当前课程知识点:电磁场工程应用 > 第2章 恒定电场 > 2.10奶牛被严重击伤,人却安全无恙?--跨步电压 > 奶牛遭雷击人却安全
同学们好
首先我们来看一则报道
2006年的某一天某个村的奶牛场被雷击
奶牛被严重的击伤
这一张图片就是遭雷击以后的牛
那么请大家想为什么牛和人在一起
人可以安全无恙
而牛会被严重击伤呢
这就是今天我们要学习的内容
跨步电压
那么什么是跨步电压呢
请大家看图中的建筑物的屋顶上有一个避雷装置
建筑物的旁边的绿颜色代表着建筑物旁边的大地
在这个建筑物的附近有接地体
图中的黄颜色就代表着浅蓝的半球形的接地器
在雷雨交加的天气
天空中肯定有云一定会伴随着闪电
那么
假设此时有这样一个人
从远处慢慢地靠近接地体
请大家看
首先他在这个位置慢慢地往前走
继续走在继续走
当他走到接地体的附近的时候
他可能就面临着危险
假设此时人离接地体的距离射程L
设他两腿之间的距离为B的话
因此B就代表
他往前跨一步所经过的距离
因为雷电流会通过这个接地体向周围进行辐射
所以地面就变成非等势体
也就是说
在人的两腿之间就会有一个电压
因此这个电压就叫跨步电压
我们把这一个浅蓝的半球形的接地器单独出来
当有一个雷电流
沿着接地体的影像线往下面传的时候
这个雷电流会向周围进行辐射
因此这里的蓝颜色的线就代表着
雷电流的电流线
设人站在这一个位置
两腿之间的距离为B
因此这两腿之间的电压U就叫跨步电压
下面我们就来计算跨步电压
依然以刚才的浅蓝的半球形接地器为例
建立这样的一个坐标系
也就是
设这个为X轴的正方向,设人和接地体的距离为L
也就是图中红颜色的粗箭头所示的为L
两腿之间的距离为B
设两腿之间的电压为U的话
很显然雷电流是通过这一个半球形的接地器向周围进行传播
因此假设雷电流为I的话
它的电流密度J就等于电流I除以半球的面积
所以这里的X代表雷电流的线流半径
因此电场强度E就可以求得了
所以电压U等于E的线积分
因为我们要求的是人的两腿之间的距离
而人的两腿隔远点的距离分别为L-B和L
因此他的积分就从L-B积到L
积完以后是这样一个表达式
也就是这个表达式
它会约等于
这样一个表达式
假设人体的安全电压为U0
一般情况下U0会小于等于40V
因此我们可以求得一个临界的L值
很显然源和接地体之间的距离L越大就越好
当L小到一定的程度的时候
人就会危险
哪一的时候是一个临界区呢
L0就是一个临界值
因此L0称之为危险区的半径
换一句话说人和接地体之间的距离不能小于L0
跨步电压之所以存在
是因为有接地电阻的存在
而从我们刚才得到的跨步电压的表达式
要减小跨步电压
有几种方法
第一,可以减小I
但是在遭雷击的时候
这个I是不能人为减少的
所以我们可以采取其他的两种方法
第一减小B,第二增大L
从图中来看
减小B实际上是减少两腿之间的距离
而增大L
实际上就是增大人和接地体之间的距离
换一句话说要减少跨步电压
我们就要把两个腿并得越拢就越好
然后离接地体的距离越大就越好
下面回到课前的问题
为什么奶牛和人同在一起
奶牛被严重灼伤
但是人却没事
我们知道
奶牛的前后腿之间的距离比人的两腿之间的距离要大
而人和牛在一起
所以位于同一个场中
因此奶牛的跨步电压比人地跨步电压就要大得多
所以奶牛遭了雷击
人因为跨步电压比较小
所以没有遭雷击
实际上危及生命的往往不是电压
而是流过的电流
从图中可以清晰的看出雷电流流过奶牛两腿之间的电流的情景
在工频情况下
当流过人体的电流超过三十毫安的时候
就会有生命危险
因此在电力系统的接地体的附近
请大家特别注意危险区
特别是在高压线的周围
这个时候往往会有一个危险区的标志
所以将发生雷击的时候
为了避免跨步电压的影响
请大家注意这么几点
第一
不要在高大的建筑物或大树下面避雨
也不能拿大金属把的雨伞
切不可停留在建筑物的屋顶上
第二
不能倚靠建筑物的外墙不能靠近
更不能接触金属水管
或金属的门窗或其他的带电设备
第三,万一已经面临了危险区
此时请大家不要采取站立
或许下爬的姿势而应该是双脚并拢
并且尽量压低自身的高度
采取单脚跳离或双脚并拢
以蛙跳的方式远离接地体
-0.1 场与路
--场与路
--场与路
-0.2 矢量的基本运算
--矢量的基本运算
--矢量的基本运算
-0.3 场的直观表示--场线
--场的直观表示
--场的直观表示
-0.4 标量场的方向导数和梯度
-0.5.1 矢量场的通量和散度
-0.5.2 矢量场的环量和旋度
-0.6 散度和旋度
--散度和旋度
--散度和旋度
-0.7 亥姆霍兹定理
--亥姆霍兹定理
--赫姆霍兹定理
-第0章 场的概念--第0章习题
-1.1静电场的源
--静电场的源
--静电场的源
-1.2电场强度
--电场强度
--电场强度
-1.3电位
--电位
--电位
-1.4电偶极子
--电偶极子
--电偶极子
-1.5静电场中的导体和电介质
-1.6高斯定理
--高斯定理
--高斯定理
-1.7静电场的基本方程
--静电场的基本方程
--静电场的基本方程
-1.8静电场分界面的衔接条件
-1.9静电场的边值问题及求解
-1.10镜像法
--镜像法
--镜像法
-1.11电轴法
--电轴法
--电轴法
-1.12地球的电容-电容及求解
-1.13静电力与静电能量
--静电力与静电能量
--静电力与静电能量
-1.14高电压技术中的电场问题
-第1章 静电场--第1章习题
-2.1鱼塘大量死鱼之谜-电流及电流密度
-2.2三大定律
--三大定律
--三大定律
-2.3电源电动势和局外场强
-2.4恒定电场的基本方程和边界条件
-2.5电流为什么弯曲?--恒定电场边界条件的应用
-2.6恒定电场的边值问题
-2.7恒定电场与静电场的比拟
-2.8恒定电场的工程应用:电导和部分电导
-2.9别墅起火之谜--绝缘电阻
-2.10奶牛被严重击伤,人却安全无恙?--跨步电压
-第2章 恒定电场--第2章习题
-3.1磁感应强度
--磁感应强度
--磁感应强度
-3.2磁场中的物质--磁化
-3.3安培环路定理
--安培环路定理
--安培环路定理
-3.4恒定磁场基本方程及分界面的衔接条件
-3.5.1矢量磁位及其边值问题
-3.5.2标量磁位及其边值问题
-3.6恒定磁场中的镜像法
-3.7.1自感和互感的概念
-3.7.2自感和互感的计算
-3.8恒定磁场的能量
--恒定磁场的能量
--恒定磁场的能量
-3.9.2虚位移法
--磁场力-虚位移法
--磁场力-虚位移法
-3.9.3法拉第观点
-3.10磁路
--磁路
--磁路
-第3章 恒定磁场--第3章习题
-4.1电磁感应定律
--电磁感应定律
--电磁感应定律
-4.2感应电场
--感应电场
-4.3全电流定律
--全电流定律
-4.4麦克斯韦方程组
--麦克斯韦方程
-4.5.1坡印廷定律和坡印廷矢量
-4.5.2坡印廷定理的应用
-4.6.1 动态位的引入
--动态位的引入
-4.6.2 动态位的积分解
--动态位的积分解
-4.7.1时谐电磁场及其复数表示
-4.7.2麦克斯韦方程的复数形式
-4.7.3复介电常数
-4.7.4坡印廷定理的复数形式
-4.7.5时谐场的坡印廷矢量
-4.7.6时变场计算实例
--时变场计算实例
--时变场计算实例
-第4章 时变电磁场--第4章习题
-5.1 均匀平面电磁波的概念
-5.2.1 无界理想介质中平面波的方程
-5.2.2 无界理想介质中的平面波传播特性
-5.3.1导电媒质中均匀平面波的方程
-5.3.2导电媒质中均匀平面波的传播特性
-5.3.3 4G手机能否用于煤矿的井上下通信?
--4G手机
-5.3.4潜艇通信困难?
--海水潜艇通信困难
-5.3.5良导体和良介质中均匀平面波的传播特性
-5.3.6趋肤效应
--趋肤效应
--趋肤效应
-5.3.7趋肤效应的工程应用2例
-5.4.1 电磁波的极化
--电磁波的极化
--电磁波的极化
-5.4.2 圆极化的旋向判断
--圆极化的旋向判断
--极化旋向判断
-5.4.3 极化的工程应用举例—立体电影
-第5章 均匀平面电磁波--第5章习题
-6.1.1平面电磁波对一般导电媒质的垂直入射
-6.1.2均匀电磁波对理想导体平面的垂直入射
-6.1.3均匀平面波对理想介质分界面的垂直入射
-6.1.4易拉罐增强WiFi信号?
--易拉罐增强WiFi信号?--理想导体平面对电磁波的全反射
--易拉罐增强WiFi信号?--理想导体平面对电磁波的全反射
-6.2.1平面波在理想介质分界面上的斜入射
-6.2.2雷达测距和雷达低空盲区
-6.2.3光纤的传输原理—电磁波在理想介质表面的全反射
-6.2.4电磁波在理想介质表面的全透射
-第6章 平面电磁波的反射和透射--第6章习题