עבדתי בשירות המדינה למעלה מ-20 שנה. פעמיים בשנה נערכו לנו ימי עיון והרצאות מקצועיות לחשמלאים, בין היתר בנושאי בטיחות. המרצים תמיד היו בעלי ידע רב וזה תמיד היה מרתק. יחד עם זאת, שנה אחר שנה, כל התוכן של ההרצאות והמצגות היה, אם לא בדיוק אותו הדבר, אז דומה מאוד – לרבות הנושא הקלאסי: מתח צעד ומתח מגע.
היום אני רוצה להרחיב מעט את הנושא הזה מזווית קצת אחרת.
פרסום
מתח מגע הוא המתח החשמלי המופיע בין איברי גוף האדם (בדרך כלל בין היד הנוגעת במכשיר לבין כף הרגל העומדת על הקרקע) כאשר אדם נוגע בגוף מחושמל בזמן תקלה.
מתח צעד הוא הפרש המתחים הנוצר בין שתי רגליו של אדם העומד על הקרקע במרחק של כצעד אחד (כ-1 מטר) זו מזו, כאשר זרם קצר חזק זורם אל תוך האדמה ומתפשט בה.
אולי המחשבה שלי מעט ילדותית, אבל אני מתנחם בעובדה שלילדים יש יכולת מדהימה לשאול שאלות עמוקות ופילוסופיות שלעתים קרובות מבלבלות אפילו מבוגרים מלומדים.
שאלתי את עצמי: האם מתח צעד ומתח מגע מתרחשים אך ורק על פני הקרקע השטוחה? מה קורה עמוק יותר בתוך האדמה?
כאשר זרם חשמלי חודר לאדמה, הוא מתפשט בכל נפח הקרקע – בשלושה ממדים. לכן הפרש הפוטנציאלים קיים לא רק על פני השטח, אלא גם בעומק. השאלה אולי נשמעת פשוטה, אבל היא אמיתית ומוחשית מאוד בשטח: מה חווים עובדים שנמצאים במרתף, בתעלת חפירה או בבור עמוק, אם למשל מוליך מתח גבוה נקרע ונופל לקרקע בסמוך אליהם?
מה קורה בתוך תעלה פתוחה?
אם אדם עומד בתחתית תעלה באזור שבו מתפשט זרם (למשל בעת קצר לאדמה או נפילת קו חשמל סמוך), הוא חשוף לסכנה חמורה ומורכבת:
-
מתח צעד בתחתית: הפרש פוטנציאלים ממשי מתפתח בין רגליו של האדם בתחתית התעלה, שכן לקרקע שמתחת לרגליו יש התנגדות סגולית משלה.
-
הפרש פוטנציאלים אנכי (לפי עומק): הפוטנציאל החשמלי משתנה לאורך הציר האנכי. מתח עלול להתפתח בין כפות הרגליים שבתחתית לבין נקודות מגע בגובה הגוף, כיוון שהמשטחים שווי-הפוטנציאל מתעקלים ומעוותים בשל הטופוגרפיה של החפירה.
-
מתח מגע מוגבר: השהייה בתוך תעלה מקרבת את האדם לתשתיות תת-קרקעיות ולדפנות הקרקע. נגיעה בכבל חשוף, בצינור מתכת סמוך או אפילו בקיר תעלה לח יוצרת מעגל סגור ומסוכן למעבר זרם דרך הגוף.
בקרקע שטוחה והומוגנית, קווי שווי-הפוטנציאל (אקוויוו-פוטנציאליים) מתפשטים בצורת חצאי כדורים מנקודת הקצר. אולם תעלות, בורות וחפירות מעוותים את השדה הזה בצורה חדה עקב השינוי בגיאומטריית הקרקע וחללי האוויר שנוצרים בה:
-
כיפוף סביב חללי אוויר: לאוויר יש התנגדות אינסופית למעשה, ולכן הזרם אינו חוצה אותו. המשטחים שווי-הפוטנציאל נדחקים לשולי התעלה, מצטופפים בקצוותיה העליונים ומתעקלים סביב תחתית החפירה בהתאם לחתך פני השטח.
-
ריכוז שדות בפינות: ריכוז שדות חריף מתרחש בפינות החיצוניות והפנימיות של התעלה. הדבר מייצר אזורים בעלי מפל מתח (גרדיאנט) גבוה במיוחד ליחידת אורך, בעיקר בשיפועים ובקצוות החפירה.
-
עיוות לפי עומק: בעקבות החפירה, הפוטנציאל בתחתית הבור יכול להיות שונה מהותית מהפוטנציאל על פני הקרקע הסמוכה. קווי המתח השווה מקבלים עיוות אנכי, וכתוצאה מכך נוצר הפרש פוטנציאלים מסוכן בין קרקעית התעלה לדפנותיה.
-
השפעת אי-הומוגניות השכבות: בחפירת תעלה נחשפות שכבות קרקע שונות (למשל, שכבת חרסית לחה מתחת לחול יבש). הזרם מתועל ברובו לשכבות בעלות ההתנגדות הנמוכה, מה שגורם לשבירה חדה של קווי הפוטנציאל במעבר בין השכבות.
ומה מתרחש בפועל?
פרסום
נניח שכבל מתח גבוה נקרע ונופל לקרקע. עובד שנמצא בסמוך עומד בתחתית בור או תעלה, ובאינסטינקט של שמירה על שיווי משקל נשען בידו על דופן הבור או על מפלס הקרקע העליון. האם הוא חשוף למתח צעד או למתח מגע?
במצב כזה, האדם חשוף לשני סוגי המתח בו-זמנית, אך מתח המגע הוא הדומיננטי, הקטלני והמסוכן מביניהם:
-
מתח מגע (הסכנה המרכזית):
זהו הפרש הפוטנציאלים בין שתי נקודות שהאדם נוגע בהן בו-זמנית. היד נוגעת בקרקע העליונה (שם הפוטנציאל גבוה מאוד עקב קרבת הכבל), בעוד שכפות הרגליים נטועות בעומק התעלה (שם הפוטנציאל שונה). במצב זה, מסלול הזרם הופך למסלול המסוכן ביותר: יד–לב–רגליים. הפרש הפוטנציאלים בין שפת הבור לקרקעיתו, על פני גובה גוף האדם, עלול להגיע לאלפי וולטים.
-
מתח צעד (סכנה משנית במקרה זה):
הפרש הפוטנציאלים הקיים במקביל בין שתי כפות הרגליים שעל קרקעית הבור. במצב זה הזרם עוקב אחר מסלול "רגל לרגל", שבו רק חלק קטן מהזרם חוצה את בית החזה. עם זאת, ברגע שהיד נוגעת בדופן או במפלס אחר, מעגל ה"יד-רגל" סוגר מעקף על פני מעגל ה"רגל-רגל", ועיקר הפגיעה נובע ממתח המגע.
אם כן, במקרה של עבודה בתוך חפירות ותעלות, האירוע מסווג מעשית כמתח מגע חמור במיוחד, המועצם על ידי עיוות שדות הפוטנציאל ומסלול הזרימה ההרסני דרך איברי הגוף החיוניים.
MASTAQ
