Меню

При каком радиусе заземлителя напряжение шага будет наибольшим

Шаговое напряжение при одиночном заземлителе

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

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

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

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

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

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

Uш = Uв — Uг = UзB

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

Кривая 2 характеризует изменение шагового напряжения.

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

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

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

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

Источник



Что такое шаговое напряжение

Важнейшее понятие электрики — шаговое напряжение. Таким термином обозначается напряжение между находящимися на расстоянии шага точками передающими электричество цепи, на которые встал человек. Напряжение зависит от силы текущего по грунту/иной проводящей субстанции тока и уровня удельного сопротивления поверхности. Шаговое напряжение несет в себе большую угрозу, поэтому знать его определение и методы защиты необходимо каждому занимающемуся электротехникой.

Определение

Итак, шаговое напряжение (далее ШН) — напряжение между стопами вставшего поблизости от заземленного объекта человека. Физическое касание при этом отсутствует.

Значение ШН равно разности напряжений между некоторой удаленной от заземленного электроприбора/системы точкой и самой системой. На величину ШН влияют:

  • сопротивление поверхности;
  • сила тока в проводнике;
  • расстояние.

Оно возникает по разным причинам. Самые распространенные — обрыв кабеля и аварии на ЛЭП.

Опасность ШН

Коварство ШН состоит в бесконтактном поражении жертвы — для получения «удара» не обязательно касаться электроприбора. А после попадания в зону ШН покинуть ее самостоятельно бывает почти невозможно. Грунт обладает собственным удельным напряжением, поэтому удар током можно получить, просто проходя мимо.

При попадании в область поражения человек начинает испытывать непроизвольные судороги ножных мышц и падает. На этом «нижняя петля» прекращает действовать, и ситуация становится гораздо тяжелее. Ток начинает течь от рук к ногам, воздействуя на все тело и его мышечные группы. Длительное пребывание в такой зоне после падения способно привести к гибели человека или другого живого существа.

Читайте также:  Формула сила тока сопротивление напряжение закон ома для участка цепи

Напряжение шага особенно опасно для крупного рогатого скота. У КРС велика дистанция шагов, поэтому эти животные подвергаются воздействию гораздо большего напряжения. Случаи гибели скота от ШН довольно часты.

Почему возникает ШН

Указанное явление обычно появляется при обрыве поставляющего электроэнергию некоторой системе кабеля. Провода часто прокладываются под землей, и энергия начинает «утекать» в нее. Самые опасные ситуации — когда это происходит во влажных местах, например, в водоемах или на болотах. Не менее опасен и мокрый асфальт, ведь вода в любом случае хорошо проводит электричество. Кроме того, ШН способно появляться не только на улице, но и в закрытых помещениях.

ШН возникает и в других случаях:

  • при изменениях атмосферного давления;
  • после короткого замыкания в электрических цепях;
  • после взрывов на электроподстанциях.

Известны случаи его возникновения даже после ударов молнии в землю.

Радиус и сила действия

Чтобы не попасть под напряжение шага необходимо знать его силу и расстояние, на котором оно представляет опасность. Расчет иллюстрируется следующим графиком:

  • I3 — измеряемый в амперах ток при КЗ;
  • ρ — сопротивление поверхности в омах на метр;
  • а — длина шага в метрах;
  • x — значение расстояния от начальной точки ухода электричества в землю, также измеряемое в метрах.

На основании этих данных вычисляется величина и зона шагового напряжения по формуле:

UШ = (I3×ρ×a) / 2 π x (x + a)

На практике наибольшая величина ШН наблюдается в радиусе 80–100 сантиметров от эпицентра (места соприкосновения кабеля с почвой/поверхностью). По мере отдаления она понижается, полностью угасая примерно в 20 метрах.

Разумеется, точный расчет шагового напряжения можно сделать не всегда, поскольку необходимо дополнительно знать сопротивление отдельных слоев почвы, на основе которого выводится умножаемый на определенный коэффициент средний показатель. Но формула позволяет сделать примерную калькуляцию, которой можно манипулировать далее.

Это вычисление также помогает определить «шаг» возникающей электрической сетки. Его знание минимизирует шанс гибели от удара током. Обычно считается, что для покидания зоны ШН без вреда здоровью необходимо двигаться мелкими шажками (подобное передвижение называется «гусиный шаг», его совершают не отрывая стоп друг от друга), но на деле длина безопасного шага находится в зависимости от частоты полос ШН. Рассчитать не несущий опасности размер в той или иной ситуации помогает кривая:

Для получения подобного графика на реальной местности следует выполнить замеры вольтажа на различных расстояниях от электрического провода и объединить полученную информацию в схему.

Если посчитать зоны появления опасных линий и избегать их при передвижении, то ступни будут оказываться в точках с разностью потенциалов. Приведенный выше график иллюстрирует еще одну интересную особенность: чем ближе оказавшийся в опасности человек к точке электрической аварии (обрыву кабеля), тем больше уровень напряжения шага и меньше отрезки (а значит, короче и безопасные шаги).

С учетом сказанного формула принимает следующий вид:

Uш = Uв — Uг = Uз×B

Вычисляемый таким образом коэффициент ШН (то есть между ступнями) по умолчанию равен единице. Цифра зависит от расстояния между человеком и эпицентром аварии: чем оно меньше, тем коэффициент больше, и наоборот. Обычно безопасным считается расстояние 8–10 метров.

Важно: сильнее всего влияние электрического тока на влажной поверхности или во время гроз. При таких условиях запрещается подходить к эпицентру утечки без защиты менее чем на десять метров.

Следует иметь в виду и прочие факторы изменения проводимости тела и уровня сопротивления. Например, если попавший в радиус поражения будет вспотевшим или одетым во влажное, смерть способна наступить даже от удара гораздо слабее предусмотренных техникой безопасности 220 вольт.

Что делать при аварии

Для предотвращения поражения ШН при возникновении аварийной ситуации следует соблюдать технику безопасность и носить защитный непроводящий костюм. Но иногда случается, что авария в электросети происходит внезапно и застает человека врасплох, или он попадает в радиус действия ШН по неосторожности/невнимательности.

Ток начинает действовать на ноги, снизу вверх. Важно знать, какова симптоматика поражения:

  • зуд и покалывание в теле;
  • мышечные спазмы;
  • внезапная резкая и острая боль;
  • в тяжелых случаях — паралич.
Читайте также:  Реле регулятор напряжения генератора для скутера

Интенсивность симптомов зависит от величины напряжения.

При отсутствии рядом способных помочь следует попытаться самостоятельно выйти из зоны в определенном техникой безопасности порядке. Обычно правила перемещения в зоне шагового напряжения предписывают уменьшать шаги до минимальных, без отрыва стоп от поверхности и друг друга. Второй способ — недлинные прыжки на одной ноге.

Важно: если прыгающий споткнется и упадет, или случайно встанет на обе ноги, он окажется под полным воздействием ШН. Поэтому безопаснее всего передвигаться «по-гусиному».

После прекращения воздействия электричества человек также испытывает ряд зависящих от интенсивности воздействия симптомов:

  • онемение конечностей, слабость, дрожь;
  • смазанная и несвязная речь;
  • потеря сознания, тошнота, головокружение;
  • мышечные боли;
  • дыхательные нарушения — от кашля до спазмов;
  • фибрилляция сердца.

Большая часть последствий после покидания зоны шагового напряжения проходят бесследно. Но примерно в 20 процентах инцидентов человек получает хронические проблемы с работой легких и сердца, особенно при высоком напряжении воздействия.

Если необходимо оказать помощь оказавшемуся под ударом шагового тока, необходимо использовать защиту – галоши, диэлектрические ботинки и перчатки/сухую одежду на руки (если защитной обуви нет, идите «гусиным шагом»). При возможности приближения к месту аварии людей нужно предупреждать их о наличии опасности до выключения поврежденной электролинии. Пошаговый план действий:

  • прекратить влияние тока на пострадавшего, разорвав цепь, убрав оборванный кабель непроводящим предметом и тому подобное;
  • переместить жертву в безопасное место;
  • проверить реакцию зрачков на действие света;
  • вызвать врача и приступить к экстренным реанимационным мероприятиям;
  • если человек пришел в себя, его кладут на бок во избежание попадания выделений от внезапного рвотного рефлекса в дыхательные пути.

В помещении для помощи попавшему под ШН допускается намотать на руки сухую ветошь или одежду и прекратить действие напряжения, положив между источником и пострадавшим сухой деревянный объект. Когда пострадавший окажется вне опасности, его надлежит оттащить в гарантированно безопасную область, проконтролировать реакцию зрачков подвергшегося удару на свет, вызвать врачей и выполнять до их приезда сердечно-легочную реанимацию.

Напряжение можно снять самостоятельно отключением электроустановки. Когда доступа к органам управления нет, используется способ намеренного создания короткого замыкания набрасыванием на питающую линию ветки, прута, палки, металлической проволоки и прочего. Автомат должен сам выключить питание, тем самым снимется и ШН.

Историческая справка

В истории электротехники имеется случившийся в тогда еще Ленинграде в 1928 году познавательный инцидент, известный как «лошадиная авария».

На одной из выложенных деревянными шестиугольниками площадей имелся технический колодец из чугуна с коммутационным разъединителем цепи на 2 киловольта. В определенный момент изолятор дал трещины, разъединитель остался висеть рядом со стенкой на кабеле. После дождя деревянная мостовая размокла, стала мягкой и подвижной. Далее сверху прошла лошадь с груженой телегой, поверхность прогнулась, и произошло замыкание кабеля на чугун.

Находившиеся в зоне шагового напряжения граждане отделывались простыми ударами тока, но обладающая телом длиной в полтора метра с хорошо проводящими железными подковами на ногах лошадь погибла на месте. Потом на электроподстанции включился «автомат» и обесточил цепь.

Телегу убрали, устранив замыкание. После проверок на подстанции ток снова подали, между колодцем и разъединителем появилась электродуга. На мостовой возникло шаговое напряжение, убившее еще двух лошадей работников милиции.

Заключение

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

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

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

Источник

Защитное заземление, понятие о шаговом напряжении

date image2015-02-27
views image2882

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

Корпус любой электроустановки, в частности электродвигателя в нор­мальном состоянии не находится под напряжением благодаря изоляции от токоведущих частей. Однако в случае повреждения изоляции любая из частей корпуса может оказаться под напряжением, под которое неожиданно может попасть человек.

Читайте также:  Воздушные линии высокого класса напряжений

Для уменьшения опасности поражения электротоком все установок заземляют.

Сеть с изолированной нейтралью.

Заземление состоит из заземлителя (стержень из уголковой стали, вертикально забитый в землю) и проводов соединяющих заземлитель с электроустановкой. Сопротивление заземления не должно превышать 10 Ом.

Назначение заземления – максимально уменьшить напряжение, под которое может попасть человек.

При отсутствии заземления и пробое фазы на корпус двигателя последний будет находиться под напряжением 220 В. При сопротивлении Rчел = 1000 Ом через человека пойдет ток силой 220 мА — это смертельно. Если двигатель заземлить, то большая часть тока потечет с двигателя через заземлитель на землю, а ветвь «двигатель-человек-земля» будет значительно разгружена, по ней потечет не опасный для человека ток, так как сопротивление человека, примерно в 100 раз больше сопротивления заземления.

В ряде помещений (теплицы, фермы и др.) отмечаются повышенная влаж­ность, запыленность, агрессивные пары и газы. В таких условиях изоляция электропроводов быстро выходит из строя, что сопровождается частым замы­канием электропроводок на корпус. В итоге на нем появляется потенциал по отношению к земле или влажному полу помещений. С целью защиты человека и животных в названных условиях используют метод выравнивание электрического потенциала, заключающееся в снижении напряжений прикосновения и шага между точками электроцепи, к которым возможно одновременное прикосновение или на которых могут одновременно стоять человек и животное. Для этого метал­лические детали транспортеров, стойла и трубопроводы соединяют со стальной полосой или проволокой диаметром не менее 8 мм, которые укладывают в полу фермы на слой песчаной или щебеночной подушки перед заливкой его бетоном. По торцам помещения проводники присоединяют к металлоконструкциям фермы на высоте 300 — 500 мм (при этом выводы выравнивающих проводников в местах их выхода из пола изолируют друг от друга). Целость каждой цепи выравнива­ющих проводников проверяют раз в шесть месяцев, при этом сопротивление в местах креплений не должно превышать 1 Ом.

Понятие о шаговом напряжении.

При прохождении электрического тока с заземлителя в землю, на поверх­ности земли возникают электрические потенциалы, величина которых уменьша­ется по мере удаления от заземлителя. Если в момент прохождения тока через заземлитель около него будет находиться человек или животное, то он может оказаться под действием разности электрических потенциалов, в ре­зультате чего по его телу пройдет электроток. Разность потенциалов (напряжение) между двумя точками поверхности земли, отстоящими друг от друга на расстоянии шага (0,8 м) называется шаговым напряжением. Для животных оно выше, чем для человека. Чем больше величина шага и чем ближе человек находиться к заземлителю, тем больше опасность поражения шаговым напряже­нием.

Шаговое напряжение может возникнуть вследствие удара молнии в землю, в дерево, также около упавших на землю электропроводов, находящихся под напряжением. Это напряжение вызывает судороги ног, человек падает и по­падает под еще большее напряжение «ноги-руки». В радиусе R = 20 м шаговое напряжение = 0.

Меры безопасности: не приближаться к местам падения не обесточенных проводов. Если попали под напряжение — нужно выйти из опасной зоны мелкими шагами или прыгать на одной ноге. Сориентироваться где источник.

Зануление — это преднамеренное соединение металлических нетоковедущих частей электроустановок (например, корпуса электродвигателя), которые неожиданно могут оказаться под напряжением, с нулевым защитным проводом. Зануление применяют в трехфазных четырехпроводных сетях напря­жением до 1000 В ( 380/220 В) с глухозаземленным нейтральным (нулевым) проводом обмотки питающего трансформатора,.

Принцип действия зануления заключается в превращении пробоя на кор­пус в однофазное короткое замыкание (замыкание между фазным и нулевым проводами) с целью создания большого тока J к.з., при котором сгорают плавкие предохранители (скорость 5-7 сек) или срабатывает автомат (1-2с), По цепи: фаза-корпус-нулевой провод течет большой ток короткого замыка­ния» До срабатывания защиты зануление понижает напряжение на корпусе. Для уменьшения опасности поражения в случае обрыва нулевого провода этот провод заземляют повторно (RП) так, чтобы расстояние от электроуста­новки до ближайшего повторного заземления было ≤ 100 м.

Источник