Опасность шагового напряжения

Опасность шагового напряжения

Электрический ток всегда является потенциальной опасностью для жизни человека. Шаговое напряжение – одно из самых опасных явлений в электротехнике, определение которого знать нужно любому электрику.

Определение

Что это такое – шаговое напряжение? Это определенное напряжение, которое возникает между ногами человека, стоящего рядом с заземленным объектом без соприкосновения с ним. Оно равно разности напряжений электричества между объектом и точкой, которая находится на некотором расстоянии от него. Главными факторами, влияющими на него, являются расстояние, удельное сопротивление земли (сетка заземления) и силы тока, протекающего по проводнику.

Фото — Пример шагового вихря напряжения

Опасность шагового напряжения заключается в том, что прикосновения не нужны для поражения током, а после поражения перемещение практически невозможно. За счет того, что земля также имеет определенное удельное напряжение, удар может произойти независимо от действий человека.

Фото — Зависимости размеров шага и напряжения

Причины

Опасное напряжение чаще всего возникает при обрыве электрического локального кабеля, поставляющего электричество к определенному объекту. Опаснее всего в такой момент человеку находиться на болоте, в воде или даже стоять на мокром асфальте, т. к. вода является превосходным проводником электрического тока.

О том, какое напряжение называют шаговым, изучается даже в школах, но, к сожалению, предугадать момент его появления и конкретное поле действия очень сложно. Оно может проявиться из-за перепадов атмосферного давления, возникновения взрыва на электрических подстанциях, при коротком замыкании на проводе в помещении или на улице, и даже от взаимодействия земли с молнией.

Действие

Для того, чтобы предупредить вредное воздействие шагового напряжения, необходимо провести расчет. Он поможет вычислить размер диапазон и его силу.

Фото — Расчет шагового напряжения

Каждый параметр отвечает за определенный показатель, важный при вычислении радиуса. На данной схеме:

  • IЗ – ток короткого замыкания, измеряется в Амперах;
  • ρ – удельное сопротивление грунта, Ом*м;
  • a – расчетная длина шага, м
  • x – расстояние от места повреждения, измеряется в метрах.

Исходя из графика может быть рассчитана зона шагового напряжения и непосредственно его размер:

UШ = (I3 * ρ * a) / 2 π x (x + a). Измеряется в вольтах.

Конечно, точно определить шаговое предельное напряжение и его радиус очень сложно, т. к. нужно рассчитать примерное сопротивление разных слоев почвы и вывести средний показатель, умноженный на определенный коэффициент. Но такая формула поможет провести прикидочные расчеты и вычислить напряжение, диапазон и прочие параметры.

Благодаря этому расчету можно определить не только пошаговое напряжение, но и шаг сетки, что поможет минимизировать вероятность летального исхода. Считается, что воздействие будет минимальным, если сокращать шаги, но это зависит от частоты полос напряжения. Например, есть схема кривой, которая поможет рассчитать размер шага при аварии.

Фото — Кривая расчета ширины шага

Для того чтобы получить такой график на местности, необходимо измерить вольтаж на разных расстояниях от провода, а после свести данные в одну схему. Обратите внимание на отрезок ОН, на чертеже указано, что его можно разбить на несколько участков, которые по размеру будут соответствовать среднему шагу человека. В таком случае, Вы сможете вывести рабочего из зоны опасности. Если просчитать места образования опасных линий, то при шагах ступни будут находиться в участках разности потенциалов. Также график наглядно демонстрирует, что чем ближе объект (см. человек), находится к эпицентру аварии (оборванному проводу), тем меньшими становятся отрезки и выше напряжение.

Учитывая это, формула будет иметь такой вид:

Uш = Uв — Uг = Uз*B

В данном случае, коэффициент напряжения между человеческими ступнями, также именуемый как коэффициент напряжения шага равняется 1 (по умолчанию). Этот показатель зависит от расстояния до аварии. Например, чем ближе источник напряжения – тем выше коэффициент между ступнями.

На графике 2 демонстрируется, как именно изменяются данные при движении тела в зоне опасности. Особенно высоко влияние тока в грозу или на мокром асфальте. В подобных случаях без специальной экипировки запрещается приближаться к эпицентру ближе, чем на десять метров.

При этом нужно учитывать сторонние факторы, влияющие на проводимость человеческого тела и сопротивление между ступнями. Так, если рабочий в момент падения провода будет в мокрой одежде, обуви или просто вспотеет, то для смертельного удара будет достаточно даже нескольких десятков Вольт, в отличие от значащихся в технике безопасности 220.

Со временем может произойти самостоятельное выравнивание электрического тока, если будет отключен источник. В такой случае, вся энергия просто уйдет в землю, не требуя дополнительных процессов.

Видео: расчет шагового напряжения

Действия при аварийной ситуации

Пройдя понятие о шаговом напряжении, становится понятно, что для осуществления каких-либо спасательных операций, понадобятся специальные меры защиты. Это костюм, выполненный из неприводимого материала и определенные знания оказания первой помощи.

Поражение начинается с нижних частей ног, в зависимости от напряжения, ощущения могут быть разными:

  1. Покалывание, зуд;
  2. Спазмы;
  3. Резкая боль;
  4. Паралич.

Правила выхода из опасной ситуации гласят, что если помощи нет, то нужно стараться выбраться из зоны действия тока. Электробезопасность рекомендует уменьшать размер шагов, например, двигаться прыжками на одной ноге, размером менее 40 см. Способы зависят от конкретной ситуации.

Фото — памятка БЖД по спасению человека в зоне шагового напряжения

Когда вошли в безопасный участок, сразу нужно определить возможные симптомы поражения шаговым напряжением:

  1. Дрожь и онемение конечностей;
  2. Бессвязность речи;
  3. Головокружения, потеря сознания, тошнота;
  4. Боль в мышцах;
  5. Любые виды нарушения дыхания, начиная от першения в горле и заканчивая спазмами;
  6. Фибрилляция.

В сводах БЖД сказано, что в 80 % случаев самостоятельный выход из зоны, где действует шаговое напряжение, практически не имеет последствий. Но у 20 % освобождение из ловушки может оставить след на всю жизнь в виде проблем с сердцем или легкими.

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.

Шаговое напряжение – это напряжение между двумя точками на земле на расстоянии шага, возникающее вокруг точки замыкания на землю токоведущей линии. Наибольшая величина этого напряжения наблюдается на расстоянии 80 – 100 см от точки касания провода с землей, затем оно бистро понижается и на расстоянии 20 м практически становится равным нулю.

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.

Очень часто путают напряжения прикосновения и напряжение шага. Напряжение прикосновения – это разность потенциалов двух точек электрической цели, которых одновременно касается человек, а напряжение шага есть напряжение между двумя точками поверхности земли в зоне растекания тока, отстоящими друг от друга на расстоянии одною шага.

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.

Читайте также:  Коэффициент трансформации это

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 (U a б > U бв; U бв > U вг)

Шаговое напряжение для точек В и Г определяется как разность потенциалов между этими точками

U ш = U в – U г = U з B

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. Напряжение шага будет отсутствовать, когда человек стоит в зоне малых (близких к кулевому) потенциалов, на линии равного потенциала или на одной ноге (поэтому выходить из зоны растекания тока рекомендуется, перемещаясь прыжками на одной ноге и располагая ступню вдоль линии равного потенциала).

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 обнаружении замыкания на землю до отключения поврежденного участка запрещается приближаться к месту повреждения на расстояние менее 4 – 5 м в закрытых распределительных устройствах и 8 – 10 м на открытых подстанциях. В случае необходимости (например, в целях ликвидации аварии, оказания подойди пострадавшему) можно приблизится к месту повреждения на меньшее расстояние, но при этом необходимо использовать защитные средства: боты, галоши, коврики, деревянные лестницы их т. п.

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.

Что такое напряжение шага

Шаговое напряжение — разница потенциалов на участке земли, на котором происходит растекание тока, при расстоянии между точками, равном стандартному шагу человека, то есть 0,8–1 м. Величина этого показателя зависит от физических свойств грунта (удельного сопротивления), частоты и силы тока, растекающегося по участку, и ряда других параметров.

Попавший под его воздействие чувствует покалывание в ногах, в тяжёлых случаях появляются судороги. При панических попытках покинуть аварийную зону неподготовленный человек старается убежать, причём быстро с максимально возможной длиной шага. Во многих случаях это становится причиной летальных исходов.

Благодаря эффекту рассеивания электрического тока опасность поражения шаговым напряжением уменьшается при удалении от точки соприкосновения аварийного провода с землёй. На расстоянии в пределах 20 м при нормальных условиях вероятность получения удара током уже стремится к нулю.

  1. Причины его появления
  2. Виды шагового напряжения
  3. Значения шагового напряжения
  4. Перемещения в зоне шагового напряжения
  5. Выход из зоны шагового напряжения
  6. Как освободить человека
  7. Методы снижения шагового напряжения на предприятиях

Причины его появления

В непосредственной близости от высоковольтных ЛЭП, на участках с кабельными коммуникациями представляет опасность возникновения такого явления, как шаговое напряжение. Возникает подобный эффект при различных обстоятельствах. Например, причиной появления может стать обрыв линии ЛЭП, при котором один из проводников упал на землю. Кроме того, опасность представляют и зоны, расположенные вокруг штатных заземлителей электрооборудования, при аварийных ситуациях с КЗ на землю.

Существует вероятность возникновения шагового напряжения и при пробое изоляции высоковольтных подземных кабелей при отказе автоматических защитных устройств, которые должны обесточить линию в аварийных ситуациях.

По этой причине не рекомендуется находиться в зонах расположения ЛЭП и подземных коммуникаций, особенно в условиях повышенной влажности, а тем более при дожде.

Виды шагового напряжения

Наиболее опасным считается шаговое напряжение, возникающее при одиночном заземлителе. К этому случаю можно приравнять ситуацию с упавшим на землю проводом ЛЭП. При этом максимальный потенциал будет именно в точке соприкосновения с поверхностью или в месте установки заземлителя.

За счёт рассеивания тока по грунту с увеличением расстояния от точки заземления величина потенциала падает, причём значение меняется по изогнутой кривой, с максимальным уменьшением именно на первом её участке. Поэтому самым опасным считается шаг, при котором одна нога расположена непосредственно на проводе или над заземлителем, а вторая на расстоянии 0,8–1 м. Потенциально опасным считается нахождение на расстоянии до 8 м при напряжении не более 1 кВ, а для высоковольтных сетей этот показатель уменьшается до 4-5 м.

Читайте также:  Прозвонка проводов мультиметром

Аналогичная картина наблюдается и при наличии групповых заземлителей, с той только разницей, что общий потенциал распределяется по всем заземляющим проводникам. То есть, общее шаговое напряжение (разница потенциалов) на расстоянии одного шага человека будет меньшим. А при нахождении ног на разных заземлителях никаких последствий ощущаться не будет, так как величина потенциала у них одинаковая.

Значения шагового напряжения

Из физических предпосылок возникновения такого эффекта становится понятным, что величина шагового напряжения зависит от величины удаления от заземлителя или упавшего провода, расстояния между ступнями ног.

При этом можно выделить следующие основные значения:

  • Максимальное — возникает в случаях, когда одна ступня находится на проводе или на грунте над заземлителем, а вторая на расстоянии 80–100 см. Это объясняется крутизной падения кривой графика зависимости потенциала от расстояния до точки заземления. Именно на этом участке разница потенциалов будет максимальной.
  • Минимальное значение возможно только при значительном удалении от точки контакта провода с землёй. В этой зоне уже не наблюдается рассеивание электрического тока, поэтому разница потенциалов не возникает при любой величине шага.
  • Нулевое значение характерно для тех ситуаций, когда ступни ног находятся на точках, для которых характерны одинаковые потенциалы. Такое становится возможным, если стать на элементы группового заземлителя или держать ступни практически вплотную.

Именно на этих данных и обоснованы правила выхода из зоны шагового напряжения, возникающей при аварийной ситуации. Практика показала, что придерживаться этих рекомендаций следует до тех пор, пока расстояния до центра зоне не превысит значение 20 м.

Перемещения в зоне шагового напряжения

Главная задача — ставить ноги так, чтобы между точками соприкосновения с землёй была минимально возможная разница потенциалов. В том случае никаких последствий для организма за исключением неприятного покалывания не наблюдается.

Так как изменить величину потенциалов человек не может, а оставаться на месте также не вариант, ведь неизвестно, сработает ли защитная автоматика или нет, безопасный выход возможен только при максимальном уменьшении величины шага. Поэтому рекомендуется покидать зону поражения «гусиным шагом». Этот способ предполагает следующие действия:

  • Не отрывайте ноги от поверхности земли, перемещайте ступни, перетягивая по грунту.
  • За каждый шаг переставляйте ногу так, чтобы пятка одно поравнялась с носком другой(рис.б).
  • Если делать такие шажки ещё меньшими, это может увеличить время выхода, но снизит риск поражения электрическим током.

Не рекомендуется прыгать на одной ноге, хотя такие советы можно услышать. Если рассматривать ситуацию с точки зрения разницы потенциалов, то такой вариант хорош. Но не стоит забывать об опасности споткнуться, попасть на кочку или в яму, ведь идеальных условий в поле не бывает. В результате таких происшествий удержаться на ногах будет сложно, а при падении разница потенциалов увеличится, так как расстояние между точками будет равняться росту человека. Именно такие падения становятся причиной большинства летальных исходов. Не спешите, передвигайтесь «гусиным шагом».

Выход из зоны шагового напряжения

Чтобы повысить свои шансы на спасение, при попадании в зону действия шагового напряжения действуйте по следующей схеме:

  • Если находитесь недалеко от ЛЭП, действующих трансформаторных подстанций, другого электрооборудования, при возникновении ощущения пощипывания в ногах, появлении судорог остановитесь.
  • Не предпринимайте попытки панического бегства, это основная ошибка, которую можно допустить.
  • Осмотритесь по сторонам, определите возможное место падения провода и КЗ на землю. Даже если видимых ориентиров нет, выбирайте направление движение на удаление от любых электрических линий или оборудования.
  • Выходите «гусиным шагом», минимальное пройденное расстояние должно быть не менее 20 м, лучше перестраховаться.

После выхода из опасной зоны немедленно сообщите в службу спасения, так как телефона энергоснабжающей организации у вас под рукой, скорее всего, не будет. Не предпринимайте никаких действий для самостоятельной ликвидации аварии, тем более, не имея доступа к устройствам, позволяющим отключить питание отдельных участков сети или обесточить электрооборудование.

Как освободить человека

Какие-либо действия можно предпринимать только в тех случаях, когда есть угроза жизни другого человека. И то, только тогда, когда вы чётко знаете что делать и уверены в своих силах. Если авария произошла в районе действия линий до 1 кВ, действуют по следующей схеме:

  • К пострадавшему передвигаются «гусиным шагом».
  • Чтобы убрать с него провод, применяют заранее приготовленную сухую деревянную жердь.
  • Эвакуируют пострадавшего, предварительно обмотав руки сухой одеждой, она сыграет роль изолятора.

Если авария произошла на высоковольтной линии, то спасение возможно только при наличии СИЗ(диэлектрические перчатки, галоши) или после отключения линия. Ускорить процесс можно закоротив фазы, набросив на них ветку или проволоку. Если такой возможности нет, не старайтесь рисковать, это опасно для жизни. Вход в возможную зону поражения без индивидуальных защитных средств запрещён. Лучшая помощь — вызов спасателей.

Методы снижения шагового напряжения на предприятиях

На промышленных предприятиях используют простой метод, доказавший эффективность на практике. Для этого необходимо выровнять потенциалы в зоне возможного рассеивания электрического тока. Для этого монтируют групповые заземлители, выполненные в виде сетки с небольшим размером ячейки. Во всех точках потенциал будет одинаковым, поэтому даже при аварийных КЗ на землю эффект шагового напряжения не возникнет.

Подобная схема защиты применяется в местах установки открытых распределительных устройств, трансформаторных подстанций, мощного электрооборудования и электрических машин. Следует понимать, что обеспечить такую защиту на всём протяжении существующих линий ЛЭП вокруг каждой опоры невозможно, слишком дорого. Поэтому при обнаружении первых признаков (пощипывание, потряхивание), покидайте опасную зону, передвигаясь «гусиным шагом», не отрывая ног.

Шаговое напряжение: опасная неизвестность и надежная защита

Не смотря на то, что шаговое напряжение, возникающее между участками почвы в результате удара молнии, несет большую опасность, этот физический эффект изучено мало.

Физика и физиология

Шаговое напряжение — это разность потенциалов между двумя участками почвы. При ударе молнии ток «растекается» в почве, создавая зону с высоким потенциалом. При наличии поблизости проводников, может формироваться цепь. Таким проводником может стать человек: ток входит через одну ногу, а выходит через другую, превращая тело в «нагрузку». Ситуация эта крайне опасная, поскольку высокое напряжение вызывает паралич мышц, как от электрошокера. В результате человек может упасть на руки, и, при многокомпонентных молниях, ток последующих разрядов пойдет через сердце, повышая риск его остановки. Если же земли коснется голова, резко увеличивается риск необратимых повреждений центральной нервной системы.

На рисунке ниже слева можно увидеть модель распространения шагового напряжения. Удар молнии направляет ток в почву, и он «растекается» через условные радиусы сопротивления грунта (dI), увеличивая напряжение (dV). Разность потенциалов между радиусами — это и есть шаговое напряжение. Чем выше ток молнии, тем выше напряжение и потенциальная летальность

В правой части рисунка схематично изображено воздействие шагового напряжения, которое создает нагрузку через ноги (красная стрелка) — поэтому оно и получило название шагового. Обычная молния может нести десятки тысяч ампер тока (I1-2), в результате чего разность потенциалов (V1-V2) может превысить десятки тысяч вольт. Поскольку существует разность напряжений между двумя точками (ногами), то человеческое тело представляет собой комплексное электрическое сопротивление и выступает в роли нагрузки. Величина тока (Ib), проходящего через тело, в этом случае зависит от сопротивления стопы (Rf) и тела (Rb).

Читайте также:  Защитное зануление это

Удары молний, в том числе шаговым напряжением, имеют уникальные «физиологические особенности». Прежде всего, это связано с тем, что молнии хоть и несут огромное количество энергии, но выделяется она в очень короткий промежуток времени: 1/10000—1/1000 секунды. Такие удары редко вызывают сильные ожоги и повреждения внутренних органов, как в случае ударов током от обычного электрооборудования. Но молния способна воздействовать на сердце и нервную систему, в том числе периферические нервы. Поэтому последствия удара шаговым напряжением могут быть неожиданно значительными и очень разнообразными: от катаракты, паралича конечностей и хронических болей до нарушений сна и умственной деятельности, потери слуха, памяти и т. д. Наиболее частая причина смерти — остановка сердца.

В своих вебинарах для проектировщиков систем молниезащиты доктор технических наук, профессор Эдуард Меерович Базелян неоднократно отмечал отсутствие четкого определения опасной величины шагового напряжения. Так, известно, что импульсное воздействие молнии 6 кВ может вызвать фибрилляцию сердца и возможную остановку сердцебиения. Но физиология организма людей сложна, и даже меньшее воздействие способно вызвать тяжелые травмы и привести к смерти. В случае с кардиостимуляторами и другими каналами прямого доступа тока к сердечной мышце, иногда достаточно кратковременного воздействия 1 мА для фибрилляции. При этом и высокое сопротивление сухой кожи не является надежной защитой. С шаговым напряжением все еще сложнее, так как ток обычно течет через конечности, а суставы имеют более высокое сопротивление, чем сосуды и мышцы. Из-за этого ткани вблизи суставов могут получить очень сильные повреждения, что приведет к инвалидности. Яркой иллюстрацией грозной силы шагового напряжения стал случай массовой гибели оленей в Норвегии во время грозы. Удар молнии убил 323 диких оленей на участке примерно в 50 метров.

Происшествие в норвежском национальном парке Хардангервидда — самый массовый известный случай гибели животных от одного удара молнии. Поражение произошло в результате воздействия шагового напряжения

Животные более уязвимы для шагового напряжения, так как их ноги расположены далеко, и разность потенциалов из-за этого больше, чем у шагающего человека. Местность в норвежском парке каменистая, то есть удельное сопротивление почвы должно быть высокое. В результате напряжение мгновенно выросло и распространилось по большой площади — животные мгновенно погибли на расстоянии десятков метров от места удара молнии.

Расстояние и конструкция защиты

Теория очень важна, но для практики ключевым параметром является расстояние от молниеотвода, на котором шаговое напряжение гарантировано безопасно. Это необходимо, например, при расчетах частоты установке молниеотводов и сеток, рассеивающих напряжение. К сожалению, детальных исследований по этой теме немного, но большой вклад в эту область знаний о молниях внесли военные. Это объясняется тем, что в армиях разных стран не редки случаи ударов молний в молниеотводы складов боеприпасов, вблизи палаток и техники с военнослужащими, причем в разных климатических зонах и погодных условиях. Детально документированные случаи позволили собрать полезную статистику.

Так, в рекомендациях американской армии TRADOC о мерах по защите от молний за 2002 г. отмечаются смертельные случаи от шагового напряжения при ударе молнии на расстоянии примерно 10-20 м от места попадания молнии. При этом большинство случаев поражения молниями — это не прямое попадание разряда, а именно воздействие шагового напряжения и дугового разряда от предметов.

Вопрос расчета ожидаемой величины шагового напряжения решается с помощью специального программного обеспечения и соответствующих услуг специалистов.

Очевидно, наилучшей защитой от шагового напряжение является предотвращение разности потенциалов. Так, птицы находятся в безопасности, сидя на одном фазовом проводе, и не касаясь другого. Лучшей защитой является металлический пол здания или полностью металлическое сооружение, представляющее собой своеобразную клетку Фарадея. Но это не всегда возможно, поэтому для создания зоны равных потенциалов и рассеивания тока молнии применяются металлические сетки уложенные в землю. Улучшить защитный эффект может диэлектрический материал, расположенный поверх нее. Это позволит максимально уменьшить силу тока на поверхности, с которой соприкасаются люди.

В военных наставлениях по защите от молний даются простые наглядные схемы конструкции и расположения молниезащиты с элементами (сеткой), рассеивающими ток. Подобные системы молниезащиты можно быстро собрать из готовых комплектующих.

В местах, где используется бетонный пол, допускается использование сетки из арматуры, но она должна быть надежно соединена между собой и подключена к заземлению. Примером использования сеток в грунте являются стадионы, которые готовили к Чемпионату мира по футболу в 2018 г. в России. На этих объектах использовалась сетка с квадратными ячейками длиной 0,15 м. Профессор Эдуард Меерович Базелян отмечает, что проверка данной защиты показала ее высокую надежность. Но при этом защита больших территорий с помощью сетки стоит недешево, что нередко приводит к опрометчивому стремлению сэкономить на молниезащите. Это недопустимо, если речь идет о местах скопления людей, складах ГСМ или токсичных веществ и т. д.

Как уйти, а не остаться

Снизить вероятность поражения шаговым напряжением можно, соблюдая правила поведения в опасной зоне. Вспоминаем птиц на линии электропередач — необходимо схожим образом избавиться от разности потенциалов. Для этого нужно минимизировать расстояние между стопами ног и ни в коем случае не касаться земли и предметов (стальных опор, железобетонных стен и т. д.) руками. В безвыходной ситуации, когда гроза застала рядом с молниеотводами или высокими объектами, лучше передвигаться в сторону очень коротким «гусиным» шагом. Иногда рекомендуют встать на одну ногу, однако это неустойчивое положение тела может привести к падению на руки или инстинктивному желанию ухватиться за что-либо. Как мы помним из сказанного выше в разделе о физиологии, допустить протекания тока через цепь голова-нога или рука-нога нельзя ни в коем случае, поскольку ток может поразить мозг и сердце. Поэтому в случае крайней необходимости лучше стоять на плотно сдвинутых ногах, чем балансировать на одной.

Каменистые, мерзлые и прочие виды грунта с высоким сопротивлением особенно опасны из-за низкой проводимости. В них при ударе молнии возникают очень высокие напряжения. При ширине обычного шага человек может быть поражен напряжением в десятки тысяч вольт.

Находиться рядом со зданиями также опасно, поскольку шаговое напряжение может распространяться от фундамента. На графике ниже видно, что на расстоянии 5 м от железобетонной фундаментной плиты шаговое напряжение составляет 4,5 кВ — и это при нормативном сопротивлении заземления.

Лучше всего укрыться от молнии внутри здания или в транспортном средстве с металлическим кузовом. А в случае поражения не стоит давать пострадавшему питье, так как это усугубит возможный отек мозга.

Профилактика и осведомленность

Таким образом, шаговое напряжение все еще остается грозным «побочным эффектом» удара молнии. Воздействие микросекундных многократных импульсов такого напряжения на организм изучено мало. Поэтому необходимо особое отношение к молниезащите и обучению правилам поведения в условиях риска поражения шаговым напряжением молнии