Шаговое напряжение в электроустановках¶

Шаговое напряжение — это электрическое напряжение, возникающее между двумя точками поверхности земли (или проводящего пола), находящимися на расстоянии одного шага человека, при растекании тока замыкания в грунт. Оно представляет собой разность потенциалов, которая образуется в зоне растекания тока вокруг места замыкания на землю, упавшего на землю провода или другого заземлённого проводника, оказавшегося под напряжением. Воздействию шагового напряжения подвергается человек, находящийся вблизи такого места и не касающийся при этом токоведущих частей.

¶Физическая природа явления

При замыкании проводника на землю электрический ток растекается в грунте по полусферическим поверхностям. Плотность тока и потенциал максимальны в точке стекания и убывают по мере удаления от неё. Если две точки грунта, на которых стоят ноги человека, находятся на разных расстояниях от места замыкания, между ними возникает разность потенциалов. Именно она и называется шаговым напряжением.

Величина шагового напряжения зависит от:

• силы тока замыкания;
• удельного сопротивления грунта (влажная глина, суглинок, торф проводят ток лучше, чем сухой песок или скальные породы);
• расстояния от места замыкания до человека;
• длины шага: чем шире шаг, тем больше разность потенциалов между ступнями.

Наибольшее значение шагового напряжения наблюдается вблизи точки замыкания, а по мере удаления оно убывает. Практически считается, что на расстоянии более 20 метров от места замыкания в грунте опасность шагового напряжения становится пренебрежимо малой.

¶Опасность для человека

Ток, протекающий через тело человека при действии шагового напряжения, идёт по пути «нога — нога». Этот путь менее опасен, чем путь «рука — рука» или «рука — нога», поскольку через сердце проходит меньшая доля тока. Тем не менее при достаточной величине напряжения и длительности воздействия возможны судорожные сокращения мышц ног, потеря равновесия, падение, а при падении ток может пойти по более опасному пути. Наиболее тяжёлые исходы связаны с длительным контактом и высоким напряжением.

Опасность усугубляется тем, что человек, попавший под шаговое напряжение, рефлекторно стремится отойти от опасной зоны широким шагом, чем сам увеличивает приложенное к нему напряжение. Правильные действия в такой ситуации — сомкнуть ступни и мелкими шагами, не отрывая ног от земли, выходить из опасной зоны в направлении, перпендикулярном к линиям равного потенциала, то есть по радиусу от места замыкания.

¶Нормирование

В электроустановках нормируются допустимые значения напряжения прикосновения и шагового напряжения. Для переменного тока промышленной частоты 50 Гц в нормальном режиме работы допустимое шаговое напряжение составляет 50 В, в аварийном режиме при ограниченном времени воздействия допускаются более высокие значения. Нормы установлены правилами устройства электроустановок и правилами по охране труда при эксплуатации электроустановок. Расчёт шагового напряжения ведётся с учётом сопротивления растеканию тока и коэффициента напряжения шага.

¶Защитные меры

Для снижения опасности применяются следующие технические и организационные меры:

• выравнивание потенциалов с помощью контурных заземлителей, располагаемых по периметру электроустановки;
• использование диэлектрических бот (галош) и диэлектрических ковров;
• ограждение опасной зоны и вывешивание предупредительных знаков;
• применение защитного заземления и зануления оборудования;
• дистанционное управление и автоматическое отключение повреждённых участков.

Контурное заземление, при котором заземлители размещают по замкнутому контуру, обеспечивает выравнивание потенциалов внутри защищаемой площадки и резко снижает шаговое напряжение на её территории.

¶Действия при попадании в зону

При обнаружении оборванного и лежащего на земле провода запрещается приближаться к нему на расстояние менее 8 метров (в сырую погоду — менее 10 метров). Опасную зону следует оградить и обозначить. Выходить из зоны растекания тока необходимо мелкими шагами, не отрывая ступни одну от другой и от земли, либо прыжками на одной ноге. Приближаться к пострадавшему, лежащему в опасной зоне, можно только в диэлектрических средствах защиты, а освобождать его от действия тока следует, используя сухие изолирующие предметы.

¶Смежные понятия

Шаговое напряжение тесно связано с понятием напряжения прикосновения — разности потенциалов между двумя точками цепи тока, которых одновременно касается человек. Оба явления обусловлены растеканием тока в грунте и рассматриваются совместно при проектировании заземляющих устройств и оценке электробезопасности. Отдельно выделяют также потенциал на поверхности земли, распределение которого в зоне растекания описывается гиперболической зависимостью.

¶Значение в практике

Учёт шагового напряжения обязателен при проектировании подстанций, линий электропередачи, тяговых сетей электрифицированных железных дорог, а также при ликвидации аварий в сетях. Знание природы явления и правил поведения в опасной зоне входит в обязательную подготовку электротехнического персонала, спасателей и работников коммунальных служб.

Источники: Правила устройства электроустановок; Правила по охране труда при эксплуатации электроустановок; учебные пособия по электробезопасности и технике высоких напряжений.