Шаговое напряжение

Шаговое напряжение – разница потенциалов меж двумя точками грунта, находящимися на расстоянии шага. Источники по-разному трактуют дистанцию для расчета. Как правило,  0,7 – 1 метр (некоторые авторы рекомендуют брать 0,8 метра человеку, 1 метр – животным). Выходить из опасного района следует по возможности короткими (гусиными) шагами.

Действие электрического тока на организм человека

Не рекомендуется подходить к месту аварии ближе 4-5 метров при напряжении 1000 вольт. В прочих случаях опасно приближаться на 8-10 метров. Шаговое напряжение представляет некоторую опасность. Относительно безвредным считается, если разность потенциалов не превышает между стопами 40 вольт. Помимо очевидного влияния на нервную систему, как следствие, судорожных сокращений мышц (биологическое действие) электрический ток вызывает 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 обычно I или II степени. Не очень сильные. Опасен случай, когда путь протекания тока проходит через тело (избегайте контакта противоположной руки, ног, туловища с заземленными предметами). На локальном участке останется покраснение – электрические знаки (выраженные метки разнообразной формации кожи).
2. Дуговые. Температура дуги высока (не менее 3500 градусов Цельсия). Фактически воздух, превращенный в плазму. Сварочная дуга, образуется меж высоковольтным проводом и кожей. Результат без ужаса сложно представить. Наверняка ожог III-IV степени. Подобно сварочному электроду, проводник расплавляется, металлизирует кожу, растекаясь. Разумеется, вызывает одновременно ожог.

• Электролитические действие тока не описывается подробно литературой по очевидным причинам. В ходе деструктивного процесс разлагаются на составляющие жидкости человеческого тела. Включая кровь. Интересующихся отошлем к «войне токов», шедшей в Америке между корпорацией Эдисона и союзниками Николы Тесла. Жаждущие доказать превосходство люди шли на многое. Появился первый электрический стул (см. Катушка Тесла).

Путь протекания тока (справа), вызванного шаговым напряжением при нарушении правила “гусиного шага” (слева)

Биологическим действием тока вызваны разнообразные травмы скелетных мышц, костей, связок. Сокращения миофибрилл достигают большой силы. Поэтому двигательно-опорный аппарат находится под большой угрозой.

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

Если человек упал в зоне действия шагового напряжения, по телу наверняка идет ток. Любой, непосредственно прикоснувшийся к пострадавшему, сильно рискует. Нужно правильно рассчитать вектор градиента разницы потенциалов, на практике сделать непросто (не все понимают сказанные слова). Иначе говоря, нужно браться за точки тела, меж которыми падение напряжения равно нулю. Оценить (правильно исполнить) сможет меньше людей, нежели поняли сказанное. Посему действовать на практике придется иначе.

Вырубить источник питания возможно далеко не всегда. Не факт, что на подстанции заметили утечку, реакторы позволят автоматике отреагировать правильно редко. Устранить опасность не представляется возможным, следует оценить эпицентр (место контакта фазы, почвы), зацепить пострадавшего (багром), начинать потихоньку выволакивать за пределы досягаемости шагового напряжения (20 метров от эпицентра). Двигаться «гусиным» шагом.

Опасность шагового напряжения

Шаговое напряжение обнаружите на грунте при замыкании фазы силовой линии на землю, либо вследствие заноса потенциала токопроводящим предметом (рельс железнодорожного полотна, неисправный, сломанный контур заземления, неправильно обустроенный, недостаточно глубоко вбитый металлический кол громоотвода). Ситуация усугубляется: при поражении человек падает на землю, ток будет течь через тело. Пострадают внутренние органы. Поскольку общепринятая частота сети (50 Гц) не защищает человека от внутренних повреждений. Предупреждал Никола Тесла, указывая нижний лимит безопасности 700 Гц.

Схема формирования шагового напряжения

Схема формирования шагового напряжения показана рисунком. Видно: на расстоянии 20 метров от источника опасность сводится к нулю. Высока разность потенциала эпицентра, где техника безопасности рекомендует двигаться исключительно «гусиным» шагом. Приставляя носок одной ноги к пятке другой. Разница потенциалов снижается до нуля. Инструкции безопасности запрещают приближаться к месту дислокации утечки электричества ближе 8 метров. Помимо указанного способа отхода из опасной зоны выдуманы два:

1. Прыжки на одной ноге сводят вероятность поражения электрическим током к нулю. Каждое перемещение по отдельности не должно быть слишком большим. Некоторые источники не совсем логично запрещают порядок действий. Следует опасаться падения: шанс уцелеть зависит от случайных факторов. Высока вероятность летального исхода, иных неприятных последствий.
2. Если почва ровная, обувь удобная, попробуйте прыгать на двух ногах. Стопы ставятся вместе, не должны отрываться друг от друга. Опасность прежняя – упасть на землю. Простое прикосновение руки (неловкое движение) к почве способно вызвать пагубные последствия. Прыжки, как в предыдущем случае, по возможности короткие.

Правила поведения для избежания поражения шаговым напряжением приводятся памятками. Категорически избегайте руководствоваться сетевыми обзорами. Полистайте учебник по технике безопасности. Некоторые приведенные выше способы маркируются опасными, недопустимыми. По причине элементарного незнания авторами (не портала ВашТехник) простейших законов физики.

Из опасной зоны выходим, ступая по сухим, не проводящим ток предметам. Доскам. Опасно наступать на кирпичи, железобетонные конструкции, землю (избегайте луж). Покрытия, согласно ПУЭ, считаются небезопасными, проводят электричество. Аккуратно следует перемещаться по песку. Опасным окажется подлежащий влажный слой. Меньше сопротивление грунта, меньше опасность. При условии, что стопа не проваливается. Рассмотрим, почему происходит.

Возникновение шагового напряжения

Почему существует шаговое напряжение. При контакте фазного провода с грунтом начинает течь ток. Согласно справочникам, почва имеет некое определенное сопротивление. Постоянным параметр считать нельзя, многое зависит от влажности. Очевидно, с ростом глубины почва более мокрая, лучше проводит электричество. По указанной причине (никакой другой) стальные колья контура громоотвода вкапываются на некоторое минимальное, заранее высчитанное расстояние.

Меж эпицентром (точкой контакта фазы и почвы), окраиной круга радиусом 20 метров образуется резистивный делитель. Рисунок показывает: напряжение падает нелинейно. Эквипотенциальная поверхность утечки тока близка формой эллипсоиду вращения. Заряды распространяются по трем направлениям. Привыкли видеть на уроках физики иной расклад (вспомним резистивный делитель электрической цепи).

Там ток двигается вдоль провода. Путь одномерный. Отношение потенциалов пропорционально сопротивлениям взятых резисторов. В случае шагового напряжения ток движется в прямоугольных координатах поверхности грунта, уходя одновременно вглубь. Этим объясняется нелинейность зависимости, представленной рисунком: опасность резко падает по мере удаления от центра аварии.

Закономерности свойственны обычной физике: выше сопротивления, меньше ток. Хорошо для поставщиков энергии, авария обходится дешевле. Почувствовавшим опасность важно соотношение сопротивления участка грунта и тела человека. Во влажной почве токи велики, малая часть ответвляется нанести удар. Образуется резистивный делитель, чем человек лучше сопротивляется электричеству, тем меньшим будет урон.

Становится понятно, почему электрики носят специальную обувь с изолирующей подошвой. От переменного тока это неидеальная защита. Напряжение в десятки киловольт пробивает подошвы насквозь, даже если человек стоит на сухом грунте. Разница потенциалов растет, следуя ширине шага. Руководства по технике безопасности единогласно рекомендуют выходить за пределы опасной зоны «гусиной» походкой.

Для каждого отдельного человека нельзя заранее предсказать результат действия шагового напряжения. В конечном итоге, определено индивидуальными физиологическими особенностями (сопротивление тела). Стоит, однако, знать некоторые общие закономерности:

1. Сопротивление кожи в несколько раз выше внутренних органов. Если эпидермис нездоров, повреждены нижележащие слои, исход столкновения с электричеством неблагоприятный.
2. Физиологи выделяют следующие наиболее фатальные пути прохождения электрического тока по организму (нужно заметить, сюда входят почти все возможные траектории движения заряда): рука — рука (худший вариант), любая рука — ноги, обе руки — ноги. В этих случаях (по убыванию) значительная часть тока проходит через сердце, чревато летальным исходом. Становится понятно, почему нельзя падать на землю (чтобы руки находились под разным потенциалом).

При отрицательных температурах опасность ниже. Для суглинистых почв, влажности грунта 15 – 20% безопасное расстояние составляет 4 метра. По этой причине вдоль кабельных трасс зимой почву запрещено прогревать. Устанавливаются в каждом случае и другие нормативы. Например: конный транспорт не должен работать ближе 20 метров от огороженной области электроотогрева грунта. Цифра знакомая, фигурировала выше.