Шаговое напряжение (напряжение шага) является опасным явлением при нештатных ситуациях в электроустановках. Ярко выраженные визуальные признаки (в отличие, например, от межфазного замыкания) при этом могут отсутствовать, а степень опасного воздействия на живой организм может быть высокой.
Что такое зона шагового напряжения и как она формируется
При замыкании провода под напряжением на землю в точке замыкания появляется электрический потенциал. Он постепенно убывает от максимума по мере удаления от точки замыкания, и на каком-то расстоянии становится практически равным нулю (потенциалу земли). Очевидно, что точки, расположенные на разном расстоянии от места замыкания, имеют разный потенциал, и это означает, что между этими точками существует разность потенциалов, то есть, напряжение. Отсюда и возник термин – шаговое напряжение. Если человек или животное стоит или передвигается (шагом или бегом) в зоне ненулевого потенциала, эта разность потенциалов создаст ток между его ногами.
Такая ситуация может возникнуть:
- при обрыве фазного провода воздушной линии;
- при падении дерева на воздушную линию;
- при повреждении изоляции подземного кабеля.
Кроме того, зона шагового напряжения может возникнуть вокруг заземлителя, если в него втекает ток (например, при попадании молнии в молниеотвод или при замыкании фазного провода на заземленный элемент электроустановки).
Потенциал по мере удаления от центра убывает по обратнопропорциональному закону. Отсюда можно сделать два вывода:
- Чем ближе к центру, тем быстрее изменяется потенциал (расстояние между точками X1 и X2 на рисунке одинаково, а напряжение U2 больше, чем U1).
- В любом месте опасной зоны чем больше расстояние между точками, тем больше напряжение шага (расстояние X4 больше, чем X3, и напряжение U4 больше, чем U3).
Отсюда основное правило поведения на территории шагового напряжения – надо немедленно покинуть зону, но при этом нельзя широко расставлять ноги (широко шагать или бежать).
Так как уровень шагового напряжения зависит, в том числе, от расстояния между точками, нахождение в зоне поражения опаснее для животных, у которых расстояние между передними и задними конечностями обычно больше, чем у человека между ступнями при обычной ходьбе (0,7..0,8 м).
Для ликвидации нештатных ситуаций в сетях с глухозаземленной нейтралью (обычно это все сети до 1000 В, а также 35000 В и выше), включая замыкания одной или более фаз на землю, предназначены устройства релейной защиты, реагирующие на ток короткого замыкания на землю. Однако возможны ситуации, когда релейная защита не поможет. Для срабатывания защиты от однофазного на землю ток по участку «поврежденная фаза – земля – нейтраль трансформатора или генератора» должен достичь определенной величины. На практике ток может быть ограничен на участке протекания по земле, так как грунт (например, сухая каменистая почва) может иметь большое сопротивление. В этом случае ток через живой организм будет опасен для человека, но тока по пути утечки будет недостаточно для срабатывания защиты.
Кроме того, не исключена ситуация, когда устройство релейной защиты будет неисправно.
В сетях с изолированной нейтралью (сети от 6000 до 10000 В, иногда 35000 В) ситуация еще сложнее. При однофазном КЗ на землю пути для активного тока нет, он полностью носит емкостный характер. Величина ёмкостного тока невелика, поэтому мгновенного отключения не происходит (допускается работа в таком режиме до 2 часов). Поэтому в таких сетях однофазное замыкание на землю еще опаснее.
Расчет площади распространения тока
В Правилах охраны труда при эксплуатации электроустановок (п.3.7) косвенно определены размеры зоны возможного возникновения шагового напряжения:
- в закрытых распределительных устройствах – круг радиусом 4 метра от точки замыкания;
- в открытых распредустройствах и в зоне ВЛ 1000 В – радиус поражения составляет 8 метров.
На самом деле. эти цифры условны и зависят от многих факторов, основные среди которых:
- напряжение, присутствующее на замкнутом проводе до замыкания;
- удельное сопротивление грунта.
Чем выше напряжение, тем больше радиус. Но чем выше сопротивление грунта, тем радиус меньше, а градиент убывания напряжения – больше. Это означает, что на проводящем грунте (мокрая земля, влажный песок) от точки замыкания надо держаться на большем расстоянии, зато в самой зоне опасное действие шагового напряжения меньше, чем, например, на сухом скальном грунте. На рисунке показана ситуация, когда расстояния X1 и Х2 равны, а напряжение U2 больше, чем U1.
Опасность влажного грунта в том, что от его воды смачиваются подошвы обуви, и изолирующее действие подошвы снижается.
Правила перемещения и работы
Признаками попадания в зону действия шагового напряжения могут быть:
- покалывание, пощипывание в ногах – в легком случае;
- в более тяжелой ситуации – явные судороги от действия электрического тока.
Ощутив признаки попадания в опасную зону, надо как можно быстрее ее покинуть. При этом придется соблюдать безопасный порядок выхода.
Выход из зоны
В первую очередь, в первую очередь надо сориентироваться визуально – определить место замыкания (видимое или потенциальное) и кратчайший безопасный путь эвакуации на достаточное расстояние.
Выход из зоны шагового напряжения надо производить приставным («гусиным») шагом. Это означает, что передвигаться следует мелкими шагами (пятка передвигаемой ноги не должна перемещаться далее носка опорной ноги), а ноги во время движения не должны отрываться одна от другой.
В сети можно найти советы покидания опасной территории прыжками – на двух или на одной ноге. Делать этого ни в коем случае нельзя. При таком методе велика опасность упасть (с опорой на руки), и тогда уровень разности потенциалов будет определяться расстоянием между руками и ногами человека, а оно заведомо больше, чем дистанция «нога-нога». К тому же тогда ток через тело в этом случае пойдет по пути рука-нога, что гораздо опаснее пути нога-нога.
Существует рекомендация удаляться от центра замыкания не по кратчайшей прямой, а по расходящейся спирали. Этот совет имеет смысл – при этом расстояние между ногами по направлению от точки замыкания будет всегда небольшим, даже если спешить.
Однако, у этого способа есть недостатки:
- места для выполнения такого маневра может не быть из-за мешающих окружающих предметов;
- выход из опасной зоны займет больше времени.
По этим причинам такой способ покидания зоны действия напряжения можно применять, если позволяет обстановка.
Эвакуации пострадавшего
При освобождении от действия электричества человека, попавшего под действие шагового напряжения, а также при любом другом спасении пострадавшего, надо соблюдать главное правило – в первую очередь думать о собственной безопасности, а потом уже о безопасности спасаемого. В противном случае может получиться так, что спасать придется двоих.
Первым действием всегда должна быть попытка отключения напряжения посредством коммутационного аппарата. В этом случае согласовывать свои действия с диспетчерским персоналом не надо – правила позволяют несанкционированное отключение для спасения жизни и здоровья пострадавшего.
Во многих случаях коммутирующего аппарата может не быть в поле зрения или доступ к нему может не быть доступа. В этом случае эвакуация пострадавшего совершается без снятия напряжения, но с соблюдением мер защиты.
В первую очередь, к ним относится применение средств защиты в электроустановках. Прежде, чем приближаться к пострадавшему, надо надеть:
- в электроустановках до 1000 В – диэлектрические галоши или боты;
- в установках до или выше 1000 В – диэлектрические боты.
Если рядом отсутствует стенд со средствами защиты, надо, как минимум, убедиться, что обувь спасающего сухая и ее подошвы выполнены из токонепроводящего материала (резины).
В этом случае приближаться к пострадавшему надо приставным шагом – так же, как и при покидании опасной зоны.
Если есть возможность задействовать штатные средства защиты, для освобождения пострадавшего надо применить:
- в электроустановках до 1000 В – диэлектрические перчатки (их достаточно, но и изолирующая штанга не помешает – средств защиты мало не бывает);
- в электроустановках свыше 1000 В – диэлектрические перчатки и изолирующую штагу.
С помощью защитных средств надо попытаться в первую очередь отбросить оборванный провод так, чтобы ликвидировать замыкание. Если это невозможно, надо сразу приступить к эвакуации пострадавшего.
Если средств защиты в непосредственном доступе нет, надо применить подручные средства (сухую палку и т.п.), но в этом случае пытаться откинуть провод нельзя – особенно в электроустановках выше 1000 В. Подручные средства надо применять только для выноса пострадавшего из опасной зоны.
Если подручных средств нет, нельзя прикасаться к незащищенным одеждой частям тела пострадавшего. Оттаскивать надо, взявшись за одежду (лучше за полы).
Удалив пострадавшего из опасной зоны, надо определить его состояние – в сознании или нет, если сознания нет – определить наличие пульса наложением четырех пальцев на сонную артерию (на шее). Если пульс не прощупывается, надо приступить к выполнению сердечно-легочной реанимации и выполнять ее до приезда скорой.
Скорую помощь надо вызвать в любом случае – даже если пострадавший в сознании и у него прощупывается пульс.
Меры по предотвращению аварий и минимизации рисков
Выше показано, что чем выше сопротивление грунта, тем меньше зона возникновения напряжения шага, но тем опаснее нахождение в ней. По этой причине эффективным средством борьбы с возникновением опасности шагового напряжения является обустройство системы выравнивания потенциала. Для ее создания на поверхности земли или пола создается решетка из металлических (стальных) прутьев. Так как сталь обладает малым удельным сопротивлением, то и разность потенциалов на расстоянии шага будет исчезающе малой.
К сожалению, этот способ применим только на территории локальных электроустановок – невозможно создать зону выравнивания потенциала для, например, воздушной линии, протяжённостью несколько километров или десятков километров.
По этой причине бороться с возникновением замыканий на землю можно, по большей части, поддержанием в исправном состоянии устройств релейной защиты, при необходимости – корректирующий перерасчет уставок срабатывания.
Полностью же исключить возникновение опасных ситуаций вряд ли получится. Поэтому залогом отсутствия ущерба здоровью и жизни людей, попавших в зону шагового напряжения, является обучение распознаванию возникновения напряжения шага, а также правильному поведению в подобных ситуациях.
