Krok po kroku o… napięciu krokowym

Napięcie krokowe. Prawdopodobnie obiło Ci się o uszy to pojęcie. W internecie znajduje się co najmniej kilka opracowań w tym temacie, jednak spróbuję dorzucić tu swoje 3 grosze, a konkretnie postaram się odpowiedzieć na następujące pytania:

  • Skąd takie określenie i dlaczego warto sobie zawracać tym głowę?
  • Jakie są przyczyny powstania takiego napięcia?
  • Na czym polega to zjawisko?
  • Jak zapobiegać pojawieniu się napięcia krokowego?
  • Czym jest lej potencjału?
  • Czy napięcie krokowe występuje przy napięciu niskim?

Pomysł na ten artykuł podsunął jeden z czytelników bloga (pozdrowienia dla Roberta). W ramach rewanżu postaram się opowiedzieć o tym zagadnieniu najlepiej jak potrafię 🙂 .

Skąd takie określenie?

Określenie to wzięło się z istoty samego zjawiska czyli napięcia elektrycznego, które może powstać pomiędzy dwoma punktami i które są oddalone od siebie na odległość od 0.5 do 1.0m czyli w odległości jednego kroku.

Krok0Va

W normalnych warunkach, możemy stąpać po ziemi, która posiada potencjał elektryczny równy 0V – wykonywać krótkie i długie kroki, biegać, skakać – jak nam wygodnie, bez ryzyka, że porazi nas prąd elektryczny. To byłoby wręcz szaleństwo, gdyby człowiek podczas spaceru się zastanawiał, czy może zrobić krok, czy jednak nie warto ryzykować 🙂 .

A jednak, istnieją sytuacje, gdy postawienie kroku może być dla nas zagrożeniem. Warto z tego sobie zdawać sprawę i przede wszystkim wiedzieć jak się wtedy zachować.

Jakie są przyczyny powstania napięcia krokowego?

Do podstawowych przyczyn zaliczyłbym:

  • Wyładowania elektryczne podczas burz czyli pospolite pioruny
  • Uszkodzenia napowietrznych linii elektrycznych średniego i wysokiego napięcia wywołanych żywiołami natury, zdarzeniami losowymi lub po prostu ludzką niefrasobliwością

Obydwa zjawiska zdarzają się niejednokrotnie o czym możemy się przekonać widząc za oknem burzę lub oglądając wiadomości w telewizji. Jednak statystycznie rzecz ujmując wydaje się, że znalezienie się nieopodal uderzającego pioruna lub uszkodzonej linii elektroenergetycznej nie jest wcale takie proste. Teoretycznie więc dla człowieka niezwiązanego z energetyką, napięcie krokowe występuje najzwyczajniej w świecie rzadko.

Na czym polega to zjawisko?

Wyobraź sobie napowietrzną linię elektryczną średniego napięcia. Napięcie elektryczne w takiej linii względem ziemi może wynosić przykładowo 20 000V. Druty na wysokości kilku-kilkunastu metrów jakich wiele. Pohulał trochę wiatr, wyrwało drzewo z korzeniami, które padając, ostatnim aktem desperacji zahaczyło o wspomniane linie, drut uległ przerwaniu i spadł na ziemię.

Zakładając, że uszkodzony drut leży sobie spokojnie, w punkcie jego styku z ziemią napięcie elektryczne gruntu nie będzie wynosić już 0V tylko wspomniane wcześniej 20 000V. Jednocześnie do ziemi będzie płynął prąd zwarciowy tj. o dużym natężeniu.

KrokRazenie

Do ziemi będzie zatem płynął prąd elektryczny o określonym napięciu. Jako, że grunt ma również swój opór elektryczny, to napięcie elektryczne ziemi będzie maleć wraz z oddaleniem się od źródła problemu (o zależności opór / napięcie piszę szerzej o tutaj i tutaj).

Patrząc na powyższy obrazek mamy delikwenta, który znalazł się niedaleko uszkodzenia i postanowił zrobić krok, żeby oddalić się od miejsca zagrożenia. W tym momencie jego pierwsza stopa znajduje się w punkcie, gdzie potencjał elektryczny gruntu wynosi U2 = 1 500V. Natomiast druga stopa znajduje się już w punkcie, gdzie potencjał elektryczny gruntu wynosi U3 = 1 300V.
Różnica potencjałów czyli napięcie elektryczne pomiędzy stopami hopka wynosi zatem:

U2 – U3 = 200V

I prąd o takim napięciu właśnie, będzie przepływał przez nieszczęśnika.

W ramach uzupełnienia dodam, że potencjał elektryczny gruntu zmienia się we wszystkich kierunkach od źródła. Rzut z góry:

Promien

Na rysunku powyżej przedstawione są czarne linie potencjału elektrycznego o takiej samej wartości. Czyli bez względu na to w którym kierunku spróbujesz się oddalić od miejsca zagrożenia, możesz mieć ten sam problem.
Narysowałem tutaj eleganckie okręgi, natomiast w rzeczywistości skład, a co za tym idzie rezystancja gruntu może nie być jednakowa w różnych kierunkach, przez co w jednym kierunku napięcie elektryczne może szybciej się zmniejszać podczas oddalania się od źródła, niż w kierunku przeciwnym. W obliczu zagrożenia nie podjąłbym się jednak ustalenia, który kierunek jest najbardziej słuszny.

Jak zapobiegać pojawieniu się napięcia krokowego?

Odpowiedź na to pytanie nasuwa się sama. Żeby nie dopuścić do powstania różnicy potencjałów pomiędzy stopami, należy… nie wykonywać żadnego kroku.

ZlaczoneStopy

W takim momencie są dwie opcje:

  • Złączenie stóp razem – teoretycznie różnica potencjałów wciąż może być pomiędzy stopami, ponieważ zwykle buty nie są razem połączone, ale napięcie to powinno być niewielkie i jest to stabilniejsze rozwiązanie niż alternatywa
  • Podniesienie jednej nogi do góry

Jeśli zagrożenie będzie się utrzymywało można spróbować się oddalić w miejsce bezpieczne poprzez:

  • wykonywanie tip topów tj. kilkucentymetrowych kroczków
  • wykonywanie krótkich skoków ze złączonymi stopami

Czym jest lej potencjału?

Możliwe, że w różnych opracowaniach spotkasz się z podobnym rysunkiem (choć coś czuje, że hopek jest unikalny 🙂 ).

LejPotencjalu

Jest to zobrazowanie w formie wykresu poziomu potencjału elektrycznego na powierzchni gruntu w zależności od miejsca zdarzenia (lej potencjału).
Oś pionowa wykresu wskazuje wartość napięcia elektrycznego.
Oś pozioma wykresu wskazuje odległość od awarii podana np. w metrach.

Jak wygląda sprawa z napięciem 230V?

Jeśli zrobimy zwarcie i połączymy przewód fazowy o potencjale 230V z ziemią, to w zasadzie powinno zadziałać zabezpieczenie przeciwzwarciowe, które mamy w skrzynce rozdzielczej w domu.
Załóżmy więc, że zabezpieczenie to jest uszkodzone.
Wtedy napięcie 230V przyłożone do ziemi nie powinno stanowić wielkiego zagrożenia, gdy patrzymy na to pod kątem zjawiska napięcia krokowego. Potencjał elektryczny gruntu zaniknie w bardzo bliskiej odległości od punktu przyłożenia przewodu.

Epilog

W ramach rozwijania wiedzy w kwestiach omawianych w tym wpisie, polecam artykuł, który omawia prawidłowe zachowanie człowieka i grupy ludzi w trakcie burzy.

Źródło tytułowego obrazka: www.huntsvillenewswire.com

Drukuj artykuł

Dodaj komentarz

15 komentarzy do "Krok po kroku o… napięciu krokowym"

Powiadom o
avatar
Sortuj wg:   najnowszy | najstarszy | oceniany
Dario
Gość

Zgodnie z teorią biegu, człowiek podczas biegu ma styczność z podłożem najwyżej jedną nogą w danym momencie. Wynika z tego, że bieg jest dobrym sposobem oddalenia się od miejsca zagrożenia…
Druga sprawa to słowo „hopek”. To słowo pochodzi chyba od słowa chłopek, więc powinno być pisane przez „ch”. Chyba, że pochodzi od hopsania, czyli efektu porażenia przez prąd 🙂

Loxley
Gość

Jaki związek miałby z tematem chłopek? Weź no pomyśl. Hopek od hopka (patrz słownik języka polskiego). Łopatologicznie mówiąc mini górka. 😉 Co do teorii biegu (wg mnie błędnej w stosunku do napięcia krokowego), to jasno tutaj wytłumaczono temat różnicy potencjałów.

Tom
Gość

Hej, czy siedzac na ziemi z ugietymi, rozkroczonymi nogami, tez powodujemy napiecie krokowe?

Krzysztof
Gość

Witam! Bardzo ciekawy wpis, mam co do niego jeszcze dwa pytania.
1. Jaki jest praktyczny zasięg wspomnianego pioruna, czy to tylko kilka centymetrów, metrów a może dziesiątki metrów? Zdaję sobie sprawę, że zależy to od podłoża ale może jakieś konkretne przykłady np. mokra od deszczu ziemia, chodnik, tafla wody itp.
2. I druga sprawa. Często słyszymy, że klatka Faradaya a mam tu na myśli klatkę z drutu na naszym Hopkiem chroni znajdujące się pod nią osoby przed uderzeniem pioruna. Jak do tego ma się wspomniane napięcie krokowe?
pozdrawiam

Anka
Gość

Pytanie od blondynki (przynajmniej w zakresie elektryki) 😉 ktore nurtowalo mnie od dziecka; czy grunt/obiekt po uderzeniu pioruna naelektryzowany jest przez jakis czas, czy tylko w chwili jego uderzenia, i – czy zalezy to od jego wlasciwosci (wodnisty/suchy – zdarzaja sie przeciez burze bez opadow).
W kwestii zerwanych linii nie mam takich rozkminow, choc moze nieslusznie? Dopoki sa pod napieciem, „elektryzuja” grunt, po wylaczeniu zrodla pradu zapewne sa juz nieszkodliwe – ale moze sie myle?
Wdzieczna za odpowiedz – blondynka

P.S. W kwestii (c)hopka – stwierdzam, ze to skaczacy ludzik (ze zlaczonymi nogami, bo napiecie krokowe i te sprawy) i jak najbardziej w tym znaczeniu moze hopkiem (niekoniecznie Hopkiem) pozostac. Jako, hm… gatunek lub rodzaj. Innymi slowy – na sprawdzianie z ojczystego u mnie nie dostalbys za hopka minusa, zwlaszcza w kontekscie tego artykulu 🙂

Mirek
Gość

Mam nadzieję Drogi Radku, że nie bierzesz mnie za up******liwego faceta, bo takim nie jestem, ale działam trochę w branży pisarsko-dziennikarskiej i to takie zboczenie „zawodowe”. Chyba lepiej zostać elektrykiem, oczywiście w oparciu o twój blog :))
Pozdrawiam!

Mirek
Gość

Ale „chopek”, to chyba pisze się przez „ch”, a nie „h”. Co prawda hopek może oznaczać jakiś skok, mały skoczek (ale chyba akurat w tym momencie, to nie za bardzo:) To są też nazwy różnych firm artystycznych oraz imprezowych, ale najczęściej dla dzieci, a więc tym bardziej chyba powinno być „chopek”.
Nie mniej artykuł super i wyjaśnił mi wiele, a raczej uświadomił…

Patryk
Gość

Można jeszcze rozważyć różnice w rozkładzie potencjału na powierzchni ziemi w przypadku doziemienia za pośrednictwem uziomu np. pręta. Tak to artykuł na 5.

Ass
Gość

a może więcej szczegółów ? np że napięcie to całka od a do b z E dl ? bardziej matematyczny opis bo tu jest napisane w sposób bardzo ogólny

Marcin
Gość

Super ciekawe, gratuluje świetnego przekazu wiedzy w prostym języku 🙂

wpDiscuz