物理思想

为什么鸟类栖息在电线上而不会触电?

碰线à高压是安全的… à condition d'être petit et électriquement isolé, ou recouvert d'导电层。

让·米歇尔·科蒂(Jean-Michel Courty)和ÉdouardKierlik 对于科学N°455
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谁没有想到“他为什么不震惊自己?” »看到一只鸟栖息在高压电线上吗?我们倾向于回答,由于鸟类不接触大地,电路没有闭合,因此电流不流过其身体。但是,要当心:该答案仅对直流有效!

实际上,像电容器一样,鸟会定期充电和放电,以适应线路交流电振荡的节奏。正如我们将看到的,由于其尺寸小,流过其支路的电流不会构成危险。对于修理高压线的电工来说,情况大不相同:不仅必须隔离高压线,而且还必须借助导电套保护自己免受这些充放电循环的影响。

不要超过几毫安

首先,电流对生物的影响是什么?关于人或动物的大量研究提供了近似阈值。最小的可感知电流通过刺激神经细胞引起轻微的刺痛感。男性约为1.1毫安,女性约为0.7毫安(正弦电流为60赫兹的“ rms”值)。

超过一定强度,电流会导致自发性肌肉收缩。尽管肌肉收缩,但牢固握住线的人仍然可以释放的最大值约为刺痛阈值的15倍,即人体的16毫安。较大的电流会导致心室纤颤,心脏骤停并致命。将这些价值外推到鸟类是鲁re的,但我们仍将它们作为基准。

考虑一下鸟类栖息在电线上和维修电工的情况。后者当然不能接地;根据环境和电压类型的不同,它可以使用隔离的机舱或通过直升机进入线路。但是与鸟类不同的是,除了面部以外,全身都覆盖有导电衣服,通常是用银线编织的连身裤,包括手套和靴子。为什么呢

在非常高的电压线上,我们超过100,000伏:在法国,运输时为40伏,分配时为225,000伏。当一只鸟与电线接触时,它的行为就像电容器插入了发电机一样:它会充电。维修电工也是如此。

因此,在第一次接触期间,最初处于中性状态的鸟会带电。这种情况与在地毯上行走后给自己充电了静电相反:当我们触摸金属物体时,会感觉到很小的放电感,这是由于电荷的转移而确保的。我们的电势与物体的电势相等。实际上,重要的是充电或放电必须实现的电位跃变。

在国内情况下,在干燥天气中,我们的潜力可以达到几十千伏。该值与高压线的数量级相同。但是,要维修非常高的电压线,我们要承受的负载要大十倍。换句话说,对于一个人来说,我们离开小流量的区域,以获得良好的震动。

而且,由于电流是交流的,因此该电压每秒振荡50次。因此,鸟或电工将交替充电正负。涉及的负载和电流是多少?

为了确定它们,让我们通过考虑生物是...球形来简化几何形状!在空间中隔离的球的电容等于其半径,真空的介电常数和几何系数4p的乘积。由此得出,直径为一米的球的容量约为纳法拉的二十分之一(5×10–11 法拉)。电荷等于电容乘以电压的乘积,我们推论出一个与400,000伏特的电线接触的人将收到约25微库仑的电荷,而那只小十倍的鸟将得到充电2.5微库仑。首次与线路接触时,正是这种负载产生了小火花。

体积更小,电流更低

由于电压的频率为50赫兹,因此负载每秒从正值变为负值变化50次。因此,对于电工,其变化幅度为60微库仑,并且该变化在一个方向和另一个方向每秒发生100次。因此,相应的电流为5毫安量级。

对于鸟类而言,该电流小于毫安,毫安几乎可以忽略不计,几乎很难感觉到。另一方面,对于电工来说,5毫安的强度是危险的。这就是为什么他穿着充当法拉第笼的导电服的原因:电荷分布在该导电表面上,而没有进入人体。

这种组合还可以保护电工免受“电晕效应”的影响。确实,非常高的电压源自空气的部分电离和管线附近的额外电流的产生-我们听到的是裂纹的形式。这种效果可能会像圣艾尔梅大火中那样造成小白鹭,特别是在电工将带手套的手拉到电线上时。它的组合阻止了它接收另一种性质的电流。

对于没有防护服的鸟,可能会发生另一种影响。在交流输电线路中,沿线路的电压不断绘制正弦曲线。因此,这只鸟的两只脚的电位不同。这种通过动物的身体产生电流的差异是否危险?

在雷暴期间,如果您站在被雷击的树木附近,则两脚之间的电位差(与地面电流的流通有关)可能超过一千伏,因此对人,尤其是四足动物,如牛,脚分开比较远,触电危险很高。

幸运的是,在高压线上,交流电压的频率很低,从而产生了巨大的波长:将近6000公里。按照数量级,鸟的两条腿之间的电势差等于电流电压乘以腿之间的距离/波长比。对于40万伏特的线路,电位差很小,最多为几毫伏。没什么可烤的鸟!

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