Шаговое напряжение это

Что такое шаговое напряжение

Шаговым напряжением (напряжением шага) называется напряжение между двумя точками цепи тока, находящимися одна от другой на расстоянии шага, на которых одновременно стоит человек. Шаговое напряжение зависит от удельного сопротивления грунта и силы протекающего через него тока.

В области защитных устройств от поражения током — заземления, зануления и др. — интерес представляют в первую очередь напряжения между точками на поверхности земли (или иного основания, на котором стоит человек) в зоне растекания тока с заземлителя.

Шаговое напряжение при одиночном заземлителе

Шаговое напряжение определяется отрезком, длина которого зависит от формы потенциальной кривой, т.е. от типа заземлителя, и изменяется от некоторого максимального значения до нуля с изменением расстояния от заземлителя.

Допустим, что в земле в точке О размещен один заземлитель (электрод) и через этот заземлитель проходит ток замыкания на землю. Вокруг заземлителя образуется зона растекания тока по земле, т. е. зона земли, за пределами которой электрический потенциал, обусловленный токами заземления на землю, может быть условно принят равным нулю.

Причина этого явления заключается в том, что объем земли, через который проходит ток замыкания на землю, по мере удаления от заземлителя увеличивается, при этом происходит растекание тока в земле. На расстоянии 20 м и более от заземлителя объем земли настолько возрастает, что плотность тока становится весьма малой, напряжение между точками земли и точками еще более удаленными не обнаруживается сколько нибудь ощутимо.

Распределение напряжения на различных расстояниях от заземлителя: 1 — потенциальная кривая 2 — кривая характеризующая изменение шагового напряжения

Если измерить напряжение Uз между точками, находящимися на разных расстояниях в любом направлении от заземлителя, а затем построить график зависимости этих напряжений от расстояния до заземлителя, то получится потенциальная кривая ) Если разбить линию ОН на участки длиной 0,8 м, что соответствует длине шага человека, то ноги его могут оказаться в точках разного потенциала Чем ближе к заземлителю, тем напряжение между этими точками на земле будет больше (U a б > U бв; U бв > U вг)

Шаговое напряжение для точек В и Г определяется как разность потенциалов между этими точками

U ш = U в — U г = U з B

где B — коэффициент напряжения шага, учитывающий форму потенциальной кривой 1. Наибольшие значения напряжения шага и коэффициента B будут при наименьшем расстоянии от заземлителя, когда человек одной ногой стоит на заземлителе, а другая нога на расстоянии шага.

Кривая 2 характеризует изменение шагового напряжения.

Опасное шаговое напряжение может, например, возникнуть вблизи упавшего на землю и находящегося под напряжением провода. В этом случае запрещается приближаться к проводу, лежащему на земле, на расстояние ближе 8 — 10 м.

Шаговое напряжение отсутствует, если человек стоит или на линии равного потенциала или вне зоны растекания тока.

Максимальные значения шагового напряжения будут при наименьшем расстоянии от заземлителя, когда человек одной ногой стоит непосредственно на заземлителе, а другой — на расстоянии шага от него. Объясняется это тем, что потенциал вокруг заземлителей распределяется по вогнутым кривым и, следовательно, наибольший перепад оказывается, как правило, в начале кривой.

Наименьшие значения шагового напряжения будут при бесконечно большом удалении от заземлителя, а практически за пределами поля растекания тока, т.е. дальше 20 м.

Шаговое напряжение при групповом заземлителе

В пределах площади, на которой размещены электроды группового заземлителя, шаговое напряжение меньше, чем при использовании одиночного заземлителя. Шаговое напряжение также изменяется от некоторого максимального значения до нуля — при удалении от электродов.

Максимальное шаговое напряжение будет, как и при одиночном заземлителе, в начале потенциальной кривой, т.е. когда человек одной ногой стоит непосредственно на электроде (или на участке земли, под которым зарыт электрод), а другой — на расстоянии шага от электрода.

Минимальное шаговое напряжение соответствует случаю, когда человек стоит на «точках» с одинаковыми потенциалами.

Опасность шагового напряжения

При попадании под шаговое напряжение возникают непроизвольные судорожные сокращения мышц ног и как следствие этого падение человека на землю. В этот момент прекращается действие на человека шагового напряжения и возникает иная, более тяжелая ситуация: вместо нижней петли в теле человека образуется новый, более опасный путь тока, обычно от рук к ногам и создается реальная угроза смертельного поражения током. При попадании в область действия шагового напряжения необходимо выходить из опасной зоны минимальными шажками («гусиным шагом»).

Особо опасно шаговое напряжение для крупного рогатого скота, т.к. расстояние шага у этих животных очень велико и соответственно велико напряжение, под которое они попадают. Нередки случаи гибели скота от шагового напряжения.

Статьи и схемы

Полезное для электрика

Шаговое напряжение

Шаговое напряжение – разница потенциалов меж двумя точками грунта, находящимися на расстоянии шага. Источники по-разному трактуют дистанцию для расчета. Как правило, 0,7 — 1 метр (некоторые авторы рекомендуют брать 0,8 метра человеку, 1 метр – животным). Выходить из опасного района следует по возможности короткими (гусиными) шагами.

Действие электрического тока на организм человека

Не рекомендуется подходить к месту аварии ближе 4-5 метров при напряжении 1000 вольт. В прочих случаях опасно приближаться на 8-10 метров. Шаговое напряжение представляет некоторую опасность. Относительно безвредным считается, если разность потенциалов не превышает между стопами 40 вольт. Помимо очевидного влияния на нервную систему, как следствие, судорожных сокращений мышц (биологическое действие) электрический ток вызывает ряд специфических травм:

• Термическое действие сопровождается усиленным разогревом тканей. Электрические ожоги подразделяют на:

1. Токовые, вызываются непосредственным контактом проводника цепи, находящейся под напряжением до 2 кВ, и кожи. Работает закон Джоуля-Ленца, согласно которому выделенное тепло пропорционально произведению квадрата действующего значения тока на электрическое сопротивление (человеческого тела). Ожоги обычно I или II степени. Не очень сильные. Опасен случай, когда путь протекания тока проходит через тело (избегайте контакта противоположной руки, ног, туловища с заземленными предметами). На локальном участке останется покраснение – электрические знаки (выраженные метки разнообразной формации кожи).
2. Дуговые. Температура дуги высока (не менее 3500 градусов Цельсия). Фактически воздух, превращенный в плазму. Сварочная дуга, образуется меж высоковольтным проводом и кожей. Результат без ужаса сложно представить. Наверняка ожог III-IV степени. Подобно сварочному электроду, проводник расплавляется, металлизирует кожу, растекаясь. Разумеется, вызывает одновременно ожог.

• Электролитические действие тока не описывается подробно литературой по очевидным причинам. В ходе деструктивного процесс разлагаются на составляющие жидкости человеческого тела. Включая кровь. Интересующихся отошлем к «войне токов», шедшей в Америке между корпорацией Эдисона и союзниками Николы Тесла. Жаждущие доказать превосходство люди шли на многое. Появился первый электрический стул (см. Катушка Тесла ).

Путь протекания тока (справа), вызванного шаговым напряжением при нарушении правила «гусиного шага» (слева)

Биологическим действием тока вызваны разнообразные травмы скелетных мышц, костей, связок. Сокращения миофибрилл достигают большой силы. Поэтому двигательно-опорный аппарат находится под большой угрозой.

Помимо травм выделяет медицина, как отдельную категорию, удары током. Не нужно относиться легкомысленно, ссылаясь на данную группу, только от того, что видимых повреждений тела не наблюдается. Электрические удары делят на IV степени тяжести. Причем последняя характеризуется состоянием клинической смерти (отсутствие пульса на артериях, дыхания). Соответственно, от окружающих требует досконального знания правил поведения.

Если человек упал в зоне действия шагового напряжения, по телу наверняка идет ток. Любой, непосредственно прикоснувшийся к пострадавшему, сильно рискует. Нужно правильно рассчитать вектор градиента разницы потенциалов, на практике сделать непросто (не все понимают сказанные слова). Иначе говоря, нужно браться за точки тела, меж которыми падение напряжения равно нулю. Оценить (правильно исполнить) сможет меньше людей, нежели поняли сказанное. Посему действовать на практике придется иначе.

Читайте также: Фазное напряжение

Вырубить источник питания возможно далеко не всегда. Не факт, что на подстанции заметили утечку, реакторы позволят автоматике отреагировать правильно редко. Устранить опасность не представляется возможным, следует оценить эпицентр (место контакта фазы, почвы), зацепить пострадавшего (багром), начинать потихоньку выволакивать за пределы досягаемости шагового напряжения (20 метров от эпицентра). Двигаться «гусиным» шагом.

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.

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.

Читайте также: Коронный разряд

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.

Шаговое напряжение.

Кафедра «Безопасность жизнедеятельности»

Шаговое напряжение и напряжение прикосновения

1.Изучение распределения потенциалов на поверхности земли в поле растекания тока на различных грунтах, а также шаговых напряжений в зависимости от расстояния до места замыкания на землю.

2.Изучение опасности однополосного прикосновения к токоведущим частям в трехфазной сети с изолированной нейтралью в зависимости от сопротивления изоляции фаз относительно земли и сопротивления человека.

В процессе эксплуатации электрических установок человек может быть поражен электрическим током в результате попадания под шаговое напряжение или напряжение прикосновения. Эти напряжения возникают на частях, доступных прикосновению, и на поверхности земли, как правило, при аварийных режимах работы электрических установок.

Опасность поражения электрическим током среди прочих опасностей отличается тем, что человек не в состоянии без специальных приборов обнаружить наличие напряжения дистанционно, как, например, движущие части, раскаленные объекты, открытые люки, неогражденные края площадки, находящиеся на высоте и т.п. Оно обнаруживается лишь после поражения человека электрическим током. Поэтому необходимо иметь четкое представление о шаговом напряжении и напряжении прикосновения, чтобы предусмотреть защитные меры, полностью обеспечивающие безопасность персонала, обслуживающего электроустановки.

При возникновении контакта между токоведущими частями и заземленным корпусом электрооборудования, на корпусе относительно земли появляется потенциал. Корпус имеет электрическую связь с замедлителем, поэтому можно считать, что потенциалы корпуса и заземлителя равны, и заземлитель, в данном случае, будет являться точкой замыкания на землю.

Замыканием на землю называется случайное электрическое соединение, находящихся под напряжением частей электроустановки с землей. Место, где в землю стекает ток, называется точкой замыкания на землю. Точкой замыкания на землю может быть заземлитель или попавший на землю провод.

Ток, стекая с заземлителя в землю, растекается по значительному ее объему. Область грунта, лежащая вблизи заземлителя, где потенциалы не равны нулю, называется полем растекания тока. Форма заземлителя может быть очень сложной и электрические свойства грунта, как правило, неоднородны, поэтому закон распределения потенциалов вблизи заземлителя определяется сложной зависимостью. С цвелью упрощения изображения электрического поля и анализа его допустим, что ток стекает в землю через одиночный заземлитель полушаровой формы, уложенный в однородном грунте (рисунок 1). В этом случае линии растекания тока в земле будут радиальными.

Плотность тока δ на расстоянии х от центра заземлителя определяется как отношение тока замыкания на землю I_з к площади поверхности полушара с радиусом х :

Для определения потенциала в точке А выделим в поле растекания тока элементарный слой dх. Падение напряжения dU в этом слое равно

где Е =δρ – напряженность электрического поля;

ρ – удельное сопротивление грунта.

В бесконечно удаленной точке (х =∞) плотность тока, напряженность электрического поля и потенциал равны нулю.

Потенциал земли в точке А, находящейся на расстоянии χ от центра заземлителя, определяется

где I₃ – ток замыкания на земле, который определяется при рассмотрении полной цепи замыкания, А;

ρ – удельное сопротивление грунта, Ом·м;

х – расстояние от центра заземлителя до определяемой точки, м.

Рисунок 1 – Гиперболический закон изменения потенциалов точек земли

Из выражения (1) видно, что потенциал точек на поверхности грунта уменьшается с удалением от места замыкания на землю и в пределе стремится к нулю. Область поверхности грунта, потенциал которой равен нулю, называется электротехнической землей .

Опытная кривая распределения потенциалов (рисунок 2), полученная непосредственными измерениями у трубчатого заземлителя, имеет примерно такой же вид, как и у заземлителя полушаровой формы.

Из кривой (рисунок 2) видно, что поверхность заземлителя имеет максимальный потенциал. На расстоянии 1 м от моста стекания тока в землю потенциал снижается на 68 %. В конце десятого метра снижение достигает 92%, а на расстоянии 20 метров потенциал точек земли практически равен нулю.

То есть сопротивление току замыкания на землю оказывает объем грунта радиусом 20 метров, находящийся в поле растекания тока. За пределами электрического поля грунт представляет собой проводник с бесконечно большим поперечным сечением и не оказывает сопротивления протеканию электрического тока. Практически «земля» в электрическом смысле начинается с расстоянием = 10-20 м от заземлителя.

Рисунок 2 – Характер распределения потенциалов в земле при стекании тока с трубчатого заземлителя.

Если человек попадает в зону растекания тока, то его ноги могут касаться разных потенциалов. Точки поверхности земли, расположенные дальше от заземлителя, имеют меньший потенциал. Следовательно, существует на ширине шага (d =0,8 м) в поле растекания тока существует разность потенциалов. Эту разность потенциалов и называют шаговым напряжением.

Величина шагового напряжения зависит от ширины шага α и расстояния χ до места замыкания на землю. Шаговое напряжение на различном расстоянии от точки замыкания (рис.1) можно определить следующими выражениями:

Из выражения (2) видно, что если х₁ < х_2, следовательно, по мере удаления от места замыкания опасность шаговых напряжений уменьшается.

Шаговое напряжение на расстоянии от 20 м от места практически не представляет опасности. При шаге, равном 0,8 м, интенсивная судорога может возникнуть в случае, если шаговое напряжение равно 100÷150 В. В результате судороги ног человек может упасть на землю и при этом за счет увеличения расстояния между точками земли, которых теперь он будет касаться руками и ногами, может возрасти разность потенциалов. Ток в этом случае будет протекать по более опасному пути «руки-ноги». Совокупность этих факторов может привести к стремительному поражению человека электрическим к током.

Для предупреждения поражения током при случайном попадании в зону растекания тока следует покидать её так, чтобы по возможности свести разность потенциалов на ногах к нулю. Устранить опасность поражения шаговым напряжением можно с помощью диэлектрической обуви.

185.154.22.117 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам.

Источники: http://electricalschool.info/main/electrobezopasnost/411-chto-takoe-shagovoe-naprjazhenie.html, http://vashtehnik.ru/enciklopediya/shagovoe-napryazhenie.html, http://studopedia.ru/12_89645_shagovoe-napryazhenie.html