跨步電壓

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更新時間: 2013-09-24

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布區行走的人兩腳之間的電壓。架空線路的一根帶電導線斷落在地上時,落地點與帶電導線的電勢相同,電流會從導線的落地點向大地流散,形成一個電勢分布區域,人走近短路地點時,產生跨步電壓。雷雨天氣,在雷電流通過接地裝置時,也會產生跨步電壓。距電流入地點越近,跨步電壓越高,反之越低。

跨步電壓 -概述
跨步電壓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布區行走的人,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。

跨步電壓 -原理
跨步電壓

當架空線路的一根帶電導線斷落在地上時,落地點與帶電導線的電勢相同,電流就會從導線的落地點向大地流散,於是地面上以導線落地點為中心,形成了一個電勢分布區域,離落地點越遠,電流越分散,地面電勢也越低。

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。

跨步電壓 -實驗驗證
跨步電壓的演示圖
跨步電壓演示圖

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。

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,甚至使人觸電死亡。

跨步電壓 -預防
電壓預防
跨步電壓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。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。

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。

跨步電壓 -相關規定

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

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。