Электрический потенциал земли: Природа атмосферного электрического поля | ИКФИА СО РАН

Планета Земля – генератор — Энергетика и промышленность России — № 08 (148) апрель 2010 года — WWW.EPRUSSIA.RU

http://www.eprussia.ru/epr/148/11482.htm

Газета «Энергетика и промышленность России» | № 08 (148) апрель 2010 года

Существует уникальный экологически чистый и возобновляемый источник энергии, об использовании которого всерьез никто не задумывался.

Это электрическое поле Земли. Наша планета в электрическом отношении представляет собой подобие сферического конденсатора, заряженного примерно до 300 000 вольт. Внутренняя сфера – поверхность Земли – заряжена отрицательно, внешняя сфера – ионосфера – положительно. Изолятором служит атмосфера Земли. Через атмосферу постоянно протекают ионные и конвективные токи утечки конденсатора, которые достигают многих тысяч ампер. Но, несмотря на это, разность потенциалов между обкладками «конденсатора» не уменьшается.

Значит, можно предположить, что в природе существует некий генератор (G), который постоянно восполняет утечку зарядов с обкладок конденсатора. Таким генератором является магнитное поле Земли, которое вращается вместе с нашей планетой в потоке солнечного ветра. Чтобы воспользоваться энергией этого генератора, нужно каким‑то образом подключить к нему потребителя энергии.

Чтобы подключиться к отрицательному полюсу – достаточно сделать надежное заземление. Подключение к положительному полюсу генератора – ионосфере – является сложной технической задачей, решение которой мы и попробуем найти.

Как и в любом заряженном, в нашем глобальном конденсаторе существует электрическое поле. Напряженность этого поля распределяется очень неравномерно по высоте: она максимальна у поверхности Земли и составляет примерно 150 В/м. С высотой она уменьшается приблизительно по закону экспоненты и на высоте 10 км составляет около 3 % от значения у поверхности Земли.

Таким образом, почти все электрическое поле сосредоточено в нижнем слое атмосферы, у поверхности планеты. Вектор напряженности электрического поля Земли E направлен в общем случае вниз.

В своих предположениях мы будем использовать только вертикальную составляющую этого вектора. Электрическое поле Земли, как и любое электрическое поле, действует на заряды с определенной силой F, которая называется кулоновской силой. Если умножить величину заряда на напряженность электрическое поля в этой точке, то получим как раз величину кулоновской силы Fкул. Эта кулоновская сила толкает положительные заряды вниз, к земле, а отрицательные вверх, в облака.

Электрическое поле Земли является потенциальным – как и любое электрическое поле. Каждой точке этого поля соответствует свой потенциал. Точки с одинаковым потенциалом образуют эквипотенциальные поверхности.

Установим на поверхности Земли вертикальный металлический проводник и заземлим его. Пусть верхняя точка проводника находится на каком‑то уровне U потенциала электрического поля Земли. Электрическое поле, в соответствии с законами электростатики, начнет двигать электроны проводимости вверх, к верхней точке проводника, создавая там избыток отрицательных зарядов.

Такое движение электронов будет продолжаться до тех пор, пока в верхней точке проводника не возникнет потенциал -U, равный по величине и противоположный по знаку потенциалу U электрического поля Земли, на котором расположена верхняя точка этого проводника.

Этот отрицательный потенциал -U полностью компенсирует положительный потенциал U электрического поля Земли – и весь проводник, включая и его верхнюю точку, приобретет потенциал Земли, который мы принимаем за ноль. Но избыток отрицательных зарядов в верхней точке проводника создаст свое электрическое поле. Таким образом, мы получили систему из двух электрическое полей: электрическое поле Земли E1 и электрическое поле избыточных зарядов в верхней точке проводника E2.

Векторы напряженности электрического поля Земли вблизи проводника везде одинаковы по величине и направлению. Векторы же напряженности электрического поля проводника в разных точках поля имеют разную величину и направление. Они сходятся в верхней точке проводника, где сосредоточены избыточные электроны проводимости.

Выше верхней точки проводника векторы напряженности этих двух полей направлены в одном направлении – вниз. Здесь они складываются и дают суммарную напряженность электрического поля.

Если мы сложим геометрически эти векторы и проведем эквипотенциальные линии в каждой точке поля, то получим картину суммарного электрического поля в сечении вертикальной плоскостью, проходящей через проводник. Примечательно, что потенциал проводника во всех его точках равен нулю и в то же время на верхней точке проводника сконцентрирована большая напряженность суммарного электрического поля Земли и проводника.

Именно это электрическое поле и стремится вырвать электроны проводимости из верхней точки проводника. Но у электронов недостаточно энергии для того, чтобы покинуть проводник. Эта энергия называется работой выхода электрона из проводника, и для большинства металлов она составляет менее 5 электронвольт – величину весьма незначительную. Но электрон в металле не может приобрести такую энергию между столкновениями с кристаллической решеткой металла и поэтому остается на поверхности проводника.

Возникает вопрос: что произойдет с проводником, если мы поможем избыточным зарядам на верхушке проводника покинуть этот проводник?

Ответ простой: отрицательный заряд на верхушке проводника уменьшится, внешнее электрическое поле внутри проводника уже не будет скомпенсировано и снова начнет двигать электроны проводимости к верхнему концу проводника. Значит, по нему потечет ток. И если нам удастся постоянно удалять избыточные заряды с верхней точки проводника, в нем постоянно будет течь ток. Теперь нам достаточно разрезать проводник в любом, удобном месте и включить туда нагрузку (потребитель энергии) – и электростанция готова.

Также читайте в номере № 08 (148) апрель 2010 года:

• Гидроэнергетики готовят смену

  ОАО «РусГидро» и Корпоративный институт гидроэнергетики проводят конкурс молодых специалистов. …

• Специалисты против катастроф

  ЧТО: VIII Международный форум по промышленной безопасности. ГДЕ: Санкт-Петербург, выставочный зал «Смольный собор». КОГДА: 24‑27 мая 2010 года. …

• Монумент на площади Победы: подсветка 1975 года лучше новой

  9 мая 1975 года на площади Победы в Ленинграде в торжественной обстановке состоялось открытие Монумента героическим защитникам Ленинграда. …
• США: требования по эффективности распределительных трансформаторов

  Еще в 1995 году в США провели исследование, показавшее, что в стране работает приблизительно 50 миллионов распределительных трансформаторов. …

• Экспорт электроэнергии вырос на 34 процента

  По данным Министерства топлива и энергетики страны, в январе-марте 2010 года экспорт электроэнергии из Украины составил 1202,1 миллиона кВт-ч (что на 34 процента больше, чем за соответствующий период 2009 года). …



Смотрите и читайте нас в

Земля электрическое поле

Электрическое состояние облаков, обусловленное зарядами отдельных «облачных элементов и распределением зарядов внутри облака. Заряд отдельных облачных капель в основном обусловлен свойством воды избирательно захватывать из воздуха отрицательные ионы и неодинаковостью захвата ионов разного знака падающей каплей, поляризованной в электрическом поле Земли. Известное значение имеет соударение поляризованных капель, при котором отрыв мелких капель может сопровождаться уносом электричества того или иного знака. Облачная частичка может изменить полученный первичный заряд также и под влиянием электрического поля, создавшегося внутри облака.[ …]

Электрические аппараты устанавливаются на ОРУ на минимально возможном расстоянии друг от друга. Поэтому ЭМП на территории ОРУ могут быть значительно интенсивнее, чем под ВЛ. Так, напряженность электрического поля согласно проводившимся измерениям может достигать у поверхности земли 20, а в отдельных местах 30 кВ/м. Дело осложняется тем, что оперативный и ремонтный персонал могут не только находиться на земле, но и, например в процессе ремонта, подниматься на оборудование. При этом аппараты в соседней ячейке могут оставаться под напряжением. Вследствие этого на рабочем месте напряженность электрического поля может превосходить 30 кВ/м.[ …]

Электрическое поле «хорошей» погоды направлено сверху вниз, т. е. земля заряжена отрицательно, а атмосфера — положительно. Это направление поля принято считать нормальным, а вертикальный градиент потенциала — положительным1. Градиент потенциала у поверхности земли в среднем равен 130 В/м, несколько выше на материках и несколько ниже на океанах. Для Советского Союза приведем следующие значения среднего годового градиента потенциала: Слуцк (Ленинград) 171 В/м, Свердловск 149, Ташкент 120 [179], Зуй (вблизи Иркутска) 119 [20], Якутск 86, Алма-Ата 116, Тбилиси 126 В/м. Среднее значение градиента потенциала «хорошей» погоды для Советского Союза равно 126 В/м [155].[ …]

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ АТМОСФЕРЫ. Электрическое поле, постоянно существующее в атмосфере и обусловленное зарядами Земли и атмосферы. Напряженность поля в среднем составляет 130 В/м и убывает с высотой по экспоненциальному закону; на высоте порядка 10 км она практически равна нулю. Расположение изопотенциальных поверхностей вблизи земной поверхности зависит от рельефа местности; поэтому для сравнимости данных делают приведение к равнине.[ …]

Электрическое поле Земли направлено нормально к земной поверхности, заряженной отрицательно относительно верхних слоев атмосферы. В/м и убывает с высотой примерно экспоненциально. Годовые изменения электрического поля сходны по характеру на всем земном шаре: напряженности максимальны (до 150…250 В/м) в январе-феврале и минимальны (100…120 В/м) в июне-июле. Суточные вариации электрического поля в атмосфере определяются главным образом грозовой деятельностью.[ …]

Если электрическое поле около поверхности земли не превышает 300 В/см, энерговыделение будет на два порядка меньше и достигнет десятков джоулей, что соответствует сильному «хлопку», не сопровождающемуся какими-либо серьезными повреждениями. Это и имеет место в подавляющем большинстве случаев. Заряд, рассеиваемый шаровой молнией, и электрический ток, вызываемый ею, уменьшаются при этом на порядок, и она становится безопасной. [ …]

Если бы электрическое поле было направлено к земле, то электрогидродинамическая сила могла бы заставить положительно заряженный шар двигаться вниз или против ветра. Пространственный заряд положительных ионов мог бы притягиваться к расположенным поблизости проводникам, вызывая движение шара и, возможно, его проникновение в отверстия или окна. Взрывное разрушение могло бы быть результатом резкого нагрева малой части шара, обусловленного внезапным возрастанием электронного тока при контакте с проводником.[ …]

Влияние электрического поля. Пусть человек находится в однородном поле и имеет хороший контакт с землей. Расчетные модели для этого случая приведены на рис. 7.4.[ …]

Атмосфера Земли представляет собой совместно вращающуюся газовую оболочку с циркуляцией из-за неравномерного нагрева, обладает электрическим полем. На высоте 10—15 км, максимально 22—25 км располагается озоновый слой, который препятствует прохождению коротковолнового ультрафиолетового излучения. [ …]

Аппаратурно-электрический потенциал на поверхности кожи человека достаточно четко фиксируется в частотном диапазоне Ю-2—10“5 Гц при амплитуде сигнала 10—5—10“1 В. Отработан также биологически активный диапазон доз лечебно-профилактических воздействий, который по амплитуде составляет 0,5—50 мА в частотном диапазоне 0—200 Гц. Измерение магнитной составляющей биополя значительно сложнее в связи с тем, что это очень слабое поле. Так, например, индукция магнитного поля Земли (постоянная составляющая) — 10-3 Тл, в то время как индукция био-магнитных полей мозга, сердца, глаз, мышц находится в пределах 10 13—10 10 Тл.[ …]

Воздействие электрических полей налитосферное пространство изучено далеко не исчерпывающе. Это объясняется тем обстоятельством, что горные породы литосферы в большинстве случаев рассматриваются, как упоминалось выше, как среда — носитель по отношению к электромагнитным и электрическим полям любого происхождения. Основанием для такого подхода служит отсутствие сведений о каких-либо заметных изменениях в литосфере, напрямую или опосредованным образом связанных с воздействием электромагнитных полей. Возможно, например, говорить об изменениях, происходящих в породах в связи с ударами молний, поскольку ток при разряде молнии достигает десятков или даже сотен тысяч ампер и локализуется на очень небольшом пространстве, исчисляемом квадратными сантиметрами. За счет выделения большого количества тепловой энергии (до 107-+109 Дж) происходит спекание горных пород в месте удара молнии в поверхность Земли, что представляет собой, однако, довольно редкое явление, т.к. молнии, как правило, «выбирают» в качестве мишеней высокие деревья, заводские трубы, антенны и т.д.[ …]

Магнитосфера Земли обладает собственным магнитным полем [9, 12]. Напряженность магнитного поля Земли на полюсах больше напряженности магнитного поля на экваторе. Причем магнитные полюса Земли не совпадают с географическими полюсами и со временем изменяют свое положение. Энергия магнитного поля Земли весьма значительна из-за ее размеров. Наша планета имеет примерно такое же магнитное поле, каким обладает высококачественный стальной шарообразный магнит диаметром 600 км. Для создания такого потока магнитной индукции, каким обладает Земля, необходимо охватить земной шар по экватору проводником и пропускать по нему электрический ток величиной в 600 миллионов ампер.[ …]

Электромагнитное поле Земли служит для биосферы своеобразным щитом и является важным экологическим фактором. Опыты над животными показали, что заметное уменьшение геомагнитного поля так же, как и экранировка от электрических полей, вызывают изменения процессов жизнедеятельности. Если естественное поле Земли необходимо для живого мира, то сильные электромагнитные излучения от искусственных источников способны оказать губительное воздействие на человека, растения, животных и привести к значительным функциональным нарушениям. Всемирная организация здравоохранения включила электромагнитное загрязнение среды обитания в число наиболее важных экологических проблем.[ …]

Градиент потенциала электрического поля земли претерпевает резкие искажения благодаря разным неровностям на земной поверхности. Эквипотенциальные поверхности огибают препятствия и сгущаются над возвышенными предметам о (рис. 7). Внутри зданий градиент потенциала электрического поля равен нулю, электрическое поле внутри зданий отсутствует даже при сильных атмосферно-электрических явлениях.[ …]

Наибольшая напряженность поля наблюдается в месте максимального провисания проводов, в точке проекции крайних проводов на землю и в 5 м от нее кнаружи от продольной оси трассы: для ЛЭП 330 кВ — 3,5—5,0 кВ/м, для ЛЭП 500 кВ — 7,6—8 кВ/ми для ЛЭП 750 кВ — 10,0—15,0 кВ/м. При удалении от проекции крайнего провода на землю напряженность электрического поля заметно снижается (Ю.Д. Думанский и др., 1976).[ …]

Под действием существующего электрического поля, направленного поперек хвоста, и магнитного поля хвоста плазма дрейфует от плазменной мантии к плазменному слою и из плазменного слоя по направлению к Земле. Такое движение плазмы называется магнитосферной конвекцией. Электрическое поле поперек хвоста обусловлено магнитным пересоединением и вязким трением между солнечным ветром и магнитосферой. Благодаря крупномасштабной конвекции плазма способна покидать магнитосферу через дневную магнитопаузу, при этом концентрация холодной плазмы за пределами плазмосферы резко уменьшается (по сравнению с концентрацией плазмы в плазмосфере, в которую конвекция не проникает). Плазмосферой называется область с повышенной концентрацией ( 103 см-3) плазмы ионосферного происхождения и тепловой энергией 1,0 эВ. Образование плазмосферы обусловлено суточным вращением Земли вместе с геомагнитным полем, увлекающим за собой плазму вплоть до высот 3 • 104 км. На высоких широтах вдоль силовых линий линий из ионосферы в магнитосферу движется поток плазмы, называемый полярным ветром. Полярный ветер переносит нагретую плазму в удаленные области хвоста, пополняя магнитосферу ионами из верхней атмосферы.[ …]

Распределение напряженности электрического поля у земли (заметим, что до высоты около 2 м поле практически является равномерным) имеет характерную «трехгорбую» форму с максимумами под средним проводом и почти под крайними (рис. 7.2).[ …]

Огни Эльма. При напряженности электрического поля Ё более 500 — 1000 В/м у поверхности Земли в атмосфере возникает свечение, впервые увиденное в районе выступающих острых частей собора святого Эльма и получившее название огни Эльма [19]. При этих значениях Ё начинается электрический разряд с острых, вытянутых вверх конструкций и предметов (труб, куполов, мачт и т. п.), который сопровождается характерным шумом.[ …]

Изменения напряженности электрического поля при разрядах внутри облаков (а) и на землю (б) для разных расстояний По Смиту [526].

Зависимость времени релаксации электрического поля для грозовых разрядов на землю от расстояния, по даииым наблюдений в Йоханнесбурге.[ …]

Молекулы озона, как и кислорода, электрически нейтральны, т. е. не несут электрического заряда. Поэтому само по себе магнитное поле Земли не влияет на распределение озона в атмосфере. Верхние слои атмосферы, где под воздействием космических и солнечных лучей образуются ионы различных газов (аэроионы), называют ионосферой. Она практически совпадает с озоновым слоем.[ …]

Биологически значимыми являются электрические и магнитные поля частотой 50 Гц, создаваемые воздушными линиями и трансформаторными подстанциями. ЭМП промышленной частоты в основном поглощаются землей, поэтому на небольшом расстоянии от ЛЭП напряженность этого поля быстро падает. Тем не менее под проводами ЛЭП с напряжением 750 кВ на уровне 1,8 м от поверхности земли создается магнитное поле напряженностью порядка 24-100 А/м. В местах провисания проводов эти значения увеличиваются в 3—5 раз, а напряженность электрического поля составляет от 10 до 100 кВ/м, что многократно превышает предельно допустимый уровень. Несмотря на это, в непосредственной близости и даже прямо под высоковольтными ЛЭП размещается большое количество садово-огородных участков населения.[ …]

В атмосфере постоянно присутствует электрическое поле. Частицы воды (туманы, облака и осадки) и пыли имеют электрический заряд. Принято называть зонами «хорошей погоды» зоны, где отсутствуют источники сильной ионизации и значительные скопления аэрозолей. Наоборот, зоны «плохой погоды» характеризуются присутствием названных локальных факторов (грозы, пыльные бури, осадки и др.). В зонах «хорошей погоды» у поверхности Земли существует стационарное электрическое поле с напряженностью Е в среднем около 130 В/м. Земля при этом имеет отрицательный заряд около 3 • 106 Кл, а атмосфера в целом заряжена положительно. Поле Е больше в средних широтах, а к полюсам и экватору убывает. Как правило, с высотой поле Е монотонно убывает и на высоте 10 км не превышает нескольких В/м. Электрическое поле может с высотой возрастать при скоплении аэрозолей в слое перемешивания толщиной 300-3000 м. Закон убывания с высотой, за исключением слоя перемешивания, близок к экспоненциальному закону (рис. 16.1). Разность потенциалов между Землей и ионосферой составляет 200-250 кВ. Электрическое поле атмосферы нестационарно, вместе с локальными суточными и годовыми вариациями Е отмечаются так называемые унитарные вариации — синхронные для всех пунктов суточные и годовые вариации поля. Локальные вариации связаны с изменениями величины и распределения электрических зарядов в данном районе. Глобальные унитарные вариации связаны с изменением электрического заряда Земли в целом [58].[ …]

Андерсон и др. [212] по данным наблюдений за электрическим полем гроз и торнадо у поверхности земли в Миннесоте (США) получили Т/т=1,2±0,5 и /Р//З« 0,43. Так что в активных грозовых облаках полный ток заряжения примерно в 2 раза превышает полный ток разряжения в интервалах между разрядами.[ …]

Ионы из атмосферы вытягиваются продольным электрическим полем в плазменный слой геомагнитного хвоста. В результате крупномасштабной магнитосферной конвекции ионы попадают во внутреннюю магнитосферу и составляют основную часть ионов магнитосферного кольцевого тока. Заряженные частицы, движущиеся вокруг Земли на расстояниях (3-4) образуют магнитосферный кольцевой ток. Кольцевой ток состоит в основном из ионов Н+, 0+ с добавкой Не+,-0++, Не++. Результирующий ток течет вокруг Земли в западном направлении и понижает горизонтальную составляющую геомагнитного поля Земли. Потоки энергичных частиц с энергией свыше 1 МэВ образуют радиационный пояс в области замкнутых геомагнитных линий, который является магнитной ловушкой для частиц. Во время суббурь происходит инжекция частиц из плазменного слоя в радиационный пояс. Потоки в радиационном поясе заметно увеличиваются в периоды магнитных бурь [136].[ …]

Осциллограмма изменения напряженности электрического поля при удаленных ударах молнии, переносящих на землю отрицательный заряд.

Между высокими слоями атмосферы и поверхностью земли происходит постоянное взаимодействие, своеобразный электрический круговорот, подобный круговороту воды в атмосфере. Электрическое поле атмосферы подвержено многолетним периодическим, годовым, суточным и апериодическим колебаниям, связанным с космическими, геофизическими и метеорологическими явлениями. Ввиду того что Земля в обычных условиях по отношению к атмосфере заряжена отрицательно, то положительное электричество устремляется сверху вниз, к поверхности Земли, а отрицательное — снизу вверх, образуя так называемый “вертикальный ток проводимости”. [ …]

Отрицательные аэроионы кислорода приобретают в постоянном электрическом поле направленное движение к противоположному полюсу — земле, находящейся под положительным потенциалом. У земли происходит отдача электронов (рис. 24). Через землю и сеть аэро-ионификации электроны возвращаются снова в острия. При положительной аэроионизации молекул воздуха отдают электроны остриям. У острий и ниже в воздухе образуются слои с преобладанием молекул, у которых не достает одного или двух электронов, т.е. слои положительных аэроионов.[ …]

Ионная теория атмосферного электричества позволила понять природу электрического поля атмосферы, хотя все же причину сохранения электрического поля между Землей и атмосферой еще нельзя считать окончательно выясненной. Различные теории пытаются объяснить наличие этого поля различными причинами. Экснер в свое время полагал, что причиной отрицательного заряда земной поверхности являются осадки, приносящие к Земле, как предполагали ранее, преимущественно отрицательные заряды. Это предположение оказалось не соответствующим действительности. Осадки несут к Земле как отрицательные, так и положительные заряды. Г. Эберту удалось показать, что в почвенном воздухе, в момент его выхода из земли, действительно преобладают положительные аэроионы.[ …]

Разделение биосферы на геосферы. Строение биосферы и проявление в ней диссимметрия (§ 145). Тропосфера, деление ее на геосферы, постоянство ее химического состава (§ 146). Электрическое поле Земли и ионизация тропосферы (§ 147). Кислородная поверхность. Подземная и подводная тропосферы (§ 148—152), Химический состав тропосферы (§ 153). Таблица 19 химического состава тропосферы (§ 154). Биогенное происхождение тропосферы (§ 155—157).[ …]

Основным прибором, при помощи которого велись наблюдения за атмосферным электричеством, был так называемый коллектор, устанавливаемый на более или менее высокой штанге, изолированной от земли. Коллектор соединялся с листочками электроскопа. Обкладка, или кожух, электроскопа заземлялись. По величине расхождения листочков можно бы ло судить о градиенте потенциала на метр высоты. Теперь мы знаем, что падение потенциала выражается в среднем у поверхности земли величиною 1 вольт на сантиметр, 100 вольт на метр и т. д. Во время грозы величина падения потенциала доходит до 40 тыс. вольт на метр. Силовые линии электрического поля атмосферы направлены сверху от положительно заряженного слоя вниз к отрицательно заряженной земле, а изопотенциальные поверхности идут параллельно поверхности земли. Таким образом, электрическое поле является обязательным фактором свободной атмосферы.[ …]

Оценим энергию, которая может выделиться при разряде через шаровую молнию. Предельную электростатическую энергию, которая накапливается проводниками во время грозы, можно найти, исходя из максимальной напряженности поля при пробое в воздухе—30 кВ/см. Если принять, что напряженность электрического поля £, наведенного некомпенсированными при разряде молнии зарядами, составляет 3 103—3-104 В/см, то плотность заряда на поверхности проводников будет составлять в этом случае 0,3—3-10 9 К/см2 и на участке поверхности земли радиусом около 10 м накапливается заряд 10 3—10 2 К. Плотность энергии поля этого заряда Е2/8я равна (4-М00) • 10 7 Дж/см3, а полная энергия слоя толщиной 10 м составляет 103—105 Дж. Это примерно соответствует максимальному энерговыделению, связанному со взрывом шаровой молнии. Рассеяние заряда в течение 10 3 с приводит к появлению среднего тока 1 —10 А, а максимальное значение тока, вероятно, будет в несколько раз больше. Поражение таким током может привести к смертельному исходу.[ …]

Механизм действия отрицательных аэроионов на взвешенные в воздухе частицы состоит в следующем. Отрицательные ионы воздуха заряжают (или перезаряжают) пыль и микрофлору, находящиеся в воздухе, до определенного потенциала, пропорционально их радиусу. Заряженные пылевые частицы или микроорганизмы начинают двигаться вдоль силовых линий электрического поля по направлению к противоположно (положительно) заряженному полюсу, т. е. к земле, к стенам и к потолку. Если выразить в динах силы гравитации и силы электрические, действующие на тонкодиоперсную пыль, то легко увидеть, что электрические силы превосходят силы гравитации в тысячи раз. Это дает возможность по желанию строго направлять движение облака тонкодисперсной пыли и очищать таким образом воздух в данном месте. При отсутствии электрического поля и диффузном движении отрицательных аэроионов между каждым движущимся аэроионом и положительно заряженной землей (полом) возникают силовые линии, вдоль которых движется данный аэроион вместе с частичкой пыли или бактерией. Осевшие на поверхность пола, потолка и стен микроорганизмы могут периодически удаляться. Как видим из изложенного, разработанный автором метод электрической преципитации имеет мало общего с современным методом фильтрации, или воздействия электрическим полем (электрофильтры). Наш метод позволяет очищать воздух в помещениях любой кубатуры в присутствии человека, что отличает его от предложенных до настоящего времени способов.[ …]

Под лазерным понимают монохроматический, т.е. одной определенной частоты, когерентный (согласованный во времени) и уэконаправ-ленный поток электромагнитных волн оптического диапазона, излучаемый квантовым генератором. От других источников света его отличает ряд существенных особенностей. Так, узконаправленный лазерный пучок имеет весьма малый угол раскрытия (около 10 рад). При испускании с Земли на Луну он дает пятно диаметром всего 3 км. Кроме того, лазеры — наиболее мощные источники энергии в оптическом диапазоне. За кратчайший период (до 10″ с) мощность их излучения достигает 5-10 Вт/см2. У Солнца она равна только 7107 Вт/см2, причем суммарно по всему оптическому спектру. В узком же интервале, соответствующем излучению светового диапазона, мощность излучения Солнца составляет лишь 0,2 Вт/см2. И наконец, напряженность электрического поля в лазерной волне достигает 10 -1012 В/см, что превышает ее внутриатомные значения. В общем случае лазерное излучение может быть создано в диапазоне волн от 0,2 до 1000 мкм, т.е. охватывает ультрафиолетовую, видимую и инфракрасную области.[ …]

Из-за разных ускорений продольной и поперечной составляющих скоростей заряженных частиц при крупномасштабной конвекции плазмы образуется анизотропное распределение частиц по скоростям. Это приводит к возникновению волн в плазме с последующим рассеиванием частиц на этих волнах (волны «свистов») и попаданием частиц в магнитные ловушки. Затем заряженные частицы из этих ловушек попадают в атмосферу, вызывая ее свечение. Крупномасштабная конвекция расслаивается на мелкомасштабные неоднородности. Дуги полярных сияний являются проявлением мелкомасштабного расслоения. Образование дуг полярных сияний происходит от локального усиления продольного тока в результате внутримагнитосферных процессов. В продольном электрическом поле происходит ускорение электронов и по мере их продвижения к Земле и вторжения в атмосферу возникают дискретные формы полярных сияний. Для частиц высоких энергий, превышающих тепловую, области замкнутых геомагнитных линий являются геомагнитными ловушками. В них существуют потоки электронов и протонов с энергиями более 1 МэВ, которые образуют радиационный пояс. Во время магнитных бурь опасность этих радиационных поясов возрастает.[ …]

Динамика главного максимума ионизации в области / 2 существенно сложнее динамики областей Е и /[ . ..]

АТМОСФЕРНОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО • Большая российская энциклопедия

Авторы: В. М. Березин

АТМОСФЕ́РНОЕ ЭЛЕКТРИ́ЧЕСТВО, 1)со­во­куп­ность элек­трич. яв­ле­ний и про­цессов в ат­мо­сфе­ре; 2) раз­дел фи­зики ат­мо­сфе­ры, изу­чаю­щий элек­трич. яв­ле­ния в ат­мо­сфе­ре и её элек­трич. свой­ст­ва; в А. э. ис­сле­ду­ют­ся элек­трич. по­ле в ат­мо­сфе­ре, её про­во­ди­мость, элек­трич. то­ки и объ­ём­ные за­ря­ды в ней, за­ря­ды об­ла­ков и осад­ков, гро­зо­вые раз­ря­ды и др. А. э. влия­ет на ор­га­нич. жизнь на Зем­ле и её эко­ло­гию.

Нау­ка об А. э. за­ро­ди­лась в 18 в. Нача­ло бы­ло по­ло­же­но амер. учё­ным Б. Франк­ли­ном, экс­пе­ри­мен­таль­но до­ка­зав­шим элек­трич. при­ро­ду мол­нии, и М. В. Ло­мо­но­со­вым, объ­яс­нив­шим элек­три­за­цию гро­зо­вых об­ла­ков.

А. э. тес­но свя­за­но с ме­тео­ро­ло­гич. фак­то­ра­ми – об­ла­ка­ми, осад­ка­ми, ме­теля­ми, пыль­ны­ми бу­ря­ми и др. К об­лас­ти А. э. от­но­сят про­цес­сы, про­ис­хо­дя­щие в тро­по­сфе­ре и стра­то­сфе­ре, и их за­ви­си­мость от ло­каль­ных и гло­баль­ных фак­то­ров. Тер­ри­то­рии, где от­сут­ст­ву­ют ско­п­ле­ния аэ­ро­зо­лей и др. ис­точ­ни­ки силь­ной ио­ни­за­ции, рас­смат­ри­ва­ют­ся как зо­ны «хо­ро­шей» по­го­ды с пре­об­ла­да­ни­ем гло­баль­ных фак­то­ров. В зо­нах «на­ру­шен­ной» по­го­ды пре­об­лада­ют ло­каль­ные ме­тео­ро­ло­гич. фак­то­ры.

Электрическое поле атмосферы

В тро­по­сфе­ре все об­ла­ка и осад­ки, ту­ма­ны, пыль обыч­но элек­три­че­ски за­ря­же­ны. В чис­той ат­мо­сфе­ре по­сто­ян­но су­ще­ст­ву­ет элек­трич. по­ле, на­пря­жён­ность ко­то­ро­го $\boldsymbol E$ на­прав­ле­на свер­ху вниз. Это на­прав­ле­ние $\boldsymbol E$ при­ня­то счи­тать нор­маль­ным, а вер­ти­каль­ный гра­ди­ент элек­трич. по­тен­циа­ла – по­ло­жи­тель­ным. У зем­ной по­верх­но­сти су­ще­ст­ву­ет ста­цио­нар­ное элек­трич. по­ле с $ E$, в сред­нем рав­ной ок. 130 В/м. Зем­ля име­ет от­ри­цат. за­ряд, рав­ный ок. 3·10⁵ Кл, а ат­мо­сфе­ра в це­лом за­ря­же­на по­ло­жи­тель­но. При гро­зах, осад­ках, пыль­ных бу­рях, ме­те­лях и др. на­пря­жён­ность $\boldsymbol E$ мо­жет рез­ко ме­нять на­прав­ле­ние и зна­че­ние, дос­ти­гая ино­гда 1000 В/м. Наи­боль­шую величи­ну $ E$ име­ет в сред­них ши­ро­тах, а к по­лю­су и эк­ва­то­ру убы­ва­ет. Над ма­те­ри­ка­ми $ E$ не­сколь­ко вы­ше ср. зна­че­ния, а над океа­на­ми не­сколь­ко ни­же. С вы­со­той $ E$ в це­лом умень­ша­ет­ся. В слое пе­ре­ме­ши­ва­ния (300–3000 м), где ска­п­ли­ва­ют­ся аэ­ро­зо­ли, $E$ мо­жет воз­рас­тать с вы­со­той, вы­ше это­го слоя убы­ва­ет по экс­по­нен­ци­аль­но­му за­ко­ну.

На вы­со­те 10 км $E$ не пре­вы­ша­ет не­сколь­ких В/м. Это убы­ва­ние $E$ свя­за­но с на­ли­чи­ем в ат­мо­сфе­ре по­ло­жит. объ­ём­ных за­ря­дов, плот­ность ко­то­рых умень­ша­ет­ся с вы­со­той. Из­ме­не­ние ве­ли­чи­ны объ­ём­но­го за­ря­да ат­мо­сфе­ры по вы­со­те зна­чи­тель­но влия­ет на су­ще­ст­во­ва­ние гло­баль­ных ва­риа­ций $E$. Раз­ность по­тен­циа­лов ме­ж­ду Зем­лёй и ио­но­сфе­рой со­став­ля­ет 200–250 кВ.

Суточный ход унитарной вариации напряжённости Е электрического поля атмосферы (Еср – среднее значение напряжённости): 1 – над океанами; 2 – в полярных областях. 3 – Изменение площади S, занятой грозам…

На­пря­жён­ность элек­трич. по­ля $E$ ме­ня­ет­ся во вре­ме­ни и име­ет су­точ­ный и го­до­вой ход. От­ме­ча­ют­ся син­хрон­ные для всех пунк­тов су­точ­ные (рис., кри­вые 1 и 2) и го­до­вые ва­риа­ции $E$ – т. н. уни­тар­ные ва­риа­ции. Их су­точ­ный ход над по­ляр­ны­ми об­лас­тя­ми и океа­на­ми име­ет вид про­стой вол­ны, над кон­ти­нен­та­ми – вид слож­ной вол­ны с дву­мя мак­си­му­ма­ми. Гра­ди­ент элек­трич. по­ля ат­мо­сфе­ры для уме­рен­ных ши­рот Сев. по­лу­ша­рия наи­боль­ший зи­мой и наи­мень­ший в на­ча­ле ле­та. Уни­тар­ные ва­риа­ции свя­за­ны с из­ме­не­ни­ем элек­трич. за­ря­да Зем­ли в це­лом, ло­каль­ные – с из­ме­не­ния­ми ве­ли­чи­ны и рас­пре­де­ле­ния по вы­со­те объ­ём­ных элек­трич. за­ря­дов в ат­мо­сфе­ре в дан­ном ре­гио­не. Ве­ли­чи­на гра­ди­ен­та элек­трич. по­ля ат­мо­сфе­ры за­ви­сит от ко­ле­ба­ний ме­ж­ду мак­си­му­мом и ми­ни­му­мом сол­неч­ной ак­тив­но­сти.

Электрическая проводимость атмосферы

Элек­трич. со­стоя­ние ат­мо­сфе­ры в зна­чительной сте­пе­ни оп­ре­де­ля­ется её элек­трич. про­во­ди­мо­стью $λ$, ко­то­рая соз­да­ёт­ся ио­на­ми, на­хо­дя­щи­ми­ся в ат­мо­сфе­ре. Кон­цен­тра­ция и под­виж­ность ио­нов в ат­мо­сфе­ре оп­ре­де­ля­ет зна­че­ние $λ$. Основной вклад в $λ$ вно­сят лёг­кие ио­ны, под­виж­ность ко­то­рых $u>$ 10^–5м²/(с·В). У по­верх­но­сти Зем­ли в среднем $λ=$ (1–2)·10^–18 (Ом·м)^–1 и уве­ли­чи­ва­ет­ся с вы­со­той при­мер­но по экс­по­нен­ци­аль­но­му за­ко­ну. На вы­со­те ок. 30 км $λ$ поч­ти в 150 раз боль­ше, чем у зем­ной по­верх­но­сти.

Ос­нов­ные ио­ни­за­то­ры ат­мо­сфе­ры: 1) кос­мич. лу­чи, дей­ст­вую­щие во всей тол­ще ат­мо­сфе­ры; 2) из­лу­че­ние ра­дио­ак­тив­ных ве­ществ, на­хо­дя­щих­ся в зем­ле и воз­ду­хе; 3) ульт­ра­фио­ле­то­вое, кор­пус­ку­ляр­ное и рент­ге­нов­ское из­лу­че­ния Солн­ца, ио­ни­зи­рую­щее дей­ст­вие ко­то­рых за­мет­но про­яв­ля­ет­ся на вы­со­тах бо­лее 60 км. Кон­цен­тра­ция лёг­ких ио­нов рас­тёт с вы­со­той вслед­ст­вие уве­ли­че­ния ин­тен­сив­но­сти ио­ни­за­ции, что в со­че­тании с на­рас­та­ни­ем под­виж­но­сти ио­нов при умень­ше­нии плот­но­сти воз­ду­ха объ­яс­ня­ет ха­рак­тер из­ме­не­ния $λ$ и $E$ с вы­со­той.

Электрический ток и объёмный заряд в атмосфере

В ус­ло­ви­ях «хо­ро­шей» по­го­ды в ат­мо­сфе­ре те­чёт вер­тикаль­ный элек­трич. ток, пред­став­ляю­щий со­бой сум­му то­ков про­во­ди­мо­сти, диф­фу­зии и кон­век­ции. На Зем­лю не­пре­рыв­но сте­ка­ет элек­трич. ток си­лой ок. 1800 А. По­сколь­ку за­ряд Зем­ли в сред­нем не ме­ня­ет­ся, су­ще­ст­ву­ют, оче­вид­но, «ге­не­ра­то­ры» А. э., за­ря­жаю­щие Зем­лю. Та­ки­ми «ге­не­ра­то­ра­ми» яв­ля­ют­ся пыль­ные бу­ри, из­вер­же­ния вул­ка­нов, ме­те­ли, раз­брыз­ги­ва­ние ка­пель во­ды при­боем и во­до­па­да­ми, пар и дым пром. источ­ни­ков. Элек­три­за­ция, про­яв­ляю­щая­ся при пе­ре­чис­лен­ных яв­ле­ни­ях, мо­жет при­вес­ти к об­ра­зо­ва­нию мол­ний. Наи­боль­ший вклад в элек­три­за­цию ат­мо­сфе­ры вно­сят об­ла­ка и осад­ки. Элек­три­за­ция об­ла­ка уве­ли­чи­ва­ет­ся с ук­руп­не­ни­ем его час­тиц, уве­ли­че­ни­ем тол­щи­ны, уси­ле­ни­ем осад­ков. В слои­стых и слои­сто-ку­че­вых об­ла­ках плот­ность объ­ём­ных за­ря­дов в 10 раз пре­вы­ша­ет их плот­ность в чис­той ат­мо­сфе­ре. Об­ла­ка за­ря­же­ны по­ло­жи­тель­но в верх­ней час­ти и от­ри­ца­тель­но в ниж­ней, но мо­гут иметь и про­ти­во­по­лож­ную по­ляр­ность или иметь за­ряд пре­иму­ще­ст­вен­но од­но­го зна­ка.

На плот­ность объ­ём­ных за­ря­дов влия­ет тур­бу­лент­ность ат­мо­сфе­ры. Плот­ность то­ков осад­ков, вы­па­даю­щих на Зем­лю из слои­сто-ку­че­вых об­ла­ков, по­ряд­ка 10^–12 А/м², из гро­зо­вых об­ла­ков – по­ряд­ка 10^–8 А/м². Пол­ная си­ла то­ка, те­ку­ще­го на Зем­лю от гро­зо­во­го об­ла­ка в сред­них ши­ро­тах, ок. 0,01–0,1 А, бли­же к эк­ва­то­ру – до 0,5–1,0 А. Си­ла ­токов, те­ку­щих в са­мих этих об­ла­ках, в 10–100 раз боль­ше то­ков, при­те­каю­щих к Зем­ле, т. е. гро­за в элек­трич. отно­ше­нии по­доб­на ко­рот­ко­замк­ну­то­му ге­не­ра­то­ру. На зем­ном ша­ре од­но­вре­мен­но про­ис­хо­дят ок. 1800 гроз (рис., кри­вая 3). Об­ла­ка слои­стых форм, по­кры­ваю­щие ок. по­ло­ви­ны зем­ной по­верх­но­сти, так­же вно­сят су­ще­ст­вен­ный вклад в элек­трич. по­ле Зем­ли.

Ис­сле­до­ва­ния А. э. по­зво­ля­ют вы­яс­нить при­ро­ду про­цес­сов элек­три­за­ции гро­зо­вых об­ла­ков и его роль в об­ра­зо­ва­нии об­ла­ков и осад­ков. В чис­ле при­клад­ных за­дач – сни­же­ние элек­три­за­ции са­мо­лё­тов с це­лью по­вы­ше­ния безо­пас­но­сти по­лё­тов, учёт А. э. при за­пус­ке ра­кет, оцен­ка его влия­ния на здо­ро­вье че­ло­ве­ка. Не­ко­то­рые ха­рак­те­ри­сти­ки А. э. мо­гут слу­жить ин­ди­ка­то­ра­ми ан­тро­по­ген­но­го воз­дей­ст­вия на ат­мо­сфе­ру.

электростатика — Почему электрический потенциал Земли равен нулю?

Задавать вопрос

Спросил 8 лет, 7 месяцев назад

Изменено 2 года, 11 месяцев назад

Просмотрено 46 тысяч раз

$\begingroup$

При локализованном распределении заряда потенциал обнуляется вдали от распределения заряда (на бесконечности)

Теперь при заземлении проводника, т. е. при соединении его с Землей, говорят, что мы обнуляем его потенциал.

Почему потенциал Земли равен нулю? А если оно равно нулю, то является ли оно нулем, даже если потенциал по-прежнему равен нулю на бесконечности?

• электростатика
• потенциал
• напряжение
• земля
• условные обозначения

$\endgroup$

$\begingroup$

Нулевой потенциал Земли — это просто произвольная точка, аналогичная (0,0) системы координат. Он был выбран для инженерных практик, потому что у него очень-очень низкий теоретический потенциал (в свете с зарядом в бесконечности), и он легко доступен для всех, и добавление к нему заряда не меняет его теоретический потенциал. Применительно к этой условной точке оцениваются возможности проводки. Это похоже на то, почему мы используем уровень моря для измерения высоты. Помните, что уровень моря также имеет высоту от многих опорных точек, таких как ядро ​​​​Земли, но мы принимаем его равным нулю для многих практик.

$\endgroup$

3

$\begingroup$

Для целей электротехники напряжение представляет собой разность потенциалов относительно контрольной точки. Абсолютный электрический потенциал не имеет смысла в контексте электротехники, потому что в цепях электрический ток течет от точки с высоким потенциалом к ​​точке с низким потенциалом, а не к точке без потенциала. Поэтому инженеры-электрики говорят о напряжении, а не о электрическом потенциале. Когда вы читаете «обнуление его потенциала», на самом деле имеется в виду «установка его напряжения (разности потенциалов) на ноль по отношению к Земле». Первое — это просто краткая форма, которая обычно однозначно понимается как означающая второе в контексте электротехники.

Земля — это просто обычно используемая точка отсчета. Однако, чтобы добавить к путанице, электрический потенциал Земли не везде одинаков. Один конец вашей улицы может иметь избыток электрического заряда по сравнению с другим концом вашей улицы, поэтому, если вы заземлите две разные цепи на каждом конце вашей улицы и соедините их вместе, вы можете получить этот заряд, протекающий от одного конца вашей улицы. цепь к другому. Это может создать такие проблемы, как электрические помехи между оборудованием, которое должно быть соединено вместе, но не может быть заземлено в одной и той же точке. Этот эффект называется контуром заземления.

Ваша Земля может не совпадать с моей Землей, но пока вы всегда используете одну и ту же Землю, вы всегда будете использовать одну и ту же точку отсчета, и вы можете просто назвать ее 0V. Это удобно.

$\endgroup$

$\begingroup$

Если предположить, что потенциал на бесконечности равен нулю, а Земля имеет сферическую форму, то потенциал на поверхности земли определяется как ${kq}/{r}$, где $k$ — постоянная, $q$ — заряд на Земле и $r$ ее радиус. Поскольку $q$ чрезвычайно мало, а $r$ очень велико, потенциал у поверхности Земли почти равен нулю. Поэтому для всех практических целей мы предполагаем, что его потенциал равен нулю. Предполагается, что потенциал на бесконечности абсолютно равен нулю, тогда как потенциал на поверхности Земли почти равен нулю.

$\endgroup$

2

$\begingroup$

Как правило, в любой заданной точке электрический потенциал измеряется относительно другой контрольной точки. Другая точка может быть где угодно, и предполагается, что эталонная точка находится в нулевом напряжении относительно самой себя. В большинстве электрических применений исходной точкой считается земля.

$\endgroup$

$\begingroup$

Радиус земли велик относительно проводящего тела, поэтому его потенциал очень мал относительно проводящего тела, поэтому мы предполагаем, что потенциал земли равен 0

$\endgroup$

$\begingroup$

Полезно сказать, что мы не можем измерить потенциал, только разность потенциалов между двумя точками. Мы называем это напряжением .

Понятие напряжения интересно, потому что:

• Работа, совершаемая при перемещении заряда при напряжении в один вольт, составляет один джоуль на кулон заряда.
• В качестве альтернативы мы можем сказать, что работа, совершаемая электроном, проходящим через один вольт, равна одному электрон-вольту (эВ), что равно 1,602 x 10 ^-19 Дж.

Обратите внимание, что потенциал земли не является постоянным , и, что на первый взгляд кажется невероятным, потенциал увеличивается в атмосфере примерно на 100 В с каждым метром высоты. Конечно, напряжение между головой и нашими ногами равно нулю, потому что наше тело является относительно хорошим проводником, но самолет на высоте 40 км имеет потенциал около 400 кВ. Захватывающий.

На самом деле градиент потенциала тоже немного меняется. Итак… поскольку все меняется, где мы должны поставить ссылку?

Ответ: Не имеет значения, где находится эталон, но земная поверхность почти эквипотенциальна и поэтому является удобным эталоном для сравнения потенциалов повсюду на ней.

С этой ссылкой потенциал выглядит так, без и с человеком, стоящим на поверхности земли:

^{Источник}

Нет необходимости упоминать, где находится предпочтительный путь для молнии.

$\endgroup$

Повышение потенциала заземления

Как правило, элементы, сообщаемые в исследовании повышения потенциала заземления, включают следующее: площадь в квадратных футах, размер и расположение предлагаемой сетки заземления, сопротивление заземления предлагаемой системы заземления, предполагаемый ток короткого замыкания. который будет поступать в систему заземления, повышение потенциала заземления (в вольтах) на объекте, пиковую линию 300 вольт, отношение X/R и время устранения неисправности в секундах. Шаговое напряжение и напряжение прикосновения также обычно рассчитываются, поскольку они являются основными показателями безопасности.

Инженеру по заземлению необходимы три (3) элемента информации для надлежащего проведения исследования повышения потенциала земли:

1. Данные об удельном сопротивлении грунта, полученные в результате испытания удельного сопротивления грунта
2. Чертежи участка с предлагаемой конструкцией
3. Электрические характеристики от энергетической компании

Испытание удельного сопротивления грунта

Данные испытания удельного сопротивления грунта должны включать показания кажущегося удельного сопротивления при расстоянии между штырями от 0,5 или 1 фут до трех диагоналей сетки заземления, если это целесообразно. Напряжения прикосновения и шаговые напряжения представляют собой основную проблему для безопасности персонала. Понимание характеристик почвы на глубине от непосредственно под ногами до одного или нескольких размеров сетки необходимо для разработки экономичной и безопасной системы заземления.

Чертежи площадки

На предлагаемых чертежах площадки должна быть показана схема высоковольтной опоры или подстанции, а также любое дополнительное строительство нового оборудования, которое может происходить на площадке, включая ограждение и радиус ворот. Входящие мощности и Telco также должны быть включены. В случае высоковольтных опор высота и расстояние между проводниками, проложенными по опоре, а также любые воздушные заземляющие провода, которые могут быть установлены на опоре, должны быть подробно описаны во время обследования. Эта информация необходима для правильного решения всех проблем, связанных с напряжением прикосновения и шаговым напряжением, которые могут возникнуть на объекте.

Данные об электроснабжении

Электроэнергетическая компания должна предоставить электрические данные относительно рассматриваемой опоры или подстанции. Эти данные должны включать в себя название подстанции или номер опоры, уровень напряжения, отношение сверхпереходного режима X/R и время очистки. В случае опор, названия линий задействованных подстанций, количество тока, выделяемого каждой подстанцией в случае неисправности, а также тип и положение воздушных заземляющих проводов, если таковые имеются, по отношению к установленным фазным проводникам. на каждой башне или столбе. При наличии воздушных заземляющих проводов также представляет интерес сопротивление заземления башни или опоры вдоль линии, будь то измеренные, средние или расчетные значения.

Эта информация важна, так как опоры высокого напряжения имеют небольшую площадь земли, но потребляют очень большое количество электроэнергии. Важно знать, есть ли у мачты воздушный заземляющий провод, потому что воздушный провод будет уносить процент тока, который будет зависеть от типа воздушного заземляющего провода и сопротивления заземления соседних опор, к другим опорам в трассе, уменьшая Событие георадара. Кроме того, опоры с воздушными заземляющими проводами, как правило, имеют более короткое время очистки. То же самое относится и к подстанциям: воздушные заземляющие провода на линиях электропередачи и нулевые провода на распределительных линиях могут значительно снизить величину тока короткого замыкания, протекающего в систему заземления подстанции в условиях неисправности.

От коммунальной компании требуется следующая информация:

1. Ток замыкания фазы на землю, вносимый каждой цепью линии электропередачи
2. Время устранения неисправности
3. Напряжение сети
4. Отношение сверхпереходного X/R
5. Марка/тип/количество заземляющих проводов на каждой опоре/опорной линии и положение по отношению к фазным проводам
6. Непрерывность заземляющего провода и конфигурация соединения обратно к опоре и подстанции
7. Среднее расстояние от опоры -на опору и опору на подстанцию ​​
8. Типовое сопротивление заземления башни/столба: измеренные или расчетные значения

Часто приобретаются исполнительные чертежи, которые полезны для башен с существующими системами заземления. Они также полезны в случае модификации и модернизации существующих подстанций, на которых уже установлены обширные системы заземления.

Безопасность персонала во время повышения потенциала земли или повышения потенциала земли

Инженер по заземлению должен разработать системы безопасности для защиты любого персонала, работающего там, где известно о существовании опасностей, связанных с повышением потенциала земли. Федеральный закон требует, чтобы все известные опасности были устранены с рабочего места в целях безопасности работников. Инженер выбирает, какие добровольные стандарты применять для соблюдения закона. Федеральный закон 29В CFR 1910.269 конкретно указано, что потенциалы шага и касания должны быть устранены на линиях передачи и распределения, которые включают любое соответствующее коммуникационное оборудование.

Подстанции всегда считаются рабочими местами, и потенциалы шага и прикосновения должны быть устранены. Передающие и распределительные опоры или столбы не всегда считаются рабочими местами и поэтому часто освобождаются от этих требований. Возьмем, к примеру, одинокую башню на склоне горы или посреди пустыни: эти башни обычно не считаются рабочими местами. Однако любая высоковольтная опора или опора становится рабочим местом, как только устанавливается оборудование, не связанное с электроэнергетической компанией и требующее поддержки нового оборудования от сторонних поставщиков. Сотовая связь, мониторинг окружающей среды и микроволновое релейное оборудование являются хорошими примерами оборудования, которое при установке на высоковольтную опору превращает опору в рабочее место. Это потребовало бы исключения шагов и потенциалов касания.

Опасное напряжение

Ток фибрилляции — это количество электричества, необходимое для остановки сердца, после которой самопроизвольное восстановление у человека не происходит, и является величиной, основанной на статистике. IEEE Std 80-2000 предоставляет метод определения соответствующего значения тока фибрилляции для исследования безопасности, а также хорошее объяснение того, как оно получается. Существует множество различных методов расчета тока фибрилляции; однако метод 50 кг IEEE наиболее часто используется в Северной Америке. Используемая формула показывает, что уровень тока фибрилляции обратно пропорционален квадратному корню продолжительности короткого замыкания; однако его необходимо увеличить на поправочный коэффициент, основанный на сверхпереходном отношении X/R, которое может быть довольно большим при более короткой продолжительности неисправности. Если персонал, работающий на объекте в условиях неисправности, испытывает напряжение, вызывающее ток, меньший, чем ток фибрилляции, в его телах, то он считается безопасным. Если рабочий будет испытывать большее напряжение, чем допустимо, необходимо принять дополнительные меры предосторожности.

Сверхпереходное отношение X/R в месте неисправности важно при расчете допустимого тока фибрилляции и для определения максимально допустимого потенциала шага и касания, которые могут возникнуть в любом заданном месте.

Fault Duration (Длительность ошибки) — это очень важная часть данных для правильного расчета максимально допустимых потенциалов шага и касания. Продолжительность неисправности — это время, необходимое энергетической компании для отключения тока в случае неисправности.

В конечном итоге инженер должен определить две (2) вещи:

1. Максимально допустимое напряжение для конкретного объекта, которое может безопасно выдержать человек.
2. Фактическое напряжение, которое будет возникать на объекте во время неисправности.

На каждой площадке будут разные уровни напряжения для обоих вышеперечисленных. К сожалению, мы не можем просто сказать, что человек может выдержать X-уровень напряжений и использовать это значение все время, так как это напряжение определяется удельным сопротивлением поверхностного слоя, длительностью замыкания и сверхпереходным отношением X/R. Кроме того, поскольку каждый участок имеет разную продолжительность разлома и разное состояние грунта, крайне важно производить расчеты для каждого возможного места разлома.

Lake County News, Калифорния — Space News: ракета НАСА для измерения секрета жизнеобеспечения Земли — слабого электрического поля

МАЙЛЗ ХЭТФИЛД

Опубликовано Суббота, 07 мая 2022 г. 03:17

07 мая 2022

Почему Земля поддерживает жизнь, а Венера и Марс — и, насколько нам известно, любая другая планета во Вселенной — нет?

«Это один из самых фундаментальных вопросов во всей науке: почему мы здесь? И это то, к чему стремится Endurance», — сказал Глин Коллинсон, ученый-космонавт из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд, и главный исследователь миссии НАСА Endurance.

Миссия Endurance попытается измерить глобальный электрический потенциал Земли, или насколько электрическое поле Земли «дергает» электрически заряженные частицы в нашем воздухе.

Ожидается, что этот электрический потенциал будет очень слабым, что затрудняет его измерение — и это одна из причин, по которой Земля может поддерживать жизнь. Окно запуска Endurance из небольшого городка Ню-Олесунн на Шпицбергене, Норвегия, открывается 9 мая.

Земля — планета, содержащая воду, и это одна из основных причин, по которой на ней может поддерживаться жизнь. Однако миллиарды лет назад вы могли бы сказать что-то подобное о Венере. Ученые считают, что Венера когда-то была намного более влажной, чем сегодня, но по причинам, которые мы до сих пор не до конца понимаем, с тех пор она высохла. Выяснение того, почему может выявить ключевое отличие от Земли — и выявить скрытый ингредиент обитаемой планеты.

В 2016 году миссия Европейского космического агентства «Венера Экспресс» обнаружила ключ к разгадке. Космический аппарат обнаружил электрический потенциал в 10 вольт, окружающий планету, а это означает, что положительно заряженные частицы будут отрываться от ее поверхности.

Подобно всепланетному пылесосу, этот электрический потенциал может высасывать компоненты воды, такие как положительно заряженный кислород, который отделяется от атомов водорода интенсивным солнечным светом. Со временем этот электрический потенциал, возможно, сыграл роль в оттоке венерианской воды в космос.

Однако эти находки с Венеры вызвали вопросы о Земле. Электрический потенциал Венеры создается ее ионосферой — электрически заряженным внешним слоем ее атмосферы. Но у Земли есть и ионосфера. Так имеет ли Земля подобный электрический потенциал, и если да, то почему наша вода все еще существует?

«Мы думаем, что одна из причин, по которой Земля может быть обитаемой, заключается в том, что у нас очень слабый электрический потенциал», — сказал Коллинсон. Команда Endurance оценивает силу примерно в 0,3 вольта, примерно в 25 раз слабее, чем на Венере, и настолько слабую, что сорвала все предыдущие попытки измерения. «Он даже не такой мощный, как батарейка для часов, но он должен быть там», — добавил Коллинсон.

Со своей командой и ракетным экспериментом Коллинсон отправляется на самый северный полигон в мире, расположенный на Шпицбергене, норвежском архипелаге в Северном Ледовитом океане. Там его команда запустит свой эксперимент через северный магнитный полюс Земли.

«Нам пришлось изобрести совершенно новую технологию, чтобы сделать это на Земле, используя технику, которую мы впервые применили на Венере», — сказал Коллинсон.

Поднявшись в воздух, миссия «Эндьюранс» будет измерять количество электронов, покидающих атмосферу Земли, — часть постепенного процесса выхода из атмосферы, который происходит уже миллиарды лет. Эти электроны покидают Землю с определенной, предсказуемой скоростью, но они должны быть немного замедлены глобальным электрическим потенциалом Земли. Приборы Коллинсона попытаются измерить этот тонкий эффект замедления, чтобы выяснить, насколько он силен.

Если все пойдет по плану, это будут первые измерения глобального электрического потенциала Земли.

«Награда в случае успеха просто фантастическая, — сказал Коллинсон. «Потому что мы измерим это фундаментальное свойство Земли, которое напрямую связано с пониманием того, почему мы здесь».