Napięcie krokowe

Napięcie krokowe (U_k) to różnica potencjałów między dwoma punktami gruntu oddalonymi o długość kroku, czyli 0,8–1 m. Powstaje tam, gdzie prąd spływa do ziemi, i przepływa przez ciało od jednej stopy do drugiej.

---

Skąd bierze się napięcie między stopami?

Ziemia, po której chodzisz, ma normalnie potencjał elektryczny równy zeru – to poziom napięcia odniesienia dla wszystkich innych. Obie stopy stoją na tym samym poziomie, więc nie ma między nimi czego wyrównywać.

Zmienia się to, gdy do gruntu zaczyna spływać prąd: przez zerwany przewód, przez uziom (metalowy element zakopany w ziemi, który odprowadza prąd do gruntu) albo przez kanał wyładowania piorunowego. Grunt ma własną rezystancję, więc płynący prąd wymusza w nim spadek napięcia. Potencjał jest najwyższy w punkcie wejścia prądu i maleje wraz z odległością.

Stopy stoją wtedy w dwóch miejscach o różnym potencjale. Ta różnica to właśnie napięcie krokowe, oznaczane U_k i mierzone w woltach (V). Za długość kroku przyjmuje się 0,8–1 m, a w obliczeniach układów uziemiających zwykle okrągły metr.

Dla najprostszego modelu – uziomu w kształcie półkuli o promieniu r, na którym panuje napięcie U_z – potencjał gruntu maleje hiperbolicznie:

U(x) = U_z · r / x

Napięcie krokowe to różnica potencjałów na obu końcach kroku o długości Δx:

U_k = U(x) − U(x + Δx)

• U(x) – potencjał gruntu w odległości x od środka uziomu [V]
• U_z – napięcie uziomu względem ziemi odległej [V]
• r – promień uziomu półkulistego [m]
• x – odległość od środka uziomu [m]
• Δx – długość kroku, przyjmowana 0,8–1 m [m]

Rzeczywiste uziomy – szpilki, taśmy, uziom fundamentowy – półkulami nie są, więc dokładny rachunek jest trudniejszy. Ten wzór wystarcza jednak do oszacowania skali zagrożenia.

Czym jest lej napięciowy wokół uziomu?

Wykres potencjału gruntu w funkcji odległości przypomina przekrój leja: blisko uziomu spada gwałtownie, dalej wypłaszcza się. Stąd nazwa lej napięciowy, spotykana też jako lej potencjału.

Kształt tego leja decyduje o ryzyku. Napięcie krokowe zależy nie od samej odległości od zwarcia, ale od stromości leja na długości Twojego kroku – a najbardziej stromy jest przy samym punkcie spływu prądu. Liczby dla półkulistego uziomu o promieniu 0,5 m i napięciu 2000 V wyglądają tak:

Odległość od uziomu	Potencjał gruntu	Napięcie krokowe na kroku 1 m
1 m	1000 V	500 V
2 m	500 V	167 V
5 m	200 V	33 V
10 m	100 V	9 V
20 m	50 V	2,4 V

Pięć metrów od uziomu ta sama awaria daje napięcie krokowe kilkanaście razy mniejsze niż metr od niego. Oddalenie się działa więc lepiej niż jakikolwiek sprzęt ochronny.

Na stromość leja wpływa też rezystywność gruntu ρ, czyli jego opór właściwy. Im wyższa, tym większy potencjał przy tym samym prądzie: grunt gliniasty ma kilkadziesiąt Ω·m, piasek suchy albo skała nawet kilka tysięcy Ω·m. Grunt bywa niejednorodny, dlatego lej rzadko jest idealnym okręgiem: w jednym kierunku potencjał opada szybciej, w innym wolniej.

Spłaszczanie leja to standardowy zabieg projektowy: kraty uziemiające zakopane pod nawierzchnią stacji i połączone z uziomem otokowym wyrównują potencjał na powierzchni.

Czym napięcie krokowe różni się od napięcia dotykowego?

Oba są odmianami napięcia rażenia, ale różni je droga prądu przez ciało. Napięcie krokowe działa między stopami, napięcie dotykowe – między ręką a stopami, gdy dotkniesz części przewodzącej, która znalazła się pod napięciem.

Cecha	Napięcie krokowe	Napięcie dotykowe
Droga prądu	stopa – stopa	ręka – stopy lub ręka – ręka
Kiedy powstaje	stoisz w polu prądu spływającego do ziemi	dotykasz części przewodzącej pod napięciem
Odległość odniesienia	krok po gruncie, 1 m	zasięg ręki od dostępnej części
Współczynnik prądu sercowego	0,04	1,0
Typowe źródło	zerwana linia SN, piorun, uszkodzony uziom	obudowa pod napięciem, przerwana ciągłość ochrony

Różnica dróg przekłada się wprost na ryzyko. Norma PN-EN 50522, opisująca uziemienie instalacji elektroenergetycznych powyżej 1 kV, ujmuje wpływ drogi prądu współczynnikiem prądu sercowego: dla trasy stopa–stopa wynosi on 0,04, dla trasy ręka–stopy 1,0. Ten sam prąd płynący między stopami obciąża serce dwudziestopięciokrotnie słabiej, dlatego normy limitują przede wszystkim napięcie dotykowe.

Napięcie krokowe nieszkodliwe jednak nie jest. Wystarczy, że prąd wywoła skurcz mięśni nóg i upadek – leżące ciało przyjmuje prąd na drodze przez tors. Konkretne progi napięcia dopuszczalnego znajdziesz w haśle napięcie bezpieczne.

Kiedy realnie grozi Ci napięcie krokowe?

Najczęstszy scenariusz to zerwany przewód linii napowietrznej średniego napięcia – 15 kV, 20 kV – po wichurze albo po najechaniu maszyną na słup. Przewód leżący na gruncie oddaje prąd zwarciowy do ziemi i tworzy lej o promieniu kilkudziesięciu metrów. Nie musi iskrzyć ani syczeć: potrafi leżeć zupełnie cicho w trawie.

Drugi scenariusz to wyładowanie atmosferyczne. Piorun wprowadza do gruntu prąd udarowy rzędu kilkudziesięciu kiloamperów w czasie krótszym niż milisekunda, a potencjał w punkcie uderzenia liczy się w setkach kilowoltów. Dlatego norma PN-EN 62305, dotycząca ochrony odgromowej, każe traktować otoczenie zwodów i przewodów odprowadzających instalacji odgromowej (LPS) jako strefę, w której ludzie nie powinni przebywać w czasie burzy.

Trzeci scenariusz jest mniej widowiskowy: skorodowany albo przerwany uziom stacji transformatorowej SN/nn lub słupa. Prąd zwarcia doziemnego nadal wypływa do gruntu, ale przez uziom o podwyższonej rezystancji, więc potencjał wokół rośnie mocniej. Groźne napięcie krokowe pojawia się wtedy tuż przy ogrodzeniu stacji albo przy podstawie słupa, czyli tam, gdzie chodzą ludzie.

W instalacjach niskiego napięcia 230 V i 400 V napięcie krokowe schodzi na dalszy plan. Prąd zwarcia jest mniejszy, zabezpieczenie wyłącza obwód w ułamku sekundy, a potencjał gruntu zanika w kilkudziesięciu centymetrach od miejsca doziemienia. Zadanie ochronne przejmuje tu przewód PE i połączenia wyrównawcze.

Jak zachować się, gdy stoisz w polu napięcia krokowego?

Zasada pierwsza: nie stawiaj normalnego kroku. Zwykły krok rozstawia stopy na metr i podłącza Cię do pełnej różnicy potencjałów. Złącz stopy razem i dopiero z tej pozycji zacznij się oddalać.

• Przesuwaj się kilkucentymetrowymi kroczkami, stopa za stopą, nie odrywając ich od gruntu na szerokość kroku.
• Albo poruszaj się krótkimi skokami ze złączonymi stopami – obie w tym samym punkcie oznaczają zerową różnicę potencjałów.
• Nie kładź się i nie siadaj: powiększasz odstęp między punktami kontaktu z ziemią.
• Nie chwytaj ogrodzenia, słupa ani konstrukcji stalowej – dokładasz do napięcia krokowego drogę przez ręce.
• Do leżącego przewodu nie zbliżaj się na mniej niż 10 m, przy linii wysokiego napięcia – 20 m.
• Po wyjściu ze strefy zgłoś zdarzenie pogotowiu energetycznemu pod numer 991. Przewodu nie odciągaj niczym, nawet drewnianym kijem.

Buty na grubej gumowej podeszwie ograniczają prąd, ale nie znoszą różnicy potencjałów i przy kilkuset woltach na krok niczego nie gwarantują. Na terenach stacji rolę ochrony pełnią rozwiązania projektowe: żwirowa nawierzchnia o wysokiej rezystywności, siatki wyrównujące potencjał i tablice ostrzegawcze NIEBEZPIECZNE NAPIĘCIE KROKOWE.

Wymagania dla instalacji niskiego napięcia 230/400 V opisuje norma PN-HD 60364, a dla uziemień powyżej 1 kV – wspomniana PN-EN 50522. Na egzaminie SEP grupy 1 napięcie krokowe wraca w blokach o ochronie przeciwporażeniowej i o postępowaniu przy zerwanej linii, a odpowiedź jest zawsze ta sama: złączone stopy, drobne kroczki, oddalanie się od miejsca zwarcia i zgłoszenie awarii.

Najczęściej zadawane pytania