Điện áp bước là gì?

Điện áp bước (Step Voltage) được định nghĩa là chênh lệnh điện áp trên bề mặt đất mà một người gặp phải khi hai chân của họ cách nhau một bước mà người đó không chạm vào bất kỳ bộ phận nào nối đất. Điện áp bước sẽ phụ thuộc vào điện trở suất của đất và cường độ dòng điện chạy qua nó. Điện áp bước là lời giải thích rõ nhất cho tai nạn sét đánh, cho dù sét không đánh trúng nhưng vẫn có thể gây chết người hoặc động vật gần đó.

Giá trị điện áp lớn nhất được quan sát ở khoảng cách 80-100cm tính từ điểm tiếp xúc của dây điện với mặt đất, giá trị điện áp sẽ giảm dần khi càng xa điểm tiếp xúc này và ở khoảng cách 20m so với điểm tiếp xúc của dây với đất, điện áp thực tế = 0V (đó là lý do quy định nếu thấy có đường dây điện rơi xuống đất thì phải đứng cách xa tối thiểu 4 – 5m, an toàn nhất là 20m).

Điện áp bước và điện cực nối đất

Điện áp bước được xác định bởi một đoạn, độ dài của đoạn này phụ thuộc vào hình dạng của đường cong tiềm năng, tức là tùy thuộc vào loại điện cực nối đất và thay đổi từ một giá trị tối đa nhất định đến 0 khi khoảng cách từ điện cực nối đất thay đổi. Giả sử rằng có một dây đang dẫn điện bị rơi xuống đất (đầu dây rơi xuống đất chính là điện cực nối đất) tại điểm O (như hình dưới) thì xung quanh điện cực này có một vùng dòng điện lan truyền trên mặt đất được tạo ra, điện thế càng gần điểm O thì càng lớn, nếu ở ngoài vùng đó thì điện thế được coi là bằng 0V.

Nguyên nhân của sự chênh lệch điện áp theo khoảng cách này là do thể tích của trái đất mà dòng điện đi qua tăng lên tính từ điện cực đất, nghĩa là điện trở suất cũng tăng theo. Ở khoảng cách 20m hoặc xa hơn tính từ điện cực nối đất, thể tích của trái đất tăng lên rất nhiều đến mức mật độ dòng điện cực kỳ thấp, điện áp càng về gần 0V.

Phân bố điện áp ở các khoảng cách khác nhau tính từ điện cực nối đất: Nếu bạn chia đường OH (đường nằm ngang) thành đoạn dài 0,8 m tương ứng với chiều dài bước đi của một người thì chân của người đó có thể ở những điểm có điện thế khác nhau, càng gần điện cực nối đất (điểm O) thì điện áp giữa các điểm này trên mặt đất sẽ càng lớn. Sẽ không có điện áp bước nếu một người đứng trên một vị trí có điện thế bằng nhau (giữa hai chân như ảnh trên cùng) hoặc nằm ngoài vùng lan truyền (20m).

Sự nguy hiểm của điện áp bước

Nếu phát hiện sự cố nối đất, trước khi bị ngắt kết nối thì bạn không được tiếp cận vị trí sự cố trong khoảng cách < 4 – 5 m đối với các thiết bị đóng cắt và 8 – 10 m đối với trạm biến áp. Nếu cần thiết (ví dụ cứu giúp nạn nhân) thì phải sử dụng thiết bị bảo hộ như ủng, ủng, thảm, thang gỗ…

Điện áp bước không chỉ nguy hiểm đối với con người mà còn nguy hiểm hơn đối với các loài gia súc to lớn như trâu bò, ngựa, hổ, voi… vì khoảng cách bước đi của những con vật này rất lớn, điện áp bước tương ứng cũng lớn theo.

Có lẽ ghi nhận đầu tiên về tai nạn động vật bởi điện áp bước là “tai nạn 3 con ngựa“. Năm 1928 tại thành phố Leningrad, Quảng trường Lomonosov của Nga, khi ấy đường được lát bằng gỗ lục giác và giữa quảng trường có một cái giếng bằng gang có lắp cầu dao ngắt điện 2.000V.. Do sứ, vật liệu cách điện bị hư hỏng, cầu dao bị treo trên dây cách thành giếng vài cm. Trời mưa và mặt đường bằng gỗ trở nên dẫn điện và bục gỗ, khi một chiếc xe chở hàng đi qua cạnh giếng, mặt đường bị cong và dây dẫn vào giếng bị chập.

Những người có bước chân không quá 1m chỉ đơn giản là bị sốc nhưng con ngựa với móng ngựa bằng kim loại, khoảng cách giữa hai chân lớn hơn người, nên bị giật chết. Mặt đường dẫn điện trong 2s, sau đó thiết bị bảo vệ tại trạm biến áp mới kích hoạt. Cái chết bất ngờ của con ngựa đó đã khiến mọi người tới gần, một đội tuần tra cưỡi ngựa đã đến. Nhưng nhân viên trực trạm biến áp đã kiểm tra điện trở cách điện và cho rằng việc ngắt điện là sự cố nên đã đóng lại cầu dao, kết quả thêm 2 con ngựa chết.

Chẳng bao lâu sau, các giếng gang đã bị bỏ, đường được rải nhựa.