Может ли птица, ранее находившаяся под потенциалом земли, получить удар током, приземлившись на линию электропередачи с достаточно высоким напряжением из-за начального «выравнивающего заряда»?

Предполагая, что птица все еще находится под потенциалом земли, когда входит в контакт с проводом (скажем, она прыгнула прямо на него со столба).

В этой задаче много неизвестных, но давайте попробуем заполнить некоторые пробелы данными, которые мы как бы знаем о людях. Так что, пока орнитолог-орнитолог, занимающийся обменом стека EE, не появится с интересными данными, давайте предположим, что люди могут летать и любят отдыхать, свисая с высоковольтного кабеля.

Все предметы и живые существа имеют эквивалентную электрическую емкость. Модель человеческого тела — это условное обозначение, согласно которому люди эквивалентны в этом аспекте конденсатору емкостью 100 пФ (давайте предположим, что он не сильно уменьшается от земли до 23 метров в высоту, и назовем это наихудшим сценарием). Теперь давайте предположим, что контактное сопротивление между кабелем и местом, где находится геометрический центр этого конденсатора, составляет 3000 Ом — взято из случая «рука, держащая провод» в таблице в другой теме , — деленное на два для контакта двумя руками. Тогда общая продолжительность равновесного тока, взятая как 5-кратная постоянная времени эквивалентного RC, составляет 0,75 мкс.

Воздействие токов на живые существа зависит от величины тока и продолжительности. Я никогда не видел ни одного исследования, показывающего какие-либо данные ниже 10 мс (например , то же самое исследование , упомянутое выше), что неудивительно, поскольку очевидно, что время отклика сердечной ткани составляет 3 мс . В течение 10 мс ток, который вызывает необратимые эффекты, составляет 0,5 А, и, похоже, он установился в этой точке (мало зависит от продолжительности), безусловно, до 3 мс. Предположим, что после этого момента сердечная ткань ведет себя как неэффективная система первого порядка, затухающая на 20 дБ за десятилетие. Требуемый ток для аналогичных эффектов будет на 20 * 4,25 = 90 дБ выше, или 15811 А. Для контактного сопротивления 1500 Ом, как указано выше, это означает, что напряжение кабеля должно быть 23 ГВ!

Ожоги зависят исключительно от переданной энергии, поэтому теоретически высокое напряжение может гореть за такое короткое время. Но насколько высоко? Итак, «Электротравмы: технические, медицинские и юридические аспекты», стр. 72 , говорится:

Предполагаемый минимальный ток, который может вызвать заметные ожоги первой или второй степени на небольшом участке кожи, составляет 100 А в течение 1 с.

Редактировать: Обратите внимание, что 100А довольно высок, неясно, как автор определяет «ожоги первой степени на небольшом участке кожи», но я предполагаю, что это будет для области больше дюйма, сжигая весь эпидермис и часть дермы. клетки так, что они отслаиваются.

Таким образом, для 750 наносекунд требуется 133 мА! Если мы снова используем сопротивление 1500 Ом сверху, это означает, что провод должен быть на 199 ГВ, что безумно. Скорее всего, до того, как появятся эти ожоги, будут другие неприятные эффекты, но ни 23GV, ни 199GV не кажутся вероятными в ближайшем будущем. Примечание: как Дж... отметил в комментариях, кабель 23GV может спонтанно вызвать дугу с чем-либо с потенциалом Земли в пределах 7,6 км и, следовательно, потребует невероятной степени изоляции.

Как будто этого было недостаточно, вы, возможно, заметили, что вышеприведенное предполагает, что максимальный ток применяется в течение всей продолжительности равновесного тока, тогда как на самом деле это затухающая экспонента... Средний ток за этот период фактически равен 0,2. раз больше максимального, так что эти значения действительно должны быть 115ГВ и 995ГВ!

Предупреждение: это не означает, что безопасно прыгать и висеть на линиях высокого напряжения, это быстрый анализ с приблизительными оценками данных и моделированием, который не должен рассматриваться как оправдание ваших действий.

Я в основном согласен с объяснением Энди Ака. Однако я дам более подробную теорию (конечно, я мог что-то упустить).

Тело не имеет емкости само по себе, так как ему всегда нужна «вторая пластина» конденсатора. Люди по отношению к земле будут иметь заданную емкость, когда они стоят (изолированы) над землей, и другую емкость при полете (если это возможно), потому что тогда земля находится дальше.

Простая модель птицы может быть изображена на следующей диаграмме:

^{смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab}

По мере приближения птицы к линии C1 будет увеличиваться, а C2 уменьшаться. Это конденсаторный делитель и потенциал птицы будет приближаться к потенциалу линии высокого напряжения (ВН).

Давайте предположим, просто чтобы дать некоторые быстрые цифры, что C1 в 100 раз больше C2 непосредственно перед тем, как ноги птицы коснутся линии, тогда разница потенциалов между птицей и линией HV будет составлять только 1% от HV. Наконец ноги птицы касаются линии: C1 «закорочен», и единственная емкость, которую нужно заполнить, — это C2 (емкость между птицей и землей, которая очень мала, поскольку земля находится далеко). Поскольку потенциал тела уже составляет 99% HV, а его емкость относительно земли очень мала, ток через птицу будет очень мал.

ПРИМЕЧАНИЕ. Мое понимание того, что происходит, когда птица летит с земного объекта на линию электропередач (пожалуйста, поправьте меня, если я ошибаюсь), состоит в том, что при контакте с проводом ее электрический потенциал меняется с потенциала земли на потенциал линии электропередач.

Вот в чем суть дела. По мере того, как птица покидает землю, направляясь в сторону провода, она приобретает постепенное изменение потенциала. Это не мгновенное изменение, потому что, если бы это было так, птица испытала бы электрический толчок в тот момент, когда она приземлилась.

Так что нет, это не происходит мгновенно, и большее напряжение на проводе = большему расстоянию, следовательно, более длительный период времени для достижения указанного провода, и, не вдаваясь в математику, небольшой незаметный ток, который испытывает птица, будет таким же.

Ниже приведено изображение изменения уровня напряжения в зависимости от расстояния между землей и «горячим» проводом:

Это довольно классический анализ электрического поля. Из центра (предполагаемого точки высокого напряжения) исходят черные линии электрического поля. Они выходят из провода во всех направлениях и ударяются о «землю» под прямым углом. Если вы выберете любую конкретную из этих линий электрического поля и «проедете» по ней от уровня земли, скажем, на 10 % ее длины, вы получите напряжение, равное 10 % напряжения на горячем проводе.

Если вы проделаете этот мысленный эксперимент для всех линий электрического поля с разным процентом длины, вы сможете построить все линии эквипотенциала, а это и есть красные линии.

Как вы должны видеть, потенциал, который маленький объект может достичь, поднимаясь от земли к «горячему» проводу, удивительно линейный.

Жаль видеть так много дезинформированных, высокопоставленных ответов на этот вопрос - поэтому я решил, наконец, открыть аккаунт и внести свой вклад после многих лет ожидания :)

Один из способов увидеть передачу энергии — это ток, проходящий по проводу, который моделируется как кинетическая энергия частиц (электронов) внутри. Однако, особенно в установках переменного тока, если смоделировать электромагнитную энергию (с помощью уравнений Максвелла), можно увидеть мощность, переносимую в пространстве между проводниками и вокруг них.

Таким образом, существует опасность ЭМ для всего, что находится даже рядом с линиями. Его уровень зависит для данной системы лески от общей проходящей мощности - напряжения и интенсивности!

Этот количественный ответ, который я нашел на https://van.physics.illinois.edu/qa/listing.php?id=1341 , применим:

В: Почему птицы не чувствуют статического электричества? Я понимаю, что птицы не обеспечивают путь к земле, поэтому они не будут нести установившийся ток. Но наверняка, когда они впервые приземлятся, есть ток, чтобы зарядить емкость птицы? Я читал, что статические удары болезненны при напряжении около 10 кВ. Эти линии электропередач несут сотни киловольт, поэтому статический разряд от линии электропередач не будет очень болезненным? Спасибо, Тед - Тед (26 лет) Стэнфорд, Калифорния, США

О: Да, не совсем верно, что тока вообще не будет. Течения есть, но они действительно небольшие, и это касается не только посадки. Возможно, что самое незначительное, влажный воздух не является идеальным изолятором, поэтому будут потери от тела птицы. Но, как вы также указываете, птицу можно рассматривать как (примерно сферический) конденсатор со второй оболочкой бесконечно далеко и с нулевым потенциалом. Поэтому птица будет заряжаться и разряжаться с частотой f=60 Гц (50 Гц в Европе), потому что по линиям электропередач передается переменный, а не постоянный ток.

Давайте сделаем грубый расчет, рассматривая птицу как сферу диаметром 20 см, тогда емкость C должна быть ~ 10 пФ. Тогда среднеквадратичное значение тока равно 2πfVrmsC f. Допустим на проводах 100кВ, эти параметры дают около 400 мкА по действующему току. Для сравнения, для человека опасными становятся переменные токи силой около 10 мА . Вроде даже для высоковольтной линии, однако чисто емкостной ток не такая уж и проблема.

Тунк + Майк В.

Насколько я понимаю, поскольку линия ВН является линией переменного тока, первоначальный потенциал птицы не имеет смысла из-за того, что потенциал провода чередуется выше потенциала земли и ниже потенциала земли каждую 1/100 секунды в 50 Гц. ситуация. Существует столь же вероятная вероятность того, что потенциал относительно потенциала земли в момент контакта с птичьей лапой может быть также очень близок к потенциалу земли 1/100 каждой секунды.

Я не специалист, но думаю, что это правильно: провод - это проводник; через него идет ток. Птичка не пострадает. Ток будет течь вверх по одной ноге и вниз по другой, но провод является гораздо лучшим проводником, так что ток будет незначительным. (С другой стороны, если птица приземлится на источник очень высокого напряжения без тока, например, на огромный генератор Ван дер Граафа, то электростатическое отталкивание может оторвать ей перья).

Гипотетическая линия высокого напряжения с воздушной изоляцией на 10 мегавольт не существует, потому что при этих напряжениях мощность, теряемая на коронный разряд, больше, чем мощность, теряемая на сопротивление провода. По мере увеличения напряжения ток пропорционально уменьшается, но после определенного момента потери мощности коронного разряда превышают I квадрат R потерь.

«Определенная точка» зависит от диаметра проводника, что является одной из причин, по которой все высоковольтные проводники (и особенно на 1 кВ+) имеют искусственно завышенные диаметры: большая часть объема «проводника» вообще не является проводником: это сталь.

Коронный разряд возникает, когда градиент напряжения больше, чем градиент напряжения пробоя воздуха. Это зависит от влажности и давления воздуха (и загрязнения), а также от гладкости поверхности проволоки.

Равнопотенциальные линии, показанные в другом ответе, вводят в заблуждение. Они должны быть намного ближе друг к другу возле провода, намного дальше друг от друга у земли. Вот реальный измеренный пример: https://www.nms.org/Portals/0/Docs/FreeLessons/PHYS_Equipotential%20Lines%20and%20Electric%20Fields.pdf

Обратите внимание на разницу между зазором 8В-10В и зазором 4В-2В. Вблизи узкого провода распределение поля аналогично распределению вокруг изолированного точечного заряда, где градиент напряжения быстро стремится к «бесконечности» для «бесконечно тонкого» провода.

Я не могу найти фактические данные для градиента электрического поля вблизи линии высокого напряжения. Я ожидаю, что в худших условиях она будет меньше 3,4 МВ/м, иначе будут сбои. Для сравнения, люди выходят из строя примерно при 0,01 МВ/м, а человеческая кожа выходит из строя примерно при 500 В. Это наводит меня на мысль, что для человека, подвешенного на высоковольтной линии, не так много факторов безопасности: вы будете достаточно близко к своему потенциалу ионизации, чтобы начать беспокоиться.

Типичные птицы намного меньше / ниже людей, и поэтому они будут подвергаться гораздо меньшему напряжению при посадке на провода. Крупные птицы могут быть сопоставимы по размеру с людьми, но обычно не садятся на провода. Крупные птицы обычно садятся на опоры ЛЭП, а не на провода, потому что опоры всегда выше провода: у меня нет информации о том, испытывают ли крупные птицы дискомфорт от градиента электрического напряжения при попытке приземлиться на высоковольтные провода.

Я не в своей области опыта, и приветствую любые исправления.

Интересно смотреть на линии электропередач и птиц и смотреть, что происходит.

Птицы, как правило, садятся на линии электропередач низкого напряжения, обычно ниже 100 кВ.

Птицы, как правило , не садятся на высоковольтные линии электропередач, обычно> 200 кВ.

Предположение (которое я нахожу вполне правдоподобным) состоит в том, что это связано с коронным разрядом, который возникает на линиях электропередач высокого напряжения. Вот почему они склонны использовать пучки проводов, а не отдельные проводники, чтобы уменьшить градиент электрического поля вокруг них. Любой острый предмет, торчащий из гладкого проводника, увеличит потери в короне.

Птица на линии электропередачи ведет себя как «торчащая удила», что ухудшает коронный разряд. Выше некоторого критического коронного тока птица находит это неудобным и уходит. Это почувствует птица, летящая в непосредственной близости от линии, еще до того, как она приземлится, птица исказит электрическое поле и получит коронный ток.