Все о шаговом напряжении — важно знать

Текст ГОСТ Р 59789-2021 Молниезащита. Часть 3. Защита зданий и сооружений от повреждений и защита людей и животных от электротравматизма

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. В то же время начиная с 380 В и выше, напряжение считается опасным, т. 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).

Шаговое напряжение и выравнивание потенциалов

Многие из нас еще с детства помнят о том, что оголенный оборванный провод, упавший на землю, – это очень опасно. Помнятся различные страсти-мордасти про мокрую погоду и про несчастных жертв, даже не имевших «счастья» прикоснуться к металлу, находящемуся под напряжением и ставшему причиной их травмы. Всего-то их и угораздило пройти в опасной близости от поврежденной линии – и этого оказалось более чем достаточно.

Но что же это за явление, благодаря которому провод, «невинно» полеживающий в стороне становится смертельной угрозой? Всем известно, что электротравму человеку может нанести только проходящий через его тело электрический ток. А электрическому току нужен свободный путь. Необходимо, как минимум, две точки приложения на теле того, кому не повезло: одна из них – фаза, откуда ток может прийти, а вторая – ноль, куда он может свободно уйти.

Но позвольте, какая «фаза»? Ну, «ноль» – еще понятно, но откуда «фаза», если человек спокойно шагает себе по земле и никаких проводов даже не трогает? Ничего ведь такого, кажется, и нет – просто влажная земля. Тропинка, например. Ну да, фазный оборванный провод лежит неподалеку в кустах. Но он же непосредственно на землю и замкнулся – цепь не включает в себя прогуливающегося пешехода и ток через него идти не должен. Но это только так кажется.

Бояться было бы нечего, если бы земля была отличным проводником с сопротивлением, близким к сопротивлению металла. Тогда обрыв провода и падение его на землю завершались бы банальным коротким замыканием. Срабатывала бы максимально-токовая защита, или сгорал бы оборванный провод, но в любом случае долго бы это не продолжалось. А на самом же деле удельное электрическое сопротивление грунта составляет минимум 60 Ом*м, а чаще всего и больше, даже если погода влажная и идет дождь. Поэтому при обрыве повода и замыкании его на землю для электрического тока просто возникает новая цепь: фазный провод – земля – заземленная нейтраль трансформатора.

Говоря по-научному, на единственном существенном сопротивлении цепи провод-земля-нейтраль – влажном грунте – происходит падение напряжения (изменение электрического потенциала) от 220 вольт возле упавшего провода до нуля у нейтрали трансформатора.

Падение это происходит нелинейно, но суть сводится к тому, что чем ближе к проводу – тем стремительнее возрастает потенциал земли. Значит, чем ближе к месту обрыва – тем большая разность потенциалов между двумя точками поверхности, расположенными на определенном расстоянии. А несчастный прохожий может стоять одной ногой на первой из этих точек и другой ногой – на второй из них. При этом он, конечно, воспримет на себя возникшую разность потенциалов, а это может оказаться практически все фазное напряжение, если провод близко.

Разумеется, там, где появилось напряжение, – там и ток не заставит себя ждать. Вот и все. Не успев осознать тяжесть своего положения, прохожий получает удар током, возможно смертельный. Напряжение, возникающее в таких случаях между ступнями человека, называется «шаговым напряжением» или «напряжением шага», и для борьбы с ним есть некоторые меры.

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.

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.

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.

Интересно почитать: что такое конденсаторы.

Как освободить человека

Если вы были не одни и ваш спутник впереди внезапно упал, попав в зону растекания шагового напряжения, потому что электроток вызвал непроизвольное сокращение мышц ног, не стоит бросаться к нему бегом. Нужно оценить ситуацию и подходить к нему мелкими шагами, обмотав руки сухой одеждой, оттянув пострадавшего из зоны поражения.

Под шаговое напряжение можно попасть и дома, прикоснувшись к включенному в сеть неисправному электроприбору, образовав таким образом электрическую цепь. Для избежания таких несчастных случаев в квартирном щитке необходимо установить УЗО либо организовывать систему заземления вместе с системой уравнивания потенциалов.

Что делать если на ваших глазах человек попал под действие электротока в помещении? Не паниковать, первым делом нужно разорвать цепь, выключив рубильник или автомат питания. Если нет такой возможности, сухим деревянным предметом, обмотав руки сухой одеждой, помня о своей безопасности, попытаться освободить пострадавшего этим предметом, откинув его или поместив между человеком и источником, чтобы разорвать цепь. На картинках ниже показаны меры, которые нужно предпринять для освобождения пострадавшего, в том числе после поражения шаговым напряжением:

Освободив человека, оттяните его в безопасное место, прощупайте пульс и посмотрите на реакцию зрачков на свет. Вызовите скорую и начинайте экстренную сердечно-легочную реанимацию, искусственное дыхание и массаж сердца, до приезда бригады скорой помощи. Если пострадавший пришел в сознание положите его набок, чтобы внезапный рвотный рефлекс не попал в дыхательные пути. Более наглядные пошаговые действия вы можете узнать в нашей статье — как оказать помощь при поражении электрическим током. Помните что каждый пункт в правилах, это жизнь или горький опыт пострадавшего.

Правила перемещения в опасной зоне

• Приближаться бегом или обычным шагом к лежащему проводу или человеку на земле!
• Отрывать подошвы от поверхности земли и делать широкие шаги!
• Передвигаться следует только «гусиным шагом» — пятка шагающей ноги, не отрываясь от земли, приставляется к носку другой ноги.
• Прикасаться к пострадавшему или к металлическим предметам без предварительного обесточивания!

Необходимо как можно быстрее отключить электричество с помощью выключателя, рубильника, вынуть вилку из розетки.

Способы защиты, электробезопасность

Если вы увидите лежащий на земле провод – ни в коем случае нельзя к нему приближаться. Опасная зона может быть от 5-8 метров вокруг точки соприкосновения провода с землей и больше, в зависимости от класса напряжения линии и состояния земли (мокрая земля увеличивает пространство растекания электрического тока).

При ударе молнии в дерево, молниеотвод или опору электропередач электрический ток поступает в землю и растекается в грунте во все стороны до нескольких десятков метров. В таких местах и может быть шаговое напряжение. То же самое происходит и возле упавшего на землю электрического провода, находящегося под напряжением. Представим себе, что разряд молнии пришелся в дерево, вблизи которого в это время стоял человек.

Электрический ток молнии, попадая в землю и растекаясь в ней, проходит и под ногами человека. Если ноги расставлены, то ток входит в одну ногу и, пройдя через тело, уходит в землю через другую. Это и есть шаговое напряжение, в этом случае человек находится под шаговым напряжением.

Чтобы человек не подвергался воздействию тока, там где шаговое напряжение, необходимо все устройства защитного заземления размещать там, где нет людей. В частности, молниеотводы в сельской местности следует заземлять не ближе 4 метров от стен домов и обязательно их ограждать.

Во время грозы надо держаться подальше от опор электропередач, нельзя стоять вблизи высоких деревьев, особенно на открытой местности. Это необходимо и потому, что возле любого выделяющегося на поверхности земли предмета (дерево, мачта, опора ЛЭП, молниеотвод) во время грозы создаются условия, при которых молния устремляется именно к этому предмету, где может случиться шаговое напряжение. Как правило, она поражает все, находящееся в радиусе десятков метров.

При поражении молнией человека, там где произошло шаговое напряжение, пострадавшему надо обязательно сделать искусственное дыхание и закрытый массаж сердца. И немедленно доставить в лечебное учреждение или вызвать «скорую помощь».

В энергетике существует такой термин как «Техника безопасности» – он появился не просто так. Каждая строчка этого свода правил безопасности на действующих и отключенных электроустановках имеет свою историю, которая закончилась плачевно. Поэтому не стоит пренебрегать этими простыми советами, чтобы не попасть под действие электрического тока совершенно неожиданно для себя.

Правила перемещения в зоне шагового напряжения

Шаговое напряжение – вид электрического напряжения, представляющего собой разность электрических потенциалов между двумя точками на поверхности грунта, находящимися друг от друга на расстоянии шага (примерно восемьдесят сантиметров). Шаговое напряжение очень часто появляется в результате обрыва высоковольтной линии электропередач (ЛЭП), находящейся под рабочим напряжением, и последующем падении её проводника (проводников) на землю.

Причиной обрыва ЛЭП может быть большая буря или ураган, из-за которых ломаются и падают деревья, обрывающие под своим весом провода.

Шаговое напряжение может появиться из-за провисания до земли высоковольтных проводов вследствие наклона опор линий электропередач. Причиной наклона также может быть буря или ураган.

Находящийся на поверхности земли или касающийся земли высоковольтный провод является источником электрического тока, который растекается по поверхности грунта.

Если высоковольтный провод не будет обесточен (не будет отключена ЛЭП), то радиус распространения шагового напряжения может достигать значения, равного нескольким десяткам метров, начиная от того места, где провод соприкасается с грунтом.

Шаговое напряжение, так же как и обычное напряжение, очень опасно для жизни и здоровья человека, т. при его воздействии протекает электрический ток. В зависимости от разных факторов величина тока может достигать очень опасного значения для человеческого организма.

Попадание под шаговое напряжение происходит в момент времени, когда ноги человека одновременно касаются двух разных точек на грунте.

Чем больше расстояние между точками (больше и шире шаг), тем больше значение шагового напряжения и тем опаснее его воздействие на организм.

В момент попадания человека под большое шаговое напряжение, у него происходят непроизвольные сокращения мышц ног, вследствие чего человек может попросту упасть.

Каждая точка на поверхности грунта в зоне распространения шагового напряжения обладает определённым потенциалом.

Чем ближе к проводнику, тем больше электрический потенциал конкретной точки в зоне шагового напряжения и тем опаснее человеку находиться в данном месте.

Чем дальше расстояние от находящегося на поверхности грунта высоковольтного провода, тем меньшим становится электрический потенциал и, соответственно, уменьшается вероятность поражения электрическим током.

Площадь, на которой возможно попадание под шаговое напряжение, зависит от многих факторов, таких как величина рабочего напряжения линии электропередач (6кВ, 10кВ, 35кВ, 110кВ и т. ), тип грунта (земля, песок, глина, супесь и др. ), удельное сопротивление грунта, влажность грунта в данный момент времени и т.

Уровень воздействия

Воздействие шагового напряжения на организм человека зависит от нескольких факторов:

• удалённость от источника шагового напряжения;
• влажность грунта;
• физиологическое состояние человека (наличие алкоголя в крови);
• повреждение кожного покрова ног, наличие открытых ран;
• наличие обуви с изолированной подошвой (диэлектрические боты);
• температура окружающей среды.

В зоне шагового напряжения и даже за её пределами необходимо строго соблюдать правила электрической безопасности.

Природа электричества такова, что оно не обладает ни цветом, ни запахом, поэтому наличие напряжения (в том числе и шагового) можно определить только при помощи специальных электроприборов и устройств, или в некоторых случаях визуально.

Визуально определить наличие шагового напряжения на определённой площади можно по оборванной линии электропередач и лежащим на земле высоковольтным проводам.

Необходимо как можно быстрее покинуть место обрыва высоковольтной линии.

Если человек внезапно оказался под шаговым напряжением, то необходимо быстро сомкнуть обе ноги. Это нужно для того, чтобы снизить разность потенциалов в местах прикосновения ног и грунта. Таким образом исключается или снижается воздействие шагового напряжения. Далее необходимо покинуть опасную территорию. Ни в коем случае нельзя убегать, т. возможно повторное попадание под напряжение.

Для безопасного выхода необходимо передвигаться медленно и мелкими скользящими шагами («гусиным» шагом), не отрывая при этом ног от земли. Рекомендуется передвигаться по сухим непроводящим электрический ток предметам и, соответственно, стараться избегать кирпичей и железобетонных конструкций. Также необходимо обходить влажные участки грунта.

Есть и другой вариант. Покидать опасную зону можно прыгая на одной ноге, однако в этом случае появляется большая вероятность случайного падения, а это уже куда опаснее воздействия шагового напряжения. В случае полного падения человека на землю, появляется другой более опасный путь прохождения электрического тока через его тело, что может стать причиной летального исхода.

Кроме обрыва высоковольтной линии или провисания проводов существуют и другие случаи возникновения шагового напряжения.

Во время грозы возможны удары молнии в молниеотводы, деревья, опоры высоковольтных линий электропередач. В этом случае электрический ток, уходящий в землю, растекается по поверхности грунта на несколько метров от места попадания молнии. Таким образом, в зоне растекания появляется шаговое напряжение.

Отсюда следует вывод, что при большой грозе категорически запрещается находиться вблизи высоких металлических конструкций и вблизи высокой растительности. В противном случае велика вероятность не только попадания человека под шаговое напряжение, но и возможен прямой удар молнией.

На практике появление шагового напряжения может быть внезапным, поэтому свести к минимуму его воздействие на организм человека не всегда представляется возможным.

Однако знание природы шагового напряжения, причин его появления, соблюдение техники безопасности при попадании под шаговое напряжение и обладание другой полезной информацией повысит практические шансы человека, оказавшегося в опасной зоне.

Оказывая помощь находящемуся в зоне поражения, вытаскивая его оттуда, нужно подумать о собственной защите – специальной токонепроводимой (диэлектрической) одежде и обуви, знаниях о том, что и как делать, чтобы самому не пострадать.

В первую очередь страдают ноги. Ощущения могут быть различной степени интенсивности:

• Паралич;
• Зудение, свербение, покалывание;
• Неконтролируемое спазматическое сокращение мышц;
• Возникновение резкой боли.

Важно определиться с полученным ущербом для здоровья, получить при необходимости первую медицинскую помощь. В большинстве случаев (этот показатель близок к 100%) серьезные последствия для здоровья не наблюдаются. У тех, кому не повезло – могут остаться проблемы с сердцем и легкими на всю оставшуюся жизнь.

Важно соблюдать правила поведения и перемещения в зоне шагового напряжения, понимать, что нельзя делать:

• Делать широкий шаг, отрывать подошву;
• Приближаться к оголенному проводу, бежать к нему;
• Скакать на одной ноге.  Когда упадете – будет намного хуже;
• Входить в зону действия шагового напряжения только в спецодежде;
• Не хватать находящегося там провод голыми руками, но и не бить палкой. Ею можно приподнять оборванный кабель, отцепив его таким образом от земли.

На фото в учебниках по электробезопасности можно увидеть различные варианты поведения в ситуации, когда нужно правильно выйти из зоны токов короткого замыкания.

Шаговое напряжение – это опасное явление, шутить, играть с которым не стоит. Слишком высока цена таких забав. И об этом не стоит забывать!

Электрический ток всегда является потенциальной опасностью для жизни человека. Шаговое напряжение – одно из самых опасных явлений в электротехнике, определение которого знать нужно любому электрику.

Определение

Что это такое – шаговое напряжение? Это определенное напряжение, которое возникает между ногами человека, стоящего рядом с заземленным объектом без соприкосновения с ним.

Оно равно разности напряжений электричества между объектом и точкой, которая находится на некотором расстоянии от него.

Главными факторами, влияющими на него, являются расстояние, удельное сопротивление земли (сетка заземления) и силы тока, протекающего по проводнику.

Фото – Пример шагового вихря напряжения

Опасность шагового напряжения заключается в том, что прикосновения не нужны для поражения током, а после поражения перемещение практически невозможно. За счет того, что земля также имеет определенное удельное напряжение, удар может произойти независимо от действий человека.

Фото – Зависимости размеров шага и напряжения

Причины

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

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

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:

• IЗ – 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.

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

Конечно, точно определить шаговое предельное напряжение и его радиус очень сложно, т. 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.

Факторы, влияющие на воздействие шагового напряжения

Помочь при выходе из зоны шагового напряжения поможет одежда с изоляцией: прорезиненные ботинки и перчатки. Именно этот вид одежды используется работниками, обслуживающими ЛЭП и службами МЧС для устранения неисправностей и опасностей.

Важно учитывать, что влажность почвы увеличивает максимальный радиус поражения. Земля – прекрасный проводник, и ток, растекаясь по ней, создает опасное место, находясь в котором можно получить электрический разряд.

Есть факторы, усиливающие или ослабляющие воздействие на того, кто по неосторожности или случайно попал в опасное место:

• Температура воздуха и погодные условия;
• Надетая обувь (когда она резиновая, не повреждена, шанс получить электротравму приближается к нулю);
• Мокрая одежда, обувь, пот;
• Принимался ли алкоголь, есть ли он в крови;
• На каком расстоянии находится источник опасности;
• Влажность и тип почвы;
• Имеются ли открытые раны на ногах, повреждение кожи.

Специалистами проводятся специальные вычисления, чтобы определить, на каком расстоянии лучше всего находиться – сопротивление грунта умножают на специальный коэффициент.

В критической ситуации на это может не хватить времени, поэтому нужно понимать, что усиливает и ослабляет шаговое напряжение, как вести себя, чтобы не попасть под него. Что делать, если никого нет рядом.

Предугадать появление токов короткого замыкания порою проблематично. Множество причин способно спровоцировать их возникновение:

• Сильные порывы ветра;
• Взрыв, аварии на трансформаторной подстанции;
• Замыкание проводов;
• Удар молнии об землю;
• Обрыв ЛЭП;
• Попадание молнии;
• Непредвиденные форс-мажорные обстоятельства и чрезвычайные происшествия.

Симптомы поражения

• Оказывая помощь находящемуся в зоне поражения, вытаскивая его оттуда, нужно подумать о собственной защите – специальной токонепроводимой (диэлектрической) одежде и обуви, знаниях о том, что и как делать, чтобы самому не пострадать.
• В первую очередь страдают ноги. Ощущения могут быть различной степени интенсивности:

Важно определиться с полученным ущербом для здоровья, получить при необходимости первую медицинскую помощь. В большинстве случаев (этот показатель близок к 100%) серьезные последствия для здоровья не наблюдаются.

У тех, кому не повезло – могут остаться проблемы с сердцем и легкими на всю оставшуюся жизнь.

Высвободить жертву шагового напряжения от воздействия электрического тока можно только с применением средств индивидуальной защиты и дополнительных приспособлений. К ним относятся:

• резиновые сапоги или обувь на толстой резиновой подошве;
• резиновые электротехнические перчатки;
• по возможности одеть прорезиненный комбинезон;
• широкая сухая доска или лучше деревянный щит;
• длинная палка.

Инструкция по освобождению человека от воздействия шагового напряжения:

• Одевают вышеуказанную обувь и перчатки.
• Для подхода к лежащему человеку используют доски или 2 щита.
• Один щит спасатель держит в руках, по другому настилу проходит далее.
• Затем меняет местами щиты. Таким образом спасатель продвигается к телу поражённого током человека.
• Если провод или кабель находится вблизи или на теле поражённого током, то его надо отбросить палкой в противоположную сторону от себя.
• Пострадавшего укладывают на щит и постепенно вытягивают настил в безопасное место, не забывая самому перешагивать попеременно на щиты.
• После доставки в безопасное место пострадавшему делают искусственное дыхание и непрямой массаж сердца, не дожидаясь прибытия скорой помощи.

Важно учитывать, что влажность почвы увеличивает максимальный радиус поражения. Земля – прекрасный проводник, и ток, растекаясь по ней, создает опасное место, находясь в котором можно получить электрический разряд.