Как определить шаговое напряжение

Шаговое напряжение: что это такое и чем оно опасно

Шаговое напряжение — физический термин, значение которого известно далеко не всем. При этом важно понимать, что это такое и чем опасно для человека.

Определение шагового напряжения

Шаговое напряжение — явление, образующееся в цепи тока. Возникает между двумя точками, расположенными на расстоянии шага под стоящим на них человеком. Шаговое напряжение зависит от удельного сопротивления грунта и силы протекающего через него 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

Опасное напряжение может возникнуть во время аварийного замыкания или, например, при падении 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.

В чём опасность для человека

Человек, попав под напряжение, начинает испытывать судорожные сокращения мышц. Этот процесс запускается в результате прохождения тока через тело. Из-за начавшихся судорог человек может упасть на землю.

Тогда ток начинает распределяться на новых площадях, и судороги постепенно охватывают всё тело. Если пострадавший не успевает вовремя покинуть опасное место, смертельный исход неизбежен.

По этой причине при первых же признаках попадания в зону напряжения необходимо предпринимать определённые действия.

Меры предосторожности

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

Основные положения техники безопасности:

• не следует приближаться к оборванным проводам. Считается, что максимальный радиус действия напряжения — 8 м от источника;
• попав в шаговое напряжение, необходимо постараться удержаться на ногах и не упасть на землю;
• выходить из зоны напряжения необходимо мелкими шагами. Размер шага должен соответствовать длине ступни и не более. Иначе это называют «гусиной походкой»;
• ни в коем случае нельзя совершать резких рывков, быстрых шагов, прыжков. Увеличение длины шага автоматически приводит к усилению напряжения;
• заметив человека, попавшего в опасную ситуацию, не стоит приближаться к нему быстрыми шагами. Необходимо прикрыть тело сухой одеждой и продвигаться медленными шагами к пострадавшему. Достигнув его, следует также медленно вытащить его из зоны напряжения.

Шаговое напряжение — физическое явление, которое может привести к смерти человека. Попав в опасную ситуацию, необходимо соблюдать меры предосторожности.

Источник: https://elektro.guru/osnovy-elektrotehniki/shagovoe-napryazhenie-chto-eto-takoe.html

Шаговое напряжение

> Теория > Шаговое напряжение

Коварство электрического тока проявляется в его невидимости, но чрезвычайной опасности для жизни человека. Если каждый знает, что прикасаться к проводам недопустимо, то под напряжение шага можно попасть без непосредственного контакта с токоведущими частями.

Как воздействует на человека

Когда человек попадает в зону растекания тока, между двумя его ступнями возникает разность потенциалов. Если шаг широкий, напряжение будет выше. Больше его значение и при приближении к источнику распространения тока. Человек чувствует судорожные мышечные сокращения, которые могут вызвать падение.

Степень воздействия шагового напряжения зависит от:

• состояния грунта (влияет его плотность, увлажненность, тип);
• дистанции от источника распространения;
• класса рабочего напряжения оборудования;
• температуры воздуха;
• физического состояния человека (раны на теле, алкогольное опьянение);
• использования индивидуальных защитных средств (диэлектрические боты, галоши).

Расчет шагового напряжения

Напряжение шага меняется по гиперболе с максимальным значением в центре зоны и дальнейшим уменьшением по ее радиусу до нуля. Зная определение шагового напряжения, что это такое, можно воспользоваться формулой, учитывающей все факторы: ток замыкания на землю, длину шага, которая принимается равной 80 см, расстояние от точки замыкания, удельное сопротивление земли. В свою очередь, ток замыкания на землю можно найти, поделив фазное напряжение на сопротивление заземлителя.

Формула расчета шагового напряжения

Шаговое напряжение учитывают при расчете заземляющего контура и отдельных заземлителей. Сложным моментом является определение удельного сопротивления почвы. Расчеты ведут для нескольких почвенных слоев, и выводится усредненное значение. Исходя из полученных результатов, определяется количество заземляющих устройств и форма контура.

Правильные действия по выходу из зоны

Существуют правила перемещения в зоне шагового напряжения. При ощущении неприятных симптомов в ногах (пощипывания, судорог, боли) необходимо покинуть опасный участок, учитывая величину пошаговой разности потенциалов. Передвигаться в зоне можно только особым образом:

• прыжками на одной ноге или на двух сомкнутых;
• «гусиным» шагом, приставляя одну ступню к другой.

Важно! При «гусином» шаге отрывать ступни от земли нельзя. Следует выбирать участки с минимумом воды, не наступать по возможности на кирпичные и бетонные конструкции.

Выход из зоны шагового напряжения

Специалисты запрещают первый вариант. При прыжках всегда есть риск потери равновесия и падения, в результате попадания под большую разность потенциалов.

В инструкциях по технике безопасности для персонала энергопредприятий регламентируются нормы, каков радиус поражения шаговым потенциалом, за границы которого необходимо выбраться:

• для открытых участков – 8 метров, при сильно увлажненной земле – 10 м;
• для помещений – 4 метра.

Важно! Это минимальные требования, ближе к центру зоны поражения находиться смертельно опасно.

Действия при освобождении пострадавшего

Если человек видит, что кто-то находится в зоне поражения и не может сам передвигаться, ему необходимо оказать помощь. Помогающий должен принять меры, чтобы самому не попасть под шаговый потенциал:

1. Спокойно оценить все существующие риски и принять единственно верное решение;
2. Если есть возможность быстро обесточить опасный участок, отключить коммутационной аппарат;
3. Когда этой возможности нет, приближаться к пострадавшему надо с использованием средств индивидуальной защиты: надеть диэлектрические боты, перчатки, взять диэлектрическую штангу для снятия провода с тела. Если этих средств не имеется, подложить под него сухую доску, обмотать руки сухой одеждой, так как голыми руками прикасаться к пострадавшему нельзя. Снять провод можно сухой деревянной палкой.

Освобождение пострадавшего

Важно! Первую помощь оказывают только при нахождении пострадавшего вне радиуса поражения током шагового напряжения.

Первая помощь

До приезда скорой помощи выполняются следующие мероприятия:

1. Оценивается общее физиологическое состояние пораженного электрическим током, прощупывается пульс, выясняется, сужаются ли зрачки на свет, присутствует ли дыхание;
2. При наличии всех жизненных признаков, его переворачивают на бок, обеспечивают покой;
3. Если нет пульса, дыхания, выполняется непрямой массаж сердечной мышцы, искусственное дыхание. Зачастую пострадавшего можно вернуть к жизни.

Меры по защите от шагового напряжения

Молнии также могут привести к поражению электрическим током, поэтому все работы на токоведущих частях запрещаются во время гроз. Прохожим надо проявлять внимание к проходящим ЛЭП и не приближаться к ним, когда идет гроза, особенно при сопровождении ее ураганными ветрами.

Напряжение шага при попадании молнии

Возрастает риск поражения в помещениях с неблагоприятными условиями. Главным опасным фактором является высокая влажность, большое количество мелкой пыли, пол, хорошо проводящий ток.

Чтобы не попасть под напряжение шага и прикосновения, в промышленных электроустановках и в быту применяются превентивные меры:

1. Постоянное слежение за состоянием изоляции, которая при эксплуатации повреждается от различных причин;
2. Защитное заземление или зануление. В сети с глухозаземленной нейтралью применяется зануление, с изолированной – заземление. Заземляются все металлоконструкции и металлические кожухи электрооборудования;
3. Использование УЗО. Устройство защитного отключения отстраивается от тока утечки через изоляцию кабелей и проводов. При его превышении происходит мгновенное отключение;
4. Двойная изоляция. Обеспечивает улучшенную защиту, но не гарантирует защиту от пробоев изоляции;
5. Использование низковольтных светильников и электроинструмента в особо рискованных условиях работы;
6. Обязательное использование средств индивидуальной защиты, своевременно испытанных в лаборатории и не имеющих видимых изъянов.

Диэлектрические перчатки и боты

Персональная безопасность

Каждый человек, особенно часто работающий с электричеством, должен знать и соблюдать элементарные правила, обеспечивающие его безопасность:

1. Когда предстоит работа с электрическим инструментом, проверяется состояние его изоляции, целостность заземлителей, вилки и розетки для его подсоединения;
2. Не рекомендуется использовать бытовые электроприборы (особенно большой мощности: обогреватели, чайники, плиты), находящиеся в ненадлежащем техническом состоянии, а также изготовленные кустарным способом;
3. При работе с электроаппаратами, изоляция которых повреждена, необходимо помнить, что если одновременно коснуться другой рукой заземленных конструкций, проводящих ток, образуется электрическая цепь через человеческое тело.

Не всегда можно предотвратить попадание в опасную зону шагового напряжения. Однако обладая необходимыми знаниями о его возникновении, характеристиках, способах передвижения на пораженном участке и мерах защиты, уменьшается риск неблагоприятного исхода.

Источник: https://elquanta.ru/teoriya/shagovoe-napryazhenie.html

Что такое напряжение шага

Шаговое напряжение — разница потенциалов на участке земли, на котором происходит растекание тока, при расстоянии между точками, равном стандартному шагу человека, то есть 0,8–1 м. Величина этого показателя зависит от физических свойств грунта (удельного сопротивления), частоты и силы тока, растекающегося по участку, и ряда других параметров.

Попавший под его воздействие чувствует покалывание в ногах, в тяжёлых случаях появляются судороги. При панических попытках покинуть аварийную зону неподготовленный человек старается убежать, причём быстро с максимально возможной длиной шага. Во многих случаях это становится причиной летальных исходов.

Благодаря эффекту рассеивания электрического тока опасность поражения шаговым напряжением уменьшается при удалении от точки соприкосновения аварийного провода с землёй. На расстоянии в пределах 20 м при нормальных условиях вероятность получения удара током уже стремится к нулю.

Причины его появления

В непосредственной близости от высоковольтных ЛЭП, на участках с кабельными коммуникациями представляет опасность возникновения такого явления, как шаговое напряжение. Возникает подобный эффект при различных обстоятельствах. Например, причиной появления может стать обрыв линии ЛЭП, при котором один из проводников упал на землю. Кроме того, опасность представляют и зоны, расположенные вокруг штатных заземлителей электрооборудования, при аварийных ситуациях с КЗ на землю.

Существует вероятность возникновения шагового напряжения и при пробое изоляции высоковольтных подземных кабелей при отказе автоматических защитных устройств, которые должны обесточить линию в аварийных ситуациях.

По этой причине не рекомендуется находиться в зонах расположения ЛЭП и подземных коммуникаций, особенно в условиях повышенной влажности, а тем более при дожде.

Виды шагового напряжения

Наиболее опасным считается шаговое напряжение, возникающее при одиночном заземлителе. К этому случаю можно приравнять ситуацию с упавшим на землю проводом ЛЭП. При этом максимальный потенциал будет именно в точке соприкосновения с поверхностью или в месте установки заземлителя.

Также читайте:  На каком расстоянии не опасно жить рядом с ТЭЦ

За счёт рассеивания тока по грунту с увеличением расстояния от точки заземления величина потенциала падает, причём значение меняется по изогнутой кривой, с максимальным уменьшением именно на первом её участке.

Поэтому самым опасным считается шаг, при котором одна нога расположена непосредственно на проводе или над заземлителем, а вторая на расстоянии 0,8–1 м.

Потенциально опасным считается нахождение на расстоянии до 8 м при напряжении не более 1 кВ, а для высоковольтных сетей этот показатель уменьшается до 4-5 м.

Аналогичная картина наблюдается и при наличии групповых заземлителей, с той только разницей, что общий потенциал распределяется по всем заземляющим проводникам. То есть, общее шаговое напряжение (разница потенциалов) на расстоянии одного шага человека будет меньшим. А при нахождении ног на разных заземлителях никаких последствий ощущаться не будет, так как величина потенциала у них одинаковая.

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.

Также читайте:  Коэффициент трансформации

Перемещения в зоне шагового напряжения

задача — ставить ноги так, чтобы между точками соприкосновения с землёй была минимально возможная разница потенциалов. В том случае никаких последствий для организма за исключением неприятного покалывания не наблюдается.

Так как изменить величину потенциалов человек не может, а оставаться на месте также не вариант, ведь неизвестно, сработает ли защитная автоматика или нет, безопасный выход возможен только при максимальном уменьшении величины шага. Поэтому рекомендуется покидать зону поражения «гусиным шагом». Этот способ предполагает следующие действия:

• Не отрывайте ноги от поверхности земли, перемещайте ступни, перетягивая по грунту.
• За каждый шаг переставляйте ногу так, чтобы пятка одно поравнялась с носком другой(рис.б).
• Если делать такие шажки ещё меньшими, это может увеличить время выхода, но снизит риск поражения электрическим током.

Не рекомендуется прыгать на одной ноге, хотя такие советы можно услышать. Если рассматривать ситуацию с точки зрения разницы потенциалов, то такой вариант хорош. Но не стоит забывать об опасности споткнуться, попасть на кочку или в яму, ведь идеальных условий в поле не бывает.

В результате таких происшествий удержаться на ногах будет сложно, а при падении разница потенциалов увеличится, так как расстояние между точками будет равняться росту человека. Именно такие падения становятся причиной большинства летальных исходов. Не спешите, передвигайтесь «гусиным шагом».

Выход из зоны шагового напряжения

Чтобы повысить свои шансы на спасение, при попадании в зону действия шагового напряжения действуйте по следующей схеме:

• Если находитесь недалеко от ЛЭП, действующих трансформаторных подстанций, другого электрооборудования, при возникновении ощущения пощипывания в ногах, появлении судорог остановитесь.
• Не предпринимайте попытки панического бегства, это основная ошибка, которую можно допустить.
• Осмотритесь по сторонам, определите возможное место падения провода и КЗ на землю. Даже если видимых ориентиров нет, выбирайте направление движение на удаление от любых электрических линий или оборудования.
• Выходите «гусиным шагом», минимальное пройденное расстояние должно быть не менее 20 м, лучше перестраховаться.

Также читайте:  Методы защиты от электромагнитного излучения

После выхода из опасной зоны немедленно сообщите в службу спасения, так как телефона энергоснабжающей организации у вас под рукой, скорее всего, не будет. Не предпринимайте никаких действий для самостоятельной ликвидации аварии, тем более, не имея доступа к устройствам, позволяющим отключить питание отдельных участков сети или обесточить электрооборудование.

Как освободить человека

Какие-либо действия можно предпринимать только в тех случаях, когда есть угроза жизни другого человека. И то, только тогда, когда вы чётко знаете что делать и уверены в своих силах. Если авария произошла в районе действия линий до 1 кВ, действуют по следующей схеме:

• К пострадавшему передвигаются «гусиным шагом».
• Чтобы убрать с него провод, применяют заранее приготовленную сухую деревянную жердь.
• Эвакуируют пострадавшего, предварительно обмотав руки сухой одеждой, она сыграет роль изолятора.

Если авария произошла на высоковольтной линии, то спасение возможно только при наличии СИЗ(диэлектрические перчатки, галоши) или после отключения линия. Ускорить процесс можно закоротив фазы, набросив на них ветку или проволоку. Если такой возможности нет, не старайтесь рисковать, это опасно для жизни. Вход в возможную зону поражения без индивидуальных защитных средств запрещён. Лучшая помощь — вызов спасателей.

Методы снижения шагового напряжения на предприятиях

На промышленных предприятиях используют простой метод, доказавший эффективность на практике. Для этого необходимо выровнять потенциалы в зоне возможного рассеивания электрического тока. Для этого монтируют групповые заземлители, выполненные в виде сетки с небольшим размером ячейки. Во всех точках потенциал будет одинаковым, поэтому даже при аварийных КЗ на землю эффект шагового напряжения не возникнет.

Подобная схема защиты применяется в местах установки открытых распределительных устройств, трансформаторных подстанций, мощного электрооборудования и электрических машин. Следует понимать, что обеспечить такую защиту на всём протяжении существующих линий ЛЭП вокруг каждой опоры невозможно, слишком дорого. Поэтому при обнаружении первых признаков (пощипывание, потряхивание), покидайте опасную зону, передвигаясь «гусиным шагом», не отрывая ног.

Источник: https://ofaze.ru/teoriya/shagovoe-napryazhenie

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.

Шаговое напряжениебывает 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.

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 напряжениечеловек 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.

Похожие темы:

Источник: https://electrosam.ru/glavnaja/jelektrotehnika/jelektrobezopasnost/shagovoe-napriazhenie/

Шаговое напряжение: опасная неизвестность и надежная защита

Не смотря на то, что шаговое напряжение, возникающее между участками почвы в результате удара молнии, несет большую опасность, этот физический эффект изучено мало.

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.

На рисунке ниже слева можно увидеть модель распространения шагового напряжения. Удар молнии направляет ток в почву, и он «растекается» через условные радиусы сопротивления грунта (dI), увеличивая напряжение (dV). Разность потенциалов между радиусами — это и есть шаговое напряжение. Чем выше ток молнии, тем выше напряжение и потенциальная летальность

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).

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.

Происшествие в норвежском национальном парке Хардангервидда — самый массовый известный случай гибели животных от одного удара молнии. Поражение произошло в результате воздействия шагового напряжения

Животные более уязвимы для шагового напряжения, так как их ноги расположены далеко, и разность потенциалов из-за этого больше, чем у шагающего человека. Местность в норвежском парке каменистая, то есть удельное сопротивление почвы должно быть высокое. В результате напряжение мгновенно выросло и распространилось по большой площади — животные мгновенно погибли на расстоянии десятков метров от места удара молнии.

В итоге получается сложная ситуация, когда существуют алгоритмы для очень точного расчета шаговых напряжений вблизи молниеотводов и высотных объектов, но определение безопасной зоны требует дополнительных знаний. Во многих случаях жертвы шагового напряжения ошибочно полагали, что находятся в безопасности, а их имущество защищено молниеотводами. К счастью, некоторые аспекты можно учесть.

Расстояние и конструкция защиты

Теория очень важна, но для практики ключевым параметром является расстояние от молниеотвода, на котором шаговое напряжение гарантировано безопасно. Это необходимо, например, при расчетах частоты установке молниеотводов и сеток, рассеивающих напряжение.

К сожалению, детальных исследований по этой теме немного, но большой вклад в эту область знаний о молниях внесли военные. Это объясняется тем, что в армиях разных стран не редки случаи ударов молний в молниеотводы складов боеприпасов, вблизи палаток и техники с военнослужащими, причем в разных климатических зонах и погодных условиях.

Детально документированные случаи позволили собрать полезную статистику.

Так, в рекомендациях американской армии TRADOC о мерах по защите от молний за 2002 г. отмечаются смертельные случаи от шагового напряжения при ударе молнии на расстоянии примерно 10-20 м от места попадания молнии. При этом большинство случаев поражения молниями — это не прямое попадание разряда, а именно воздействие шагового напряжения и дугового разряда от предметов.

Вопрос расчета ожидаемой величины шагового напряжения решается с помощью специального программного обеспечения и соответствующих услуг специалистов.

Очевидно, наилучшей защитой от шагового напряжение является предотвращение разности потенциалов. Так, птицы находятся в безопасности, сидя на одном фазовом проводе, и не касаясь другого. Лучшей защитой является металлический пол здания или полностью металлическое сооружение, представляющее собой своеобразную клетку Фарадея.

Но это не всегда возможно, поэтому для создания зоны равных потенциалов и рассеивания тока молнии применяются металлические сетки уложенные в землю. Улучшить защитный эффект может диэлектрический материал, расположенный поверх нее. Это позволит максимально уменьшить силу тока на поверхности, с которой соприкасаются люди.

В военных наставлениях по защите от молний даются простые наглядные схемы конструкции и расположения молниезащиты с элементами (сеткой), рассеивающими ток. Подобные системы молниезащиты можно быстро собрать из готовых комплектующих.

Сетку следует располагать на глубине 0,5—0,8 м, засыпка гравием или схожим диэлектрическим материалом слоем толщиной не меньше 0,15 м. При необходимости добавляется дополнительный изолирующий слой из других материалов. Например, 5—10 см асфальта способны сыграть роль изоляции, тогда как плитка с обычным влажным грунтом в стыках такой защиты не дает.

В местах, где используется бетонный пол, допускается использование сетки из арматуры, но она должна быть надежно соединена между собой и подключена к заземлению. Примером использования сеток в грунте являются стадионы, которые готовили к Чемпионату мира по футболу в 2018 г. в России.

На этих объектах использовалась сетка с квадратными ячейками длиной 0,15 м. Профессор Эдуард Меерович Базелян отмечает, что проверка данной защиты показала ее высокую надежность. Но при этом защита больших территорий с помощью сетки стоит недешево, что нередко приводит к опрометчивому стремлению сэкономить на молниезащите.

Это недопустимо, если речь идет о местах скопления людей, складах ГСМ или токсичных веществ и т. д.

Как уйти, а не остаться

Снизить вероятность поражения шаговым напряжением можно, соблюдая правила поведения в опасной зоне. Вспоминаем птиц на линии электропередач — необходимо схожим образом избавиться от разности потенциалов. Для этого нужно минимизировать расстояние между стопами ног и ни в коем случае не касаться земли и предметов (стальных опор, железобетонных стен и т. д.) руками.

В безвыходной ситуации, когда гроза застала рядом с молниеотводами или высокими объектами, лучше передвигаться в сторону очень коротким «гусиным» шагом. Иногда рекомендуют встать на одну ногу, однако это неустойчивое положение тела может привести к падению на руки или инстинктивному желанию ухватиться за что-либо.

Как мы помним из сказанного выше в разделе о физиологии, допустить протекания тока через цепь голова-нога или рука-нога нельзя ни в коем случае, поскольку ток может поразить мозг и сердце. Поэтому в случае крайней необходимости лучше стоять на плотно сдвинутых ногах, чем балансировать на одной.

Каменистые, мерзлые и прочие виды грунта с высоким сопротивлением особенно опасны из-за низкой проводимости. В них при ударе молнии возникают очень высокие напряжения. При ширине обычного шага человек может быть поражен напряжением в десятки тысяч вольт.

Находиться рядом со зданиями также опасно, поскольку шаговое напряжение может распространяться от фундамента. На графике ниже видно, что на расстоянии 5 м от железобетонной фундаментной плиты шаговое напряжение составляет 4,5 кВ — и это при нормативном сопротивлении заземления.

Лучше всего укрыться от молнии внутри здания или в транспортном средстве с металлическим кузовом. А в случае поражения не стоит давать пострадавшему питье, так как это усугубит возможный отек мозга.

Профилактика и осведомленность

Таким образом, шаговое напряжение все еще остается грозным «побочным эффектом» удара молнии. Воздействие микросекундных многократных импульсов такого напряжения на организм изучено мало. Поэтому необходимо особое отношение к молниезащите и обучению правилам поведения в условиях риска поражения шаговым напряжением молнии

Источник: https://zandz.com/ru/biblioteka/shagovoe_napryazhenie_opasnaya_neizvestnost_i_nadezhnaya_zashchita/

Колодцы транспозиции экранов кл 6–500 кв правило «100 в»

ОБСУЖДЕНИЕ

С позицией авторов предыдущего материала не совсем согласен М.В. Дмитриев, который еще в 2013 г. сформулировал подходы к определению достаточной величины сопротивления заземления для узлов (колодцев) транспозиции экранов КЛ [1].

Кроме того, он считает, что нормировать этот параметр необходимо только в комплексе с нормированием напряжения на экране в узле транспозиции в штатном режиме работы кабеля.
Один из дискуссионных моментов в материале проектировщиков – отсутствие конкретных цифр.

Этот пробел восполняет Михаил Викторович Дмитриев.

Михаил Дмитриев, к.т.н., доцент, Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого

Вопросы организации заземления колодцев транспозиции в настоящее время не прописаны ни в одном нормативном документе по кабельным линиям, хотя сама транспозиция экранов применяется в нашей стране уже более 10 лет.

Учитывая всю важность вопросов безопасности, нельзя не оценить, что свое мнение высказывают специалисты проектных организаций.

По основным вопросам они в целом согласны и с [1], и с проектом ГОСТа, хотя неожиданно выступили против устоявшегося понятия «шаговое напряжение».

Следует отметить, что в статье дается неплохое предложение заменять грунт вблизи от тела колодца на щебень и подобные ему материалы, обладающие высоким удельным сопротивлением, что приводит к снижению напряжения прикосновения (шага).

В настоящее время в нашей стране проектные и эксплуатирующие организации идут на применение на многих кабельных линиях 6–500 кВ, выполненных однофазными кабелями с изоляцией из сшитого полиэтилена, транспозиции экранов, позволяющей снизить потери активной мощности в экранах и повысить длительно допустимый ток линии.

Для решения этих задач достаточно одного полного цикла транспозиции, но для снижения напряжения, наведенного на экраны относительно земли, порой надо увеличить число циклов до двух (рис. 1) или трех.

Рис. 1. Два полных цикла транспозиции экранов

Перекрестное соединение экранов выполняется в коробках транспозиции (КТ-ОПН), а глухое заземление выполняется в концевых коробках (КК) и, если на линии несколько полных циклов, то еще оно делается и в промежуточных коробках (КП). Муфты кабеля соединяются с коробками при помощи проводов марки ППС.

Если коробки КК обычно устанавливаются на территории распределительного устройства, то коробки КТ-ОПН и КП размещаются по трассе линии в специальных колодцах (рис. 2), требующих организации заземляющего устройства (ЗУ).

Рис. 2. Обслуживание колодца транспозиции

По общему мнению, главным расчетным случаем для определения требований к RЗУ является длительно существующее повреждение в коробке транспозиции, из-за которого в экранах и местах их заземления возникают токи 50 Гц в несколько единиц или десятков ампер, протекающие месяцами до момента их обнаружения.

На рис. 2 показан железобетонный колодец, в котором установлены коробки КТ-ОПН сразу от двух цепей кабельной линии. При обслуживании одной цепи вторая находится под током и напряжением, и поэтому человек № 1 может оказаться под воздействием напряжения прикосновения.

Для повышения безопасности рекомендуется сделать в колодце уравнивание потенциалов, например за счет укладки на пол металлической сетки или листа.

После этого главная опасность сохранится лишь для тех людей, которые находятся на поверхности земли рядом с металлической крышкой колодца: человек № 2 находится под действием шагового напряжения, а человек № 3, который тянется к крышке, окажется под действием примерно такого же по величине напряжения, но оно уже будет квалифицироваться как напряжение прикосновения.

Напряжение 50 Гц, которое будет действовать на людей № 2 и № 3, в [1] и в ГОСТе названо шаговым, поскольку случайный прохожий вряд ли будет тянуться к крышке люка, скорее он окажется в ситуации человека № 2.

Шаговое напряжение (оно же напряжение прикосновения к крышке люка), по моему мнению, не должно превосходить значения 20–30 В.

ПРИМЕР РАСЧЕТА ШАГОВОГО НАПРЯЖЕНИЯ

В качестве примера возьмем линию 110 кВ, выполненную тремя однофазными кабелями 800/185 мм2, проложенными в трубах диаметром 225 мм. В таком случае отношение расстояния между осями к диаметру кабеля составляет около s / d = 3, что удобно для сопоставления результатов с выводами, сделанными в [1]. Линия имеет один полный цикл транспозиции экранов.

На рис. 3 представлены расчеты тока, стекающего с поврежденной коробки в ЗУ колодца, взятого по отношению к току в жиле кабеля. Эти расчеты, сделанные в EMTP, даны лишь для того, чтобы показать, что ток в ЗУ принципиально зависит от длины кабельной линии (рассмотрены длины 1500, 3000, 4500, 6000 метров).

Рис. 3. Относительная величина тока, стекающего с экрана кабеля 110 кВ, 800/185 мм2, в ЗУ

Считаю, что ток в ЗУ не является информативным параметром, и поэтому на рис. 4 дано напряжение на корпусе коробки (оно же напряжение на ЗУ). Его можно получить, например, умножением цифр рис. 3 на сопротивления заземления RЗУ.

Рис. 4. Напряжение на ЗУ в условиях рис. 3 при токе в жиле кабеля 800 А

Представленные на рис. 4 напряжения в обозначениях [1] – это UЗУ = KЗУ · UЭ, где UЭ – напряжение 50 Гц на экране в узле транспозиции в нормальном режиме, а KЗУ – коэффициент, показывающий, как падает напряжение UЭ после замыкания экрана через корпус коробки на заземляющее устройство ЗУ.

Удобство рис. 4 заключается в том, что в случае RЗУfu при замыкании экрана на корпус коробки напряжение UЗУ оказывается равным напряжению экрана UЭ, а оно без труда определяется проектировщиками и всегда присутствует в проекте по методике [2]. Так, в условиях примера UЭ составляет для 4-х длин соответственно 50, 100, 150, 200 В.

Умножение напряжений (рис. 4) на коэффициент шага КШ позволит определить искомое шаговое напряжение UШ = = КШ · UЗУ вблизи от крышки люка. Напомним, что в статье [1] для типового ж/б колодца была дана оценка КШ = 0,3.

Например, для линии 3 х 1000 = 3000 м в нормальном режиме UЭ = 100 В. При повреждении в коробке и сопротивлении RЗУ = 4 Ом напряжение на ЗУ, согласно рис. 4, будет UЗУ = 90 В, шаговое напряжение UШ = 27 В, что укладывается в допустимый диапазон 20–30 В.

Аналогично в условиях примера можно получить достаточные RЗУ:

• 0,5 Ом для линии 3 х 2000 м = 6000 м (UЭ = 200 В);
• 1 Ом для линии 3 х 1500 м = 4500 м (UЭ = 150 В);
• 4 Ом для линии 3 х 1000 м = 3000 м (UЭ = 100 В);
• 20 Ом для линии 3 х 500 м = 1500 м (UЭ = 50 В).

Значение 20 Ом считается предельным по условиям работы ОПН, хотя с точки зрения шагового напряжения для линии 3 х 500 =1500 м можно принять даже RЗУ > 20 Ом.

Приведенные расчеты являются очень важными, так как показывают, что нормировать сопротивление заземления RЗУ колодцев транспозиции имеет смысл только в том случае, когда вместе с ним одновременно нормируется напряжение UЭ в узле транспозиции в нормальном режиме работы кабеля. Напомним, что именно по этой причине в [1] было предложено правило «100 В», выполнение которого более или менее гарантировало безопасность вне зависимости от конкретного значения сопротивления и позволяло иметь RЗУ = 4 Ом (или даже вплоть до RЗУ = 20 Ом).

Что касается заземления экранов в узлах КК и КП (рис. 1), то при определении требований к их RЗУ следует учитывать не только вопросы длительного стекания в ЗУ тока, вызванного повреждением в одной из коробок КТ-ОПН по трассе, но и процессы при повреждениях главной изоляции силового кабеля. Считаю, что в узлах КК и КП, как это и принято при заземлении силового оборудования, должно быть обеспечено RЗУ = 0,5 Ом для КЛ 110–500 кВ и RЗУ = 4 Ом для КЛ 6–35 кВ.

НОВОЕ ПОКОЛЕНИЕ КОЛОДЦЕВ И КОРОБОК ТРАНСПОЗИЦИИ

В настоящее время у колодцев транспозиции имеются две главные проблемы: отсутствие герметичности и необходимость выполнения контура заземления с очень малым сопротивлением заземления 0,5 Ом, которого требует Ростехнадзор. Обе эти проблемы, по всей вероятности, удастся решить с приходом в кабельные сети полимерных колодцев транспозиции (фото 1) и стеклопластиковых коробок (фото 2).

Фото 1. Нижний модуль полимерного колодца транспозиции, где установлены металлическая коробка транспозиции и муляж стеклопластиковой коробки

Фото 2. Стеклопластиковая коробка транспозиции

Первые кабельные линии с новым оборудованием, как ожидается, появятся в «Ленэнерго» и «МЭС Северо-Запада» уже летом 2016 г. Преимуществами нового оборудования являются герметичность, коррозионная стойкость и, что очень важно, электробезопасность, причем вне зависимости от величины сопротивления контура заземления RЗУ.

ЛИТЕРАТУРА

1. Дмитриев М.В. Кабельные линии 6–500 кВ с однофазными кабелями. Требования к заземлению узлов транспозиции экранов // Новости ЭлектроТехники. 2013. № 1(79).
2. Дмитриев М.В. Заземление экранов однофазных силовых кабелей 6–500 кВ. СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2010.

Источник: http://www.news.elteh.ru/arh/2016/98/09.php