Напряжение шага это

Шаговое напряжение – это разность потенциалов (напряжения) на участке в токовой цепи. Показатель шагового напряжения зависит от силы тока и удельного сопротивления почвы. Он представляет собой расстояние (разность потенциалов) между двух ног человека. Величина шагового напряжения используется при создании зануления и заземления, измерении опасности в местах аварий. На значение влияет форма кривой напряжения.

Возле упавшего провода находящегося под напряжением, возникает область рассеивания электричества. На расстоянии от 20 метров до места падения провода, напряжение может не ощущаться, плотность тока становится минимальной.

Опасное для жизни шаговое напряжение наблюдается в местах падения электрического провода высокой мощности на голый грунт. К этому объекту запрещается приближаться на расстояния менее 8 метров. Угроза присутствует и на расстоянии одного метра от заземлителя (металлоконструкции труб, забор из арматуры). Человек рискует, стоя в месте растекания шагового напряжения прикоснуться к металлокострукциям (естественному заземлителю). Опасность кроется в поражении нервной системы – возникают судороги и падение человека на землю.

Действие шагового напряжения прекращается, но внутри тела возникает новый путь электричества. Ток протекает от рук к ногам, в результате возникает реальная угроза смерти. При попадании в такую ситуацию человек должен выходить с опасной зоны гусиным шагом. Минимальное расстояние между ногами – это залог безопасности и благополучного выхода.

Угроза исчезает через 20 метров от источника напряжения высокого потенциала. Категорически запрещается выпрыгивать из области действия высоких потенциалов. При падении на конечности уровень шагового напряжения возрастет, после чего человека ждет смерть.

Причины

Опасное напряжение чаще всего возникает при обрыве электрического локального кабеля, поставляющего электричество к определенному объекту. Опаснее всего в такой момент человеку находиться на болоте, в воде или даже стоять на мокром асфальте, т. к. вода является превосходным проводником электрического тока.

О том, какое напряжение называют шаговым, изучается даже в школах, но, к сожалению, предугадать момент его появления и конкретное поле действия очень сложно. Оно может проявиться из-за перепадов атмосферного давления, возникновения взрыва на электрических подстанциях, при коротком замыкании на проводе в помещении или на улице, и даже от взаимодействия земли с молнией.

Причины возникновения шагового напряжения

По принципу проводимости электрического тока все материалы делятся на проводники и диэлектрики. Так, например, земля являет проводником, особенно в сырую погоду. Если при обрыве провода линии электропередачи, он касается земли, то там образуется опасная зона, в которой и возникает напряжение шага.

Подобная ситуация происходит, когда молния попадает в молниеотвод, который соединён с электроустановкой. В этом случае образуется контакт между токопроводящими элементами установки и землей, на которой образуется зона под напряжением.

Причиной для образования зоны опасного напряжения шага может послужить:

• Авария на электрической подстанции;
• Короткое замыкание воздушных линий на улице или кабельных — в помещении.

Все вышеперечисленные случаи представляют опасность для людей и животных.

Значения шагового напряжения

Из физических предпосылок возникновения такого эффекта становится понятным, что величина шагового напряжения зависит от величины удаления от заземлителя или упавшего провода, расстояния между ступнями ног.

При этом можно выделить следующие основные значения:

• Максимальное — возникает в случаях, когда одна ступня находится на проводе или на грунте над заземлителем, а вторая на расстоянии 80–100 см. Это объясняется крутизной падения кривой графика зависимости потенциала от расстояния до точки заземления. Именно на этом участке разница потенциалов будет максимальной.
• Минимальное значение возможно только при значительном удалении от точки контакта провода с землёй. В этой зоне уже не наблюдается рассеивание электрического тока, поэтому разница потенциалов не возникает при любой величине шага.
• Нулевое значение характерно для тех ситуаций, когда ступни ног находятся на точках, для которых характерны одинаковые потенциалы. Такое становится возможным, если стать на элементы группового заземлителя или держать ступни практически вплотную.

Именно на этих данных и обоснованы правила выхода из зоны шагового напряжения, возникающей при аварийной ситуации. Практика показала, что придерживаться этих рекомендаций следует до тех пор, пока расстояния до центра зоне не превысит значение 20 м.

Радиус и сила действия

Чтобы не попасть под напряжение шага необходимо знать его силу и расстояние, на котором оно представляет опасность. Расчет иллюстрируется следующим графиком:

• I3 — измеряемый в амперах ток при КЗ;
• ρ — сопротивление поверхности в омах на метр;
• а — длина шага в метрах;
• x — значение расстояния от начальной точки ухода электричества в землю, также измеряемое в метрах.

На основании этих данных вычисляется величина и зона шагового напряжения по формуле:

UШ = (I3×ρ×a) / 2 π x (x + a)

На практике наибольшая величина ШН наблюдается в радиусе 80–100 сантиметров от эпицентра (места соприкосновения кабеля с почвой/поверхностью). По мере отдаления она понижается, полностью угасая примерно в 20 метрах.

Разумеется, точный расчет шагового напряжения можно сделать не всегда, поскольку необходимо дополнительно знать сопротивление отдельных слоев почвы, на основе которого выводится умножаемый на определенный коэффициент средний показатель. Но формула позволяет сделать примерную калькуляцию, которой можно манипулировать далее.

Это вычисление также помогает определить «шаг» возникающей электрической сетки. Его знание минимизирует шанс гибели от удара током. Обычно считается, что для покидания зоны ШН без вреда здоровью необходимо двигаться мелкими шажками (подобное передвижение называется «гусиный шаг», его совершают не отрывая стоп друг от друга), но на деле длина безопасного шага находится в зависимости от частоты полос ШН. Рассчитать не несущий опасности размер в той или иной ситуации помогает кривая:

Для получения подобного графика на реальной местности следует выполнить замеры вольтажа на различных расстояниях от электрического провода и объединить полученную информацию в схему.

Если посчитать зоны появления опасных линий и избегать их при передвижении, то ступни будут оказываться в точках с разностью потенциалов. Приведенный выше график иллюстрирует еще одну интересную особенность: чем ближе оказавшийся в опасности человек к точке электрической аварии (обрыву кабеля), тем больше уровень напряжения шага и меньше отрезки (а значит, короче и безопасные шаги).

С учетом сказанного формула принимает следующий вид:

Uш = Uв — Uг = Uз×B

Вычисляемый таким образом коэффициент ШН (то есть между ступнями) по умолчанию равен единице. Цифра зависит от расстояния между человеком и эпицентром аварии: чем оно меньше, тем коэффициент больше, и наоборот. Обычно безопасным считается расстояние 8–10 метров.

Важно: сильнее всего влияние электрического тока на влажной поверхности или во время гроз. При таких условиях запрещается подходить к эпицентру утечки без защиты менее чем на десять метров.

Следует иметь в виду и прочие факторы изменения проводимости тела и уровня сопротивления. Например, если попавший в радиус поражения будет вспотевшим или одетым во влажное, смерть способна наступить даже от удара гораздо слабее предусмотренных техникой безопасности 220 вольт.

Как необходимо передвигаться в зоне шагового напряжения?

Бежать стремглав из опасного места категорически запрещено. Каждый, кто это сделает, рискует попасть под повторное напряжение. Безопасный выход подразумевает медленное передвижение, мелкими «семенящими» шажками, и такую «походку» принято называть «гусиным шагом». Ноги от земли отрывать запрещено. Если по пути движения имеются сухие доски, то идти нужно по ним, так как сухое дерево является отличным диэлектриком, а вот к кирпичам и железобетонным конструкциям это не относится.

Каким образом следует передвигаться по зоне шагового напряжения? Ещё один способ – это тот, который описан выше: на одной ноге. Но его задействовать не всегда возможно, так как не все умеют «скакать на одной ножке», а случайное падение может даже стать причиной летального исхода. Правила перемещения в зоне шагового напряжения запрещают двигаться по спирали или по направлению к оборванному проводу. По статистике, 80% самостоятельных выходов из опасной зоны не имеют никаких последствий для здоровья.

Меры защиты от шагового напряжения

Существуют всеобщие правила электробезопасности и меры по защите от воздействия электротоком, позволяющие избежать опасных ситуаций для жизнедеятельности человека. Как правило, поражению ШН подвержены электротехнический персонал электрических сетей, которые должны принимать меры защиты от шагового напряжения во время устранения аварийной ситуации в сетях.

Защита от ШН

Выполняя работы в опасной зоне они должны быть одеты в специальную защитную одежду, диэлектрические перчатки и диэлектрические боты. По требованиям ПУЭ, ручки всех без исключения электроинструментов должны быть оснащены изоляционной защитой.

Если, невзирая на все старания, все-таки не получилось избежать удара электротоком, пострадавшему необходимо в самые кратчайшие сроки предоставить первую медпомощь:

1. Различными допустимыми способами останавливают отрицательное воздействие тока.
2. Вызывают скорую помощь.
3. В случае необходимости производится процедура искусственного дыхания и массаж сердца.
4. Электрический ожог прикрывается обеззараженной повязкой.
5. Потерпевшему необходимо предоставить покой и направить в медучреждение, вне зависимости от его самочувствия.

Важно! Категорически запрещено закапывать потерпевшего в почву, так как вес усложняет респирацию и нарушает функцию сердечной мышцы. Также запрещается делать окатывание водой, чтобы не допустить переохлаждения организма. Ожоговую рану содержат в чистоте, иначе появляется возможность развития гангрены и столбняка.

Никто не застрахован от воздействия электрического тока. Теперь известно, как правильно перемещаться в зоне шагового напряжения и как оказать первую помощь пострадавшему.

Возникновение шагового напряжения

Почему существует шаговое напряжение. При контакте фазного провода с грунтом начинает течь ток. Согласно справочникам, почва имеет некое определенное сопротивление. Постоянным параметр считать нельзя, многое зависит от влажности. Очевидно, с ростом глубины почва более мокрая, лучше проводит электричество. По указанной причине (никакой другой) стальные колья контура громоотвода вкапываются на некоторое минимальное, заранее высчитанное расстояние.

Меж эпицентром (точкой контакта фазы и почвы), окраиной круга радиусом 20 метров образуется резистивный делитель. Рисунок показывает: напряжение падает нелинейно. Эквипотенциальная поверхность утечки тока близка формой эллипсоиду вращения. Заряды распространяются по трем направлениям. Привыкли видеть на уроках физики иной расклад (вспомним резистивный делитель электрической цепи).

Там ток двигается вдоль провода. Путь одномерный. Отношение потенциалов пропорционально сопротивлениям взятых резисторов. В случае шагового напряжения ток движется в прямоугольных координатах поверхности грунта, уходя одновременно вглубь. Этим объясняется нелинейность зависимости, представленной рисунком: опасность резко падает по мере удаления от центра аварии.

Закономерности свойственны обычной физике: выше сопротивления, меньше ток. Хорошо для поставщиков энергии, авария обходится дешевле. Почувствовавшим опасность важно соотношение сопротивления участка грунта и тела человека. Во влажной почве токи велики, малая часть ответвляется нанести удар. Образуется резистивный делитель, чем человек лучше сопротивляется электричеству, тем меньшим будет урон.

Становится понятно, почему электрики носят специальную обувь с изолирующей подошвой. От переменного тока это неидеальная защита. Напряжение в десятки киловольт пробивает подошвы насквозь, даже если человек стоит на сухом грунте. Разница потенциалов растет, следуя ширине шага. Руководства по технике безопасности единогласно рекомендуют выходить за пределы опасной зоны «гусиной» походкой.

Для каждого отдельного человека нельзя заранее предсказать результат действия шагового напряжения. В конечном итоге, определено индивидуальными физиологическими особенностями (сопротивление тела). Стоит, однако, знать некоторые общие закономерности:

1. Сопротивление кожи в несколько раз выше внутренних органов. Если эпидермис нездоров, повреждены нижележащие слои, исход столкновения с электричеством неблагоприятный.
2. Физиологи выделяют следующие наиболее фатальные пути прохождения электрического тока по организму (нужно заметить, сюда входят почти все возможные траектории движения заряда): рука — рука (худший вариант), любая рука — ноги, обе руки — ноги. В этих случаях (по убыванию) значительная часть тока проходит через сердце, чревато летальным исходом. Становится понятно, почему нельзя падать на землю (чтобы руки находились под разным потенциалом).

При отрицательных температурах опасность ниже. Для суглинистых почв, влажности грунта 15 – 20% безопасное расстояние составляет 4 метра. По этой причине вдоль кабельных трасс зимой почву запрещено прогревать. Устанавливаются в каждом случае и другие нормативы. Например: конный транспорт не должен работать ближе 20 метров от огороженной области электроотогрева грунта. Цифра знакомая, фигурировала выше.