Un oiseau, auparavant au potentiel de la terre, peut-il être électrocuté en se posant sur une ligne électrique à une tension suffisamment élevée en raison de la «charge d'égalisation» initiale?

Aux niveaux de tension des lignes de transport aériennes typiques aux États-Unis, un oiseau peut atterrir sur une seule et être en parfait état de marche (tant qu'il ne fait pas quelque chose de similaire à d'étendre ses ailes et de toucher un arbre ou quelque chose d'autre à potentiel électrique inférieur).

Cependant, qu’en est-il d’une ligne électrique hypothétique à une tension beaucoup plus élevée (comme dans des dizaines de mégavolts). Est-il possible que l'atterrissage sur une telle ligne électrique provoque un choc fatal pour l'oiseau, même s'il ne complète pas un circuit pour courant continu? (Supposons que la distance est suffisamment longue pour qu’un arc électrique soit impossible.)

REMARQUE: D'après ce que je sais de ce qui se passe lorsqu'un oiseau vole d'un objet terrestre à une ligne électrique (corrigez-moi si je me trompe), son potentiel électrique change de potentiel terrestre à potentiel électrique. Pour que cela se produise, il y a un transfert initial d'énergie électrique (c'est-à-dire un courant de charge) de la ligne électrique à l'oiseau qui "égalise" leur potentiel électrique, ce qui se produit presque instantanément. Si cela est correct, ma question peut être reformulée plus généralement comme suit: "Une" charge d'égalisation "telle que celle-ci peut-elle entraîner un choc fatal si la différence potentielle d'égalisation est suffisamment élevée?"

En supposant que l’oiseau soit toujours au potentiel de la terre lorsqu’il entre en contact avec le fil (par exemple, il a sauté dessus du pôle).

Ce problème comporte de nombreuses inconnues, mais essayons de combler certaines lacunes avec des données que nous connaissons un peu chez l'homme. Donc, jusqu'à ce qu'un échangeur de piles EE, un ornithologue, présente des données intéressantes, supposons que les humains puissent voler et aiment se détendre suspendus à un câble haute tension.

Tous les objets et les êtres vivants ont une capacité électrique équivalente. Le modèle de corps humain est une convention selon laquelle les humains sont équivalents à cet égard à un condensateur de 100 pF (supposons que cela ne réduit pas beaucoup la hauteur du sol à 23 mètres de haut, et appelons cela le pire des cas). Supposons maintenant que la résistance de contact entre le câble et l'endroit où se trouve le centre géométrique de ce condensateur est de 3000 Ohm - tirée du boîtier "Main tenant le fil" de la table dans un autre filetage - divisée par deux pour un contact à deux mains. La durée totale du courant d'équilibre, prise égale à 5 fois la constante de temps de l'équivalent RC, est alors de 0,75 microsecondes.

Les effets des courants à travers les êtres vivants dépendent de la magnitude du courant et de sa durée. Je n'ai jamais vu aucune étude montrant des données inférieures à 10 ms (par exemple, la même étude citée ci-dessus), ce qui n'est pas surprenant, apparemment, le temps de réponse du tissu cardiaque est de 3 ms . Pour 10 ms, le courant qui produit des effets irréversibles est de 0,5 A et il semble s’être stabilisé à ce moment-là (dépendant peu de la durée), certainement jusqu’à 3 ms. Supposons qu'après cela, le tissu cardiaque se comporte comme un système de premier ordre inefficace, atténuant 20 dB / décennie. Le courant requis pour des effets similaires serait de 20 * 4,25 = 90 dB plus élevé ou 15811A. Pour une résistance de contact de 1500Ohms, comme indiqué ci-dessus, cela signifie que la tension du câble doit être de 23 GV!

Les brûlures dépendent uniquement de l'énergie transférée, donc théoriquement une haute tension pourrait brûler pendant une période aussi courte. Mais à quelle hauteur? Eh bien, "Blessures électriques: aspects techniques, médicaux et juridiques", à la page 72 , stipule:

Le courant le plus bas estimé pouvant causer des brûlures notables au premier ou au deuxième degré dans une petite zone de la peau est de 100 A pour 1 s

Edit: Notez que 100 A est assez élevé, on ne sait pas comment l'auteur définit "les brûlures au premier degré sur une petite zone de peau", mais je suppose que ce serait pour une zone plus grande qu'un pouce, brûlant tout l'épiderme et une partie du derme des cellules telles qu'elles se détachent.

Donc, pour 750 nanosecondes, il faut 133 mA! Si nous utilisons à nouveau la résistance de 1500 Ohms par le haut, cela signifie que le fil doit être à 199 GV, ce qui est fou. Il est fort probable que d'autres effets pervers se produiront avant l'apparition de ces brûlures, mais ni 23GV ni 199GV ne seront vraisemblables dans un proche avenir. Note latérale, comme J ... soulevé dans les commentaires, un câble de 23 GV aurait un potentiel d'arc spontané avec un potentiel au potentiel de la Terre situé à moins de 7,6 km et nécessiterait donc une quantité d'isolement incroyable.

Comme si cela ne suffisait pas, vous avez peut-être remarqué que ce qui précède suppose que le courant maximal est appliqué pendant toute la durée du courant d'équilibre alors qu'il s'agit en fait d'une exponentielle décroissante ... Le courant moyen sur cette durée est en fait de 0,2 fois le maximum, donc ces valeurs devraient vraiment être 115GV et 995GV!

Avertissement: Cela ne signifie pas qu'il est prudent de sauter sur des lignes à haute tension et de s'y accrocher. Il s'agit d'une analyse rapide avec des estimations approximatives de données et une modélisation, qui ne doit pas être considérée comme une justification de vos actions.

Je suis surtout d'accord avec l'explication d'Andy Aka. Je vais cependant donner une théorie plus détaillée (bien sûr, je risque d’ignorer quelque chose).

Un corps n'a pas de capacité par lui-même, car il a toujours besoin de la "deuxième plaque" du condensateur. Les êtres humains par rapport à la terre auront une capacité donnée quand ils se tiendront (isolés) au dessus de la terre, et une capacité différente quand ils voleront (si possible) car la terre est alors plus éloignée.

Un modèle simple de l'oiseau pourrait être celui du diagramme suivant:

^{simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab}

À l'approche de l'oiseau, la ligne C1 augmentera et C2 diminuera. Il s'agit d'un diviseur de condensateur et le potentiel de l'oiseau s'approchera de la première ligne haute tension (HT).

Supposons, pour donner quelques chiffres rapides, que C1 est 100 fois C2 juste avant que les pieds de l'oiseau ne touchent la ligne, la différence de potentiel entre l'oiseau et la ligne HV ne sera alors que de 1% de HV. Enfin, les pieds de l'oiseau touchent la ligne: C1 est "court-circuité" et la seule capacité à remplir serait C2 (la capacité entre l'oiseau et le sol, qui est très petite car le sol est éloigné). Comme le potentiel du corps est déjà à 99% de la haute tension, et que sa capacité à la terre est très faible, le courant traversant l'oiseau serait très faible.

REMARQUE: D'après ce que je sais de ce qui se passe lorsqu'un oiseau vole d'un objet terrestre à une ligne électrique (corrigez-moi si je me trompe), son potentiel électrique varie du potentiel terrestre au potentiel de la ligne électrique.

C'est là que réside le noeud de la question. Lorsque l'oiseau quitte le sol en se dirigeant dans la direction du fil, il acquiert un changement de potentiel graduel. Ce n'est pas un changement instantané, car s'il en était ainsi, l'oiseau subirait un choc au moment où il atterrirait.

Donc, non, cela ne se produit pas instantanément et de plus grandes tensions de fil = une plus grande distance donc un plus long temps pour atteindre ledit fil et, sans entrer dans les calculs, le petit courant imperceptible que l'expérience de l'oiseau sera le même.

EDIT - voici une image correcte de la façon dont le niveau de tension change avec la distance entre la terre et un fil "chaud": -

C'est une analyse de champ électrique assez classique. Des lignes noires de champ électrique émanent du centre (supposé être un point de haute tension). Celles-ci sortent du fil dans toutes les directions et touchent le «sol» à angle droit. Si vous aussi l'une de ces lignes de champ électromagnétique et que vous "parcouriez" le long du sol sur (par exemple) 10% de sa longueur, vous atteindriez une tension égale à 10% du fil chaud.

Si vous faisiez cette expérience de pensée pour toutes les lignes de champ E à différents pourcentages de la longueur, vous seriez en mesure de tracer toutes les lignes de l’équipotentielle et c’est ce que sont les lignes rouges.

Comme vous devriez être capable de voir le potentiel qu'un petit objet peut atteindre, il est remarquablement linéaire de passer d'un fil au sol "chaud".

C'est dommage de voir autant de réponses mal informées et de haut rang sur cette question - alors j'ai décidé d'ouvrir enfin un compte et de contribuer, après des années de tapage :)

Une façon de voir la transmission de puissance est le courant traversant le fil - modélisé comme énergie cinétique de particules (électrons) à l'intérieur. Cependant, en particulier dans les installations à courant alternatif, si l’on modélise l’énergie électromagnétique (à l’aide des équations de Maxwell), on voit la puissance transportée dans l’espace entre et autour des conducteurs.

Il y a donc un danger de SE pour tout ce qui est proche des lignes. Son niveau dépend, pour un système d'oiseau donné, de la puissance totale qui passe - tension et intensité!

Cette réponse quantitative que j'ai trouvée sur https://van.physics.illinois.edu/qa/listing.php?id=1341 s'applique:

Q: Pourquoi les oiseaux ne ressentent-ils pas un choc statique ? Je comprends que les oiseaux ne fournissent pas de chemin au sol, ils ne transporteront donc pas de courant stable. Mais sûrement quand ils atterrissent pour la première fois, il y a un courant pour charger la capacité de l'oiseau? J'ai lu que les décharges électrostatiques sont douloureuses aux alentours de 10 kV. Ces lignes électriques transportent des centaines de kV. Le choc statique provoqué par une ligne électrique ne serait-il pas très douloureux? Merci, Ted - Ted (26 ans) Stanford, Californie, États-Unis.

R: Oui, il n'est pas strictement vrai qu'il n'y aura pas de courant du tout. Il existe des courants, mais ils sont vraiment petits et ne se limitent pas à l’atterrissage. Peut-être le plus négligeable de tout, l'air humide n'est pas un isolant parfait, il y aura donc des pertes du corps de l'oiseau. Mais comme vous l'avez également souligné, un oiseau peut être considéré comme un condensateur (à peu près sphérique) avec une deuxième coquille infiniment éloignée et au potentiel 0. Par conséquent, l'oiseau sera chargé et déchargé à f = 60Hz (50 Hz en Europe), car les lignes électriques sont alimentées en courant alternatif et non en continu.

Faisons un calcul approximatif en considérant l'oiseau comme une sphère de 20 cm de diamètre; la capacité C devrait alors être d'environ 10 pF. Le courant efficace est alors 2πfVrmsC f. Disons qu'il y a 100 kV sur les fils, ces paramètres donnent environ 400 µA pour le courant efficace. À titre de comparaison, pour un être humain, les courants alternatifs d’environ 10 mA commencent à devenir dangereux. ( Https://en.wikipedia.org/wiki/Electric_shock ) Pour un oiseau, des courants légèrement plus faibles peuvent être dangereux. Cela semble même pour la ligne haute tension, cependant, le courant purement capacitif ne pose pas vraiment de problème.

Tunc + Mike W.

D'après ce que je comprends, étant donné que la ligne HT est une ligne alternative, le potentiel initial de l'oiseau n'a pas de sens car le potentiel du fil alterne potentiel potentiel au-dessus du sol et potentiel au-dessous du sol tous les 1/100 de seconde sur 50 Hz. situation. Il existe également une probabilité probable que le potentiel relatif par rapport au sol au moment du contact du pied de l'oiseau soit très proche du potentiel terrestre au 1/100 de chaque seconde également.

Je ne suis pas un expert, mais je pense que c'est exact: le fil est un conducteur; le courant circule à travers elle. L'oiseau ne sera pas blessé. Le courant circulera d'une jambe à l'autre, mais le fil est un meilleur conducteur, de sorte que le courant sera infime. (D'autre part, si l'oiseau atterrissait sur une source de très haute tension sans courant, comme un énorme générateur de Van Der Graaf, alors la répulsion électrostatique pourrait lui décoller des plumes).

Il n’existe pas de ligne HT hypothétique isolée dans l’air à 10 s de mégavolt, car à ces tensions, la perte de puissance due à la décharge par effet corona est supérieure à la perte de puissance due à la résistance par câble. À mesure que la tension monte, le courant diminue proportionnellement, mais au-delà d'un certain point, la perte de puissance de décharge corona est supérieure à la perte R au carré.

Le "point certain" dépend du diamètre du conducteur, raison pour laquelle tous les conducteurs haute tension (et particulièrement à 1KV +) ont des diamètres gonflés artificiellement: une grande partie du volume du "conducteur" n'est pas du tout conducteur: c'est de l'acier.

Une décharge corona se produit lorsque le gradient de tension est supérieur au gradient de tension de claquage de l'air. Cela dépend de l'humidité et de l'air (et de la pollution) et de la surface du fil.

Les lignes de potentiel equ indiquées dans l'autre réponse sont trompeuses. Ils devraient être beaucoup plus rapprochés près du fil, beaucoup plus éloignés près du sol. Voici un exemple concret : https://www.nms.org/Portals/0/Docs/FreeLessons/PHYS_Equipotential%20Lines%20and%20Electric%20Fields.pdf

Notez la différence entre l’espace 8V-10V et l’espace 4V-2V. Près d'un fil étroit, la distribution du champ est similaire à celle autour d'une charge ponctuelle isolée, où le gradient de tension se rapproche rapidement de "l'infini" pour un fil "infiniment fin".

Je suis incapable de trouver les chiffres réels du gradient de champ électrique près d'une ligne HT. Je m'attendrais à moins de 3,4 MV / m dans les pires conditions, sinon il y aurait des défaillances. À titre de comparaison, les humains échoueront à environ 0,01MV / m et la peau humaine à environ 500V. Cela me suggère qu'il n'y a pas beaucoup de facteur de sécurité pour un être humain suspendu à une ligne HT: vous seriez suffisamment proche de votre potentiel d'ionisation pour commencer à vous inquiéter.

Les oiseaux typiques sont beaucoup plus petits / plus courts que les humains et seraient donc exposés à des tensions beaucoup plus faibles lors de l’atterrissage sur des câbles. Les gros oiseaux peuvent être de taille comparable à celle des humains, mais ne se perchent pas normalement sur des fils. Les gros oiseaux se perchent normalement sur les tours de transmission, pas sur les fils, car les tours sont toujours plus hautes que le fil: je ne sais pas si les grands oiseaux ressentent un inconfort dû au gradient de tension électrique lorsqu'ils tentent d'atterrir sur des fils HT.

Je suis en dehors de mon domaine d’expérience et toute correction est la bienvenue.

Il est intéressant de regarder les lignes électriques et les oiseaux et de voir ce qui se passe.

Les oiseaux ont tendance à se percher sur les lignes électriques à basse tension, généralement inférieures à 100 kV.

Les oiseaux ont tendance à ne pas se percher sur les lignes électriques à haute tension, typiquement> 200 kV.

La spéculation (que je trouve tout à fait plausible) est que cela est dû à la couronne qui se produit sur les lignes à haute tension. C'est pourquoi ils ont tendance à utiliser des faisceaux de fils plutôt que des conducteurs simples pour réduire la pente du champ électrique qui les entoure. Tout élément pointu sortant du conducteur lisse augmentera la perte corona.

Un oiseau sur une ligne électrique agit comme un "petit bout", ce qui aggrave la décharge corona. Au-dessus d'un courant de couronne critique, l'oiseau trouve cela inconfortable et s'en va. L'oiseau volant à proximité de la ligne le ressentira avant même qu'il ne se pose, il faussera le champ électrique et recevra un courant corona.