Шаговое напряжение

Шаговое напряжение – это разница потенциалов между двумя точками грунта, находящимися на расстоянии шага. Источники по-разному трактуют дистанцию для расчёта. Как правило, это от 0,7 до 1 метра (некоторые авторы рекомендуют брать 0,8 метра для человека и 1 метр – для животных). Выходить из опасного района следует по возможности короткими шагами.

Действие электрического тока на организм человека

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

  • Термическое действие сопровождается усиленным разогревом тканей. Электрические ожоги подразделяют на:
  1. Токовые, вызываются непосредственным контактом проводника цепи, находящейся под напряжением до 2 кВ, и кожи. Работает закон Джоуля-Ленца, согласно которому выделенное тепло пропорционально произведению квадрата действующего значения тока на электрическое сопротивление (человеческого тела). Ожоги в этом случае обычно I или II степени. То есть, не очень сильные. По-настоящему опасен тот случай, когда путь протекания тока проходит через все тело (избегайте контакта противоположной руки, ног, туловища с заземлёнными предметами). На локальном же участке останется лишь покраснение – электрические знаки (явно выраженные метки разнообразной формации на коже).
  2. Дуговые. Температура дуги обычно очень высока (не менее 3500 градусов Цельсия). Это фактически воздух, превращённый в плазму. К примеру, сварочная дуга является тем же самым, что образуется между высоковольтным проводом и кожей. Результат без ужаса сложно себе представить. Наверняка это будет ожог III или IV степени. В некоторых случаях, подобно сварочному электроду, проводник расплавляется и металлизирует кожу, растекаясь по ней. Разумеется, это вызывает одновременно и ожог.
  • Электролитические действие тока не описывается подробно в литературе по вполне очевидным причинам. В ходе деструктивного процесс разлагаются на составляющие различные жидкости человеческого тела. В том числе кровь. Интересующихся можно отослать к так называемой «войне токов», шедшей в Америке между корпорацией Эдисона и союзниками Николы Тесла. В ходе прений жаждущие доказать своё превосходство люди шли на многое. Так на свет появился первый электрический стул (см. Катушка Тесла).
Биологическое действие тока

Биологическое действие тока

Биологическим действием тока могут быть вызваны самые разнообразные травмы скелетных мышц, костей, связок. Сокращения миофибрилл достигают весьма большой силы. Поэтому двигательно-опорный аппарат находится в этих условиях под большой угрозой.

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

Если человек упал в зоне действия шагового напряжения, то по телу наверняка уже идёт ток. Любой, кто непосредственно прикоснётся к пострадавшему, очень сильно рискует. Нужно правильно рассчитать вектор градиента разницы потенциалов, но на практике это сделать не так просто (не говоря уже о том, что не все даже понимают, что означают сказанные слова). Иначе говоря, нужно браться за точки тела, между которыми падение напряжения равно нулю. Оценить (и правильно исполнить) это сможет ещё меньше людей, нежели поняли сказанное. Посему действовать на практике придётся совершенно иначе.

Вырубить источник питания в таких случаях возможно далеко не всегда. Не факт, что на подстанции заметили утечку, а реакторы позволяют автоматике отреагировать правильно не в каждом случае. Тогда устранить опасность не представляется возможным и следует по возможности оценить эпицентр (место контакта фазы и почвы), после – зацепить пострадавшего (багром) и начинать потихоньку выволакивать за пределы досягаемости шагового напряжения (20 метров от эпицентра). Двигаться только «гусиным» шагом.

Опасность шагового напряжения

Шаговое напряжение может быть обнаружено на грунте, например, при замыкании фазы силовой линии на землю, либо вследствие заноса потенциала через токопроводящий предмет (рельс железнодорожного полотна или неисправный, сломанный контур заземления, либо неправильно обустроенный, недостаточно глубоко вбитый металлический кол громоотвода). Ситуация усугубляется тем, что при поражении человек обычно падает на землю, в результате чего ток будет течь прямо через тело. Не исключено, что пострадают многие внутренние органы. Поскольку общепринятая частота сети (50 Гц) не защищает человека от внутренних повреждений. Впрочем, об этом говорил ещё Никола Тесла, указывая на нижний лимит безопасности в районе 700 Гц.

Схема формирования шагового напряжения

Схема формирования шагового напряжения

Схема формирования шагового напряжения показана на рисунке. Где видно, что на расстоянии 20 метров от источника опасность уже сводится к нулю. Особенно высока разность потенциала эпицентра, где техника безопасности рекомендует двигаться исключительно «гусиным» шагом. То есть, приставляя носок одной ноги к пятке другой. Этим разница потенциалов снижается буквально до нуля. Инструкции безопасности обычно запрещают приближаться к месту дислокации утечки электричества ближе, чем на 8 метров. Помимо указанного способа отхода из опасной зоны существуют ещё два:

  1. Прыжки на одной ноге практически сводят вероятность поражения электрическим током к нулю. Каждое перемещение по отдельности не должно быть слишком большим. Некоторые источники не совсем логично запрещают такой порядок действий. На самом деле следует лишь опасаться падения. Потому что в этом случае шанс уцелеть будет зависеть от случайных факторов. В частности, высока вероятность и летального исхода, либо иных неприятных последствий.
  2. Если почва ровная, а обувь удобная, можно попробовать прыгать сразу на двух ногах. При этом стопы ставятся вместе, они не должны отрываться друг от друга. Опасность та же – упасть на землю. Даже простое прикосновение руки (в случае неловкого движения) к почве вполне способно привести к пагубным последствиям. Прыжки, как и в предыдущем случае должны быть по возможности короткими.

Правила поведения для избежания поражения шаговым напряжением приводятся обычно во всех памятках. Категорически не рекомендуется руководствоваться на этот счёт обзорами из сети. Вместо этого следует полистать какой-нибудь учебник по технике безопасности. По той простой причине, что некоторые из приведённых выше способов зачастую маркируются как опасные или вовсе недопустимые. По причине элементарного незнания авторами (но только не данного текста) простейших законов физики.

Из опасной зоны можно выходить, ступая по сухим, не проводящим ток предметам. Например, доскам. Опасно наступать на кирпичи, железобетонные конструкции. Такие покрытия, согласно ПУЭ, считаются небезопасными и могут проводить электричество. Аккуратно следует перемещаться и по песку. В этом случае опасным может оказаться подлежащий влажный слой. Но! Чем меньше сопротивление того или иного грунта, тем меньше и опасность. При условии, что стопа не проваливается в почву. Рассмотрим, почему так происходит.

Как возникает шаговое напряжение

Почему вообще существует шаговое напряжение? При контакте фазного провода с грунтом начинает течь ток. Согласно справочникам почва обычно имеет некое определённое сопротивление. На самом деле постоянным этот параметр считать нельзя по той простой причине, что многое зависит от влажности. Очевидно, что с ростом глубины почва все более мокрая и лучше проводит электричество. Именно по этой причине (и никакой другой) стальные колья контура громоотвода должны вкапываться на некоторое минимальное, заранее высчитанное специалистами расстояние.

Фактически, между эпицентром (точкой контакта фазы и почвы) и окраиной круга радиусом 20 метров образуется резистивный делитель. На рисунке видно, что напряжение падает не по линейному закону. Это происходит от того, что эквипотенциальная поверхность утечки тока близка по форме к эллипсоиду вращения. То есть заряды распространяются по трём направлениям. В отличие от того, что мы привыкли видеть на уроках физики относящееся к резистивному делителю в электрической цепи.

Там ток двигается вдоль провода. То есть путь у него одномерный. Поэтому отношение потенциалов пропорционально сопротивлениям взятых резисторов. В случае же шагового напряжения ток движется не только в прямоугольных координатах по поверхности грунта, но ещё и уходит вглубь. Именно этим объясняется нелинейность зависимости, представленной на рисунке: опасность резко падает по мере удаления от центра аварии.

Закономерности те же, что и в обычной физике: чем выше сопротивления, тем меньше ток. Это хорошо для поставщиков энергии, потому что авария обходится дешевле. Для нас же более важным является соотношение сопротивления участка грунта и тела человека. Во влажной почве токи велики, но лишь малая их часть ответвляется на то, что нанести удар. Образуется резистивный делитель, и чем человек лучше сопротивляется электричеству, тем меньшим будет урон.

В этом смысле становится понятно, почему электрики носят специальную обувь с изолирующей подошвой. Но от переменного тока и это не всегда будет идеальной защитой. Напряжение в десятки киловольт пробивает подошвы насквозь, даже если человек стоит на сухом грунте. И разница потенциалов тем больше, чем шире шаг. Вот почему руководства по технике безопасности в один голос рекомендуют выходить за пределы опасной зоны «гусиной» походкой.

Для каждого отдельного человека нельзя заранее предсказать результат действия шагового напряжения. Все, в конечном итоге, зависит от индивидуальных физиологических особенностей (сопротивления тела). Стоит, однако, знать некоторые общие закономерности:

  1. Сопротивление кожи обычно в несколько раз выше, нежели у внутренних органов. Поэтому если эпидермис нездоров, повреждены нижележащие слои, то исход столкновения с электричеством будет самый неблагоприятный.
  2. Физиологи выделяют следующие наиболее неблагоприятные пути прохождения электрического тока по организму (справедливости ради, нужно заметить, что сюда входят почти все возможные траектории движения заряда): рука — рука (худший вариант), любая рука — ноги, обе руки — ноги. Во всех этих случаях (по убыванию) значительная часть тока проходит через сердце, что чревато летальным исходом. Становится понятно, почему ни в коем случае нельзя упасть на землю (особенно так, чтобы руки находились под разным потенциалом).

При отрицательных температурах опасность ниже. Так например, для суглинистых почв и влажности грунта от 15 до 20% безопасное расстояние составляет всего лишь 4 метра. По этой причине вдоль кабельных трасс зимой почву запрещено прогревать. Устанавливаются в каждом случае и различные другие нормативы. Например: конный транспорт не должен работать 20 метров от огороженной области электроотогрева грунта. Это та же самая цифра, которая уже фигурировала выше.