跨步電壓

發生接地故障時的電壓類型

跨步電壓,是指電氣設備發生接地故障時,在接地電流入地點周圍電位分佈區行走的人,其兩腳之間的電壓。

概述


戶外落雷可引起跨步電壓危險
戶外落雷可引起跨步電壓危險
跨步電壓是指電氣設備發生接地故障時,在接地電流入地點周圍電位分佈區行走的人,其兩腳之間的電壓。
電氣設備碰殼或電力系統一相接地短路時,電流從接地極四散流出,在地面上形成不同的電位分佈,人在走近短路地點時,兩腳之間的電位差就稱作跨步電壓(電工行業習稱跨步電勢)。距電流入地點越近,跨步電壓越高,反之越低。跨步電壓主要產生於電力系統的接地短路電流。
雷雨天氣中,在雷電流通過接地裝置時,也會產生跨步電壓。

原理


跨步電壓
跨步電壓
如果人或牲畜站在距離電線落地點8~10米以內,就可能發生觸電事故,這種觸電即跨步電壓觸電。人受到跨步電壓時,電流雖然是沿著人的下身,從腳經腿、胯部又到腳與大地形成通路,沒有經過人體的重要器官,好像比較安全。但是,因為人受到較高的跨步電壓作用時,雙腳會抽筋,使身體倒在地上。這不僅使作用於身體上的電流增加,而且使電流經過人體的路徑改變,完全可能流經人體重要器官,如從頭到手或腳。相關事件證明,人倒地后電流在體內持續作用2秒,就會致命。

實驗驗證


跨步電壓的演示圖
跨步電壓的演示圖
以牛進行驗證表明,脈衝電壓幅值為0.6~30千伏時,跨步電壓和接觸電壓對牛的內部肌體沒有任何損傷。如跨步電壓的幅值提高到40~70千伏,而接觸電壓的幅值提高到42~56千伏時,牛的中樞神經系統和血液循環機能受到。這是暫時性影響,經過休息后可以完全恢復,沒有生命危險。
如跨步電壓的幅值提高到96千伏,接觸電壓的幅值提高到74千伏時,牛的呼吸失常,心臟活動機能損傷,產生不可逆過程,有生命危險。
一旦誤入跨步電壓區,應邁小步,雙腳不要同時落地,最好一隻腳跳走,朝接地點相反的地區走,逐步離開跨步電壓區。
人站在接地短路迴路上,兩腳距離為0.8米,人身所承受的電壓,稱為跨步電壓。

危害


當跨步電壓達到40~50V時,將使人有觸電危險,特別是跨步電壓會使人摔倒進而加大人體的觸電電壓,甚至會使人發生觸電死亡。
當電氣設備發生接地故障,接地電流通過接地體向大地流散,在地面上形成分佈電位。這時若人們在接地短路點周圍行走,其兩腳之間(人的跨步一般按0.8米來考慮)的電位差,就是跨步電壓。由跨步電壓引起的人體觸電,稱為跨步電壓觸電
人體受到跨步電壓作用時,人體雖然沒有直接與帶電導體接觸,也沒有放弧現象,但電流是沿著人的下身;從一隻腳經胯部到另一隻腳,與大地形成通路。觸電時先是感覺腳發麻,后是跌倒。當觸到較高的跨步電壓時,雙腳會抽筋而倒在地上。跌倒后,由於頭腳之間的距離大,故作用於身體上的電壓增高,觸電電流相應增大,而且也有可能使電流經過人體的路徑改變為經過人體的重要器官,如從頭到腳或從頭到手。因而增加觸電的危害性。人體倒地后,電壓持續2秒鐘,人就會有致命危險。
跨步電壓的大小決定於人體離接地點的距離,距離越遠,跨步電壓數值越小,在遠離接地點20米以外處,電位近似於零越接近接地點,跨步電壓越高。

電壓介紹


(1)接觸電壓及接觸電壓觸電。當電氣設備因絕緣損壞而發生接地故障時,如人體的兩個部分(通常是手和腳)同時觸及漏電設備的外殼和地面,人體兩部分分別處於不同的電位,其間的電位差即為接觸電壓,用Ut表示。觸電者手部電位為Ud(即設備外殼電位)、腳部電位為U,手腳之間的電位差Ut=Ud-U便是該觸電者承受的接觸電壓。顯然,接觸電壓的大小隨人體站立點的位置而異,人體距離接地極越遠,受到的接觸電壓越高。在電氣安全技術中是以站立在離漏電設備水平方向0.8m的人,手觸及漏電設備外殼距地面1.8m處時,其手與腳兩點間的電位差為接觸電壓計算值。由於受接觸電壓作用而導致的觸電現象稱為接觸電壓觸電。
(2)跨步電壓及跨步電壓觸電。電氣設備發生接地故障時,在散流區(電位分佈區)行走的人,其兩腳處於不同的電位,兩腳之間(一般人的跨步約為0.8m)的電位差稱為跨步電壓。設前腳的電位為U1,後腳的電位為U2,則跨步電壓Us=U1-U2。顯然人體距電流入地點越近,其所承受的跨步電壓越高。人體受到跨步電壓作用時,電流將從一隻腳經跨步到另一隻腳與大地形成迴路。觸電者的癥狀是腳發麻、抽筋、跌倒在地。跌倒后,電流可能改變路徑(如從頭到腳或手)而流經人體重要器官,使人致命

預防


電壓預防

室外雷電天氣可引發跨步電壓危險
室外雷電天氣可引發跨步電壓危險
應增設接地極改變跨步電壓。
1.利用多種形式,各種宣傳媒介,如黑板報、村廣播、村民大會、放電影、田間地頭、中小學生課堂等進行安全用電常識的宣傳工作,講跨步電壓觸電的危害及後果。 
2.村電工負責每年對本村供電區內的全部電力設備進行春檢和秋檢,落實安全措施,堵塞漏洞,預防事故的發生。 
3.架空線和接戶線要經常維護,定期進行全面巡視檢查,遇有大風、雨、雪、霧、冰雹、洪水等惡劣天氣和用電高峰季節,要增加巡視檢查次數和夜巡次數,對危及用電安全的設備、線路及時處理或採取暫停供電的應急措施。 
4.在事故停電或漏電保護器動作后,必須立即進行巡視檢查,排除故障後方可恢復送電。 
5.在平時工作或行走時,一定要格外小心,當發現設備出現接地故障或導線斷落地時,要遠離導線落地點。 
6.一旦不小心跨入斷導線落地點且感覺到跨步電壓時,應趕快雙腳併攏或用一隻腳跳離斷線落地點。 
7.當必須進人斷線點救人或排除故障時,一定要穿絕緣靴。

周邊路面預防

為了避免跨步電壓對人身的傷害,接地網外緣應該閉合,外緣各角應做成圓弧形。如仍不能滿足跨步電位差的要求,可敷設水平均壓帶。接地網邊沿經常有人通過的地方,可鋪設礫石或瀝青路面,也可敷設均壓帶。

人員預防

如果發現高壓線鐵塔傾斜或者電線斷頭下垂時,一定要迅速遠避。
雷雨天氣時,也要盡量減少跨步電壓帶來的傷害,如果在周圍有落雷、周圍有不均勻電壓分佈的緊急情況下,應趕快把雙腳並在一起,然後馬上用一條腿蹦離危險,逐步離開跨步電壓區。

有關規定


中國有關標準規定,在大接地短路電流系統發生單相接地或同點兩相接地時,地面水平距離0.8m兩點間的電位差應滿足下式的規定:
跨步電壓
跨步電壓
式中Es為跨步電位差(V),ρ為人腳站立處的地表土壤電阻率(Ωm),t為接地短路電流的持續時間(s)。在小接地短路電流系統中發生單相接地時,一般並不迅速切除故障,接地電流的持續時間比較長,所以須把跨步電位差的允許值降低,此時跨步電位差應滿足下式的規定:
ES=50+0.2ρ
條件比較惡劣的場所,如礦井和水田,Es的允許值應適當降低。

改變方法


增設垂直接地極對於降低接觸電壓和跨步電壓具有非常顯著的作用,一是垂直極的引入,降低了地電位升(GPR),而接觸及跨步電壓均與GPR有著直接的關係。二是因為增設垂直極后,大部分故障電流通過垂直極流入大地,相應減少了水平導體的散流量,因此地表面的水平方向電流密度大大減少,造成水平方向電場強度大大降低。