mit ein paar Atemzügen einer Mund-zu-Mund-Beatmung wiederbelebt werden.
Andererseits bleibt der periphere Kreislaufkollaps als Folge von Kammerflimmern die Haupttodesursache. Dies entwickelt sich ausnahmslos in Abwesenheit einer gleichzeitig mit der Mund-zu-Mund-Beatmung angewendeten Herzdruckmassage. Diese Eingriffe, die allen Elektrikern beigebracht werden sollten, sollten bis zum Eintreffen der medizinischen Notfallversorgung aufrechterhalten werden, was fast immer länger als drei Minuten dauert. Sehr viele Elektropathologen und Ingenieure auf der ganzen Welt haben die Ursachen von Kammerflimmern untersucht, um bessere passive oder aktive Schutzmaßnahmen zu entwickeln (International Electrotechnical Commission 1987; 1994). Die zufällige Desynchronisation des Myokards erfordert einen anhaltenden elektrischen Strom mit einer bestimmten Frequenz, Intensität und Laufzeit. Am wichtigsten ist, dass das elektrische Signal während des sogenannten Myokards ankommt anfällige Phase des Herzzyklus, entsprechend dem Beginn der T-Welle des Elektrokardiogramms.
Die International Electrotechnical Commission (1987; 1994) hat Kurven erstellt, die die Auswirkung der Stromstärke und der Laufzeit auf die Wahrscheinlichkeit (ausgedrückt in Prozent) von Fibrillation und den Hand-Fuß-Strompfad bei einem 70 kg schweren Mann bei guter Gesundheit beschreiben. Diese Werkzeuge sind für industrielle Ströme im Frequenzbereich von 15 bis 100 Hz geeignet, wobei derzeit höhere Frequenzen untersucht werden. Für Laufzeiten von weniger als 10 ms ist die Fläche unter der elektrischen Signalkurve eine vernünftige Annäherung an die elektrische Energie.
Rolle verschiedener elektrischer Parameter
Jeder der elektrischen Parameter (Strom, Spannung, Widerstand, Zeit, Frequenz) und Wellenform sind wichtige Determinanten von Verletzungen, sowohl für sich als auch aufgrund ihrer Wechselwirkung.
Stromschwellenwerte wurden für Wechselstrom sowie für andere oben definierte Bedingungen festgelegt. Die Stromstärke während der Elektrifizierung ist unbekannt, da sie eine Funktion des Gewebewiderstands im Moment des Kontakts ist (I = V/R), ist aber im Allgemeinen bei Pegeln von etwa 1 mA wahrnehmbar. Relativ niedrige Ströme können Muskelkontraktionen verursachen, die ein Opfer daran hindern können, ein energetisiertes Objekt loszulassen. Die Schwelle dieses Stroms ist eine Funktion von Kondensation, Kontaktfläche, Kontaktdruck und individuellen Schwankungen. Nahezu alle Männer und fast alle Frauen und Kinder können bei Strömen bis 6 mA loslassen. Bei 10 mA wurde beobachtet, dass 98.5 % der Männer und 60 % der Frauen und 7.5 % der Kinder loslassen können. Nur 7.5 % der Männer und keine Frauen oder Kinder können bei 20 mA loslassen. Bei 30 mA und mehr kann niemand loslassen.
Ströme von etwa 25 mA können Tetanus des Zwerchfells, des stärksten Atemmuskels, verursachen. Wenn der Kontakt drei Minuten lang aufrechterhalten wird, kann es auch zum Herzstillstand kommen.
Kammerflimmern wird bei Pegeln von etwa 45 mA zur Gefahr, mit einer Wahrscheinlichkeit von 5 % bei Erwachsenen nach 5 Sekunden Kontakt. Bei Herzoperationen, zugegebenermaßen ein Sonderzustand, ein Strom von 20 bis 100 × 10-6Eine direkte Anwendung auf das Myokard reicht aus, um ein Flimmern zu induzieren. Diese myokardiale Empfindlichkeit ist der Grund für strenge Standards, die für elektromedizinische Geräte gelten.
Alle anderen Dinge (V, R, Frequenz) sind Stromschwellen auch abhängig von Wellenform, Tierart, Gewicht, Stromrichtung im Herzen, Verhältnis der Stromlaufzeit zum Herzzyklus, Punkt im Herzzyklus, an dem der Strom ankommt, und individuelle Faktoren.
Die bei Unfällen auftretende Spannung ist allgemein bekannt. Bei direktem Kontakt sind Kammerflimmern und die Schwere von Verbrennungen direkt proportional zur Spannung, da
V = RI und W = V x I x t
Verbrennungen durch Hochspannungs-Elektroschocks sind mit vielen Komplikationen verbunden, von denen nur einige vorhersehbar sind. Dementsprechend müssen Unfallopfer von sachkundigen Fachkräften betreut werden. Die Wärmefreisetzung erfolgt hauptsächlich in den Muskeln und neurovaskulären Bündeln. Plasmaaustritt nach Gewebeschädigung verursacht Schock, in manchen Fällen schnell und intensiv. Bei einer bestimmten Oberfläche sind elektrothermische Verbrennungen – Verbrennungen, die durch elektrischen Strom verursacht werden – immer schwerer als andere Arten von Verbrennungen. Elektrothermische Verbrennungen treten sowohl äußerlich als auch innerlich auf und können, obwohl dies zunächst nicht offensichtlich ist, Gefäßschäden mit schwerwiegenden Nebenwirkungen hervorrufen. Dazu gehören innere Stenosen und Thromben, die aufgrund der dadurch induzierten Nekrose häufig eine Amputation erforderlich machen.
Die Gewebezerstörung ist auch für die Freisetzung von Chromoproteinen wie Myoglobin verantwortlich. Eine solche Freisetzung wird auch bei Opfern von Quetschverletzungen beobachtet, obwohl das Ausmaß der Freisetzung bei Opfern von Hochspannungsverbrennungen bemerkenswert ist. Es wird angenommen, dass die Myoglobin-Präzipitation in den Nierentubuli als Folge einer durch Anoxie und Hyperkaliämie verursachten Azidose die Ursache der Anurie ist. Diese experimentell bestätigte, aber nicht allgemein akzeptierte Theorie ist die Grundlage für Empfehlungen zur sofortigen Alkalisierungstherapie. Die empfohlene Vorgehensweise ist die intravenöse Alkalisierung, die auch Hypovolämie und Azidose infolge des Zelltods korrigiert.
Bei indirekten Kontakten die Berührungsspannung (V) und konventionelle Spannungsgrenze müssen ebenfalls berücksichtigt werden.
Die Berührungsspannung ist die Spannung, der eine Person ausgesetzt wird, wenn sie gleichzeitig zwei Leiter berührt, zwischen denen aufgrund mangelhafter Isolierung eine Spannungsdifferenz besteht. Die Intensität des resultierenden Stromflusses hängt von den Widerständen des menschlichen Körpers und des äußeren Stromkreises ab. Dieser Strom darf nicht über sichere Werte ansteigen, dh er muss sicheren Zeit-Strom-Kurven entsprechen. Die höchste Kontaktspannung, die auf unbestimmte Zeit toleriert werden kann, ohne elektropathologische Wirkungen hervorzurufen, wird als die bezeichnet herkömmliche Spannungsbegrenzung oder, intuitiver, die Sicherheitsspannung.
Der tatsächliche Widerstandswert bei Stromunfällen ist unbekannt. Schwankungen der Reihenwiderstände – zum Beispiel Kleidung und Schuhe – erklären einen Großteil der Schwankungen, die bei den Auswirkungen scheinbar ähnlicher Elektrounfälle beobachtet werden, haben aber wenig Einfluss auf das Ergebnis von Unfällen mit bipolaren Kontakten und Hochspannungselektrifizierungen. Bei Wechselspannung muss der Einfluss kapazitiver und induktiver Erscheinungen zur Standardberechnung nach Spannung und Strom hinzugerechnet werden (R=V/I).
Der Widerstand des menschlichen Körpers ist die Summe des Hautwiderstandes (R) an den beiden Berührungspunkten und dem Körperinnenwiderstand (R). Der Hautwiderstand variiert mit Umgebungsfaktoren und ist, wie von Biegelmeir (International Electrotechnical Commission 1987; 1994) festgestellt, teilweise eine Funktion der Kontaktspannung. Auch andere Faktoren wie Druck, Kontaktfläche, Hautbeschaffenheit an der Kontaktstelle und individuelle Faktoren beeinflussen den Widerstand. Es ist daher unrealistisch zu versuchen, vorbeugende Maßnahmen auf Schätzungen des Hautwiderstands zu stützen. Prävention sollte stattdessen auf der Anpassung von Geräten und Verfahren an den Menschen beruhen und nicht umgekehrt. Der Einfachheit halber hat die IEC vier Arten von Umgebungen definiert – trocken, feucht, nass und Eintauchen – und Parameter definiert, die für die Planung von Präventionsmaßnahmen in jedem Fall nützlich sind.
Die Frequenz des für Stromunfälle verantwortlichen elektrischen Signals ist allgemein bekannt. In Europa sind es fast immer 50 Hz und in Amerika generell 60 Hz. In seltenen Fällen bei Eisenbahnen in Ländern wie Deutschland, Österreich und der Schweiz können es 16 sein 2/3 Hz, eine Frequenz, die theoretisch ein größeres Risiko für Tetanisierung und Kammerflimmern darstellt. Es sollte daran erinnert werden, dass Flimmern keine Muskelreaktion ist, sondern durch wiederholte Stimulation verursacht wird, mit einer maximalen Empfindlichkeit bei etwa 10 Hz. Dies erklärt, warum extrem niederfrequenter Wechselstrom bei gegebener Spannung im Hinblick auf andere Wirkungen als Verbrennungen als drei- bis fünfmal gefährlicher angesehen wird als Gleichstrom.
Die zuvor beschriebenen Schwellenwerte sind direkt proportional zur Frequenz des Stroms. Bei 10 kHz ist die Erkennungsschwelle also zehnmal höher. Die IEC untersucht überarbeitete Fibrillationsgefahrenkurven für Frequenzen über 1,000 Hz (International Electrotechnical Commission 1994).
Ab einer bestimmten Frequenz ändern sich die physikalischen Gesetzmäßigkeiten der Stromdurchdringung im Körper vollständig. Thermische Effekte in Bezug auf die freigesetzte Energiemenge werden zum Haupteffekt, da kapazitive und induktive Phänomene zu dominieren beginnen.
Die Wellenform des elektrischen Signals, das für einen elektrischen Unfall verantwortlich ist, ist normalerweise bekannt. Es kann ein wichtiger Faktor für Verletzungen bei Unfällen mit Kontakt mit Kondensatoren oder Halbleitern sein.
Klinische Studie zum Elektroschock
Klassischerweise werden Elektrifizierungen in Nieder- (50 bis 1,000 V) und Hochspannungsereignisse (>1,000 V) unterteilt.
Niederspannung ist eine bekannte, ja allgegenwärtige Gefahr, und durch sie verursachte Stromschläge sind in Haushalt, Freizeit, Landwirtschaft und Krankenhaus sowie in der Industrie anzutreffen.
Bei der Betrachtung des Bereichs von Niederspannungs-Elektroschocks, von den trivialsten bis zu den schwerwiegendsten, müssen wir mit unkomplizierten Elektroschocks beginnen. In diesen Fällen sind die Opfer in der Lage, sich selbst aus dem Schaden zu befreien, das Bewusstsein zu bewahren und eine normale Belüftung aufrechtzuerhalten. Kardiale Wirkungen sind auf eine einfache Sinustachykardie mit oder ohne geringfügige elektrokardiographische Anomalien beschränkt. Trotz der relativ geringen Folgen solcher Unfälle bleibt die Elektrokardiographie eine angemessene medizinische und rechtsmedizinische Vorsorge. Die technische Untersuchung dieser potenziell schwerwiegenden Vorfälle ist als Ergänzung zur klinischen Untersuchung indiziert (Gilet und Choquet 1990).
Schockopfer mit etwas stärkeren und länger anhaltenden elektrischen Kontaktschlägen können unter Störungen oder Bewusstlosigkeit leiden, erholen sich jedoch mehr oder weniger schnell vollständig; Behandlung beschleunigt die Genesung. Die Untersuchung zeigt im Allgemeinen neuromuskuläre Hypertonien, hyperreflektive Ventilationsprobleme und Kongestion, von denen letztere oft sekundär zu einer oropharyngealen Obstruktion sind. Kardiovaskuläre Störungen sind sekundär zu Hypoxie oder Anoxie oder können die Form von Tachykardie, Bluthochdruck und in einigen Fällen sogar Infarkt annehmen. Patienten mit diesen Erkrankungen müssen im Krankenhaus behandelt werden.
Die gelegentlichen Opfer, die innerhalb weniger Sekunden nach dem Kontakt das Bewusstsein verlieren, erscheinen blass oder zyanotisch, hören auf zu atmen, haben kaum wahrnehmbare Pulse und zeigen Mydriasis, was auf eine akute Gehirnverletzung hinweist. Obwohl in der Regel auf Kammerflimmern zurückzuführen, ist die genaue Pathogenese dieses scheinbaren Todes jedoch irrelevant. Wichtig ist der rasche Beginn einer wohldefinierten Therapie, da seit längerem bekannt ist, dass dieser Krankheitszustand nie zum Tod führt. Die Prognose in diesen Fällen von Stromschlägen, von denen eine vollständige Genesung möglich ist, hängt von der Schnelligkeit und Qualität der Ersten Hilfe ab. Statistisch gesehen wird diese am ehesten von nichtmedizinischem Personal durchgeführt, weshalb eine Schulung aller Elektrofachkräfte in den grundlegenden überlebenssichernden Eingriffen indiziert ist.
Bei offensichtlichem Tod muss die Notfallbehandlung Vorrang haben. In anderen Fällen muss jedoch auf multiple Traumata geachtet werden, die durch heftigen Tetanus, Stürze oder das Hochschleudern des Opfers durch die Luft verursacht wurden. Sobald die unmittelbare lebensbedrohliche Gefahr beseitigt ist, sollten Verletzungen und Verbrennungen, einschließlich solcher, die durch Niederspannungskontakte verursacht wurden, behandelt werden.
Bei Hochspannungsunfällen kommt es neben den bei Niederspannungsunfällen beschriebenen Folgen zu erheblichen Verbrennungen. Die Umwandlung von elektrischer Energie in Wärme erfolgt sowohl intern als auch extern. In einer Studie über elektrische Unfälle in Frankreich, die von der medizinischen Abteilung des Energieversorgers EDF-GDF durchgeführt wurde, erlitten fast 80 % der Opfer Verbrennungen. Diese lassen sich in vier Gruppen einteilen:
Nachsorge- und Ergänzungsuntersuchungen werden je nach Unfallgeschehen nach Bedarf durchgeführt. Die zur Erstellung einer Prognose oder für medizinisch-rechtliche Zwecke verwendete Strategie wird natürlich durch die Art der beobachteten oder erwarteten Komplikationen bestimmt. Bei Hochspannungselektrifizierungen (Folliot 1982) und Blitzeinschlägen (Gourbiere et al. 1994) sind Enzymologie und die Analyse von Chromoproteinen und Blutgerinnungsparametern obligatorisch.
Der Genesungsverlauf nach einem Elektrotrauma kann durchaus durch frühe oder späte Komplikationen beeinträchtigt werden, insbesondere solche, die das Herz-Kreislauf-, Nerven- und Nierensystem betreffen. Diese Komplikationen an sich sind Grund genug, Opfer von Hochspannungselektrifizierungen ins Krankenhaus zu bringen. Einige Komplikationen können funktionelle oder kosmetische Folgen hinterlassen.
Wenn der Strompfad derart ist, dass ein signifikanter Strom das Herz erreicht, werden kardiovaskuläre Komplikationen vorliegen. Die am häufigsten beobachteten und harmlosesten davon sind funktionelle Störungen mit oder ohne klinische Korrelate. Arrhythmien – Sinustachykardie, Extrasystole, Flattern und Vorhofflimmern (in dieser Reihenfolge) – sind die häufigsten elektrokardiographischen Anomalien und können bleibende Folgen haben. Leitungsstörungen sind seltener und lassen sich ohne vorheriges Elektrokardiogramm nur schwer mit Stromunfällen in Verbindung bringen.
Schwerwiegendere Erkrankungen wie Herzversagen, Klappenverletzungen und Myokardverbrennungen wurden ebenfalls berichtet, sind aber selbst bei Opfern von Hochspannungsunfällen selten. Es wurden auch eindeutige Fälle von Angina pectoris und sogar Infarkten gemeldet.
Periphere Gefäßverletzungen können in der Woche nach der Hochspannungselektrifizierung beobachtet werden. Mehrere pathogene Mechanismen wurden vorgeschlagen: arterieller Spasmus, die Einwirkung von elektrischem Strom auf die medialen und muskulären Schichten der Gefäße und die Veränderung der Blutgerinnungsparameter.
Eine Vielzahl von neurologischen Komplikationen ist möglich. Am frühesten tritt ein Schlaganfall auf, unabhängig davon, ob das Opfer zunächst einen Bewusstseinsverlust erlitten hat. Die Physiopathologie dieser Komplikationen umfasst ein Schädeltrauma (dessen Vorhandensein festgestellt werden sollte), die direkte Wirkung von Strom auf den Kopf oder die Veränderung des zerebralen Blutflusses und die Induktion eines verzögerten zerebralen Ödems. Außerdem können durch Traumata oder die direkte Einwirkung von elektrischem Strom medulläre und sekundäre periphere Komplikationen verursacht werden.
Sensibilitätsstörungen betreffen das Auge und das audiovestibuläre oder cochleäre System. Es ist wichtig, die Hornhaut, die Augenlinse und den Augenhintergrund so schnell wie möglich zu untersuchen und Opfer von Lichtbögen und direktem Kopfkontakt auf verzögerte Auswirkungen zu verfolgen. Katarakte können sich nach einer symptomfreien Zeit von mehreren Monaten entwickeln. Vestibuläre Störungen und Hörverlust sind hauptsächlich auf Explosionseffekte und, bei Opfern von Blitzeinschlägen, die über Telefonleitungen übertragen wurden, auf elektrische Traumata zurückzuführen (Gourbiere et al. 1994).
Verbesserungen in mobilen Notfallpraxen haben die Häufigkeit von Nierenkomplikationen, insbesondere Oligo-Anurie, bei Opfern von Hochspannungselektrifizierungen stark reduziert. Eine frühzeitige und sorgfältige Rehydrierung und intravenöse Alkalisierung ist die Behandlung der Wahl bei Opfern schwerer Verbrennungen. Einige wenige Fälle von Albuminurie und persistierender mikroskopischer Hämaturie wurden berichtet.
Klinische Porträts und diagnostische Probleme
Das klinische Bild des Elektroschocks wird durch die Vielfalt industrieller Anwendungen von Elektrizität und die zunehmende Häufigkeit und Vielfalt medizinischer Anwendungen von Elektrizität erschwert. Elektrounfälle wurden jedoch lange Zeit ausschließlich durch Blitzeinschläge verursacht (Gourbiere et al. 1994). Bei Blitzeinschlägen kann es zu beachtlichen Strommengen kommen: Jedes dritte Opfer eines Blitzeinschlags stirbt. Die Auswirkungen eines Blitzeinschlags – Verbrennungen und scheinbarer Tod – sind vergleichbar mit denen von Industrieelektrizität und sind auf elektrischen Schlag, die Umwandlung elektrischer Energie in Wärme, Explosionseffekte und die elektrischen Eigenschaften von Blitzen zurückzuführen.
Blitzeinschläge sind bei Männern dreimal so häufig wie bei Frauen. Dies spiegelt Arbeitsmuster mit unterschiedlichen Blitzexpositionsrisiken wider.
Verbrennungen durch Kontakt mit geerdeten metallischen Oberflächen elektrischer Skalpelle sind die häufigsten Folgen, die bei Opfern iatrogener Elektrifizierung beobachtet werden. Die Größe akzeptabler Leckströme in elektromedizinischen Geräten variiert von Gerät zu Gerät. Mindestens Herstellerangaben und Anwendungsempfehlungen sollten beachtet werden.
Zum Abschluss dieses Abschnitts möchten wir auf den Sonderfall des Stromschlags bei Schwangeren eingehen. Dies kann zum Tod der Frau, des Fötus oder beider führen. In einem bemerkenswerten Fall wurde ein lebender Fötus 15 Minuten nach dem Tod seiner Mutter an den Folgen eines Stromschlags durch einen 220-V-Schock erfolgreich per Kaiserschnitt entbunden (Folliot 1982).
Die pathophysiologischen Mechanismen der durch Elektroschock verursachten Abtreibung bedürfen weiterer Untersuchungen. Wird es durch Leitungsstörungen im embryonalen Herzschlauch verursacht, der einem Spannungsgradienten ausgesetzt ist, oder durch einen Riss der Plazenta infolge einer Vasokonstriktion?
Das Auftreten von Stromunfällen wie diesem glücklicherweise seltenen ist ein weiterer Grund, alle Fälle von Verletzungen durch Strom zu melden.
Positive und gerichtsmedizinische Diagnose
Die Umstände, unter denen ein elektrischer Schlag auftritt, sind im Allgemeinen ausreichend klar, um eine eindeutige ätiologische Diagnose zu ermöglichen. Dies ist jedoch auch im industriellen Umfeld nicht immer der Fall.
Die Diagnose eines Kreislaufversagens nach einem Stromschlag ist äußerst wichtig, da es erforderlich ist, dass Umstehende sofort und mit grundlegender Erster Hilfe beginnen, sobald der Strom abgeschaltet wurde. Atemstillstand bei fehlendem Puls ist eine unbedingte Indikation für den Beginn einer Herzmassage und Mund-zu-Mund-Beatmung. Bisher wurden diese nur durchgeführt, wenn eine Mydriasis (Erweiterung der Pupillen), ein diagnostisches Zeichen einer akuten Hirnschädigung, vorlag. Derzeitige Praxis ist es jedoch, mit diesen Eingriffen zu beginnen, sobald der Puls nicht mehr nachweisbar ist.
Da es einige Sekunden dauern kann, bis sich ein Bewusstseinsverlust aufgrund von Kammerflimmern entwickelt, können sich die Opfer möglicherweise von den für den Unfall verantwortlichen Geräten distanzieren. Dies kann von medizinrechtlicher Bedeutung sein – zum Beispiel, wenn ein Unfallopfer mehrere Meter von einem Schaltschrank oder einer anderen Spannungsquelle entfernt ohne Spuren einer elektrischen Verletzung gefunden wird.
Es kann nicht genug betont werden, dass das Fehlen elektrischer Verbrennungen die Möglichkeit eines Stromschlags nicht ausschließt. Wenn die Autopsie von Personen, die in elektrischen Umgebungen oder in der Nähe von Geräten gefunden wurden, die gefährliche Spannungen entwickeln können, keine sichtbaren Jelinek-Läsionen und keine offensichtlichen Todeszeichen zeigt, sollte ein Stromschlag in Betracht gezogen werden.
Wird die Leiche im Freien gefunden, wird durch das Ausschlussverfahren die Diagnose Blitzeinschlag gestellt. In einem Umkreis von 50 Metern um den Körper herum sollte nach Anzeichen für einen Blitzeinschlag gesucht werden. Das Museum für Elektropathologie in Wien bietet eine fesselnde Ausstellung solcher Zeichen, einschließlich karbonisierter Vegetation und verglastem Sand. Vom Opfer getragene Metallgegenstände können schmelzen.
Obwohl Selbstmord durch elektrische Mittel in der Industrie glücklicherweise selten ist, bleibt der Tod durch Mitverschulden eine traurige Realität. Dies gilt insbesondere für nicht standardmäßige Standorte, insbesondere für die Installation und den Betrieb provisorischer elektrischer Einrichtungen unter anspruchsvollen Bedingungen.
Elektrische Unfälle sollten eigentlich nicht mehr vorkommen, wenn es wirksame vorbeugende Maßnahmen gibt, die im Artikel „Prävention und Normen“ beschrieben sind.
Alle Materialien unterscheiden sich in dem Grad, in dem elektrische Ladungen sie passieren können. Dirigenten Ladungen fließen lassen, während Isolatoren Ladungsverkehr behindern. Elektrostatik ist das Gebiet, das der Untersuchung von Ladungen oder geladenen Körpern in Ruhe gewidmet ist. Statische Elektrizität entsteht, wenn sich an Gegenständen elektrische Ladungen aufbauen, die sich nicht bewegen. Fließen die Ladungen, entsteht ein Strom und der Strom ist nicht mehr statisch. Der Strom, der durch bewegte Ladungen entsteht, wird von Laien allgemein als Elektrizität bezeichnet und in den anderen Artikeln dieses Kapitels behandelt. Statische Elektrifizierung bezeichnet jeden Prozess, der zur Trennung positiver und negativer elektrischer Ladungen führt. Die Leitung wird mit einer Eigenschaft namens gemessen Leitfähigkeit, während ein Isolator durch seine gekennzeichnet ist Widerstand. Als Folge mechanischer Prozesse kann es zu einer Ladungstrennung kommen, die zur Elektrifizierung führt – beispielsweise durch Kontakt zwischen Gegenständen und Reibung oder durch den Zusammenstoß zweier Oberflächen. Die Oberflächen können zwei Festkörper oder ein Festkörper und eine Flüssigkeit sein. Der mechanische Prozess kann seltener das Aufbrechen oder Trennen von festen oder flüssigen Oberflächen sein. Dieser Artikel konzentriert sich auf Kontakt und Reibung.
Elektrifizierungsprozesse
Das Phänomen der Erzeugung statischer Elektrizität durch Reibung (Triboelektrifizierung) ist seit Tausenden von Jahren bekannt. Der Kontakt zwischen zwei Materialien reicht aus, um eine Elektrifizierung zu induzieren. Reibung ist einfach eine Art Wechselwirkung, die die Kontaktfläche vergrößert und Wärme erzeugt –Reibung ist der allgemeine Begriff, um die Bewegung zweier Objekte in Kontakt zu beschreiben; der ausgeübte Druck, seine Schergeschwindigkeit und die erzeugte Wärme sind die Hauptdeterminanten der durch Reibung erzeugten Ladung. Manchmal führt Reibung auch zum Abreißen fester Partikel.
Wenn die beiden in Kontakt stehenden Festkörper Metalle sind (Metall-Metall-Kontakt), wandern Elektronen von einem zum anderen. Jedes Metall ist durch ein anderes Anfangspotential (Fermipotential) gekennzeichnet, und die Natur bewegt sich immer in Richtung Gleichgewicht – das heißt, natürliche Phänomene arbeiten daran, die Potentialunterschiede zu beseitigen. Diese Wanderung von Elektronen führt zur Erzeugung eines Kontaktpotentials. Da die Ladungen in einem Metall sehr mobil sind (Metalle sind hervorragende Leiter), rekombinieren die Ladungen sogar am letzten Kontaktpunkt, bevor die beiden Metalle getrennt werden. Es ist daher unmöglich, eine Elektrifizierung herbeizuführen, indem zwei Metalle zusammengebracht und dann getrennt werden; Die Ladungen fließen immer, um die Potentialdifferenz zu beseitigen.
Wenn eine Metall und ein Isolator im Vakuum in nahezu reibungsfreien Kontakt kommen, nähert sich das Energieniveau der Elektronen im Metall dem des Isolators an. Oberflächen- oder Massenverunreinigungen verursachen dies und verhindern außerdem eine Lichtbogenbildung (die Entladung von Elektrizität zwischen den beiden geladenen Körpern – den Elektroden) bei der Trennung. Die auf den Isolator übertragene Ladung ist proportional zur Elektronenaffinität des Metalls, und jeder Isolator hat auch eine damit verbundene Elektronenaffinität oder Anziehungskraft für Elektronen. Somit ist auch eine Übertragung positiver oder negativer Ionen vom Isolator auf das Metall möglich. Die Ladung auf der Oberfläche nach Kontakt und Trennung wird durch Gleichung 1 in Tabelle 1 beschrieben.
Tabelle 1. Grundlegende Zusammenhänge in der Elektrostatik – Gleichungssammlung
Gleichung 1: Aufladung durch Kontakt eines Metalls mit einem Isolator
Im Allgemeinen ist die Oberflächenladungsdichte () nach Kontakt und Trennung
kann ausgedrückt werden durch:
woher
e ist die Ladung eines Elektrons
NE ist die Energiezustandsdichte an der Oberfläche des Isolators
fi die Elektronenaffinität des Isolators ist, und
fm ist die Elektronenaffinität des Metalls
Gleichung 2: Aufladung nach Kontakt zwischen zwei Isolatoren
Für den Ladungstransfer gilt die folgende allgemeine Form von Gleichung 1
zwischen zwei Isolatoren mit unterschiedlichen Energiezuständen (nur bei perfekt sauberen Oberflächen):
woher NE1 und NE2 sind die Energiezustandsdichten an der Oberfläche der beiden Isolatoren,
und Ø1 und Ø 2 sind die Elektronenaffinitäten der beiden Isolatoren.
Gleichung 3: Maximale Oberflächenladungsdichte
Die Spannungsfestigkeit (EG) des umgebenden Gases setzt der Ladung eine obere Grenze
möglich, auf einer ebenen isolierenden Oberfläche zu erzeugen. In der Luft, EG beträgt etwa 3 MV/m.
Die maximale Oberflächenladungsdichte ist gegeben durch:
Gleichung 4: Maximale Ladung auf einem kugelförmigen Teilchen
Wenn nominell kugelförmige Teilchen durch den Koronaeffekt aufgeladen werden, das Maximum
Die Ladung, die jedes Teilchen annehmen kann, ist durch die Pauthenier-Grenze gegeben:
woher
qmax ist die maximale Gebühr
a ist der Teilchenradius
eI ist die relative Permittivität und
Gleichung 5: Entladungen von Leitern
Das Potential eines isolierten, geladenen Leiters Q ist gegeben durch V = Q/C und
die gespeicherte Energie durch:
Gleichung 6: Zeitverlauf des Potentials des geladenen Leiters
In einem von konstantem Strom aufgeladenen Leiter (IG), der zeitliche Verlauf der
Potenzial wird beschrieben durch:
woher Rf ist der Ableitwiderstand des Leiters
Gleichung 7: Endpotential des geladenen Leiters
Für lange Zeit natürlich, t >Rf C, dies reduziert sich auf:
und die gespeicherte Energie ist gegeben durch:
Gleichung 8: Gespeicherte Energie des geladenen Leiters
Wenn sich zwei Isolatoren berühren, kommt es aufgrund der unterschiedlichen Zustände ihrer Oberflächenenergie zu einem Ladungstransfer (Gleichung 2, Tabelle 1). Auf die Oberfläche eines Isolators übertragene Ladungen können tiefer in das Material wandern. Feuchtigkeit und Oberflächenverunreinigung können das Verhalten von Ladungen stark verändern. Insbesondere die Oberflächenfeuchtigkeit erhöht die Oberflächenenergiezustandsdichten durch Erhöhen der Oberflächenleitung, was die Ladungsrekombination begünstigt und die Ionenmobilität erleichtert. Die meisten Menschen werden dies aus ihrer täglichen Lebenserfahrung daran erkennen, dass sie bei trockenen Bedingungen dazu neigen, statischer Elektrizität ausgesetzt zu sein. Der Wassergehalt einiger Polymere (Kunststoffe) ändert sich während des Ladens. Die Zunahme oder Abnahme des Wassergehalts kann sogar die Richtung des Ladungsflusses (seine Polarität) umkehren.
Die Polarität (relative Positivität und Negativität) zweier Isolatoren in Kontakt miteinander hängt von der Elektronenaffinität jedes Materials ab. Isolatoren können nach ihrer Elektronenaffinität eingestuft werden, und einige veranschaulichende Werte sind in Tabelle 2 aufgeführt. Die Elektronenaffinität eines Isolators ist eine wichtige Überlegung für Präventionsprogramme, die später in diesem Artikel besprochen werden.
Tabelle 2. Elektronenaffinitäten ausgewählter Polymere*
Berechnen |
Material |
Elektronenaffinität (EV) |
- |
PVC (Polyvinylchlorid) |
4.85 |
Polyamid |
4.36 |
|
Polycarbonat |
4.26 |
|
PTFE (Polytetrafluorethylen) |
4.26 |
|
PETP (Polyethylenterephthalat) |
4.25 |
|
Polystyrol |
4.22 |
|
+ |
Polyamid |
4.08 |
* Ein Material erhält eine positive Ladung, wenn es mit einem darüber aufgeführten Material in Kontakt kommt, und eine negative Ladung, wenn es mit einem darunter aufgeführten Material in Kontakt kommt. Die Elektronenaffinität eines Isolators ist jedoch multifaktoriell.
Obwohl versucht wurde, eine triboelektrische Reihe zu erstellen, die Materialien so einordnet, dass diejenigen, die bei Kontakt mit Materialien eine positive Ladung annehmen, in der Reihe höher erscheinen als diejenigen, die bei Kontakt eine negative Ladung annehmen, wurde keine allgemein anerkannte Reihe erstellt.
Treffen ein Feststoff und eine Flüssigkeit aufeinander (um a Fest-Flüssig-Grenzfläche) erfolgt eine Ladungsübertragung aufgrund der Wanderung von Ionen, die in der Flüssigkeit vorhanden sind. Diese Ionen entstehen durch die Dissoziation von eventuell vorhandenen Verunreinigungen oder durch elektrochemische Oxidations-Reduktions-Reaktionen. Da es in der Praxis keine vollkommen reinen Flüssigkeiten gibt, sind immer mindestens einige positive und negative Ionen in der Flüssigkeit verfügbar, um an die Flüssig-Fest-Grenzfläche zu binden. Es gibt viele Arten von Mechanismen, durch die diese Bindung erfolgen kann (z. B. elektrostatische Haftung an Metalloberflächen, chemische Absorption, elektrolytische Injektion, Dissoziation polarer Gruppen und, wenn die Gefäßwand isolierend ist, Flüssig-Fest-Reaktionen).
Da Substanzen, die sich auflösen (dissoziieren), zunächst elektrisch neutral sind, erzeugen sie gleich viele positive und negative Ladungen. Elektrifizierung findet nur statt, wenn entweder die positiven oder die negativen Ladungen bevorzugt an der Oberfläche des Festkörpers haften. Dabei entsteht eine sehr kompakte Schicht, die sogenannte Helmholtz-Schicht. Da die Helmholtz-Schicht geladen ist, zieht sie Ionen mit entgegengesetzter Polarität an. Diese Ionen sammeln sich zu einer diffuseren Schicht, der sogenannten Gouy-Schicht, die auf der Oberfläche der kompakten Helmholtz-Schicht ruht. Die Dicke der Gouy-Schicht nimmt mit dem spezifischen Widerstand der Flüssigkeit zu. Leitende Flüssigkeiten bilden sehr dünne Gouy-Schichten.
Diese Doppelschicht trennt sich, wenn die Flüssigkeit fließt, wobei die Helmholtz-Schicht an der Grenzfläche gebunden bleibt und die Gouy-Schicht von der fließenden Flüssigkeit mitgerissen wird. Die Bewegung dieser geladenen Schichten erzeugt eine Potentialdifferenz (die zeta Potenzial), und der durch die sich bewegenden Ladungen induzierte Strom wird als bezeichnet Strom streamen. Die Ladungsmenge, die sich in der Flüssigkeit ansammelt, hängt von der Geschwindigkeit ab, mit der die Ionen zur Grenzfläche diffundieren, und vom spezifischen Widerstand der Flüssigkeit (R). Der Strömungsstrom ist jedoch über die Zeit konstant.
Weder stark isolierende noch leitende Flüssigkeiten werden aufgeladen – erstens, weil sehr wenige Ionen vorhanden sind, und zweitens, weil in Flüssigkeiten, die Elektrizität sehr gut leiten, die Ionen sehr schnell rekombinieren. In der Praxis tritt Elektrifizierung nur in Flüssigkeiten mit einem spezifischen Widerstand von mehr als 10 auf7Ωm oder weniger als 1011Ωm, mit den höchsten beobachteten Werten für r 109 zu 1011 Ohm.
Fließende Flüssigkeiten induzieren eine Ladungsakkumulation in isolierenden Oberflächen, über die sie fließen. Das Ausmaß, in dem sich die Oberflächenladungsdichte aufbaut, ist begrenzt durch (1) wie schnell die Ionen in der Flüssigkeit an der Flüssig-Feststoff-Grenzfläche rekombinieren, (2) wie schnell die Ionen in der Flüssigkeit durch den Isolator geleitet werden oder ( 3) ob Oberflächen- oder Massenlichtbogen durch den Isolator auftritt und die Ladung somit entladen wird. Turbulente Strömung und Strömung über raue Oberflächen begünstigen die Elektrifizierung.
Wenn eine Hochspannung – beispielsweise mehrere Kilovolt – an einen geladenen Körper (eine Elektrode) mit kleinem Radius (z. B. einen Draht) angelegt wird, ist das elektrische Feld in unmittelbarer Nähe des geladenen Körpers hoch, nimmt jedoch schnell ab Distanz. Kommt es zu einer Entladung der gespeicherten Ladungen, beschränkt sich die Entladung auf den Bereich, in dem das elektrische Feld stärker ist als die Durchschlagsfestigkeit der umgebenden Atmosphäre, ein Phänomen, das als Koronaeffekt bekannt ist, da der Lichtbogen ebenfalls Licht emittiert. (Menschen haben vielleicht tatsächlich gesehen, wie sich kleine Funken gebildet haben, als sie persönlich einen Schock durch statische Elektrizität erlebt haben.)
Die Ladungsdichte auf einer isolierenden Oberfläche kann auch durch die Bewegung von Elektronen verändert werden, die durch ein hochintensives elektrisches Feld erzeugt werden. Diese Elektronen erzeugen Ionen aus allen Gasmolekülen in der Atmosphäre, mit denen sie in Kontakt kommen. Wenn die elektrische Ladung des Körpers positiv ist, stößt der geladene Körper alle erzeugten positiven Ionen ab. Elektronen, die von negativ geladenen Objekten erzeugt werden, verlieren Energie, wenn sie sich von der Elektrode entfernen, und sie lagern sich an Gasmoleküle in der Atmosphäre an und bilden so negative Ionen, die sich weiterhin von den Ladungspunkten entfernen. Diese positiven und negativen Ionen können auf jeder isolierenden Oberfläche zur Ruhe kommen und verändern die Ladungsdichte der Oberfläche. Diese Art der Aufladung ist viel einfacher zu kontrollieren und gleichmäßiger als die durch Reibung erzeugten Aufladungen. Der Höhe der auf diese Weise erzielbaren Gebühren sind Grenzen gesetzt. Die Grenze wird mathematisch in Gleichung 3 in Tabelle 1 beschrieben.
Um höhere Ladungen zu erzeugen, muss die Spannungsfestigkeit der Umgebung erhöht werden, entweder durch Erzeugen eines Vakuums oder durch Metallisieren der anderen Oberfläche des Isolierfilms. Die letztere Strategie zieht das elektrische Feld in den Isolator und reduziert folglich die Feldstärke im umgebenden Gas.
Bei einem Leiter in einem elektrischen Feld (E) geerdet ist (siehe Bild 1), können Ladungen durch Induktion erzeugt werden. Unter diesen Bedingungen induziert das elektrische Feld eine Polarisation – die Trennung der Schwerpunkte der negativen und positiven Ionen des Leiters. Ein Leiter, der vorübergehend nur an einem Punkt geerdet ist, trägt eine Nettoladung, wenn er von der Erde getrennt wird, aufgrund der Wanderung von Ladungen in der Nähe des Punktes. Dies erklärt, warum leitende Teilchen, die sich in einem gleichförmigen Feld befinden, zwischen Elektroden oszillieren und sich bei jedem Kontakt aufladen und entladen.
Abbildung 1. Mechanismus zum Aufladen eines Leiters durch Induktion
Gefahren im Zusammenhang mit statischer Elektrizität
Die negativen Auswirkungen, die durch die Ansammlung statischer Elektrizität verursacht werden, reichen von dem Unbehagen, das man beim Berühren eines aufgeladenen Objekts, wie z. B. eines Türgriffs, erfährt, bis hin zu sehr schweren Verletzungen, sogar Todesfällen, die durch eine durch statische Elektrizität induzierte Explosion auftreten können. Die physiologische Wirkung elektrostatischer Entladungen auf den Menschen reicht von unangenehmem Kribbeln bis hin zu heftigen Reflexaktionen. Diese Effekte werden durch den Entladungsstrom und insbesondere durch die Stromdichte auf der Haut erzeugt.
In diesem Artikel beschreiben wir einige praktische Möglichkeiten, wie Oberflächen und Gegenstände aufgeladen werden können (Elektrifizierung). Wenn das induzierte elektrische Feld die Fähigkeit der Umgebung übersteigt, der Ladung zu widerstehen (d. h. die Durchschlagsfestigkeit der Umgebung übersteigt), tritt eine Entladung auf. (In Luft wird die Durchschlagsfestigkeit durch die Paschen-Kurve beschrieben und ist eine Funktion des Produkts aus Druck und Abstand zwischen den geladenen Körpern.)
Durchschläge können folgende Formen annehmen:
Isolierte Leiter haben eine Nettokapazität C relativ zum Boden. Diese Beziehung zwischen Ladung und Potential wird in Gleichung 5 in Tabelle 1 ausgedrückt.
Eine Person, die isolierende Schuhe trägt, ist ein übliches Beispiel für einen isolierten Leiter. Der menschliche Körper ist ein elektrostatischer Leiter mit einer typischen Kapazität gegenüber Erde von ungefähr 150 pF und einem Potential von bis zu 30 kV. Da Menschen isolierende Leiter sein können, können sie elektrostatische Entladungen erfahren, wie z. B. das mehr oder weniger schmerzhafte Gefühl, das manchmal entsteht, wenn sich eine Hand einem Türgriff oder einem anderen Metallgegenstand nähert. Wenn das Potential ungefähr 2 kV erreicht, wird das Äquivalent einer Energie von 0.3 mJ erfahren, obwohl diese Schwelle von Person zu Person unterschiedlich ist. Stärkere Entladungen können zu unkontrollierbaren Bewegungen und damit zu Stürzen führen. Bei Arbeitern, die Werkzeuge verwenden, können die unwillkürlichen Reflexbewegungen zu Verletzungen des Opfers und anderer Personen führen, die möglicherweise in der Nähe arbeiten. Die Gleichungen 6 bis 8 in Tabelle 1 beschreiben den zeitlichen Verlauf des Potentials.
Eine tatsächliche Lichtbogenbildung tritt auf, wenn die Stärke des induzierten elektrischen Felds die Durchschlagsfestigkeit von Luft übersteigt. Aufgrund der schnellen Wanderung von Ladungen in Leitern fließen im Wesentlichen alle Ladungen zum Entladungspunkt, wodurch die gesamte gespeicherte Energie in einen Funken freigesetzt wird. Dies kann schwerwiegende Folgen haben, wenn mit brennbaren oder explosiven Stoffen oder unter brennbaren Bedingungen gearbeitet wird.
Die Annäherung einer geerdeten Elektrode an eine geladene isolierende Oberfläche modifiziert das elektrische Feld und induziert eine Ladung in der Elektrode. Wenn sich die Oberflächen einander nähern, nimmt die Feldstärke zu, was schließlich zu einer Teilentladung von der aufgeladenen isolierten Oberfläche führt. Da Ladungen auf isolierenden Oberflächen wenig beweglich sind, nimmt nur ein kleiner Teil der Oberfläche an der Entladung teil, und die bei dieser Art der Entladung freigesetzte Energie ist daher viel geringer als bei Lichtbögen.
Die Ladung und die übertragene Energie scheinen bis zu etwa 20 mm direkt proportional zum Durchmesser der Metallelektrode zu sein. Die anfängliche Polarität des Isolators beeinflusst auch Ladung und übertragene Energie. Teilentladungen von positiv geladenen Oberflächen sind energieärmer als solche von negativ geladenen. Es ist unmöglich festzustellen, a priori, die Energie, die durch eine Entladung von einer isolierenden Oberfläche übertragen wird, im Gegensatz zu der Situation mit leitenden Oberflächen. Da die isolierende Oberfläche nicht äquipotential ist, ist es nicht einmal möglich, die beteiligten Kapazitäten zu definieren.
Schleichende Entladung
Wir haben in Gleichung 3 (Tabelle 1) gesehen, dass die Oberflächenladungsdichte einer isolierenden Oberfläche in Luft 2,660 pC/cm nicht überschreiten kann2.
Betrachten wir eine isolierende Platte oder einen dicken Film a, die auf einer Metallelektrode ruhen oder eine Metallfläche haben, lässt sich leicht zeigen, dass das elektrische Feld durch die induzierte Ladung auf der Elektrode in den Isolator gezogen wird, wenn Ladungen auf der nichtmetallischen Fläche abgeschieden werden. Infolgedessen ist das elektrische Feld in der Luft sehr schwach und niedriger als es wäre, wenn eine der Flächen nicht aus Metall wäre. In diesem Fall begrenzt die Durchschlagsfestigkeit von Luft die Ladungsakkumulation auf der isolierenden Oberfläche nicht, und es können sehr hohe Oberflächenladungsdichten (>2,660 pC/cm2). Diese Ladungsakkumulation erhöht die Oberflächenleitfähigkeit des Isolators.
Nähert sich eine Elektrode einer isolierenden Oberfläche, so kommt es zu einer Kriechentladung, die einen großen Teil der leitend gewordenen geladenen Oberfläche einbezieht. Aufgrund der großen beteiligten Oberflächen setzt diese Art der Entladung große Energiemengen frei. Bei Folien ist das Luftfeld sehr schwach und der Abstand zwischen Elektrode und Folie darf nicht größer sein als die Foliendicke, damit eine Entladung auftritt. Eine gleitende Entladung kann auch auftreten, wenn ein geladener Isolator von seiner metallischen Unterschicht getrennt wird. Unter diesen Umständen steigt das Luftfeld abrupt an und die gesamte Oberfläche des Isolators entlädt sich, um das Gleichgewicht wiederherzustellen.
Elektrostatische Entladungen und Brand- und Explosionsgefahren
In explosionsgefährdeten Bereichen können heftige exotherme Oxidationsreaktionen mit Energieübertragung an die Atmosphäre ausgelöst werden durch:
Uns interessiert hier nur der letzte Fall. Die Flammpunkte (die Temperatur, bei der sich Flüssigkeitsdämpfe bei Kontakt mit einer offenen Flamme entzünden) verschiedener Flüssigkeiten und die Selbstentzündungstemperatur verschiedener Dämpfe sind im Chemischen Teil dieses Dokuments angegeben Enzyklopädie. Die mit elektrostatischen Entladungen verbundene Brandgefahr kann anhand der unteren Zündgrenze von Gasen, Dämpfen und festen oder flüssigen Aerosolen beurteilt werden. Diese Grenze kann erheblich variieren, wie Tabelle 3 zeigt.
Tabelle 3. Typische untere Entflammbarkeitsgrenzen
Discharge |
Begrenzen |
Einige Pulver |
Mehrere Joule |
Sehr feine Schwefel- und Aluminiumaerosole |
Mehrere Millijoule |
Dämpfe von Kohlenwasserstoffen und anderen organischen Flüssigkeiten |
200 Mikrojoule |
Wasserstoff und Acetylen |
20 Mikrojoule |
Sprengstoffe |
1 Mikrojoule |
Ein Gemisch aus Luft und einem brennbaren Gas oder Dampf kann nur explodieren, wenn die Konzentration des brennbaren Stoffes zwischen seiner oberen und unteren Explosionsgrenze liegt. Innerhalb dieses Bereichs ist die minimale Zündenergie (MIE) – die Energie, die eine elektrostatische Entladung besitzen muss, um das Gemisch zu zünden – stark konzentrationsabhängig. Es hat sich durchgängig gezeigt, dass die minimale Zündenergie von der Geschwindigkeit der Energiefreisetzung und damit von der Entladungsdauer abhängt. Elektrodenradius ist auch ein Faktor:
Im Allgemeinen werden die niedrigsten MIEs mit Elektroden erhalten, die gerade groß genug sind, um Koronaentladungen zu verhindern.
Der MIE hängt auch vom Abstand zwischen den Elektroden ab und ist am niedrigsten beim Löschabstand („Abstand de Pincement“), dem Abstand, bei dem die in der Reaktionszone erzeugte Energie die Wärmeverluste an den Elektroden übersteigt. Es wurde experimentell nachgewiesen, dass jeder brennbare Stoff einen maximalen Sicherheitsabstand hat, der dem minimalen Elektrodenabstand entspricht, bei dem eine Explosion auftreten kann. Bei Kohlenwasserstoffen beträgt diese weniger als 1 mm.
Die Wahrscheinlichkeit von Pulverexplosionen ist konzentrationsabhängig, wobei die höchste Wahrscheinlichkeit mit Konzentrationen in der Größenordnung von 200 bis 500 g/m verbunden ist3. Der MIE ist auch von der Partikelgröße abhängig, wobei feinere Pulver leichter explodieren. Sowohl für Gase als auch für Aerosole nimmt die MIE mit der Temperatur ab.
Industrielle Beispiele
Viele Prozesse, die routinemäßig zum Handhaben und Transportieren von Chemikalien verwendet werden, erzeugen elektrostatische Aufladungen. Diese beinhalten:
Die Folgen der Erzeugung elektrostatischer Aufladung umfassen mechanische Probleme, eine Gefahr durch elektrostatische Entladung für das Bedienpersonal und, wenn Produkte verwendet werden, die brennbare Lösungsmittel oder Dämpfe enthalten, sogar eine Explosion (siehe Tabelle 4).
Tabelle 4. Spezifische Abgaben im Zusammenhang mit ausgewählten Industriebetrieben
Produktion |
Spezifische Gebühr |
Untersuchungen |
10-8 -10-11 |
Silo befüllen oder entleeren |
10-7 -10-9 |
Transport per Schneckenförderer |
10-6 -10-8 |
Schleifen |
10-6 -10-7 |
Mikronisierung |
10-4 -10-7 |
Pneumatischer Transport |
10-4 -10-6 |
Flüssige Kohlenwasserstoffe wie Öl, Kerosin und viele gängige Lösungsmittel haben zwei Eigenschaften, die sie besonders anfällig für Probleme mit statischer Elektrizität machen:
Ladungen können während des Transportflusses (z. B. durch Rohrleitungen, Pumpen oder Ventile) erzeugt werden. Beim Durchgang durch Feinfilter, wie sie beispielsweise beim Befüllen von Flugzeugtanks verwendet werden, können Ladungsdichten von mehreren hundert Mikrocoulomb pro Kubikmeter entstehen. Partikelsedimentation und die Erzeugung von aufgeladenen Nebeln oder Schäumen während der Durchflussbefüllung von Tanks können ebenfalls Aufladungen erzeugen.
Zwischen 1953 und 1971 war statische Elektrizität für 35 Brände und Explosionen während oder nach dem Befüllen von Kerosintanks verantwortlich, und noch mehr Unfälle ereigneten sich beim Befüllen von LKW-Tanks. Das Vorhandensein von Filtern oder Spritzer während des Befüllens (aufgrund der Bildung von Schaum oder Nebel) waren die am häufigsten identifizierten Risikofaktoren. Auch an Bord von Öltankern ist es zu Unfällen gekommen, insbesondere bei der Tankreinigung.
Prinzipien der Vermeidung statischer Elektrizität
Alle Probleme im Zusammenhang mit statischer Elektrizität ergeben sich aus:
Vorbeugende Maßnahmen zielen darauf ab, die Akkumulation elektrostatischer Aufladungen zu vermeiden, und die Strategie der Wahl besteht darin, die Erzeugung der elektrischen Aufladungen von vornherein zu vermeiden. Ist dies nicht möglich, sollten Maßnahmen zur Erdung der Ladungen getroffen werden. Schließlich sollten bei unvermeidbaren Entladungen empfindliche Objekte vor den Auswirkungen der Entladungen geschützt werden.
Unterdrückung oder Reduzierung der elektrostatischen Aufladungserzeugung
Dies ist der erste Ansatz zum Schutz vor elektrostatischer Aufladung, der ergriffen werden sollte, da dies die einzige vorbeugende Maßnahme ist, die das Problem an seiner Quelle beseitigt. Wie bereits erwähnt, werden jedoch immer dann Ladungen erzeugt, wenn zwei Materialien, von denen mindestens eines isolierend ist, in Kontakt kommen und anschließend getrennt werden. In der Praxis kann es sogar bei Kontakt und Trennung eines Materials mit sich selbst zu einer Ladungserzeugung kommen. Tatsächlich betrifft die Ladungserzeugung die Oberflächenschichten von Materialien. Da der kleinste Unterschied in der Oberflächenfeuchtigkeit oder Oberflächenverunreinigung zur Erzeugung statischer Aufladungen führt, ist es unmöglich, die Aufladungserzeugung vollständig zu vermeiden.
So reduzieren Sie die Ladungsmenge, die durch Kontaktflächen erzeugt wird:
Es wurden keine endgültigen Sicherheitsgrenzen für Durchflussraten festgelegt. Der britische Standard BS-5958-Teil 2 Verhaltenskodex zur Kontrolle unerwünschter statischer Elektrizität empfiehlt, dass das Produkt aus Geschwindigkeit (in Metern pro Sekunde) und Rohrdurchmesser (in Metern) für Flüssigkeiten mit einer Leitfähigkeit von weniger als 0.38 pS/m (in Pikosiemens pro Meter) weniger als 5 und für Flüssigkeiten weniger als 0.5 beträgt mit Leitfähigkeiten über 5 pS/m. Dieses Kriterium gilt nur für einphasige Flüssigkeiten, die mit Geschwindigkeiten von nicht mehr als 7 m/s transportiert werden.
Es sollte angemerkt werden, dass die Verringerung der Scher- oder Strömungsgeschwindigkeit nicht nur die Ladungserzeugung verringert, sondern auch dazu beiträgt, alle erzeugten Ladungen abzuleiten. Dies liegt daran, dass niedrigere Strömungsgeschwindigkeiten zu längeren Verweilzeiten führen als in Entspannungszonen, in denen die Strömungsgeschwindigkeiten durch Strategien wie die Erhöhung des Rohrdurchmessers reduziert werden. Dies wiederum erhöht die Erdung.
Erdung statischer Elektrizität
Die Grundregel des Schutzes vor elektrostatischer Aufladung besteht darin, die Potentialunterschiede zwischen Objekten zu beseitigen. Dies kann durch Verbinden oder Erden erfolgen. Isolierte Leiter können jedoch Ladungen ansammeln und somit durch Induktion aufgeladen werden, ein Phänomen, das für sie einzigartig ist. Entladungen von Leitern können die Form von hochenergetischen – und gefährlichen – Funken annehmen.
Diese Regel steht im Einklang mit den Empfehlungen zur Vermeidung von Stromschlägen, die auch die Erdung aller zugänglichen Metallteile elektrischer Geräte gemäß der französischen Norm vorschreiben Elektrische Niederspannungsinstallationen (NFC 15-100). Für maximale elektrostatische Sicherheit, unser Anliegen hier, sollte diese Regel auf alle leitenden Elemente verallgemeinert werden. Dazu gehören Tischgestelle aus Metall, Türgriffe, elektronische Bauteile, Tanks für die chemische Industrie und Fahrgestelle von Fahrzeugen für den Transport von Kohlenwasserstoffen.
Aus Sicht der elektrostatischen Sicherheit wäre die ideale Welt eine Welt, in der alles leitend und dauerhaft geerdet wäre, wodurch alle Ladungen in die Erde abgeleitet würden. Unter diesen Umständen wäre alles dauerhaft äquipotential, und das elektrische Feld – und das Entladungsrisiko – wäre folglich Null. Aus folgenden Gründen ist es jedoch fast nie möglich, dieses Ideal zu erreichen:
Schutz vor elektrostatischen Entladungen
Es ist zu beachten, dass es in diesem Abschnitt nur um den Schutz elektrostatisch gefährdeter Betriebsmittel vor unvermeidbaren Entladungen, die Reduzierung der Aufladung und die Beseitigung von Aufladungen geht. Die Fähigkeit, Geräte zu schützen, beseitigt nicht die grundlegende Notwendigkeit, elektrostatische Aufladungen von vornherein zu verhindern.
Wie Abbildung 2 zeigt, betreffen alle elektrostatischen Probleme eine Quelle der elektrostatischen Entladung (das ursprünglich aufgeladene Objekt), ein Ziel, das die Entladung aufnimmt, und die Umgebung, durch die sich die Entladung ausbreitet (dielektrische Entladung). Es sollte beachtet werden, dass entweder das Ziel oder die Umgebung elektrostatisch empfindlich sein kann. Einige Beispiele für empfindliche Elemente sind in Tabelle 5 aufgeführt.
Abbildung 2. Schematische Darstellung des Problems der elektrostatischen Entladung
Tabelle 6. Beispiele für elektrostatisch empfindliche Geräte
Empfindliches Element |
Beispiele |
Quelle |
Ein Bediener berührt einen Türgriff oder das Fahrgestell eines Autos A |
Target |
Elektronische Komponenten oder Materialien, die einen aufgeladenen Bediener berühren |
Arbeitsumfeld |
Ein explosives Gemisch, das durch eine elektrostatische Entladung gezündet wird |
Schutz der Arbeitnehmer
Arbeitnehmer, die Grund zu der Annahme haben, dass sie sich elektrisch aufgeladen haben (z. B. beim Aussteigen aus einem Fahrzeug bei trockenem Wetter oder beim Gehen mit bestimmten Arten von Schuhen), können eine Reihe von Schutzmaßnahmen ergreifen, z. B. die folgenden:
Schutz in explosionsgefährdeten Atmosphären
In explosionsgefährdeten Atmosphären ist die Umgebung selbst empfindlich gegenüber elektrostatischen Entladungen, und Entladungen können zu einer Entzündung oder Explosion führen. Der Schutz besteht in diesen Fällen darin, die Luft entweder durch ein Gasgemisch zu ersetzen, dessen Sauerstoffgehalt unter der unteren Explosionsgrenze liegt, oder durch ein Inertgas wie Stickstoff. Inertgas wurde in Silos und in Reaktionsbehältern in der chemischen und pharmazeutischen Industrie verwendet. In diesem Fall sind angemessene Vorkehrungen erforderlich, um sicherzustellen, dass die Arbeiter eine ausreichende Luftzufuhr erhalten.
Gefahren und vorbeugende Maßnahmen an elektrischen Anlagen
Die vielen Komponenten, aus denen Elektroinstallationen bestehen, weisen unterschiedliche Robustheit auf. Ungeachtet ihrer inhärenten Zerbrechlichkeit müssen sie jedoch alle unter strengen Bedingungen zuverlässig funktionieren. Leider unterliegen elektrische Geräte selbst unter den besten Umständen Ausfällen, die zu Personen- oder Sachschäden führen können.
Der sichere Betrieb elektrischer Anlagen ist das Ergebnis einer guten Anfangsplanung, nicht der bloßen Nachrüstung von Sicherheitssystemen. Dies ist eine Folge der Tatsache, dass, obwohl Strom mit Lichtgeschwindigkeit fließt, alle elektromechanischen und elektronischen Systeme Reaktionslatenzen aufweisen, die hauptsächlich durch thermische Trägheit, mechanische Trägheit und Wartungsbedingungen verursacht werden. Diese Latenzen, unabhängig von ihrem Ursprung, sind lang genug, um Menschen zu verletzen und Ausrüstung zu beschädigen (Lee, Capelli-Schellpfeffer und Kelly 1994; Lee, Cravalho und Burke 1992; Kane und Sternheim 1978).
Es ist wichtig, dass die Geräte von qualifiziertem Personal installiert und gewartet werden. Es sei betont, dass technische Maßnahmen sowohl zum sicheren Betrieb von Anlagen als auch zum Schutz von Mensch und Material erforderlich sind.
Einführung in elektrische Gefahren
Der ordnungsgemäße Betrieb elektrischer Anlagen erfordert, dass Maschinen, Geräte und elektrische Schaltkreise und Leitungen vor Gefahren geschützt werden, die sowohl durch interne (dh innerhalb der Installation entstehende) als auch durch externe Faktoren verursacht werden (Andreoni und Castagna 1983).
Interne Ursachen sind:
Jede Gefahr-Ausrüstungs-Kombination erfordert spezifische Schutzmaßnahmen, die teilweise gesetzlich oder durch interne technische Vorschriften vorgeschrieben sind. Hersteller sind dafür verantwortlich, sich spezifischer technischer Strategien bewusst zu sein, die Risiken reduzieren können.
Äußere Ursachen sind:
Zuguterletzt,
Andere externe Ursachen sind elektromagnetische Interferenzen durch Quellen wie Hochspannungsleitungen, Funkempfänger, Schweißmaschinen (die transiente Überspannungen erzeugen können) und Solenoide.
Die häufigsten Ursachen für Probleme ergeben sich aus Fehlfunktionen oder Nicht-Standard:
Eine einzelne Sicherung oder ein Sicherungsautomat kann keinen ausreichenden Schutz gegen Überstrom in zwei verschiedenen Stromkreisen bieten. Sicherungen oder Sicherungsautomaten können Schutz gegen Phase-Nullleiter-Ausfälle bieten, aber der Schutz gegen Phase-Erde-Ausfälle erfordert automatische Fehlerstromschutzschalter.
Diese sind besonders wichtig für Instrumentierung und Leitungen, die zur Datenübertragung oder zum Austausch von Schutz- und/oder Steuersignalen verwendet werden. Zwischen den Leitungen müssen ausreichende Abstände eingehalten oder Filter und Abschirmungen verwendet werden. Glasfaserkabel werden manchmal für die kritischsten Fälle verwendet.
Das mit elektrischen Installationen verbundene Risiko nimmt zu, wenn die Geräte erschwerten Betriebsbedingungen ausgesetzt sind, am häufigsten als Folge elektrischer Gefahren in feuchten oder nassen Umgebungen.
Die dünnen flüssigen leitfähigen Schichten, die sich in feuchten oder nassen Umgebungen auf metallischen und isolierenden Oberflächen bilden, schaffen neue, unregelmäßige und gefährliche Strompfade. Das Eindringen von Wasser verringert die Effizienz der Isolierung, und wenn Wasser in die Isolierung eindringt, kann es zu Kriechströmen und Kurzschlüssen kommen. Diese Effekte beschädigen nicht nur elektrische Anlagen, sondern erhöhen auch die Risiken für Menschen erheblich. Diese Tatsache rechtfertigt die Notwendigkeit besonderer Standards für Arbeiten in rauen Umgebungen wie Freigelände, landwirtschaftlichen Anlagen, Baustellen, Badezimmern, Bergwerken und Kellern und einigen Industrieumgebungen.
Ausrüstung zum Schutz vor Regen, seitlichen Spritzern oder vollständigem Eintauchen ist erhältlich. Idealerweise sollte die Ausrüstung eingehaust, isoliert und korrosionsbeständig sein. Metallgehäuse müssen geerdet werden. Der Mechanismus des Versagens in diesen feuchten Umgebungen ist derselbe wie der in feuchten Atmosphären beobachtete, aber die Auswirkungen können schwerwiegender sein.
Elektrische Gefahren in staubigen Atmosphären
Feine Stäube, die in Maschinen und elektrische Geräte gelangen, verursachen Abrieb, insbesondere an beweglichen Teilen. Leitende Stäube können ebenfalls Kurzschlüsse verursachen, während isolierende Stäube den Stromfluss unterbrechen und den Kontaktwiderstand erhöhen können. Ansammlungen von feinen oder groben Stäuben um Gerätegehäuse herum sind potenzielle Feuchtigkeits- und Wasserspeicher. Trockener Staub ist ein Wärmeisolator, der die Wärmeableitung verringert und die lokale Temperatur erhöht; Dies kann elektrische Schaltkreise beschädigen und Brände oder Explosionen verursachen.
An industriellen oder landwirtschaftlichen Standorten, an denen staubige Prozesse durchgeführt werden, müssen wasser- und explosionsgeschützte Systeme installiert werden.
Elektrische Gefahren in explosionsgefährdeten Atmosphären oder an Orten mit explosiven Materialien
Explosionen, einschließlich Explosionen in Atmosphären, die explosive Gase und Stäube enthalten, können durch Öffnen und Schließen unter Spannung stehender Stromkreise oder durch jeden anderen transienten Prozess ausgelöst werden, der Funken mit ausreichender Energie erzeugen kann.
Diese Gefahr besteht an Standorten wie:
Wo diese Gefahr besteht, sollte die Anzahl der Stromkreise und Geräte minimiert werden, indem beispielsweise Elektromotoren und Transformatoren entfernt oder durch pneumatische Geräte ersetzt werden. Elektrische Geräte, die nicht entfernt werden können, müssen umschlossen sein, um jeglichen Kontakt von brennbaren Gasen und Stäuben mit Funken zu vermeiden, und innerhalb des Gehäuses muss eine Inertgasatmosphäre mit Überdruck aufrechterhalten werden. Wo Explosionsgefahr besteht, müssen explosionsgeschützte Gehäuse und feuerfeste Elektrokabel verwendet werden. Für einige Hochrisikoindustrien (z. B. die Öl- und Chemieindustrie) wurde eine vollständige Palette explosionsgeschützter Geräte entwickelt.
Aufgrund der hohen Kosten für explosionsgeschützte Ausrüstung werden Anlagen üblicherweise in elektrische Gefahrenzonen eingeteilt. Bei diesem Ansatz wird in Hochrisikozonen Spezialausrüstung eingesetzt, während in anderen ein gewisses Risiko in Kauf genommen wird. Verschiedene branchenspezifische Kriterien und technische Lösungen wurden entwickelt; Diese umfassen normalerweise eine Kombination aus Erdung, Komponententrennung und der Installation von Zonenbarrieren.
Potentialausgleich
Wenn alle gleichzeitig berührbaren Leiter einschließlich der Erde auf dem gleichen Potential liegen würden, bestünde keine Gefahr für den Menschen. Potentialausgleichssysteme sind ein Versuch, diesen Idealzustand zu erreichen (Andreoni und Castagna 1983; Lee, Cravalho und Burke 1992).
Beim Potentialausgleich werden alle freiliegenden Leiter von nicht zur Übertragung bestimmten elektrischen Betriebsmitteln und alle berührbaren Fremdleiter am selben Standort mit einem Schutzleiter verbunden. Es sollte daran erinnert werden, dass die Leiter von Nicht-Übertragungsgeräten während des normalen Betriebs stromlos sind, nach einem Isolationsfehler jedoch unter Spannung stehen können. Durch die Verringerung der Berührungsspannung verhindert der Potentialausgleich, dass metallische Bauteile für Personen und Geräte gefährliche Spannungen erreichen.
In der Praxis kann es erforderlich sein, dieselbe Maschine an mehreren Stellen an das Potentialausgleichsnetz anzuschließen. Bereiche mit schlechtem Kontakt, beispielsweise aufgrund von Isolatoren wie Schmiermittel und Farbe, sollten sorgfältig identifiziert werden. Ebenso hat es sich bewährt, alle lokalen und externen Versorgungsleitungen (z. B. Wasser, Gas und Heizung) an das Potentialausgleichsnetz anzuschließen.
Erdung
In den meisten Fällen ist es notwendig, den Spannungsabfall zwischen den Leitern der Installation und der Erde zu minimieren. Dies wird erreicht, indem die Leiter mit einem geerdeten Schutzleiter verbunden werden.
Es gibt zwei Arten von Masseverbindungen:
Unter normalen Betriebsbedingungen fließt kein Strom durch Masseverbindungen. Bei einer versehentlichen Aktivierung des Stromkreises ist jedoch der Stromfluss durch die niederohmige Masseverbindung hoch genug, um die Sicherung oder die nicht geerdeten Leiter zu schmelzen.
Die von den meisten Normen zugelassene maximale Fehlerspannung in Äquipotentialnetzen beträgt 50 V für trockene Umgebungen, 25 V für nasse oder feuchte Umgebungen und 12 V für medizinische Labors und andere Umgebungen mit hohem Risiko. Obwohl diese Werte nur Richtlinien sind, sollte die Notwendigkeit einer angemessenen Erdung am Arbeitsplatz, in öffentlichen Räumen und insbesondere in Wohnungen betont werden.
Die Wirksamkeit der Erdung hängt in erster Linie vom Vorhandensein hoher und stabiler Erdableitströme ab, aber auch von einer ausreichenden galvanischen Kopplung des Äquipotentialnetzes und dem Durchmesser der zum Netz führenden Leiter. Aufgrund der Bedeutung des Erdschlusses muss dieser mit großer Genauigkeit bewertet werden.
Erdverbindungen müssen so zuverlässig sein wie Äquipotentialnetze, und ihre ordnungsgemäße Funktion muss regelmäßig überprüft werden.
Wenn der Erdungswiderstand zunimmt, nähert sich das Potential sowohl des Erdungsleiters als auch der Erde um den Leiter dem des Stromkreises an; im Fall der Erde um den Leiter herum ist das erzeugte Potential umgekehrt proportional zum Abstand vom Leiter. Um gefährliche Schrittspannungen zu vermeiden, müssen Erdungsleiter ordnungsgemäß abgeschirmt und in ausreichender Tiefe im Boden verlegt werden.
Als Alternative zur Geräteerdung erlauben Normen die Verwendung von doppelt isolierten Geräten. Dieses Gerät, das für den Einsatz in Wohnumgebungen empfohlen wird, minimiert die Wahrscheinlichkeit eines Isolationsversagens, indem es zwei separate Isolationssysteme bereitstellt. Auf doppelt isolierte Geräte kann man sich nicht verlassen, um angemessen vor Schnittstellenfehlern zu schützen, wie sie beispielsweise mit losen, aber stromführenden Steckern verbunden sind, da die Stecker- und Steckdosenstandards einiger Länder die Verwendung solcher Stecker nicht berücksichtigen.
Leistungsschalter
Die sicherste Methode, elektrische Gefahren für Menschen und Geräte zu reduzieren, besteht darin, die Dauer des Fehlerstrom- und Spannungsanstiegs zu minimieren, idealerweise bevor die elektrische Energie überhaupt ansteigt. Schutzsysteme in elektrischen Betriebsmitteln enthalten normalerweise drei Relais: ein Fehlerstromrelais zum Schutz gegen Fehler gegen Erde, ein magnetisches Relais und ein thermisches Relais zum Schutz vor Überlast und Kurzschluss.
Bei Fehlerstromschutzschaltern werden die Leiter des Stromkreises um einen Ring gewickelt, der die Vektorsumme der in das zu schützende Gerät ein- und austretenden Ströme erfasst. Die Vektorsumme ist im Normalbetrieb gleich Null, im Fehlerfall aber gleich dem Ableitstrom. Wenn der Leckstrom den Schwellenwert des Unterbrechers erreicht, wird der Unterbrecher ausgelöst. Fehlerstromschutzschalter können schon ab 30 mA mit Latenzen bis 30 ms auslösen.
Der maximale Strom, der von einem Leiter sicher geführt werden kann, ist eine Funktion seines Querschnitts, seiner Isolierung und seiner Installation. Eine Überhitzung tritt auf, wenn die maximale sichere Belastung überschritten wird oder wenn die Wärmeableitung begrenzt ist. Überstromschutzeinrichtungen wie Sicherungen und magnetothermische Schutzschalter unterbrechen automatisch den Stromkreis, wenn übermäßiger Stromfluss, Erdschluss, Überlastung oder Kurzschluss auftreten. Überstromschutzeinrichtungen sollen den Stromfluss unterbrechen, wenn er die Kapazität des Leiters überschreitet.
Die Auswahl einer Schutzausrüstung, die sowohl Personen als auch Geräte schützen kann, ist eine der wichtigsten Fragen bei der Verwaltung elektrischer Anlagen und muss nicht nur die Strombelastbarkeit der Leiter, sondern auch die Eigenschaften der Stromkreise und der angeschlossenen Geräte berücksichtigen Sie.
Bei Stromkreisen mit sehr hohen Strombelastungen müssen spezielle Hochleistungssicherungen oder Leistungsschalter verwendet werden.
Sicherungen
Es sind mehrere Arten von Sicherungen erhältlich, die jeweils für eine bestimmte Anwendung ausgelegt sind. Die Verwendung eines falschen Sicherungstyps oder einer Sicherung mit der falschen Kapazität kann zu Verletzungen und Schäden an der Ausrüstung führen. Eine Überhitzung führt häufig zu überhitzten Kabeln oder Geräten, was wiederum Brände verursachen kann.
Vor dem Ersetzen von Sicherungen den Stromkreis absperren, kennzeichnen und testen, um sicherzustellen, dass der Stromkreis stromlos ist. Testen kann Leben retten. Identifizieren Sie als nächstes die Ursache von Kurzschlüssen oder Überlastungen und ersetzen Sie durchgebrannte Sicherungen durch Sicherungen des gleichen Typs und der gleichen Kapazität. Setzen Sie niemals Sicherungen in einen Stromkreis ein.
Leistungsschalter
Obwohl Leistungsschalter seit langem in Hochspannungsschaltungen mit großen Stromkapazitäten verwendet werden, werden sie zunehmend in vielen anderen Arten von Schaltungen verwendet. Es sind viele Typen erhältlich, die eine Auswahl zwischen sofortigem und verzögertem Einsetzen und manuellem oder automatischem Betrieb bieten.
Leistungsschalter fallen in zwei allgemeine Kategorien: thermische und magnetische.
Thermische Schutzschalter reagieren ausschließlich auf Temperaturanstieg. Schwankungen der Umgebungstemperatur des Leistungsschalters wirken sich daher auf den Auslösepunkt des Leistungsschalters aus.
Magnetische Leistungsschalter hingegen reagieren ausschließlich auf die Stromstärke, die durch den Stromkreis fließt. Diese Art von Schalter ist vorzuziehen, wenn große Temperaturschwankungen eine Überdimensionierung des Leistungsschalters erfordern würden oder wenn der Schalter häufig ausgelöst wird.
Beim Kontakt mit hochstrombelasteten Leitungen können Schutzschaltungen Personen- oder Sachschäden nicht verhindern, da sie nur dazu dienen, Stromleitungen und Anlagen vor zu hohem Stromfluss durch Fehler zu schützen.
Aufgrund des Erdungswiderstands ist der Strom, der durch ein Objekt fließt, das gleichzeitig die Leitung und die Erde berührt, normalerweise kleiner als der Auslösestrom. Fehlerströme, die durch Menschen fließen, können durch den Körperwiderstand weiter reduziert werden, bis sie den Leistungsschalter nicht auslösen, und sind daher äußerst gefährlich. Es ist praktisch unmöglich, ein Stromversorgungssystem zu entwerfen, das Verletzungen oder Schäden an Objekten verhindert, die die Stromleitungen stören, und gleichzeitig ein nützliches Energieübertragungssystem bleibt, da die Auslöseschwellen für die relevanten Schaltkreisschutzgeräte weit über dem Gefahrenniveau für Menschen liegen.
Normen und Vorschriften
Der Rahmen internationaler Normen und Vorschriften ist in Abbildung 1 dargestellt (Winckler 1994). Die Zeilen entsprechen dem geografischen Anwendungsbereich der Standards, entweder weltweit (international), kontinental (regional) oder national, während die Spalten den Anwendungsbereichen der Standards entsprechen. Die IEC und die Internationale Organisation für Normung (ISO) teilen sich eine Dachstruktur, die Joint Presidents Coordinating Group (JPCG); das europäische Äquivalent ist die Joint Presidents Group (JPG).
Abbildung 1. Der Rahmen internationaler Standards und Vorschriften
Jedes Normungsgremium hält regelmäßige internationale Treffen ab. Die Zusammensetzung der verschiedenen Gremien spiegelt die Entwicklung der Normung wider.
Das Europäisches Komitee für die Normalisierung der Elektrotechnik (CENELEC) wurde von den Ausschüssen für Elektrotechnik der Länder gegründet, die 1957 die Römischen Verträge zur Gründung der Europäischen Wirtschaftsgemeinschaft unterzeichnet haben. Zu den sechs Gründungsmitgliedern kamen später die Mitglieder der Europäischen Freihandelsassoziation (EFTA), und CENELEC in seiner jetzigen Form geht auf den 13. Februar 1972 zurück.
Im Gegensatz zur Internationalen Elektrotechnischen Kommission (IEC) konzentriert sich CENELEC eher auf die Umsetzung internationaler Normen in den Mitgliedsländern als auf die Schaffung neuer Normen. Es ist besonders wichtig, daran zu erinnern, dass die Übernahme von IEC-Normen durch die Mitgliedsländer zwar freiwillig ist, die Übernahme von CENELEC-Normen und -Vorschriften in der Europäischen Union jedoch obligatorisch ist. Über 90 % der CENELEC-Normen sind von IEC-Normen abgeleitet, und über 70 % davon sind identisch. Der Einfluss von CENELEC hat auch das Interesse osteuropäischer Länder geweckt, von denen die meisten 1991 angeschlossene Mitglieder wurden.
Die International Association for Testing and Materials, der Vorläufer der ISO, wie sie heute bekannt ist, wurde 1886 gegründet und war bis zum Ersten Weltkrieg aktiv, danach hörte sie auf, als internationale Vereinigung zu fungieren. Einige nationale Organisationen, wie die American Society for Testing and Materials (ASTM), überlebten. 1926 wurde die International Standards Association (ISA) in New York gegründet und war bis zum Zweiten Weltkrieg aktiv. Die ISA wurde 1946 durch die ISO ersetzt, die für alle Bereiche außer Elektrotechnik und Telekommunikation zuständig ist. Das Europäisches Komitee für Normalisierung (CEN) ist das europäische Äquivalent der ISO und hat die gleiche Funktion wie CENELEC, obwohl nur 40 % der CEN-Normen von ISO-Normen abgeleitet sind.
Die aktuelle Welle der internationalen wirtschaftlichen Konsolidierung erzeugt einen Bedarf an gemeinsamen technischen Datenbanken im Bereich der Normung. Dieser Prozess ist derzeit in mehreren Teilen der Welt im Gange, und es ist wahrscheinlich, dass außerhalb Europas neue Normungsgremien entstehen werden. CANENA ist eine regionale Normungsorganisation, die von den Ländern des nordamerikanischen Freihandelsabkommens (NAFTA) (Kanada, Mexiko und die Vereinigten Staaten) gegründet wurde. Die Verkabelung von Räumlichkeiten in den USA unterliegt dem National Electrical Code, ANSI/NFPA 70-1996. Dieser Kodex wird auch in mehreren anderen Ländern in Nord- und Südamerika verwendet. Sie enthält Installationsanforderungen für Gebäudeverkabelungsinstallationen über den Anschlusspunkt an das elektrische Versorgungssystem hinaus. Es umfasst die Installation von elektrischen Leitern und Geräten in oder an öffentlichen und privaten Gebäuden, einschließlich Wohnmobilen, Freizeitfahrzeugen und schwimmenden Gebäuden, Viehhöfen, Jahrmärkten, Parkplätzen und anderen Grundstücken sowie industriellen Umspannwerken. Sie deckt keine Installationen in Schiffen oder Wasserfahrzeugen mit Ausnahme von schwimmenden Gebäuden ab – Eisenbahnrollstopps, Flugzeuge oder Kraftfahrzeuge. Der National Electric Code gilt auch nicht für andere Bereiche, die normalerweise durch den National Electrical Safety Code geregelt werden, wie z. B. Installationen von Kommunikationsversorgungsgeräten und Stromversorgungsinstallationen.
Europäische und amerikanische Normen für den Betrieb elektrischer Anlagen
Die Europäische Norm EN 50110-1, Betrieb von Elektroinstallationen (1994a), erstellt von der CENELEC Task Force 63-3, ist das grundlegende Dokument, das für den Betrieb und die Arbeiten an, mit oder in der Nähe von elektrischen Anlagen gilt. Die Norm legt die Mindestanforderungen für alle CENELEC-Länder fest; weitere nationale Normen sind in separaten Unterteilen der Norm (EN 50110-2) beschrieben.
Die Norm gilt für Anlagen, die für die Erzeugung, Übertragung, Umwandlung, Verteilung und Nutzung elektrischer Energie ausgelegt sind und mit allgemein vorkommenden Spannungspegeln betrieben werden. Obwohl typische Installationen mit Niederspannung betrieben werden, gilt die Norm auch für Klein- und Hochspannungsinstallationen. Die Installationen können entweder dauerhaft und ortsfest (z. B. Verteilungsinstallationen in Fabriken oder Bürokomplexen) oder mobil sein.
Sichere Betriebs- und Wartungsverfahren für Arbeiten an oder in der Nähe von elektrischen Anlagen sind in der Norm festgelegt. Zu den anwendbaren Arbeitstätigkeiten gehören neben allen Arten von Elektroarbeiten auch nicht elektrische Arbeiten wie Bauarbeiten in der Nähe von Freileitungen oder Erdkabeln. Bestimmte Elektroinstallationen, beispielsweise an Bord von Flugzeugen und Schiffen, fallen nicht unter die Norm.
Der entsprechende Standard in den Vereinigten Staaten ist der National Electrical Safety Code (NESC), American National Standards Institute (1990). Der NESC gilt für Versorgungseinrichtungen und -funktionen vom Erzeugungsort von Elektrizität und Kommunikationssignalen über das Übertragungsnetz bis zum Lieferort an den Einrichtungen eines Kunden. Bestimmte Anlagen, darunter solche in Bergwerken und Schiffen, unterliegen nicht dem NESC. Die NESC-Richtlinien sollen die Sicherheit von Arbeitern gewährleisten, die mit der Installation, dem Betrieb oder der Wartung von elektrischen Versorgungs- und Kommunikationsleitungen und zugehörigen Geräten beschäftigt sind. Diese Richtlinien stellen den akzeptablen Mindeststandard für die Arbeitssicherheit und die öffentliche Sicherheit unter den angegebenen Bedingungen dar. Der Code ist nicht als Designspezifikation oder Bedienungsanleitung gedacht. Formal muss der NESC als nationaler Sicherheitskodex angesehen werden, der für die Vereinigten Staaten gilt.
Die umfangreichen Regeln sowohl der europäischen als auch der amerikanischen Normen sorgen für die sichere Durchführung von Arbeiten an elektrischen Anlagen.
Die Europäische Norm (1994a)
Definitionen
Die Norm enthält nur Definitionen für die gebräuchlichsten Begriffe; weitere Informationen finden sich in der International Electrotechnical Commission (1979). Elektroinstallation im Sinne dieser Norm bezieht sich auf alle Geräte, die an der Erzeugung, Übertragung, Umwandlung, Verteilung und Nutzung elektrischer Energie beteiligt sind. Dazu gehören alle Energiequellen, einschließlich Batterien und Kondensatoren (ENEL 1994; EDF-GDF 1991).
Grundprinzipien
Sichere Operation: Das Grundprinzip für sicheres Arbeiten an, mit oder in der Nähe einer elektrischen Anlage ist die Notwendigkeit, das elektrische Risiko vor Beginn der Arbeiten zu bewerten.
Personal: Die besten Regeln und Verfahren für Arbeiten an, mit oder in der Nähe von elektrischen Anlagen sind wertlos, wenn die Arbeiter nicht gründlich damit vertraut sind und sich nicht strikt daran halten. Alle Personen, die an Arbeiten an, mit oder in der Nähe einer elektrischen Anlage beteiligt sind, müssen über die für ihre Arbeit geltenden Sicherheitsanforderungen, Sicherheitsregeln und Unternehmensrichtlinien unterrichtet werden. Bei langen oder komplexen Arbeiten ist diese Unterweisung zu wiederholen. Arbeitnehmer müssen diese Anforderungen, Regeln und Anweisungen einhalten.
Organisation: Jede Elektroinstallation muss der Verantwortung der benannten Person unterstellt werden, die die Kontrolle über die Elektroinstallation hat. Bei Unternehmen, an denen mehr als eine Anlage beteiligt ist, ist es unerlässlich, dass die benannten Personen, die die Kontrolle über jede Anlage haben, zusammenarbeiten.
Jede Arbeitstätigkeit liegt in der Verantwortung der benannten Person, die die Leitung der Arbeit hat. Wenn die Arbeit Teilaufgaben umfasst, werden für die Sicherheit jeder Teilaufgabe verantwortliche Personen bestimmt, die jeweils dem Koordinator unterstellt sind. Dieselbe Person kann als benannte Person für die Leitung der Arbeiten und als benannte Person für die Leitung der Elektroinstallation fungieren.
Kommunikation: Dazu gehören alle Mittel der Informationsübertragung zwischen Personen, dh gesprochenes Wort (einschließlich Telefon, Funk und Sprache), Schrift (einschließlich Fax) und visuelle Mittel (einschließlich Instrumententafeln, Video, Signale und Lichter).
Alle Informationen, die für den sicheren Betrieb der elektrischen Anlage erforderlich sind, z. B. Netzanordnungen, Schaltanlagenzustand und die Position von Sicherheitseinrichtungen, müssen förmlich mitgeteilt werden.
Baustelle: An elektrischen Anlagen, an denen, mit oder in der Nähe von Arbeiten gearbeitet werden soll, müssen ausreichend Arbeitsraum, Zugang und Beleuchtung vorhanden sein.
Werkzeuge, Ausrüstung und Verfahren: Werkzeuge, Ausrüstung und Verfahren müssen den Anforderungen einschlägiger europäischer, nationaler und internationaler Normen entsprechen, sofern vorhanden.
Zeichnungen und Berichte: Die Zeichnungen und Berichte der Installation müssen aktuell und leicht verfügbar sein.
Beschilderung: Während des Betriebs der Anlage und während aller Arbeiten sind bei Bedarf angemessene Beschilderungen anzubringen, die auf besondere Gefahren hinweisen.
Standardablauf
Betriebliche Tätigkeiten: Bedienhandlungen dienen dazu, den elektrischen Zustand einer elektrischen Anlage zu verändern. Es gibt zwei Arten:
Funktionsprüfungen: Dazu gehören Mess-, Prüf- und Inspektionsverfahren.
Unter Messen versteht man die Gesamtheit der Tätigkeiten zur Erhebung physikalischer Daten in elektrischen Anlagen. Die Messung muss von qualifizierten Fachleuten durchgeführt werden.
Die Prüfung umfasst alle Tätigkeiten, die dazu bestimmt sind, den Betrieb oder den elektrischen, mechanischen oder thermischen Zustand einer elektrischen Anlage zu überprüfen. Die Prüfung ist von qualifiziertem Personal durchzuführen.
Die Inspektion ist die Überprüfung, dass eine elektrische Installation den anwendbaren technischen Vorschriften und Sicherheitsvorschriften entspricht.
Arbeitsabläufe
Allgemein: Die benannte Person, die die Elektroinstallation leitet, und die benannte Person, die die Arbeiten leitet, müssen beide sicherstellen, dass die Arbeitnehmer vor Beginn und nach Abschluss der Arbeiten spezifische und detaillierte Anweisungen erhalten.
Vor Beginn der Arbeiten hat der für die Arbeiten Beauftragte den Beauftragten für die Elektroinstallation über Art, Ort und Auswirkungen der beabsichtigten Arbeiten auf die Elektroinstallation zu informieren. Diese Mitteilung hat, insbesondere bei komplexen Arbeiten, vorzugsweise schriftlich zu erfolgen.
Arbeitstätigkeiten lassen sich in drei Kategorien einteilen: Arbeiten unter Spannung, Arbeiten unter Spannung und Arbeiten in der Nähe von unter Spannung stehenden Anlagen. Für jede Art von Arbeit wurden Maßnahmen zum Schutz vor Stromschlägen, Kurzschlüssen und Lichtbögen entwickelt.
Induktion: Bei Arbeiten an elektrischen Leitungen mit Induktionsstrom sind folgende Vorsichtsmaßnahmen zu treffen:
Wetterverhältnisse: Wenn Blitze gesehen oder Donner gehört werden, dürfen Arbeiten an Außenanlagen oder Innenanlagen, die direkt an Freileitungen angeschlossen sind, nicht begonnen oder fortgesetzt werden.
Tot arbeitend
Die folgenden grundlegenden Arbeitspraktiken stellen sicher, dass die elektrischen Installationen auf der Baustelle für die Dauer der Arbeiten stromlos bleiben. Sofern keine klaren Kontraindikationen vorliegen, sollten die Praktiken in der angegebenen Reihenfolge angewendet werden.
Vollständige Trennung: Der Anlagenteil, in dem die Arbeiten durchgeführt werden, ist spannungsfrei zu schalten und gegen Wiedereinschalten zu sichern.
Sicherung gegen Wiedereinschalten: Alle zum Freischalten der elektrischen Anlage für die Arbeiten verwendeten Trennvorrichtungen müssen verriegelt sein, vorzugsweise durch Verriegeln des Betätigungsmechanismus.
Überprüfung, ob die Installation tot ist: Die Stromfreiheit muss an allen Polen der elektrischen Installation auf der Baustelle oder so nahe wie möglich an der Baustelle überprüft werden.
Erden und Kurzschließen: An allen Hochspannungs- und einigen Niederspannungsarbeitsplätzen müssen alle zu bearbeitenden Teile geerdet und nach dem Abschalten kurzgeschlossen werden. Erdungs- und Kurzschließsysteme müssen zuerst geerdet werden; Die zu erdenden Komponenten dürfen erst im geerdeten Zustand an das System angeschlossen werden. Soweit praktikabel, müssen die Erdungs- und Kurzschließsysteme von der Baustelle aus sichtbar sein. Nieder- und Hochspannungsinstallationen haben ihre eigenen spezifischen Anforderungen. Bei diesen Installationsarten müssen alle Seiten der Baustelle und alle in die Baustelle eingeführten Leiter geerdet und kurzgeschlossen werden.
Schutz vor benachbarten spannungsführenden Teilen: Können Teile einer elektrischen Anlage in der Nähe der Baustelle nicht stromlos gemacht werden, sind zusätzliche Schutzmaßnahmen erforderlich. Arbeitnehmer dürfen mit der Arbeit nicht beginnen, bevor sie die Erlaubnis dazu von der für die Arbeit zuständigen Person erhalten haben, die ihrerseits die Genehmigung von der für die Leitung der Elektroinstallation bestimmten Person erhalten muss. Nach Abschluss der Arbeiten müssen die Arbeiter die Baustelle verlassen, Werkzeuge und Ausrüstung gelagert und Erdungs- und Kurzschlusssysteme entfernt werden. Die für die Arbeiten zuständige Person muss dann die für die Elektroinstallation zuständige Person benachrichtigen, dass die Installation wieder angeschlossen werden kann.
Live-Arbeiten
Allgemein: Arbeiten unter Spannung sind Arbeiten, die innerhalb einer Zone ausgeführt werden, in der Strom fließt. Leitlinien für die Abmessungen des Arbeitsbereichs unter Spannung finden sich in der Norm EN 50179. Es müssen Schutzmaßnahmen zur Verhinderung von Stromschlägen, Lichtbögen und Kurzschlüssen getroffen werden.
Ausbildung und Qualifikation: Es müssen spezielle Schulungsprogramme eingerichtet werden, um die Fähigkeit qualifizierter oder geschulter Arbeitnehmer zur Durchführung von Arbeiten unter Spannung zu entwickeln und aufrechtzuerhalten. Nach Abschluss des Programms erhalten die Arbeiter eine Qualifikationseinstufung und die Berechtigung, bestimmte Arbeiten unter Spannung an bestimmten Spannungen durchzuführen.
Aufrechterhaltung der Qualifikation: Die Fähigkeit, unter Spannung zu arbeiten, muss entweder durch Übung oder neue Ausbildung aufrechterhalten werden.
Arbeitstechniken: Derzeit gibt es drei anerkannte Techniken, die sich durch ihre Anwendbarkeit auf verschiedene Arten von stromführenden Teilen und die erforderliche Ausrüstung zur Verhinderung von Stromschlägen, Lichtbögen und Kurzschlüssen unterscheiden:
Jede Technik erfordert unterschiedliche Vorbereitung, Ausrüstung und Werkzeuge, und die Auswahl der am besten geeigneten Technik hängt von den Eigenschaften der betreffenden Arbeit ab.
Werkzeuge und Ausrüstung: Die Eigenschaften, Lagerung, Wartung, Transport und Inspektion von Werkzeugen, Geräten und Systemen sind festzulegen.
Wetterverhältnisse: Für das Arbeiten unter Spannung bei widrigen Wetterbedingungen gelten Einschränkungen, da die Isoliereigenschaften, die Sicht und die Mobilität der Arbeiter eingeschränkt sind.
Arbeitsorganisation: Die Arbeit ist angemessen vorzubereiten; Bei komplexen Arbeiten ist eine schriftliche Ausarbeitung vorab einzureichen. Die Anlage im Allgemeinen und der Bereich, in dem die Arbeiten ausgeführt werden sollen, im Besonderen, muss in einem Zustand gehalten werden, der der erforderlichen Vorbereitung entspricht. Die benannte Person für die Leitung der Arbeiten muss die benannte Person für die Leitung der Elektroinstallation über die Art der Arbeiten, den Ort in der Anlage, an dem die Arbeiten ausgeführt werden, und die voraussichtliche Dauer der Arbeiten informieren. Vor Beginn der Arbeiten müssen sich die Arbeitnehmer die Art der Arbeit, die einschlägigen Sicherheitsmaßnahmen, die Rolle jedes Arbeitnehmers und die zu verwendenden Werkzeuge und Ausrüstungen erklären lassen.
Für Kleinspannungs-, Niederspannungs- und Hochspannungsanlagen gibt es spezielle Praktiken.
Arbeiten Sie in der Nähe von spannungsführenden Teilen
Allgemein: Arbeiten in der Nähe von spannungsführenden Teilen mit Nennspannungen über 50 VAC oder 120 VDC dürfen nur durchgeführt werden, wenn Sicherheitsmaßnahmen ergriffen wurden, um sicherzustellen, dass spannungsführende Teile nicht berührt oder der spannungsführende Bereich nicht betreten werden kann. Hierzu können Abschirmungen, Absperrungen, Einhausungen oder isolierende Abdeckungen verwendet werden.
Vor Beginn der Arbeiten hat die für die Arbeiten zuständige Person die Arbeiter, insbesondere diejenigen, die mit der Arbeit in der Nähe von spannungsführenden Teilen nicht vertraut sind, über die auf der Baustelle einzuhaltenden Sicherheitsabstände, die wichtigsten Sicherheitsmaßnahmen und die zu unterweisen Notwendigkeit eines Verhaltens, das die Sicherheit der gesamten Arbeitsmannschaft gewährleistet. Arbeitsstättengrenzen sind genau festzulegen und zu kennzeichnen und auf ungewöhnliche Arbeitsbedingungen hinzuweisen. Diese Information ist bei Bedarf zu wiederholen, insbesondere nach Änderungen der Arbeitsbedingungen.
Arbeiter müssen sicherstellen, dass kein Teil ihres Körpers oder irgendein Gegenstand in die Live-Zone gelangt. Beim Umgang mit langen Gegenständen, z. B. Werkzeugen, Kabelenden, Rohren und Leitern, ist besondere Vorsicht geboten.
Schutz durch Abschirmungen, Barrieren, Gehäuse oder isolierende Abdeckungen: Die Auswahl und Installation dieser Schutzeinrichtungen muss einen ausreichenden Schutz gegen vorhersehbare elektrische und mechanische Belastungen gewährleisten. Die Ausrüstung ist während der Arbeiten angemessen zu warten und zu sichern.
Wartung
Allgemein: Zweck der Instandhaltung ist es, die elektrische Anlage im geforderten Zustand zu erhalten. Die Wartung kann vorbeugend (dh regelmäßig durchgeführt werden, um Ausfällen vorzubeugen und die Betriebsfähigkeit der Geräte aufrechtzuerhalten) oder korrigierend (dh zum Ersetzen defekter Teile durchgeführt) erfolgen.
Wartungsarbeiten können in zwei Risikokategorien eingeteilt werden:
Personal: Das Personal, das die Arbeiten ausführen soll, muss ausreichend qualifiziert oder geschult sein und mit geeigneten Mess- und Prüfwerkzeugen und -geräten ausgestattet sein.
Reparatur: Die Reparaturarbeiten bestehen aus folgenden Schritten: Fehlerortung; Fehlerbehebung und/oder Austausch von Komponenten; Wiederinbetriebnahme des reparierten Anlagenteils. Jeder dieser Schritte kann spezifische Verfahren erfordern.
Ersatzarbeiten: Im Allgemeinen muss der Sicherungswechsel in Hochspannungsanlagen als stromlose Arbeit durchgeführt werden. Der Sicherungswechsel muss von qualifiziertem Personal nach geeigneten Arbeitsverfahren durchgeführt werden. Der Austausch von Lampen und abnehmbaren Teilen wie Startern erfolgt als Eigenleistung. In Hochspannungsanlagen gelten die Reparaturverfahren auch für Ersatzarbeiten.
Schulung des Personals über elektrische Gefahren
Eine effektive Arbeitsorganisation und Sicherheitsschulung ist ein Schlüsselelement in jeder erfolgreichen Organisation, jedem Präventionsprogramm und Arbeitsschutzprogramm. Die Arbeitnehmer müssen über eine angemessene Ausbildung verfügen, um ihre Arbeit sicher und effizient erledigen zu können.
Die Verantwortung für die Durchführung von Mitarbeiterschulungen liegt beim Management. Das Management muss erkennen, dass die Mitarbeiter ein bestimmtes Leistungsniveau erreichen müssen, bevor die Organisation ihre Ziele erreichen kann. Um diese Niveaus zu erreichen, müssen Schulungsrichtlinien für Arbeitnehmer und im weiteren Sinne konkrete Schulungsprogramme eingerichtet werden. Programme sollten Ausbildungs- und Qualifizierungsphasen umfassen.
Live-Working-Programme sollten die folgenden Elemente enthalten:
Ausbildung: In einigen Ländern müssen Programme und Schulungseinrichtungen von einem Live-Arbeitsausschuss oder einem ähnlichen Gremium formell genehmigt werden. Die Programme basieren hauptsächlich auf praktischer Erfahrung, ergänzt durch technische Schulungen. Die Ausbildung erfolgt in Form von praktischer Arbeit an Modellanlagen im Innen- oder Außenbereich, ähnlich denen, an denen tatsächlich gearbeitet werden soll.
Qualifikationen: Arbeiten unter Spannung sind sehr anspruchsvoll, und es ist wichtig, die richtige Person am richtigen Ort einzusetzen. Dies ist am einfachsten zu erreichen, wenn qualifiziertes Personal unterschiedlicher Qualifikationsniveaus zur Verfügung steht. Die benannte Person, die die Arbeit leitet, sollte ein qualifizierter Arbeiter sein. Wo eine Beaufsichtigung erforderlich ist, sollte diese ebenfalls von einer qualifizierten Person durchgeführt werden. Arbeitnehmer sollten nur an Anlagen arbeiten, deren Spannung und Komplexität ihrem Qualifikations- oder Ausbildungsniveau entspricht. In einigen Ländern ist die Qualifikation durch nationale Standards geregelt.
Schließlich sollten die Arbeitnehmer in wesentlichen lebensrettenden Techniken unterwiesen und geschult werden. Für weitere Informationen wird der Leser auf das Kapitel Erste Hilfe verwiesen.
Die Chemie und Physik des Feuers
Feuer ist eine Manifestation unkontrollierter Verbrennung. Dabei handelt es sich um brennbare Materialien, die sich in Gebäuden, in denen wir leben, arbeiten und spielen, um uns herum befinden, sowie um eine Vielzahl von Gasen, Flüssigkeiten und Feststoffen, die in Industrie und Gewerbe vorkommen. Sie sind üblicherweise kohlenstoffbasiert und können gemeinsam als bezeichnet werden Treibstoffe im Rahmen dieser Diskussion. Trotz der großen Vielfalt dieser Brennstoffe in ihrem chemischen und physikalischen Zustand teilen sie im Feuer Eigenschaften, die ihnen allen gemeinsam sind. Unterschiede bestehen in der Leichtigkeit, mit der ein Feuer ausgelöst werden kann (Zündung), die Geschwindigkeit, mit der sich ein Feuer entwickeln kann (Flammenausbreitung) und die erzeugbare Leistung (Geschwindigkeit der Wärmefreisetzung), aber je besser wir die Wissenschaft des Feuers verstehen, desto besser können wir das Brandverhalten quantifizieren und vorhersagen und unser Wissen auf den Brandschutz im Allgemeinen anwenden. Der Zweck dieses Abschnitts besteht darin, einige der zugrunde liegenden Prinzipien zu überprüfen und Anleitungen zum Verständnis von Brandprozessen zu geben.
Grundlegende Konzepte
Brennbare Materialien umgeben uns überall. Unter den entsprechenden Umständen können sie zum Brennen gebracht werden, indem man sie einer Zündquelle die in der Lage ist, eine selbsterhaltende Reaktion auszulösen. Dabei reagiert der „Brennstoff“ mit Luftsauerstoff unter Freisetzung von Energie (Wärme) und wird dabei in zum Teil gesundheitsschädliche Verbrennungsprodukte umgewandelt. Die Mechanismen der Entzündung und Verbrennung müssen klar verstanden werden.
Bei den meisten alltäglichen Bränden sind feste Materialien (z. B. Holz, Holzprodukte und synthetische Polymere) involviert, obwohl gasförmige und flüssige Brennstoffe keine Seltenheit sind. Ein kurzer Überblick über die Verbrennung von Gasen und Flüssigkeiten ist wünschenswert, bevor einige der grundlegenden Konzepte diskutiert werden.
Diffusion und vorgemischte Flammen
Ein brennbares Gas (z. B. Propan, C3H8) kann auf zwei Arten verbrannt werden: Ein Gasstrahl aus einem Rohr (vgl. der einfache Bunsenbrenner mit geschlossenem Lufteinlass) kann gezündet werden und brennt als Diffusionsflamme in denen Verbrennungen in den Bereichen stattfinden, in denen sich gasförmiger Brennstoff und Luft durch Diffusionsprozesse vermischen. Eine solche Flamme hat eine charakteristische gelbe Leuchtkraft, die auf das Vorhandensein winziger Rußpartikel hinweist, die als Ergebnis einer unvollständigen Verbrennung entstanden sind. Einige davon brennen in der Flamme, andere treten aus der Flammenspitze hervor, um sich zu bilden rauchen.
Wenn das Gas und die Luft vor der Zündung innig vermischt werden, findet eine vorgemischte Verbrennung statt, vorausgesetzt, dass das Gas/Luft-Gemisch innerhalb eines Konzentrationsbereichs liegt, der durch die untere und obere Grenze begrenzt ist Entflammbarkeitsgrenzen (siehe Tabelle 1). Außerhalb dieser Grenzen ist das Gemisch nicht brennbar. (Beachten Sie, dass a vorgemischte Flamme stabilisiert sich an der Mündung eines Bunsenbrenners, wenn der Lufteinlass geöffnet ist.) Wenn ein Gemisch brennbar ist, kann es durch eine kleine Zündquelle, z. B. einen elektrischen Funken, entzündet werden. Das stöchiometrisch am leichtesten entzündet sich ein Gemisch, bei dem die vorhandene Sauerstoffmenge im richtigen Verhältnis steht, um den gesamten Brennstoff zu Kohlendioxid und Wasser zu verbrennen (siehe beigefügte Gleichung unten, in der Stickstoff im gleichen Verhältnis wie vorhanden ist). an der Luft, nimmt aber nicht an der Reaktion teil). Propan (C3H8) ist das brennbare Material bei dieser Reaktion:
C3H8 + 5O2 + 18.8 N2 = 3CO2 + 4H2O + 18.8 N2
Eine elektrische Entladung von nur 0.3 mJ reicht aus, um ein stöchiometrisches Propan/Luft-Gemisch in der dargestellten Reaktion zu zünden. Dies stellt einen kaum wahrnehmbaren statischen Funken dar, wie ihn jemand erlebt, der über einen synthetischen Teppich gelaufen ist und einen geerdeten Gegenstand berührt hat. Noch geringere Energiemengen werden für bestimmte reaktive Gase wie Wasserstoff, Ethylen und Ethin benötigt. In reinem Sauerstoff (wie in der obigen Reaktion, aber ohne vorhandenen Stickstoff als Verdünnungsmittel) sind sogar niedrigere Energien ausreichend.
Tabelle 1. Untere und obere Entflammbarkeitsgrenzen in Luft
Geringere Entflammbarkeit |
Obere Entflammbarkeit |
|
Kohlenmonoxid |
12.5 |
74 |
Methan |
5.0 |
15 |
Propan |
2.1 |
9.5 |
n-Hexan |
1.2 |
7.4 |
n-Dekan |
0.75 |
5.6 |
Methanol |
6.7 |
36 |
Ethanol |
3.3 |
19 |
Aceton |
2.6 |
13 |
Benzol |
1.3 |
7.9 |
Die Diffusionsflamme, die mit einem Strom aus gasförmigem Brennstoff verbunden ist, veranschaulicht den Verbrennungsmodus, der beobachtet wird, wenn ein flüssiger oder fester Brennstoff einer flammenden Verbrennung unterzogen wird. In diesem Fall wird die Flamme jedoch durch Kraftstoffdämpfe gespeist, die an der Oberfläche der kondensierten Phase erzeugt werden. Die Zufuhrgeschwindigkeit dieser Dämpfe ist an ihre Verbrennungsgeschwindigkeit in der Diffusionsflamme gekoppelt. Die Energie wird von der Flamme auf die Oberfläche übertragen und liefert so die Energie, die zur Erzeugung der Dämpfe erforderlich ist. Dies ist ein einfacher Verdampfungsprozess für flüssige Kraftstoffe, aber für Feststoffe muss genügend Energie bereitgestellt werden, um eine chemische Zersetzung des Kraftstoffs zu bewirken, wodurch große Polymermoleküle in kleinere Fragmente zerlegt werden, die verdampfen und von der Oberfläche entweichen können. Diese thermische Rückkopplung ist wesentlich, um den Dampfstrom aufrechtzuerhalten und somit die Diffusionsflamme zu unterstützen (Abbildung 1). Flammen können gelöscht werden, indem man in diesen Prozess auf verschiedene Weise eingreift (siehe unten).
Abbildung 1. Schematische Darstellung einer brennenden Oberfläche, die die Wärme- und Stoffübertragungsprozesse zeigt.
Die Wärmeübertragung
Ein Verständnis der Wärme- (oder Energie-) Übertragung ist der Schlüssel zum Verständnis des Brandverhaltens und der Brandprozesse. Das Thema verdient ein sorgfältiges Studium. Es gibt viele ausgezeichnete Texte, denen man sich zuwenden kann (Welty, Wilson und Wicks 1976; DiNenno 1988), aber für die vorliegenden Zwecke ist es notwendig, die Aufmerksamkeit nur auf die drei Mechanismen zu lenken: Leitung, Konvektion und Strahlung. Die Grundgleichungen für die stationäre Wärmeübertragung () lauten:
Leitung:
Konvektion:
Strahlung:
Wärmeleitung ist relevant für die Wärmeübertragung durch Feststoffe; (k ist eine Materialeigenschaft, die als Wärmeleitfähigkeit (kW/mK ) bekannt ist und l ist die Entfernung (m), über die die Temperatur abfällt T1 zu T2 (in Grad Kelvin). Konvektion bezieht sich in diesem Zusammenhang auf die Übertragung von Wärme von einem Fluid (in diesem Fall Luft, Flammen oder Feuerprodukte) auf eine Oberfläche (fest oder flüssig); h ist der konvektive Wärmeübergangskoeffizient kW/m2K) und hängt von der Konfiguration der Oberfläche und der Art des Fluidstroms an dieser Oberfläche vorbei ab. Strahlung ist dem sichtbaren Licht ähnlich (jedoch mit einer längeren Wellenlänge) und erfordert kein dazwischenliegendes Medium (sie kann ein Vakuum durchqueren); e ist der Emissionsgrad (Effizienz, mit dem eine Oberfläche strahlen kann), s ist die Stefan-Boltzman-Konstante (). Wärmestrahlung bewegt sich mit Lichtgeschwindigkeit (3 x 108 m/s) und ein dazwischenliegendes festes Objekt wirft einen Schatten.
Brenngeschwindigkeit und Wärmefreisetzungsgeschwindigkeit
Die Wärmeübertragung von Flammen auf die Oberfläche von kondensierten Brennstoffen (Flüssigkeiten und Feststoffe) beinhaltet eine Mischung aus Konvektion und Strahlung, obwohl letztere dominiert, wenn der effektive Durchmesser des Feuers 1 m überschreitet. Die Brenngeschwindigkeit (, (g/s)) kann durch die Formel ausgedrückt werden:
ist der Wärmefluss von der Flamme zur Oberfläche (kW/m2); ist der Wärmeverlust von der Oberfläche (z. B. durch Strahlung und durch Leitung durch den Festkörper), ausgedrückt als Fluss (kW/m2); AKraftstoff ist die Oberfläche des Brennstoffs (m2); und Lv ist die Vergasungswärme (entspricht der latenten Verdampfungswärme einer Flüssigkeit) (kJ/g). Wenn sich in einem geschlossenen Raum ein Feuer entwickelt, werden die heißen Rauchgase, die aus dem Feuer aufsteigen (durch Auftrieb angetrieben), unter die Decke gelenkt und erhitzen die oberen Oberflächen. Die entstehende Rauchschicht und die heißen Oberflächen strahlen in den unteren Teil des Gehäuses, insbesondere auf die Brennstoffoberfläche, und erhöhen so die Abbrandgeschwindigkeit:
woher ist die zusätzliche Wärme, die durch Strahlung vom oberen Teil des Gehäuses geliefert wird (kW/m2). Diese zusätzliche Rückkopplung führt zu stark erhöhten Verbrennungsraten und zum Phänomen des Flashovers in geschlossenen Räumen, in denen eine ausreichende Luftzufuhr und ausreichend Brennstoff vorhanden sind, um das Feuer aufrechtzuerhalten (Drysdale 1985).
Die Brenngeschwindigkeit wird durch die Größe des Wertes von moderiert Lv, die Vergasungswärme. Diese ist bei Flüssigkeiten tendenziell niedrig und bei Feststoffen relativ hoch. Folglich neigen Feststoffe dazu, viel langsamer zu brennen als Flüssigkeiten.
Es wurde argumentiert, dass der wichtigste Einzelparameter, der das Brandverhalten eines Materials (oder einer Materialanordnung) bestimmt, der ist die Geschwindigkeit der Wärmefreisetzung (RHR), die durch die Gleichung an die Brenngeschwindigkeit gekoppelt ist:
wobei die effektive Verbrennungswärme des Kraftstoffs (kJ/g) ist. Es sind jetzt neue Techniken zum Messen des RHR bei unterschiedlichen Wärmeflüssen verfügbar (z. B. das Kegelkalorimeter), und es ist jetzt möglich, das RHR von großen Gegenständen wie Polstermöbeln und Wandverkleidungen in großen Kalorimetern zu messen, die den Sauerstoffverbrauch verwenden Messungen zur Bestimmung der Wärmefreisetzungsrate (Babrauskas und Grayson 1992).
Es sollte beachtet werden, dass mit zunehmender Größe eines Feuers nicht nur die Wärmefreisetzungsrate zunimmt, sondern auch die Produktionsrate von „Feuerprodukten“. Diese enthalten toxische und schädliche Arten sowie Rauchpartikel, deren Ausbeute ansteigt, wenn ein Feuer, das sich in einem Gebäudegehäuse entwickelt, unzureichend belüftet wird.
Zündung
Das Entzünden einer Flüssigkeit oder eines Feststoffs beinhaltet das Erhöhen der Oberflächentemperatur, bis sich Dämpfe mit einer Geschwindigkeit entwickeln, die ausreicht, um eine Flamme zu unterstützen, nachdem die Dämpfe entzündet wurden. Flüssige Brennstoffe können nach ihrer Klasse eingeteilt werden Flammpunkte, die niedrigste Temperatur, bei der ein brennbares Dampf-Luft-Gemisch an der Oberfläche vorhanden ist (dh der Dampfdruck entspricht der unteren Zündgrenze). Diese können mit einem Standardgerät gemessen werden, und typische Beispiele sind in Tabelle 2 angegeben. Eine etwas höhere Temperatur ist erforderlich, um einen ausreichenden Dampfstrom zu erzeugen, um eine Diffusionsflamme zu unterstützen. Dies ist bekannt als die Feuerpunkt. Für brennbare Feststoffe gelten die gleichen Konzepte, jedoch sind höhere Temperaturen erforderlich, da es zu einer chemischen Zersetzung kommt. Der Brennpunkt liegt je nach Brennstoff typischerweise über 300 °C. Im Allgemeinen haben flammgeschützte Materialien deutlich höhere Brennpunkte (siehe Tabelle 2).
Tabelle 2. Flamm- und Brennpunkte von flüssigen und festen Brennstoffen
Flammpunkt im geschlossenen Tiegel1 (° C) |
Feuerpunkt2 (° C) |
|
Benzin (100 Oktan) (l) |
-38 |
- |
n-Dekan (l) |
46 |
61.5 |
n-Dodekan (l) |
74 |
103 |
Polymethylmethacrylat(e) |
- |
310 |
FR Polymethylmethacrylat(e) |
- |
377 |
Polypropylen (e) |
- |
330 |
FR-Polypropylen (s) |
- |
397 |
Polystyrol (e) |
- |
367 |
FR Polystyrol (e) |
- |
445 |
l = flüssig; s = fest.
1 Von Pensky-Martens geschlossener Becherapparat.
2 Flüssigkeiten: durch Cleveland-Apparat mit offenem Becher. Feststoffe: Drysdale und Thomson (1994).
(Beachten Sie, dass sich die Ergebnisse für die schwer entflammbaren Arten auf einen Wärmefluss von 37 kW/m beziehen2).
Die Leichtigkeit der Entzündung eines festen Materials hängt daher von der Leichtigkeit ab, mit der seine Oberflächentemperatur auf den Brennpunkt angehoben werden kann, z. B. durch Einwirkung von Strahlungswärme oder einem Strom heißer Gase. Dies ist weniger abhängig von der Chemie des Zersetzungsprozesses als vielmehr von der Dicke und den physikalischen Eigenschaften des Feststoffs, nämlich seiner Wärmeleitfähigkeit (k), Dichte (r) und Wärmekapazität (c). Dünne Feststoffe wie Holzspäne (und alle dünnen Abschnitte) können sehr leicht entzündet werden, da sie eine geringe thermische Masse haben, dh relativ wenig Wärme erforderlich ist, um die Temperatur auf den Brennpunkt zu erhöhen. Wenn jedoch Wärme auf die Oberfläche eines dicken Festkörpers übertragen wird, wird ein Teil von der Oberfläche in den Körper des Festkörpers geleitet, wodurch der Temperaturanstieg der Oberfläche gemildert wird. Es kann theoretisch gezeigt werden, dass die Anstiegsgeschwindigkeit der Oberflächentemperatur durch die bestimmt wird thermische Trägheit des Materials, also des Produkts krc. Dies bestätigt sich in der Praxis, da dicke Materialien mit hoher thermischer Trägheit (z. B. Eiche, festes Polyurethan) bei einem gegebenen Wärmefluss lange brauchen, um sich zu entzünden, während dicke Materialien mit geringer thermischer Trägheit (z. B. Faserdämmplatten, Polyurethanschaum) entzünden sich schnell (Drysdale 1985).
Zündquellen
Die Zündung ist schematisch in Bild 2 dargestellt (vorgesteuerte Zündung). Für eine erfolgreiche Zündung ist eine Zündquelle muss nicht nur in der Lage sein, die Oberflächentemperatur auf den Brennpunkt oder darüber zu erhöhen, sondern muss auch die Dämpfe entzünden. Eine auftreffende Flamme wirkt in beiden Fällen, aber ein auferlegter Strahlungsfluss von einer entfernten Quelle kann zur Entwicklung von Dämpfen bei einer Temperatur über dem Brennpunkt führen, ohne dass sich die Dämpfe entzünden. Wenn die freigesetzten Dämpfe jedoch heiß genug sind (was erfordert, dass die Oberflächentemperatur viel höher als der Brennpunkt ist), können sie sich spontan entzünden, wenn sie sich mit Luft vermischen. Dieser Vorgang ist bekannt als spontane Entzündung.
Abbildung 2. Das Szenario für die pilotierte Zündung.
Eine Vielzahl von Zündquellen kann identifiziert werden, aber sie haben eines gemeinsam, nämlich dass sie das Ergebnis einer Form von Unachtsamkeit oder Untätigkeit sind. Eine typische Liste würde offene Flammen, „Rauchermaterialien“, Reibungsheizung, elektrische Geräte (Heizungen, Bügeleisen, Herde usw.) und so weiter umfassen. Eine hervorragende Übersicht findet sich in Cote (1991). Einige davon sind in Tabelle 3 zusammengefasst.
Tabelle 3. Zündquellen
|
Beispiele
|
Elektrisch betriebene Geräte |
Elektrische Heizungen, Haartrockner, Heizdecken usw. |
Offene Flammenquelle |
Streichholz, Zigarettenanzünder, Lötlampe usw. |
Gasbetriebene Geräte |
Gaskamin, Raumheizung, Herd usw. |
Andere befeuerte Geräte |
Holzofen usw. |
Beleuchtetes Tabakprodukt |
Zigarre, Pfeife etc. |
Heißes Objekt |
Heiße Rohre, mechanische Funken usw. |
Hitzeeinwirkung |
Nachbarfeuer usw. |
Spontane Erwärmung |
Leinölgetränkte Lappen, Kohlehaufen etc. |
Chemische Reaktion |
Selten-z. B. Kaliumpermanganat mit Glycerin |
Es ist zu beachten, dass glimmende Zigaretten nicht direkt eine flammende Verbrennung auslösen können (selbst bei üblichen gasförmigen Brennstoffen), aber verursachen können schwelend in Materialien, die zu dieser Art von Verbrennung neigen. Dies wird nur bei Materialien beobachtet, die beim Erhitzen verkohlen. Das Schwelen beinhaltet die Oberflächenoxidation der Holzkohle, die lokal genug Wärme erzeugt, um frische Holzkohle aus benachbartem unverbrannten Brennstoff zu erzeugen. Es ist ein sehr langsamer Prozess, kann aber schließlich zum Flammen übergehen. Danach entwickelt sich das Feuer sehr schnell.
Auch Materialien, die zum Schwelen neigen, können das Phänomen der Selbsterhitzung aufweisen (Bowes 1984). Dies entsteht, wenn ein solches Material in großen Mengen und so gelagert wird, dass die durch langsame Oberflächenoxidation erzeugte Wärme nicht entweichen kann, was zu einem Temperaturanstieg innerhalb der Masse führt. Wenn die Bedingungen stimmen, kann dies zu einem außer Kontrolle geratenen Prozess führen, der sich schließlich zu einer schwelenden Reaktion in der Tiefe des Materials entwickelt.
Flammenausbreitung
Eine Hauptkomponente bei der Ausbreitung eines jeden Feuers ist die Geschwindigkeit, mit der sich Flammen über benachbarte brennbare Oberflächen ausbreiten. Die Flammenausbreitung kann als fortschreitende Zündfront modelliert werden, bei der die Vorderkante der Flamme als Zündquelle für den noch nicht brennenden Brennstoff wirkt. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit wird teilweise durch die gleichen Materialeigenschaften bestimmt, die die Leichtigkeit der Zündung steuern, und teilweise durch die Wechselwirkung zwischen der vorhandenen Flamme und der Oberfläche vor der Front. Die vertikale Ausbreitung nach oben ist am schnellsten, da der Auftrieb sicherstellt, dass die Flammen nach oben fließen und die Oberfläche über dem brennenden Bereich der direkten Wärmeübertragung von den Flammen ausgesetzt wird. Dies sollte im Gegensatz zu einer Ausbreitung über eine horizontale Oberfläche stehen, wenn die Flammen aus dem brennenden Bereich vertikal von der Oberfläche weg aufsteigen. Tatsächlich ist es allgemeine Erfahrung, dass die vertikale Ausbreitung am gefährlichsten ist (z. B. Flammenausbreitung auf Vorhängen und Vorhängen und auf loser Kleidung wie Kleidern und Nachthemden).
Die Ausbreitungsgeschwindigkeit wird auch durch einen auferlegten Strahlungswärmestrom beeinflußt. Bei der Entstehung eines Brandes in einem Raum wächst die Brandfläche unter der zunehmenden Strahlung, die sich mit fortschreitendem Brand aufbaut, schneller an. Dies trägt zur Beschleunigung des Brandwachstums bei, das für Flashover charakteristisch ist.
Theorie der Feuerlöschung
Feuerlöschung und -unterdrückung können im Hinblick auf die obige Skizze der Feuertheorie untersucht werden. Die Verbrennungsprozesse in der Gasphase (dh die Flammenreaktionen) sind sehr empfindlich gegenüber chemischen Inhibitoren. Einige von den Flammschutzmittel zur Verbesserung der „Feuereigenschaften“ von Materialien verwendet werden, beruhen auf der Tatsache, dass kleine Mengen an Inhibitor, die mit den Kraftstoffdämpfen freigesetzt werden, die Entstehung einer Flamme unterdrücken. Das Vorhandensein eines Flammschutzmittels kann ein brennbares Material nicht unbrennbar machen, aber es kann die Zündung erschweren – vielleicht sogar ganz verhindern, vorausgesetzt, die Zündquelle ist klein. Wenn jedoch ein flammhemmendes Material in ein bestehendes Feuer verwickelt wird, brennt es, da die hohen Wärmeströme die Wirkung des Flammschutzmittels überwältigen.
Das Löschen eines Feuers kann auf verschiedene Weise erreicht werden:
1. Stoppen der Zufuhr von Kraftstoffdämpfen
2. Löschen der Flamme durch chemische Feuerlöscher (inhibieren)
3. Unterbrechen der Luftzufuhr (Sauerstoff) zum Brand (Ersticken)
4. „Ausblasen“.
Kontrolle des Stroms von Kraftstoffdämpfen
Das erste Verfahren, die Zufuhr von Brennstoffdämpfen zu stoppen, ist eindeutig auf ein Gasstrahlfeuer anwendbar, bei dem die Zufuhr des Brennstoffs einfach abgestellt werden kann. Es ist jedoch auch die gebräuchlichste und sicherste Methode, um einen Brand mit kondensierten Brennstoffen zu löschen. Im Fall eines Feuers, an dem ein Feststoff beteiligt ist, erfordert dies, dass die Brennstoffoberfläche unter den Brennpunkt gekühlt wird, wenn der Dampfstrom zu klein wird, um eine Flamme zu unterstützen. Dies wird am effektivsten durch das Aufbringen von Wasser erreicht, entweder manuell oder durch ein automatisches System (Sprinkler, Wassersprüher usw.). Im Allgemeinen können Flüssigkeitsbrände nicht auf diese Weise behandelt werden: Flüssigbrennstoffe mit niedrigem Brennpunkt können einfach nicht ausreichend gekühlt werden, während im Fall eines Brennstoffs mit hohem Brennpunkt ein starkes Verdampfen von Wasser beim Kontakt mit der heißen Flüssigkeit an der Oberfläche kann dazu führen, dass brennender Kraftstoff aus dem Behälter geschleudert wird. Dies kann für die Brandbekämpfung schwerwiegende Folgen haben. (Es gibt einige Sonderfälle, in denen ein automatisches Hochdruck-Wassersprühsystem für die Bekämpfung der letzteren Art von Feuer ausgelegt sein kann, aber dies ist nicht üblich.)
Flüssigkeitsbrände werden üblicherweise durch die Verwendung von Feuerlöschschäumen gelöscht (Cote 1991). Dieser wird erzeugt, indem ein Schaumkonzentrat in einen Wasserstrahl gesaugt wird, der dann durch eine spezielle Düse auf das Feuer gerichtet wird, wodurch Luft in den Strom mitgerissen werden kann. Dies erzeugt einen Schaum, der oben auf der Flüssigkeit schwimmt, wodurch die Zufuhrrate von Kraftstoffdämpfen durch einen Blockierungseffekt verringert und die Oberfläche vor Wärmeübertragung von den Flammen abgeschirmt wird. Der Schaum muss vorsichtig aufgetragen werden, um ein „Floß“ zu bilden, das allmählich an Größe zunimmt, um die Flüssigkeitsoberfläche zu bedecken. Die Flammen werden kleiner, wenn das Floß wächst, und gleichzeitig zerfällt der Schaum allmählich und setzt Wasser frei, das die Kühlung der Oberfläche unterstützt. Der Mechanismus ist in der Tat komplex, obwohl das Endergebnis darin besteht, den Dampfstrom zu steuern.
Es gibt eine Reihe von Schaumkonzentraten, und es ist wichtig, eines zu wählen, das mit den zu schützenden Flüssigkeiten kompatibel ist. Die ursprünglichen „Proteinschäume“ wurden für Brände von flüssigen Kohlenwasserstoffen entwickelt, zerfallen jedoch schnell, wenn sie mit wasserlöslichen flüssigen Brennstoffen in Kontakt kommen. Es wurde eine Reihe von „synthetischen Schäumen“ entwickelt, um das gesamte Spektrum der auftretenden Flüssigkeitsbrände zu bekämpfen. Einer davon, der „Water Film Forming Foam“ (AFFF), ist ein Allzweckschaumstoff, der zusätzlich einen Wasserfilm auf der Oberfläche des flüssigen Kraftstoffs erzeugt und so dessen Wirksamkeit erhöht.
Löschen der Flamme
Dieses Verfahren verwendet chemische Löschmittel, um die Flamme zu löschen. Die Reaktionen, die in der Flamme stattfinden, beinhalten freie Radikale, eine hochreaktive Spezies, die nur eine flüchtige Existenz hat, aber kontinuierlich durch einen verzweigten Kettenprozess regeneriert wird, der ausreichend hohe Konzentrationen aufrechterhält, um den Ablauf der Gesamtreaktion (z. B. eine Reaktion vom R1-Typ) zu ermöglichen in einem schnellen Tempo. Chemische Unterdrücker, die in ausreichender Menge angewendet werden, verursachen einen dramatischen Abfall der Konzentration dieser Radikale und löschen die Flamme effektiv. Die gebräuchlichsten Mittel, die auf diese Weise wirken, sind Halone und Trockenpulver.
Halone reagieren in der Flamme, um andere Zwischenprodukte zu erzeugen, mit denen die Flammenradikale bevorzugt reagieren. Zum Löschen eines Feuers sind relativ kleine Mengen der Halone erforderlich, und aus diesem Grund wurden sie traditionell als sehr wünschenswert angesehen; Löschkonzentrationen sind „atmungsfähig“ (obwohl die beim Durchgang durch die Flamme entstehenden Produkte gesundheitsschädlich sind). Trockenpulver wirken ähnlich, sind aber unter Umständen viel effektiver. Feine Partikel werden in die Flamme dispergiert und bewirken den Abbruch der Radikalketten. Es ist wichtig, dass die Teilchen klein und zahlreich sind. Dies wird von den Herstellern vieler Trockenpulver-Marken erreicht, indem ein Pulver ausgewählt wird, das „dekrepitiert“, dh die Partikel in kleinere Partikel zersplittern, wenn sie den hohen Temperaturen der Flamme ausgesetzt werden.
Für eine Person, deren Kleidung Feuer gefangen hat, gilt ein Trockenpulverlöscher als die beste Methode, um Flammen zu kontrollieren und diese Person zu schützen. Ein schnelles Eingreifen führt zu einem schnellen „Knockdown“ und minimiert so Verletzungen. Die Flamme muss jedoch vollständig gelöscht werden, da die Partikel schnell zu Boden fallen und sich eventuelle Restflammen schnell wieder festsetzen. Ebenso bleiben Halone nur wirksam, wenn die lokalen Konzentrationen beibehalten werden. Wenn es im Freien angewendet wird, verteilt sich der Halondampf schnell, und das Feuer wird sich schnell wieder aufbauen, wenn eine Restflamme vorhanden ist. Noch wichtiger ist, dass auf den Verlust des Unterdrückungsmittels eine erneute Zündung des Kraftstoffs folgt, wenn die Oberflächentemperaturen hoch genug sind. Weder Halone noch Trockenpulver haben eine signifikante Kühlwirkung auf die Kraftstoffoberfläche.
Entfernen der Luftzufuhr
Die folgende Beschreibung ist eine zu starke Vereinfachung des Prozesses. Das „Entfernen der Luftzufuhr“ führt zwar sicher zum Erlöschen des Feuers, dazu muss aber lediglich die Sauerstoffkonzentration unter ein kritisches Maß abgesenkt werden. Der bekannte „Sauerstoff-Index-Test“ klassifiziert brennbare Materialien nach der Mindestsauerstoffkonzentration in einem Sauerstoff/Stickstoff-Gemisch, die gerade noch ein Entflammen unterstützt. Viele gebräuchliche Materialien verbrennen bei Sauerstoffkonzentrationen von bis zu etwa 14 % bei Umgebungstemperaturen (ca. 20 °C) und in Abwesenheit einer aufgeprägten Wärmeübertragung. Die kritische Konzentration ist temperaturabhängig und nimmt mit steigender Temperatur ab. Somit kann ein Feuer, das schon seit einiger Zeit brennt, Flammen bei Konzentrationen von vielleicht nur 7 % unterstützen. Ein Brand in einem Raum kann unter Kontrolle gehalten und sogar selbst gelöscht werden, wenn die Sauerstoffzufuhr durch geschlossene Türen und Fenster eingeschränkt wird. Das Flammen kann aufhören, aber das Schwelen wird bei sehr viel niedrigeren Sauerstoffkonzentrationen fortgesetzt. Das Eindringen von Luft durch Öffnen einer Tür oder Einschlagen eines Fensters, bevor der Raum ausreichend abgekühlt ist, kann zu einem heftigen Ausbruch des Feuers führen, bekannt als Rückzug, oder Rückzug.
„Entlüften“ ist schwer zu erreichen. Eine Atmosphäre kann jedoch durch vollständige Flutung mit einem Gas, das die Verbrennung nicht unterstützt, wie Stickstoff, Kohlendioxid oder Gase aus einem Verbrennungsprozess (z. B. Schiffsmotoren), die sauerstoffarm und hoch sind, „inert“ gemacht werden in Kohlendioxid. Diese Technik kann nur in geschlossenen Räumen angewendet werden, da es notwendig ist, die erforderliche Konzentration des „Inertgases“ aufrechtzuerhalten, bis entweder das Feuer vollständig gelöscht ist oder die Löscharbeiten beginnen können. Totalflutungen haben spezielle Anwendungen, wie zum Beispiel für Schiffsladeräume und Sammlungen seltener Bücher in Bibliotheken. Die erforderlichen Mindestkonzentrationen der Inertgase sind in Tabelle 4 dargestellt. Diese basieren auf der Annahme, dass der Brand frühzeitig erkannt wird und die Flutung durchgeführt wird, bevor sich zu viel Wärme im Raum angesammelt hat.
Tabelle 4: Vergleich der für die Inertisierung erforderlichen Konzentrationen verschiedener Gase
Makler |
Mindestkonzentration (% Volumen) |
Halo 1301 |
8.0 |
Halo 1211 |
8.1 |
Stickstoff |
|
Kohlendioxid |
„Entlüften“ kann in unmittelbarer Nähe eines kleinen Brandes durch örtliches Aufbringen eines Löschmittels aus einem Feuerlöscher erfolgen. Kohlendioxid ist das einzige Gas, das auf diese Weise verwendet wird. Da sich dieses Gas jedoch schnell ausbreitet, ist es wichtig, alle Flammen während des Angriffs auf das Feuer zu löschen; andernfalls stellt sich das Flammen wieder ein. Eine Wiederzündung ist ebenfalls möglich, da Kohlendioxid keine oder nur eine geringe Kühlwirkung hat. Es ist erwähnenswert, dass ein feiner Wasserstrahl, der von einer Flamme mitgerissen wird, als kombiniertes Ergebnis der Verdampfung der Tröpfchen (was die Brennzone kühlt) und der Verringerung der Sauerstoffkonzentration durch Verdünnung durch Wasserdampf (der auf die gleiche Weise wirkt) zum Erlöschen führen kann als Kohlendioxid). Als möglicher Ersatz für Halone werden feine Wassersprühnebel und -nebel in Betracht gezogen.
An dieser Stelle sei erwähnt, dass es nicht ratsam ist, eine Gasflamme zu löschen, es sei denn, der Gasfluss kann unmittelbar danach gestoppt werden. Andernfalls kann sich eine beträchtliche Menge brennbaren Gases aufbauen und anschließend entzünden, was möglicherweise schwerwiegende Folgen haben kann.
Ausblasen
Diese Methode ist hier der Vollständigkeit halber enthalten. Eine Streichholzflamme kann leicht ausgeblasen werden, indem die Luftgeschwindigkeit in der Nähe der Flamme über einen kritischen Wert erhöht wird. Der Mechanismus arbeitet durch Destabilisieren der Flamme in der Nähe des Brennstoffs. Größere Brände können im Prinzip auf die gleiche Weise bekämpft werden, jedoch sind normalerweise Sprengladungen erforderlich, um ausreichende Geschwindigkeiten zu erzeugen. Ölquellenbrände können auf diese Weise gelöscht werden.
Als gemeinsames Merkmal ist schließlich hervorzuheben, dass die Leichtigkeit, mit der ein Feuer gelöscht werden kann, mit zunehmender Größe des Feuers rapide abnimmt. Die Früherkennung ermöglicht die Auslöschung mit minimalen Mengen an Unterdrückungsmittel und mit reduzierten Verlusten. Bei der Auswahl eines Unterdrückungssystems sollte man die potenzielle Geschwindigkeit der Brandentwicklung und die Art des verfügbaren Detektionssystems berücksichtigen.
Explosionen
Eine Explosion ist durch die plötzliche Freisetzung von Energie gekennzeichnet, die eine Schockwelle oder Druckwelle erzeugt, die entfernte Schäden verursachen kann. Es gibt zwei verschiedene Arten von Quellen, nämlich den Sprengstoff und den Druckstoß. Typisch für den Sprengstoff sind Verbindungen wie Trinitrotoluol (TNT) und Cyclotrimethylentrinitramin (RDX). Diese Verbindungen sind stark exotherme Spezies, die sich unter Freisetzung beträchtlicher Energiemengen zersetzen. Obwohl sie thermisch stabil sind (obwohl einige weniger stabil sind und eine Desensibilisierung erfordern, um sie sicher handhaben zu können), können sie unter Zersetzung zur Detonation gebracht werden und sich mit Schallgeschwindigkeit durch den Feststoff ausbreiten. Wenn die freigesetzte Energiemenge hoch genug ist, breitet sich eine Druckwelle von der Quelle aus und kann in der Ferne erheblichen Schaden anrichten.
Durch die Bewertung von Fernschäden kann man die Größe der Explosion in Form von „TNT-Äquivalenten“ (normalerweise in Tonnen) abschätzen. Diese Technik stützt sich auf die große Datenmenge, die über das Schadenspotential von TNT (ein Großteil davon während des Krieges) gesammelt wurde, und verwendet empirische Skalierungsgesetze, die aus Untersuchungen des durch bekannte TNT-Mengen verursachten Schadens entwickelt wurden.
In Friedenszeiten werden hochexplosive Sprengstoffe in einer Vielzahl von Aktivitäten eingesetzt, einschließlich Bergbau, Steinbrüchen und großen Tiefbauarbeiten. Ihr Vorhandensein an einem Standort stellt eine besondere Gefahr dar, die ein spezielles Management erfordert. Die andere Quelle von „Explosionen“ kann jedoch ebenso verheerend sein, insbesondere wenn die Gefahr nicht erkannt wurde. Überdrücke, die zu Druckstößen führen, können durch chemische Prozesse innerhalb von Anlagen oder durch rein physikalische Effekte entstehen, wie sie entstehen, wenn ein Behälter von außen beheizt wird und zu einem Überdruck führt. Der Begriff BLEVE (Siedeflüssigkeit expandierende Dampfexplosion) hat hier seinen Ursprung und bezieht sich ursprünglich auf das Versagen von Dampfkesseln. Es wird heute auch häufig verwendet, um das Ereignis zu beschreiben, bei dem ein Druckbehälter, der ein verflüssigtes Gas wie LPG (Liquefied Petroleum Gas) enthält, bei einem Brand versagt und den brennbaren Inhalt freisetzt, der sich dann entzündet und einen „Feuerball“ erzeugt.
Andererseits kann der Überdruck intern durch einen chemischen Prozess verursacht werden. In der Prozessindustrie kann die Selbsterhitzung zu einer außer Kontrolle geratenen Reaktion führen, bei der hohe Temperaturen und Drücke erzeugt werden, die einen Druckstoß verursachen können. Die häufigste Explosionsart wird jedoch durch die Entzündung eines brennbaren Gas/Luft-Gemisches verursacht, das in einem Teil einer Anlage oder tatsächlich in einer umschließenden Struktur oder einem Gehäuse eingeschlossen ist. Voraussetzung ist die Bildung eines brennbaren Gemisches, ein Ereignis, das durch gute Planung und Management vermieden werden sollte. Im Falle einer unbeabsichtigten Freisetzung liegt eine entzündbare Atmosphäre überall dort vor, wo die Konzentration des Gases (oder Dampfes) zwischen der unteren und der oberen Entflammbarkeitsgrenze liegt (Tabelle 1). Wenn eine Zündquelle in einen dieser Bereiche eingeführt wird, breitet sich eine vorgemischte Flamme schnell von der Quelle aus und wandelt das Brennstoff/Luft-Gemisch bei einer erhöhten Temperatur in Verbrennungsprodukte um. Dieser kann bis zu 2,100 K betragen, was darauf hindeutet, dass in einem vollständig geschlossenen System zunächst bei 300 K ein Überdruck von bis zu 7 bar möglich ist. Nur speziell ausgelegte Druckbehälter sind in der Lage, solche Überdrücke aufzunehmen. Gewöhnliche Gebäude stürzen ein, wenn sie nicht durch Druckentlastungsplatten oder Berstscheiben oder durch ein Explosionsunterdrückungssystem geschützt sind. Sollte sich innerhalb eines Gebäudes ein brennbares Gemisch bilden, kann die nachfolgende Explosion erhebliche strukturelle Schäden verursachen – möglicherweise eine vollständige Zerstörung –, es sei denn, die Explosion kann durch Öffnungen (z. B. das Einbrechen von Fenstern), die in den frühen Stadien der Explosion entstanden sind, nach außen entweichen.
Explosionen dieser Art werden auch mit der Entzündung von Staubsuspensionen in Luft in Verbindung gebracht (Palmer 1973). Diese treten auf, wenn es zu einer erheblichen Ansammlung von „explosivem“ Staub kommt, der sich von Regalen, Sparren und Vorsprüngen innerhalb eines Gebäudes löst und eine Wolke bildet, die dann einer Zündquelle ausgesetzt wird (z. B. in Getreidemühlen, Getreidesilos usw.). .). Der Staub muss (offensichtlich) brennbar sein, aber nicht alle brennbaren Stäube sind bei Umgebungstemperaturen explosiv. Standardtests wurden entwickelt, um festzustellen, ob ein Staub explosionsfähig ist. Diese können auch verwendet werden, um zu verdeutlichen, dass explosionsfähige Stäube „Explosionsgrenzen“ aufweisen, ähnlich wie die „Entflammbarkeitsgrenzen“ von Gasen und Dämpfen. Im Allgemeinen kann eine Staubexplosion großen Schaden anrichten, da das anfängliche Ereignis dazu führen kann, dass mehr Staub abgelöst wird und eine noch größere Staubwolke entsteht, die sich unweigerlich entzündet und eine noch größere Explosion hervorruft.
Explosionsentlüftung, oder Explosionsentlastung, funktioniert nur dann erfolgreich, wenn die Entwicklungsgeschwindigkeit der Explosion relativ langsam ist, wie z. B. im Zusammenhang mit der Ausbreitung einer vorgemischten Flamme durch ein stationäres brennbares Gemisch oder eine explosionsfähige Staubwolke. Explosionsdruckentlastung nützt nichts, wenn es sich um eine Detonation handelt. Der Grund dafür ist, dass die Druckentlastungsöffnungen zu einem frühen Zeitpunkt der Veranstaltung, wenn der Druck noch relativ niedrig ist, hergestellt werden müssen. Wenn es zu einer Detonation kommt, steigt der Druck zu schnell an, als dass eine Entlastung wirksam wäre, und das umschließende Gefäß oder Element einer Anlage erfährt einen sehr hohen Innendruck, der zu massiver Zerstörung führt. Detonation eines brennbaren Gasgemisches kann auftreten, wenn das Gemisch in einem langen Rohr oder Kanal enthalten ist. Unter bestimmten Bedingungen schiebt die Ausbreitung der vorgemischten Flamme das unverbrannte Gas mit einer Geschwindigkeit vor die Flammenfront, die die Turbulenz erhöht, was wiederum die Ausbreitungsgeschwindigkeit erhöht. Dies stellt eine Rückkopplungsschleife bereit, die bewirkt, dass die Flamme beschleunigt, bis eine Schockwelle gebildet wird. Zusammen mit dem Verbrennungsprozess entsteht so eine Detonationswelle, die sich mit Geschwindigkeiten weit über 1,000 m/s ausbreiten kann. Dies kann mit der verglichen werden grundlegende Brenngeschwindigkeit eines stöchiometrischen Propan/Luft-Gemisches von 0.45 m/s. (Dies ist die Geschwindigkeit, mit der sich eine Flamme durch ein ruhendes (d. h. nicht turbulentes) Propan/Luft-Gemisch ausbreitet.)
Die Bedeutung der Turbulenz für die Entstehung dieser Explosionsart darf nicht unterschätzt werden. Der erfolgreiche Betrieb eines Explosionsschutzsystems hängt von einer frühzeitigen Entlüftung oder einer frühzeitigen Unterdrückung ab. Wenn die Explosionsgeschwindigkeit zu schnell ist, wird das Schutzsystem nicht effektiv sein und es können unannehmbare Überdrücke erzeugt werden.
Eine Alternative zur Explosionsentlastung ist Explosionsunterdrückung. Diese Art des Schutzes erfordert, dass die Explosion in einem sehr frühen Stadium, möglichst kurz vor der Zündung, erkannt wird. Der Detektor wird verwendet, um die schnelle Freisetzung eines Unterdrückungsmittels in den Weg der sich ausbreitenden Flamme einzuleiten, wodurch die Explosion effektiv gestoppt wird, bevor der Druck auf ein Ausmaß angestiegen ist, bei dem die Integrität der umschließenden Grenzen gefährdet ist. Die Halone wurden üblicherweise für diesen Zweck verwendet, aber da diese auslaufen, wird jetzt der Verwendung von Hochdruck-Wassersprühsystemen Aufmerksamkeit geschenkt. Diese Art des Schutzes ist sehr teuer und hat eine begrenzte Anwendung, da sie nur in relativ kleinen Volumina verwendet werden kann, in denen das Löschmittel schnell und gleichmäßig verteilt werden kann (z. B. Kanäle, die brennbare Dämpfe oder explosionsfähige Stäube führen).
Informationsanalyse für den Brandschutz
Im Allgemeinen wurde die Brandwissenschaft erst vor kurzem zu einem Stadium entwickelt, in dem sie in der Lage ist, die Wissensbasis bereitzustellen, auf der rationale Entscheidungen in Bezug auf die technische Gestaltung, einschließlich Sicherheitsfragen, basieren können. Traditionell hat sich der Brandschutz auf einer entwickelt ad hoc Grundlage, effektiv auf Vorfälle zu reagieren, indem Vorschriften oder andere Beschränkungen auferlegt werden, um sicherzustellen, dass es nicht zu einem erneuten Auftreten kommt. Viele Beispiele ließen sich anführen. Beispielsweise führte der Große Brand von London im Jahr 1666 im Laufe der Zeit zur Einführung der ersten Bauvorschriften (oder Codes) und zur Entwicklung der Feuerversicherung. Neuere Vorfälle, wie die Brände in Bürohochhäusern in São Paulo, Brasilien, in den Jahren 1972 und 1974, führten zu Änderungen der Bauvorschriften, um ähnliche Brände mit mehreren Todesopfern in Zukunft zu verhindern. Andere Probleme wurden in ähnlicher Weise angegangen. In Kalifornien in den Vereinigten Staaten wurde die Gefahr erkannt, die mit bestimmten Arten moderner Polstermöbel (insbesondere solchen, die Standard-Polyurethanschaum enthalten) verbunden ist, und schließlich wurden strenge Vorschriften eingeführt, um ihre Verfügbarkeit zu kontrollieren.
Dies sind einfache Fälle, in denen Beobachtungen der Brandfolgen zur Einführung eines Regelwerks geführt haben, das die Sicherheit des Einzelnen und der Gemeinschaft im Brandfall verbessern soll. Die Entscheidung zum Handeln in jeder Frage muss auf der Grundlage einer Analyse unseres Wissens über Brandvorfälle begründet werden. Es muss gezeigt werden, dass das Problem real ist. In einigen Fällen – wie bei den Bränden in São Paulo – ist diese Übung akademisch, aber in anderen, wie dem „Beweis“, dass moderne Möbel ein Problem sind, muss sichergestellt werden, dass die damit verbundenen Kosten sinnvoll ausgegeben werden. Dazu bedarf es einer verlässlichen Datenbasis zu Brandereignissen, die über Jahre hinweg Trends in der Zahl der Brände, der Zahl der Todesopfer, der Häufigkeit einer bestimmten Zündart etc. aufzeigen kann ein Trend oder eine Veränderung signifikant ist und angemessene Maßnahmen ergriffen werden.
In einer Reihe von Ländern ist die Feuerwehr verpflichtet, einen Bericht über jeden besuchten Brand vorzulegen. Im Vereinigten Königreich und in den Vereinigten Staaten füllt der zuständige Beamte ein Berichtsformular aus, das dann an eine zentrale Organisation (das Innenministerium im Vereinigten Königreich, die National Fire Protection Association, NFPA in den Vereinigten Staaten) übermittelt wird, die dann kodiert und verarbeitet die Daten in einer vorgeschriebenen Weise. Die Daten stehen dann staatlichen Stellen und anderen interessierten Kreisen zur Einsichtnahme zur Verfügung. Diese Datenbanken sind von unschätzbarem Wert, um beispielsweise die Hauptzündquellen und die zuerst entzündeten Gegenstände hervorzuheben. Eine Untersuchung der Häufigkeit von Todesopfern und deren Zusammenhang mit Zündquellen etc. hat gezeigt, dass die Zahl der Menschen, die bei Bränden, die durch Rauchermaterialien ausgelöst wurden, ums Leben kommen, deutlich in keinem Verhältnis zu der Zahl der dadurch entstehenden Brände steht.
Die Zuverlässigkeit dieser Datenbanken hängt von der Geschicklichkeit ab, mit der die Feuerwehrleute die Brandermittlung durchführen. Die Untersuchung von Bränden ist keine leichte Aufgabe und erfordert beträchtliche Fähigkeiten und Kenntnisse – insbesondere Kenntnisse der Brandkunde. Die Feuerwehr im Vereinigten Königreich ist gesetzlich verpflichtet, für jeden Brand, an dem sie teilnimmt, ein Brandmeldeformular einzureichen, was dem verantwortlichen Beamten eine erhebliche Verantwortung auferlegt. Der Aufbau des Formulars ist von entscheidender Bedeutung, da es die erforderlichen Informationen ausreichend detailliert eruieren muss. Das von der NFPA empfohlene „Basic Incident Report Form“ ist in der abgebildet Handbuch Brandschutz (Cote 1991).
Die Daten können auf zwei Arten verwendet werden, entweder um ein Brandproblem zu identifizieren oder um das rationale Argument zu liefern, das notwendig ist, um eine bestimmte Vorgehensweise zu rechtfertigen, die öffentliche oder private Ausgaben erfordern kann. Eine langjährig etablierte Datenbasis kann genutzt werden, um die Auswirkungen der ergriffenen Maßnahmen aufzuzeigen. Die folgenden zehn Punkte wurden aus NFPA-Statistiken über den Zeitraum 1980 bis 1989 (Cote 1991) entnommen:
1. Heimrauchmelder sind weit verbreitet und sehr effektiv (aber es gibt noch erhebliche Lücken in der Melderstrategie).
2. Automatische Sprinkler reduzieren den Verlust von Menschenleben und Eigentum erheblich. Der verstärkte Einsatz von tragbaren und Flächenheizgeräten führte zu einer starken Zunahme von Wohnungsbränden, an denen Heizgeräte beteiligt waren.
3. Brandstiftungen und verdächtige Brände gingen seit dem Höhepunkt der 1970er Jahre weiter zurück, aber die damit verbundenen Sachschäden gingen nicht mehr zurück.
4. Ein großer Teil der Todesfälle von Feuerwehrleuten wird auf Herzinfarkte und Aktivitäten außerhalb des Feuerwehrgeländes zurückgeführt.
5. Ländliche Gebiete haben die höchsten Brandtodesraten.
6. Rauchende Materialien, die Polstermöbel, Matratzen oder Bettzeug entzünden, erzeugen die tödlichsten Brandszenarien in Wohngebäuden.
7. Die Brandtodesraten in den USA und Kanada gehören zu den höchsten aller Industrieländer.
8. Die Staaten des alten Südens in den Vereinigten Staaten haben die höchsten Brandtodesraten.
9. Ältere Erwachsene sind einem besonders hohen Brandrisiko ausgesetzt.
Solche Schlussfolgerungen sind natürlich länderspezifisch, obwohl es einige gemeinsame Trends gibt. Der sorgfältige Umgang mit solchen Daten kann die Mittel zur Formulierung solider Richtlinien zum Brandschutz in der Gemeinde bereitstellen. Allerdings muss bedacht werden, dass diese zwangsläufig eher „reaktiv“ als „proaktiv“ sind. Proaktive Maßnahmen können nur nach einer detaillierten Brandgefahrenbewertung eingeleitet werden. Eine solche Vorgehensweise wurde nach und nach eingeführt, angefangen in der Nuklearindustrie bis hin zur chemischen, petrochemischen und Offshore-Industrie, wo die Risiken viel einfacher zu definieren sind als in anderen Industrien. Ihre Anwendung auf Hotels und öffentliche Gebäude ist im Allgemeinen viel schwieriger und erfordert die Anwendung von Feuermodellierungstechniken, um den Verlauf eines Feuers vorherzusagen und wie sich die Brandprodukte durch das Gebäude ausbreiten werden, um die Bewohner zu beeinträchtigen. Bei dieser Art der Modellierung wurden große Fortschritte erzielt, obwohl gesagt werden muss, dass es noch ein langer Weg ist, bis diese Techniken vertrauensvoll eingesetzt werden können. Die Brandschutztechnik benötigt noch viel Grundlagenforschung in der Brandschutzwissenschaft, bevor zuverlässige Werkzeuge zur Bewertung der Brandgefahr allgemein verfügbar gemacht werden können.
Feuer und Verbrennung wurden auf verschiedene Weise definiert. Die für unsere Zwecke wichtigsten Aussagen im Zusammenhang mit der Verbrennung als Phänomen lauten wie folgt:
Zündung kann als erster Schritt des selbsterhaltenden Verbrennungsprozesses angesehen werden. Es kann vorkommen, wie vorgesteuerte Zündung (oder Zwangszündung) wenn das Phänomen durch eine äußere Zündquelle verursacht wird oder als auftreten kann automatische Zündung (oder Selbstzündung), wenn das Phänomen das Ergebnis von Reaktionen ist, die im brennbaren Material selbst stattfinden und mit einer Wärmefreisetzung verbunden sind.
Die Neigung zur Zündung wird durch einen empirischen Parameter charakterisiert, den Zündungstemperatur (dh die durch Versuch zu ermittelnde niedrigste Temperatur, auf die das Material zum Entzünden erhitzt werden muss). Je nachdem, ob dieser Parameter – mit speziellen Prüfverfahren – durch den Einsatz beliebiger Zündquellen ermittelt wird oder nicht, unterscheidet man die vorgesteuerte Zündtemperatur und für Selbstentzündungstemperatur.
Bei der Pilotzündung wird die zur Aktivierung der an der Verbrennungsreaktion beteiligten Stoffe benötigte Energie durch Zündquellen zugeführt. Es besteht jedoch kein direkter Zusammenhang zwischen der zur Zündung benötigten Wärmemenge und der Zündtemperatur, denn die chemische Zusammensetzung der Bestandteile des brennbaren Systems ist zwar ein wesentlicher Parameter der Zündtemperatur, wird aber maßgeblich von der Größe und Form der Materialien beeinflusst B. Umgebungsdruck, Luftströmungsverhältnisse, Parameter der Zündquelle, geometrische Merkmale der Prüfvorrichtung usw. Aus diesem Grund können die in der Literatur veröffentlichten Daten für Selbstentzündungstemperatur und Pilotzündtemperatur erheblich voneinander abweichen.
Der Zündmechanismus von Stoffen in unterschiedlichen Zuständen lässt sich einfach veranschaulichen. Dabei werden Materialien als Feststoffe, Flüssigkeiten oder Gase untersucht.
brauchen feste Materialien entweder durch Leitung, Konvektion oder Strahlung (meist durch deren Kombination) Energie aus einer beliebigen äußeren Zündquelle aufnehmen oder durch die im Inneren ablaufenden wärmeerzeugenden Prozesse erhitzt werden, die eine Zersetzung an ihren Oberflächen auslösen.
Damit die Zündung mit erfolgt Flüssigkeiten, müssen diese über ihrer Oberfläche einen brennbaren Dampfraum bilden. Die freigesetzten Dämpfe und die gasförmigen Zersetzungsprodukte vermischen sich mit der Luft über der Oberfläche von flüssigen oder festen Stoffen.
Die in der Mischung und/oder der Diffusion entstehenden turbulenten Strömungen helfen dem Sauerstoff, die bereits reaktionsfähigen Moleküle, Atome und freien Radikale auf und über der Oberfläche zu erreichen. Die induzierten Teilchen treten in Wechselwirkung, wodurch Wärme freigesetzt wird. Der Prozess beschleunigt sich stetig, und als die Kettenreaktion beginnt, kommt das Material zur Entzündung und brennt.
Die Verbrennung in der Schicht unter der Oberfläche fester brennbarer Stoffe wird genannt schwelend, und die Verbrennungsreaktion, die an der Grenzfläche von festen Stoffen und Gas stattfindet, wird genannt glühend. Brennen mit Flammen (bzw lodernd) ist der Prozess, bei dem die exotherme Verbrennungsreaktion in der Gasphase abläuft. Dies ist typisch für die Verbrennung von sowohl flüssigen als auch festen Stoffen.
Brennbare Gase verbrennen natürlich in der Gasphase. Es ist eine wichtige empirische Aussage, dass Gas-Luft-Gemische nur in einem bestimmten Konzentrationsbereich zündfähig sind. Dies gilt auch für die Dämpfe von Flüssigkeiten. Die unteren und oberen Zündgrenzen von Gasen und Dämpfen hängen von der Temperatur und dem Druck des Gemisches, der Zündquelle und der Konzentration der Inertgase im Gemisch ab.
Zündquellen
Die Wärmeenergie liefernden Phänomene lassen sich hinsichtlich ihres Ursprungs in vier grundlegende Kategorien einteilen (Sax 1979):
1. bei chemischen Reaktionen entstehende Wärmeenergie (Oxidationswärme, Verbrennungswärme, Lösungswärme, Selbsterhitzung, Zersetzungswärme etc.)
2. elektrische Wärmeenergie (Widerstandsheizung, Induktionsheizung, Lichtbogenwärme, elektrische Funken, elektrostatische Entladungen, Blitzschlagwärme usw.)
3. mechanische Wärmeenergie (Reibungswärme, Reibungsfunken)
4. Wärme, die durch nukleare Zersetzung erzeugt wird.
Die folgende Diskussion befasst sich mit den am häufigsten anzutreffenden Zündquellen.
Offene Flammen
Offene Flammen können die einfachste und am häufigsten verwendete Zündquelle sein. Eine Vielzahl von allgemein gebräuchlichen Werkzeugen und technischen Geräten verschiedener Art arbeiten mit offenen Flammen oder ermöglichen die Bildung von offenen Flammen. Brenner, Streichhölzer, Öfen, Heizgeräte, Flammen von Schweißbrennern, gebrochene Gas- und Ölleitungen usw. können praktisch als potenzielle Zündquellen betrachtet werden. Da bei einer offenen Flamme die primäre Zündquelle selbst eine bestehende, sich selbst erhaltende Verbrennung darstellt, bedeutet der Zündmechanismus im Wesentlichen die Ausbreitung der Verbrennung auf ein anderes System. Sofern die Zündquelle mit offener Flamme genügend Energie besitzt, um eine Zündung einzuleiten, beginnt die Verbrennung.
Spontane Zündung
Die spontan Wärme erzeugenden chemischen Reaktionen bergen als „innere Zündquellen“ die Gefahr der Entzündung und Verbrennung. Die zur Selbsterhitzung und Selbstentzündung neigenden Materialien können jedoch zu sekundären Zündquellen werden und zur Entzündung der brennbaren Materialien in der Umgebung führen.
Obwohl einige Gase (z. B. Phosphorwasserstoff, Borhydrid, Siliziumhydrid) und Flüssigkeiten (z. B. Metallcarbonyle, organometallische Zusammensetzungen) zur Selbstentzündung neigen, treten die meisten Selbstentzündungen als Oberflächenreaktionen fester Materialien auf. Die Selbstentzündung hängt wie alle Entzündungen von der chemischen Struktur des Materials ab, ihr Auftreten wird jedoch durch den Grad der Dispersion bestimmt. Die große spezifische Oberfläche ermöglicht die lokale Akkumulation von Reaktionswärme und trägt zur Erhöhung der Materialtemperatur über die Selbstentzündungstemperatur bei.
Die Selbstentzündung von Flüssigkeiten wird auch gefördert, wenn sie mit Luft auf festen Stoffen mit großer spezifischer Oberfläche in Kontakt kommen. Doppelbindungen enthaltende Fette und insbesondere ungesättigte Öle neigen bei Aufnahme durch Faserstoffe und deren Produkte sowie bei Imprägnierung in Textilien pflanzlichen oder tierischen Ursprungs unter normalen atmosphärischen Bedingungen zur Selbstentzündung. Die Selbstentzündung von Glaswolle- und Mineralwollprodukten, die aus nicht brennbaren Fasern oder anorganischen Materialien hergestellt sind, große spezifische Oberflächen bedecken und durch Öl kontaminiert sind, hat zu sehr schweren Brandunfällen geführt.
Selbstentzündung wurde hauptsächlich bei Feststoffstäuben beobachtet. Bei Metallen mit guter Wärmeleitfähigkeit erfordert der für die Zündung erforderliche lokale Wärmestau eine sehr feine Zerkleinerung des Metalls. Mit abnehmender Partikelgröße steigt die Wahrscheinlichkeit einer Selbstentzündung, und bei einigen Metallstäuben (z. B. Eisen) tritt Pyrophorosität auf. Bei der Lagerung und Handhabung von Kohlenstaub, fein verteiltem Ruß, Lack- und Kunstharzstäuben sowie bei den damit durchgeführten technologischen Vorgängen ist den Brandschutzmaßnahmen zur Verringerung der Selbstentzündungsgefahr besondere Aufmerksamkeit zu widmen.
Materialien, die zu spontaner Zersetzung neigen, zeigen eine besondere Fähigkeit, sich spontan zu entzünden. Hydrazin geht sofort in Flammen auf, wenn es auf ein Material mit großer Oberfläche aufgebracht wird. Die von der Kunststoffindustrie weit verbreiteten Peroxide zersetzen sich leicht spontan und werden als Folge der Zersetzung zu gefährlichen Zündquellen, die gelegentlich ein explosionsartiges Brennen auslösen.
Als Sonderfall der Selbstentzündung kann die heftig exotherme Reaktion angesehen werden, die auftritt, wenn bestimmte Chemikalien miteinander in Kontakt kommen. Beispiele für solche Fälle sind der Kontakt von konzentrierter Schwefelsäure mit allen organischen brennbaren Materialien, Chloraten mit Schwefel- oder Ammoniumsalzen oder -säuren, den organischen Halogenverbindungen mit Alkalimetallen usw. Die Eigenschaft dieser Materialien, „nicht in der Lage zu sein, sich gegenseitig zu ertragen“ (Inkompatible Materialien) erfordert besondere Aufmerksamkeit insbesondere bei deren Lagerung und Mitlagerung sowie bei der Ausarbeitung der Brandbekämpfungsvorschriften.
Erwähnenswert ist, dass eine solch gefährlich hohe Selbsterwärmung in manchen Fällen durch falsche technologische Rahmenbedingungen (ungenügende Belüftung, geringe Kühlleistung, mangelnde Wartung und Reinigung, Reaktionsüberhitzung etc.) bedingt oder durch diese begünstigt werden kann.
Bestimmte landwirtschaftliche Produkte, wie faserige Futtermittel, Ölsaaten, keimendes Getreide, Endprodukte der verarbeitenden Industrie (getrocknete Rote-Bete-Scheiben, Düngemittel etc.) zeigen eine Neigung zur Selbstentzündung. Die spontane Erwärmung dieser Materialien weist eine Besonderheit auf: Die gefährlichen Temperaturverhältnisse der Systeme werden durch teilweise nicht ohne weiteres kontrollierbare exotherme biologische Prozesse noch verstärkt.
Elektrische Zündquellen
Mit elektrischer Energie betriebene Kraftmaschinen, Instrumente und Heizgeräte sowie die Einrichtungen zur Energieumwandlung und Beleuchtung stellen normalerweise keine Brandgefahr für ihre Umgebung dar, sofern sie in Übereinstimmung mit den einschlägigen Sicherheitsvorschriften und Anforderungen installiert wurden der Normen und dass bei deren Betrieb die zugehörigen technologischen Vorschriften eingehalten wurden. Regelmäßige Wartung und regelmäßige Überwachung verringern die Wahrscheinlichkeit von Bränden und Explosionen erheblich. Die häufigsten Ursachen für Brände in elektrischen Geräten und Leitungen sind Überlastung, Kurzschlüsse, elektrische Funken und hohe Übergangswiderstände.
Eine Überlastung liegt vor, wenn die Verkabelung und die elektrischen Geräte einem höheren Strom ausgesetzt sind, als dem, für den sie ausgelegt sind. Der durch die Verkabelung, Geräte und Ausrüstung fließende Überstrom kann zu einer solchen Überhitzung führen, dass die überhitzten Komponenten des elektrischen Systems beschädigt oder kaputt gehen, altern oder verkohlen, was zum Schmelzen von Kabel- und Kabelbeschichtungen, zum Glühen von Metallteilen und zum brennbaren Bau führt Einheiten zur Entzündung kommen und je nach den Bedingungen auch Feuer auf die Umgebung ausbreiten. Die häufigste Ursache für eine Überlastung ist, dass die Anzahl der angeschlossenen Verbraucher höher als zulässig ist oder deren Leistung den vorgeschriebenen Wert überschreitet.
Die Arbeitssicherheit elektrischer Anlagen wird am häufigsten durch Kurzschlüsse gefährdet. Sie sind immer Folge von Schäden und treten auf, wenn Teile der elektrischen Leitung oder der Betriebsmittel auf gleicher Potentialebene oder auf verschiedenen Potentialebenen, voneinander und gegen Erde isoliert, miteinander oder mit Erde in Berührung kommen. Dieser Kontakt kann direkt als Metall-Metall-Kontakt oder indirekt über einen Lichtbogen entstehen. In Fällen von Kurzschlüssen, wenn einige Einheiten des elektrischen Systems miteinander in Kontakt kommen, ist der Widerstand erheblich geringer, und als Folge davon ist die Stromstärke extrem hoch, möglicherweise um mehrere Größenordnungen niedriger. Die bei Überströmen mit großen Kurzschlüssen freigesetzte Wärmeenergie kann zu einem Brand in dem vom Kurzschluss betroffenen Gerät führen, wobei sich die Materialien und Geräte in der Umgebung entzünden und das Feuer auf das Gebäude übergreifen kann.
Elektrische Funken sind kleine Wärmeenergiequellen, wirken aber erfahrungsgemäß häufig als Zündquellen. Unter normalen Arbeitsbedingungen setzen die meisten Elektrogeräte keine Funken frei, aber der Betrieb bestimmter Geräte wird normalerweise von Funken begleitet.
Funkenbildung stellt vor allem dort eine Gefahr dar, wo im Bereich ihrer Entstehung explosionsfähige Konzentrationen von Gasen, Dämpfen oder Stäuben auftreten können. Daher dürfen Betriebsmittel, die im Betrieb normalerweise Funken freisetzen, nur an Stellen aufgestellt werden, an denen die Funken keinen Brand verursachen können. Der Energieinhalt von Funken allein reicht nicht aus, um die Materialien in der Umgebung zu entzünden oder eine Explosion auszulösen.
Besitzt ein elektrisches System zwischen den stromdurchflossenen Baueinheiten keinen perfekten metallischen Kontakt, treten an dieser Stelle hohe Übergangswiderstände auf. Dieses Phänomen ist in den meisten Fällen auf die fehlerhafte Konstruktion von Fugen oder auf unsachgemäße Installationen zurückzuführen. Auch das Lösen von Gelenken während des Betriebs und natürlicher Verschleiß können Ursache für hohe Übergangswiderstände sein. Ein großer Teil des Stroms, der durch Stellen mit erhöhtem Widerstand fließt, wird in Wärmeenergie umgewandelt. Wenn diese Energie nicht ausreichend abgeführt werden kann (und die Ursache nicht beseitigt werden kann), kann die extrem große Temperaturerhöhung zu einem Brandzustand führen, der die Umgebung gefährdet.
Wenn die Geräte nach dem Induktionskonzept arbeiten (Motoren, Dynamos, Trafos, Relais etc.) und nicht richtig berechnet sind, können im Betrieb Wirbelströme entstehen. Durch die Wirbelströme können sich die Baueinheiten (Spulen und deren Eisenkerne) erwärmen, was zur Entzündung von Isoliermaterialien und zum Verbrennen der Betriebsmittel führen kann. Wirbelströme können – mit diesen schädlichen Folgen – auch in den Metallbauteilen um Hochspannungsgeräte herum entstehen.
Elektrostatische Funken
Elektrostatische Aufladung ist ein Vorgang, bei dem jedes ursprünglich elektrisch neutrale (und von jedem Stromkreis unabhängige) Material positiv oder negativ aufgeladen wird. Dies kann auf drei Arten geschehen:
1. Laden mit Trennung, so dass sich auf zwei Körpern gleichzeitig Ladungen subtraktiver Polarität ansammeln
2. Aufladen mit Passieren, so dass die abgehenden Ladungen Ladungen mit entgegengesetzten Polaritätszeichen zurücklassen
3. Aufladen durch Aufnehmen, so dass der Körper Ladungen von außen erhält.
Diese drei Arten der Aufladung können aus verschiedenen physikalischen Prozessen entstehen, einschließlich Trennung nach Kontakt, Spalten, Schneiden, Pulverisieren, Bewegen, Reiben, Fließen von Pulvern und Flüssigkeiten in Rohren, Schlagen, Druckänderung, Zustandsänderung, Photoionisation, Wärmeionisation, elektrostatische Verteilung oder Hochspannungsentladung.
Elektrostatische Aufladung kann sowohl auf leitenden Körpern als auch auf isolierenden Körpern als Ergebnis eines der oben erwähnten Prozesse auftreten, aber in den meisten Fällen sind die mechanischen Prozesse für die Akkumulation der unerwünschten Ladungen verantwortlich.
Aus der Vielzahl der schädlichen Wirkungen und Risiken durch elektrostatische Aufladung und der daraus resultierenden Funkenentladung sind zwei Risiken besonders zu nennen: Gefährdung elektronischer Geräte (z. B. Computer zur Prozesssteuerung) und Brand- und Explosionsgefahr .
Elektronische Geräte sind vor allem dann gefährdet, wenn die Entladungsenergie beim Laden hoch genug ist, um den Eingang eines halbleitenden Teils zu zerstören. Der Entwicklung elektronischer Geräte im letzten Jahrzehnt folgte eine rasante Zunahme dieses Risikos.
Die Entstehung einer Brand- oder Explosionsgefahr setzt das räumliche und zeitliche Zusammentreffen zweier Bedingungen voraus: das Vorhandensein eines brennbaren Mediums und die zündfähige Entladung. Diese Gefahr tritt hauptsächlich in der chemischen Industrie auf. Es kann auf der Grundlage der sog. geschätzt werden Funkenempfindlichkeit gefährlicher Materialien (minimale Zündenergie) und ist abhängig vom Ladeumfang.
Es ist eine wesentliche Aufgabe, diese Risiken zu reduzieren, nämlich die vielfältigen Folgen, die von technischen Störungen bis hin zu Katastrophen mit tödlichen Unfällen reichen. Es gibt zwei Möglichkeiten, sich vor den Folgen elektrostatischer Aufladung zu schützen:
1. Verhinderung der Einleitung des Ladevorgangs (ist offensichtlich, aber meist sehr schwer zu realisieren)
2. Begrenzung der Akkumulation von Ladungen, um das Auftreten gefährlicher Entladungen (oder jedes anderen Risikos) zu verhindern.
Blitze sind ein atmosphärisches elektrisches Phänomen in der Natur und können als Zündquelle betrachtet werden. Die in den Wolken erzeugte statische Aufladung wird zur Erde hin ausgeglichen (Blitzschlag) und wird von einer hochenergetischen Entladung begleitet. Die brennbaren Materialien am Ort des Blitzeinschlags und seiner Umgebung können sich entzünden und abbrennen. Bei einigen Blitzschlägen werden sehr starke Impulse erzeugt und die Energie in mehreren Schritten ausgeglichen. In anderen Fällen beginnen lang anhaltende Ströme zu fließen, die teilweise die Größenordnung von 10 A erreichen.
Mechanische Wärmeenergie
Technische Praxis ist ständig mit Reibung gekoppelt. Bei mechanischem Betrieb entsteht Reibungswärme, und wenn die Wärmeabgabe so begrenzt wird, dass sich im System Wärme staut, kann dessen Temperatur auf einen umweltgefährdenden Wert ansteigen und es kann zu einem Brand kommen.
Reibfunken entstehen in der Regel bei metalltechnischen Betrieben durch starke Reibung (Schleifen, Spanen, Schneiden, Schlagen) oder durch Herunterfallen oder Fallen von Metallgegenständen oder Werkzeugen auf einen harten Boden oder bei Schleifarbeiten durch Metallverunreinigungen im schleifenden Material . Die Temperatur des entstehenden Funkens ist normalerweise höher als die Zündtemperatur der herkömmlichen brennbaren Materialien (z. B. für Funken aus Stahl 1,400–1,500 °C; Funken aus Kupfer-Nickel-Legierungen 300–400 °C); die Zündfähigkeit hängt jedoch vom Gesamtwärmeinhalt bzw. der niedrigsten Zündenergie des zu entzündenden Stoffes bzw. Stoffes ab. In der Praxis hat sich gezeigt, dass Reibungsfunken in Lufträumen, in denen brennbare Gase, Dämpfe und Stäube in gefährlicher Konzentration vorhanden sind, ein echtes Brandrisiko bedeuten. Daher sollten unter diesen Umständen der Einsatz von Materialien, die leicht Funken erzeugen, sowie Prozesse mit mechanischer Funkenbildung vermieden werden. Sicherheit bieten in diesen Fällen funkenfreie Werkzeuge aus Holz, Leder oder Kunststoff oder Werkzeuge aus Kupfer- und Bronzelegierungen, die energiearme Funken erzeugen.
Heiße Oberflächen
In der Praxis können sich die Oberflächen von Geräten und Geräten entweder normal oder aufgrund von Fehlfunktionen gefährlich erwärmen. Öfen, Brennöfen, Trocknungseinrichtungen, Abgasauslässe, Brüdenrohre usw. verursachen häufig Brände in explosionsgefährdeten Lufträumen. Darüber hinaus können ihre heißen Oberflächen brennbare Materialien entzünden, die ihnen nahe kommen oder in Kontakt kommen. Zur Vorbeugung sollten Sicherheitsabstände eingehalten werden, und regelmäßige Überwachung und Wartung verringern die Wahrscheinlichkeit des Auftretens einer gefährlichen Überhitzung.
Brandgefahren von Materialien und Produkten
Das Vorhandensein von brennbarem Material in brennbaren Systemen stellt einen offensichtlichen Brandzustand dar. Brennphänomene und die Phasen des Brennvorgangs hängen grundsätzlich von den physikalischen und chemischen Eigenschaften des jeweiligen Materials ab. Daher erscheint es sinnvoll, eine Übersicht über die Brennbarkeit der verschiedenen Materialien und Produkte hinsichtlich ihrer Beschaffenheit und Eigenschaften zu erstellen. Für diesen Abschnitt wird das Ordnungsprinzip für die Gruppierung von Materialien eher von technischen Aspekten als von theoretischen Vorstellungen bestimmt (NFPA 1991).
Holz und Holzwerkstoffe
Holz ist eines der am weitesten verbreiteten Materialien im menschlichen Milieu. Aus Holz werden Häuser, Bauwerke, Möbel und Konsumgüter hergestellt, aber auch für Produkte wie Papier oder in der chemischen Industrie findet es eine breite Verwendung.
Holz und Holzprodukte sind brennbar und verkohlen, glühen, entzünden oder brennen, wenn sie mit Hochtemperaturoberflächen in Berührung kommen und Wärmestrahlung, offenen Flammen oder anderen Zündquellen ausgesetzt werden, je nach Verbrennungszustand. Um das Gebiet ihrer Anwendung zu erweitern, ist die Verbesserung ihrer Verbrennungseigenschaften erforderlich. Um aus Holz hergestellte Bauteile schwer brennbar zu machen, werden sie typischerweise mit Brandschutzmitteln behandelt (z. B. imprägniert, imprägniert, mit Oberflächenbeschichtung versehen).
Die wichtigste Eigenschaft der Brennbarkeit der verschiedenen Holzarten ist die Zündtemperatur. Sein Wert hängt stark von einigen Eigenschaften des Holzes und den Testbedingungen der Bestimmung ab, nämlich der Dichte, Feuchtigkeit, Größe und Form der Holzprobe sowie der Zündquelle, der Expositionszeit, der Expositionsintensität und der Atmosphäre während der Prüfung . Interessant ist, dass sich die Zündtemperatur nach verschiedenen Prüfmethoden unterscheidet. Erfahrungsgemäß ist die Entzündungsneigung sauberer und trockener Holzprodukte äußerst gering, jedoch sind mehrere Brandfälle durch Selbstentzündung bei der Lagerung von staubigem und öligem Altholz in Räumen mit unzureichender Belüftung bekannt geworden. Es ist empirisch erwiesen, dass ein höherer Feuchtigkeitsgehalt die Zündtemperatur erhöht und die Brenngeschwindigkeit von Holz verringert. Die thermische Zersetzung von Holz ist ein komplizierter Prozess, dessen Phasen sich jedoch deutlich wie folgt beobachten lassen:
Fasern und Textilien
Der überwiegende Teil der aus Faserstoffen hergestellten Textilien, die in der näheren Umgebung von Menschen zu finden sind, ist brennbar. Kleidung, Möbel und die gebaute Umwelt bestehen ganz oder teilweise aus Textilien. Die Gefahren, die von ihnen ausgehen, bestehen während ihrer Herstellung, Verarbeitung und Lagerung sowie während ihres Tragens.
Die Grundmaterialien von Textilien sind sowohl natürlich als auch künstlich; synthetische Fasern werden entweder allein oder gemischt mit Naturfasern verwendet. Die Naturfasern pflanzlichen Ursprungs (Baumwolle, Hanf, Jute, Flachs) sind chemisch brennbar und haben eine relativ hohe Zündtemperatur (<<400°C). Es ist ein vorteilhaftes Merkmal ihrer Verbrennung, dass sie verkohlen, aber nicht schmelzen, wenn sie auf eine hohe Temperatur gebracht werden. Dies ist besonders vorteilhaft für die medizinische Behandlung von Brandverletzten.
Die feuergefährlichen Eigenschaften von Fasern auf Proteinbasis tierischen Ursprungs (Wolle, Seide, Haare) sind noch günstiger als die von Fasern pflanzlichen Ursprungs, da zu ihrer Entzündung eine höhere Temperatur (500–600 °C) und darunter erforderlich ist Unter gleichen Bedingungen ist ihre Verbrennung weniger intensiv.
Die Kunststoffindustrie, die mehrere extrem gute mechanische Eigenschaften von Polymerprodukten nutzt, hat auch in der Textilindustrie an Bedeutung gewonnen. Unter den Eigenschaften von Acryl, Polyester und den thermoplastischen Kunstfasern (Nylon, Polypropylen, Polyethylen) sind die mit dem Brand verbundenen am wenigsten vorteilhaft. Die meisten von ihnen schmelzen trotz ihrer hohen Zündtemperatur (<<400-600 °C) bei Hitzeeinwirkung, entzünden sich leicht, brennen intensiv, tropfen oder schmelzen beim Brennen und setzen beträchtliche Mengen an Rauch und giftigen Gasen frei. Diese Brenneigenschaften können durch Zugabe von Naturfasern verbessert werden, wodurch sogenannte Textilien mit Mischfasern. Die weitere Behandlung erfolgt mit Flammschutzmitteln. Für die Herstellung von Industrietextilien und Hitzeschutzkleidung werden bereits in großen Mengen anorganische, nicht brennbare Faserprodukte (ua Glas- und Metallfasern) eingesetzt.
Die wichtigsten brandgefährlichen Eigenschaften von Textilien sind die Eigenschaften im Zusammenhang mit Entzündlichkeit, Flammenausbreitung, Wärmeentwicklung und den toxischen Verbrennungsprodukten. Zu ihrer Bestimmung wurden spezielle Prüfverfahren entwickelt. Die gewonnenen Prüfergebnisse beeinflussen die Einsatzgebiete dieser Produkte (Zelte und Wohnungen, Möbel, Fahrzeugpolster, Kleider, Teppiche, Gardinen, spezielle Schutzkleidung gegen Hitze und Wetter) sowie die Vorgaben zur Risikobegrenzung bei deren Einsatz. Eine wesentliche Aufgabe der Industrieforscher besteht darin, Textilien zu entwickeln, die hohen Temperaturen standhalten, mit feuerhemmenden Mitteln behandelt sind (schwer brennbar, mit langer Zündzeit, geringer Flammenausbreitungsrate, geringer Wärmefreisetzungsgeschwindigkeit) und geringe Mengen toxischer Verbrennungsprodukte erzeugen , sowie die nachteilige Wirkung von Brandunfällen durch das Verbrennen solcher Materialien zu verbessern.
Brennbare und brennbare Flüssigkeiten
In der Nähe von Zündquellen sind brennbare und brennbare Flüssigkeiten potentielle Gefahrenquellen. Erstens stellt der geschlossene oder offene Dampfraum über solchen Flüssigkeiten eine Feuer- und Explosionsgefahr dar. Eine Verbrennung und häufiger eine Explosion kann eintreten, wenn der Stoff in geeigneter Konzentration im Dampf-Luft-Gemisch vorhanden ist. Daraus folgt, dass Brände und Explosionen im Bereich brennbarer und entzündbarer Flüssigkeiten verhindert werden können, wenn:
Abbildung 1. Gängige Arten von Tanks für die Lagerung von entzündlichen und brennbaren Flüssigkeiten.
In der Praxis sind im Zusammenhang mit der Gefährlichkeit brennbarer und brennbarer Flüssigkeiten eine Vielzahl von Stoffeigenschaften bekannt. Dies sind Flammpunkte im geschlossenen und im offenen Tiegel, Siedepunkt, Zündtemperatur, Verdampfungsgeschwindigkeit, obere und untere Grenzen der Konzentration für die Brennbarkeit (Entzündungs- oder Explosionsgrenzen), die relative Dichte von Dämpfen im Vergleich zu Luft und die dafür erforderliche Energie die Entzündung von Dämpfen. Diese Faktoren liefern vollständige Informationen über die Entzündungsempfindlichkeit verschiedener Flüssigkeiten.
Fast überall auf der Welt wird der Flammpunkt, ein Parameter, der durch Standardtests unter atmosphärischen Bedingungen bestimmt wird, als Grundlage verwendet, um die Flüssigkeiten (und Materialien, die sich bei relativ niedrigen Temperaturen wie Flüssigkeiten verhalten) in Risikokategorien einzuteilen. Die sicherheitstechnischen Anforderungen an die Lagerung von Flüssigkeiten, deren Handhabung, die technologischen Prozesse und die in ihrer Zone zu errichtenden elektrischen Betriebsmittel sind für jede Kategorie der Entzündbarkeit und Brennbarkeit zu erarbeiten. Auch die Gefahrenzonen rund um die technische Ausstattung sollten für jede Kategorie identifiziert werden. Erfahrungsgemäß kann es – je nach Temperatur und Druck der Anlage – im Konzentrationsbereich zwischen den beiden Zündgrenzen zu Brand und Explosion kommen.
Gase
Obwohl alle Materialien – unter einer bestimmten Temperatur und einem bestimmten Druck – zu Gasen werden können, gelten in der Praxis Materialien als gasförmig, die sich bei normaler Temperatur (~20 °C) und normalem atmosphärischem Druck (~100 kPa) im gasförmigen Zustand befinden.
In Bezug auf Brand- und Explosionsgefahren können Gase in zwei Hauptgruppen eingeteilt werden: Kraftstoff und nicht brennbare Gase. Nach der in der Praxis akzeptierten Definition sind brennbare Gase solche, die in Luft mit normaler Sauerstoffkonzentration verbrennen, sofern die zum Verbrennen erforderlichen Bedingungen gegeben sind. Die Zündung erfolgt erst oberhalb einer bestimmten Temperatur, bei der notwendigen Zündtemperatur und innerhalb eines bestimmten Konzentrationsbereichs.
Nicht brennbare Gase sind solche, die weder in Sauerstoff noch in Luft mit beliebiger Luftkonzentration brennen. Ein Teil dieser Gase unterstützt die Verbrennung (z. B. Sauerstoff), während der andere Teil die Verbrennung hemmt. Es heißen die nicht brennbaren Gase, die das Brennen nicht unterstützen Inertgase (Stickstoff, Edelgase, Kohlendioxid etc.).
Die in Behältern oder Transportbehältern gelagerten und transportierten Gase liegen zur Erzielung einer wirtschaftlichen Effizienz typischerweise in komprimiertem, verflüssigtem oder gekühlt-kondensiertem (kryogenem) Zustand vor. Grundsätzlich gibt es im Zusammenhang mit Gasen zwei Gefahrensituationen: wenn sie sich in Behältern befinden und wenn sie aus ihren Behältern freigesetzt werden.
Bei komprimierten Gasen in Lagerbehältern kann externe Wärme den Druck im Behälter erheblich erhöhen und der extreme Überdruck zur Explosion führen. Gasförmige Lagerbehälter umfassen typischerweise eine Dampfphase und eine flüssige Phase. Aufgrund von Druck- und Temperaturänderungen führt die Ausdehnung der flüssigen Phase zu einer weiteren Kompression des Dampfraums, während der Dampfdruck der Flüssigkeit proportional zur Temperaturerhöhung zunimmt. Als Ergebnis dieser Prozesse kann kritisch gefährlicher Druck erzeugt werden. Lagerbehälter müssen im Allgemeinen die Anwendung von Überdruckentlastungsvorrichtungen enthalten. Diese sind in der Lage, eine Gefahrensituation durch höhere Temperaturen abzumildern.
Bei unzureichend abgedichteten oder beschädigten Lagerbehältern strömt das Gas in den freien Luftraum aus, vermischt sich mit Luft und kann je nach Menge und Strömungsart zur Bildung eines großen explosionsfähigen Luftraumes führen. Die Luft in der Umgebung eines undichten Lagerbehälters kann zum Atmen ungeeignet und für Personen in der Nähe gefährlich sein, teilweise aufgrund der toxischen Wirkung einiger Gase und teilweise aufgrund der verdünnten Sauerstoffkonzentration.
Unter Berücksichtigung der potenziellen Brandgefahr durch Gase und der Notwendigkeit eines sicheren Betriebs muss man sich insbesondere für industrielle Verbraucher detaillierte Kenntnisse über die folgenden Eigenschaften von gelagerten oder verwendeten Gasen aneignen: die chemischen und physikalischen Eigenschaften von Gasen, die Zündtemperatur, die untere und obere Konzentrationsgrenzen für die Entzündbarkeit, die gefährlichen Parameter des Gases im Behälter, die Risikofaktoren der gefährlichen Situation, die durch die ins Freie freigesetzten Gase verursacht werden, den Umfang der erforderlichen Sicherheitszonen und die zu treffenden besonderen Maßnahmen im Falle einer möglichen Notsituation im Zusammenhang mit der Brandbekämpfung.
Chemikalien
Die Kenntnis der gefährlichen Parameter von Chemikalien ist eine der Grundvoraussetzungen für sicheres Arbeiten. Die vorbeugenden Maßnahmen und Anforderungen zum Brandschutz dürfen nur ausgearbeitet werden, wenn die mit der Brandgefahr verbundenen physikalischen und chemischen Eigenschaften berücksichtigt werden. Von diesen Eigenschaften sind die wichtigsten die folgenden: Brennbarkeit; Zündfähigkeit; Fähigkeit, mit anderen Materialien, Wasser oder Luft zu reagieren; Neigung zu Korrosion; Toxizität; und Radioaktivität.
Informationen zu den Eigenschaften von Chemikalien können den technischen Datenblättern der Hersteller und den Handbüchern und Handbüchern entnommen werden, die die Daten gefährlicher Chemikalien enthalten. Diese geben dem Anwender nicht nur Auskunft über die allgemeinen technischen Eigenschaften von Stoffen, sondern auch über die tatsächlichen Werte von Gefahrenparametern (Zersetzungstemperatur, Zündtemperatur, Grenzkonzentrationen der Verbrennung usw.), ihr spezielles Verhalten, Anforderungen an die Lagerung und Brand- Bekämpfung sowie Empfehlungen zur Ersten Hilfe und medizinischen Therapie.
Die Toxizität von Chemikalien als potenzielle Brandgefahr kann auf zwei Arten wirken. Erstens kann die hohe Toxizität bestimmter Chemikalien selbst bei einem Brand gefährlich sein. Zweitens kann ihre Anwesenheit innerhalb der Brandzone die Brandbekämpfungsmaßnahmen effektiv einschränken.
Die Oxidationsmittel (Nitrate, Chlorate, anorganische Peroxide, Permanganate usw.) tragen, auch wenn sie selbst nicht brennbar sind, maßgeblich zur Entzündung brennbarer Stoffe und zu deren intensiver, gelegentlich explosionsartiger Verbrennung bei.
Zur Gruppe der instabilen Stoffe gehören die Chemikalien (Acetaldehyd, Ethylenoxid, organische Peroxide, Blausäure, Vinylchlorid), die spontan oder sehr leicht in heftigen exothermen Reaktionen polymerisieren oder sich zersetzen.
Die wasser- und luftempfindlichen Materialien sind äußerst gefährlich. Diese Materialien (Oxide, Hydroxide, Hydride, Anhydride, Alkalimetalle, Phosphor usw.) interagieren mit dem Wasser und der Luft, die in der normalen Atmosphäre immer vorhanden sind, und starten Reaktionen, die von einer sehr hohen Wärmeentwicklung begleitet werden. Handelt es sich um brennbare Stoffe, kommt es zur Selbstentzündung. Die brennbaren Bestandteile, die den Brand auslösen, können jedoch möglicherweise explodieren und sich auf die brennbaren Materialien in der Umgebung ausbreiten.
Die meisten korrosiven Stoffe (anorganische Säuren – Schwefelsäure, Salpetersäure, Perchlorsäure usw. – und Halogene – Fluor, Chlor, Brom, Jod) sind starke Oxidationsmittel, aber gleichzeitig haben sie sehr starke zerstörerische Wirkungen auf das Leben Gewebe, weshalb besondere Maßnahmen zur Brandbekämpfung getroffen werden müssen.
Die gefährliche Eigenschaft radioaktiver Elemente und Verbindungen wird durch die Tatsache verstärkt, dass die von ihnen emittierte Strahlung in mehrfacher Hinsicht schädlich sein kann, außerdem können solche Materialien selbst Brandgefahren darstellen. Wenn bei einem Brand der bauliche Einschluss der beteiligten radioaktiven Objekte beschädigt wird, können λ-strahlende Stoffe freigesetzt werden. Sie können eine sehr starke ionisierende Wirkung haben und lebende Organismen tödlich zerstören. Atomunfälle können von Bränden begleitet sein, deren Zersetzungsprodukte radioaktive (α- und β-strahlende) Schadstoffe durch Adsorption binden. Diese können bei den an Rettungsmaßnahmen beteiligten Personen bleibende Verletzungen verursachen, wenn sie in deren Körper eindringen. Solche Materialien sind äußerst gefährlich, da die Betroffenen keine Strahlung über ihre Sinnesorgane wahrnehmen und ihr allgemeiner Gesundheitszustand sich nicht zu verschlechtern scheint. Es versteht sich von selbst, dass beim Brand von radioaktiven Stoffen die Radioaktivität des Standorts, der Zersetzungsprodukte und des Löschwassers durch radioaktive Signalgeräte ständig überwacht werden sollten. Die Kenntnis dieser Faktoren muss bei der Interventionsstrategie und allen weiteren Operationen berücksichtigt werden. Die Gebäude für den Umgang und die Lagerung radioaktiver Stoffe sowie für ihre technologische Nutzung müssen aus nicht brennbaren Materialien mit hoher Feuerbeständigkeit gebaut werden. Gleichzeitig sollten hochwertige, automatische Einrichtungen zum Erkennen, Melden und Löschen eines Brandes bereitgestellt werden.
Spreng- und Sprengstoffe
Explosive Materialien werden für viele militärische und industrielle Zwecke verwendet. Dies sind Chemikalien und Gemische, die sich bei Einwirkung starker mechanischer Einwirkung (Schlag, Stoß, Reibung) oder beginnender Zündung durch eine extrem schnelle Oxidationsreaktion (z. B. 1,000-10,000 m/s) schlagartig in großvolumige Gase umwandeln. Das Volumen dieser Gase ist ein Vielfaches des Volumens des bereits explodierten Explosivstoffs und sie üben einen sehr hohen Druck auf die Umgebung aus. Bei einer Explosion können hohe Temperaturen entstehen (2,500-4,000 °C), die die Entzündung der brennbaren Materialien im Explosionsbereich begünstigen.
An Herstellung, Transport und Lagerung der verschiedenen Explosivstoffe gelten strenge Auflagen. Ein Beispiel ist NFPA 495, Explosive Materials Code.
Neben den für militärische und industrielle Zwecke verwendeten explosiven Stoffen werden auch die induktiven Sprengstoffe und pyrotechnischen Produkte als Gefahren behandelt. Im Allgemeinen werden häufig Mischungen von explosiven Stoffen verwendet (Pikrinsäure, Nitroglycerin, Hexogen usw.), aber auch Mischungen von explosionsfähigen Stoffen (Schwarzpulver, Dynamit, Ammoniumnitrat usw.). Im Zuge von Terroranschlägen sind Kunststoffe bekannt geworden, die im Wesentlichen Mischungen aus brisierenden und weichmachenden Materialien (verschiedene Wachse, Vaseline etc.) sind.
Bei explosiven Stoffen ist der wirksamste Brandschutz der Ausschluss von Zündquellen aus der Umgebung. Mehrere explosive Materialien sind empfindlich gegenüber Wasser oder verschiedenen organischen Materialien mit einer Fähigkeit zur Oxidation. Für diese Materialien sollten die Anforderungen an die Lagerbedingungen und die Regeln für die Lagerung am selben Ort zusammen mit anderen Materialien sorgfältig geprüft werden.
Metallindustrie
Aus der Praxis ist bekannt, dass nahezu alle Metalle unter bestimmten Bedingungen in der Lage sind, an atmosphärischer Luft zu brennen. Stahl und Aluminium in großer Baudicke sind aufgrund ihres Brandverhaltens eindeutig als nicht brennbar zu bewerten. Die Stäube von Aluminium, Eisen in feiner Verteilung und Metallwatte aus dünnen Metallfasern lassen sich jedoch leicht entzünden und brennen dadurch intensiv. Die Alkalimetalle (Lithium, Natrium, Kalium), die Erdalkalimetalle (Kalzium, Magnesium, Zink), Zirkonium, Hafnium, Titan usw. entzünden sich in Form von Pulver, Spänen oder dünnen Bändern äußerst leicht. Manche Metalle sind so empfindlich, dass sie getrennt von der Luft, in Inertgasatmosphären oder unter einer für die Metalle neutralen Flüssigkeit gelagert werden.
Die brennbaren Metalle und diejenigen, die zum Verbrennen konditioniert sind, erzeugen extrem heftige Verbrennungsreaktionen, die Hochgeschwindigkeits-Oxidationsprozesse sind, die erheblich höhere Wärmemengen freisetzen, als beim Verbrennen von brennbaren und entzündlichen Flüssigkeiten beobachtet werden. Das Abbrennen von Metallstaub bei abgesetztem Pulver kann nach der Vorphase der Glühzündung zu einem schnellen Abbrand führen. Durch eventuell entstehende aufgewirbelte Stäube und Staubwolken kann es zu schweren Explosionen kommen. Die Brennaktivität und Sauerstoffaffinität einiger Metalle (zB Magnesium) ist so hoch, dass sie nach dem Entzünden in bestimmten Medien (zB Stickstoff, Kohlendioxid, Dampfatmosphäre) weiterbrennen, die zum Löschen von Bränden aus brennbaren Stoffen verwendet werden feste Stoffe und Flüssigkeiten.
Das Löschen von Metallbränden stellt eine besondere Aufgabe für die Feuerwehr dar. Die Wahl des richtigen Löschmittels und das Verfahren, in dem es angewendet wird, sind von großer Bedeutung.
Metallbrände können durch sehr frühzeitiges Erkennen, schnelles und angemessenes Eingreifen der Feuerwehrleute unter Verwendung der wirksamsten Methode und, wenn möglich, Entfernen von Metallen und anderen brennbaren Materialien aus der Brandzone oder zumindest durch eine Verringerung ihrer Brandzone bekämpft werden Mengen.
Beim Verbrennen radioaktiver Metalle (Plutonium, Uran) ist dem Strahlenschutz besondere Aufmerksamkeit zu widmen. Es sind vorbeugende Maßnahmen zu treffen, um das Eindringen toxischer Zersetzungsprodukte in lebende Organismen zu vermeiden. Beispielsweise dürfen Alkalimetalle wegen ihrer heftigen Reaktion mit Wasser nur mit trockenen Löschpulvern gelöscht werden. Das Verbrennen von Magnesium kann nicht mit gutem Erfolg mit Wasser, Kohlendioxid, Halone oder Stickstoff gelöscht werden, und was noch wichtiger ist, wenn diese Mittel zur Brandbekämpfung verwendet werden, wird die Gefahrensituation noch schlimmer. Die einzigen Wirkstoffe, die erfolgreich angewendet werden können, sind die Edelgase oder in einigen Fällen Bortrifluorid.
Kunststoffe und Gummi
Kunststoffe sind makromolekulare organische Verbindungen, die synthetisch oder durch Modifikation von Naturstoffen hergestellt werden. Die Struktur und Form dieser makromolekularen Materialien, die durch Polymerisations-, Polyadditions- oder Polykondensationsreaktionen hergestellt werden, werden ihre Eigenschaften stark beeinflussen. Die Kettenmoleküle von Thermoplasten (Polyamide, Polycarbonate, Polyester, Polystyrol, Polyvinylchlorid, Polymethylmethacrylat usw.) sind linear oder verzweigt, die Elastomere (Neopren, Polysulfide, Isopren usw.) sind schwach vernetzt, während duroplastische Kunststoffe (Duroplaste: Polyalkyde, Epoxidharze, Polyurethane etc.) sind dicht vernetzt.
Naturkautschuk wird von der Gummiindustrie als Rohstoff verwendet und nach dem Vulkanisieren wird Gummi hergestellt. Die künstlichen Kautschuke, die in ihrer Struktur dem natürlichen Kautschuk ähnlich sind, sind Polymere und Copolymere des Butadiens.
Die Palette der Produkte aus Kunststoff und Kautschuk, die in nahezu allen Bereichen des täglichen Lebens Verwendung finden, erweitert sich stetig. Die Verwendung der großen Vielfalt und der hervorragenden technischen Eigenschaften dieser Materialgruppe führt zu Gegenständen wie verschiedenen Baukonstruktionen, Möbeln, Kleidung, Gebrauchsgegenständen, Teilen für Fahrzeuge und Maschinen.
Typischerweise gelten als organische Materialien auch Kunststoffe und Gummi als brennbare Materialien. Zur Beschreibung ihres Brandverhaltens werden eine Reihe von Parametern herangezogen, die mit speziellen Methoden geprüft werden können. Mit der Kenntnis dieser Parameter lassen sich deren Einsatzgebiete zuordnen (ermitteln, aufzeigen, festlegen) und die Brandschutzbestimmungen ausarbeiten. Diese Parameter sind Brennbarkeit, Entzündlichkeit, Fähigkeit zur Rauchentwicklung, Neigung zur Bildung giftiger Gase und brennendes Abtropfen.
In vielen Fällen ist die Zündtemperatur von Kunststoffen höher als die von Holz oder anderen Materialien, aber in den meisten Fällen entzünden sie sich leichter und ihre Verbrennung erfolgt schneller und mit höherer Intensität. Brände von Kunststoffen werden oft von unangenehmen Phänomenen der Freisetzung großer Mengen von dichtem Rauch begleitet, der die Sicht stark einschränken und verschiedene giftige Gase (Salzsäure, Phosgen, Kohlenmonoxid, Blausäure, nitrose Gase usw.) entwickeln kann. Thermoplastische Materialien schmelzen beim Brennen, fließen dann und erzeugen je nach Lage (bei Montage in oder an einer Decke) Tropfen, die im Brandbereich verbleiben und die darunter liegenden brennbaren Materialien entzünden können.
Die Verbesserung der Brenneigenschaften stellt ein komplexes Problem und eine „Kernfrage“ der Kunststoffchemie dar. Flammschutzmittel hemmen die Brennbarkeit, die Zündung wird langsamer, die Verbrennungsgeschwindigkeit sinkt und die Flammenausbreitung wird verlangsamt. Gleichzeitig wird die Menge und optische Dichte des Rauchs höher und das entstehende Gasgemisch giftiger.
Stäube
Stäube gehören vom Aggregatzustand zu den festen Stoffen, unterscheiden sich aber in ihren physikalischen und chemischen Eigenschaften von denen derselben Stoffe in kompakter Form. Es ist bekannt, dass Industrieunfälle und Katastrophen durch Staubexplosionen verursacht werden. Materialien, die in ihrer üblichen Form nicht brennbar sind, wie z. B. Metalle, können eine Explosion in Form von mit Luft vermischtem Staub auslösen, wenn sie von einer Zündquelle, selbst von geringer Energie, beeinflusst werden. Explosionsgefahr besteht auch bei Stäuben brennbarer Stoffe.
Staub kann nicht nur beim Schweben in der Luft, sondern auch beim Absetzen eine Explosionsgefahr darstellen. In Staubschichten kann sich durch die erhöhte Reaktionsfähigkeit der Partikel und ihre geringere Wärmeleitfähigkeit Hitze ansammeln und im Inneren ein langsames Brennen entwickeln. Dann kann der Staub durch Blitze aufgewirbelt werden, und die Möglichkeit einer Staubexplosion wächst.
Schwebende Partikel in feiner Verteilung stellen eine größere Gefahr dar. Ähnlich wie die Explosionseigenschaften brennbarer Gase und Dämpfe haben auch Stäube einen speziellen Luft-Staub-Konzentrationsbereich, in dem es zu einer Explosion kommen kann. Die unteren und oberen Grenzwerte der Explosionskonzentration und die Breite des Konzentrationsbereichs hängen von der Größe und Verteilung der Partikel ab. Wenn die Staubkonzentration die höchste Konzentration überschreitet, die zu einer Explosion führt, wird ein Teil des Staubs nicht durch Feuer zerstört und absorbiert Wärme, und als Folge davon bleibt der entwickelte Explosionsdruck unter dem Maximum. Auch der Feuchtigkeitsgehalt der Luft beeinflusst das Auftreten einer Explosion. Bei höherer Luftfeuchtigkeit erhöht sich die Zündtemperatur der Staubwolke proportional zur zur Verdunstung der Luftfeuchtigkeit notwendigen Wärmemenge. Mischt man in eine Staubwolke einen inerten Fremdstaub, so wird die Explosionsfähigkeit des Staub-Luft-Gemisches herabgesetzt. Der Effekt ist derselbe, wenn Inertgase in das Luft-Staub-Gemisch gemischt werden, da die zum Verbrennen erforderliche Sauerstoffkonzentration geringer ist.
Die Erfahrung hat gezeigt, dass alle Zündquellen selbst mit minimaler Zündenergie in der Lage sind, Staubwolken zu entzünden (offene Flammen, Lichtbögen, mechanische oder elektrostatische Funken, heiße Oberflächen usw.). Nach Laborversuchen ist der Energiebedarf für die Zündung von Staubwolken 20- bis 40-mal höher als bei Gemischen aus brennbaren Dämpfen und Luft.
Die Faktoren, die die Explosionsgefahr für abgesetzte Stäube beeinflussen, sind die physikalischen und wärmetechnischen Eigenschaften der Staubschicht, die Glühtemperatur des Staubs und die Zündeigenschaften der von der Staubschicht freigesetzten Zersetzungsprodukte.
Die Geschichte lehrt uns, dass Feuer zum Heizen und Kochen nützlich waren, aber in vielen Städten große Schäden verursachten. Viele Häuser, größere Gebäude und manchmal ganze Städte wurden durch Feuer zerstört.
Eine der ersten Brandschutzmaßnahmen war die Vorgabe, alle Brände vor Einbruch der Dunkelheit zu löschen. Beispielsweise ordneten die Behörden im Jahr 872 in Oxford, England, an, bei Sonnenuntergang eine Ausgangsglocke zu läuten, um die Bürger daran zu erinnern, alle Innenbrände für die Nacht zu löschen (Bugbee 1978). Tatsächlich leitet sich das Wort Ausgangssperre aus dem Französischen ab Ausgangssperre was wörtlich „Feuer abdecken“ bedeutet.
Die Ursache von Bränden ist oft das Ergebnis menschlichen Handelns, das Brennstoff und eine Zündquelle zusammenbringt (z. B. Altpapier, das neben Heizgeräten gelagert wird, oder flüchtige brennbare Flüssigkeiten, die in der Nähe von offenen Flammen verwendet werden).
Brände erfordern Brennstoff, eine Zündquelle und einen Mechanismus, um den Brennstoff und die Zündquelle in Gegenwart von Luft oder einem anderen Oxidationsmittel zusammenzubringen. Wenn Strategien entwickelt werden können, um Brennstofflasten zu reduzieren, Zündquellen zu eliminieren oder die Wechselwirkung Brennstoff/Zündung zu verhindern, dann können Brandverluste und Todesfälle und Verletzungen von Menschen verringert werden.
In den letzten Jahren wurde der Brandschutz als eine der kostengünstigsten Maßnahmen zur Bewältigung des Brandproblems zunehmend betont. Es ist oft einfacher (und billiger), Brände zu verhindern, als sie zu kontrollieren oder zu löschen, sobald sie entstanden sind.
Veranschaulicht wird dies in der Baum der Brandschutzkonzepte (NFPA 1991; 1995a), entwickelt von der NFPA in den Vereinigten Staaten. Diese systematische Herangehensweise an Brandschutzprobleme zeigt, dass Ziele wie die Verringerung der Brandtoten am Arbeitsplatz erreicht werden können, indem die Entstehung von Bränden verhindert oder die Auswirkungen von Bränden bewältigt werden.
Brandschutz bedeutet zwangsläufig, menschliches Verhalten zu ändern. Dies erfordert eine vom Management unterstützte Brandschutzschulung unter Verwendung der neuesten Schulungshandbücher, Standards und anderer Schulungsmaterialien. In vielen Ländern werden solche Strategien gesetzlich verstärkt, wodurch Unternehmen verpflichtet werden, gesetzliche Brandschutzziele als Teil ihrer Arbeitsschutzverpflichtung gegenüber ihren Arbeitnehmern zu erfüllen.
Auf die Brandschutzerziehung wird im nächsten Abschnitt eingegangen. Inzwischen zeigt sich jedoch in Handel und Industrie eindeutig die wichtige Rolle des vorbeugenden Brandschutzes. Folgende Quellen werden international stark genutzt: Lees, Schadenverhütung in der Prozessindustrie, Bände 1 und 2 (1980); NFPA 1 – Brandschutzkodex (1992); Das Management von Gesundheit und Sicherheit am Arbeitsplatz Vorschriften (ECD 1992); und Handbuch Brandschutz der NFPA (Cote 1991). Diese werden durch viele Vorschriften, Standards und Schulungsmaterialien ergänzt, die von nationalen Regierungen, Unternehmen und Versicherungsgesellschaften entwickelt wurden, um Verluste an Leben und Eigentum zu minimieren.
Brandschutzausbildung und -praktiken
Damit ein Brandschutzerziehungsprogramm effektiv ist, muss es ein großes unternehmenspolitisches Engagement für Sicherheit und die Entwicklung eines effektiven Plans geben, der die folgenden Schritte umfasst: (a) Planungsphase – Festlegung von Zielen und Zielsetzungen; (b) Entwurfs- und Implementierungsphase; und (c) Programmevaluierungsphase – Überwachung der Wirksamkeit.
Ziele und Vorgaben
Gratton (1991) definierte in einem wichtigen Artikel zur Brandschutzerziehung die Unterschiede zwischen Zielen, Zielsetzungen und Umsetzungspraktiken oder -strategien. Ziele sind allgemeine Absichtserklärungen, von denen gesagt werden kann, dass sie am Arbeitsplatz „die Anzahl der Brände und damit Todesfälle und Verletzungen unter Arbeitnehmern sowie die finanziellen Auswirkungen auf Unternehmen verringern“.
Der menschliche und der finanzielle Teil des Gesamtziels sind nicht unvereinbar. Die moderne Praxis des Risikomanagements hat gezeigt, dass Verbesserungen der Sicherheit für Arbeitnehmer durch wirksame Praktiken zur Verlustkontrolle für das Unternehmen finanziell lohnend sein und einen Nutzen für die Gemeinschaft haben können.
Diese Ziele müssen in spezifische Brandschutzziele für bestimmte Unternehmen und ihre Mitarbeiter übersetzt werden. Diese Ziele, die messbar sein müssen, umfassen normalerweise Aussagen wie:
Für viele Unternehmen kann es zusätzliche Ziele wie die Reduzierung der Betriebsunterbrechungskosten oder die Minimierung der gesetzlichen Haftung geben.
Einige Unternehmen gehen tendenziell davon aus, dass die Einhaltung lokaler Bauvorschriften und -normen ausreicht, um sicherzustellen, dass ihre Brandschutzziele erreicht werden. Solche Vorschriften konzentrieren sich jedoch in der Regel auf die Sicherheit von Menschenleben, vorausgesetzt, es kommt zu Bränden.
Modernes Brandschutzmanagement versteht, dass absolute Sicherheit kein realistisches Ziel ist, sondern setzt messbare Leistungsziele für:
Design und Implementierung
Die Gestaltung und Umsetzung von Brandschutzerziehungsprogrammen zur Brandverhütung hängen entscheidend von der Entwicklung gut geplanter Strategien und der effektiven Führung und Motivation der Menschen ab. Damit ein Brandschutzprogramm erfolgreich ist, muss es eine starke und uneingeschränkte Unternehmensunterstützung für die vollständige Umsetzung geben.
Die Bandbreite der Strategien wurde von Koffel (1993) und in NFPAs identifiziert Handbuch der Brandgefahren in der Industrie (Linville 1990). Sie beinhalten:
Es ist von entscheidender Bedeutung, die Wirksamkeit von Brandschutzerziehungsprogrammen zu messen. Diese Messung liefert die Motivation für die weitere Programmfinanzierung, -entwicklung und -anpassung, falls erforderlich.
Das beste Beispiel für die Überwachung und den Erfolg der Brandschutzerziehung sind wahrscheinlich die Vereinigten Staaten. Das Lerne nicht zu brennenÒ Programm, das darauf abzielt, junge Menschen in Amerika über die Gefahren des Feuers aufzuklären, wurde von der Public Education Division der NFPA koordiniert. Überwachung und Analyse im Jahr 1990 identifizierten insgesamt 194 gerettete Leben als Ergebnis angemessener Lebensschutzmaßnahmen, die in Brandschutzerziehungsprogrammen erlernt wurden. Etwa 30 % dieser geretteten Leben sind direkt auf die zurückzuführen Lerne nicht zu brennenÒ Programm.
Die Einführung von Rauchmeldern für Privathaushalte und Brandschutzerziehungsprogramme in den Vereinigten Staaten wurden auch als Hauptgründe für die Verringerung der Todesfälle durch Brandstiftung in diesem Land von 6,015 im Jahr 1978 auf 4,050 im Jahr 1990 genannt (NFPA 1991).
Industrielle Haushaltspraktiken
Auf industriellem Gebiet ist Lees (1980) eine internationale Autorität. Er wies darauf hin, dass in vielen Branchen heute das Potenzial für sehr große Verluste an Menschenleben, schweren Verletzungen oder Sachschäden weitaus größer ist als in der Vergangenheit. Besonders in der petrochemischen und nuklearen Industrie kann es zu großen Bränden, Explosionen und toxischen Freisetzungen kommen.
Brandvermeidung ist daher der Schlüssel zur Minimierung der Brandentstehung. Moderne Industrieanlagen können durch gut geführte Programme gute Brandschutzbilanzen erzielen:
Ein nützlicher Leitfaden zur Bedeutung der Haushaltsführung für den Brandschutz in Gewerbe- und Industriegebäuden wird von Higgins (1991) in den NFPAs gegeben Handbuch Brandschutz.
Der Wert einer guten Haushaltsführung bei der Minimierung brennbarer Lasten und bei der Verhinderung der Exposition gegenüber Zündquellen wird in modernen Computerwerkzeugen anerkannt, die zur Bewertung von Brandrisiken in Industriegebäuden verwendet werden. Die FREM-Software (Fire Risk Evaluation Method) in Australien identifiziert die Haushaltsführung als einen Schlüsselfaktor für die Brandsicherheit (Keith 1994).
Ausrüstung zur Wärmenutzung
Wärmenutzungsanlagen in Gewerbe und Industrie umfassen Öfen, Hochöfen, Brennöfen, Dehydratoren, Trockner und Abschrecktanks.
Bei den NFPAs Handbuch der Brandgefahren in der Industrie, Simmons (1990) identifizierte die Brandprobleme bei Heizgeräten wie folgt:
Diese Brandprobleme können durch eine Kombination aus guter Haushaltsführung, ordnungsgemäßen Kontrollen und Verriegelungen, Bedienerschulung und -prüfung sowie Reinigung und Wartung in einem effektiven Brandschutzprogramm überwunden werden.
Ausführliche Empfehlungen für die verschiedenen Kategorien von Wärmenutzungsgeräten sind in den NFPAs festgelegt Handbuch Brandschutz (Cote 1991). Diese sind unten zusammengefasst.
Öfen und Öfen
Brände und Explosionen in Öfen und Hochöfen resultieren typischerweise aus dem verwendeten Brennstoff, aus flüchtigen Substanzen, die durch das Material im Ofen bereitgestellt werden, oder durch eine Kombination aus beidem. Viele dieser Öfen oder Öfen arbeiten bei 500 bis 1,000 °C, was weit über der Zündtemperatur der meisten Materialien liegt.
Öfen und Öfen erfordern eine Reihe von Steuerungen und Verriegelungen, um sicherzustellen, dass sich unverbrannte Brenngase oder Produkte unvollständiger Verbrennung nicht ansammeln und entzündet werden können. Typischerweise entwickeln sich diese Gefahren während des Anfeuerns oder während des Abschaltvorgangs. Daher ist eine spezielle Schulung erforderlich, um sicherzustellen, dass die Bediener immer die Sicherheitsverfahren befolgen.
Nicht brennbare Gebäudekonstruktionen, Trennung von anderen Geräten und brennbaren Materialien und irgendeine Art von automatischer Feuerunterdrückung sind normalerweise wesentliche Elemente eines Brandschutzsystems, um eine Ausbreitung zu verhindern, falls ein Feuer ausbrechen sollte.
Öfen
Brennöfen werden zum Trocknen von Holz (Lataille 1990) und zum Verarbeiten oder „Brennen“ von Tonprodukten (Hrbacek 1984) verwendet.
Auch dieses Hochtemperaturgerät stellt eine Gefahr für seine Umgebung dar. Richtiges Trennungsdesign und gute Haushaltsführung sind unerlässlich, um Brände zu verhindern.
Holzöfen, die zum Trocknen von Holz verwendet werden, sind zusätzlich gefährlich, da das Holz selbst eine hohe Brandlast darstellt und oft nahe seiner Zündtemperatur erhitzt wird. Brennöfen müssen unbedingt regelmäßig gereinigt werden, um zu verhindern, dass sich kleine Holzstücke und Sägespäne ansammeln, damit diese nicht mit den Heizgeräten in Berührung kommen. Bevorzugt werden Brennöfen aus feuerfestem Baustoff, ausgestattet mit automatischen Sprinkleranlagen und ausgestattet mit hochwertigen Lüftungs-/Umluftsystemen.
Dehydratoren und Trockner
Diese Ausrüstung wird verwendet, um den Feuchtigkeitsgehalt von landwirtschaftlichen Produkten wie Milch, Eiern, Getreide, Samen und Heu zu reduzieren. Die Trockner können direkt befeuert werden, wobei die Verbrennungsprodukte in diesem Fall mit dem zu trocknenden Material in Kontakt kommen, oder sie können indirekt befeuert werden. In jedem Fall sind Steuerungen erforderlich, um die Wärmezufuhr bei Übertemperatur oder Brand in Trockner, Abluft- oder Förderanlage oder Ausfall von Umluftgebläsen abzuschalten. Auch hier ist eine angemessene Reinigung erforderlich, um die Ansammlung von Produkten zu verhindern, die sich entzünden könnten.
Abschrecktanks
Die allgemeinen Grundsätze des Brandschutzes von Abschrecktanks werden von Ostrowski (1991) und Watts (1990) identifiziert.
Der Prozess des Abschreckens oder kontrollierten Abkühlens findet statt, wenn ein erhitzter Metallgegenstand in einen Tank mit Abschrecköl getaucht wird. Der Prozess wird durchgeführt, um das Material durch metallurgische Veränderung zu härten oder zu tempern.
Die meisten Abschrecköle sind Mineralöle, die brennbar sind. Sie müssen für jede Anwendung sorgfältig ausgewählt werden, um sicherzustellen, dass die Zündtemperatur des Öls beim Eintauchen der heißen Metallteile über der Betriebstemperatur des Tanks liegt.
Es ist wichtig, dass das Öl nicht an den Seiten des Tanks überläuft. Daher sind Füllstandskontrollen und geeignete Abflüsse unerlässlich.
Das teilweise Eintauchen heißer Gegenstände ist die häufigste Ursache für Brände in Löschtanks. Dies kann durch entsprechende Materialübergabe- oder Fördereinrichtungen verhindert werden.
Ebenso müssen geeignete Kontrollen vorgesehen werden, um übermäßige Öltemperaturen und das Eindringen von Wasser in den Tank zu vermeiden, was zu Überkochen und größeren Bränden in und um den Tank herum führen kann.
Zum Schutz der Tankoberfläche werden häufig spezielle automatische Feuerlöschsysteme wie Kohlendioxid oder Trockenlöschmittel eingesetzt. Über Kopf ist ein automatischer Sprinklerschutz des Gebäudes wünschenswert. In einigen Fällen ist auch ein besonderer Schutz von Bedienern erforderlich, die in der Nähe des Tanks arbeiten müssen. Häufig werden Wassersprühsysteme zum Expositionsschutz für Arbeiter bereitgestellt.
Vor allem ist eine angemessene Schulung der Arbeiter in Notfallmaßnahmen, einschließlich der Verwendung von tragbaren Feuerlöschern, von wesentlicher Bedeutung.
Chemische Prozessausrüstung
Operationen zur chemischen Veränderung der Natur von Materialien waren oft die Quelle größerer Katastrophen, die schwere Anlagenschäden und Tod und Verletzung von Arbeitern und umliegenden Gemeinden verursachten. Risiken für Leben und Eigentum bei Zwischenfällen in chemischen Prozessanlagen können durch Brände, Explosionen oder die Freisetzung giftiger Chemikalien entstehen. Die Zerstörungsenergie stammt oft aus unkontrollierter chemischer Reaktion von Prozessmaterialien, Verbrennung von Brennstoffen, die zu Druckwellen oder hoher Strahlung und fliegenden Raketen führen, die auf große Entfernungen Schaden anrichten können.
Anlagenbetrieb und Ausrüstung
Die erste Stufe des Entwurfs besteht darin, die beteiligten chemischen Prozesse und ihr Potenzial zur Energiefreisetzung zu verstehen. Lees (1980) in seinem Schadenverhütung in der Prozessindustrie legt die erforderlichen Schritte im Detail fest, darunter:
Weitere Einzelheiten zu Prozessgefahren und deren Beherrschung finden Sie in Betriebsrichtlinien für das technische Management der chemischen Prozesssicherheit (AIChE 1993); Gefährliche Eigenschaften von Industriematerialien in Sax (Lewis 1979); und die NFPAs Handbuch der Brandgefahren in der Industrie (Linville 1990).
Standort- und Expositionsschutz
Sobald die Gefahren und Folgen von Bränden, Explosionen und toxischen Freisetzungen identifiziert wurden, kann die Standortwahl für chemische Prozessanlagen vorgenommen werden.
Auch hier lieferten Lees (1980) und Bradford (1991) Richtlinien zur Standortwahl von Pflanzen. Anlagen müssen von umliegenden Gemeinden ausreichend getrennt sein, um sicherzustellen, dass diese Gemeinden nicht von einem Industrieunfall betroffen sein können. Die Technik der quantitativen Risikobewertung (QRA) zur Bestimmung von Trennungsabständen ist weit verbreitet und bei der Planung chemischer Prozessanlagen gesetzlich vorgeschrieben.
Die Katastrophe im indischen Bhopal im Jahr 1984 zeigte die Folgen einer zu nahen Ansiedlung einer Chemiefabrik: Über 1,000 Menschen kamen bei einem Industrieunfall durch giftige Chemikalien ums Leben.
Das Vorsehen von Trennräumen rund um Chemieanlagen ermöglicht auch einen leichten Zugang für die Brandbekämpfung von allen Seiten, unabhängig von der Windrichtung.
Chemieanlagen müssen einen Expositionsschutz in Form von explosionsgeschützten Kontrollräumen, Arbeiterunterkünften und Brandbekämpfungsausrüstung bieten, um sicherzustellen, dass die Arbeiter geschützt sind und dass nach einem Zwischenfall eine wirksame Brandbekämpfung durchgeführt werden kann.
Auslaufkontrolle
Das Verschütten von brennbaren oder gefährlichen Materialien sollte durch geeignetes Prozessdesign, ausfallsichere Ventile und geeignete Detektions-/Kontrollgeräte gering gehalten werden. Wenn jedoch große Verschüttungen auftreten, sollten sie auf Bereiche beschränkt werden, die von Mauern umgeben sind, manchmal aus Erde, wo sie bei Entzündung harmlos brennen können.
Brände in Entwässerungssystemen sind häufig, und Abflüssen und Abwassersystemen muss besondere Aufmerksamkeit geschenkt werden.
Gefahren durch Wärmeübertragung
Geräte, die Wärme von einer heißen Flüssigkeit auf eine kühlere übertragen, können in Chemieanlagen eine Brandquelle darstellen. Lokal zu hohe Temperaturen können Zersetzung und Ausbrennen vieler Materialien verursachen. Dies kann manchmal zum Bersten der Wärmeübertragungsausrüstung und zum Übergang von einem Fluid in ein anderes führen, was eine unerwünschte heftige Reaktion verursacht.
Ein hohes Maß an Inspektion und Wartung, einschließlich der Reinigung von Wärmeübertragungsgeräten, ist für einen sicheren Betrieb unerlässlich.
Reaktoren
Reaktoren sind die Gefäße, in denen die gewünschten chemischen Prozesse ablaufen. Sie können kontinuierlich oder diskontinuierlich sein, erfordern jedoch besondere Aufmerksamkeit beim Design. Behälter müssen so ausgelegt sein, dass sie Drücken standhalten, die aus Explosionen oder unkontrollierten Reaktionen resultieren können, oder müssen alternativ mit geeigneten Druckentlastungsvorrichtungen und manchmal Notentlüftungen versehen sein.
Zu den Sicherheitsmaßnahmen für chemische Reaktoren gehören:
Schweißen und Schneiden
Die Factory Mutual Engineering Corporation (FM) Datenblatt zur Schadensverhütung (1977) zeigt, dass fast 10 % der Verluste an Industrieimmobilien auf Vorfälle zurückzuführen sind, bei denen Materialien, im Allgemeinen Metalle, geschnitten und geschweißt werden. Es ist klar, dass die hohen Temperaturen, die zum Schmelzen der Metalle während dieser Vorgänge erforderlich sind, Brände auslösen können, ebenso wie die bei vielen dieser Prozesse erzeugten Funken.
Das FM Datenblatt (1977) weist darauf hin, dass die am häufigsten von Schweiß- und Schneidbränden betroffenen Materialien brennbare Flüssigkeiten, ölhaltige Ablagerungen, brennbare Stäube und Holz sind. Zu den Industriebereichen, in denen Unfälle am wahrscheinlichsten sind, gehören Lagerbereiche, Baustellen, Anlagen, die repariert oder umgebaut werden, und Abfallentsorgungssysteme.
Funken beim Schneiden und Schweißen können oft bis zu 10 m weit fliegen und sich in brennbaren Materialien festsetzen, wo Schwel- und später Flammenbrände entstehen können.
Elektrische Prozesse
Lichtbogenschweißen und Lichtbogenschneiden sind Beispiele für Prozesse, bei denen Elektrizität verwendet wird, um den Lichtbogen bereitzustellen, der die Wärmequelle zum Schmelzen und Verbinden von Metallen darstellt. Funkenblitze sind üblich, und der Schutz der Arbeiter vor Stromschlägen, Funkenüberschlägen und intensiver Lichtbogenstrahlung ist erforderlich.
Oxy-Fuel-Gas-Prozesse
Dieser Prozess nutzt die Verbrennungswärme des Brenngases und des Sauerstoffs, um Flammen mit hoher Temperatur zu erzeugen, die die zu verbindenden oder zu schneidenden Metalle schmelzen. Manz (1991) weist darauf hin, dass Acetylen wegen seiner hohen Flammentemperatur von etwa 3,000 °C das am weitesten verbreitete Brenngas ist.
Das Vorhandensein von Kraftstoff und Sauerstoff unter hohem Druck stellt eine erhöhte Gefahr dar, ebenso wie das Austreten dieser Gase aus ihren Speicherzylindern. Es ist wichtig, sich daran zu erinnern, dass viele Materialien, die an Luft nicht oder nur langsam brennen, in reinem Sauerstoff heftig brennen.
Schutzmaßnahmen und Vorsichtsmaßnahmen
Gute Sicherheitspraktiken werden von Manz (1991) in der NFPA identifiziert Handbuch Brandschutz.
Zu diesen Sicherheitsvorkehrungen und Vorsichtsmaßnahmen gehören:
Beim Schweißen oder Schneiden von Tanks oder anderen Behältern, die brennbare Materialien enthalten haben, sind besondere Vorsichtsmaßnahmen erforderlich. Ein nützlicher Leitfaden ist der der American Welding Society Empfohlene sichere Praktiken für die Vorbereitung zum Schweißen und Schneiden von Behältern, die gefährliche Substanzen enthalten haben (1988).
Für Bauarbeiten und Umbauten eine britische Veröffentlichung, Loss Prevention Council's Brandschutz auf Baustellen (1992) ist hilfreich. Es enthält ein Muster einer Heißarbeitserlaubnis zur Überwachung von Schneid- und Schweißarbeiten. Dies wäre für die Verwaltung in jedem Werk oder Industriestandort nützlich. Eine ähnliche Mustergenehmigung ist im FM enthalten Datenblatt über Schneiden und Schweißen (1977).
Blitzschutz
Blitze sind in vielen Ländern der Welt eine häufige Ursache für Brände und den Tod von Menschen. Beispielsweise sterben jedes Jahr etwa 240 US-Bürger an den Folgen eines Blitzschlags.
Ein Blitz ist eine Form der elektrischen Entladung zwischen geladenen Wolken und der Erde. Das FM Datenblatt (1984) über Blitze weist darauf hin, dass Blitzeinschläge zwischen 2,000 und 200,000 A infolge einer Potentialdifferenz von 5 bis 50 Millionen V zwischen Wolken und Erde liegen können.
Die Häufigkeit von Blitzen variiert zwischen Ländern und Gebieten, abhängig von der Anzahl der Gewittertage pro Jahr für den Ort. Der Schaden, den Blitze verursachen können, hängt stark von der Bodenbeschaffenheit ab, wobei in Gebieten mit hohem Erdwiderstand größere Schäden auftreten.
Schutzmaßnahmen – Gebäude
Die NFPA 780 Norm für die Installation von Blitzschutzsystemen (1995b) legt die Gestaltungsanforderungen für den Schutz von Gebäuden fest. Während die genaue Theorie der Blitzentladungen noch untersucht wird, besteht das Grundprinzip des Schutzes darin, ein Mittel bereitzustellen, mit dem eine Blitzentladung in die Erde eindringen oder diese verlassen kann, ohne das zu schützende Gebäude zu beschädigen.
Blitzsysteme haben also zwei Funktionen:
Weitere Einzelheiten zur Bemessung des Blitzschutzes für Gebäude liefert Davis (1991) in der NFPA Handbuch Brandschutz (Cote 1991) und im British Standards Institute Verhaltenskodex (1992).
Freileitungen, Transformatoren, Außenstationen und andere elektrische Anlagen können durch direkte Blitzeinschläge beschädigt werden. Elektrische Übertragungseinrichtungen können auch induzierte Spannungs- und Stromstöße aufnehmen, die in Gebäude eindringen können. Brände, Sachschäden und ernsthafte Betriebsunterbrechungen können die Folge sein. Überspannungsableiter sind erforderlich, um diese Spannungsspitzen durch wirksame Erdung zur Erde abzuleiten.
Die zunehmende Verwendung von empfindlicher Computerausrüstung in Handel und Industrie hat den Betrieb in vielen Gebäuden empfindlicher gegenüber transienten Überspannungen gemacht, die in Strom- und Kommunikationskabeln induziert werden. Ein angemessener Überspannungsschutz ist erforderlich und spezielle Anleitungen finden sich im British Standards Institute BS 6651:1992, Der Schutz von Bauwerken vor Blitzschlag.
Wartung
Die ordnungsgemäße Wartung von Blitzschutzsystemen ist für einen wirksamen Schutz unerlässlich. Besonderes Augenmerk ist auf Masseverbindungen zu legen. Wenn sie nicht wirksam sind, sind Blitzschutzsysteme unwirksam.
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