Напряжение шага

При наличии токопроводящих полов или грунта человек, находящийся недалеко от корпуса электрооборудования, на которое произошло замыкание тока, или упавшего на землю электропровода может оказаться под напряжением шага U_ш. Напряжение шага возникает вокруг места перехода тока от поврежденной электроустановки в землю.

Напряжение шага – напряжение между двумя точками цепи тока, находящимися одна от другой на расстоянии шага, на которых одновременно стоит человек.

Характер распределения потенциалов на земной поверхности подчиняется гиперболическому закону.

На расстоянии 1м от места стекания тока на землю потенциал снижается на 68%, на расстоянии 10м снижение достигает 92%, а на расстоянии 20м потенциал точек земли практически равен нулю. Такое распределение потенциалов объясняется тем, что вблизи заземлителя площадь проводника земли малая, поэтому здесь земля оказывает большое сопротивление прохождению тока, а по закону Ома: где I – сила тока электроцепи, А; U – напряжение, В; R_з – сопротивление (в данном случае земли), Ом;

По мере удаления от заземлителя сечение проводника – земли увеличивается, сопротивление его уменьшается, следовательно, и падение напряжения уменьшается. На расстоянии более 20м от места замыкания тока земля практически не оказывает сопротивления прохождению тока.

Человек, находясь в зоне растекания тока, даже не прикасаясь к поврежденному оборудованию, может попасть под высокое напряжение.

Это происходит потому, что различные точки земли, которых касаются ноги человека, имеют различные потенциалы. Например, левая нога отстоящая от заземлителя на расстоянии х, приобретает потенциал x_х, величину которого определяют по формуле:

где I_з - ток замыкания на землю, А;

r - удельное сопротивление грунта, Ом × м;

Правая нога соответственно приобретает потенциал x_х+а, определяемый выражением:

где а – ширина шага, м.

Разность потенциалов, под которой могут оказаться ноги человека, называют напряжением шага:

Отсюда определяют напряжение шага:

Из равенства следует, что напряжение шага зависит от тока замыкания, ширины шага, расстояния от человека до места замыкания тока на землю, а также от удельного сопротивления грунта. По мере удаления от места замыкания напряжение шага становится меньше.

Силу тока, проходящего через человека, попавшего под напряжение шага, определяют по формуле:

где R_h – сопротивление человека воздействию электрического тока, Ом.

Максимальное значение I_h будет, когда человек одной ногой стоит на участке земли в точке замыкания тока на землю, а другой – на расстоянии шага от этой точки. Минимальное значение I_h соответствует случаю, когда человек стоит на точках с одинаковыми потенциалами, тесно сомкнув ноги. В этом случае I_h=0.

Напряжение шага является причиной частой гибели людей и крупных животных (коров, лошадей). При обнаружении соединения с землей какой-либо токоведущей части установки запрещается приближение к месту повреждения на расстояние ближе 4м в помещениях и ближе 20м – на открытых площадях.

Необходимо отметить, что характер зависимости напряжения шага от расстояния между человеком и заземлителем противоположен той же зависимости напряжения прикосновения, которое увеличивается с увеличением расстояния.

Без учета дополнительных сопротивлений в электрической цепи человека максимальное напряжение шага меньше напряжения прикосновения. Однако поражение людей при воздействии напряжения шага объясняется тем, что под действием тока в ногах возникают судороги и человек падает, после чего цепь тока замыкается вдоль его тела через дыхательные органы – легкие и сердце, что приводит к параличу их деятельности.

Оказавшись в зоне напряжения шага, выходить из нее следует небольшими шагами (гусиными скользящими шагами) в сторону, противоположенную месту замыкания электрического провода на землю.