Kann ein Vogel, der zuvor auf Erdpotential war, durch Landung auf einer Stromleitung mit ausreichend hoher Spannung aufgrund der anfänglichen „Ausgleichsladung“ einen Stromschlag erleiden?

Bei den Spannungspegeln typischer Freileitungen in den USA kann ein Vogel auf einer landen und in Ordnung sein (solange er nicht seine Flügel ausbreitet und einen Baum oder etwas anderes mit niedrigerem elektrischem Potential berührt).

Doch was ist mit einem hypothetischen Powerline bei vielen höheren Spannung (wie in zig Megavolt). Könnte die Landung auf einer solchen Stromleitung den Vogel tödlich erschüttern, obwohl dadurch kein Stromkreis für anhaltenden Strom geschlossen wird? (Nehmen Sie an, dass die Entfernung groß genug ist, um eine elektrische Entladung zu verhindern.)

HINWEIS: Wenn ich verstehe, was passiert, wenn ein Vogel von einem Erdobjekt zu einer Stromleitung fliegt (bitte korrigieren Sie mich, wenn ich mich irre), ändert sich beim Kontaktieren des Kabels dessen elektrisches Potential vom Erdpotential zum Potential der Stromleitung. Dazu wird zunächst elektrische Energie (dh Ladungsfluss, dh Strom) von der Stromleitung auf den Vogel übertragen, wodurch dessen elektrisches Potential nahezu augenblicklich "ausgeglichen" wird. Wenn dies korrekt ist, kann meine Frage allgemeiner als "Kann eine Ausgleichsladung wie diese einen tödlichen Schock auslösen, wenn die Potentialdifferenz, die sie ausgleicht, hoch genug ist?"

Angenommen, der Vogel befindet sich noch auf Erdpotential, wenn er mit dem Draht in Kontakt kommt (z. B. ist er direkt vom Mast darauf gesprungen).

Es gibt viele Unbekannte in diesem Problem, aber lassen Sie uns versuchen, einige Lücken mit Daten zu füllen, die wir beim Menschen irgendwie kennen. Nehmen wir also an, bis ein EE-Stack-Tauscher, der ein Ornithologe ist, mit interessanten Daten auftaucht, dass Menschen fliegen und sich gerne an einem Hochspannungskabel entspannen können.

Alle Gegenstände und Lebewesen haben eine äquivalente elektrische Kapazität. Das menschliche Körpermodell ist eine Konvention, die vorschreibt, dass Menschen in dieser Hinsicht einem 100-pF-Kondensator gleichwertig sind. Nehmen wir nun an, der Kontaktwiderstand zwischen dem Kabel und der geometrischen Mitte dieses Kondensators beträgt 3000 Ohm - entnommen aus dem "Handhaltedraht" des Tisches in einem anderen Gewinde - geteilt durch zwei für einen Zweihandkontakt . Dann beträgt die Gesamtdauer des Gleichgewichtsstroms, ausgedrückt als 5-fache Zeitkonstante des äquivalenten RC, 0,75 Mikrosekunden.

Auswirkungen von Strömungen durch Lebewesen hängen von der Stärke des Stroms und der Dauer ab. Ich habe noch nie eine Studie gesehen, die Daten unter 10 ms zeigte (z. B. die gleiche Studie, die oben zitiert wurde), was nicht überraschend ist, da die Reaktionszeit des Herzgewebes anscheinend 3 ms beträgt . Für 10 ms beträgt der Strom, der irreversible Effekte erzeugt, 0,5 A, und er scheint sich an diesem Punkt (wenig abhängig von der Dauer) festgesetzt zu haben, mit Sicherheit bis zu 3 ms. Nehmen wir an, dass sich das Herzgewebe nach diesem Punkt wie ein unwirksames System erster Ordnung verhält und 20 dB / Dekade abschwächt. Der erforderliche Strom für ähnliche Effekte wäre 20 * 4,25 = 90 dB höher oder 15811A. Für einen Kontaktwiderstand von 1500 Ohm, wie oben verwendet, bedeutet dies, dass die Spannung des Kabels 23 GV betragen muss!

Verbrennungen hängen ausschließlich von der übertragenen Energie ab, so dass theoretisch eine hohe Spannung für eine so kurze Zeit brennen könnte. Aber wie hoch? Nun, "Elektrische Verletzungen: technische, medizinische und rechtliche Aspekte", Seite 72 , heißt es:

Der geschätzte niedrigste Strom, der in einem kleinen Bereich der Haut wahrnehmbare Verbrennungen ersten oder zweiten Grades hervorrufen kann, beträgt 100 A für 1 Sekunde

Bearbeiten: Beachten Sie, dass 100A ziemlich hoch ist, es ist unklar, wie der Autor definiert "Verbrennungen ersten Grades auf kleinen Hautflächen", aber ich würde vermuten, es wäre für eine Fläche größer als ein Zoll, brennt alle Epidermis und einige der Dermis Zellen, so dass sie sich ablösen.

Für 750 Nanosekunden sind also 133 mA erforderlich! Wenn wir den Widerstand von 1500 Ohm von oben wieder verwenden, müsste der Draht 199 GV haben, was verrückt ist. Es besteht die Möglichkeit, dass es vor dem Auftreten dieser Verbrennungen zu weiteren unangenehmen Effekten kommt, aber in naher Zukunft werden weder 23GV noch 199GV wahrscheinlich klingen. Randbemerkung , wie J ... in den Kommentaren angesprochen hat, würde ein 23-GV-Kabel spontan mit einem Erdpotential von 7,6 km gebogen werden und daher ein unglaubliches Maß an Isolation erfordern.

Als ob es nicht genug wäre, haben Sie vielleicht bemerkt, dass die obige Annahme, dass der maximale Strom für die gesamte Dauer des Gleichgewichtsstroms angewendet wird, tatsächlich ein abklingendes Exponential ist ... Der durchschnittliche Strom über diese Dauer beträgt tatsächlich 0,2 mal das Maximum, also sollten diese Werte wirklich 115GV und 995GV sein!

Warnung: Dies bedeutet nicht, dass das Springen und Aufhängen an Hochspannungsleitungen ungefährlich ist. Dies ist eine schnelle Analyse mit groben Datenschätzungen und -modellen und wird nicht als Rechtfertigung für Ihre Handlungen angesehen.

Ich stimme der Erklärung von Andy Aka größtenteils zu. Ich werde allerdings eine detailliertere Theorie geben (natürlich könnte ich etwas übersehen).

Ein Körper hat keine Kapazität für sich, da er immer die "zweite Platte" des Kondensators benötigt. Menschen im Verhältnis zum Boden haben eine bestimmte Kapazität, wenn sie über dem Boden stehen (isoliert sind), und eine andere Kapazität, wenn sie fliegen (wenn dies möglich ist), weil der Boden weiter entfernt ist.

Ein einfaches Modell des Vogels könnte das im nächsten Diagramm sein:

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schaltplan erstellt mit CircuitLab}

Wenn sich der Vogel nähert, nimmt die Linie C1 zu und C2 ab. Dies ist ein Kondensatorteiler, und das Potential des Vogels nähert sich der Hochspannungsleitung 1 (HV).

Nehmen wir an, um nur einige kurze Zahlen zu nennen: C1 ist 100 mal C2, kurz bevor die Füße des Vogels die Linie berühren. Die Potentialdifferenz zwischen dem Vogel und der HV-Linie beträgt dann nur 1% der HV. Schließlich berühren die Füße des Vogels die Linie: C1 ist "kurzgeschlossen" und die einzige zu füllende Kapazität wäre C2 (Kapazität zwischen Vogel und Boden, die sehr klein ist, da der Boden weit entfernt ist). Da das Körperpotential bereits bei 99% der HV liegt und die Kapazität zur Erde sehr gering ist, wäre der Strom durch den Vogel sehr gering.

HINWEIS: Wenn ich verstehe, was passiert, wenn ein Vogel von einem Erdobjekt zu einer Stromleitung fliegt (bitte korrigieren Sie mich, wenn ich mich irre), ändert sich beim Kontaktieren des Kabels dessen elektrisches Potential vom Erdpotential zum Potential der Stromleitung

Hier liegt der Kern der Sache. Wenn der Vogel den Boden in Richtung des Drahtes verlässt, ändert sich das Potential allmählich. Dies ist keine sofortige Änderung, da der Vogel in dem Moment, in dem er gelandet ist, einen Stromstoß verspüren würde.

Also, nein, es passiert nicht sofort und größere Drahtspannungen = größere Entfernung, daher eine längere Zeitspanne, um den Draht zu erreichen, und, ohne in die Mathematik zu gehen, der kleine unmerkliche Strom, den der Vogel erfährt, wird derselbe sein.

BEARBEITEN - hier ist ein anständiges Bild davon, wie sich der Spannungspegel mit dem Abstand zwischen Masse und einem "heißen" Draht ändert:

Dies ist eine ziemlich klassische elektrische Feldanalyse. Aus der Mitte (angenommen als Hochspannungspunkt) gehen schwarze elektrische Feldlinien aus. Diese treten in alle Richtungen aus dem Draht aus und treffen im rechten Winkel auf "Boden". Wenn auch Sie eine dieser E-Feldlinien vom Boden aus um (sagen wir) 10% ihrer Länge "entlangfahren" würden, würden Sie eine Spannung erreichen, die 10% des heißen Drahtes entspricht.

Wenn Sie dieses Gedankenexperiment für alle E-Feldlinien mit unterschiedlichen Prozentsätzen der Länge durchgeführt hätten, wären Sie in der Lage, alle Äquipotenziallinien zu zeichnen, und das sind die roten Linien.

Wie Sie sehen sollten, ist das Potenzial, das ein kleiner Gegenstand erreichen kann, wenn er vom Erdboden zum "heißen" Draht aufsteigt, bemerkenswert linear.

Es ist schade, so viele falsch informierte, hochrangige Antworten auf diese Frage zu sehen - also habe ich beschlossen, endlich ein Konto zu eröffnen und nach Jahren des Lauerns einen Beitrag zu leisten :)

Eine Möglichkeit, die Kraftübertragung zu sehen, ist der Stromfluss durch den Draht - modelliert als kinetische Energie von Teilchen (Elektronen) im Inneren. Wenn man jedoch insbesondere in Wechselstromanlagen elektromagnetische Energie modelliert (durch Maxwell-Gleichungen), sieht man die Leistung, die im Raum zwischen und um die Leiter herum übertragen wird.

Es besteht also EM-Gefahr für alles, was sich in der Nähe der Leitungen befindet. Seine Höhe hängt für ein bestimmtes System von der Gesamtleistung ab - Spannung und Intensität!

Diese quantitative Antwort, die ich auf https://van.physics.illinois.edu/qa/listing.php?id=1341 gefunden habe, gilt:

F: Warum verspüren Vögel keinen statischen Schlag? Ich verstehe, dass Vögel keinen Weg zum Boden bieten und daher keinen stationären Strom führen. Aber sicher, wenn sie zum ersten Mal landen, gibt es eine Strömung, um die Kapazität des Vogels aufzuladen? Ich habe gelesen, dass statische Stöße bei etwa 10 kV schmerzhaft sind. Diese Stromleitungen führen Hunderte von kV, wäre der statische Aufprall einer Stromleitung also nicht sehr schmerzhaft? Vielen Dank, Ted - Ted (26 Jahre) Stanford, CA, USA

A: Ja, es ist nicht unbedingt richtig, dass überhaupt kein Strom fließt. Es gibt Strömungen, aber sie sind wirklich klein, und dies beschränkt sich nicht nur auf die Landung. Am vernachlässigbarsten ist, dass die feuchte Luft kein perfekter Isolator ist, so dass der Körper des Vogels Verluste erleidet. Aber wie Sie auch betonen, kann ein Vogel als (ungefähr kugelförmiger) Kondensator mit einer zweiten Hülle betrachtet werden, die unendlich weit entfernt und auf 0-Potential liegt. Daher wird der Vogel mit f = 60 Hz (50 Hz in Europa) geladen und entladen, da die Stromleitungen Wechselstrom und nicht Gleichstrom führen.

Betrachten wir den Vogel als Kugel mit einem Durchmesser von 20 cm. Die Kapazität C sollte dann ~ 10 pF betragen. Der Effektivstrom beträgt dann 2πfVrmsC f. Angenommen, an den Drähten liegen 100 kV an. Diese Parameter geben ungefähr 400 µA für den Effektivstrom an. Zum Vergleich: Für einen Menschen werden Wechselströme von etwa 10 mA gefährlich. ( Https://en.wikipedia.org/wiki/Electric_shock ) Für einen Vogel können vermutlich etwas niedrigere Ströme gefährlich sein. Es hört sich so an, als ob selbst für die Hochspannungsleitung der rein kapazitive Strom kein Problem darstellt.

Tunc + Mike W.

Nach meinem Verständnis ist das ursprüngliche Potential des Vogels bedeutungslos, da es sich bei der HV-Leitung um eine Wechselstromleitung handelt, da sich das Potential des Drahtes alle 1/100 Sekunde in 50 Hz über und unter dem Erdpotential abwechselt Lage. Ebenso wahrscheinlich ist, dass das Potential im Verhältnis zum Bodenpotential zum Zeitpunkt des Kontakts des Vogelfußes auch 1/100 jeder Sekunde sehr nahe am Bodenpotential liegt.

Ich bin kein Experte, aber ich halte das für richtig: Der Draht ist ein Dirigent; es fließt Strom. Der Vogel wird nicht verletzt. Der Strom fließt an einem Bein hoch und am anderen runter, aber der Draht ist ein viel besserer Leiter, so dass der Strom winzig ist. (Wenn der Vogel dagegen auf einer Hochspannungsquelle landet, bei der kein Strom fließt, wie bei einem riesigen Van-Der-Graaf-Generator, kann die elektrostatische Abstoßung seine Federn sprengen.)

Eine hypothetische luftisolierte Hochspannungsleitung mit 10 Megavolt existiert nicht, da bei diesen Spannungen die durch die Koronaentladung verlorene Leistung größer ist als die durch den Drahtwiderstand verlorene Leistung. Mit steigender Spannung nimmt der Strom proportional ab, aber ab einem bestimmten Punkt ist die Koronaentladungs-Verlustleistung größer als der Verlust im Quadrat I R.

Der "bestimmte Punkt" hängt vom Durchmesser des Leiters ab. Dies ist ein Grund, warum alle Hochspannungsleiter (und insbesondere bei 1 kV +) künstlich aufgeblasene Durchmesser haben: Ein Großteil des "Leiter" -Volumens ist überhaupt kein Leiter, sondern Stahl.

Eine Koronaentladung tritt auf, wenn der Spannungsgradient größer als der Durchschlagspannungsgradient von Luft ist. Dies hängt von der Luftfeuchtigkeit, dem Luftdruck (und der Verschmutzung) und der Oberflächenglätte des Drahtes ab.

Die in der anderen Antwort angegebenen Äquivalenzlinien sind irreführend. Sie sollten in der Nähe des Kabels viel enger beieinander sein, in der Nähe des Bodens viel weiter auseinander. Hier ist ein aktuelles gemessenes Beispiel: https://www.nms.org/Portals/0/Docs/FreeLessons/PHYS_Equipotential%20Lines%20and%20Electric%20Fields.pdf

Beachten Sie den Unterschied zwischen der 8V-10V-Lücke und der 4V-2V-Lücke. In der Nähe eines schmalen Drahtes ist die Feldverteilung ähnlich wie bei einer isolierten Punktladung, bei der der Spannungsgradient für einen "unendlich dünnen" Draht schnell gegen "unendlich" geht.

Ich kann keine tatsächlichen Werte für den elektrischen Feldgradienten in der Nähe einer HV-Leitung finden. Ich würde erwarten, dass es unter ungünstigen Umständen weniger als 3,4 MW / m beträgt, oder es würde Fehler geben. Zum Vergleich: Menschen versagen bei etwa 0,01 MV / m und die menschliche Haut versagt bei etwa 500 Volt. Dies deutet darauf hin, dass es für einen Menschen, der an einer HV-Leitung hängt, nicht viel Sicherheitsfaktor gibt: Sie wären nahe genug an Ihrem Ionisationspotential, um sich Sorgen zu machen.

Typische Vögel sind viel kleiner / kürzer als Menschen und würden daher bei der Landung auf Drähten einer viel geringeren Spannungsbelastung ausgesetzt sein. Große Vögel sind zwar von der Größe her vergleichbar mit Menschen, sitzen aber normalerweise nicht auf Drähten. Große Vögel sitzen normalerweise auf den Sendemasten, nicht auf den Drähten, weil die Türme immer höher sind als die Drähte. Ich habe keine Informationen darüber, ob große Vögel beim Versuch, auf HV-Drähten zu landen, Probleme mit dem Spannungsgradienten haben.

Ich bin außerhalb meines Erfahrungsbereichs und freue mich über Korrekturen.

Es ist interessant, Stromleitungen und Vögel zu betrachten und zu sehen, was passiert.

Vögel neigen dazu, sich auf Niederspannungsleitungen, typischerweise unter 100 kV, niederzulassen.

Vögel neigen dazu, sich nicht auf Hochspannungsleitungen, typischerweise> 200 kV, niederzulassen.

Die Spekulation (die ich völlig plausibel finde) ist, dass es an der Korona liegt, die auf Hochspannungsleitungen auftritt. Aus diesem Grund verwenden sie eher Drahtbündel als einzelne Leiter, um den Gradienten des elektrischen Feldes um sie herum zu verringern. Jedes spitze Ding, das aus dem glatten Leiter herausragt, erhöht den Koronaverlust.

Ein Vogel auf einer Stromleitung wirkt wie ein hervorstehender Teil, der die Koronaentladung verschlechtert. Oberhalb eines kritischen Koronastroms findet der Vogel dies unangenehm und geht. Dies wird von dem Vogel wahrgenommen, der in der Nähe der Linie fliegt, noch bevor er landet. Der Vogel wird das elektrische Feld verzerren und einen Koronastrom empfangen.