شرح مفصل لجهد الخطوة (Step Potential)
جهد الخطوة هو الفرق في الجهد الكهربائي الذي يحدث على سطح الأرض بالقرب من جسم كهربائي مؤرض، مثل برج كهربائي أو محطة تحويل. يحدث هذا الجهد عندما يتم تفريغ تيار عطل إلى الأرض أو بعد تفريغ شحنة البرق، حيث تبقى الأرضية المشحونة لفترة قصيرة بسبب مقاومة الأرض. يتسبب هذا في توزيع الجهد بشكل طولي على الأرض، مما يؤدي إلى خلق فرق في الجهد بين نقطتين مختلفتين على مسافة معينة من مصدر التفريغ.
كيف يحدث جهد الخطوة؟
عند حدوث عطل أرضي في برج أو محطة تحويل كهربائي، يتم تفريغ تيار العطل إلى الأرض. بسبب اختلاف المقاومة في التربة، يتولد جهد كهربائي ينتقل عبر الأرض. إذا كان الشخص يقف بالقرب من نقطة التأريض (مثل برج أو عمود كهربائي)، فإنه قد يتعرض لهذا الجهد بسبب الفرق بين الجهد عند قدميه، مما قد يؤدي إلى مرور تيار كهربائي عبر جسمه.
العوامل المؤثرة في جهد الخطوة
- توزيع المقاومة في التربة: تختلف مقاومة التربة في طبقاتها العلوية والسفلية. في حالة تربة ذات مقاومة عالية في الطبقات العليا ومقاومة منخفضة في الطبقات السفلية، سيتم جذب التيار الكهربائي إلى الطبقة السفلية، مما يزيد من جهد الخطوة بالقرب من مصدر التفريغ (البرج أو العمود).
- طبيعة التربة: تربة أكثر مقاومة (مثل التربة الجافة أو الرملية) تزيد من جهد الخطوة، مما يعرض الأشخاص القريبين للخطر. على العكس، التربة ذات المقاومة المنخفضة (مثل التربة الرطبة أو الطينية) قد تقلل من تأثير جهد الخطوة.
- الوقت المستغرق لإزالة العطل: كلما تأخر وقت إزالة العطل من قبل القواطع الكهربائية، زاد احتمال تعرض الأشخاص إلى تيارات خطيرة، حيث تزداد فترة تعرضهم للجهد الكهربائي.
الآثار الخطيرة لجهد الخطوة
- رجفان القلب: إذا مر تيار كهربائي عبر الجسم، قد يصل إلى القلب، مما يسبب الرجفان، وهو اضطراب في ضربات القلب قد يؤدي إلى الوفاة.
- خطورة الطقس: أثناء العواصف أو الرياح الشديدة، يمكن أن تحدث أعطال كهربائية، وتزداد خطورة جهد الخطوة بسبب تعرض الأفراد للتيارات الكهربائية لفترات أطول.
إجراءات السلامة لتجنب جهد الخطوة
- الوقوف بشكل صحيح: يجب على الأشخاص عدم ترك أقدامهم منفرجتين أثناء العواصف أو عند حدوث أعطال كهربائية. من الأفضل ضم القدمين معًا، لأن فرق الجهد بين القدمين قد يمرر تيارًا كهربائيًا عبر الجسم.
- الحماية في المحطات الكهربائية: يجب إجراء تحليل دقيق للمخاطر في المواقع التي قد يحدث فيها جهد الخطوة لضمان أن التيارات الكهربائية لا تتسبب في أضرار جسيمة.
- الأنظمة الحديثة: بعض شركات الكهرباء تستخدم آلية إعادة الإغلاق للقواطع الآلية، مما يعيد تشغيل التيار الكهربائي بعد توقفه في حالات الأعطال العابرة. هذه التقنية قد تكون خطيرة إذا لم تتم معالجة العطل بشكل صحيح.
خلاصة
جهد الخطوة هو خطر كهربائي خطير قد يتسبب في إصابة الأشخاص الذين يقفون بالقرب من نظم التأريض أثناء حدوث أعطال أو تفريغ شحنات كهربائية. من الضروري فهم تأثير جهد الخطوة وإجراءات السلامة لتقليل المخاطر المحتملة، خصوصًا في البيئات ذات المقاومة الأرضية المتفاوتة.
