Как космонавты на МКС защищены от поражения электрическим током?

На Земле большинство электроприборов, имеющих открытые металлические части, такие как электрический утюг, заземляются , чтобы защитить пользователя от поражения электрическим током, когда неизолированный провод случайно соприкасается с металлической частью. Заземляющий (заземляющий) провод соединяется с хорошим проводником, таким как медь, и последний закапывается в землю (землю), которая действует как бесконечный источник/приемник зарядов, чтобы поддерживать электрический потенциал меатала в безопасных пределах, чтобы избежать поражение электрическим током.

Но, в МКС, очевидно, должен быть заземляющий кабель, но не соединенный с землей (землей), однако, так как невозможно соединить МКС и землю проводом из-за его движения.

Тогда как космонавты на МКС защищены от поражения электрическим током? Они могут не использовать электрический утюг, но вся станция полна электроприборов для жизнеобеспечения, экспериментов, обслуживания станций и т. д. с открытыми металлическими частями. Сначала я думал, что заземление должно быть соединено с металлическим корпусом МКС, но потом понял, что конструкция недостаточно велика (по сравнению с землей), чтобы действовать как бесконечный источник/приемник зарядов. Так как же инженеры решают подобные проблемы в космосе ?

Ответы на этот вопрос актуальны.
Лодки имеют ту же проблему и решение.
@RonBeyer Я бы предположил, что и самолеты тоже. Я имею в виду, на самом деле даже автомобили, поскольку их единственный контакт с землей осуществляется через непроводящие резиновые шины.
Нет. Резиновая смесь, используемая в шинах, содержит добавки, которые делают шины достаточно проводящими, чтобы не создавать статический заряд на автомобиле.
Стоит отметить, что механизм электрического заземления в самолетах немного отличается (насколько мне известно). В самолетах есть много маленьких стержней с острыми концами, чтобы свести к минимуму накопление статического заряда на фюзеляже самолета из-за его движения в воздухе, а также из-за электрического заземления. Эти палочки помогают благодаря принципу коронного разряда . Таким образом, они помогают удерживать самолет почти на том же потенциале, что и воздух. Но на космической станции мы не можем использовать это, поскольку для коронного разряда требуется жидкая среда.
@Хоббс Хорошо. Я просто слышал, что были проблемы не столько с легковыми, сколько с большими полуприцепами и накоплением статики, и у них либо лямка свисала и таскала по земле для разрядки, либо они проходили под подвесными лямками на платной будке, которая сделала то же самое. Это может быть устаревшим, так как я не думаю, что видел такие ремни в последнее время, но я не дальнобойщик, поэтому я не знаю наверняка.

Ответы (3)

Не фактический уровень заряда (потенциала) вызывает поражение электрическим током. но быть подключенным к двум вещам (например, вашему железу и земле), которые находятся на разных уровнях. Отсюда и почему птицы могут сидеть на ВЛ 750кВ и не поджариваться. Заземляющий провод в домашней системе существует для того, чтобы поддерживать одинаковый потенциал всех открытых металлических частей. Заземление всего на раме МКС должно работать нормально для астронавтов, за исключением, возможно, тех случаев, когда приближающийся корабль должен состыковаться, тогда им нужно будет убедиться, что между ними нет большой разницы потенциалов. Я не знаю, как это делается.

Спасибо за Ваш ответ. Если два стыковочных транспортных средства имеют разные потенциалы, то мы можем увидеть искры высокого напряжения, подобные пантографам в электропоездах, когда они касаются или теряют контакт с линией напряжения. Но мы не видим ничего подобного!
@Intellex Откуда ты знаешь наверняка? Видео стыковки космического корабля в низком разрешении не показывает всего: почти в каждой стыковке, которую я видел, все стыковочное кольцо скрыто за конструкцией космического корабля на последнем метре или около того подхода.
@Hobbes, но у нас есть изображения со стыковки космического корабля (например, Space Shuttle), и мы не видим никаких ярких вспышек. Но ваше мнение тоже разумно.
@Intellex, вакуум - очень хороший изолятор, а световая вспышка в значительной степени представляет собой ионизированный газ, излучающий свет, поэтому два касающихся космического корабля с разным потенциалом не будут производить такую ​​же вспышку, как два самолета или аналогичный. Тем не менее, обязательно будет разряд, и случайно приварить себя к МКС будет неловко.
@Intellex: НАСА рассмотрело это . Разряды происходят на расстоянии примерно 7 мм друг от друга, и кажется, что разряд является результатом слияния двух слоев плазмы. Это позволяет избежать локализованного дугового разряда.
Re, "...птицы могут сидеть на ВЛ 750кВ..." Вы когда-нибудь видели птицу на ВЛ 750кВ? Я почти уверен, что у меня никогда не было. Есть парни, которых привозят на вертолете, чтобы они "горячо поработали" на этих линиях. Вы можете посмотреть на You Tube и посмотреть, как они одеты: и линейный манипулятор, и пилот носят костюмы с клетками Фарадея, закрывающие все тело, для защиты от электрического поля переменного тока, окружающего провод. Без костюма простое приближение к проводу на несколько метров вызовет неприятные/опасные электрические токи внутри их тел. Птицы меньше (меньше емкость тела), но все же...
@SolomonSlow Это все только из-за переменного тока 50 или 60 Гц, но не из-за самого высокого напряжения. Электрические потенциалы, обсуждаемые здесь, являются статическими.
Высоковольтные линии дальнего действия в Европе часто имеют постоянный ток.
@asdfex Я определенно видел их на линиях переменного тока 400 кВ рядом со мной, но большинство птиц, которые садятся на кабели, предпочитают садиться ниже, поэтому вы увидите гораздо больше на более низких (высоте и напряжении) линиях.
Источник @SteveLinton? Насколько мне известно, все электросети в Европе (и везде?) используют линии электропередач переменного тока для снижения потерь.
@Baldrickk на самом деле постоянный ток более эффективен для передачи энергии на большие расстояния из-за скин-эффекта; сопротивление/импеданс провода эффективно ниже для постоянного тока. Причина, по которой линии электропередач традиционно были переменными, заключается просто в том, что высокое напряжение повышает эффективность (поскольку P = I ^ 2R), и традиционно не было способа преобразовать постоянный ток высокого напряжения в постоянный ток низкого напряжения и наоборот, тогда как с переменным током это банально с трансформерами. В настоящее время у нас есть силовая электроника, которая может выполнять такое преобразование напряжения, поэтому постоянный ток предпочтительнее.
@Muzer хорошо. В таком случае мне нужно обновить свои знания по этому вопросу.
Постоянный ток на большие расстояния также выигрывает в том, что он может работать при более высоком напряжении примерно на 41% (квадратный корень из 2) и в результате передавать больше энергии, а также получать дополнительные преимущества I^2R. Это связано с тем, что расстояние между линиями / изоляция / и т. д. должны быть рассчитаны на пиковые напряжения, которые для переменного тока ниже среднего среднеквадратичного уровня, отражающего количество передаваемой мощности.
На более коротких расстояниях потери эффективности от преобразователей мощности постоянного тока в сочетании с их более высокими начальными затратами означают, что переменный ток все еще более эффективен с точки зрения затрат; но по мере того, как цены на оборудование DC продолжают медленно падать, все чаще появляется возможность для новых линий. Для старых линий, работающих почти с максимальной пропускной способностью, аргумент в пользу модернизации до передачи постоянного тока может быть выше, потому что новое оборудование постоянного тока должно быть дешевле, чем запуск дополнительных распределительных линий; и их создание намного дороже, чем просто обновление оборудования на обоих концах.
@Baldrickk, первый очевидный источник — wp:HVDC . Европа здесь не лучший пример, поскольку только линии постоянного тока в Европе являются подводными, а наземные не имеют таких больших расстояний без узлов. Но в местах, где есть линии от удаленных крупных источников, таких как Бразилия или Китай, используются линии постоянного тока напряжением более 1000 кВ.
@SolomonSlow Очевидный способ узнать, что птицы могут безопасно приземляться на высоковольтные линии электропередач, - это наблюдать за отсутствием мертвых птиц на земле внизу.
@trapper, этому может быть много объяснений. Одним из вариантов может быть то, что птицам не обязательно умирать, чтобы понять, что это не самое приятное место.

«Земля» работает не так, как вы думаете.

В любом случае, практически на любом транспортном средстве «земля» заменяется «металлическим шасси».

Ваш вопрос основан на очень распространенном заблуждении: что электричество хочет вернуться на землю. На самом деле электричество хочет вернуться к источнику .

  • Например, электроны на отрицательном полюсе батареи хотят вернуться на положительный полюс.
  • Положительный терминал испытывает дефицит электронов, но он жаждет электронов от отрицательного терминала; поблизости нет ни одной из фаз от изолированного трехфазного генератора треугольника.
  • Ток с одной из фаз от генератора хочет вернуться в другую фазу, а не в аккумулятор и не в шасси станции или в тот большой синий шарик там внизу.

Все это запутывается из-за метода, используемого в электропроводке: когда в значительной степени изолированные системы питания переменного тока намеренно соединены с землей. Я использовал обычную полностью изолированную систему питания переменного тока 120/240 В. Но он может подняться до неожиданного напряжения; действительно у меня 120В нога подскочила до 240В над землей, а нейтраль плавала при 120В над землей. Представьте, если бы он плавал до 2000 В над землей, скажем, из-за утечки трансформатора? Чтобы предотвратить это, мы добавляем эквипотенциальную связь , чтобы привязать систему к напряжению, близкому к земле. Дешевле всего подключиться непосредственно к одному системному проводу, и этот провод помечен как «нейтральный».

Из-за этой эквипотенциальной связи «горячее» все еще хочет вернуться к источнику (нейтральному или другому горячему) — но земля подойдет только потому, что она подключена к нейтрали. Отсюда и такое заблуждение .

В автомобиле понятие «земля» заменено на «шасси». Выбор между связыванием или полной изоляцией делается в каждом конкретном случае. Обычно вы связываете одну систему и изолируете другую(ые). (Автомобили, тепловозы: низковольтные; электровагоны метро: высоковольтные, потому что надо).

А на транспортных средствах шасси часто также используется в качестве нормального обратного тока для связанной системы, эффективно объединяя функции земли и нейтрали.

Изолированная система обычно имеет одно соединение с шасси: через «реле замыкания на землю». Любой ток утечки на шасси попытается вернуться через реле замыкания на землю, отключив его.

Я предполагаю, что космический корабль будет похож на самолет; выбор между соединением и изоляцией будет решаться как по соображениям безопасности, так и по весу. Более низкие напряжения требуют более толстых проводов для передачи той же эффективной мощности, поэтому они больше всего выигрывают от массивного шасси в качестве возврата тока.

Я думаю, что это хороший ответ, как только я в него вник, но начало меня как-то сбило с толку. Я думаю, вы могли бы начать с: «В транспортном средстве идея «земли» заменена на «шасси»», а не обсуждать, куда электричество хочет вернуться. С моей точки зрения, носители заряда идут туда, куда им указывает локальный электрический потенциал. Я не уверен, что идея о том, что они хотят куда-то вернуться, настолько полезна.
@WaterMolecule Хорошее предложение. Согласитесь, семантика описания потенциала сложна. Некоторые люди возражают против того, чтобы описывать это как желание, но тогда у вас есть «потенциал, говорящий им», так что не так много хороших вариантов.
Я своего рода поклонник Гидравлической Аналогии . Представьте себе полюса как два конца реки, один конец которой, конечно, находится на самом высоком уровне, а другой — на самом низком. Вода просто хочет уйти вниз.
Да! Отличным примером из реальной жизни (который предшествовал широкому использованию устройств GFC/RCD) является розетка для бритвы British BS4573 . Они распространены во влажных помещениях Великобритании и питаются от простого изолирующего трансформатора. При прохождении через изолирующий трансформатор связь с землей разрывается, а вместе с ним и путь поражения электрическим током. Единственный способ получить удар током от такой розетки - замкнуть цепь обратно к другому полюсу (а не бросать бритву в ванну...).
В статье, связанной в комментарии к другому ответу, говорится, что космический корабль смещается к отрицательному напряжению, когда его солнечные панели горят, предполагая, что «нейтральный» (отрицательный, поскольку это постоянный ток) терминал подключен к шасси.

Ответ дан в теме , связанной с комментарием @KaushikGhose:

Солнечные батареи космической станции работают при напряжении 160 В постоянного тока. Когда массивы производят энергию, структура станции также будет иметь тенденцию плавать до напряжения, близкого к напряжению массива. В этих условиях космическая станция может столкнуться с такими проблемами, как дуга от ее поверхности к окружающей среде или дуга к космонавту. Чтобы избежать этих проблем, конструкция была заземлена с помощью плазменного контактора (PCU). Для защиты космонавтов от опасности поражения электрическим током PCU работает во время всех выходов в открытый космос.

PCU действует как электрический заземляющий стержень, соединяющий структуру космической станции с окружающей средой и безвредно рассеивающий заряды конструкции. Инженеры Glenn [Научно-исследовательский центр Гленна НАСА — прим. Сборка с полым катодом выполняет эту функцию, преобразовывая небольшое количество газа в ионы и электроны и выпуская этот поток в космос. Поток уносит с собой избыточные электроны, создавшие поверхностный заряд.

Из информационного бюллетеня НАСА PS-00537-0811, «Энергия будущего» .

Это касается операций на МКС и во время выхода в открытый космос. Остается вопрос, что делать с разнозаряженными транспортными средствами, собирающимися состыковаться. Во время стыковки международный стандарт стыковки определяет

Провод заземления [который] обеспечивает соединение заземления между транспортными средствами.

Однако я не смог найти никакой информации о том, требуется ли для всех поступающих транспортных средств запускать PCU. В противном случае только что упомянутый заземляющий кабель может быть перегружен. В частности, я ожидаю, что стандарт стыковки укажет какую-то максимальную разность потенциалов или что-то подобное, о чем я также не смог найти никакой информации.

По поводу последнего абзаца: Нет возможности "перегрузить" кабель. Накопленный заряд настолько низок, что даже если транспортные средства имеют разный потенциал в 5 кВ, результирующий шок примерно такой же, как вы можете получить от электрического забора (те, которые используются вокруг лугов).
@asdfex Кабели могут быть перегружены, но да, было бы довольно удивительно, если бы они могли быть перегружены разрядом статического электричества. На перегрузку кабеля обычно уходит довольно большой ток в течение нескольких секунд (минимум).
Как космонавты на МКС защищены от поражения электрическим током?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v