Что такое шаговое напряжение и как покинуть опасную зону

Какая зона шагового напряжения

Шаговое напряжение находится в зависимости от силы тока и характеристики удельного сопротивления почвы или материала покрытия грунта, сквозь который протекает ток. Сравнительно безопасным считается дистанция от упавшей линии до человека — 20 м.

Что такое шаговое напряжение и как покинуть опасную зону
Зона ШН

Зона воздействия ШН находится в зависимости от различных причин, так же как и степень влияния на человека:

  • Температура наружного воздуха.
  • Материал обуви человека, например, в случае резиновой обуви — возможность нанесения электрического удара минимальна.
  • Присутствие в крови человека спиртосодержащих.
  • Дистанция от точки падения провода.
  • Характеристика и влагосодержание в грунте.
  • Факт наличия открытых царапин на ногах.

Радиус воздействия ШН сильно усиливает влага в атмосфере и на почве. Наиболее небезопасным считается район, в радиусе от 5 до 10 м от места падения линии. Радиус воздействия на водной и почвенной среде рассчитывается по особенным формулам для определения сопротивления среды. Такой расчет дает возможность установить и шаговое напряжение, и неопасную дистанцию.

Лошадиная авария

В 1928 году в Ленинграде произошла авария, вошедшая в учебники под названием «лошадиной».

Посреди площади, вымощенной деревянными шестиугольниками, стоял чугунный колодец с разъединителем на 2000 вольт. Однажды в колодце растрескался изолятор, и разъединитель повис на проводе в нескольких сантиметрах от стенки. Прошёл дождь, и мостовая стала проводящей и податливой. Когда рядом с колодцем проехала гружёная телега, мостовая прогнулась — и провод замкнуло на колодец.

Людей, чья длина шага не превышала метра, просто било током. А лошадь, с её полутораметровым корпусом и железными подковами, убило насмерть. Мостовая была под напряжением в течение двух секунд, после чего на подстанции сработал «автомат».

Неожиданная гибель лошади вызвала интерес людей, прибыл конный патруль. Телегу оттащили, и короткое замыкание прекратилось. В это время дежурный по подстанции проверил сопротивление изоляции и, посчитав отключение ложным, подал ток. Разъединитель с колодцем образовали электрическую дугу, и на мостовой снова возникло шаговое напряжение, погибли две милицейские лошади.

Повторно подать ток дежурный не имел права, так что ущерб ограничился тремя убитыми лошадьми.

В 2011 году сходная авария случилась на английском ипподроме в графстве Беркшир, причиной стал ветхий подземный кабель. Убитые лошади носили стальные подковы, а подкованные алюминием выжили.

Напряжение в цепях переменного тока

См. также: Сетевое напряжение

Не прикасаться, корпус под напряжением. Запрещающий знак, Германия.

Для описания цепей переменного тока применяются следующие напряжения:

  • мгновенное напряжение;
  • амплитудное значение напряжения;
  • среднее значение напряжения;
  • среднеквадратическое значение напряжения;
  • средневыпрямленное значение напряжения.

Мгновенное напряжение есть разность потенциалов между двумя точками, измеренная в данный момент времени. Зависит от времени (является функцией времени):

u=u(t).{\displaystyle u=u(t).}

Амплитудное значение напряжения есть максимальное по модулю значение мгновенного напряжения за весь период колебаний:

UM=max(|u(t)|).{\displaystyle U_{M}=\max(|u(t)|).}

Для гармонических (синусоидальных) колебаний напряжения мгновенное значение напряжения выражается как:

u(t)=UMsin⁡(ωt+ϕ).{\displaystyle u(t)=U_{M}\sin(\omega t+\phi ).}

Для сети переменного синусоидального напряжения со среднеквадратическим значением 220 В амплитудное напряжение равно приблизительно 311 В.

Амплитудное напряжение можно измерить с помощью осциллографа.

Среднее значение напряжения (постоянная составляющая напряжения) есть напряжение, определяемое за весь период колебаний, как:

Um=1T∫Tu(t)dt.{\displaystyle U_{m}={\frac {1}{T}}\int _{0}^{T}u(t)dt.}

Для синусоиды среднее значение напряжения равно нулю.

Среднеквадратическое значение напряжения (устаревшие наименования: действующее, эффективное) есть напряжение, определяемое за весь период колебаний, как:

Uq=1T∫Tu2(t)dt.{\displaystyle U_{q}={\sqrt {{\frac {1}{T}}\int \limits _{0}^{T}u^{2}(t)dt}}.}

Среднеквадратическое значение напряжения наиболее удобно для практических расчётов, так как на линейной активной нагрузке оно совершает ту же работу (например, лампа накаливания имеет ту же яркость свечения, нагревательный элемент выделяет столько же тепла), что и равное ему постоянное напряжение.

Для синусоидального напряжения справедливо равенство:

Uq=12UM≈,707UM;UM=2Uq≈1,414Uq.{\displaystyle U_{q}={1 \over {\sqrt {2}}}U_{M}\approx 0,707U_{M};\qquad U_{M}={\sqrt {2}}U_{q}\approx 1,414U_{q}.}

В технике и быту при использовании переменного тока под термином «напряжение» имеется в виду именно среднеквадратическое значение напряжения, и все вольтметры проградуированы, исходя из его определения. Однако конструктивно большинство приборов фактически измеряют не среднеквадратическое, а средневыпрямленное (см. ниже) значение напряжения, поэтому для несинусоидального сигнала их показания могут отличаться от истинного значения.

Средневыпрямленное значение напряжения есть среднее значение модуля напряжения:

Um=1T∫T|u(t)|dt.{\displaystyle U_{m}={\frac {1}{T}}\int \limits _{0}^{T}|u(t)|dt.}

См. также: Выпрямитель

Для синусоидального напряжения справедливо равенство:

Um=2πUM(≈,637UM)=22πUq(≈,9Uq).{\displaystyle U_{m}={2 \over \pi }U_{M}(\approx 0,637U_{M})={2{\sqrt {2}} \over \pi }U_{q}(\approx 0,9U_{q}).}

На практике используется редко, однако большинство вольтметров переменного тока (те, в которых ток перед измерением выпрямляется) фактически измеряют именно эту величину, хотя их шкала и проградуирована по среднеквадратическим значениям.

Опасное напряжение для животных

В радиус действия напряжения прикосновения могут попасть и животные. Особенно опасным попадание в зону напряжения шага может быть для крупных диких животных, рогатого скота, копытных. Так, сопротивление тела у таких животных ниже, чем у человека. Кроме того, крупные особи отличаются большой длиной шага. В соответствии с этим и напряжение, влияющее на них, будет большим, нежели влияющее на человека. Какое напряжение может быть опасным для животных?

Влияние шагового напряжения на тело животного зависит от величины тока на отрезке:

  • Полностью безопасное для животного считается напряжение переменного тока, не превышающее 2 В (при длительном воздействии);
  • Напряжение, превышающее отметку в 4 В, считается вредным, и может нанести ущерб здоровью животного;
  • Смертельно опасным для животного, при длительном воздействии (более 3-4 секунд), считается напряжение, превышающее 16 В.

Опасность может подстерегать животное и во время питья из мест скопления воды, расположенных в зоне напряжения шага. Ток, в этом случае, через тонкую кожу языка и губ, будет проходить по всему телу, поражая органы, расположенные в черепе и грудной клетке.

Какой ток опаснее и в чем состоит главный риск для человека

Наиболее опасен для человека переменный электрический ток. Он часто оказывается смертелен, поскольку способен провоцировать фибрилляцию желудочков сердца.

Однако постоянное электричество также нельзя считать безопасным. Последствия его воздействия бывают не менее серьезными, включая тяжелые электротравмы и механические травмы при отбросе пострадавшего. Существенная разница заключается в том, что серьезная угроза возникает при высоких значения потенциала – более 500 В. С таким вольтажом люди обычно не имеют дела в быту. Однако на промышленных электроустановках он встречается достаточно часто.

Что такое шаговое напряжение и как покинуть опасную зону

Необходимо учитывать, что электрическое напряжение для человека в целом безопасно. Угрозу представляет действующая сила тока, возникающего в результате этого напряжения. Именно от значения данной величины зависит степень угрозы. Так, безопасным считается переменный ток силой до 10 миллиампер.

Серьезная опасность от постоянного тока проявляется при ампераже более 50 миллиампер. Смертельно опасной величиной электрического переменного тока является значение 90-100 миллиампер. При этих же значениях смертельным для человека считается ток и постоянного напряжения.

Безопасный выход из зоны поражения

Безопасным считается расстояние более 20 метров от источника высокого потенциала. Несмотря на это, считается, что максимальный радиус поражения шагового напряжения составляет 8 метров, если в месте обрыва опасное напряжение составляет выше 1000 вольт и 5 метров, если значение не превышает 1000 вольт.

Что такое шаговое напряжение и как покинуть опасную зону

В то же время начиная с 380 В и выше, напряжение считается опасным, т.к. способно вызвать такой шаговый потенциал. Чтобы покинуть опасную зону, безопасно выйти, не нужно быстро бежать, делая длинные шаги. Шаговое напряжение увеличивается при увеличении длины шага, и наоборот. Пока ноги рядом угрозы для жизни не возникнет. Выходить из зоны высокого электрического потенциала нужно, переступая с ноги на ногу, делая небольшой шаг в пределах размера ступни (такое перемещение еще называют гусиным шагом). Ни в коем случае не пробуйте выпрыгнуть из зоны поражения на одной ноге. Такой способ выхода конечно действенный, но если вы упадете на руки либо локти, возникнет шаговое напряжение более высокой величины, что может сразу же привести к летальному исходу.

Эффективными средствами защиты при такой опасности считаются галоши и перчатки из диэлектрической резины. Если вдруг под рукой у вас оказались такие средства, обязательно нужно передвигаться в них.

С условиями безопасного выхода из зоны растекания электрического тока вы можете также ознакомиться, просмотрев видеоуроки:

Как передвигаться рядом с обрывом ЛЭП

В каких случаях опасность уменьшается

Шаговое Напряжение. Напряжение Шага — что Это.

Тема — Шаговое Напряжение. Напряжение Шага — что Это Такое.

Шаговое напряжение (или ещё его называют напряжением шага) — это опасное напряжение, возникающее между двух точек цепи электрического тока, расстояние между этих двух точек равно длине шага. Шаговое напряжение в первую очередь зависит от удельного электрического сопротивления поверхности и силы тока, что протекает через него. Шаговое напряжение может возникать на местах защитных заземляющих устройств — зануление, заземления и др. Также на местах аварий, где токоведущие части касаются поверхности грунта.

Напряжение шага определяется расстоянием, длина которого напрямую зависит от непосредственной формы кривой напряжения, то есть от конкретного типа заземлителя, и меняется от определённого значения максимальной величины до нуля с изменением промежутка от электрического заземлителя. Предположим, что на грунте в точке «О» установлен один заземлитель (металлический электрод) и через него проходит электрический ток замыкания на землю. Около этого защитного заземлителя создается некоторая зона рассеивания электрического тока в почве. То есть, зона поверхности, за пределами которой потенциал, что обусловлен токами защитного заземления на грунт, может быть принят условно за ноль.

Основная причина подобного явления лежит в том, что объем грунта, через который течёт электрический ток замыкания на почву, по мере удаления от защитного электрического заземлителя увеличивается, при этом происходит рассеивание тока по грунту. На расстоянии 20 метров и более от защитного заземлителя объем грунта так увеличивается, что действительная плотность электрического тока становится довольно малой, а электрическое напряжение между точками поверхности грунта и точками более удаленными не проявляет себя ощутимо.

Если мы с Вами измерим электрическое напряжение между точками, которые располагаются на некотором расстоянии в любом векторном направлении от защитного заземлителя, а после построим наглядный график прямой зависимости этих электрических напряжений от имеющегося расстояния до защитного заземлителя, то в результате появиться потенциальная кривая.

Если поделить линию на промежутки по 0.8 метров, что будет соответствовать расстоянию человеческого шага, то его ноги могут оказаться в непосредственных точках различного электрического потенциала. Чем ближе к защитному заземлителю, тем электрическое напряжение между данными точками на поверхности грунта будет больше.

Слишком опасное шаговое напряжение может появиться неподалёку упавшего на поверхность земли и находящегося под небезопасным для жизни электрическим напряжением провода. В таком случае категорически запрещается приближаться к электрическому проводу, который лежит на поверхности земли, на расстояние ближе 8-10 метров. Напряжение шага отсутствует, если человек стоит, либо вне зоны растекания тока, либо на линии равного потенциала.

Наиболее опасные значения напряжения шага будут при малом расстоянии от защитного заземлителя, в том случае, когда человек своей одной ногой касается заземлителя, а другой ногой стоит на расстоянии шага от него. Это объясняется тем, что электрические потенциал вокруг защитного заземлителя равномерно распределяется по определённым вогнутым кривым, и значит, максимальный перепад разности потенциалов оказывается в начале этой кривой.

Минимальные значения шагового напряжения будут при бесконечно дальнем удалении от электрического защитного заземлителя, то есть за пределами территории растекания электрического тока, примерно дальше 20 метров от центра электрического заземлителя. На территории, где располагаются электроды группового защитного заземлителя, шаговое напряжение будет немного меньше, по сравнению с применением одиночного заземлителя.

В случае попадании под шаговое напряжение появляются судорожные непроизвольные сокращения мышц ног человека (или животного). В данный момент заканчивается воздействие шагового напряжения на человека и появляется другая, более тяжелая ситуация: образуется новый путь протекания электрического тока — от рук к ногам, что порождает смертельную угрозу для жизни. Если Вы вдруг попали в зону действия шагового напряжения, в первую очередь следует выйти из этой зоны маленькими шажками (гусиным шагом).

Узнал что-то Новое?Поставь Свой Плюс»

Расчет шагового напряжения

Рассчитывают величину напряжения по формуле:

Из формулы видно, что напряжение шага напрямую зависит от тока короткого замыкания, удельного сопротивления грунта и обратно пропорционально разнице потенциалов между двух точек грунта, умноженной на 2π.

Под двумя точками подразумевают разность соотношений между длиной до места аварии и суммой расстояний от места повреждения до субъекта и расчетную длину шага. При расчетах, шаг человека или животного принимают значение равное 0,7-1 метр.

Так как шаговое напряжение протекает сквозь землю, а она в свою очередь состоит из разных слоев грунта, то для проведения точных расчетов необходимо умножить сопротивление грунта на соответствующий коэффициент.

Пример расчета.

При токе замыкания на землю в 400 Ампер, сопротивлении грунта 150 Ом*м (суглинок), расстоянии от человека до места касания проводом земли в 15 метров и расстоянии шага 0,50 м мы получаем напряжение 20,5 Вольт.

Ток замыкания будет зависеть от напряжения сети и соответственно, чем он выше, тем больше напряжение шага. Отсюда и вытекает рекомендация по сокращению расстояния при ходьбе в опасной зоне. Но чем ближе к источнику опасности, тем напряжение больше в несколько раз.

На расстоянии от источника 10 метров напряжение шага, при тех же параметрах, будет уже 45 Вольт, что в свою очередь является небезопасным для человека.

Физика и физиология

Шаговое напряжение — это разность потенциалов между двумя участками почвы. При ударе молнии ток «растекается» в почве, создавая зону с высоким потенциалом. При наличии поблизости проводников, может формироваться цепь. Таким проводником может стать человек: ток входит через одну ногу, а выходит через другую, превращая тело в «нагрузку». Ситуация эта крайне опасная, поскольку высокое напряжение вызывает паралич мышц, как от электрошокера. В результате человек может упасть на руки, и, при многокомпонентных молниях, ток последующих разрядов пойдет через сердце, повышая риск его остановки. Если же земли коснется голова, резко увеличивается риск необратимых повреждений центральной нервной системы.

Будет интересно Как устроен однополупериодный выпрямитель и где применяется

В правой части рисунка схематично изображено воздействие шагового напряжения, которое создает нагрузку через ноги (красная стрелка) — поэтому оно и получило название шагового. Обычная молния может нести десятки тысяч ампер тока (I1-2), в результате чего разность потенциалов (V1-V2) может превысить десятки тысяч вольт. Поскольку существует разность напряжений между двумя точками (ногами), то человеческое тело представляет собой комплексное электрическое сопротивление и выступает в роли нагрузки. Величина тока (Ib), проходящего через тело, в этом случае зависит от сопротивления стопы (Rf) и тела (Rb).

Опасность шагового напряжения

Проблема в том, что воздействие импульсного тока молнии на живые организмы изучено плохо. Возможность рассчитать ориентировочную величину тока и напряжения шага есть, а вот результат их взаимодействия с организмом человека менее предсказуем. Удары молний, в том числе шаговым напряжением, имеют уникальные «физиологические особенности». Прежде всего, это связано с тем, что молнии хоть и несут огромное количество энергии, но выделяется она в очень короткий промежуток времени: 1/10000—1/1000 секунды. Такие удары редко вызывают сильные ожоги и повреждения внутренних органов, как в случае ударов током от обычного электрооборудования. Но молния способна воздействовать на сердце и нервную систему, в том числе периферические нервы.

Поэтому последствия удара шаговым напряжением могут быть неожиданно значительными и очень разнообразными: от катаракты, паралича конечностей и хронических болей до нарушений сна и умственной деятельности, потери слуха, памяти и т. д. Наиболее частая причина смерти — остановка сердца.

В своих вебинарах для проектировщиков систем молниезащиты доктор технических наук, профессор Эдуард Меерович Базелян неоднократно отмечал отсутствие четкого определения опасной величины шагового напряжения. Так, известно, что импульсное воздействие молнии 6 кВ может вызвать фибрилляцию сердца и возможную остановку сердцебиения. Но физиология организма людей сложна, и даже меньшее воздействие способно вызвать тяжелые травмы и привести к смерти. В случае с кардиостимуляторами и другими каналами прямого доступа тока к сердечной мышце, иногда достаточно кратковременного воздействия 1 мА для фибрилляции.

При этом и высокое сопротивление сухой кожи не является надежной защитой. С шаговым напряжением все еще сложнее, так как ток обычно течет через конечности, а суставы имеют более высокое сопротивление, чем сосуды и мышцы. Из-за этого ткани вблизи суставов могут получить очень сильные повреждения, что приведет к инвалидности. Яркой иллюстрацией грозной силы шагового напряжения стал случай массовой гибели оленей в Норвегии во время грозы. Удар молнии убил 323 диких оленей на участке примерно в 50 метров.

Чем опасен постоянный ток

Постоянный электроток протекает от одного полюса цепи к другому без изменения направления. Классическим его примером в электротехнике может служить питание потребителей от аккумуляторных батарей.

Он считается менее опасным, поскольку при действии на человека вызывает спазм. Спазм проходит после снятия напряжения, что позволяет снизить вероятность критических последствий для здоровья.

Однако говорить о безопасности можно только при малых значениях постоянного напряжения. Чем выше величина напряжения, тем сильнее проявляется опасность. При напряжении, превышающим значение 500 В, постоянный электроток может оказываться опаснее переменного.

Особенностью воздействия при высоком вольтаже являетсяболее сильный отбрасывающий эффект, чем при переменном напряжении. Это может становиться причиной падения и травмирования с серьезными последствиями для здоровья и даже с летальным исходом.

Что называется шаговым напряжением

Такое напряжение образуется во время обрыва электролинии свыше 0.4 кВ на почву. Земля хорошо проводит электроток и способствует дальнейшему его движению. Каждая точка на почве, в области растекания, обретает конкретный электропотенциал, уменьшаемый по степени отдаления от места касания линии с землей. Электроток поражает в одно мгновение, в ту секунду, когда ноги пострадавшего дотрагиваются 2-х точек, которые имеют различные электропотенциалы.

Что такое шаговое напряжение и как покинуть опасную зонуШаговое напряжение

В связи с этим определение шагового напряжения (ШН) звучит таким образом — это разность потенциалов образованная 2-мя точками касания с грунтом. Чем такой шаг больше, тем значительнее разность и тем реальнее возникновение удара электротоком. Величина ШН зависима от удельного сопротивления почвы и размера тока проходящего сквозь землю.

Что такое шаговое напряжение

Что такое напряжение шага и каковы могут быть последствия попадания человека в его радиус? Правильный ответ будет следующим: “шаговым (или напряжением прикосновения) называется такое напряжение, которое возникает между несколькими точками цепи электрического тока, расположенными на дистанции в шаг, на которых человек стоит одновременно”.

Так, в зависимости от напряжения на электролинии и расстояния от контакта до человека, шаговое напряжение может составлять от 10 до нескольких тысяч вольт на шаг. При этом, безопасным для человека считается напряжение переменного тока до 50 В, шагового – до 40 В.

Возникновение шагового напряжения возможно при:

  • Обрыве провода линии электропередачи;
  • Обрыве локального кабеля, поставляемого электричество к отдельному потребителю (объекту);
  • Перепадах атмосферного давления;
  • Авариях на электрических подстанциях;
  • Попадании молнии в молниеотвод или опору электропередач;
  • Коротких замыканиях токопроводящих проводов на улице или в помещении.

Что такое шаговое напряжение и как покинуть опасную зону

Особо опасно, при этом, находиться на влажном асфальте, в болотистой местности. Ведь вода является отличной средой для проведения электрического тока. Поэтому шаговое напряжение обусловливается удельным электрическим сопротивлением земли, силой тока, протекающего сквозь нее.

После выхода из опасной зоны

Первым делом необходимо оценить свое состояние (или состояние спасенного, оказав пострадавшему первую помощь). Обычно после выхода человек чувствует себя нормально, но в некоторых случаях наблюдаются проблемы со здоровьем

Необходимо сосредоточиться и оценить свое состояние, обратить внимание на сердце и легкие. По статистике ВОЗ у 20% людей после самостоятельного выхода из зоны шагового электричества наблюдаются проблемы с этими органами

После этого необходимо обратиться в МЧС для устранения опасности, а при подозрении на плохое состояние здоровья – вызвать «скорую». Не лишним будет и прохождение медицинского обследования в течение нескольких дней.

admin
Оцените автора
( Пока оценок нет )
Добавить комментарий