Zwerfspanning is het elektrisch potentieel tussen twee objecten die idealiter geen spanningsverschil tussen hen zouden moeten hebben. Er bestaan ​​vaak kleine spanningen tussen twee geaard objecten op aparte locaties, vanwege normaal actueel stroom in het voedingssysteem. Er kunnen hoge spanningen optreden op de behuizingen van elektrische apparatuur vanwege een fout in het elektrische voedingssysteem, zoals een storing in de isolatie.

Terminologie

Definities

In 2005 heeft de Instituut voor elektrische en elektronische ingenieurs (IEEE) heeft Werkgroep 1695 bijeengeroepen in een poging definities en richtlijnen vast te stellen voor het verminderen van de verschillende verschijnselen die worden aangeduid als strooivoltage. De werkgroep probeerde onderscheid te maken tussen de termen verdwaalde spanning en contactspanning als volgt:

• Zwerfspanning wordt gedefinieerd als 'Een spanning die het resultaat is van de normale levering en / of het gebruik van elektriciteit (meestal kleiner dan 10 volt) die aanwezig kan zijn tussen twee geleidende oppervlakken die gelijktijdig kunnen worden bereikt door leden van het grote publiek en / of hun dieren. Stray spanning wordt veroorzaakt door primaire en / of secundaire retourstroom en door het voedingssysteem geïnduceerde stromen, aangezien deze stromen door de impedantie van de beoogde retourbaan, de parallelle geleidende banen en geleidende lussen in de directe nabijheid van het voedingssysteem stromen. niet gerelateerd aan storingen in het voedingssysteem, en wordt over het algemeen niet als gevaarlijk beschouwd. "^[1]
• Contactspanning wordt gedefinieerd als 'Een spanning die het gevolg is van abnormale condities van het voedingssysteem die aanwezig kunnen zijn tussen twee geleidende oppervlakken die gelijktijdig kunnen worden bereikt door leden van het grote publiek en / of hun dieren. Contactspanning wordt veroorzaakt door foutstroom in het voedingssysteem terwijl deze erdoorheen stroomt de impedantie van beschikbare foutstroompaden. Contactspanning is niet gerelateerd aan de normale werking van het systeem en kan bestaan ​​op niveaus die gevaarlijk kunnen zijn. "^[2]

Werkdefinitie

Ondanks de bovenstaande definities is de term verdwaalde spanning wordt nog steeds gebruikt door zowel nutsbedrijven als het grote publiek voor alle gevallen van ongewenste overtollige elektriciteit. Bijvoorbeeld op de jaarlijkse "Jodie S. Lane Stray Voltage Detection, Mitigation & Prevention Conference", gehouden op het hoofdkantoor van Con Edison in New York City in april 2009, waar de presidenten van de meeste grote nutsbedrijven uit de Verenigde Staten en Canada op af kwamen , bleven de nutsleiders gebruiken verdwaalde spanning voor alle gevallen van ongewenste overtollige elektriciteit. De voorwaarde contactspanning slechts één keer is gebruikt, mogelijk omdat "aanraakspanning" doorgaans de schuld is van het voedings-, netwerk- of installatiebedrijf. Weinig bedrijven zijn bereid om hun fouten openlijk te bespreken, laat staan ​​als levensbedreigend. Het lijkt erop dat verdwaalde spanning is nu de algemene term voor alle ongewenste spanningslekkage, aangezien het de fout categoriseert als onderdeel van de normale werking, waardoor de aansprakelijkheid wordt beperkt.

In New York City werd een vrouw genaamd Jodie S. Lane in januari 2004 geëlektrocuteerd door een vijf voet bij twee meter hoge gewelfplaat voor een nutsvoorziening, bekrachtigd door een "onjuist geïsoleerde draad".^[3] In de berichtgeving over haar dood en de groeiende bezorgdheid over de rol van openbare nutsbedrijven bij elektrische veiligheid in de stedelijke omgeving, gebruikten zowel de media als de regelgevende instantie van de staat New York verdwaalde spanning voor neutraal-naar-aarde spanning (NEV), maar gaf toe dat de bekendheid van het Lane-incident had veroorzaakt verdwaalde spanning om een ​​term te zijn die goed wordt herkend door het publiek.

Op dat moment werd de regulator gebruikt verdwaalde spanning om te verwijzen naar "spanningsomstandigheden op elektrische voorzieningen die normaal niet zouden moeten bestaan. Deze omstandigheden kunnen het gevolg zijn van een of meer factoren, inclusief, maar niet beperkt tot, beschadigde kabels, beschadigde, gerafelde of ontbrekende isolatie, onjuist onderhoud of onjuiste installatie . "^[4] In hetzelfde document accepteerde de commissie dat NEV een natuurlijk voorkomende aandoening is.^{[opheldering nodig]}

Sinds die tijd heeft de term "zwerfspanning" ten minste twee zeer verschillende definities gehad. Deze situatie zorgt voor verwarring bij nutsbedrijven, toezichthouders en het publiek.^[5] De term "zwerfvoltage" wordt algemeen gebruikt voor alle ongewenste elektrische lekkages, zowel door het grote publiek als door veel professionals in de elektriciteitsvoorziening. Andere, meer esoterische verschijnselen die ook resulteren in verhoogde spanningen op normaal niet-bekrachtigde oppervlakken, worden ook wel "strooivoltage" genoemd. Voorbeelden zijn spanning vanwege capacitieve koppeling, stroom opgewekt door hoogspanningslijnen, EMF, bliksem, stijging van het aardpotentieel, en problemen die voortkomen uit open (losgekoppelde) neutrale kleuren.

Oorzaken

 

Niet-geaarde metalen voorwerpen dichtbij elektrisch veld bronnen zoals neonreclames of geleiders die dragen wisselstromen kan meetbare spanningsniveaus hebben veroorzaakt door capacitieve koppeling​Omdat spanningen die worden gedetecteerd door instrumenten met hoge impedantie verdwijnen of sterk worden verminderd wanneer een lage impedantie wordt vervangen, wordt het effect soms fantoomspanning (of spookspanning).^[6] De term wordt vaak gebruikt door elektriciens en kan bijvoorbeeld worden gezien bij het meten van de spanning bij een verlichtingsarmatuur na het verwijderen van de lamp. Het is niet ongebruikelijk om fantoomspanningen van 50-90 volt te meten bij het testen van de bedrading van gewone 120 V-circuits met een instrument met hoge impedantie. Hoewel de geproduceerde spanning bijna de volledige voedingsspanning kan aflezen, is de capaciteit of wederzijdse inductie tussen de draden van bedrading van gebouwen systemen is doorgaans vrij laag en niet in staat om aanzienlijke hoeveelheden actueel.^[7]

In overheadtransmissie werk aan of nabij hoogspanningslijnen, veiligheidsregels vereisen dat er een geleider op wordt aangesloten aarde grond tijdens onderhoud, aangezien geïnduceerde spanningen en stromen op een geleider voldoende kunnen zijn om elektrocutie of ernstig letsel te veroorzaken.

Capacitieve lekkage door isolatie

Wisselstroom verschilt van gelijkstroom doordat de stroom kan stromen door wat normaal gesproken een fysieke barrière lijkt te zijn. In een serieschakeling, een condensator blokkeert gelijkstroom maar geeft wisselstroom door.

In krachtoverbrengingssystemen is de ene kant van het circuit, bekend als de neutrale, is geaard om te verdrijven statische elektriciteit en om gevaarlijke spanningen te verminderen die worden veroorzaakt door isolatiefouten en andere elektrische storingen. Het is mogelijk om een ​​schok te krijgen door alleen de heet draad, doordat het lichaam van de persoon capacitief is gekoppeld met de grond waarop de persoon staat, zelfs als de persoon op een geïsoleerd oppervlak staat.

Geïnduceerde spanningen

Klassiek elektromagnetische inductie kan optreden wanneer lange geleiders een open geaarde lus vormen onder en parallel aan transmissie- of distributielijnen. In deze gevallen wordt er stroom in de lus geïnduceerd wanneer een persoon er contact mee en aarde maakt. Omdat het om een ​​echte stroom gaat, is dit potentieel gevaarlijk. Dit type geïnduceerde stroom komt het vaakst voor op lange hekken en distributielijnen die onder hoog vermogen zijn gebouwd transmissielijnen.^[8][9]

Verslechterde isolatie op stroomgeleiders

Zwerfspanning kan worden veroorzaakt door beschadigde of verslechterende isolatie. Een gebrekkige isolatie is in wezen een fout met een hoge impedantie waardoor stroom door elk beschikbaar pad naar aarde kan stromen, een toestand die schokken of brand kan veroorzaken als deze niet wordt beperkt. Deze lekkage kan optreden wanneer er schade is veroorzaakt door fysieke, thermische of chemische belasting van isolatie van hoogspanningsleidingen, met name maar niet beperkt tot ondergrondse of onderwaterkabels. Voorbeelden van deze schade zijn gezwollen of gescheurde isolatie door oververhitting, schaafwonden veroorzaakt door graven of vastlopen van de grond en corrosieschade door blootstelling aan zout of olie. Elektrische lekkage kan ook optreden als gevolg van vocht-, zout-, stof- en vuilophoping op open luchtisolatoren in bovengrondse stroomverdeling. Als de lekkage in deze gevallen ernstig genoeg is, kan dit leiden tot paalbrand.

Lekkage door enkeldraads aardterugvoer

De term "strooivoltage" wordt gebruikt voor de gradiënt (snelheid van verandering met betrekking tot afstand) van elektrisch potentieel in het oppervlak van de grond, geassocieerd met enkeldraads aardterugvoer elektriciteitsdistributie systemen die op sommige landelijke locaties worden gebruikt. Deze gradiënt is laag op punten ver weg van de aardingsaansluitingen, maar neemt toe nabij de aardpennen waar het metalen circuit de aarde binnenkomt.

Neutrale retourstromen door de grond

In drie fase vierdraads ("wye") elektrische voedingssystemen, wanneer de belasting van de fasen niet exact gelijk is, is er enige stroom in de neutrale geleider. Omdat zowel de primaire als de secundaire van de distributietransformator geaard zijn en de primaire aarde op meer dan één punt geaard is, vormt de aarde een parallel retourpad voor de neutrale stroom, waardoor een deel van de neutrale stroom continu door de aarde kan stromen. Deze opstelling is gedeeltelijk verantwoordelijk voor strooispanning.^[10]

Zwerfspanning is het resultaat van het ontwerp van een 4-draads distributiesysteem en bestaat als zodanig zolang dergelijke systemen worden gebruikt. Zwerfspanning werd een probleem voor de zuivelindustrie enige tijd nadat elektrische melkmachines waren geïntroduceerd en grote aantallen dieren tegelijkertijd in contact waren met metalen voorwerpen die waren geaard op het elektrische distributiesysteem en de aarde. Talrijke studies documenteren de oorzaken,^[11] fysiologische effecten,^[12] en preventie,^[13][14] van zwerfspanning in de boerderijomgeving. Tegenwoordig wordt zwerfspanning op boerderijen gereguleerd door deelstaatregeringen en gecontroleerd door het ontwerp van equipotentiaalvliegtuigen in gebieden waar vee eet, drinkt of melk geeft. In de handel verkrijgbare neutrale isolatoren voorkomen ook dat verhoogde potentialen op de nulleider van het nutssysteem de spanning van de neutrale of aardedraden van de boerderij verhogen.

Elektrolyse en corrosie

Ongelijksoortige begraven metalen zoals koper en staal kunnen functioneren als de polen van een galvanische cel, met vochtige grond als elektrolyt. Zwerfgelijkstroom in de bodem kan het anticorrosie-effect van een kathodische bescherming systeem. Ontwerp van hoogspanning gelijkstroom transmissiesystemen moeten ervoor zorgen dat de stroom die in de aarde vloeit geen verwerpelijke corrosie veroorzaakt aan ondergrondse objecten zoals pijpleidingen.

Bij een elektrische spoorweg wordt doorgaans ten minste één van de rails gebruikt als retourgeleider voor de tractiestroom. Deze rail staat over de hele lengte op veel plaatsen in contact met de aarde. Omdat stroom elk parallel pad tussen bron en belasting zal volgen, zal een deel van de tractiestroom ook door de aarde stromen. Waar de spoorweg gebruikt Gelijkstroomkan deze zwerfstroom schade toebrengen aan andere ingegraven metalen voorwerpen door elektrolyse en versnellen corrosie van metalen voorwerpen die in contact komen met de grond.

Publieke bezorgdheid over zwerfspanning

Geconsolideerde Edison in New York City heeft frequente incidenten van zwerfspanning gehad,^[15][16] waaronder de dood door elektrocutie van Jodie S. Lane in 2004, terwijl ze haar hond uitliet Manhattan.^[15] In 2009 heeft de Jodie S. Lane Public Safety Foundation^[17] kondigde een openbaar toegankelijke website aan met kaarten met duizenden gerapporteerde zwerfspanningslocaties in New York City. Daarnaast sponsort de Stichting de "Jodie S. Lane Stray Voltage Detection, Mitigation & Prevention Conference", een jaarlijkse bijeenkomst die wordt bijgewoond door energiebedrijven en regelgevers uit het hele land om programma's voor detectie van zwerfspanningsdetectie te bespreken. De stichting heeft ook het initiatief genomen voor en pleit voor regelmatig mobiel scannen door nutsbedrijven op gevaren voor zwerfspanningen.

In Boston, NSTAR Elektrisch (voorheen Boston Edison) heeft ook problemen gehad met gevaarlijke zwerfspanningen, die in de jaren negentig verschillende honden hebben gedood.^[18] Als gevolg hiervan is het Stad van Boston De overheid is een programma gestart om de gevaren van zwerfspanningen op te sporen, erover te rapporteren en deze te repareren.^[19]

Toronto Hydro trok alle werknemers uit hun reguliere dienst in het weekend van 30 januari 2009 om de aanhoudende zwerfspanningsproblemen in de stad op te lossen.^[20] Dit kwam nadat maar liefst vijf kinderen geschokt waren ^[21] hoewel niemand ernstig letsel opliep. Het zwerfspanningsprobleem had de afgelopen maanden het leven gekost van twee honden.^[22]

In maart 2013 won de Californische Simona Wilson een rechtszaak van $ 4 miljoen tegen haar energiebedrijf nadat zwerfspanning van een onderstation in de buurt van haar huis haar en haar familieleden herhaaldelijk schokte wanneer ze onder de douche stonden.^[23]

De Amerikaanse socialezekerheidsadministratie, rechter op bestuursrecht, Edward Bergtholdt, kende in een besluit van 17 augustus 2000 Michael Gunner permanente invaliditeit toe als gevolg van blootstelling aan zwerfspanning.

Effecten

Kleine strooispanningen worden misschien nooit opgemerkt en kunnen alleen worden gedetecteerd met een voltmeter​ Hogere spanningen kunnen verschillende effecten hebben, van nauwelijks waarneembaar tot gevaarlijk elektrische schokken of onbedoelde elektrische verwarming die brand veroorzaakt. Normaal gesproken zijn metalen koffers voor elektrische apparatuur gebonden aan de grond om het gevaar van schokken te voorkomen als stroomvoerende geleiders per ongeluk in contact komen met de behuizing. Waar deze verbinding niet wordt geleverd of is mislukt, bestaat er een ernstig risico op elektrische schokken of elektrocutie wordt weergegeven wanneer circuitgeleiders contact maken met de behuizing.

In elke situatie waarin onder spanning staande apparatuur in nauw elektrisch contact staat met een persoon of dier (zoals zwembaden, operaties, elektrische melkmachines, autowasstraten, wasserijen en vele andere), moet bijzondere aandacht worden besteed aan het elimineren van zwerfspanningen. Droge intacte huid heeft een hogere weerstand dan een natte huid of een wond, dus spanningen die anders onopgemerkt zouden blijven, worden significant voor een natte of chirurgische situatie. Potentiële verschillen tussen zwembadwater en leuningen, of douchefaciliteiten en geaarde afvoerleidingen zijn niet ongebruikelijk als gevolg van neutraal tov aarde spanningen ( NEV), en kunnen veel overlast veroorzaken, maar zijn meestal niet levensbedreigend. Contactspanning als gevolg van beschadigde isolatie op een stroomvoerende geleider kan echter zeer gevaarlijk zijn en kan leiden tot schokken of elektrocutie. Een dergelijke toestand kan spontaan ontstaan ​​door mechanische, thermische of chemische belasting van isolatiematerialen, of door onbedoelde schade door graafactiviteiten, vastlopen door bevriezing, corrosie en instorting van de leiding, of zelfs door vakmanschap.

Aanraakspanning bekrachtigt objecten die normaal gesproken veilig zijn - hekken, telefooncellen, straatnaamborden, enz. Overal waar begraven elektrische bedrading aanwezig is, kan er een storing optreden in die bedrading en omstandigheden creëren waardoor elektriciteit in de directe omgeving kan stromen. Sommige systemen hebben beveiligingsinrichtingen zoals stroomonderbrekers of Aardlekstroomonderbrekers (GFCI), ontworpen om een ​​dergelijke fout te isoleren. Als er echter geen beschermende apparaten zijn, als de apparaten falen of als ze niet correct zijn geïnstalleerd, zal een fout onopgemerkt blijven totdat deze ofwel een storing in het circuit veroorzaakt of totdat deze door een persoon wordt gevonden.

Boerderijdieren

Zwerfspanning kan schadelijke gevolgen hebben voor de gezondheid en productiviteit van dieren.^[24] Sommige zuivel boeren claimen daardoor schade aan opbrengsten of voorraad.^[25]

Dr. Douglas J. Reinemann, hoogleraar biologische systeemtechniek bij Universiteit van Wisconsin-Madison, gerapporteerd over zwerfspanningen op melkveebedrijven in 2003.^[26] Bij het onderzoek naar claims inzake zwerfspanning moet ook rekening worden gehouden met andere diergezondheidsproblemen.

Juridische procedure in Wisconsin

In 2003 heeft de Hooggerechtshof van Wisconsin gehandhaafd een oordeel van $ 1,2 miljoen tegen het elektriciteitsbedrijf van Wisconsin WEPCO in Hoffmanv. Wisconsin Electric Power Company​De familie Hoffman, melkveehouders in de buurt Nieuw Londen, had WEPCO aangeklaagd na een aantal jaren van dalende productie. WEPCO had op de boerderij stromingen gemeten als gevolg van een strooispanning van minder dan één milliampère, het "bezorgdheidsniveau" dat is ingesteld door de Wisconsin Public Service Commission, maar de rechtbank oordeelde op procedurele gronden dat het hulpprogramma nalatig kon worden bevonden onder gewoonterecht ook al voldeden ze aan de staatsnorm. De Hoffmans hadden, aldus de rechtbank, een haalbare alternatieve theorie gepresenteerd dat zwerfspanning hen economische schade had berokkend.^[27]

In 2017 koos een jury de kant van boeren Paul en Lyn Halderson voor een schikking van $ 4,5 miljoen tegen Xcel Energy. De Haldersons beweerden dat zwerfspanning van hoogspanningsleidingen hun kudde van 1000 koeien pijn deed en de melkproductie verminderde. De jury oordeelde dat Xcel-dochter - Northern States Power - "nalatig was met betrekking tot de levering van elektrische diensten." De jury kende $ 4,09 miljoen toe voor economische schade en nog eens $ 409.000 voor "ongemak, ergernis en verlies van gebruik en plezier" van eigendommen. ^[28]

Detectie van zwerf- / contactspanning

Zwerfspanning wordt meestal ontdekt tijdens routinematig elektrisch werk, of als gevolg van een klacht van een klant of een schokincident. Een groeiend aantal nutsbedrijven in stedelijke gebieden voert nu routinematige periodieke en systematische actieve tests uit op zwerfspanning (of meer specifiek, aanraakspanning) om redenen van openbare veiligheid. Sommige beginnende elektrische storingen kunnen ook worden ontdekt tijdens routinewerk of inspectieprogramma's die niet specifiek gericht zijn op zwerfspanning.

Apparatuur die wordt gebruikt om zwerfspanning te detecteren, varieert, maar gewone apparaten zijn dat wel elektrische testpennen of elektrische velddetectoren, met vervolgtesten met een laagohmige voltmeter. Elektrische testpennen zijn draagbare apparaten die een potentiaalverschil detecteren tussen de hand van de gebruiker en het te testen object. Ze geven over het algemeen aan bij contact met een geactiveerd object, of het potentiaalverschil boven de gevoeligheidsdrempel van het apparaat ligt. De betrouwbaarheid van de test kan worden beïnvloed als de gebruiker zelf een verhoogd potentieel heeft, of als de gebruiker geen stevig contact maakt met de blote hand op de referentieterminal van de tester.

Capacitieve koppeling is het mechanisme dat wordt gebruikt door elektrische testpennen. Omdat de capaciteit tussen een object en een stroombron typisch klein is, kunnen slechts zeer kleine stromen van de bekrachtigde bron naar het gekoppelde object vloeien. Hoge impedantie digitale of analoge voltmeters kan als gevolg van deze koppeling verhoogde spanningen van niet-bekrachtigde objecten meten, wat in feite een misleidende aflezing oplevert. Om deze reden moeten spanningsmetingen met hoge impedantie van normaal niet-bekrachtigde objecten worden geverifieerd.

Verificatie van een spanningsaflezing wordt uitgevoerd met behulp van een lage impedantie voltmeter, die meestal een shuntweerstand belasting overbruggen van de voltmeter terminals. Aangezien er van een gekoppeld oppervlak heel weinig stroom kan vloeien door de kleine shunt of meterweerstand, zullen capacitief gekoppelde spanningen tot nul zakken, wat wijst op een onschadelijk "vals alarm". Als een object dat wordt getest daarentegen in contact komt met een huidige bron, of gekoppeld door een zeer grote capaciteit (mogelijk maar onwaarschijnlijk in deze context), zal de spanning slechts licht dalen zoals voorgeschreven door De wet van Ohm​In dit laatste geval wordt er echt vermogen geleverd, wat duidt op een mogelijk gevaarlijke situatie.

Elektrische velddetectoren detecteren de elektrische veldsterkte ten opzichte van het lichaam of het montageplatform van de gebruiker. Door te voelen elektrisch veld gradiënten op afstand, kunnen ze onder spanning staande objecten detecteren zonder direct contact te maken, waardoor deze instrumenten nuttig zijn voor het scannen of screenen van grote gebieden op mogelijke elektrische gevaren. Een lage elektrische veldwaarde geeft ook een definitieve indicatie dat er geen objecten worden geactiveerd binnen een getest gebied. Elektrische velddetectoren reageren op alle veldbronnen en alle positieve indicaties moeten worden geverifieerd met een laagohmige voltmeter om valse positieven te elimineren. Nabijheidsdetectie van elektrische velden heeft ook andere industriële toepassingen, van fabricage tot gebouwbeveiliging.

Aangezien zwerfspanning niet kan worden gezien, geroken of gehoord, is er geen gemakkelijke manier voor het publiek om te weten of er een gevaarlijke situatie is. Periodiek testen is een belangrijke voorzorgsmaatregel, maar het is mogelijk dat zich zonder waarschuwing een gevaarlijke toestand kan ontwikkelen.

Bron: https://nl.wer.wiki/wiki/Stray_voltage