Универсальный внешний накопитель для всех iOS-устройств, совместим с PC/Mac, Android
Header Banner
8 800 100 5771 | +7 495 540 4266
c 9:00 до 24:00 пн-пт | c 10:00 до 18:00 сб
0 Comments

Содержание

Шаговое напряжение, напряжение шага — что это такое и почему оно опасно.

 

 

 

Тема: что собой представляет шаговое электрическое напряжение, осторожно, опасно.

 

Шаговое напряжение (или ещё его называют напряжением шага) — это опасное напряжение, возникающее между двух точек цепи электрического тока, расстояние между этих двух точек равно длине шага. Шаговое напряжение в первую очередь зависит от удельного электрического сопротивления поверхности и силы тока, что протекает через него. Шаговое напряжение может возникать на местах защитных заземляющих устройств — зануление, заземления и др. Также на местах аварий, где токоведущие части касаются поверхности грунта.

 

Напряжение шага определяется расстоянием, длина которого напрямую зависит от непосредственной формы кривой напряжения, то есть от конкретного типа заземлителя, и меняется от определённого значения максимальной величины до нуля с изменением промежутка от электрического заземлителя. Предположим, что на грунте в точке «О» установлен один заземлитель (металлический электрод) и через него проходит электрический ток замыкания на землю. Около этого защитного заземлителя создается некоторая зона рассеивания электрического тока в почве. То есть, зона поверхности, за пределами которой потенциал, что обусловлен токами защитного заземления на грунт, может быть принят условно за ноль.

 

Основная причина подобного явления лежит в том, что объем грунта, через который течёт электрический ток замыкания на почву, по мере удаления от защитного электрического заземлителя увеличивается, при этом происходит рассеивание тока по грунту. На расстоянии 20 метров и более от защитного заземлителя объем грунта так увеличивается, что действительная плотность электрического тока становится довольно малой, а электрическое напряжение между точками поверхности грунта и точками более удаленными не проявляет себя ощутимо.

 

 

 

 

Если мы с Вами измерим электрическое напряжение между точками, которые располагаются на некотором расстоянии в любом векторном направлении от защитного заземлителя, а после построим наглядный график прямой зависимости этих электрических напряжений от имеющегося расстояния до защитного заземлителя, то в результате появиться потенциальная кривая.

Если поделить линию на промежутки по 0.8 метров, что будет соответствовать расстоянию человеческого шага, то его ноги могут оказаться в непосредственных точках различного электрического потенциала. Чем ближе к защитному заземлителю, тем электрическое напряжение между данными точками на поверхности грунта будет больше.

 

Слишком опасное шаговое напряжение может появиться неподалёку упавшего на поверхность земли и находящегося под небезопасным для жизни электрическим напряжением провода. В таком случае категорически запрещается приближаться к электрическому проводу, который лежит на поверхности земли, на расстояние ближе 8-10 метров. Напряжение шага отсутствует, если человек стоит, либо вне зоны растекания тока, либо на линии равного потенциала.

 

Наиболее опасные значения напряжения шага будут при малом расстоянии от защитного заземлителя, в том случае, когда человек своей одной ногой касается заземлителя, а другой ногой стоит на расстоянии шага от него. Это объясняется тем, что электрические потенциал вокруг защитного заземлителя равномерно распределяется по определённым вогнутым кривым, и значит, максимальный перепад разности потенциалов оказывается в начале этой кривой.

Минимальные значения шагового напряжения будут при бесконечно дальнем удалении от электрического защитного заземлителя, то есть за пределами территории растекания электрического тока, примерно дальше 20 метров от центра электрического заземлителя. На территории, где располагаются электроды группового защитного заземлителя, шаговое напряжение будет немного меньше, по сравнению с применением одиночного заземлителя.

 

В случае попадании под шаговое напряжение появляются судорожные непроизвольные сокращения мышц ног человека (или животного). В данный момент заканчивается воздействие шагового напряжения на человека и появляется другая, более тяжелая ситуация: образуется новый путь протекания электрического тока — от рук к ногам, что порождает смертельную угрозу для жизни. Если Вы вдруг попали в зону действия шагового напряжения, в первую очередь следует выйти из этой зоны маленькими шажками (гусиным шагом).

 

P.S. Хуже всего то, что данное явление нельзя обнаружить сразу, если заранее не знаешь. Просто нужно быть достаточно внимательным, когда проходишь возле высоковольтных линий электропередач. Любой оборванный провод, лежащий на земле, должен сразу же насторожить и повысить ваше внимание. Лучше не испытовать судьбу, и не подходить близко к такому месту. Шаговое напряжение невидимо, но оно способно в считаные секунды забрать вашу жизнь! Будте внимательны и осторожны с электричеством. Это опасно!

 

Что такое шаговое напряжение

Шаговым напряжением (напряжением шага) называется напряжение между двумя точками цепи тока, находящимися одна от другой на расстоянии шага, на которых одновременно стоит человек. Шаговое напряжение зависит от удельного сопротивления грунта и силы протекающего через него тока.

В области защитных устройств от поражения током — заземления, зануления и др. — интерес представляют в первую очередь напряжения между точками на поверхности земли (или иного основания, на котором стоит человек) в зоне растекания тока с заземлителя.

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.

Шаговое напряжение при групповом заземлителе

В пределах площади, на которой размещены электроды группового заземлителя, шаговое напряжение меньше, чем при использовании одиночного заземлителя. Шаговое напряжение также изменяется от некоторого максимального значения до нуля — при удалении от электродов.

Максимальное шаговое напряжение будет, как и при одиночном заземлителе, в начале потенциальной кривой, т.е. когда человек одной ногой стоит непосредственно на электроде (или на участке земли, под которым зарыт электрод), а другой — на расстоянии шага от электрода.

Минимальное шаговое напряжение соответствует случаю, когда человек стоит на «точках» с одинаковыми потенциалами.

Опасность шагового напряжения

При попадании под шаговое напряжение возникают непроизвольные судорожные сокращения мышц ног и как следствие этого падение человека на землю.

В этот момент прекращается действие на человека шагового напряжения и возникает иная, более тяжелая ситуация: вместо нижней петли в теле человека образуется новый, более опасный путь тока, обычно от рук к ногам и создается реальная угроза смертельного поражения током. При попадании в область действия шагового напряжения необходимо выходить из опасной зоны минимальными шажками ("гусиным шагом").

 

 

Особо опасно шаговое напряжение для крупного рогатого скота, т.к. расстояние шага у этих животных очень велико и соответственно велико напряжение, под которое они попадают. Нередки случаи гибели скота от шагового напряжения.

что это такое и меры безопасности

Электрический ток представляет опасность для окружающих прежде всего отсутствием каких-либо внешних признаков, указывающих на возможность потенциального вреда. Особо следует отметить шаговое напряжение, которое в большинстве случаев становится настоящей ловушкой. Его нельзя заранее увидеть или услышать, это явление обнаруживается лишь в последний момент, когда сложно принять действенные меры.

Отчего возникает явление шагового напряжения

Согласно определению электротехники, такое понятие, как шаговое напряжение представляет само по себе опасный потенциал, возникающий неподалеку от любого проводника, находящегося в рабочем состоянии. Непосредственную опасность представляют две точки зоны шагового напряжения, находящиеся в опасной близости, на дистанции примерно 0,8 метра одна от другой. Этот показатель по своей сути ни что иное, как средний размер шага, который делает взрослый человек.

Данный потенциал обладает опасной величиной, которая зависит от сетевого напряжения и расстояния между оборванным проводом и человеком. Поэтому данное значение находится в очень широком диапазоне и составляет от десятков до тысяч вольт, приходящихся на один шаг. В связи с этим, его называют потенциально опасным.

Основной причиной возникновения подобной ситуации являются деревья, довольно часто падающие на ЛЭП под действием неблагоприятных проявлений непогоды. Из-за этого происходит обрыв проводов, которые находятся под высоким напряжением, создавая тем самым небезопасную зону воздействия электрического тока.

Шаговое напряжение, как электротехнический термин, находится в прямой зависимости от различных физических условий. Кроме величины напряжения в ЛЭП, большое значение имеет величина удельного сопротивления земли на данном участке. В тех случаях, когда наблюдаются повышенные показатели влажности, радиус действия зоны поражения значительно возрастает. Это связано с ростом площади сильно увлажненного грунта, по которому электрический ток неравномерно растекается.

При попадании в зону, где возможно получить удар током, любой оборванный провод, находящийся на поверхности земли, следует обходить как можно дальше и не сближаться с ним на дистанцию двадцати метров и менее. Если величина опасного напряжения в точке обрыва будет равна более 1000 вольт, то максимальный радиус опасной зоны поражения составит восемь метров. При значении напряжении менее 1000 вольт радиус шагового напряжения, представляющего реальную опасность, снижается до пяти метров.

Негативные факторы шагового напряжения

Наибольшее значение, до которого в данных условиях доходит шаговое напряжение, наблюдается в непосредственной близости от оборванного проводника. До минимального значения оно доходит к 20 метрам, а затем, когда расстояние увеличивается, постепенно исчезает. Земля сама по себе является хорошим проводником электричества.

После того как человека стала окружать опасная зона шагового напряжения, у него в промежутке между обеими ногами возникает электрический ток, проявляющийся в виде разности потенциалов. Под действием тока начинается самопроизвольное сокращение ножных мышц. В результате судорожных сокращений пострадавший не может удержаться и совершает непроизвольное падение на землю.

После того как человек упал и оказался в горизонтальном положении, шаговое напряжение останавливает свое воздействие, но ситуация не становится менее опасной. Электрический ток изменяет свое направление внутри человеческого тела и начинает двигаться в направлении руки-ноги, что нередко приводит к поражению, вызывающему летальный исход.

В подобных ситуациях особенно сильно достается крупному рогатому скоту из-за большого размера шага, на который влияет расстояние, измеряемое между каждой ногой. Естественно, что и напряжение на этих участках также будет очень высоким. Поэтому животные часто погибают от поражения током.

Опасная ситуация нередко усугубляется в зависимости от поведения, которое часто бывает неправильным. Человек старается как можно быстрее выйти из опасной зоны и пытается делать максимально широкие шаги. Это приводит к еще большему увеличению разности потенциалов. Поэтому не следует поддаваться панике, а сосредоточиться на выполнении мероприятий по безопасному выходу с угрожающего участка.

Как выйти из опасной зоны

Правила электробезопасности необходимо соблюдать не только в опасной зоне, но и там, где уже не действует радиус поражения. Это связано с самой природой электрического тока, не имеющего запахов, цветовой гаммы и прочих аналогичных внешних признаков.

Потенциальная опасность устанавливается исключительно специальными приборами, а иногда – определяется внешним осмотром, то есть путем визуального наблюдения. В последнем случае становятся хорошо видны оторванные проводники линии электропередачи, находящиеся непосредственно на земле. Одно это безусловно указывает на потенциальную опасность и предполагаемый радиус действия тока. К таким участкам вообще не рекомендуется близко подходить в связи с реальной опасностью, угрожающей здоровью и самой жизни людей.

Место падения оторвавшегося проводника необходимо покинуть максимально быстро, соблюдая при этом определенные правила безопасности. Когда потенциальная угроза стала реальностью, рекомендуется с максимально возможной скоростью соединить обе ноги между собой. За счет этого в точках соприкосновения конечностей с грунтом наступает заметное снижение отрицательного влияния электрического тока. После этого принимаются все меры по безопасному выходу с площади, представляющей реальную угрозу. Бежать нельзя ни при каких обстоятельствах, поскольку существует возможность вновь попасть под действие напряжения. Эти меры определяются Правилами устройства электроустановок.

Наиболее безопасным считается движение так называемой гусиной походкой. Данный способ передвижения предполагает неторопливое совершение движений мелкими скользящими шагами, поэтому он так и называется. Нужно следить, чтобы ноги постоянно касались земли и не отрывались от нее.

Во время движения рекомендуется наступать исключительно на сухие предметы, обладающие хорошими диэлектрическими свойствами. И, наоборот, не следует передвигаться по конструкциям из железобетона, кирпичам и другие аналогичным материалам, избегать влажных участков грунта. Это основные правила перемещения в зоне шагового напряжения, требующие неукоснительного выполнения.

Существует еще один вариант, как безопасно и безболезненно покинуть зону возможного поражения. В подобных ситуациях необходимо передвигаться, совершая прыгающие движения с помощью одной ноги. Однако данный способ несет в себе потенциальную угрозу в связи с возможным случайным падением. Ток изменит свой путь в теле человека и станет более опасным, вплоть до летального исхода. Поэтому пользоваться методом прыжков для переноса нужно очень осторожно, преимущественно на ровной местности, без каких-либо препятствий.

Меры безопасности

Если же, несмотря на все усилия, все-таки не удалось избежать удара электрическим током, пострадавшему нужно в кратчайшие сроки оказать первую медицинскую помощь:

  • В первую очередь всеми возможными способами останавливается негативное влияние тока.
  • Одновременно производится вызов скорой помощи.
  • При необходимости выполняется процедура искусственного дыхания и массаж сердца.
  • Электрический ожог закрывается стерильной повязкой.
  • Пострадавшему нужно обеспечить полный покой и в любом случае – определение в лечебное медицинское учреждение, независимо от состояния здоровья на данный момент.

Категорически запрещается закапывать пострадавшего в землю, поскольку вес грунта затрудняет дыхание и нарушает работу сердечной мышцы. Нельзя производить обливание водой, по возможности избегайте переохлаждения организма. Ожоговая поверхность должна содержаться в чистоте, в противном случае может получить развитие гангрена или столбняк.

Существуют общие правила безопасности и меры защиты, позволяющие избежать неприятных последствий. Чаще всего, от поражения шаговым напряжением страдают рабочие и персонал обслуживающие электрические сети. Поэтому передвигаться в зоне возможного поражения следует только в специальных диэлектрических ботах, а с собой иметь защитные перчатки. В соответствии с требованиями ПУЭ, рукоятки всех рабочих инструментов оборудуются изоляцией, точно так же изолируются другие устройства.

Нередко рабочие получают травмы в процессе эксплуатации устройств при отсутствии наряда-допуска, в котором точно указывается, что, где и когда отключено, и оборудовано защитным заземлением, сколько метров до опасного участка. Любой человек, предупрежденный о наличии напряжения, никогда не полезет к неизолированному проводнику, находящемуся на поверхности земли и сможет избежать поражения.

Риск травматизма от шагового напряжения очень сильно возрастает, если в крови присутствует алкоголь, а на ногах имеются открытые повреждения и раны. Поскольку кожный покров выполняет функции своеобразного изолятора, то любое нарушение ведет к снижению защиты. Негативное влияние оказывает и повышенный температурный баланс окружающей среды. Чем выше температура, тем опаснее присутствие человека на участке возможного поражения.

Пошаговое напряжение это - Стройпортал Biokamin-Doma.ru

Что такое шаговое напряжение

Шаговым напряжением (напряжением шага) называется напряжение между двумя точками цепи тока, находящимися одна от другой на расстоянии шага, на которых одновременно стоит человек. Шаговое напряжение зависит от удельного сопротивления грунта и силы протекающего через него тока.

Шаговое напряжение — это напряжение между двумя точками на земле на расстоянии шага, возникающее вокруг точки замыкания на землю токоведущей линии. Наибольшая величина этого напряжения наблюдается на расстоянии 80 — 100 см от точки касания провода с землей, затем оно бистро понижается и на расстоянии 20 м практически становится равным нулю.

В области защитных устройств от поражения током — заземления, зануления и др. — интерес представляют в первую очередь напряжения между точками на поверхности земли (или иного основания, на котором стоит человек) в зоне растекания тока с заземлителя.

Очень часто путают напряжения прикосновения и напряжение шага. Напряжение прикосновения — это разность потенциалов двух точек электрической цели, которых одновременно касается человек, а напряжение шага есть напряжение между двумя точками поверхности земли в зоне растекания тока, отстоящими друг от друга на расстоянии одною шага.

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 (U a б > U бв; U бв > U вг)

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

U ш = U в — U г = U з B

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. Напряжение шага будет отсутствовать, когда человек стоит в зоне малых (близких к кулевому) потенциалов, на линии равного потенциала или на одной ноге (поэтому выходить из зоны растекания тока рекомендуется, перемещаясь прыжками на одной ноге и располагая ступню вдоль линии равного потенциала).

Шаговое напряжение при групповом заземлителе

В пределах площади, на которой размещены электроды группового заземлителя, шаговое напряжение меньше, чем при использовании одиночного заземлителя. Шаговое напряжение также изменяется от некоторого максимального значения до нуля — при удалении от электродов.

Максимальное шаговое напряжение будет, как и при одиночном заземлителе, в начале потенциальной кривой, т.е. когда человек одной ногой стоит непосредственно на электроде (или на участке земли, под которым зарыт электрод), а другой — на расстоянии шага от электрода.

Минимальное шаговое напряжение соответствует случаю, когда человек стоит на «точках» с одинаковыми потенциалами.

Опасность шагового напряжения

При обнаружении замыкания на землю до отключения поврежденного участка запрещается приближаться к месту повреждения на расстояние менее 4 — 5 м в закрытых распределительных устройствах и 8 — 10 м на открытых подстанциях. В случае необходимости (например, в целях ликвидации аварии, оказания подойди пострадавшему) можно приблизится к месту повреждения на меньшее расстояние, но при этом необходимо использовать защитные средства: боты, галоши, коврики, деревянные лестницы их т. п.

При попадании под шаговое напряжение возникают непроизвольные судорожные сокращения мышц ног и как следствие этого падение человека на землю. В этот момент прекращается действие на человека шагового напряжения и возникает иная, более тяжелая ситуация: вместо нижней петли в теле человека образуется новый, более опасный путь тока, обычно от рук к ногам и создается реальная угроза смертельного поражения током. При попадании в область действия шагового напряжения необходимо выходить из опасной зоны минимальными шажками («гусиным шагом»).

Особо опасно шаговое напряжение для крупного рогатого скота, т.к. расстояние шага у этих животных очень велико и соответственно велико напряжение, под которое они попадают. Нередки случаи гибели скота от шагового напряжения.

Шаговое напряжение

Шаговое напряжение — напряжение, обусловленное электрическим током, протекающим в земле или токопроводящем полу, и равное разности потенциалов между двумя точками поверхности земли (пола), находящимися на расстоянии одного шага человека. Шаговое напряжение зависит от длины шага, удельного сопротивления грунта и силы протекающего через него тока. Опасное шаговое напряжение может возникнуть, например, около упавшего на землю провода под напряжением или вблизи заземлителей электроустановок при аварийном коротком замыкании на землю (допустимые значения сопротивления заземлителей и удельное сопротивление грунта нормируются для того, чтобы избежать подобной ситуации). [1]

При попадании под шаговое напряжение возникают непроизвольные судорожные сокращения мышц ног и, как следствие, падение человека на землю. Ток начинает проходить между новыми точками опоры — например, от рук к ногам, что чревато смертельным поражением. При подозрении на шаговое напряжение надо покинуть опасную зону минимальными шажками («гусиным шагом») или прыжками.

Особо опасно шаговое напряжение для крупного рогатого скота, так как расстояние между передними и задними ногами у этих животных очень велико и, соответственно, велико напряжение, под которое они попадают. Нередки случаи гибели скота от шагового напряжения.

Расчёт

Шаговое напряжение зависит от сопротивления разных слоёв почвы [2] — тем не менее, поддаётся прикидочным расчётам [3] . Для примера рассмотрим однофазное замыкание на землю в одной точке. Сначала надо вычислить ток однофазного замыкания.

,

где Isc — ток короткого замыкания, Uphase — напряжение фазы, R — сопротивление рабочего заземления нейтрали (единицы ом), Rcont — сопротивление растеканию тока в месте контакта (обычно оценивают в 12 Ом). После этого можно вычислить шаговое напряжение:

,

где ρ — удельное сопротивление земли (сотни ом-метров), x — расстояние от проводника, a — длина шага.

При определённых условиях (вспотевший человек, промокшая обувь) сопротивление между ногами может быть меньше 1 кОм — так что даже низкие (несколько десятков вольт) напряжения не всегда безопасны! На производстве имелось немало несчастных случаев от удара напряжением в 36 и менее вольт [4] .

Лошадиная авария

В 1928 году в Ленинграде произошла авария, вошедшая в учебники под названием «лошадиной» [5] .

Посреди площади, вымощенной деревянными шестиугольниками, стоял чугунный колодец с разъединителем на 2000 вольт. Однажды в колодце растрескался изолятор, и разъединитель повис на проводе в нескольких сантиметрах от стенки. Прошёл дождь, и мостовая стала проводящей и податливой. Когда рядом с колодцем проехала гружёная телега, мостовая прогнулась — и провод замкнуло на колодец.

Людей, чья длина шага не превышала метра, просто било током. А лошадь, с её двухметровым корпусом и железными подковами, убило насмерть. Мостовая была под напряжением в течение двух секунд, после чего на подстанции сработал «автомат».

Неожиданная гибель лошади вызвала интерес людей, прибыл конный патруль. Телегу оттащили, и короткое замыкание прекратилось. В это время дежурный по подстанции проверил сопротивление изоляции и, посчитав отключение ложным, подал ток. Разъединитель с колодцем образовали электрическую дугу, и на мостовой снова возникло шаговое напряжение, погибли две милицейские лошади.

Понятие шагового напряжения и пути его преодоления

Определение опасности

Что такое шаговое напряжение — это напряжение, которое может возникнуть вблизи от упавшего рабочего провода или кабеля, растекаясь по поверхности земли и создавая опасный потенциал между двумя точками, на расстоянии одного шага человека (обычный шаг взрослого мужчины около 80 см). В зависимости от напряжения и расстояния до точки контакта провода и нахождении человека эта величина может достигать от десяти до нескольких тысяч вольт на один шаг.

Часто, после бури упавшие деревья ложатся на воздушные линии, обрывая провода или ломая опоры кидают ВЛ на землю, создавая таким образом причину данного явления, и опасность возникновения потенциала в зоне возможного поражения. Во время таких аварий отключение на подстанции происходит в несколько этапов. Сначала автоматически подается повторно напряжение, проверяя устранилась ли причина. Это нужно в том случае, если возможно причина самоустранилась, освободив линию из своих ветвей или лап в случае мелких животных или птиц, которые по неосторожности перекрыли воздушный изолятор. Нет гарантии что автоматика отработает четко, определив обрыв или провисание провода с качающейся веткой и обесточив линию.

Пересекая линии электропередач убедитесь в отсутствии на вашем пути свисающих проводов и лежащих на деревьях кабелей. По стволу также расходится ток, создавая потенциал вокруг него.

Пример опасной ситуации вы можете просмотреть на видео:

Безопасный выход из зоны поражения

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.к. 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). Ни в коем случае не пробуйте выпрыгнуть из зоны поражения на одной ноге. Такой способ выхода конечно действенный, но если вы упадете на руки либо локти, возникнет шаговое напряжение более высокой величины, что может сразу же привести к летальному исходу.

Эффективными средствами защиты при такой опасности считаются галоши и перчатки из диэлектрической резины. Если вдруг под рукой у вас оказались такие средства, обязательно нужно передвигаться в них.

С условиями безопасного выхода из зоны растекания электрического тока вы можете также ознакомиться, просмотрев видеоуроки:

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.

Вот и все, что хотелось рассказать вам о том, что такое шаговое напряжение, какая причина его возникновения и что самое главное — как определить опасность и покинуть эту зону. Берегите себя и напоминаем еще раз — обходите стороной оборванные провода, минимум за 8 метров, т.к. на таком расстоянии опасный потенциал снижается до нуля.

Что такое шаговое напряжение и как покинуть опасную зону

Опасность электрического тока с большим напряжением появляется не только, если коснуться провода без изоляции. Провод линии электропередач, оборвавшийся во время бури и грозы, представляет не меньшую опасность. В определенном радиусе от провода, находящегося под напряжением возникает сильное электрическое поле, опасное для человека. Коварство явления заключается в том, что его нельзя предварительно увидеть или почувствовать, оно не излучает звуков или запаха. Однако, оторвавшись, кабель представляет серьезную опасность поражения шаговым напряжением.

Что такое шаговое напряжение

При замыкании на землю кабель излучает электричество. При этом ток никуда не исчезает, а на поверхности грунта в определенном радиусе создается участок растекания. Шаговое напряжение – это явление, возникающее между точками зоны активности вблизи электрического провода с большой силой тока. Условия возникновения шагового напряжения – касание высоковольтного кабеля к земле или другой поверхности. Причины возникновения следующие:

  • обрыв кабеля ЛЭП или локального провода;
  • авария на подстанции;
  • попадания молнии в опору ЛЭП;
  • короткое замыкание высоковольтных проводов.

В случае обрыва на электрической подстанции включается система поэтапного автоматического отключения. Сначала происходит обесточивание линии, однако через некоторое время ток на поврежденный кабель подается повторно. В некоторых случаях причина замыкания устраняется автоматически: воздушный изолятор может быть перекрыт ветками или птицами. Поэтому даже обесточенный кабель является потенциальной опасностью шагового напряжения.

Максимальный радиус поражения

Радиус шагового напряжения напрямую зависит от напряжения, поданного на оборванный провод. Потенциальную опасность для человека представляет электричество напряжением более 360 Вольт. При минимальном значении особую опасность представляет зона шагового напряжения ближе 3 метров к источнику электричества. При росте величины до 1000 Вольт опасной считается область до 5 метров.

При обрыве ЛЭП или аварии на подстанции источник тока значительно превышает 1000 Вольт. В этом случае радиус поражения достигает 8 метров. При больших токах опасная зона значительно превышает эту величину, но ток на расстоянии 12-15 метров от источника не представляет смертельную опасность. Значение безопасного электричества для шагового напряжения – 40 Вольт. На расстоянии от 8 до 20 метров от источника шаговое напряжение редко превышает эту величину.

Наибольшая поражающая сила получается когда человек одной ногой станет на провод, а второй – в шаге (80 см) от него. При этом расстояние между ступнями играет не меньшую роль, чем удаление от источника. Именно на этом расстоянии возникает разность потенциалов между двумя точками, обуславливающая поражение током человека.

Уровень опасности значительно повышается во влажную погоду. Так, мокрый асфальт или грунт является лучшим проводником, чем сухая земля. Он обладает большим сопротивлением. Поэтому во время дождя или в болотистой местности следует быть максимально внимательным.

Правила перемещения в зоне шагового напряжения

Лучший способ не стать жертвой шагового напряжения – избегать опасности поражения. Для этого требуется быть предельно внимательным, особенно во влажную погоду и при ограниченной видимости. При пересечении линий электропередач в ветреную погоду требуется убедиться в отсутствии оторвавшихся проводов. Кроме кабелей, упавших на землю, опасность представляют источники, обмотанные вокруг столбов или деревьев. При обнаружение следует обойти провод за 10-15 метров. В случае, если кабель упал непосредственно возле человека, необходимо сохранять спокойствие и следовать следующему алгоритму:

  1. Встать прямо на 2 ноги, максимально сведя пятки;
  2. Определить ближайший путь от потенциального источника напряжения, минуя препятствия;
  3. Аккуратно совершить поворот в нужное направление;
  4. Передвигаться от источника максимально мелкими шагами;
  5. После выхода из опасной зоны незамедлительно обратиться в МЧС для устранения опасности.

Наиболее эффективно при выходе из опасной зоны является передвижение гусиными шагами. Это значит, что передняя пятка практически касается носка задней ноги, нога при шаге переставляется на длину ступни. Таким образом сохраняется минимальное расстояние между ступнями, которого не хватает для возникновения опасного напряжения.

Такой способ движения отнимает много сил, однако является наиболее безопасным. Движение необходимо производить максимально быстро, но без спешки и паники (по статистике во время любых ЧП именно паника является причиной 80% несчастных случаев). Бежать или пытаться выпрыгивать из опасной зоны категорически запрещается.

При выходе можно постепенно увеличивать интервал шага на несколько сантиметров, однако делать это рекомендуется при удалении на 5-7 метров от источника опасности. Признаками шагового напряжения является покалывание в конечностях, при большем значение напряжения – спазмы, резкая боль. В исключительных случаях возможен паралич ног. Спазм конечностей особо опасен, так как вызывает непроизвольное сокращение мышц и может привести к падению (после чего покинуть опасную область самостоятельно практически невозможно).

Еще одним действенным, но запрещенным по технике безопасности способом безопасного выхода зоны являются прыжки на одной ноге. Соприкосновение с землей только одной конечностью в этом случае полностью безопасно, но при падении на вторую ногу или руку существует риск опасного для жизни поражения.

Как вытащить человека из зоны шагового напряжения

При попадании в опасный радиус от источника рекомендуется выбираться самостоятельно. Однако, если человек не может самостоятельно покинуть её, его необходимо вытаскивать. Делать это нужно так же, как и при выходе из зоны: мелкими шагами. При этом требуется обмотать руки сухой одеждой, в лучшем случае – изоляционными материалами, после чего медленно, мелкими шагами вытянуть человека.

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.

После выхода из опасной зоны

Первым делом необходимо оценить свое состояние (или состояние спасенного, оказав пострадавшему первую помощь). Обычно после выхода человек чувствует себя нормально, но в некоторых случаях наблюдаются проблемы со здоровьем. Необходимо сосредоточиться и оценить свое состояние, обратить внимание на сердце и легкие. По статистике ВОЗ у 20% людей после самостоятельного выхода из зоны шагового электричества наблюдаются проблемы с этими органами. После этого необходимо обратиться в МЧС для устранения опасности, а при подозрении на плохое состояние здоровья – вызвать «скорую». Не лишним будет и прохождение медицинского обследования в течение нескольких дней.

Все о шаговом напряжении

Здравствуйте, уважаемые читатели!

Сегодня мы поговорим о напряжении шага.

Обсудим причины его возникновения, риски, связанные с попаданием под воздействие шагового напряжения, расскажу как избежать поражения током и не только.

Эту информацию необходимо знать каждому!

  • Что такое шаговое напряжение
  • Причины возникновения шагового напряжения
  • В чем заключается опасность
  • Зона шагового напряжения
  • Правила перемещения в зоне опасности
  • Расчет шагового напряжения
  • Выход из зоны шагового напряжения
  • Первая помощь при поражении током
  • Средства защиты

Что такое шаговое напряжение

Как часто вы видите ток, протекающий по проводам? Всем известно, что ток невидим. Увидеть его, значит столкнуться с аварийной ситуацией лицом к лицу.

Если оголенный провод падает на землю, такой реакции не происходит, но вокруг места касания этого провода будет напряжение. На расстоянии шага оно представляет большую опасность.

В этой и подобных ситуациях: разницу потенциалов между двумя точками электрической цепи тока, находящимися на расстоянии шага одна от другой, на которых одновременно стоит человек, называют шаговым напряжением или напряжением шага.

Чтобы разобраться откуда возникает данное напряжение рассмотрим причины.

Причины возникновения шагового напряжения

По принципу проводимости электрического тока все материалы делятся на проводники и диэлектрики. Так, например, земля являет проводником, особенно в сырую погоду. Если при обрыве провода линии электропередачи, он касается земли, то там образуется опасная зона, в которой и возникает напряжение шага.

Подобная ситуация происходит, когда молния попадает в молниеотвод, который соединён с электроустановкой. В этом случае образуется контакт между токопроводящими элементами установки и землей, на которой образуется зона под напряжением.

Причиной для образования зоны опасного напряжения шага может послужить:

  • Авария на электрической подстанции;
  • Короткое замыкание воздушных линий на улице или кабельных — в помещении.

Все вышеперечисленные случаи представляют опасность для людей и животных.

В чем заключается опасность

Представьте ситуацию: на земле лежит оборванный провод и как может показаться на первый взгляд не представляет никаких признаков угрозы, а ведь он может быть под напряжением.

Напомню, земля — хороший проводник электричества. Когда человек оказывается в непосредственной близости с проводом, он незаметно попадает под действие шагового напряжения. Опасность заключается в том, что между ног образуется разность потенциалов.

Попадая под воздействие электрического тока, человек пытается сделать шире шаг, а в этот момент разница потенциалов становится выше. В итоге непроизвольные судорожные сокращения мышц приводят к падению человека на землю.

При падении происходит увеличение расстояния между точками касания земли, что в свою очередь представляет повышенною опасность.

Когда мы говорим про оборванный провод, касающийся земли своим оголенным концом, то и не задумываемся какую опасность он может представлять. Чем выше напряжение поврежденной линии, тем более опасна зона действия этого напряжения.

Целые воздушные линии или кабельные системы не представляют опасности, но при аварийной ситуации природного или технического характера они представляют большую угрозу.

Например попадание молнии в молниеотвод, опору электропередач или просто в дерево, вызывает растекание электрического тока через проводники на землю. В этом месте и образуется опасная зона шагового напряжения.

Правило выживания гласит:

Во время грозы и молнии нужно подальше находиться от высоких деревьев, зданий и строений.

В сырую погоду вообще старайтесь не приближаться к открытым (неизолированным) электроприборам и технике. Помните, если одной ногой стоять на заземлителе, а второй на расстоянии шага от него, то к добру это не приведет. И учитывайте, что среднестатистическая длина шага мужчины, равна 0,81 м.

Тело человека включается в электрическую цепь, как нагрузка, и происходит вредное воздействие электрического тока на организм. Но если обувь человека сделана из не проводящих ток материалов, например в резиновых сапогах – вероятность получения травмы меньше.

Риском в данной ситуации может стать наличие алкоголя в крови и наличие открытых ран на ногах. Потому что данный факт влияет на проводимость человека. А так как кожа является защитным диэлектриком, то нарушение кожного покрова снимает вашу защиту.

Помимо проводимости, риском может стать температура окружающей среды. Ведь чем она выше, тем более опасно находиться в зоне риска.

Во всех ранее перечисленных случаях представлена опасность шагового напряжения для жизни человека, животных и особенно детей. Поэтому ограничьте игру ваших детей вблизи электроустановок.

Зона опасности шагового напряжения

Зона растекания тока может быть в радиусе порядка 10 и более метров от места касания земли оборванного провода. Радиус зоны опасности, которая находится под напряжением, зависит от нескольких факторов.

Во-первых: расстояние от источника опасности. Чем удаленнее, тем опасность меньше.

Во-вторых: напряжение линии оборванного провода: 0,4; 1; 3; 6; 10; 35; 110; 220 кВ.

Если влажность земли, по которой будет протекать ток, будет выше нормы, то нужно принять во внимание, что в перечисленных выше случаях радиус действия увеличивается. Исходя из всех вышеперечисленных условий, особо опасной является зона, расположенная в радиусе 8-10 метров от источника.

Правила перемещения в зоне шагового напряжения

В радиусе действия напряжения необходимо передвигаться соблюдая технику безопасности.

Передвигаться нужно не отрывая ног от земли с шагом не более длины стопы. Ни в коем случае не касайтесь руками оголенных проводов и кабелей, пока не убедитесь, что напряжение снято!

Запрещается!

Бежать или двигаться по спирали в радиусе действия шагового напряжения.

Согласно правилам, передвижение ремонтного персонала в радиусе поражения током должно выполняться после проведения расчета предельного шагового напряжения и его радиуса.

Расчет шагового напряжения

Рассчитывают величину напряжения по формуле:

Из формулы видно, что напряжение шага напрямую зависит от тока короткого замыкания, удельного сопротивления грунта и обратно пропорционально разнице потенциалов между двух точек грунта, умноженной на 2π.

Под двумя точками подразумевают разность соотношений между длиной до места аварии и суммой расстояний от места повреждения до субъекта и расчетную длину шага. При расчетах, шаг человека или животного принимают значение равное 0,7-1 метр.

Так как шаговое напряжение протекает сквозь землю, а она в свою очередь состоит из разных слоев грунта, то для проведения точных расчетов необходимо умножить сопротивление грунта на соответствующий коэффициент.

Пример расчета.

При токе замыкания на землю в 400 Ампер, сопротивлении грунта 150 Ом*м (суглинок), расстоянии от человека до места касания проводом земли в 15 метров и расстоянии шага 0,50 м мы получаем напряжение 20,5 Вольт.

Ток замыкания будет зависеть от напряжения сети и соответственно, чем он выше, тем больше напряжение шага. Отсюда и вытекает рекомендация по сокращению расстояния при ходьбе в опасной зоне. Но чем ближе к источнику опасности, тем напряжение больше в несколько раз.

На расстоянии от источника 10 метров напряжение шага, при тех же параметрах, будет уже 45 Вольт, что в свою очередь является небезопасным для человека.

Выход из зоны шагового напряжения

Когда вы поздно заметили оголенный провод, касающийся земли, то есть оказались в зоне действия, то передвигаться нужно «гусиным шагом», направляясь прямо от места касания провода в противоположную сторону.

Прыгать или передвигаться на одной ноге, как советуют некоторые люди — опасно!

Так как при падении все ваше тело окажется под действием того напряжения, от которого вы хотели уйти. В таком случае поражение будет нанесено всему организму. Будьте внимательны!

Первая помощь при поражении током

Постоянно думай о собственной безопасности!

  1. Начать оказание первой помощи необходимо немедленно. Первым делом нужно обязательно освободить пострадавшего от действия электрического тока.
  2. Затем сразу же вызвать скорую помощь!
  3. При отсутствии дыхания и сердцебиения приступить к искусственному дыханию и массажу сердца.
  4. По возможности наложить стерильную повязку на место электрического ожога.
  5. Обеспечить покой пострадавшему.

Пострадавшего независимо от его самочувствия следует направить в лечебное учреждение.

Что нельзя делать с пострадавшим и почему:

  • Закапывать в землю (будет затруднено дыхание, что повлияет на работу сердца)
  • Обливать водой (происходит охлаждение организма)
  • Загрязнять поверхность ожога (начинает развиваться столбняк или гангрена)

Средства защиты

По регламенту «Охраны труда» рабочие должны соблюдать меры защиты и передвигаться по зоне в диэлектрических ботах, иметь при себе диэлектрические перчатки, изолирующие штанги, измерители напряжения, монтажные инструменты с изолирующими рукоятками.

Что касается работников электрических профессий самым основным риском является работа без наряда допуска. Когда вы знаете, что должно быть отключено и где заземлено, вы можете работать безопасно.

Помимо наряд-допуска существует оценка риска, которая поможет вам сориентироваться на объекте и избежать опасности. Оценка риска — это документ, в котором указан предполагаемый ущерб здоровью и жизни работника, связанный с производством работ на объекте.

В завершении жизненная мудрость. Будьте осторожны и соблюдайте технику безопасности, это поможет вам спасти вашу жизнь. Всегда смотрите не только по сторонам, но и под ноги, тем более, если находитесь в знакомой вам местности, порой за ночь может все измениться.

Опасность шагового напряжения

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. к. 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.

Исходя из графика может быть рассчитана зона шагового напряжения и непосредственно его размер:

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

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

Благодаря этому расчету можно определить не только пошаговое напряжение, но и шаг сетки, что поможет минимизировать вероятность летального исхода. Считается, что воздействие будет минимальным, если сокращать шаги, но это зависит от частоты полос напряжения. Например, есть схема кривой, которая поможет рассчитать размер шага при аварии.

Фото — Кривая расчета ширины шага

Для того чтобы получить такой график на местности, необходимо измерить вольтаж на разных расстояниях от провода, а после свести данные в одну схему. Обратите внимание на отрезок ОН, на чертеже указано, что его можно разбить на несколько участков, которые по размеру будут соответствовать среднему шагу человека. В таком случае, Вы сможете вывести рабочего из зоны опасности. Если просчитать места образования опасных линий, то при шагах ступни будут находиться в участках разности потенциалов. Также график наглядно демонстрирует, что чем ближе объект (см. человек), находится к эпицентру аварии (оборванному проводу), тем меньшими становятся отрезки и выше напряжение.

Учитывая это, формула будет иметь такой вид:

Uш = Uв — Uг = Uз*B

В данном случае, коэффициент напряжения между человеческими ступнями, также именуемый как коэффициент напряжения шага равняется 1 (по умолчанию). Этот показатель зависит от расстояния до аварии. Например, чем ближе источник напряжения – тем выше коэффициент между ступнями.

На графике 2 демонстрируется, как именно изменяются данные при движении тела в зоне опасности. Особенно высоко влияние тока в грозу или на мокром асфальте. В подобных случаях без специальной экипировки запрещается приближаться к эпицентру ближе, чем на десять метров.

При этом нужно учитывать сторонние факторы, влияющие на проводимость человеческого тела и сопротивление между ступнями. Так, если рабочий в момент падения провода будет в мокрой одежде, обуви или просто вспотеет, то для смертельного удара будет достаточно даже нескольких десятков Вольт, в отличие от значащихся в технике безопасности 220.

Со временем может произойти самостоятельное выравнивание электрического тока, если будет отключен источник. В такой случае, вся энергия просто уйдет в землю, не требуя дополнительных процессов.

Видео: расчет шагового напряжения

Действия при аварийной ситуации

Пройдя понятие о шаговом напряжении, становится понятно, что для осуществления каких-либо спасательных операций, понадобятся специальные меры защиты. Это костюм, выполненный из неприводимого материала и определенные знания оказания первой помощи.

Поражение начинается с нижних частей ног, в зависимости от напряжения, ощущения могут быть разными:

Правила выхода из опасной ситуации гласят, что если помощи нет, то нужно стараться выбраться из зоны действия тока. Электробезопасность рекомендует уменьшать размер шагов, например, двигаться прыжками на одной ноге, размером менее 40 см. Способы зависят от конкретной ситуации.

Фото — памятка БЖД по спасению человека в зоне шагового напряжения

Когда вошли в безопасный участок, сразу нужно определить возможные симптомы поражения шаговым напряжением:

  1. Дрожь и онемение конечностей;
  2. Бессвязность речи;
  3. Головокружения, потеря сознания, тошнота;
  4. Боль в мышцах;
  5. Любые виды нарушения дыхания, начиная от першения в горле и заканчивая спазмами;
  6. Фибрилляция.

В сводах БЖД сказано, что в 80 % случаев самостоятельный выход из зоны, где действует шаговое напряжение, практически не имеет последствий. Но у 20 % освобождение из ловушки может оставить след на всю жизнь в виде проблем с сердцем или легкими.

Шаговое напряжение: воздействие и опасность

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.

Что такое шаговое напряжение?

Давайте попробуем разобраться, что такое шаговое напряжение, где оно находится и как возникает. Это напряжение, возникшее на участке земли, вследствие обрыва провода электропередачи, находящегося под напряжением, и падении его на землю. Участок земли, на котором лежит этот провод, находится под напряжением, а земля является проводником. И попадание в эту зону человека или животного опасно для жизни. Радиус опасной зоны, может быть до 20 м и более.

Схема, объясняющая напряжения шага.

Это зависит от многих факторов: напряжения линии электропередачи, удельного сопротивления грунта, его влажности и т. д.

Такая зона опасна еще и тем, что она не имеет ни каких предвещающих признаков, кроме визуального, т. е. увидеть  лежащий провод на земле.

Любая точка на поверхности земли, находящаяся в точке растекания получает определенный потенциал. Попадание под действие электрического тока происходит в момент, когда ноги человека касаются 2-х точек земли, имеющих разные электрические потенциалы. И чем шире шаг, тем больше разница потенциалов, тем опаснее.

Можно сказать, шаговое напряжение – это разница потенциалов между 2-мя точками соприкосновения с землей, имеющими разные электрические потенциалы. Тело человека включается в электрическую цепь, как нагрузка, и  происходит вредное воздействие электрического тока на человека. При попадании под шаговое напряжение возникают непроизвольные судорожные сокращения мышц ног и, как следствие, падение человека на землю.

В этот момент прекращается действие на человека шагового напряжения и возникает иная, более тяжелая ситуация: вместо нижней петли в теле человека образуется новый, более опасный путь тока, обычно от рук к ногам и создается реальная угроза смертельного поражения током. При попадании в область действия шагового напряжения необходимо выходить из опасной зоны минимальными шажками или прыжками на одной ноге. При выходе из опасной зоны, нельзя отрывать ноги от земли, движения должны быть минимально (по расстоянию) скользящими.

При ударах молнии в дерево, молниеотвод, опору электропередач электрический ток растекается по земле на десятки метров, в этот момент в таких местах возникает шаговое напряжение. Значит, напрашивается вывод: во время грозы и молнии нужно подальше находиться от высоких деревьев, зданий и строений.

Шаговое напряжение и как от него уберечься

Порой простая прогулка по заброшенной стройке или пустырю невдалеке от высоковольтных ЛЭП может стать неожиданно опасной, если на земле окажется провод. По мере приближения к нему возрастает угроза поражения электрическим током из-за явления шагового напряжения. Сегодня мы объясним, что это такое, в чём состоит его ключевая опасность и как человеку необходимо действовать, если он уже оказался в радиусе поражения.

Особенно неприятен тот факт, что мы не способны заранее распознать потенциальную угрозу, поскольку не имеем рецепторов электромагнитного поля. В основном, осознание, что человек находится в опасной зоне, приходит только в тот момент, когда в теле начинаются неприятные ощущения, а на земле обнаруживается оголённый кабель или провод. Ошибкой также будет полагать, что в подобной ситуации проводник будет разбрызгивать искры и громко трещать – примерно в половине случаев утечка тока на землю происходит без видимых проявлений, а тихие периодические потрескивания можно расслышать только с критически близкого расстояния.

 

 

 

Сущность шагового напряжения

Объяснять всю опасность шагового напряжения следует прежде всего детям. Они много находятся на улице и часто попадают в места, куда взрослый человек никогда бы не пошёл. Необходимо научить их, что у электричества нет ни цвета, ни запаха, и даже самый высокий вольтаж может никак себя не проявлять. Как ребёнок, так и взрослый, должны понимать, что для попадания под шаговое напряжение касаться оборванного провода или устройства с неисправной изоляцией руками необязательно. Контакта через единственную опору, землю, может оказаться вполне достаточно.

Наиболее типичным источником рассматриваемой опасности является оголённый провод высоковольтной линии электропередач, упавший на землю. Сам термин «шаговое напряжение» довольно лаконично описывает суть явления: между двумя точками пространства образуется некая разность потенциалов, а сами эти точки являются местами прикосновения человеческих ног к земле при ходьбе. Напряжение шага очень сильно зависит от грунта, на котором развиваются события, его влажности, силы тока в цепи, дистанции до места падения кабеля и размаха самого шага. Считается, что широкий шаг в 80 см способен создать смертельно опасную разность потенциалов, а в зависимости от расстояния до провода на каждый, даже самый короткий шаг, может прийтись от пары десятков до пары тысяч вольт.

Если потенциально опасная ситуация с шаговым напряжением складывается на производстве, от трагических последствий людей должна уберечь защитная автоматика, однако на открытом пространстве ни на какие предохранители рассчитывать не стоит. Хотя говорить об абсолютных величинах применительно к рассматриваемому случаю и не приходится, специалисты утверждают, что вне зависимости от вольтажа, безопасный радиус всё же существует. На расстоянии в 20 метров от точки падения кабеля сопротивление грунта превышает его проводимость и человек имеет шанс вообще не ощутить никакого напряжения, даже если на самом деле крайне малые токи будут проходить через его организм.

Случаи падения кабелей на землю зачастую случаются после сильных бурь, гроз и ураганов. Природные катаклизмы валят деревья, а те, в свою очередь, падают на высоковольтные линии и рвут их. Конечно же, для подобных случаев предусмотрены средства защиты, однако никто не может дать Вам гарантии, что они сработали или также не повреждены бурей. В условно идеальном случае при обрыве провода на ближайшей питающей подстанции должна сработать релейная защита, обесточивающая проблемный участок. Тем не менее, системы электроснабжения в населённых пунктах устроены таким образом, чтобы после небольшой задержки от момента первичного срабатывания заново пустить ток по проводам. Такой механизм предусмотрен для того, чтобы исключить случайные отключения и автоматически восстанавливать питание. Кроме того, небольшая пауза позволяет высвободиться из-под действия электрического поля каким-либо животным или птицам, вызвавшим исходное замыкание. То есть, даже при формальной исправности всех систем, через которые проходит ток, провод вполне может оказаться под напряжением. Наконец, никто не гарантирует, что провода без изоляции не провиснут до такой степени, чтобы коснуться земли или ветвей деревьев, по которым потенциал с лёгкостью дойдёт до ствола и передастся на землю.

Если Вам удастся издалека увидеть провод, упавший на землю, оцените расстояние до него. Если оно более двадцати метров, на всякий случай спокойно отойдите ещё немного дальше назад и продолжайте свой путь по окружности, не уменьшая радиус. Наиболее критичным для ЛЭП свыше 1 кВ считается дистанция около 8 метров – здесь риск серьёзного поражения электротоком крайне велик. Когда речь идёт о локальной магистрали в частном секторе с напряжениями до 1000 В, критичный радиус уменьшается до пяти метров.

Следует не только понимать, но и помнить простое правило: ток быстрее человека. Покидать опасную зону быстро запрещается! Здесь нельзя бежать или пытаться ускорить свой выход из области поражения, увеличивая длину шага – всё с точностью до наоборот. Идеальный способ ходьбы в подобной зоне – «гусиный шаг», когда ноги ставятся друг за другом, пятка к носку, без отрыва друг от друга. Хотя со стороны это и может показаться смешным, а времени придётся потратить больше – забудьте об условностях. Описанная забавная походка может спасти Вашу жизнь!

 

 

 

Порой специалисты предлагают и другой, более быстрый способ эвакуации из опасной зоны – прыжки на одной ноге или солдатиком, на двух сомкнутых ногах. Хотя данный подход и имеет право на жизнь, поскольку точно так же, как и предыдущий, формирует всего одну условную точку касания к поверхности без образования разницы потенциалов, он несёт в себе дополнительные опасности. Представим, что после серии прыжков человек наскочит на камень или просто потеряет равновесие от усталости. Что он сделает в первую очередь? Правильно: попытается восстановить баланс, расставив ноги пошире или опустится на колени, упираясь руками в землю. Очевидно, что число точек касания станет больше, а расстояния между некоторыми из них могут превысить даже длину шага. Исходя из этого, мы всё же не рекомендуем второй способ и считаем гораздо более универсальным и безопасным медленный «гусиный шаг».

Если вокруг Вас находятся другие люди или расположены какие-либо объекты, постарайтесь избежать прикосновения к ним даже одеждой. Попытка помочь рукой другому человеку может для всех закончиться печально. Разумеется, это не означает, что, если Вы видите приближающегося к проводам пешехода следует смолчать. Предупредите его об опасности голосом, а также проинструктируйте, как надо себя вести или покажите своим примером, как следует покидать область под напряжением.

Ток от источника растекается по земле вокруг точки касания радиально. Эту картину можно изобразить в виде серии окружностей с увеличивающимся диаметром. И если по каким-либо причинам в достаточно удалённой от эпицентра зоне Вам необходимо стать на две ноги, как обычно, сделайте это, повернувшись к проводу под напряжением лицом, а не боком. Такое положение обеспечит Вам ситуацию, когда обе конечности будут находиться на условно одном радиусе с одинаковыми, а не существенно отличающимися электрическими потенциалами.

Более всего от шагового напряжения страдают крупные животные. Хотя их чувствительность к электромагнитному полю и больше, в современном мире так много видов излучений, что они начинают их игнорировать, не обходя опасные зоны. Особенно часто несчастные случаи с животными случаются в деревнях: коровы и козы попадают под действие шагового напряжения просто потому, что расстояние между их передними и задними ногами составляет больше метра. В таких условиях результатом почти всегда становится летальный исход, если только скоту не повезёт находиться на радиусе, где уровень напряжений на порядок ниже. Из самой опасной восьмиметровой зоны вывести животное нереально: оно не может ни прыгать, ни ходить на двух конечностях гуськом вместо четырёх. Попытка помочь (точно так же, как и в примере с пешеходом выше) однозначно приведёт к трагедии.

Всегда старайтесь трезво оценивать свой глазомер: если Вы не уверены, что преодолели двадцатиметровый барьер, пройдите гусиным шагом ещё несколько метров. Кроме того, принимайте во внимание погодные условия. Влажный грунт увеличивает радиус поражения как минимум на 20%. Особенно хорошо проводит ток мокрый асфальт: если есть возможность обойти опасную заасфальтированную область подальше, так и следует поступить. Во время дождя не только избежать опасности, но и вовремя заметить сам оголённый провод на земле может быть гораздо сложнее. Выходить из зоны при любой погоде следует одинаково, однако в ливень это нужно делать максимально долго, удалившись от кабеля на большое расстояние. Причём в случае возможности передвижения по более удобному ровному асфальту или грязной земляной жиже, первые 10-15 метров имеет смысл преодолевать на однородной поверхности, а последующие – по земле. Так Вас от источника будет гарантированно отделять достаточный объём грунта, способный принять в себя любой потенциал, в отличие от асфальта.

Напоследок здесь важно отметить, что усугубить ситуацию способны и другие, менее очевидные факторы. Проводимость человеческого организма в данном контексте имеет существенное значение и изменяться она может по разным причинам. Для детей, заведомо обладающих меньшим весом тела, опасность шагового напряжения выше, чем для взрослых. В дождь ток проводит не только та вода, что разлита по поверхности земли, но и та, которая намочила Вашу одежду и обувь. Кроме того, зафиксировано множество случаев, когда люди, попросту вспотевшие от летней жары, получали серьёзные и даже смертельные электроудары, находясь в зоне с напряжением всего в пару-тройку десятков вольт.

 

 

 

Как распознать опасность и что делать после выхода из опасной зоны?

Нередко зону обрыва можно распознать издалека по отсутствию искусственного освещения в тёмное время суток. Если Вы каждый день ходите по одной и той же дороге, то чётко знаете, где расположены фонарные столбы или подвесные уличные светильники. Увидев, что они не работают все сразу, Вы вряд ли решите, что они одновременно перегорели – скорее всего, участок обесточен. И если недавно была гроза, то это вполне может случиться из-за того, что провода оборваны.

Не все люди в своей жизни попадали под действие электротока даже в бытовых условиях, а потому могут не сразу осознать, что, идя по улице, испытывают шаговое напряжение. Совершенно логично, что поражение ощущается снизу-вверх: сначала в ногах чувствуется покалывание, затем оно переходит в зуд, а в мышцах начинаются непроизвольные спазмы. Если человек зашёл слишком далеко в опасную область, вполне может начаться сильная боль в ногах, сопровождающаяся мышечным тремором и частичной невозможностью управлять конечностями. Зачастую ток идёт по кратчайшему пути «нога-таз-нога» и не поднимается выше пояса, что оставляет большие шансы на нормальное функционирование рук, лёгких, сердца и мозга. Главное – вовремя сориентироваться и не становиться на четвереньки, а наоборот попытаться встать на ноги. Старайтесь подниматься, держа пятки или носки вместе, в контакте, не опираясь при этом ни на что руками.

Покидая опасную область, не торопитесь: даже в случае мышечного спазма каждый последующий шаг от эпицентра будет даваться Вам легче, поскольку парализующее действие тока ослабеет с расстоянием. Добравшись до безопасного места, проверьте своё самочувствие: продолжают ли дрожать конечности, нет ли онемения, ощущается ли головная боль или головокружение. Имеет смысл произнести вслух несколько предложений – например, вспомнить школьное стихотворение. Это даст понимание, не повреждены ли мозг и речевой аппарат. Небольшая боль в мышцах может ещё некоторое время сохраняться, однако сердечный ритм должен довольно быстро прийти в норму. Дыхание в обычной ситуации также стабилизируется за пару минут. Статистика гласит, что в 80% случаев правильные действия позволяют пережить шаговое напряжение без последствий для здоровья.

Что такое шаг и потенциал касания?

Белая книга

Осведомленность о возможности шага и касания: повышение безопасности экипажа линии электропередачи
Прочитать технический документ

Статьи

Защитите себя от наведенного тока - журнал Powerlineman
Читать статью

Остерегайтесь заземления транспортных средств и оборудования - журнал Powerlineman
Читать статью

Защитное соединение и заземление для линейных экипажей - журнал Powerlineman
Читать статью

Осведомленность о ступенчатом и касательном потенциале, вызванном повышением потенциала земли, важна для всех, кто работает с системами передачи электроэнергии высокого напряжения. В типичном применении SNT линия передачи обесточивается и подсоединяется к опоре для обеспечения безопасности работы. Однако сама линия передачи действует как очень большая антенна и может принимать большое количество энергии, которую необходимо шунтировать на землю. А если заземление опоры неисправно, потенциал земли может возрасти, что может привести к возникновению опасной ситуации.

Шаг потенциала: напряжение между ногами человека

Когда ток течет от вышки к заземлению, потенциал земли у вышки повышается, и возникает градиент напряжения в зависимости от удельного сопротивления почвы, что приводит к разности потенциалов между двумя точками на земле.Это называется ступенчатым потенциалом, поскольку он может вызвать напряжение между ногами человека.

Touch Potential: Напряжение между объектом под напряжением и ступнями человека

Если заземление между башней и почвой имеет высокое сопротивление (обычное для некоторых почвенных условий), сама башня (и любой токопроводящий элемент, касающийся башни) может быть под напряжением. Потенциал прикосновения - это напряжение между объектом под напряжением и ступнями человека, контактирующего с объектом.

Мониторинг шага и потенциала касания с помощью SNT

По мере того, как системы передачи электроэнергии становятся все более сложными, а коридоры электропередачи переполнены, для параллельных линий под напряжением становится все более обычным передавать энергию (посредством электромагнитной индукции) в линии без напряжения.Кроме того, благодаря сложному контролю мощности, необходимому для управления экологически чистой энергией, уровни мощности на различных линиях могут резко меняться в течение рабочей смены.

Комплект SNT-02 обеспечивает простой в использовании метод постоянного мониторинга и сигнализации о возможном шаге и касании. Просто переместите специальный заземляющий стержень на расстояние примерно 15 футов от вышки, установите прибор и подсоедините зонд к вышке с помощью стандартной ручки.

Общая практика Лучшая практика
Измерить шаговый и контактный потенциал перед началом работы. Измерьте шаг и потенциал касания до и непрерывно во время работы .
Используйте вольтметр для измерения потенциала. Используйте SNT для отслеживания и сигнализации о потенциале.
Осведомленность о возможном шаге и касании

: повышение безопасности экипажа линии электропередачи

Стив Нилунд

Потенциал шага и касания хорошо понимается как угроза безопасности во многих ситуациях, связанных с источниками питания под напряжением.Что не так хорошо понимается, так это то, что опасные скачки напряжения и напряжения прикосновения могут существовать на обесточенных линиях из-за электромагнитной связи, и это ежедневная опасность для работников линий электропередачи. Необходим постоянный мониторинг - с сигналами тревоги, чтобы предупредить об опасном напряжении.

Что подразумевается под шагом и потенциалом касания?

Управление по охране труда (OSHA) определяет ступенчатый потенциал как напряжение между ногами человека, стоящего рядом с заземленным объектом под напряжением. См. Рис. 1. Оно равно разнице в напряжении между двумя точками, находящимися на разном расстоянии от объекта под напряжением. Человек может получить травму во время неисправности, просто стоя рядом с заземленным предметом, имеющим электрический заряд.

Потенциал прикосновения - это напряжение между объектом под напряжением и ногами человека, контактирующего с объектом. Следует отметить, что потенциал прикосновения может быть почти полным напряжением на заземленном объекте, если этот объект заземлен в удаленной точке, откуда человек контактирует с ним.Кран, который заземлен на нейтраль системы и контактирует с линией под напряжением, например, подвергнет любого человека, контактирующего с краном или его неизолированной линией нагрузки, потенциалом прикосновения, почти равным полному линейному напряжению.

Рис. 1. Потенциал шага и прикосновения
Опасность шага и прикосновения также применима к линиям передачи без напряжения

Может показаться, что опасность удара током и касанием не применима к трансмиссии линейные рабочие, когда они работают на обесточенной линии, подключенной к заземленной вышке. Однако в обесточенных линиях может возникать смертельное напряжение из-за электромагнитной индукции от параллельной линии передачи под напряжением, и вероятность этого возрастает из-за меняющейся рабочей среды.

Факторы, способствующие повышенной опасности ступенек и прикосновений, включают более широкое использование новых объектов производства электроэнергии, таких как ветряные электростанции, которые часто расположены далеко от мест потребления энергии, что приводит к более высоким напряжениям и токам нагрузки в перегруженных коридорах электропередач.Существующие полосы отвода часто используются для поддержки нескольких линий передачи, а существующие конструкции часто используются для прокладки дополнительных кабелей под основными линиями. См. Рисунок 2.

Кроме того, система заземления вышки не всегда надежна, поскольку сопротивление заземления сильно варьируется в зависимости от типа почвы, условий окружающей среды и может меняться во время рабочей смены по мере высыхания грунта.

Рис. 2. Пример переполненной линии электропередачи на полосе отвода.

Публикация Bonneville Power Administration (BPA) «Безопасное проживание и работа на высоковольтных линиях электропередачи» обсуждает проблемы, связанные с колючей проволокой и плетеными металлическими ограждениями, принимающими наведенное напряжение, когда они расположены рядом с линиями электропередач. BPA выявляет потенциальные проблемы, связанные с забором, который находится в пределах 125 футов от линий и более 150 футов в длину. В системе электропередач на полосе отвода нет ничего необычного в том, что линии электропередач в пределах 125 футов могут проходить вместе на многие мили.

Этого уже недостаточно, поэтому просто для защиты рабочих от возможности случайного включения линии, на которой они работают, или от случайного контакта с линией, находящейся под напряжением, также необходимо защитить рабочих от наведенного напряжения на заземленных линиях.

Потенциальная опасность ступеньки и прикосновения не была бы такой серьезной, если бы можно было предположить, что каждая башня имеет хорошее заземление. К сожалению, это не так, особенно в районах, где почва может быть вулканической или каменистой.Как показали исследования, качество заземления сильно различается в зависимости от почвы. См. Таблицу 1.

Таблица 1. Типичные значения удельного сопротивления грунта

Из-за высокого удельного сопротивления определенных грунтов даже при небольшом наведенном токе может возникнуть серьезная опасность удара. Фактические измерения на рабочем месте показали, что сопротивление составляет 500 Ом или выше, для чего потребуется всего 1 ампер тока для создания потенциала 500 вольт.

Поскольку содержание влаги является основным фактором, влияющим на удельное сопротивление почвы, грунт, прошедший адекватные испытания в один прекрасный день, может позже иметь значительно более высокое сопротивление, когда содержание влаги в почве ниже. Обычное высыхание почвы в течение дня может означать, что безопасная среда в начале рабочего дня может оказаться небезопасной в конце рабочего дня.

Как в настоящее время решается эта проблема безопасности?

Чтобы создать безопасное рабочее место, работники линий электропередачи обычно создают одноточечное заземление на рабочем месте и прокладывают заземляющие кабели, соединяющие все проводящие объекты.В большинстве случаев это обеспечит адекватную защиту. В худшем случае случайного включения линии питания могут возникнуть очень высокие ступенчатые напряжения и напряжения прикосновения, но это случается редко и обычно на короткий период времени. Принято считать, что с этим лучше всего справляться, обучая рабочих избегать ненужного контакта с транспортными средствами и другим оборудованием, подключенным к земле.

Работать с напряжениями, вызванными электромагнитной индукцией от параллельной линии, сложнее.В отличие от случайного включения питания, которое случается крайне редко, наведенные напряжения представляют собой постоянную проблему. А вероятность появления опасного напряжения в любой момент зависит от многих факторов, включая длину параллельных линий и тип почвы на участке.

В зависимости от предполагаемого напряжения необходимо использовать изоляционные перчатки и другое защитное оборудование. В некоторых случаях желательно добавить на площадку дополнительные заземляющие стержни. Однако до тех пор, пока не будет измерено фактическое сопротивление заземляющего стержня, трудно определить истинную эффективность этого метода.

Что еще можно сделать для повышения безопасности линейного экипажа?

Более точный способ определения шагового и касательного потенциала - это его непосредственное измерение. Обычно это делается с помощью стандартного вольтметра, снабженного датчиком высокого напряжения. Заземляющий стержень приводится в движение примерно 15 футов от башни, а отрицательный щуп подключен к этой опорной точке заземления. Затем высоковольтный зонд прикасается к вышке и измеряется напряжение между опорой и землей. Поскольку измеритель потребляет небольшой ток, нет необходимости иметь низкое сопротивление заземления, чтобы получить приемлемые показания.По практическим соображениям это обычно делается один раз, в начале смены.

Хотя этот метод является значительным улучшением по сравнению с бездействием, он не учитывает возможные изменения условий во время смены. Эти изменения могут быть медленными - почва может высохнуть в течение дня, в результате чего сопротивление грунта станет намного выше. Или изменения могут быть быстрыми - возможно, ток в параллельной линии внезапно нарастает, чтобы компенсировать изменение выработки электроэнергии или требований.Таким образом, простая проверка один раз в начале смены дает ложное чувство безопасности.

Рис. 3. Комплект SNT-02 от Delta Computer Systems

К счастью, теперь доступны специальные инструменты, которые устраняют эти ограничения. Эти приборы подключены к вышке на весь период работы и постоянно контролируют напряжение на вышке. Кроме того, если обнаруживается опасное напряжение, прибор предупреждает экипаж с помощью световых и звуковых светодиодов высокой интенсивности, мигающих вместе с пронзительным звуковым сигналом.При обычном использовании в полевых условиях одному члену бригады назначается наблюдение за инструментом и обеспечение того, чтобы все работали в безопасных условиях. Шаговый и сенсорный прибор SNT-02, показанный на рис. 3 и произведенный компанией Delta Computer Systems Inc. из Battle Ground, Вашингтон, отображает фактическое напряжение и обеспечивает реакцию на основе обнаруженного диапазона напряжений. См. Таблицу 2.

Таблица 2: Предупреждения SNT Step и Touch Monitor

Delta Computer Systems SNT-02 использовался в недавнем проекте замены электрических столбов BPA, который требовал ежедневного напряжения пошагово и прикоснитесь к показаниям потенциала, чтобы определить, собирают ли линии опасное напряжение через индуктивную связь.

«SNT-02 соответствовал или превзошел все ожидания в отношении показаний шага и касания, требуемых на протяжении всего проекта BPA», - сказал Эд Лоури, менеджер автопарка International Line Builders, компании по строительству линий электропередачи и распределения с полным комплексом услуг, расположенной в Туалатине. , Ore. «Мы будем использовать SNT-02 в любом будущем проекте, где шаг и потенциал касания могут быть опасны для наших сотрудников».

Инструменты, такие как СНТ-02, повышают безопасность рабочих и становятся стандартным оборудованием для все большего числа рабочих коммунальных служб.Несколько раз в год экипажам предлагалось стоять в стороне или менять методы работы, когда эти устройства предупреждали о повышении напряжения. Используя старые методы, экипажи не знали бы об этом потенциально опасном изменении условий.


Об авторе: Стив Нилунд является генеральным директором и совладельцем Delta Computer Systems Inc. Он имеет более чем 30-летний опыт работы в области и промышленных и бытовых продуктов, занимаясь проектированием аналоговых схем, цветовых датчиков и корпусов для электроники. Для получения дополнительной информации посетите www.stepandtouch.com.

Еще Продукция для коммунальных служб Статьи в текущем выпуске
Еще Продукция для коммунальных служб Архивы Выпуск статей

Энергетика - Повышение потенциала земли, напряжение прикосновения, напряжение ступени

В области электротехники на подстанциях и линиях электропередачи заземляющие сети предназначены для предотвращения поражения людей электрическим током.

При более внимательном рассмотрении поведения земли (грунта) в случае протекания тока в сеть заземления в результате короткого замыкания важны перечисленные ниже ситуации.

Повышение потенциала земли (EPR) или повышение потенциала земли (GPR):

Поскольку полное сопротивление земли не равно нулю, ток через землю создает разность потенциалов между точкой, где ток входит в землю (через сеть заземления), и удаленной точкой. Следовательно, наибольшая разность потенциалов между удаленной точкой и точкой, где ток входит в землю. Этот эффект называется повышением потенциала земли (EPR) или повышением потенциала земли (GRP).

Георадар

представляет собой проблему при проектировании систем электроснабжения, поскольку высокое повышение потенциала может представлять опасность для людей и / или оборудования.Поскольку ток, протекающий по желобу, определяет уровень опасности, необходимо принимать во внимание многие факторы, такие как: доступный ток повреждения, тип почвы, влажность почвы, температура, нижележащие слои горных пород и время устранения разлома.

Напряжение прикосновения:

Если заземление между металлическим предметом и землей имеет высокое сопротивление (обычное для некоторых почвенных условий), сам объект и любой проводящий предмет (человек), касающийся объекта, могут быть под напряжением.Напряжение прикосновения - это потенциал между объектом, находящимся под напряжением, и ступнями человека, стоящего на земле, касающегося объекта под напряжением.

Напряжение ступени:

Когда ток течет от объекта под напряжением к земле, потенциал земли повышается на объекте, и возникает градиент напряжения в зависимости от удельного сопротивления земли, что приводит к разнице потенциалов между любыми двумя точками на земле. Это называется ступенчатым потенциалом, так как он может вызвать разницу в напряжении между ногами человека.Чем дальше человек стоит от объекта под напряжением (точки, где ток течет в землю), тем меньше ступенчатое напряжение и, следовательно, опасность для человека.

На (высокой) мощности и подстанциях принимаются меры по снижению риска (высоких) прикосновений и скачков напряжения путем размещения изоляционного материала (гальки) поверх почвы. Это снижает опасность поражения электрическим током от тока, протекающего через человека в результате прикосновения или скачка напряжения.

Повышение потенциала земли, шаг и потенциал касания - нарушение напряжения

Повышение потенциала земли [GPR]

Повышение потенциала земли (GPR) в соответствии со стандартом IEEE 80 определяется как Максимальный электрический потенциал, который может достигнуть сеть заземления подстанции, относительно удаленной точки заземления , предположительно находящейся на потенциале удаленной земли. Это напряжение, известное как GPR, равно максимальному току сети, умноженному на сопротивление сети ».

Рисунок 1: Пример графика роста потенциала земли

В нормальных условиях потенциал заземленного объекта будет таким же, как потенциал удаленной земли (0 В). Когда ток короткого замыкания протекает на землю или течет от земли к объекту, местный потенциал земли увеличивается. Это потому, что местное заземление (или земля) имеет конечное сопротивление. Прохождение тока заземления в это сопротивление создает повышение потенциала относительно удаленной точки на земле .График моделирования повышения потенциала земли показан на рисунке 1. В этом примере можно увидеть, что местный потенциал земли повышен до 75 В относительно удаленной земли.

GPR-исследования часто проводятся для определения градиентов потенциала напряжения вокруг пораженного оборудования. Этим оборудованием могут быть вышки сотовой связи, силовые подстанции, вышки электропередачи и т. Д. Во время отказа энергосистемы, связанного с землей (землей), местный потенциал земли относительно удаленной земли может значительно возрасти (тысячи вольт).Все заземленное оборудование в этом месте (металлические предметы, заземление и т. Д.) Также будет под напряжением. Кабель связи, идущий от этой точки к удаленному месту (при 0 В), может испытывать значительный ток из-за этой разности потенциалов и часто будет поврежден, если не будут приняты меры предосторожности.

Рассмотрим случай заземляющего электрода (заземляющего стержня), вбитого на 10 футов в землю с удельным сопротивлением почвы 25,25 Ом · м.

Рисунок 2: Заземляющий электрод

Используя калькулятор сопротивления заземления, мы можем вычислить, что ожидаемое сопротивление заземления для этой установки равно 8.16 Ом. Предположим, что через заземляющий электрод на землю подается ток 100 А. Ожидаемый GPR в этом случае будет 100A * 8.16Ω = 816V.

Калькулятор сопротивления заземления

Рисунок 3: Повышение потенциала земли

На рисунке выше пунктирная красная линия указывает профиль георадара от заземляющего электрода до удаленной «удаленной земли», который, как предполагается, имеет нулевое напряжение. Обратите внимание, что профиль георадара очень крутой вблизи электрода и постепенно «сглаживается», когда достигает удаленной земли.

Два термина, относящиеся к георадарам, - это потенциал шага и потенциал касания. Обратите внимание, что как ступенчатый, так и контактный потенциалы являются прямым результатом повышения потенциала земли .

Шаг потенциала

Ступенчатый потенциал определяется как « Разница в поверхностном потенциале, испытываемая человеком, преодолевая расстояние в 1 м ногами без контакта с заземленным предметом » в соответствии с IEEE-Std 80 .

Рисунок 4: Градиент ступенчатого потенциала

Обратите внимание на две воображаемые точки, обозначенные на рисунке 3 выше как P1 и P2.Напряжение P1 относительно удаленной земли равно V1, а P2 - V2. Если расстояние между P1 и P2 составляет 1 м и человек ставит одну ногу на P1, а другую на P2, то он испытает ступенчатое напряжение (V2-V1).

Для примера заземляющего электрода (заземляющего стержня), вбитого на 10 футов в землю с удельным сопротивлением почвы 25,25 Ом · м, можно построить ступенчатый потенциал, как показано на рисунке 4. Обратите внимание, что когда человек переходит из одной зоны в другую, он будет испытывать разность потенциалов и, следовательно, шок. Ступенчатый потенциал приведет к передаче тока от ступни к ступне . В центре рисунка находится заземляющий электрод. Видно, что ступенчатое напряжение не является постоянным и может изменяться с расстоянием от центра электрода. Чем ближе человек к электроду, тем круче или хуже потенциал ступеньки будет .

Рисунок 5: Гранитный камень # 57

Ступенчатые потенциалы необходимо контролировать на подстанции, чтобы обеспечить безопасность персонала. Обычно это делается путем выполнения инженерного анализа грунта.Обычная практика заключается в том, чтобы «заставить» ток заземления течь ниже поверхности, либо закопав глубокие заземляющие проводники, либо положив на поверхность слой щебня с высоким сопротивлением подстанции класса (гранит № 57 или аналогичный) на поверхности.

Прочтите: роль щебня в заземлении подстанции

Сенсорный потенциал

Потенциал прикосновения определяется как Разность потенциалов между повышением потенциала земли [GPR] и поверхностным потенциалом в точке, где человек стоит, в то же время имея руку в контакте с заземленной конструкцией .”В соответствии с IEEE-Std 80 .

Когда в подстанции происходит короткое замыкание и ток заземления течет в подземную сеть заземления, потенциал сети заземления на подстанции повышается до значения, равного GPR. Поскольку все металлические объекты на подстанции связаны с одной и той же сеткой заземления, все металлические объекты (стальные балки, корпуса трансформаторов и т. Д.) Также получают напряжение GPR. Теперь поверхностный потенциал (потенциал в месте, где стоит человек) может иметь другой потенциал в зависимости от профиля георадара (формы кривой георадара от точки повреждения до удаленного участка земли). В зависимости от профиля георадара может быть разница в потенциале (напряжении) между металлическим предметом, к которому прикасается человек, и потенциалом поверхности, на котором он стоит. Эта разница напряжений известна как потенциал прикосновения или напряжение прикосновения.

Рисунок 6: Иллюстрированный шаг и потенциал касания

Потенциал прикосновения приведет к передаче тока от руки к ноге . На подстанции необходимо свести к минимуму возможность прикосновения для обеспечения безопасности персонала. Это достигается за счет того, что поверхностные потенциалы внутри подстанции остаются неизменными.Было показано, что добавление слоя измельченной породы с высоким удельным сопротивлением сводит к минимуму потенциал прикосновения.

Как уменьшить величину подъема потенциала земли (GPR)?

GPR можно минимизировать, управляя следующими переменными:

* Уменьшение сопротивления сети заземления : Самый эффективный способ уменьшить сопротивление сети заземления - это увеличить площадь сети, вбить стержни заземления, использовать химическую обработку или любые другие подходящие методы.

* Путь управления током повреждения : Если можно отвести значительную величину тока повреждения от затронутого заземляющего стержня, то можно управлять GPR.Примером этого может быть многозаземленная распределительная система, в которой нейтраль заземлена на каждом отдельном полюсе. Таким образом, GPR любого отдельного полюса уменьшается, поскольку ток короткого замыкания может иметь несколько параллельных путей.

* Управление величиной тока повреждения : Контролируя величину тока повреждения, GPR можно поддерживать ниже желаемых пределов. Примером этого может быть вставка сопротивления или реактивного сопротивления в соединении нейтраль-земля распределительных трансформаторов.Затем ток замыкания на землю обычно ограничивается до менее 400 А (обычно), что минимизирует GPR на распределительных секциях при замыкании фазы на землю.

Сведение к минимуму повреждений оборудования из-за повышения потенциала земли (GPR)

Некоторые идеи по предотвращению дорогостоящего повреждения оборудования связи на подстанции из-за георадара представлены ниже:

* Используйте оптический изолятор или преобразователь из меди в оптоволокно, чтобы прервать заземление от точки A к точке B.

* Используйте волоконно-оптический канал связи, когда требуется канал связи от подстанции до удаленного места, которое может иметь другой потенциал земли.

* Проверьте, подходит ли изолятор контура заземления для вашего приложения.

* Спроектируйте наземные сеточные системы так, чтобы все представляющие интерес местоположения имели одинаковый потенциал.

* Внутри подстанции все металлические предметы, силовые и коммуникационные заземления должны быть подключены к общей сети заземления. Заземление (заземление) их отдельно (как в случае заземления связи, заземления питания) - , не рекомендуется .

Почему напряжение повышается только для понижения?

Электроэнергия состоит из двух компонентов: напряжения и тока.

Мощность = Напряжение x Ток

После выработки электроэнергии на электростанции ее напряжение повышается с помощью повышающего трансформатора. Затем мощность передается по линиям электропередачи в район, где она будет управлять домами, офисами и фабриками. Но перед тем, как попасть в район, напряжение в электросети понижается с помощью понижающего трансформатора.

Но почему?

Почему увеличивают напряжение питания, чтобы потом его понизить?

Мы хотим, чтобы как можно больше энергии, производимой заводом, доставлялось в окрестности, но мы теряем часть энергии в пути.2)

рэнд

Потери мощности экспоненциально возрастают с увеличением тока. Поэтому мы хотим, чтобы наш ток был как можно более низким, не уменьшая при этом передаваемую мощность. Пока мы увеличиваем напряжение на величину, пропорциональную уменьшению тока, мы сохраняем мощность на том же уровне.

Мощность = Напряжение x Ток

Вот почему мы повышаем напряжение питания на повышающем трансформаторе перед тем, как отправить питание по соседству.Повышенное напряжение позволяет снизить ток, что значительно снижает потери мощности. Когда питание завершает свой путь, мы уменьшаем его напряжение на понижающем трансформаторе, чтобы сделать его более безопасным и более удобным для использования в окрестностях.

Еще одна вещь

Помимо минимизации потерь мощности, более низкий ток позволяет передавать мощность по более тонким электрическим линиям, которые дешевле, чем более толстые.

Таким образом, минимизация тока экономит деньги не только за счет минимизации потерь мощности, но и за счет минимизации затрат на строительство.Вот почему напряжение повышается только для того, чтобы понизить его.

Том Рафферти, BSEE, менеджер по развитию бизнеса

повышающие и понижающие трансформаторы | Трансформеры

До сих пор мы наблюдали моделирование трансформаторов, в которых первичная и вторичная обмотки имели одинаковую индуктивность, что давало примерно равные уровни напряжения и тока в обеих цепях. Однако равенство напряжения и тока между первичной и вторичной сторонами трансформатора не является нормой для всех трансформаторов.

Если индуктивности двух обмоток не равны, происходит кое-что интересное:

трансформатор
 v1 1 0 ac 10 грех
 rbogus1 1 2 1e-12
 rbogus2 5 0 9e12
 l1 2 0 10000
 l2 3 5 100
 к l1 l2 0,999
 vi1 3 4 ac 0
 rload 4 5 1k
 . ac lin 1 60 60
 .print ac v (2,0) i (v1)
 .print ac v (3,5) i (vi1)
 .конец
 
частота v (2) i (v1)
6.000E + 01 1.000E + 01 9.975E-05 Первичная обмотка

частота v (3,5) i (vi1)
6.000E + 01 9.962E-01 9.962E-04 Вторичная обмотка
 

Обратите внимание, что вторичное напряжение примерно в десять раз меньше первичного (0,9962 вольт по сравнению с 10 вольт), а вторичный ток примерно в десять раз больше (0,9962 мА по сравнению с 0,09975 мА).

У нас есть устройство, которое понижает напряжение на в десять раз, а ток вверх на в десять раз:

Коэффициент трансформации 10: 1 дает соотношение первичного напряжения: вторичного напряжения 10: 1 и соотношение первичного тока: вторичного тока 1:10.

Что такое повышающие и понижающие трансформаторы?

Это действительно очень полезное устройство. С его помощью мы можем легко умножить или разделить напряжение и ток в цепях переменного тока. Действительно, трансформатор сделал передачу электроэнергии на большие расстояния реальностью, поскольку напряжение переменного тока может быть «повышено», а ток «понижен» для уменьшения потерь мощности сопротивления проводов вдоль линий электропередач, соединяющих генерирующие станции с нагрузками.

На обоих концах (как на генераторе, так и на нагрузках) уровни напряжения снижаются трансформаторами для более безопасной работы и менее дорогого оборудования.

Трансформатор, который увеличивает напряжение от первичной к вторичной (больше витков вторичной обмотки, чем витков первичной обмотки), называется повышающим трансформатором .

Напротив, трансформатор, предназначенный для работы с точностью до наоборот, называется понижающим трансформатором .

Давайте еще раз рассмотрим фотографию, показанную в предыдущем разделе:

Поперечное сечение трансформатора с первичной и вторичной обмотками имеет высоту несколько дюймов (приблизительно 10 см).

Это понижающий трансформатор, что подтверждается большим числом витков первичной обмотки и малым числом витков вторичной. В качестве понижающего устройства этот трансформатор преобразует низковольтную слаботочную мощность в низковольтную сильноточную мощность.

Провод большего сечения во вторичной обмотке необходим из-за увеличения тока. Первичная обмотка, которая не должна проводить такой большой ток, может быть изготовлена ​​из провода меньшего сечения.

Обратимость работы трансформатора

В случае, если вам интересно, - возможно работать с любым из этих типов трансформаторов в обратном направлении (питание вторичной обмотки от источника переменного тока и обеспечение питания нагрузки первичной обмоткой) для выполнения противоположной функции: может функционировать повышающий как понижение и виза-наоборот.

Однако, как мы видели в первом разделе этой главы, эффективная работа трансформатора требует, чтобы индуктивности отдельных обмоток были спроектированы для конкретных рабочих диапазонов напряжения и тока, поэтому, если трансформатор должен использоваться «в обратном направлении», как это должны использоваться в пределах исходных проектных параметров напряжения и тока для каждой обмотки, чтобы не оказаться неэффективным (или чтобы не повредило чрезмерным напряжением или током!).

Этикетки для изготовления трансформаторов
Трансформаторы

часто сконструированы таким образом, что не очевидно, какие провода ведут к первичной обмотке, а какие - к вторичной. В электроэнергетике для облегчения недоразумений используется одно из условных обозначений «H» для обмотки более высокого напряжения (первичная обмотка в понижающем блоке; вторичная обмотка в повышающем) и «X». обозначения низковольтной обмотки.

Следовательно, у простого силового трансформатора будут провода, помеченные «H 1 », «H 2 », «X 1 » и «X 2 ».Обычно это важно для нумерации проводов (H 1 по сравнению с H 2 и т. Д.), Что мы рассмотрим немного позже в этой главе.

Практическое значение повышающих и понижающих трансформаторов

Тот факт, что напряжение и ток «скачкообразно изменяются» в противоположных направлениях (одно вверх, другое вниз), имеет смысл, если вы вспомните, что мощность равна напряжению, умноженному на ток, и поймете, что трансформаторы не могут производить мощность, а только преобразовывать ее. .

Любое устройство, которое может выдавать больше энергии, чем потребляет, нарушит закон сохранения энергии в физике, а именно, что энергия не может быть создана или уничтожена, а только преобразована. Как и в случае с первым рассмотренным нами примером трансформатора, эффективность передачи энергии от первичной к вторичной стороне устройства очень хорошая.

Практическое значение этого становится более очевидным, когда рассматривается альтернатива: до появления эффективных трансформаторов преобразование уровня напряжения / тока могло быть достигнуто только за счет использования двигателей / генераторных установок.

Чертеж моторно-генераторной установки показывает основной принцип: (рисунок ниже)

=

Двигатель-генератор иллюстрирует основной принцип работы трансформатора.

В такой машине двигатель механически соединен с генератором, при этом генератор предназначен для выработки требуемых уровней напряжения и тока при скорости вращения двигателя.

Хотя и двигатели, и генераторы являются довольно эффективными устройствами, использование обоих таким образом усугубляет их неэффективность, так что общий КПД находится в диапазоне 90% или меньше.Кроме того, поскольку для двигателей / генераторных установок явно требуются движущиеся части, механический износ и балансировка являются факторами, влияющими как на срок службы, так и на производительность.

С другой стороны, трансформаторы

способны преобразовывать уровни переменного напряжения и тока с очень высоким КПД без движущихся частей, что делает возможным широкое распространение и использование электроэнергии, которую мы считаем само собой разумеющимся.

Справедливости ради следует отметить, что электродвигатели / генераторные установки не обязательно заменялись трансформаторами для всех приложений .

Хотя трансформаторы явно превосходят мотор-генераторные установки по преобразованию напряжения переменного тока и уровня тока, они не могут преобразовать одну частоту переменного тока в другую или (сами по себе) преобразовать постоянный ток в переменный или наоборот.

Электродвигатели / генераторные установки могут выполнять все эти задачи с относительной простотой, хотя и с уже описанными ограничениями эффективности и механических факторов.

Мотор-генераторные установки также обладают уникальным свойством накопления кинетической энергии: то есть, если подача питания двигателя на мгновение прерывается по какой-либо причине, его угловой момент (инерция этой вращающейся массы) будет поддерживать вращение генератора на короткое время. продолжительность, таким образом изолируя любые нагрузки, питаемые от генератора, от «сбоев» в основной энергосистеме.

Анализ работы повышающего и понижающего трансформатора

Внимательно изучив числа в анализе SPICE, мы должны увидеть соответствие между коэффициентом трансформации трансформатора и двумя индуктивностями. Обратите внимание на то, что первичная катушка индуктивности (l1) имеет в 100 раз большую индуктивность, чем вторичная катушка индуктивности (10000 Гн против 100 Гн), и что измеренный коэффициент понижения напряжения составлял от 10 до 1.

Обмотка с большей индуктивностью будет иметь более высокое напряжение и меньший ток, чем другая.

Поскольку две катушки индуктивности намотаны вокруг одного и того же материала сердечника в трансформаторе (для наиболее эффективной магнитной связи между ними), параметры, влияющие на индуктивность двух катушек, равны, за исключением количества витков в каждой катушке.

Если мы еще раз посмотрим на нашу формулу индуктивности, мы увидим, что индуктивность пропорциональна квадрату , числа витков катушки:

Итак, должно быть очевидно, что наши две катушки индуктивности в последней примерной схеме трансформатора SPICE - с отношениями индуктивности 100: 1 - должны иметь отношение витков катушки 10: 1, поскольку 10 в квадрате равно 100.

Это похоже на то же соотношение, которое мы обнаружили между первичными и вторичными напряжениями и токами (10: 1), поэтому мы можем сказать, как правило, что коэффициент трансформации напряжения и тока равен отношению витков обмотки между первичной и вторичной обмотками. .

Понижающий трансформатор: (много витков: несколько витков).

Повышающий / понижающий эффект отношения витков катушки в трансформаторе аналогичен соотношению зубьев шестерни в механических зубчатых передачах, преобразуя значения скорости и крутящего момента почти таким же образом:

Редуктор крутящего момента снижает крутящий момент, одновременно увеличивая скорость.

Повышающие и понижающие трансформаторы для целей распределения электроэнергии могут быть гигантскими по сравнению с показанными ранее силовыми трансформаторами, причем некоторые блоки имеют высоту дома. На следующей фотографии показан трансформатор подстанции высотой около двенадцати футов:

Подстанция трансформаторная.

ОБЗОР:

  • Трансформаторы повышают или понижают напряжение в соответствии с соотношением витков первичной и вторичной обмоток.

  • Трансформатор, предназначенный для повышения напряжения от первичной до вторичной, называется повышающим трансформатором . Трансформатор, предназначенный для понижения напряжения от первичного к вторичному, называется понижающим трансформатором .
  • Коэффициент трансформации трансформатора будет равен квадратному корню из отношения его первичной индуктивности к вторичной индуктивности (L).

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ЛИСТЫ:

Новые возможности для тестирования шагового напряжения и напряжения прикосновения

COVID-19 и связанные с ним блокировки по всему миру привели к значительным изменениям в моделях энергопотребления, а также ограничили возможность отправки обслуживающего персонала на места.Поскольку электричество считается жизненно важным товаром, перед сектором электроэнергии стоит серьезная задача обеспечить непрерывность обслуживания с точки зрения как стабильности, так и качества поставок во время пандемии.

В ответ на этот кризис швейцарская компания depsys, занимающаяся чистыми технологиями, предоставляет операторам электросетей видимость и контроль с помощью GridEye, решения для интеллектуальных сетей, чтобы способствовать успешному преодолению последствий блокировки. В частности, это привело к предложению операторам распределительных систем (DSO) возможности немедленно контролировать качество их электроснабжения в критических местах, таких как больницы, путем мониторинга своих сетей среднего (MV) и низкого (LV) напряжения.

Пандемия вынудила в очень короткие сроки внедрить более гибкие и гибкие рабочие процедуры, включая возможность удаленного доступа к ключевой информации из любого места. Решение depsys GridEye обеспечивает идеальный отклик благодаря быстрой и простой установке и доступу через веб-интерфейс.

Первый шаг к оперативной цифровизации.

Первый шаг к цифровизации относительно прост, поскольку решение GridEye можно установить в полевых условиях быстро и без какой-либо поддержки.Всего за 30 минут ключевые данные могут быть переданы в средства управления распределительной сетью и, что более важно, полевой персонал может получить доступ к платформе GridEye для удаленного наблюдения за сетью со своих экранов. Внедрение альтернативных форм измерительных устройств обычно требует более длительного времени на установку, калибровку и действия на месте, прежде чем кто-либо сможет получить данные и контролировать сеть. После установки первого устройства GridEye операторы сети могут получить ценную информацию о производительности своей сети.

Фотография любезно предоставлена ​​depsys

Программные модули GridEye предлагают следующее:

  • Grid Monitoring для мониторинга сетей в реальном времени.
  • Визуальная статистика для анализа исторических измерений электросети, включая настройку и сбор ключевых событий.
  • Анализ качества электроэнергии для непрерывного мониторинга качества электроэнергии в соответствии с EN50160 (Европейский стандарт - «Характеристики напряжения электроэнергии, подаваемой из системы распределения общего пользования»), включая возможность получения подробных осциллографов событий качества электроэнергии

Программное обеспечение GridEye получает данные от устройств GridEye, каждое из которых включает в себя блок управления измерениями (MCU) и по крайней мере один чувствительный блок Rogowski Coil (SUR).MCU - это ключевой блок мониторинга, анализа и управления. Размещенный в стратегических точках по всей сети, он обеспечивает не только распределенные и синхронные измерения, которые необходимы для анализа и обслуживания решения GridEye, но и является точкой входа для управления многими активами в сети.

MCU обеспечивает измерение трехфазных напряжений, включая истинную среднеквадратичную (RMS) амплитуду, промышленную частоту, вплоть до 50-й гармоники и межгармоники, полное гармоническое искажение гармоник подгруппы и несимметричное напряжение.

SUR позволяют измерять до 12 токов, отображаемых на любое напряжение для расчета мощности и энергии. Устройства GridEye сертифицированы по классу A в соответствии со стандартом EN61000-4-30 для измерения качества электроэнергии. По умолчанию MCU связываются с системой управления через GSM / GPRS. Тем не менее, другие каналы связи могут быть настроены через два порта Ethernet, совместимых с IEEE-1588, а также два изолированных порта RS485 Modbus RTU.

Устройство GridEye устанавливается на стороне НН трансформатора СН / НН, отправляя измерения в систему управления сразу после ее установки.После быстрой настройки данные отображаются на платформе GridEye, и оперативный персонал может отслеживать или извлекать в реальном времени данные о качестве сети, а именно о токе, напряжении и качестве электроэнергии, непосредственно с онлайн-платформы. Они также могут подтвердить, что уровни напряжения и тока в сети находятся в допустимых пределах в течение периода мониторинга. Кроме того, оперативный персонал может убедиться, что сеть остается защищенной, если они захотят изменить потоки нагрузки на ее участки.

Решение GridEye также является ценным инструментом диагностики в случае сбоя в сети. Благодаря наглядности и уверенности в этом упрощенном процессе, устранение неисправностей может быть достигнуто намного быстрее за счет быстрой локализации проблемы и удаленной обработки восстановления подачи, что позволяет сэкономить время и избежать ненужных поездок.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *