Was ist Stufenspannung?

Als Stufenspannung (Stufenspannung) bezeichnet man die Spannung zwischen zwei im Abstand einer Stufe voneinander liegenden Punkten des Stromkreises, auf denen gleichzeitig eine Person steht. Die Stufenspannung hängt vom Widerstand des Bodens und der Stärke des durch ihn fließenden Stroms ab.

Eine Stufenspannung ist die Spannung zwischen zwei Punkten auf der Erde in einem Stufenabstand, die um den Punkt eines Erdschlusses in einer stromführenden Leitung herum auftritt. Der größte Wert dieser Spannung wird in einem Abstand von 80–100 cm vom Kontaktpunkt des Drahtes mit dem Boden beobachtet, danach nimmt er schnell ab und wird in einem Abstand von 20 m praktisch gleich Null.

Im Bereich Schutzeinrichtungen gegen elektrischen Schlag – Erdung, Erdung etc. — Von Interesse sind vor allem die Spannungen zwischen Punkten auf der Erdoberfläche (oder einem anderen Boden, auf dem eine Person steht) im Bereich der Stromausbreitung von einer geerdeten Elektrode.

Sehr oft werden Berührungsspannungen und Schrittspannungen verwechselt.Die Berührungsspannung ist die Potentialdifferenz zwischen zwei Punkten eines elektrischen Ziels, die gleichzeitig von einer Person berührt werden, und die Stufenspannung ist die Spannung zwischen zwei Punkten auf der Erdoberfläche in der Stromausbreitungszone, die einen Schritt voneinander entfernt sind .

Stufenspannung mit einfacher Masse

Die Stufenspannung wird durch ein Segment definiert, dessen Länge von der Form der Potentialkurve abhängt, d. h. vom Typ der Erdungselektrode und schwankt mit einer Änderung des Abstands von der Erdungselektrode von einem bestimmten Maximalwert bis zu Null.

Angenommen, ein Erder (Elektrode) wird am Punkt O in die Erde gelegt und der Erdschlussstrom fließt durch diesen Erder. Um die Erdungselektrode bildet sich eine Zone der Stromausbreitung entlang des Bodens, also die Erdungszone, außerhalb derer das elektrische Potenzial aufgrund der Erdströme zur Erde bedingt als Null angenommen werden kann.

Der Grund für dieses Phänomen liegt darin, dass das Erdvolumen, durch das der Erdschlussstrom fließt, mit der Entfernung vom Erdungsleiter zunimmt, wenn sich der Strom in das Erdreich ausbreitet. Ab einer Entfernung von 20 m von der Erdungselektrode vergrößert sich das Erdvolumen so stark, dass die Stromdichte sehr gering wird und die Spannung zwischen Punkten auf der Erde und noch weiter entfernten Punkten nicht mehr wahrnehmbar ist.

Spannungsverteilung in verschiedenen Abständen von der Erdungselektrode: 1 – Potentialkurve 2 – Kurve, die die Änderung der Stufenspannung charakterisiert

Wenn Sie die Spannung Uz zwischen Punkten messen, die sich in unterschiedlichen Abständen in jede Richtung von der Erdungselektrode befinden, und dann die Abhängigkeit dieser Spannungen vom Abstand zur Erdungselektrode grafisch darstellen, erhalten Sie eine Potentialkurve.) Wenn Sie eine unterbrechen OH-Linie in Abschnitten mit einer Länge von 0,8 m, was der Schrittlänge einer Person entspricht, dann können sich ihre Füße an Punkten unterschiedlichen Potentials befinden. Je näher an der Erdungselektrode, desto größer ist die Spannung zwischen diesen Punkten am Boden (Uab > Ubv; Ubw > Ubd)

Die Stufenspannung für die Punkte C und D ist definiert als Potenzieller unterschied zwischen diesen Punkten

Uw = Uv – Ur = Usb

wobei B der Stufenspannungsfaktor unter Berücksichtigung der Form der Potentialkurve 1 ist. Die größten Werte der Stufenspannung und des Faktors B liegen im kleinsten Abstand von der Erdungselektrode vor, wenn eine Person mit einem Fuß auf der Erdung steht Elektrode, und das andere Bein ist versetzt.

Kurve 2 charakterisiert die Änderung der Stufenspannung.

Gefährliche Schrittspannungen können beispielsweise in der Nähe eines zu Boden gefallenen stromführenden Leiters auftreten. In diesem Fall ist es verboten, sich dem am Boden liegenden Kabel in einer Entfernung von weniger als 8–10 m zu nähern.

Es gibt keine Stufenspannung, wenn man sich entweder auf einer Leitung mit gleichem Potential oder außerhalb der Stromverlustzone befindet.

Die maximalen Werte der Schrittspannung liegen im kleinsten Abstand von der Erdungselektrode, wenn eine Person mit einem Fuß direkt auf der Erdungselektrode und dem anderen Fuß im Abstand von einem Schritt davon steht.Dies erklärt sich aus der Tatsache, dass das Potenzial um die Erdungselektroden entlang konkaver Kurven verteilt ist und daher der größte Unterschied in der Regel am Anfang der Kurve liegt.

Die kleinsten Werte der Stufenspannung liegen in einem unendlich großen Abstand von der Erdungselektrode, aber praktisch außerhalb des Feldes der Stromausbreitung, d.h. über 20 m. Es entsteht keine Stufenspannung, wenn man im Bereich niedriger (nahe kalter) Potenziale, auf einer Leitung gleichen Potenzials oder auf einem Fuß steht (daher wird empfohlen, den Stromspritzbereich zu verlassen). Springen auf einem Fuß und Platzieren jedes Beins auf einer Linie gleichen Potentials).

Stufenspannung mit Gruppenerde

Im Bereich der Gruppenerdungselektroden ist die Stufenspannung geringer als bei Verwendung eines Einzelerdungssystems. Auch die Stufenspannung ändert sich von einem bestimmten Maximalwert auf Null – mit dem Abstand von den Elektroden.

Die maximale Stufenspannung liegt wie bei einer Einzelerde am Anfang der Potentialkurve, d.h. wenn eine Person mit einem Fuß direkt auf der Elektrode (oder auf einem Stück Boden, unter dem die Elektrode vergraben ist) und dem anderen Fuß im Abstand einer Stufe von der Elektrode steht.

Die minimale Schrittspannung entspricht dem Fall, dass eine Person auf „Punkten“ mit gleichen Potenzialen steht.

Gefahr durch Schrittspannung

Wenn eine Erdung festgestellt wird, bevor der beschädigte Abschnitt abgeschaltet wird, ist es verboten, sich dem Fehlerort in einer Entfernung von weniger als 4 – 5 m in geschlossenen Schaltanlagen und 8 – 10 m in offenen Umspannwerken zu nähern.Bei Bedarf (z. B. zur Unfallbeseitigung, zur Hilfeleistung für das Opfer) können Sie sich der Schadensstelle aus kürzerer Entfernung nähern, müssen jedoch Schutzausrüstung verwenden: Stiefel, Galoschen, Teppiche, Holzleitern usw. .n.

Bei Trittbelastung kommt es zu unwillkürlichen krampfartigen Kontraktionen der Beinmuskulatur, die dazu führen, dass eine Person zu Boden fällt. In diesem Moment hört die Wirkung der Schrittspannung auf den Menschen auf und es entsteht eine andere, schwierigere Situation: Anstelle der unteren Schleife bildet sich im menschlichen Körper ein neuer, gefährlicherer Strompfad, meist von den Händen zu den Füßen und es besteht die reale Gefahr eines tödlichen Stromschlags. Wenn Sie in den Wirkungsbereich der Schrittspannung geraten, müssen Sie den Gefahrenbereich mit minimalen Schritten („Gänseschritt“) verlassen.

Besonders gefährlich ist Gehstress für Rinder, da die Tiere sehr lange Strecken zurücklegen müssen und der Stress, dem sie ausgesetzt sind, groß ist. Fälle, in denen Nutztiere durch Trittstress sterben, sind keine Seltenheit.