Önceden toprak potansiyeli olan bir kuş, ilk “eşitleme yükü” nedeniyle elektrik hattına yeterince yüksek gerilimde inerek elektrik çarpabilir mi?

ABD'deki tipik havai iletim hatlarının voltaj seviyelerinde, bir kuş bir yere inebilir ve iyi olabilir (kanatlarını yaymak ve bir ağaca dokunmak veya düşük elektrik potansiyeli olan başka bir şeye dokunmak gibi bir şey yapmazsa).

Ancak, ne kadar yüksek voltajda (onlarca megavolta olduğu gibi) varsayımsal bir güç hattına ne dersiniz? O olsa bile kuş böyle bir elektrik hattı ölümcül-şok açılış Could not sürekli akım için bir devreyi tamamlamak? (Elektrik arkının mümkün olmadığı kadar mesafenin uzun olduğunu varsayalım.)

NOT: Bir kuş, bir dünya nesnesinden bir elektrik hattına uçtuğunda (lütfen yanlış olursam beni düzeltin) ne anlama geldiğine dair anlayışı - tel ile temasa geçildiğinde, elektrik potansiyelinin toprak potansiyelinden elektrik hattının potansiyeline değiştiğidir. Bunun gerçekleşmesi için, elektrik hattından neredeyse anında meydana gelen elektrik potansiyelini "eşitleyen" elektrik enerjisinin (yani şarjın akışı, yani akımın) bir ilk transferi vardır . Eğer bu doğruysa, sorum daha genel olarak "Eşitleme potansiyel farkı yeterince yüksekse, bu gibi bir 'eşitleme yükü' ölümcül bir şoka neden olabilir mi?

Kuş tel ile temasa geçerken hala toprak potansiyelinde olduğunu varsayalım (diyelim, direk üzerinden tam üstüne atladı).

Bu problemde pek çok bilinmeyen var ama haydi insanlarda bildiğimiz verilerle bazı boşlukları doldurmaya çalışalım. Öyleyse, bir ornitolog olan bir EE yığın değiştiricisi ilginç verilerle ortaya çıkıncaya kadar, insanların uçabileceklerini ve yüksek voltajlı bir kablodan sarkmaktan hoşlandıklarını varsayalım.

Tüm nesneler ve canlılar eşdeğer elektriksel kapasiteye sahiptir. İnsan Vücudu Modeli, insanların bu yönüyle 100pF'lik bir kapasitöre eşdeğer olduğunu belirten bir kongredir (hadi, yerden çok fazla 23 metre yüksekliğe düşmediğini ve bunun en kötü durum senaryosu olduğunu söyleyelim). Şimdi kablo arasındaki temas direncini ve bu kapasitörün geometrik merkezinin nerede olursa olsun 3000Ohm olduğunu kabul edelim - tablonun "El tutma teli" kasasından başka bir dişlinin iki el teması için ikiye bölünmüş. Daha sonra, eşdeğer RC'nin zaman sabitinin 5 katı olarak alınan denge akımının toplam süresi 0,75 mikrosaniyedir.

Akıntıların canlılar üzerindeki etkileri akıntının büyüklüğüne ve süreye bağlıdır. I 10ms aşağıdaki verileri gösteren herhangi bir çalışma (örneğin görülen hiç Aynı çalışma görünüşte kalp dokusunun tepki zaman olduğu gibi şaşırtıcı değildir yukarıda belirtilmektedir), 3 ms . 10ms için, geri dönüşü olmayan etkiler üreten akım 0.5A'dır ve bu noktada (süreye bağlı olarak az da olsa), kesinlikle 3ms'ye kadar düştüğü anlaşılmaktadır. Diyelim ki, bu noktadan sonra, kardiyak doku etkisiz bir birinci dereceden sistem gibi davranıyor, 20dB / on yıl zayıflatıyor. Benzer etkiler için gereken akım 20 * 4.25 = 90dB daha yüksek veya 15811A olacaktır. Yukarıda kullanılan 1500 ohm'luk temas direnci için, kablonun voltajının 23GV olması gerektiği anlamına gelir!

Yanıklar yalnızca aktarılan enerjiye bağlıdır, bu nedenle teorik olarak yüksek bir voltaj bu kadar küçük bir süre için yanabilir. Ama ne kadar yüksek? Peki, "Elektriksel yaralanmalar: mühendislik, tıbbi ve yasal konular", sayfa 72 , şöyle belirtmektedir:

Derinin küçük bir bölgesinde göze çarpan birinci veya ikinci derece yanıkları üretebilen tahmini en düşük akım 1 saniye boyunca 100A'dır.

Düzenleme: 100A'nın oldukça yüksek olduğuna dikkat edin, yazarın "derinin küçük cilt bölgelerinde ilk derece yanıkları" nasıl tanımladığı belli değil, ancak tüm epidermleri ve bazı dermileri yakan bir inçten büyük bir alan için olacağını tahmin ediyorum. Hücreler soyulabilirler.

Yani 750 nanosaniye, bu 133MA gerekli! Eğer yukarıdan 1500 ohm'luk direnci tekrar kullanırsak, bu telin deli olduğu 199GV'de olması gerektiği anlamına gelir. Şanslar, bu yanıklar ortaya çıkmadan önce başka kötü etkiler olacaktır, ancak ne yakın gelecekte 23GV ne de 199GV muhtemel değildir. Yan not, J ... yorumlarda ortaya çıktıkça, bir 23GV kablo 7.6km içinde Dünya potansiyelindeki herhangi bir şeyle kendiliğinden yaylanır ve bu nedenle inanılmaz miktarda izolasyon gerektirir.

Yeterli değildi gibi, maksimum akımın denge akımının tüm süresi boyunca uygulandığını varsayıyor olabilirsiniz, oysa gerçekte çürüyen bir üsteldir ... Bu süre zarfında ortalama akım gerçektir. maksimum çarpı, bu nedenle bu değerler gerçekten 115GV ve 995GV olmalı!

Uyarı: Bu, yüksek gerilim hatlarına atlamanın ve sarkmanın güvenli olduğu anlamına gelmez, bu kaba veri tahminleri ve modellemesi ile hızlı bir analizdir ve işlemleriniz için bir gerekçe olarak kabul edilmeyecektir.

Andy Aka'nın açıklamasına katılıyorum. Yine de daha ayrıntılı bir teori vereceğim (elbette bir şeye bakmıyor olabilirim).

Bir cismin kendi başına bir kapasitansı yoktur, çünkü her zaman kapasitörün "ikinci plakasına" ihtiyaç duyar. Zemine göre insanlar daha sonra zeminde dururken (yalıtılırken) belirli bir kapasitansa ve zeminde daha uzak olduğu için uçarken (eğer mümkün ise) farklı bir kapasitansa sahip olacaktır.

Kuşun basit bir modeli, sonraki diyagramdaki model olabilir:

^{bu devreyi simüle et - CircuitLab kullanılarak oluşturulan şematik}

Kuş yaklaşırken C1 hattı artar ve C2 düşer. Bu bir kapasitör bölücüdür ve kuşun potansiyeli Yüksek Gerilim (HV) hattına yaklaşacaktır.

Bazı hızlı rakamlar vermek için, C1'in kuşun ayakları çizgiye temas etmeden hemen önce 100 kez C2 olduğunu, kuşla HV çizgisi arasındaki potansiyel farkının HV'nin yalnızca% 1'i olacağını varsayalım. Son olarak, kuşun ayakları çizgiye dokunur: C1 "kısaltılır" ve doldurulması gereken tek kapasite C2 olacaktır (kuş ile yer arasındaki, yeryüzü gibi çok küçük olan kapasitans). Vücut potansiyeli zaten HV'nin% 99'unda olduğundan ve toprağa kapasitansı çok küçük olduğundan, kuşun içinden geçen akım gerçekten küçük olacaktır.

NOT: Bir kuş, bir dünya nesnesinden bir elektrik hattına uçtuğunda (lütfen yanılıyorsam beni düzeltin) ne olduğunu anlıyorum - tel ile temasa geçildiğinde, elektrik potansiyelinin toprak potansiyelinden elektrik hattının potansiyeline değiştiğidir.

İşte meselenin özü yatıyor. Kuş zeminden tel yönünde ilerlerken potansiyel olarak kademeli bir değişim kazanır. Bu ani bir değişim değildir, çünkü eğer öyle olsaydı, kuş o anda o anki bir sarsıntı yaşayacaktı.

Yani, hayır, anında gerçekleşmez ve daha büyük kablo voltajları = daha büyük mesafe, bu nedenle söz konusu kabloya ulaşmak için daha uzun bir süre ve matematiğe girmeden, kuşun yaşayacağı algılanamayan küçük akım aynı olacaktır.

EDIT - burada voltaj seviyesinin toprakla "sıcak" bir tel arasındaki mesafeyle nasıl değiştiğinin iyi bir resmi: -

Bu oldukça klasik elektrik alan analizidir. Merkezden ayrılma (yüksek voltaj noktası olduğu varsayılan) siyah elektrik alan çizgileridir. Bunlar telden her yöne doğru çıkar ve dik açılarda "toprak" a vurur. Siz de E-alan çizgilerinden herhangi biriyle ve (') uzunluğunun% 10'unu toprak seviyesinden "dolaştırdıysanız", sıcak kablonun% 10'u kadar bir voltaj elde edersiniz.

Bu düşünce denemesini, tüm E-alan çizgileri için, uzunlukların farklı yüzdelerinde, tüm eş potansiyel çizgileri çizebileceksiniz ve bu kırmızı çizgilerin ne olduğu.

Küçük bir nesnenin goundtan "sıcak" kabloya yükselme potansiyelini görebilmeniz gerektiğinden, oldukça doğrusaldır.

Bu soruya çok yanlış şekillendirilmiş, yüksek dereceli cevaplar görmek üzücü - bu yüzden nihayet gizlenen yıllar sonra bir hesap açmaya ve katkıda bulunmaya karar verdim :)

Güç aktarımını görmenin bir yolu, içindeki parçacıkların (elektronların) kinetik enerjisi olarak modellenen telin içinden geçen akımdır. Bununla birlikte, özellikle AC kurulumlarında, eğer bir elektromanyetik enerji modeli varsa (Maxwell denklemleriyle), iletkenler arasındaki boşlukta taşınan gücü görür.

Bu yüzden hatta hatta yakın herhangi bir şey için EM tehlikesi var. Seviyesi, belirli bir kuş hattı sistemi için, geçmekte olan genel güce bağlıdır - gerilim ve yoğunluk!

Https://van.physics.illinois.edu/qa/listing.php?id=1341 adresinde bulduğum nicel cevap şu :

S: Kuşlar neden statik bir şok hissetmiyor ? Kuşların toprağa bir yol sağlamadığını, bu yüzden sürekli bir durum akımı taşımamalarını anlıyorum. Ama kuşkusuz ilk karaya çıktıklarında kuşun kapasitesini şarj etmek için bir akım vardır? Statik şokların 10 kV civarında ağrılı olduğunu okudum. Bu elektrik hatları yüzlerce kV taşıyor, bu yüzden elektrik hattındaki statik şok çok acı verici olmaz mı? Teşekkürler, Ted - Ted (26 yaşında) Stanford, CA, ABD

C: Evet, hiçbir akım olmayacağı kesinlikle doğru değil. Akımlar var, ama gerçekten küçükler ve bu sadece inişle sınırlı değil. Belki de en önemsiz olanı, nemli hava mükemmel bir yalıtkan değildir, bu yüzden kuşun vücudundan kayıplar olacaktır. Ancak sizin de belirttiğiniz gibi, bir kuş (kabaca küresel) bir kapasitör olarak, ikinci kabuğu sonsuz uzak ve 0 potansiyel olarak kabul edilebilir. Bu nedenle, kuş f = 60Hz'de (Avrupa'da 50 Hz) şarj edilecek ve boşaltılacaktır, çünkü güç hatları DC değil, AC taşır.

Kuşu 20 cm çapında bir küre olarak kabul ederek kaba bir hesaplama yapalım, kapasitans C daha sonra ~ 10pF olmalıdır. Rms akımı daha sonra 2πfVrmsC f'dir. Tellerde 100kV olduğunu söyleyin, bu parametreler rms akımı için yaklaşık 400 µA verir. Karşılaştırma için, bir insan için yaklaşık 10 mA'lık AC akımları tehlikeli olmaya başlar. ( Https://en.wikipedia.org/wiki/Electric_shock ) Bir kuş için, muhtemelen daha düşük akımlar tehlikeli olabilir. Yüksek gerilim hattı için bile olduğu gibi ses çıkarsa da, tamamen kapasitatif akım pek sorun değil.

Tunc + Mike W.

Anladığım kadarıyla HV hattı bir AC hattı olduğu için, kuşun orijinal potansiyelinin telin potansiyelinin 50hz'de saniyenin 1 / 100'ünde bir toprak potansiyeli üzerinde ve yer altı potansiyelinde değişmesi nedeniyle anlamsız olmasıdır. durum. Kuş ayağının teması sırasındaki toprak potansiyeline göre potansiyelin, her saniyenin 1 / 100'ünde toprak potansiyeline çok yakın olma ihtimali de aynı derecede muhtemeldir.

Uzman değilim, ama bence bu doğru: Kablo bir iletken; akım içinden akıyor. Kuş zarar görmeyecek. Akım bir bacağından aşağıya doğru akacaktır, ancak tel çok daha iyi bir iletkendir, böylece akım minik olacaktır. (Öte yandan, kuş, büyük bir Van Der Graaf jeneratörü gibi, akım akışı olmadan çok yüksek voltajlı bir kaynağa inerse, o zaman elektrostatik itme, tüylerini patlatabilir).

10 megavolta hipotetik bir hava yalıtımlı HV hattı mevcut değildir, çünkü bu voltajlarda korona deşarjında ​​kaybedilen güç, kablo direncinde kaybedilen güçten daha büyüktür. Gerilim arttıkça, akım orantılı olarak azalır, ancak belirli bir noktadan sonra korona boşalma gücü kaybı I karesi R kaybından daha büyüktür.

"Kesin nokta", iletkenin çapına bağlıdır; bu, tüm yüksek gerilim iletkenlerinin (ve özellikle 1KV + 'da) yapay olarak şişirilmiş çaplara sahip olmasının bir nedenidir: "iletken" hacminin çoğu, iletken değildir: çeliktir.

Korona deşarjı, voltaj gradyanı havanın kırılma voltaj gradyanından büyük olduğunda ortaya çıkar. Bu nem ve hava basıncına (ve kirliliğine) ve telin yüzey düzgünlüğüne bağlıdır.

Diğer cevapta gösterilen eşit potansiyel çizgileri yanıltıcıdır. Telin yanında birbirine çok daha yakın olmalı, yere yakın daha uzakta olmalıdırlar. İşte gerçek ölçülen bir örnek: https://www.nms.org/Portals/0/Docs/FreeLessons/PHYS_Equipotential%20Lines%20and%20Electric%20Fields.pdf

8V-10V boşluğu ile 4V-2V boşluğu arasındaki farkı not edin. Dar bir telin yakınında, alan dağılımı, "sonsuz ince" bir tel için voltaj gradyanının hızlı bir şekilde "sonsuzluğa" yaklaştığı izole edilmiş bir nokta şarjının etrafına benzer.

Bir HV hattının yakınındaki elektrik alanı gradyanı için gerçek rakamları bulamıyorum. En kötü durum koşullarında 3.4MV / m'den daha az olmasını beklerdim ya da arızalar olur. Karşılaştırma için, insanlar yaklaşık 0.01MV / m'de başarısız olur ve insan derisi yaklaşık 500V'de başarısız olur. Bu bana bir HV hattından sarkan bir insan için çok fazla güvenlik faktörü bulunmadığını gösteriyor: iyonizasyon potansiyelinize endişelenmeye başlayacak kadar yakın olacaksınız.

Tipik kuşlar, insanlardan çok daha küçük / daha kısadır ve bu nedenle tellere inerken çok daha küçük voltaj stresine maruz kalırlar. Büyük kuşlar karşılaştırılabilir olabilir, insanlar için büyüklüktedir, ancak normalde teller üzerine tünemiş değildir. Büyük kuşlar normalde tellerden değil iletim kulelerinden geçerler, çünkü kuleler tellerden her zaman daha yüksektir: HV tellerine inmeye çalışırken büyük kuşların elektrik gerilimi gradyanında rahatsızlık hissetmediği konusunda hiçbir bilgim yok.

Tecrübelerimin dışındayım ve herhangi bir düzeltmeyi kabul ediyorum.

Powerline'lara ve kuşlara bakmak ve ne olduğunu görmek ilginç.

Kuşlar, tipik olarak 100kV'nin altındaki düşük voltajlı elektrik hatlarında tünemiş olma eğilimindedir.

Kuşlar eğiliminde değil yüksek gerilim elektrik direkleri, tipik> 200 kV'de levrek.

(Tamamen mantıklı buluyorum) spekülasyonu, yüksek voltajlı elektrik hatlarında meydana gelen koronadan kaynaklanıyor. Bu nedenle, etraflarındaki elektrik alanın derecesini azaltmak için tekli iletkenler yerine kablo demetleri kullanma eğilimindedirler. Düzgün iletkenden yapışan herhangi bir sivri şey korona kaybını artıracaktır.

Enerji hattı üzerindeki bir kuş, korona akıntısını kötüleştiren bir 'bit yapışkanlık' gibi hareket eder. Kritik bir korona akımının üstünde, kuş bunu rahatsız ediyor ve ayrılıyor. Bu, hattın yakınında uçan kuş tarafından hissedilecek, inmeden önce bile, kuş elektrik alanını bozacak ve bir korona akımı alacaktır.