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.
Зона растекания тока. Шаговое напряжение. Напряжение прикосновения. Основные понятия дисциплины
Безопасность жизнедеятельности \ Безопасность жизнедеятельности
Страницы работы
5 страниц (Word-файл)
Посмотреть все страницы
Скачать файл
Фрагмент текста работы
зоне замыкания на землю человек может оказаться под разностью потенциалов на расстоянии шага (шаговый потенциал).
Напряжение между двумя точками цепи тока (поверхности земли), находящимися одна от другой на расстоянии шага (0,8м), на которых одновременно стоит человек называется напряжением шага.
Напряжение шага — это разность потенциалов j1 и j2 в поле растекания тока по поверхности земли между точками, расположенными на расстоянии шага (принимается » 0,8 м).
— расстояние 1и 2й точек на поверхности земли, в которых находятся одновременно ноги человека, от заземления. — длина шага, принимается равной 0,8 м (предполагается что человек движется по направлению к заземлению или от него). | |
β2
β1 – коэффициент напряжения, учитывающий закон изменения в зоне растекания; | — потенциал земли. |
β2 — коэффициент, учитывающий падение напряжения в дополнительных сопротивлениях обуви, ног человека;
β2 =1+ 2 Rосн /Rh, т.е. коэффициент напряжения шага β2 зависит от Rh – сопротивление тела человека, 2Rосн – сопротивление основания стоп
От чего зависит величина напряжения шага?
Величина напряжения шага зависит:
1) От сопротивления опорной поверхности ног и сопротивления обуви.
2) От расстояния до заземления.
3) От расстояния между ногами () относительно источника заземления.
Значения коэффициентов β1 β2 находят в справочниках для различных типов заземляющих устройств.
Напряжение между точками цепи тока, находящихся одна от другой на расстоянии шага зависит от ширины шага и удалённости человека от места замыкания на землю. По мере удаления напряжение уменьшается.
Рис. 1 – распределение напряжения на поверхности земли 2 – изменение напряжения прикосновения от расстояния до заземления |
Как видно из графика уменьшается с удалением от заземления и увеличивается с приближением. То есть максимально, если одна нога человека стоит на источнике заземления, а другая находится на расстоянии шага (а=0,8). И шаговое напряжение равно нулю при расстоянии равному х=20м.
Как видно из формулы, если расстояние а=0, то потенциалы равны и =0.
Расстояние между ногами должно быть как можно меньше, человек будет находиться под потенциалом, но шаговое напряжение будет минимально. Для выхода из зоны шаговых напряжений необходимо двигаться гусиным шагом.
Для ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ при случайном попадании в зону растекания тока НЕОБХОДИМО – соединить ноги и не спеша выходить из нее так, чтобы при передвижении ступня одной ноги не выходила за ступню другой!
Также следует двигаться, как можно дальше от заземления, так как в близи источника заземления разность потенциалов максимальна, или следует двигаться по эквипотенциальным линиям.
Шаговое напряжение вблизи заземлителя, места замыкания на землю и т.д. может вызвать интенсивные судороги мышц, если напряжение в точке растекания составляет 100 — 150 В и более.
Протекание тока по пути «нога-нога» еще не является опасным (через сердце протекает сравнительно небольшой ток), но в результате судорог ног человек может упасть и за счет увеличения расстояния между точками опоры (ноги — руки) разность потенциалов возрастает до опасных значений. Петля тока меняется и ток будет уже протекать по БОЛЕЕ ОПАСНОМУ ПУТИ, проходя через жизненно важные органы.
Напряжение прикосновения — это разность потенциалов точек электрической цепи, которых человек касается одновременно, обычно в точках расположения рук и ног.
— коэффициент напряжения прикосновения;
— коэффициент напряжения прикосновения, учитывающий сопротивление тела человека;
— потенциал корпуса электроустановки — потенциал земли в точке, где находятся ноги человека | |
— коэффициент напряжения прикосновения, учитывающий закон изменения в зоне растекания; — коэффициент напряжения прикосновения, учитывающий сопротивление тела человека; |
Напряжение прикосновения зависит от:
1.
Наличия связи между корпусом и землей (через заземлитель, черезПохожие материалы
Информация о работе
Скачать файл
Повышение потенциала земли, шаг и потенциал прикосновения – возмущение напряжения
Повышение потенциала земли [GPR]Повышение потенциала земли (GPR) в соответствии со стандартом IEEE Std 80 определяется как » Максимальный электрический потенциал подстанции заземляющая сетка может достигать относительно удаленной точки заземления , которая считается потенциалом удаленной земли. Это напряжение, известное как GPR, равно максимальному току сети, умноженному на сопротивление сети»9.0014 .
Рис. 1: Пример графика повышения потенциала землиПри нормальных обстоятельствах потенциал заземленного объекта будет таким же, как и потенциал удаленной земли (0 В). Когда ток короткого замыкания течет в землю или течет от земли к объекту, локальный потенциал земли повышается. Это связано с тем, что местная земля (или земля) имеет конечное сопротивление. Поток тока заземления в это сопротивление создает повышение потенциала относительно удаленной точки на земле . График имитации повышения потенциала земли показан на рисунке 1. В этом примере видно, что локальный потенциал земли повышается до 75 В относительно удаленной земли.
Георадарные исследования часто проводятся для определения градиентов напряжения вокруг пострадавшего оборудования. Этим оборудованием могут быть вышки сотовой связи, электрические подстанции, опоры ЛЭП и т. д. Во время неисправности энергосистемы, связанной с заземлением, локальный потенциал земли относительно удаленной земли может значительно возрасти (тысячи вольт). Все заземленное оборудование в этом месте (металлические объекты, площадки связи и т. д.) также будет повышено до этого высокого напряжения. Кабель связи, который проходит от этой точки к удаленному местоположению (при 0 В), может испытывать значительный ток из-за этой разности потенциалов и часто повреждается, если не будут приняты меры предосторожности.
Рассмотрим случай заземляющего электрода (заземляющего стержня), вбитого в землю на глубину 10 футов с удельным сопротивлением грунта 25,25 Ом·м.
Рисунок 2: Электрод заземленияС помощью калькулятора сопротивления заземления мы можем рассчитать, что ожидаемое сопротивление заземления для данной установки составляет 8,16 Ом. Предположим, что ток силой 100 А подается на землю через заземляющий электрод. Ожидаемый GPR в этом случае будет 100A*8.16Ω=816V.
Калькулятор сопротивления заземления
Рисунок 3: Повышение потенциала заземленияНа рисунке выше пунктирная красная линия указывает профиль георадара от заземляющего электрода до удаленной «удаленной земли», которая, как предполагается, находится при нулевом напряжении. Обратите внимание, что профиль георадара очень крутой вблизи электрода и постепенно «выравнивается» по мере того, как он достигает удаленной земли.
Два термина, связанные с георадаром, — это шаговой потенциал и сенсорный потенциал. Обратите внимание, что и шаговый, и контактный потенциалы являются прямым результатом повышения потенциала земли .
Ступенчатый потенциалСтупенчатый потенциал определяется как « Разность поверхностных потенциалов, с которыми сталкивается человек, преодолевающий расстояние 1 м ногами, не касаясь какого-либо заземленного объекта » в соответствии со стандартом IEEE-Std 80 .
Рисунок 4: Ступенчатый градиент потенциалаОбратите внимание на две воображаемые точки, обозначенные на рисунке 3 выше как P1 и P2. Напряжение P1 относительно удаленной земли равно V1, а напряжение P2 равно V2. Если расстояние между P1 и P2 составляет 1 м, и человек ставит одну ногу на P1, а другую на P2, то он испытает шаговое напряжение (V2-V1).
В качестве примера заземляющего электрода (заземляющего стержня), вбитого в землю на глубину 10 футов с удельным сопротивлением почвы 25,25 Ом·м, можно построить ступенчатый потенциал, как показано на рис. 4. Обратите внимание, что по мере того, как человек переходит из одной зоны в другую, он испытывать разницу потенциалов и, следовательно, шок. Ступенчатый потенциал приведет к прохождению тока от ноги к ноге . В центре рисунка находится заземляющий электрод. Видно, что шаговое напряжение не является постоянным и будет меняться в зависимости от расстояния от центра электрода. Чем ближе человек к электроду, тем круче или хуже ступенчатый потенциал будет .
Рисунок 5: #57 Гранитный каменьСтупенчатые потенциалы необходимо контролировать на подстанции для обеспечения безопасности персонала. Как правило, это делается путем проведения инженерного анализа грунта. Обычная практика заключается в том, чтобы «заставить» ток заземления течь под поверхностью либо путем закапывания глубоких заземляющих проводников, либо путем нанесения на поверхность слоя щебня с высоким удельным сопротивлением класса подстанции (гранит № 57 или аналогичный).
Прочтите: Роль щебня в заземлении подстанции
Потенциал прикосновенияПотенциал прикосновения определяется как » Разность потенциалов между повышением потенциала земли [GPR] и потенциалом поверхности в точке, где стоит человек в то же время имея руку в контакте с заземленной конструкцией ». согласно IEEE-Std 80 .
При возникновении неисправности на подстанции и протекании тока заземления в заглубленную заземляющую сеть потенциал заземляющей сети на подстанции повышается до значения, равного GPR. Поскольку все металлические объекты на подстанции подключены к одной и той же заземляющей сети, все металлические объекты (стальные балки, корпуса трансформаторов и т. д.) также получают напряжение георадара. Теперь поверхностный потенциал (потенциал там, где стоит человек) может иметь другой потенциал в зависимости от профиля георадара (форма кривой георадара от точки разлома до удаленного участка земли). В зависимости от профиля георадара может быть разница в потенциале (напряжении) между металлическим объектом, к которому прикасается человек, и потенциалом поверхности, на которой он стоит. Эта разница потенциалов называется потенциалом прикосновения или напряжением прикосновения.
Рис. 6. Потенциал шага и прикосновения ИллюстрированныйПотенциал прикосновения приведет к переходу тока от руки к ноге . Необходимо свести к минимуму потенциал прикосновения на подстанции для безопасности персонала. Это достигается за счет того, что поверхностные потенциалы внутри подстанции остаются одинаковыми. Было показано, что добавление слоя измельченной породы с высоким удельным сопротивлением минимизирует потенциалы прикосновения.
Как уменьшить величину повышения потенциала грунта (GPR)?GPR можно свести к минимуму, контролируя следующие переменные:
* Уменьшение сопротивления заземляющей сетки : Наиболее эффективным способом уменьшения сопротивления заземляющей сетки является увеличение площади сетки, установка глубинных заземляющих стержней, химическая обработка или любой другой подходящий способ. методы.
* Путь управления током повреждения : Если значительное количество тока повреждения может быть отведено от затронутого заземляющего стержня, то можно управлять GPR. Примером этого может служить 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 неисправности : Контролируя величину тока неисправности, можно удерживать GPR ниже требуемых пределов. Примером этого может быть вставка сопротивления или реактивного сопротивления в соединение нейтрали с землей распределительных трансформаторов. Ток замыкания на землю обычно ограничивается менее 400 А (обычно), что сводит к минимуму GPR на распределительных участках для замыкания фазы на землю.
Минимизация повреждения оборудования из-за повышения потенциала грунта (GPR)Ниже приведены некоторые идеи по предотвращению повреждения дорогостоящего коммуникационного оборудования на подстанции из-за георадара:
*Используйте оптический изолятор или преобразователь медь-оптоволокно, чтобы разорвать заземление из точки А в точку Б.
*Используйте оптоволоконную связь канал, когда требуется канал связи от подстанции до удаленного места, которое может иметь другой потенциал земли.
*Выясните, подходит ли изолятор контура заземления для вашего применения.
*Разработайте систему наземной сети таким образом, чтобы все интересующие вас места имели одинаковый потенциал.
*В пределах подстанции все металлические предметы, силовые и коммуникационные площадки должны быть подключены к общей заземляющей сети. Заземлять (заземлять) их раздельно (как и заземление связи, заземление питания) не рекомендуется .
Эксперимент: обращение к шипам
Фон
Чтобы понять этот эксперимент, нужно сначала иметь представление о вольтах (или напряжении). Напряжение является мерой электрической разницы между двумя точками.
Например, вы когда-нибудь расчесывали волосы в сухой день и замечали, что ваши волосы начинают «плясать» к расческе? Это потому, что вы вызвали электрическую разницу между вашей расческой и вашими волосами.
Когда вы расчесываете волосы, пластиковая расческа «снимает» электроны с ваших волос, создавая разницу в заряде или «напряжении» между вашими волосами и расческой. В результате, разделение заряда любопытным образом заставляет ваши волосы притягиваться к расческе, а также заставляет отдельные пряди волос отталкиваться друг от друга.
Эта разница в заряде также означает, что вы никогда не сможете просто измерить напряжение в одной точке. Любое значение напряжения, которое вы видите, всегда будет относительным значением или значением в одной точке (гребень), как определено относительно значения в другой точке (волосы). В качестве другого примера, девятивольтовая батарея, которая питает ваш SpikerBox, имеет разницу в напряжении «девять вольт» между концами «+» и «-».
Поскольку напряжение является мерой разницы между двумя точками, ваш электродный кабель SpikeBox имеет две иглы вместо одной; мы измеряем напряжение между двумя контактами электрода. В идеальном мире ваши два электрода имеют разные идентификаторы: «записывающий» электрод, который улавливает интересующий сигнал (пики) и, надеюсь, находится рядом с нервами, и «заземляющий» электрод, который в идеале находится в той части организма, где мало присутствует электрический сигнал.
Почему? Потому что вам нужна разница между двумя электродами, чтобы увидеть ваши спайки. Всплески (потенциалы действия) чрезвычайно малы, порядка от микровольт до милливольт, и поэтому должны быть усилены такими устройствами, как ваш Spikerbox, чтобы быть обнаруженными. Давайте рассмотрим, что происходит, когда импульс проходит по нерву, и у нас есть наш регистрирующий и заземляющий электроды на противоположных концах нерва. На рисунке ниже спайк представлен знаком «+» на поверхности всех «-» внутри нерва.
Когда регистрирующий электрод сталкивается с пиком, результатом является восходящая косая черта на нашем осциллографе для измерения напряжения. Затем, когда всплеск находится между записывающим электродом и заземляющим электродом, нет никакой разницы между тем, что «видит» каждый электрод, и мы измеряем ноль. Когда шип затем проходит мимо заземляющего электрода, записывающий электрод теперь кажется отрицательным по отношению к земле, а на прицеле имеется косая черта вниз.
Теперь представьте себе мысленный эксперимент, в котором мы сталкиваемся со странным альтернативным миром, где потенциалы действия перемещаются по нерву с бесконечной скоростью. Представьте, что мы пытаемся записать спайки от этого нерва с той же конфигурацией электродов, что и выше. Если возникает потенциал действия, и мы измеряем разность потенциалов между записывающим электродом и заземляющим электродом, что мы ожидаем увидеть?
Поскольку и записывающий электрод, и земля будут иметь одинаковый электрический потенциал из-за бесконечно быстрого потенциала действия, мы измерим нулевое значение… что оставляет нам гипотезу, что это животное не имеет потенциалов действия и, таким образом, использует какой-то новый, неизвестный науке, метод нейронной связи! Это было бы здорово для нашей карьеры, если бы мы были правы, но, к сожалению, наши выводы не были бы верны.
Наше расположение электродов просто не позволяло нам «видеть» потенциал действия.Таким образом, поскольку измерение напряжения — это измерение разницы между вашим записывающим и заземляющим электродами, вам необходимо тщательно продумать, где вы размещаете свои электроды при записи нейронных сигналов. Например, рассмотрим следующие три условия:
В верхнем состоянии (электроды далеко, но оба в нервной ткани) вы записываете «очень скученную» смесь спайков от шести нейронов (как вы могли бы видеть три нейрона рядом с заземляющим электродом и три нейрона рядом с регистрирующим электродом). ). В среднем состоянии (заземляющий электрод в кости, регистрирующий электрод в нервной ткани) ваша запись будет менее «переполненной», так как заземляющий электрод находится в кости, где нет нейронов. Вы увидите только спайки от трех нейронов рядом с записывающим электродом. Теперь рассмотрим состояние дна. Обратите внимание, что между записью и заземляющим электродом есть два нейрона.
А пока в этом эксперименте мы рассмотрим различные конфигурации регистрирующих электродов и заземлителей.
Процедура
Примечание: в этом эксперименте мы ссылаемся на «заземляющий» и «записывающий» электроды, но вы можете произвольно решить, какой из ваших электродов вы назовете записывающим электродом, а какой — заземлением.
Материалы
Для этого эксперимента вам понадобится:
- Стандартный SpikerBox с приспособлением для ног тараканов
- Если вы хотите записать свои данные, соединительный кабель или кабель для смартфона
Вот и все!
Шаги
- Настройте свой компьютер/мобильное устройство для записи и подготовьте ногу таракана, как описано ранее.
- Поместите регистрирующий электрод в бедренную кость, а заземляющий (референтный) электрод — в тазик, как показано ниже.
- Подуй на лапку своего таракана. Обратите внимание на то, является ли ответ широким «свистом» нейронной активности или же это отдельные серии спайков.
- Осторожно коснитесь зубочисткой зазубрин на ножке. Обратите внимание на то, является ли ответ «свистом» или отдельными шипами.
- Теперь переместите заземляющий электрод в бедренную кость вместе с записывающим электродом, как показано ниже.
- Повторите шаги 3–4, как указано выше.
- Наконец, переместите заземляющий и регистрирующий электроды в тазик, как показано ниже.
Что ты заметил? Можете ли вы дать объяснение разницы? Вот классическая статья по нейроанатомии ног таракана от 1954 может помочь.
Вопросы для обсуждения
- Что такое напряжение? Когда сообщается напряжение, это абсолютное число или дифференциальное значение?
- В этом эксперименте вы узнали, что происходит, когда вы перемещаете заземляющий и записывающий электроды в новое место.