Шаговое напряжение определение

Шаговое напряжение. Виды и работа. Применение и особенности

Шаговое напряжение появляется между двумя точками на поверхности земли, которые находятся друг от друга на расстоянии шага человека. Чаще всего оно возникает рядом с оборвавшимся и касающимся землю высотным кабелем либо проводом. В результате оно растекается по земле и образует потенциал между точками. Человек, который передвигается и делает шаг, попадает под это напряжение, вследствие чего через него начинает течь ток.

Шаговое напряжение находится в непосредственной зависимости от сопротивления земли, а также силы тока, протекающей в ней. Если человек сделает большой шаг (стандартный шаг составляет порядка 0,8 метров), то это может представлять довольно серьезную опасность для него. Вызвано это тем, что чем больше расстояние между точками, то тем больше будет разность потенциалов. В особенности риск увеличивается, если по земле течет ток большой силы. Именно поэтому всем рекомендуется при попадании в такую ситуацию передвигаться маленькими шашками, чтобы исключить протекание тока через тело человека.

Виды

Шаговое напряжение бывает нулевым, наименьшим или самым большим показателем:

• Нулевой показатель можно наблюдать тогда, когда живое существо, к примеру, человек, находится на линии равноценного потенциала, либо в месте, где нет линий прохождения электротока.
• Самый малый показатель данного напряжения можно наблюдать в случае наибольшего удаления от заземляющего материала. Получается это практически за пределами течения электротока, то есть свыше 2-х десятков метров.
• Самое большое значение напряжения можно наблюдать в случае, когда одна точка располагается прямо на заземляющем материале, а вторая точка находится на длине шага. Вызвано такое положение вещей тем, что потенциал относительно заземляющего материала движется по вогнутым кривым. В результате образуется большой перепад, в большинстве случаев прямо в начале данной кривой.

При наличии нескольких заземлителей напряжение будет существенно слабее, чем при одном.

Устройство

Шаговое напряжение способно возникать между 2-мя точками контура электротока, которые находятся между ними на длине шага. Оно, прежде всего, зависит от сопротивления земли, по которой движется ток, в том числе силы тока. Также может появляться в месте нахождения заземляющих устройств, в том числе в аварийных местах, где провода под напряжением соприкасаются непосредственно с землей.

Напряжение шага можно определить с помощью расстояния между 2-мя точками. Данный показатель находится в непосредственной зависимости от характера кривой напряжения. Говоря простыми словами оно зависит от типа заземлителя. К примеру, на земле в точке «А» имеется один заземлитель в виде электрода из металла, через который протекает электроток замыкания. Рядом с этим заземлителем образуется определенная область рассеивания электротока в земле. Это земля, за границами которой потенциал условно равняется нулю, что вызывается электротоками защитного заземления.

Главная причина этого явления кроется в том, что количество земли увеличивается по степени ухода от заземляющего устройства. В то же время ток рассеивается по земле на длине в двух десятков метров и больше, от заземляющего устройства. Объем земли в то же время повышается на порядок, в результате чего плотность электротока становится необратимо малой, а само напряжение между указанными точками уже практически не проявляется.

Принцип действия

Шаговое напряжение человек может испытать на себе, при обрыве фазных кабелей и касания их с землей. Если ток аварийными службами не отключается, а сами линии не ремонтируются, то существует большой риск того, что человек попадет именно под это напряжение. Земля отлично проводит электрический ток, в результате чего она является как бы своеобразным проводом, по которому может протекать ток.

Каждая точка земли, в которой имеется некоторый потенциал, будет уменьшаться по мере увеличение расстояния от точки касания проводом с землей. Но электроток начнет действовать на человека лишь в момент, когда его ноги соприкасаются с землей в двух точках, которые имеют разные потенциалы.

Применение

Шаговое напряжение может представлять существенную опасность для здоровья и жизни людей. Поэтому для его нивелирования применяются различные средства. Одним из эффективных средств уменьшения данного напряжения является использование поверхностных заземлителей. На практике места, где возможны аварии с замыканием фаз на землю, используют выравнивание потенциалов. Для этого поверхность земли оборудуется сеткой из заземленных кабелей, их закладывают непосредственно в верхнем грунте.

Функционирует данная система довольно-таки просто: во всех точках этой системы потенциал проводника имеет одинаковый показатель. В результате, если человек находится на данной сетке, то он просто не сможет попасть под напряжение. К примеру, ремонтник сможет спокойно подойти к месту обрыва, чтобы выполнить ремонт или починить провод.

Подобные системы очень действенны, однако не каждый столб с проводом может быть оборудован подобной системой. Поэтому людям необходимо знать способ, как можно безопасно выбраться из ситуации, когда они попадают в зону напряжение шага. Здесь нет ничего сложного, нужно запомнить только одну вещь: если Вы попали под шаговое напряжение, то нужно сохранять хладнокровие. Не нужно сразу же бежать из этого места, ведь чем больше шаг, тем сильнее будет напряжение и сила тока, с которой Вас может ударить.

Наоборот действовать нужно медленно: следует постараться выйти из зоны поражения простым гусиным шагом. Для этого нужно переставлять пятку ноги к носку ноги и маленькими шагами медленно идти. В результате ноги будут располагаться почти в одной точке, которая будет иметь один электрический потенциал. Это значит, что напряжения между ногами не будет. Также можно прыгать на одной ноге, но делать это нужно с крайней осторожностью. А лучше не делать этого вовсе. Если Вы упадете, то можете попасть под напряжение и уже самостоятельно из данной области не сможете выбраться.

Понять, что Вы располагайтесь в области возможного действия напряжения шага можно благодаря своим ощущениям. Если Вас «пощипывает», то стоит остановиться и приглядеться к ближайшим столбам, в особенности во время дождя. Как только Вы выйдете из области поражения, стоит связаться с ремонтниками, чтобы они быстрее отремонтировали данный участок.

Лошадиная авария

В 1928 году произошел курьезный случай. На мосту растрескался изолятор, вследствие чего мост попал под напряжение. Людей, которые шли через мост «потряхивало», а лошадь убило. Автомат в течение двух секунд разъединил цепь. Но чтобы проверить причину, дежурный вновь подал ток. В результате появилось напряжение шага, которое убило еще пару лошадей. Объяснение было простое – ноги лошадей были на расстоянии 1,5 метров и имели железные подковы.

Какая опасность напряжения шага

Максимальное значение ШН определяется при наибольшем приближении человека к лежащему на земле проводу, а минимальное — при удалении его на дистанцию 20 м и дальше. При поражении шаговым напряжением начинаются судороги ножных мускул ног, из-за чего пострадавший падает на почву.

Поражение от ШН

В это мгновение кончается действие шагового напряжения и появляется еще одна, наиболее страшная опасность: взамен нижней петли в теле пострадавшего создается другой, наиболее угрожающий путь электротока, как правило — от рук к ногам, через все жизненно важные органы, тем самым появляется угроза поражения электротоком со смертельным исходом.

Важно! Не менее опасным шаговое напряжение является для крупных домашних животных, поскольку размер хода у них большой и, следовательно, создается громадный размер разности потенциалов, воздействующих на них.

Максимальный радиус поражения

Радиус шагового напряжения напрямую зависит от напряжения, поданного на оборванный провод. Потенциальную опасность для человека представляет электричество напряжением более 360 Вольт. При минимальном значении особую опасность представляет зона шагового напряжения ближе 3 метров к источнику электричества. При росте величины до 1000 Вольт опасной считается область до 5 метров.

При обрыве ЛЭП или аварии на подстанции источник тока значительно превышает 1000 Вольт. В этом случае радиус поражения достигает 8 метров. При больших токах опасная зона значительно превышает эту величину, но ток на расстоянии 12-15 метров от источника не представляет смертельную опасность. Значение безопасного электричества для шагового напряжения – 40 Вольт. На расстоянии от 8 до 20 метров от источника шаговое напряжение редко превышает эту величину.

Наибольшая поражающая сила получается когда человек одной ногой станет на провод, а второй – в шаге (80 см) от него. При этом расстояние между ступнями играет не меньшую роль, чем удаление от источника. Именно на этом расстоянии возникает разность потенциалов между двумя точками, обуславливающая поражение током человека.

Уровень опасности значительно повышается во влажную погоду. Так, мокрый асфальт или грунт является лучшим проводником, чем сухая земля. Он обладает большим сопротивлением. Поэтому во время дождя или в болотистой местности следует быть максимально внимательным.

Чем опасно шаговое напряжение?

Приближение к упавшему проводу, на который подаётся электроток, очень опасно и для животных, и для людей, особенно, если объект находится в радиусе 5-10 м от источника. При попадании в зону действия шаговых напряжений человек падает на землю из-за того, что его мышцы начинают непроизвольно, судорожно сокращаться. Именно в этот момент оно перестаёт воздействовать на объект, поскольку электрический ток начинает уже проходить через всё тело, а это уже может стать причиной летального исхода.

Человек может выйти из зоны поражения самостоятельно, если будет знать некоторые простые правила, а вот животное, попавшее в столь опасную зону, запросто может погибнуть, и в группе риска находится крупнорогатый скот, да и вообще – все крупные животные, имеющие солидное расстояние шага. Следует запомнить, что причина возникновения шагового напряжения сокрыта в оборванном проводе, к которому нельзя подходить на расстояние, ближе, чем 8 м. Если это нужно сделать по долгу службы, то следует принять все меры защиты.

Зона опасности шагового напряжения

Зона растекания тока может быть в радиусе порядка 10 и более метров от места касания земли оборванного провода. Радиус зоны опасности, которая находится под напряжением, зависит от нескольких факторов.

Во-первых: расстояние от источника опасности. Чем удаленнее, тем опасность меньше.

Во-вторых: напряжение линии оборванного провода: 0,4; 1; 3; 6; 10; 35; 110; 220 кВ.

Если влажность земли, по которой будет протекать ток, будет выше нормы, то нужно принять во внимание, что в перечисленных выше случаях радиус действия увеличивается. Исходя из всех вышеперечисленных условий, особо опасной является зона, расположенная в радиусе 8-10 метров от источника.

Действие

Для того, чтобы предупредить вредное воздействие шагового напряжения, необходимо провести расчет. Он поможет вычислить размер диапазон и его силу.

Фото — Расчет шагового напряжения

Каждый параметр отвечает за определенный показатель, важный при вычислении радиуса. На данной схеме:

• I_З – ток короткого замыкания, измеряется в Амперах;
• ρ – удельное сопротивление грунта, Ом*м;
• a – расчетная длина шага, м
• x – расстояние от места повреждения, измеряется в метрах.

Исходя из графика может быть рассчитана зона шагового напряжения и непосредственно его размер:

U_Ш = (I₃ * ρ * a) / 2 π x (x + a). Измеряется в вольтах.

Конечно, точно определить шаговое предельное напряжение и его радиус очень сложно, т. к. нужно рассчитать примерное сопротивление разных слоев почвы и вывести средний показатель, умноженный на определенный коэффициент. Но такая формула поможет провести прикидочные расчеты и вычислить напряжение, диапазон и прочие параметры.

Благодаря этому расчету можно определить не только пошаговое напряжение, но и шаг сетки, что поможет минимизировать вероятность летального исхода. Считается, что воздействие будет минимальным, если сокращать шаги, но это зависит от частоты полос напряжения. Например, есть схема кривой, которая поможет рассчитать размер шага при аварии.

Фото — Кривая расчета ширины шага

Для того чтобы получить такой график на местности, необходимо измерить вольтаж на разных расстояниях от провода, а после свести данные в одну схему. Обратите внимание на отрезок ОН, на чертеже указано, что его можно разбить на несколько участков, которые по размеру будут соответствовать среднему шагу человека. В таком случае, Вы сможете вывести рабочего из зоны опасности. Если просчитать места образования опасных линий, то при шагах ступни будут находиться в участках разности потенциалов. Также график наглядно демонстрирует, что чем ближе объект (см. человек), находится к эпицентру аварии (оборванному проводу), тем меньшими становятся отрезки и выше напряжение.

Учитывая это, формула будет иметь такой вид:

Uш = Uв — Uг = Uз*B

В данном случае, коэффициент напряжения между человеческими ступнями, также именуемый как коэффициент напряжения шага равняется 1 (по умолчанию). Этот показатель зависит от расстояния до аварии. Например, чем ближе источник напряжения – тем выше коэффициент между ступнями.

На графике 2 демонстрируется, как именно изменяются данные при движении тела в зоне опасности. Особенно высоко влияние тока в грозу или на мокром асфальте. В подобных случаях без специальной экипировки запрещается приближаться к эпицентру ближе, чем на десять метров.

При этом нужно учитывать сторонние факторы, влияющие на проводимость человеческого тела и сопротивление между ступнями. Так, если рабочий в момент падения провода будет в мокрой одежде, обуви или просто вспотеет, то для смертельного удара будет достаточно даже нескольких десятков Вольт, в отличие от значащихся в технике безопасности 220.

Со временем может произойти самостоятельное выравнивание электрического тока, если будет отключен источник. В такой случае, вся энергия просто уйдет в землю, не требуя дополнительных процессов.

Видео: расчет шагового напряжения

Опасность шагового напряжения

Шаговое напряжение обнаружите на грунте при замыкании фазы силовой линии на землю, либо вследствие заноса потенциала токопроводящим предметом (рельс железнодорожного полотна, неисправный, сломанный контур заземления, неправильно обустроенный, недостаточно глубоко вбитый металлический кол громоотвода). Ситуация усугубляется: при поражении человек падает на землю, ток будет течь через тело. Пострадают внутренние органы. Поскольку общепринятая частота сети (50 Гц) не защищает человека от внутренних повреждений. Предупреждал Никола Тесла, указывая нижний лимит безопасности 700 Гц.

Схема формирования шагового напряжения

Схема формирования шагового напряжения показана рисунком. Видно: на расстоянии 20 метров от источника опасность сводится к нулю. Высока разность потенциала эпицентра, где техника безопасности рекомендует двигаться исключительно «гусиным» шагом. Приставляя носок одной ноги к пятке другой. Разница потенциалов снижается до нуля. Инструкции безопасности запрещают приближаться к месту дислокации утечки электричества ближе 8 метров. Помимо указанного способа отхода из опасной зоны выдуманы два:

1. Прыжки на одной ноге сводят вероятность поражения электрическим током к нулю. Каждое перемещение по отдельности не должно быть слишком большим. Некоторые источники не совсем логично запрещают порядок действий. Следует опасаться падения: шанс уцелеть зависит от случайных факторов. Высока вероятность летального исхода, иных неприятных последствий.
2. Если почва ровная, обувь удобная, попробуйте прыгать на двух ногах. Стопы ставятся вместе, не должны отрываться друг от друга. Опасность прежняя – упасть на землю. Простое прикосновение руки (неловкое движение) к почве способно вызвать пагубные последствия. Прыжки, как в предыдущем случае, по возможности короткие.

Правила поведения для избежания поражения шаговым напряжением приводятся памятками. Категорически избегайте руководствоваться сетевыми обзорами. Полистайте учебник по технике безопасности. Некоторые приведенные выше способы маркируются опасными, недопустимыми. По причине элементарного незнания авторами (не портала ВашТехник) простейших законов физики.

Из опасной зоны выходим, ступая по сухим, не проводящим ток предметам. Доскам. Опасно наступать на кирпичи, железобетонные конструкции, землю (избегайте луж). Покрытия, согласно ПУЭ, считаются небезопасными, проводят электричество. Аккуратно следует перемещаться по песку. Опасным окажется подлежащий влажный слой. Меньше сопротивление грунта, меньше опасность. При условии, что стопа не проваливается. Рассмотрим, почему происходит.

Заключение

Шаговое напряжение крайне небезопасно для вашей жизни и здоровья. При нем по телу течет ток, способный нанести тяжелый (и даже фатальный) ущерб органам и системам. Особенно это касается сердечной мышцы.

Опасно оно и коварством. Удар электричеством вызывает непроизвольное резкое сокращение мышечных групп ног, человек падает, ток начинает идти от рук в нижние конечности. Расстояние между представляющими угрозу зонами растет. При развитии ситуации по такому сценарию поражение может стать смертельным.

Поэтому для избежания таких ситуаций следует соблюдать правила техники безопасности, выполнять качественный и надежный монтаж и подключение электрооборудования. Если же где-то все же возник обрыв с появлением ШН, необходимо при первых же его симптомах покинуть опасную зону. Передвигайтесь мелкими шагами (или прыгая на одной ноге, хотя это не рекомендуется).