Bisakah seekor burung, yang sebelumnya berpotensi di bumi, tersengat listrik dengan mendarat di kabel listrik pada tegangan yang cukup tinggi karena “muatan penyetaraan” awal?

Pada tingkat voltase saluran transmisi overhead yang khas di AS, seekor burung dapat mendarat di atasnya dan baik-baik saja (asalkan tidak melakukan sesuatu seperti melebarkan sayapnya dan menyentuh pohon atau sesuatu yang berpotensi listrik lebih rendah).

Namun, bagaimana dengan powerline hipotetis pada tegangan jauh lebih tinggi (seperti dalam puluhan megavolt). Mungkinkah mendarat di kabel listrik seperti itu secara mengejutkan mengejutkan burung meskipun tidak menyelesaikan rangkaian arus yang berkelanjutan? (Asumsikan bahwa jaraknya cukup panjang sehingga busur listrik tidak mungkin.)

CATATAN: Pemahaman saya tentang apa yang terjadi ketika seekor burung terbang dari benda bumi ke kabel listrik (mohon perbaiki jika saya salah) adalah bahwa - setelah menghubungi kabel - potensial listriknya berubah dari potensial bumi ke potensial kabel listrik. Agar ini terjadi, ada transfer awal energi listrik (yaitu aliran muatan yaitu arus) dari kabel listrik ke burung yang "menyamakan" potensi listriknya, yang terjadi hampir secara instan. Jika ini benar, maka pertanyaan saya dapat dinyatakan kembali secara lebih umum sebagai "Dapatkah 'biaya penyetaraan' seperti ini menghasilkan kejutan yang fatal, jika perbedaan potensial yang menyamakannya cukup tinggi?"

Anggap burung itu masih berpotensi bumi ketika memasuki kontak dengan kawat (katakanlah, ia melompat tepat di atasnya dari tiang).

Ada banyak hal yang tidak diketahui dalam masalah ini, tetapi mari kita coba mengisi beberapa celah dengan data yang kita kenal pada manusia. Jadi sampai stackexchanger EE yang merupakan ahli burung muncul dengan data yang menarik, mari kita asumsikan manusia dapat terbang dan suka bersantai tergantung dari kabel tegangan tinggi.

Semua benda dan makhluk hidup memiliki kapasitas listrik yang setara. Model Tubuh Manusia adalah konvensi yang menentukan manusia setara pada aspek itu ke kapasitor 100pF (mari kita asumsikan itu tidak mengurangi banyak dari tanah ke 23 meter tinggi, dan menyebutnya skenario kasus terburuk). Sekarang, mari kita asumsikan hambatan kontak antara kabel dan di mana pun pusat geometri kapasitor itu, adalah 3000Ohm - diambil dari kasing "Hand holding wire" dari tabel di utas lain - dibagi dua untuk kontak dua tangan. Maka total durasi arus kesetimbangan, diambil sebagai 5 kali konstanta waktu dari RC ekivalen, adalah 0,75 mikrodetik.

Efek arus melalui makhluk hidup tergantung pada besarnya arus dan durasi. Saya belum pernah melihat penelitian yang menunjukkan data apa pun di bawah 10 ms (mis . Studi yang sama dikutip di atas), yang tidak mengejutkan karena ternyata waktu respons jaringan jantung adalah 3 ms . Untuk 10 ms, arus yang menghasilkan efek ireversibel adalah 0,5A, dan tampaknya telah menetap pada titik itu (sedikit tergantung pada durasi), tentu turun hingga 3 ms. Mari kita asumsikan bahwa melewati titik itu, jaringan jantung berperilaku seperti sistem urutan pertama yang tidak efektif, melemahkan 20dB / dekade. Arus yang diperlukan untuk efek serupa adalah 20 * 4,25 = 90dB lebih tinggi, atau 15811A. Untuk resistansi kontak 1500Ohms seperti yang digunakan di atas, itu berarti tegangan kabel harus 23GV!

Luka bakar semata-mata tergantung pada energi yang ditransfer, sehingga secara teoritis tegangan tinggi dapat terbakar untuk waktu yang sangat kecil. Tapi seberapa tinggi? Nah, "Cedera listrik: aspek teknik, medis, dan hukum", halaman 72 , menyatakan:

Perkiraan arus terendah yang dapat menghasilkan luka bakar tingkat pertama atau kedua yang terlihat di area kecil kulit adalah 100A untuk 1s

Sunting: Perhatikan bahwa 100A cukup tinggi, tidak jelas bagaimana penulis mendefinisikan "tingkat pertama luka bakar di area kecil kulit", tapi saya kira itu untuk area yang lebih besar dari satu inci, membakar semua epidermis dan beberapa dermis sel-sel sedemikian rupa sehingga mereka mengelupas.

Jadi untuk 750 menit, itu diperlukan 133MA! Jika kita menggunakan lagi resistensi 1500Ohms dari atas, itu berarti kawat harus berada pada 199GV, yang gila. Kemungkinan akan ada efek buruk lainnya sebelum luka bakar muncul, tetapi 23GV atau 199GV tidak terdengar dalam waktu dekat. Catatan samping, ketika J ... mengemukakan dalam komentar, kabel 23GV akan secara spontan melengkung dengan apa pun di potensi Bumi dalam 7,6 km dan karenanya akan membutuhkan isolasi yang luar biasa.

Seolah itu tidak cukup, Anda mungkin telah memperhatikan bahwa anggapan di atas mengasumsikan arus maksimum diterapkan untuk seluruh durasi arus ekuilibrium sedangkan pada kenyataannya itu adalah eksponensial yang membusuk ... Arus rata-rata selama durasi ini sebenarnya 0,2 kali maksimum, jadi nilai-nilai ini harus benar-benar 115GV dan 995GV!

Peringatan: Ini tidak berarti aman untuk melompat dan menggantung dari saluran tegangan tinggi, ini adalah analisis cepat dengan perkiraan data kasar dan pemodelan dan tidak akan dianggap sebagai pembenaran atas tindakan Anda.

Saya sebagian besar setuju dengan penjelasan Andy Aka. Saya akan memberikan teori yang lebih detail (tentu saja saya mungkin mengabaikan sesuatu).

Tubuh tidak memiliki kapasitansi dengan sendirinya, karena selalu membutuhkan "pelat kedua" kapasitor. Manusia relatif terhadap tanah akan memiliki kapasitansi yang diberikan ketika berdiri (terisolasi) di atas tanah, dan kapasitansi yang berbeda ketika terbang (jika mampu) karena kemudian tanah lebih jauh.

Model burung yang sederhana bisa menjadi yang ada di diagram berikut:

^{mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab}

Saat burung mendekati garis C1 akan meningkat dan C2 akan berkurang. Ini adalah pembagi kapasitor dan potensi burung akan mendekati jalur satu Tegangan Tinggi (HV).

Mari kita asumsikan, hanya untuk memberikan angka cepat, bahwa C1 adalah 100 kali C2 tepat sebelum kaki burung menyentuh garis, perbedaan potensi antara burung dan garis HV maka hanya akan menjadi 1% dari HV. Akhirnya, kaki burung menyentuh garis: C1 adalah "korsleting" dan satu-satunya kapasitansi yang harus diisi adalah C2 (kapasitansi antara burung dan tanah, yang sangat kecil karena tanah jauh). Karena potensi tubuh sudah pada 99% dari HV, dan kapasitansi ke tanah sangat kecil, arus melalui burung akan sangat kecil.

CATATAN: Pemahaman saya tentang apa yang terjadi ketika seekor burung terbang dari benda bumi ke kabel listrik (harap perbaiki saya jika saya salah) adalah bahwa - setelah menghubungi kabel - potensi listriknya berubah dari potensi bumi ke potensial kabel listrik.

Di sinilah letak masalahnya. Saat burung meninggalkan tanah menuju ke arah kawat, ia memperoleh perubahan potensial secara bertahap. Ini bukan perubahan instan karena jika itu terjadi, burung akan mengalami sentakan saat itu ketika mendarat.

Jadi, tidak, itu tidak terjadi secara instan dan, tegangan kawat yang lebih besar = jarak yang lebih jauh karena itu periode waktu yang lebih lama untuk mencapai kawat tersebut dan, tanpa masuk ke perhitungan, arus kecil yang tak terlihat yang dialami burung akan sama.

EDIT - di sini adalah gambaran yang layak tentang perubahan tingkat tegangan dengan jarak antara arde dan kabel "panas": -

Ini adalah analisis medan listrik yang cukup klasik. Keluar dari pusat (diasumsikan sebagai titik tegangan tinggi) adalah garis-garis medan listrik hitam. Ini keluar di semua arah dari kawat dan tekan "tanah" di sudut kanan. Jika Anda juga salah satu dari garis-garis E-bidang ini dan "bepergian" sepanjang itu dari permukaan tanah dengan (katakanlah) 10% dari panjangnya, Anda akan mencapai tegangan 10% dari kawat panas.

Jika Anda melakukan eksperimen pemikiran ini untuk semua garis bidang-E pada persentase panjang yang berbeda, Anda akan dapat memplot semua garis ekuipotensial dan itulah garis merahnya.

Seperti Anda harus dapat melihat potensi bahwa benda kecil dapat mencapai naik dari gound ke kawat "panas" sangat linier.

Sangat disayangkan melihat begitu banyak jawaban yang keliru, peringkat tinggi pada pertanyaan ini - jadi saya memutuskan untuk akhirnya membuka akun dan berkontribusi, setelah bertahun-tahun mengintai :)

Salah satu cara untuk melihat transmisi daya adalah arus yang melalui kawat - dimodelkan sebagai energi kinetik partikel (elektron) di dalamnya. Namun, terutama dalam instalasi AC, jika seseorang memodelkan energi elektromagnetik (melalui persamaan Maxwell), orang akan melihat daya yang dibawa di ruang antara dan di sekitar konduktor.

Jadi ada bahaya EM untuk apa pun yang dekat dengan garis. Levelnya tergantung, untuk sistem garis burung tertentu, pada kekuatan keseluruhan yang dialami - ketegangan dan intensitas!

Jawaban kuantitatif ini saya temukan di https://van.physics.illinois.edu/qa/listing.php?id=1341 berlaku:

T: Mengapa burung tidak merasakan kejutan statis ? Saya mengerti bahwa burung tidak menyediakan jalur ke tanah, sehingga mereka tidak akan membawa arus dalam kondisi mapan. Tetapi tentunya ketika mereka pertama kali mendarat ada arus untuk mengisi kapasitansi burung? Saya pernah membaca bahwa kejutan listrik menyakitkan sekitar 10 kV. Saluran listrik ini membawa ratusan kV, jadi bukankah kejutan listrik dari kabel listrik akan sangat menyakitkan? Terima kasih, Ted - Ted (usia 26) Stanford, CA, AS

A: Ya, itu tidak sepenuhnya benar bahwa tidak akan ada arus sama sekali. Ada arus, tetapi mereka sangat kecil, dan ini tidak terbatas pada pendaratan saja. Mungkin yang paling bisa diabaikan, udara lembab bukanlah insulator yang sempurna, sehingga akan ada kerugian dari tubuh burung. Tetapi seperti yang Anda tunjukkan, seekor burung dapat dianggap sebagai kapasitor (kira-kira berbentuk bola) dengan cangkang kedua sangat jauh dan dengan potensial 0. Oleh karena itu burung akan dibebankan dan dikosongkan pada f = 60Hz (50 Hz di Eropa), karena saluran listrik membawa AC, bukan DC.

Mari kita membuat perhitungan kasar dengan mempertimbangkan burung sebagai bola dengan diameter 20cm, kapasitansi C kemudian harus ~ 10pF. Arus rms adalah 2πfVrmsC f. Katakanlah ada 100kV pada kabel, parameter ini memberikan sekitar 400 μA untuk arus rms. Sebagai perbandingan, bagi manusia arus AC sekitar 10 mA mulai menjadi berbahaya. ( Https://en.wikipedia.org/wiki/Electric_shock ) Bagi seekor burung, arus yang agak rendah mungkin dapat berbahaya. Kedengarannya seperti untuk saluran tegangan tinggi, bagaimanapun, arus kapasitif murni tidak cukup masalah.

Tunc + Mike W.

Pemahaman saya adalah bahwa karena garis HV adalah garis AC, potensi asli burung tidak ada artinya karena fakta bahwa potensi kawat berganti-ganti di atas permukaan tanah dan potensial di bawah tanah setiap 1/100 detik dalam 50 hz situasi. Ada kemungkinan yang sama kemungkinannya bahwa potensi relatif terhadap potensial tanah pada saat kontak dengan kaki burung bisa sangat dekat dengan potensi tanah 1/100 dari setiap detik juga.

Saya bukan ahli, tetapi saya pikir ini benar: Kawat adalah konduktor; arus mengalir melaluinya. Burung itu tidak akan dirugikan. Arus akan mengalir ke atas satu kaki dan ke bawah yang lain, tetapi kawat adalah konduktor yang jauh lebih baik, sehingga arus akan sangat kecil. (Di sisi lain, jika burung mendarat di sumber yang sangat bertegangan tinggi tanpa arus yang mengalir, seperti generator Van Der Graaf yang besar, maka tolakan elektrostatik dapat menghancurkan bulunya).

Saluran HV berinsulasi udara hipotetis pada 10-an megavolt tidak ada karena pada tegangan tersebut, daya yang hilang karena pelepasan korona lebih besar daripada daya yang hilang karena hambatan kawat. Ketika tegangan naik, arus berkurang secara proporsional, tetapi melewati titik tertentu kehilangan daya pelepasan korona lebih besar dari kerugian R kuadrat I.

"Titik tertentu" tergantung pada diameter konduktor, yang merupakan salah satu alasan mengapa semua konduktor tegangan tinggi (dan khususnya pada 1KV +) memiliki diameter yang meningkat secara artifisial: sebagian besar volume "konduktor" sama sekali bukan konduktor: itu baja.

Pelepasan korona terjadi ketika gradien tegangan lebih besar dari gradien tegangan tembus udara. Ini tergantung pada kelembaban dan tekanan udara (dan polusi) dan pada kehalusan permukaan kawat.

Garis equ-potensial yang ditunjukkan dalam jawaban lain menyesatkan. Mereka harus lebih dekat bersama di dekat kawat, jauh lebih jauh di dekat tanah. Berikut ini adalah contoh pengukuran aktual: https://www.nms.org/Portals/0/Docs/FreeLessons/PHYS_Equipotential%20Lines%20and%20Electric%20Fields.pdf

Perhatikan perbedaan antara celah 8V-10V dan celah 4V-2V. Di dekat kawat sempit, distribusi medan mirip dengan di sekitar titik muatan terisolasi, di mana gradien tegangan dengan cepat mendekati "tak terhingga" untuk kawat "sangat tipis".

Saya tidak dapat menemukan angka aktual untuk gradien medan listrik di dekat garis HV. Saya harapkan kurang dari 3.4MV / m dalam kondisi kasus yang lebih buruk, atau akan ada kegagalan. Sebagai perbandingan, manusia akan gagal sekitar 0,01MV / m, dan kulit manusia akan gagal sekitar 500V. Ini menunjukkan kepada saya bahwa tidak ada banyak faktor keselamatan bagi manusia yang tergantung dari saluran HV: Anda akan cukup dekat dengan potensi ionisasi Anda untuk mulai khawatir.

Burung yang khas jauh lebih kecil / lebih pendek dari manusia, dan karenanya akan terkena tegangan tegangan yang jauh lebih kecil ketika mendarat di kabel. Burung besar mungkin ukurannya sebanding untuk manusia, tetapi biasanya tidak bertengger di kabel. Burung besar biasanya hinggap di menara transmisi, bukan kabel, karena menara selalu lebih tinggi dari kawat: Saya tidak punya informasi tentang apakah burung besar merasakan ketidaknyamanan gradien tegangan listrik ketika mencoba untuk mendarat di kabel HV.

Saya berada di luar bidang pengalaman saya, dan menerima segala koreksi.

Sangat menarik untuk melihat kabel listrik, dan burung, dan melihat apa yang terjadi.

Burung cenderung hinggap pada kabel listrik tegangan rendah, biasanya sub-100kV.

Burung cenderung tidak hinggap pada kabel listrik tegangan tinggi, biasanya> 200 kV.

Spekulasi (yang saya temukan sepenuhnya masuk akal) adalah bahwa hal itu disebabkan oleh korona yang terjadi pada kabel listrik tegangan tinggi. Inilah sebabnya mengapa mereka cenderung menggunakan bundel kawat, daripada konduktor tunggal, untuk mengurangi gradien medan listrik di sekeliling mereka. Segala hal runcing yang keluar dari konduktor halus akan meningkatkan kehilangan korona.

Seekor burung di saluran listrik bertindak seperti 'sedikit mencuat', yang memperburuk pelepasan korona. Di atas beberapa arus korona kritis, burung menemukan ini tidak nyaman, dan pergi. Ini akan dirasakan oleh burung yang terbang di dekat garis, bahkan sebelum mendarat, burung itu akan mendistorsi medan listrik dan menerima arus korona.