Чи може птах, яка раніше була наземним потенціалом, зазнала електричного струму, висадившись на електромережі при досить високій напрузі через початковий «заряд вирівнювання»?

На рівнях напруги типових повітряних ліній електропередачі в США птах може приземлитися на одну і бути просто чудовою (до тих пір, поки вона не зробить щось на кшталт розпростерти крила та торкнутися дерева або чогось іншого з нижчим електричним потенціалом).

Однак, як щодо гіпотетичної лінії електропередач при набагато більшій напрузі (як у десятках мегавольт). Чи може посадка на такій лінії електромережі смертельно шокувати птаха, навіть якщо вона не завершує схему постійного струму? (Припустимо, що відстань є достатньо довгою, що електрична дуга неможлива.)

ПРИМІТКА. Моє розуміння того, що відбувається, коли птах перелітає із земного об'єкта на електромережу (будь ласка, виправте мене, якщо я помиляюся) полягає в тому, що при контакті з дротом його електричний потенціал змінюється від потенціалу Землі до потенціалу лінії електропередач. Для того, щоб це сталося, відбувається початкова передача електричної енергії (тобто потоку заряду, тобто струму) від лінії електропередачі до птаха, що "вирівнює" їх електричний потенціал, що відбувається майже миттєво. Якщо це правильно, то моє запитання може бути повторно задано як "Чи може" заряд вирівнювання ", такий як це, спричинити смертельний шок, якщо різниця потенціалів, що його вирівнюють, досить висока?"

Якщо припустити, що птах все ще знаходиться на потенціалі Землі, коли вступає в контакт з дротом (скажімо, він стрибнув прямо на неї з жердини).

У цій проблемі є багато невідомих, але спробуємо заповнити деякі прогалини даними, які ми начебто знаємо у людей. Тож поки EE, що є орнітологом, не з’явиться з цікавими даними, давайте припустимо, що люди можуть літати і люблять холодити висячі від високовольтного кабелю.

Усі предмети та живі речі мають еквівалентну електричну потужність. Модель людського тіла - це умова, яка диктує людину, що є еквівалентною в цьому аспекті 100-фунтовим конденсатором (припустимо, вона не зменшує багато місця від висоти до 23 метрів, і назвемо це найгіршим сценарієм). Тепер давайте припустимо, що контактний опір між кабелем і де геометричним центром цього конденсатора є 3000Ohm - взято з корпусу столу «Провід, що тримає руку» в іншій нитці - розділене на два для контакту двома руками. Тоді загальна тривалість струму рівноваги, прийнята як 5-кратна часова константа еквівалентного RC, становить 0,75 мікросекунди.

Дія струмів через живі істоти залежить від величини струму та тривалості. Я жодного разу не бачив жодного дослідження, яке показувало б дані нижче 10 мс (наприклад, те саме дослідження, яке було цитовано вище), що не дивно, оскільки очевидно час реакції серцевої тканини становить 3 мс . Для 10 мс струм, що створює незворотні ефекти, становить 0,5 А, і, здається, він оселився в цій точці (мало залежно від тривалості), безумовно, до 3 мс. Припустимо, що після цього моменту серцева тканина поводиться як неефективна система першого порядку, послаблюючи 20 дБ / десятиліття. Необхідний струм для подібних ефектів буде на 20 * 4,25 = 90 дБ вище, або на 15811 А. Для контактного опору 1500 Ом, як було використано вище, напруга кабелю має бути 23 ГВ!

Опіки залежать виключно від переданої енергії, тому теоретично висока напруга може горіти за такий невеликий час. Але як високо? Ну, "Електричні ушкодження: інженерні, медичні та юридичні аспекти", стор. 72 , говорить:

Орієнтовний найнижчий струм, який може спричинити помітні опіки першого або другого ступеня на невеликій ділянці шкіри, становить 100А протягом 1 с

Редагувати: Зауважте, що 100A досить високий, незрозуміло, як автор визначає "опіки першого ступеня на невеликій ділянці шкіри", але я б припустив, що це було б для області, більшої за дюйм, спалюючи весь епідерміс та частину дерми клітини такі, що вони лущаться.

Отже, для 750наносекунд це 133MA потрібно! Якщо ми знову використаємо опір 1500 Ом зверху, це означає, що провід повинен бути на рівні 199 ГВ, що божевільно. Цілком ймовірно, що перед появою цих опіків з’являться й інші неприємні наслідки, але в найближчому майбутньому ймовірність не звучить ні 23GV, ні 199GV. Сторона примітки, як J ... підкреслюється в коментарях, 23GV кабель мимовільно здійснить дугу з будь-яким потенціалом Землі в межах 7,6 км, і тому знадобиться неймовірна кількість ізоляції.

Як би цього було недостатньо, ви, можливо, помітили, що вищевикладене припускає, що максимальний струм застосовується протягом усієї тривалості струму рівноваги, тоді як насправді це експоненція, що розпадається ... Середній струм за цю тривалість насправді становить 0,2 разів більше максимуму, тому ці значення дійсно повинні бути 115GV та 995GV!

Попередження: Це не означає, що безпечно стрибати і повішати з ліній високої напруги. Це швидкий аналіз з грубими оцінками даних та моделювання, і це не вважатиметься виправданням для ваших дій.

Я здебільшого погоджуюся з поясненням Енді Ака. Я дам більш детальну теорію (звичайно, я можу щось пропустити).

Корпус не має ємності сам по собі, так як йому завжди потрібна "друга пластина" конденсатора. Люди відносно землі матимуть задану ємність, коли стоять (ізолюються) над землею, і іншу ємність при польоті (якщо зможуть), оскільки тоді земля далека.

На наступній схемі може бути проста модель птаха:

^{імітувати цю схему - Схематично створено за допомогою CircuitLab}

У міру наближення птаха лінія С1 зростатиме, а С2 зменшуватиметься. Це конденсаторний подільник, і потенціал птахи наблизиться до лінії високої напруги (HV).

Припустимо, щоб дати кілька швидких чисел, що C1 дорівнює 100 разів С2 перед тим, як ступні птахів торкаються лінії, різниця потенціалу між птахом та лінією НВ тоді становитиме лише 1% ВВ. Нарешті, пташині ноги торкаються лінії: С1 "скорочується", і єдиною ємністю для заповнення буде C2 (ємність між птахом і землею, яка дуже мала, оскільки земля далеко). Оскільки потенціал тіла вже становить 99% HV, а його ємність до землі дуже мала, струм через птаха був би дійсно малим.

ПРИМІТКА. Моє розуміння того, що відбувається, коли птах перелітає із земного об'єкта на лінію електропередачі (будь ласка, виправте мене, якщо я помиляюся) полягає в тому, що при контакті з дротом його електричний потенціал змінюється від потенціалу Землі до потенціалу лінії електропередач.

Тут криється суть справи. Коли птах залишає землю, спрямовуючись у напрямку дроту, вона набуває поступової зміни потенціалу. Це не миттєва зміна, бо якби вона була, птах відчула би струм у той момент, коли вона приземлилася.

Отже, ні, це не відбувається миттєво, і більші напруги на дроті = більша відстань, тому більш тривалий проміжок часу, щоб досягти зазначеного дроту, і, не вдаючись до математики, малий непомітний струм, який переживає птах, буде таким самим.

EDIT - ось гідне уявлення про те, як змінюється рівень напруги з відстанню між землею та "гарячим" дротом: -

Це досить класичний аналіз електричного поля. Виходять від центру (вважається точкою високої напруги) чорні лінії електричного поля. Вони виходять у всі сторони від дроту і потрапляють у «землю» під прямим кутом. Якщо ви теж будь-яка з цих ліній електронного поля і "подорожувала" по ній від рівня землі (скажімо) на 10% від її довжини, ви досягнете напруги, що становить 10% від гарячого проводу.

Якби ви зробили цей мислительний експеримент для всіх ліній Е-поля з різними відсотками довжини, ви зможете побудувати всі лінії еквіпотенціалу, і саме це червоні лінії.

Оскільки ви повинні мати можливість бачити, що потенціал, який малий предмет може досягти, що піднімається від кута до «гарячого» дроту, надзвичайно лінійний.

Шкода побачити стільки дезінформованих, високопоставлених відповідей на це запитання - тому я вирішив нарешті відкрити рахунок і внести свій внесок, після років ховання :)

Один із способів побачити передачу енергії - це струм, що проходить через дріт, що моделюється як кінетична енергія частинок (електронів) всередині. Однак, особливо в системах змінного струму, якщо хтось моделює електромагнітну енергію (через рівняння Максвелла), видно енергію, що переноситься в просторі між провідниками та навколо них.

Тож існує небезпека ЕМ для будь-якого, навіть близького до ліній. Її рівень, для даної системи пташиних ліній, залежить від загальної потужності, що переживає - напруженість та інтенсивність!

Ця кількісна відповідь, яку я знайшов на https://van.physics.illinois.edu/qa/listing.php?id=1341, застосовується:

Питання: Чому птахи не відчувають статичного удару? Я розумію, що птахи не забезпечують шляху до землі, тому вони не переносять стійкий струм. Але напевно, коли вони вперше приземляються, виникає струм для зарядки пташиної ємності? Я читав, що статичні поштовхи болючі на рівні близько 10 кВ. Ці лінії електропередач несуть сотні кВ, тож чи не статичний удар від лінії електропередачі буде дуже болючим? Дякую, Тед - Тед (вік 26 років) Стенфорд, Каліфорнія, США

Відповідь: Так, абсолютно не вірно, що взагалі не буде струму. Є течії, але вони дійсно невеликі, і це не обмежується лише посадкою. Мабуть, самий мізерний з усіх, вологість повітря не є ідеальним ізолятором, тому з організму птиці будуть втрати. Але, як ви також зазначаєте, птахом можна вважати (приблизно сферичний) конденсатор з другою оболонкою нескінченно далеко і з 0 потенціалом. Тому птах буде заряджатись і розряджатись при f = 60 Гц (50 Гц в Європі), оскільки лінії електропередачі несуть змінного струму, а не постійного струму.

Давайте зробимо приблизний розрахунок, розглядаючи птаха як сферу діаметром 20 см, ємність C повинна бути ~ 10pF. Ток rms становить 2πfVrmsC f. Скажімо, на проводах є 100 кВ, ці параметри дають близько 400 мкА для струму Rms. Для порівняння, для людини струми змінного струму близько 10 мА починають ставати небезпечними. ( Https://en.wikipedia.org/wiki/Electric_shock ) Для птаха певні менші струми, імовірно, можуть бути небезпечними. Це здається навіть для лінії високої напруги, проте суто ємнісний струм - не зовсім проблема.

Tunc + Майк У.

я розумію, що оскільки лінія НВ є лінією змінного струму, то початковий потенціал птаха є безглуздим через те, що потенціал проводу чергується над потенціалом землі та нижче потенціалу землі кожні 1/100 секунди за 50 Гц ситуація. Не менш ймовірний шанс, що потенціал щодо потенціалу землі в момент контакту з пташиною ногою також може бути дуже близьким до потенціалу землі 1/100 кожної секунди.

Я не експерт, але думаю, що це правильно: Дріт - провідник; через нього тече струм. Птах не заподіє шкоди. Струм буде протікати по одній нозі і вниз по іншій, але провід є набагато кращим провідником, так що струм буде мізерним. (З іншого боку, якщо птах приземлилася на джерело високої напруги без струму, як величезний генератор Van Der Graaf, то електростатичне відштовхування могло б підірвати його пір'я).

Гіпотетичної повітряно-ізольованої лінії НВ на 10 с мегавольт не існує, оскільки при цих напругах потужність, втрачена на коронному розряді, більша, ніж потужність, втрачена на опір проводу. Із зростанням напруги струм зменшується пропорційно, але після певного моменту втрата потужності коронного розряду більша за втрати I у квадраті.

"Певна точка" залежить від діаметра провідника, що є однією з причин того, що всі провідники високої напруги (і частота в 1КВ +) мають штучно завищені діаметри: значна частина "провідника" взагалі не є провідником: це сталь.

Корона розрядів, коли градієнт напруги більший, ніж градієнт напруги пробою повітря. Це залежить від вологості та безпеки повітря (та забруднення) та гладкості поверхні дроту.

Рядкові потенційні лінії, показані в іншій відповіді, вводять в оману. Вони повинні бути набагато ближче один до одного біля дроту, набагато далі від землі. Ось фактичний вимірюваний приклад: https://www.nms.org/Portals/0/Docs/FreeLessons/PHYS_Equipotential%20Lines%20and%20Electric%20Fields.pdf

Зверніть увагу на різницю між зазором 8В-10В та зазором 4В-2В. Поблизу вузького дроту розподіл поля подібний до розподілу навколо ізольованого точкового заряду, де градієнт напруги швидко наближається до "нескінченності" для "нескінченно тонкого" дроту.

Я не можу знайти фактичні показники градієнта електричного поля поблизу лінії ВН. Я б очікував, що він буде менше 3,4 МВ / м за гірших випадків, інакше будуть збої. Для порівняння, людина вийде з ладу близько 0,01 МВ / м, а шкіра людини вийде з ладу при близько 500 В. Це підказує мені, що для людини, що звисає з лінії НВ, не так багато фактора безпеки: ви б були досить близькі до свого потенціалу іонізації, щоб почати хвилюватися.

Типові птахи значно менші / коротші, ніж люди, і тому вони піддаватимуться набагато меншим напругам напруги при посадці на дроти. Великі птахи можуть бути порівнянні за розмірами з людьми, але зазвичай не сідають на дроти. Великі птахи зазвичай сідають на вежі передачі, а не на дроти, оскільки вежі завжди вище, ніж дріт: я не маю інформації про те, чи відчувають великі птахи дискомфорт у градієнті напруги при спробі приземлитися на НВ-проводах.

Я за межами своєї області досвіду, і я вітаю будь-які виправлення.

Цікаво подивитися на лінії електропередач та птахів та побачити, що відбувається.

Птахи, як правило, окуняться на лінії електропередач низької напруги, як правило, низькою напругою 100 кВ.

Птахи, як правило, не сидять на високих лініях електропередач, як правило,> 200 кВ.

Спекуляція (яку я вважаю цілком правдоподібною) полягає в тому, що це пов'язано з короною, яка виникає на лініях високої напруги. Ось чому вони, як правило, використовують пучки дроту, а не окремі провідники, щоб зменшити градієнт навколо них електричного поля. Будь-яка точкова річ, що стирчить з гладкого провідника, збільшить втрату корони.

Птах на лінії електропередач діє як «трохи стирчить», що погіршує коронний розряд. Над деяким критичним коронним струмом птах виявляє це незручно і відходить. Це відчує птах, що летить поблизу лінії, ще до того, як вона приземлиться, птах спотворить електричне поле і отримає коронний струм.