Zemlja - 0 V

Zemlja je, med drugim izbrana zato, ker vsak tak "kovinski objekt" stoji na zemlji, tudi elektrarne in trafo postaje, pa daljnovodi pa .......
Zato so se dogovorili, da bo imela zemlja potencial 0V in bodo stvari merjene od te točke.

c23po je lepo razložil, predstavljaj si zemljo kot kabel nazaj do elektrarne...

Ena od metod za razumevanje konceptov je, da si pogledas izraze za isto stvar v drugih jezikih. Poglej v nemski slovar in ti bo bolj jasno. Prosim.

0V oz. zemlja je referenca in izhaja iz zaščite pred električnim udarom, saj večinoma ko/če se nenamenoma dotakneš vodnika stojiš na potencialu zemlje. Na ta način je lažje zagotoviti zaščito pred električnim udarom. Drugače če greš za štromarja v rudnik se boš srečal z IT sistemom, kjer so stvari "v luftu".

mirator je 6. dec 2024 ob 13:53:47 izjavil:

johnnyyy je 6. dec 2024 ob 13:35:12 izjavil:

0V oz. zemlja je referenca in izhaja iz zaščite pred električnim udarom, saj večinoma ko/če se nenamenoma dotakneš vodnika stojiš na potencialu zemlje. Na ta način je lažje zagotoviti zaščito pred električnim udarom. Drugače če greš za štromarja v rudnik se boš srečal z IT sistemom, kjer so stvari "v luftu".

IT sitem je od omrežja galvansko povsem ločen. Podobno kot ločilni tarnsformator, kjer se laho dotakneš enega ali drugega pola, pa se ne zgodi nič.

Seveda. Dotakneš se lahko, samo v primeru da bi imel drugi potencial nek "stik z zemljo", bi pa potem tekmovala, skozi koga teče manjši tok .

kow je 6. dec 2024 ob 14:00:18 izjavil:

Kaj pomeni kratica IT?

Sistemi ozemljitve se različno označujejo. Prva črka pomeni kako je to rešeno na trafo postaji (I - izolirano, T - terra - povezava z zemljo), druga in naslednje črke pa kako je izvedeno na sekundarni strani.

IT pomeni, da imaš nevtralno točko transformatorja izolirano, na drugi strani pa so naprave ozemljene. S takšnim sistemom lahko tekom delovanja meriš "izolativno upornost" in lahko ugotavljaš če je kakšna linija slaba (slaba izolacija proti zemlji) prav tako, če kakšna faza prebije proti zemlji ni panike in sistem še vedno dela in z meritvijo potenciala proti zemlji lahko ugotoviš katera faza je prebila.

Upam da sem bil kratek in enostaven

johnnyyy je 6. dec 2024 ob 13:57:57 izjavil:

Seveda. Dotakneš se lahko, samo v primeru da bi imel drugi potencial nek "stik z zemljo", bi pa potem tekmovala, skozi koga teče manjši tok .

Tole pa ne drži.
Lej, OP je zanimalo, zakaj ozemljitev ničle v TP za normalne inštalacije. IT sistem je izjema in pomeni, da je napajanje inštalacije iz transformatorja, kjer nula ni ozemljena. Tam pač veljajo drugačne varnostne zahteve za zaščito pred elektičnim udarom.

torej, če bi v teoriji meril potencialno razliko zemlje med krajem v evropi in krajem v ameriki, bi bila 0V?

denabiker je 6. dec 2024 ob 16:22:23 izjavil:

c23po je 6. dec 2024 ob 07:42:13 izjavil:

Zemljo moraš razumeti kot vodnik, do elektrarne recimo.

Zemlja je različna, lahko je suha, peščena, kamnita, če je slabo prevodna oziroma skoraj ni, kaj potem?

Se vedno je prevodna. Vec velikostnih razredov bolj kot zrak. In jo lahko tretiramo tudi kot slabo prevoden kabel z ogromnim presekom. Ce bos imel hiso v pesceni puscavi, bos globlje vkopal ozemljitev, da.

Nisi vzel 2 nakljucni tocki v Ameriki in Evropi, ampak tocko zraven energetskega sistema. Zakaj? Jaz sem Janezovo vprasanje razumel kot splosno vprasanje.

kow je 6. dec 2024 ob 19:56:56 izjavil:

Nisi vzel 2 nakljucni tocki v Ameriki in Evropi, ampak tocko zraven energetskega sistema. Zakaj? Jaz sem Janezovo vprasanje razumel kot splosno vprasanje.

Lahko zabiješ eno sondo ob nuklearki Krško in drugo pri neki nuklearki v Ameriki pa bo potencialna razlika nič.

Pač glavni point natančne "zemlje" je, da mora bit čimbližje potencialu človeškega telesa ki se dotika ohišja elektronskih naprav. In najboljša stvar za to doseč je zemlja čimbližje viru. Transformator se še šteje za dovolj blizu, določene hiše/bloki imajo svojo zemljo, to pač določi elektro na podlagi tega kako dobro ozemljitev ima že sam transforator. Torej nima veze da lovimo neko absolutno globalno 0V, ampak lovimo lokalnih 0V, torej da je enak potencial na človeku in zemlja na ohišjih elektronskih naprav.

Za samo delovanje elektronskih naprav (torej nula od vtičnic) to ni tok kritično 20V gor/dol pa bi preživele, tak da za samo delovanje elektronskih naprav ne bi sploh rabil tok dobre zemlje, sam neko približno. Ker pa gre za varnost pa rabimo dobrih 0V, no pa tudi za naprave ne škodi da je dobra nula in v praksi seveda nulo in zaščitno zemljo oboje skupaj vežemo na več mestih da je tudi nula čimbližje 0V.

Žal je pri elektriki tako, da smo tudi tisti, ki smo dali skozi celotno "konvencionalno" šolanje na to temo nekako navajeni (naučeni), da, pogosto ne da bi se tega zavedali, poenostavljamo in predpostavljamo bodisi idealne ali deloma idealne razmere, drugič pa spet ne, pač kakor nam ustreza da bi bil model funkcioniranja sveta, ki ga imamo v glavi, kar čim bolj preprost in matematika, ki je v ozadju tudi, Pomembno nam je da se vsaj približno sklada z dejanskimi pojavi. Seveda narava gre svojo pot in se na naše poenostavitve in predpostavke ne ozira. Zaradi takih predpostavk pa je pogosto kakšno sklepanje laikov in tudi strokovnjakov napačno.

OP je postavil zelo kratko in jasno vprašanje ("Razmišljal sem zakaj je ravno zemlja bila izbrana za referenco pri transformatorju."), a razlage, ki so se pojavile v tej temi, ne da so popolnoma napačne, so pa posledica tega kar sem napisal zgoraj. Skušal bom pojasniti za kaj gre oziroma vsaj zakaj sam mislim da gre. Žal pa bo za razumevanje potrebno malce razmišljanja, a upam, da ne preveč, predvsem pa ne preveč strokovnega in oddaljenjega od osnovošolskega znanja fizike. Bo pa vsega precej več kot zgolj nekaj enovrstičnic. :-) (Upam, da se bo tistim, ki se bodo prebili do konca zdel čas, ki ga bodo porabili za to ne čisto nekoristno izrabljen).

Najprej moramo definirati nekaj pojmov, da je lažje razumeti o čem se pogovarjamo. Prav nam bo prišel misleni eksperiment. Predpostavimo čisto idealne razmere v nekem drugem vesolju (v našem takih razmer ni nikjer). V tem vesolju se nahaja vir napetosti (recimo baterija) na to baterijo sta priključena dva superprevodna izolirana vodnika (torej imata upornost 0 ohmov). Po drugi strani je izolacija vodnikov in same baterije idealna tako da se skoznjo ne more prebiti noben elektron. Na koncu vsakega vodnika je nanj priključena kovinska idealno ravna plošča z izredno velikimi dimenzijami. Plošči sta med seboj vzporedni in razmaknjeni za natanko 3 m. V vesolju vlada absolutni vakuum. Med tema ploščama se bo pojavilo homogeno (v vsaki točki enako in enako usmerjeno) električno polje v smeri od plošče priključene na + pol (recimo ji plošča+) proti - polu (recimo ji plošča-). Ker je med ploščama absolutni vakuum (torej v njem ni nobenega delca -- torej tudi nobenega elektrona), med ploščami ne teče in ne more teči noben tok.

Recimo da med plošči postavimo merilnik jakosti električnega polja in ta pokaže električno poljsko jakost 1 V/m. Ker je polje homogeno in sta ti dve plošči edini izvor električnega polja v tem vesolju, lahko na osnovi te meritve in meritve razdalje (3 m) sklepamo da plošči nista na enakem električnem potencialu saj sta izvor električnega polja. Dejansko mora biti tista od katere polje izhaja na za 3 V višjem potencialu od one na - polu. To je vse kar lahko nedvoumno določimo -- razliko med potencialoma teh dveh plošč.

Sedaj med ti dve plošči postavimo še dve enaki kovinski plošči, ki pa ju ne priključimo nikamor. Postavimo ju 1 m vsaksebi in 1 m od obstoječih dveh plošč. Torej imamo ploščo na + polu, čez en meter prvo dodatno ploščo (recimo ji A), čez 1 meter drugo tako (recimo ji B) in čez en meter je postavljena plošča priključena na - pol. Ne pozabimo, da vmesni plošči nista priključeni nikamor in se nahajata skupaj z ostalim v absolutnem vakuumu. Električno polje se zaradi teh plošč ne bo spremenilo. Še vedno bomo kjerkoli v kateremkoli vmesnem prostoru izmerili 1 V/m. Ker se vmesni plošči (A in B) oddaljeni za 1 m lahko sklepamo, da je je plošča A na potencialu ki je 1V/m*1m=1V višji od potenciala plošče B. Vsak skok iz ene plošče na drugo predtavlja razliko 1 V.

Lahko bi rekli, da je *razlika potencialov* med ploščama plošča+ in plošča- 3 V (1V/m*3m=3V), med tem ko je med ploščama A in B *razlika potencialov* enaka 1 V (1V/m*1m=1V).

V takih razmerah bi se lahko popolnoma neobremenjeno odločili o tem potencial katere od štirih plošč vzememo kot referenco za vrednost absolutnga potenciala 0 V. Izbor je popolnoma arbitraren. Narava tovrstne reference ne pozna. Narava pozna zgolj električlno poljsko jakost. Če bi se odločili za ploščo-, bi plošča B imela absolutni potencial 0V(abosultno)+1V(razlike)=1V(absolutno), plošča A 0V(absolutno)+2V(razlike)=2V(absolutno) in plošča+ 0V+3V=3V). Če pa bi se odločili, da bo referenca plošča A, potem bi plošča- imela absolutni potencial 0V(absolutno)-2V(razlike)=-2V(absolutno), plošča B -1V in plošča+ +1V.

Vem, da bo verjetno to večini jasno in samoumevno, a nadaljujmo z eksperimentom. Zdaj postane šele zanimivo. :-)

V to vesolje dodamo običajni a zelo občutljiv voltmeter (takega kot ga večina pozna, a vseeno izredno občutljivega) in ga priključimo med ploščo+ in ploščo-. Pokazal bo 3 V. Kaj pa bo pokazal ta isti običajni voltmeter, ki bi ga priključili med plošči A in B? Tisti, ki sklepa, da bo v tem primeru pokazal 1 V se zelo moti. Pokazal bo 0 V. In enako bi pokazal, če bi ga priključili med katerikoli plošči razen v primeru kombinacije plošča+ in plošča-.

Razlog je v tem, da običajni voltmeter (ne glede na občutljivost) deluje na osnovi ohmovega zakona in je za indikacijo napetosti nujno potrebno da skozi njega teče lahko še tako majhen, a vendar, tok. V primeru priključitve voltmetra med ploščo+ in ploščo- bo skozi voltmeter stekel sicer zanemarljiv, a ne ničeln tok proti plošči-. V skladu z ohmovim zakonom lahko ob poznavanju notranje upornosti voltmetra (R) in na osnovi meritve toka skozenj (I) (da, običajni voltmetri dejansko merijo tok in ne napetosti, le skalo imajo umerjeno v voltih) po ohmovem zakonu izračunamo napetost (U=I*R). Pri katerikoli priključitvi razen v primeru plošča+ in plošča- pa se v tokokrogu, ki se zaključuje skozi baterijo nahaja vsaj 1 m absolutnega vakuuma, ki ima upornost neskončno in skozi njega ne more teče noben tok in torej tudi skozi voltmeter ne. Torej imamo primer ko lahko brez težav definiramo razlike potencialov ali absolutni potencial poljubne točke v sistemu, ne moremo pa *izmeriti* napetosti med točkami (vsaj z običajnim voltmetrom ne).

Naše vesolje je drugačno. Precej drugačno. Tudi v medgalaktičnem prostoru našega vesolja ni absolutnega vakuuma, kaj šele na Zemlji. Razmere na Zemlji so daleč, daleč stran od zgoraj opisanih. Ne bivamo v vakuumu, temveč nas obkroža zrak. Izolacije vodnikov ni idealna.

Da bi se približali tem razmeram sedaj to naše ločeno vesolje napolnimo z zrakom, izolacijo vodnikov pa nadomestimo z realno, ki se sicer zelo dobro upira prehodu elektronov, a tu in tam kateremu le uspe priti skoznjo.

Ponovimo meritve od prej. Rezultati bodo drugačni. V primeru kombinacije plošča+ in plošča- bo voltmeter pokazal 3V. Toda sedaj bo pokazal odčitek (1V) tudi recimo v primeru meritve med ploščama A in B. Govorimo o običajnem, a *zelo* občutljivem voltmetru. Razlog je v tem, da bo preko zraka tu in tam kakšen elektron le našel pot. Če si težko predstavljate, pa recimo, da ne govoriumo o 3V med priključenima ploščama, temveč recimo o 3MV (trije milijoni voltov). Ni bistveno. Bistveno je, da bo sedaj tok tekel, čeprav izredno majhen, a ne bo 0. Dejansko bo seveda v takih razmerah (na Zemlji) med plošča+ in plošča- tekel nek tok pa če imamo priključen voltmeter ali pač ne. Preprosto zato, ker zrak ni idealen izolator tako kot je absolutni vakuum.

Sedaj pa odstranimo naše plošče tako, da nam ostane zgolj baterija s svojima dvema poloma. Baterijo, ki vse skupaj poganja, smo izdelali tako, da bi preprečili, da bi se med njenim plus in minus polom tok zaključeval kar preko ohišja. Uporabili smo primerne izolacijske materiale (realne, take kot smo sposobni izdelati na Zemlji). Celotno baterijo smo izdelali precej simetrično -- okoli obeh polov je enaka količina izolacijskega materiala (ni nujno, da bi bilo temu tako, a v praksi je to običajno). Ker izolacija baterije in vodnikov ni idealna, elektroni, ki so se zaradi kemičnega procesa (govorimo o bateriji) skoncentrirali na - polu "iščejo" svojo pot proti pozitivnemu polu. Nekateri se prebijejo skozi (neidealno) izolacijo negativnega pola do zemlje na kateri leži ta baterija in od tam naprej "lezejo" proti pozitivnemu polu baterije. Žene jih električno polje med poloma baterije. "Napor", ki ga bodo morali vložiti za prebijanje od negativnega pola do zemlje je *zaradi simetričnosti izdelave baterije* enak "naporu", ki ga bodo morali vložiti za pot od zemlje do pozitivnega pola. Med poloma bo torej tekel izredno majhen a ne ničeln tok. Sedaj pa med negativni pol baterije in zemljo priključimo voltmeter. Ta bo izmeril "napor" (električno napetost=razliko potencialov) teh elektronov. Voltmeter bo v tem primeru pokazal, da razlika napetosti med zemljo in - polom 1,5 V (zemlja je 1,5 V višje). Če bomo priključili voltmeter med +polom in zemljo bo spet pokazal 1,5 V (Zemlja je 1,5 V nižje od + pola).

Potencial zemlje bo torej na sredini med potencialom pozitivnega in negativnega pola.

V primeru električnih generatorjev ali transformatorjev je stvar podobna. *Zaradi svoje simetrične gradnje in neidealnega sveta, ki nas obdaja* (večina električnih strojev je grajena zelo simetričnmo, čeprav to ni nujno, in tedaj so tudi posledice drugačne) izpade da, *čeprav niso z nobenim priključkom priključeni na zemljo*, so njihovi priključki na takšnem potencialu, da je potencial Zemlje v sredini. In to je mogoče izmeriti z običajnim a zelo občutljivim voltmetrom.

Do sem je fizika. Od tu naprej pa matematični model. Matematični model (orodja/formule, kakorkoli temu rečemo) je v primeru simetrije bistveno enostavnejši od nesimetričnega modela. Zato je bistveno bolj elegantno če referenčni potencial za obravnavo električnih pojavov definiramo tako, da so potenciali vseh priključkov vira (baterije ali električnega stroja) enako oddaljeni od reference (simetrični nanjo). Zaradi narave stvari, kar je bilo opisano zgoraj, pa je na tej točki tudi potencial Zemlje. Tako izpade da nam to kar nam ustreza za matematično modeliranje sovpada tudi s potencialom Zemlje.

Torej morda ni čisto prav, da rečemo, da je z 0 V definiran potencial Zemlje, temveč da nam za električne vire (za večino) na Zemlji ustreza (zaradi matematičnega modeliranja), da je referenčni potencial 0V v njihovem "težišču". Narava stvar pa je poskrbela, da je Zemlja tudi na tem potencialu že tedaj ko niti ni z vodnikom povezana s to točko.

Če povežemo torej "težišče" električnega stroja (zvezdišče v trifaznem sistemu) z Zemljo, ohranimo to začetno simetrijo. Če bi se odločili drugače in recimo povezali enega od faznih priključkov trifaznega sistema z zemljo (ja, tudi to lahko storimo), potenciali faznih priključkov električnega stroja proti Zemlji ne bi bili več simetrični. Tistega, ki bi ga povezali z Zemljo bi bil na istem potencialu kot Zemlja in torej zanj ne bi potrebovali nobenega izolacijskega materiala, da elektroni ne bi "uhajali" proti Zemlji, med tem ko bi morali pri drugih dveh ojačati izolacijo proti Zemlji, saj bi bila potencialna razlika teh priključkov proti Zemlji enaka medfazni napetosti. Kateri potencial bi v tem primeru vzeli kot referenčnega je naša prosta volja. S stališča enostavnosti matematičnega modeliranja električnega sistema bi bilo še vedno bolj smiselno, da je to še vedno zvezdišče in torej v tem primeru Zemlja ne bi bila (matematično) na potencialu 0 V. Seveda bi se lahko odločili tudi da je v tem primeru na potencialu 0 V Zemlja in torej ena izmed faz. V tem primeru bi bilo matematično orodje sicer bolj zapleteno, to pa je tudi vse.

Toliko o tem zakaj je (običajno) Zemlja na refernčnem potencialu 0V -- ni nujno, a je najbolj preprosto z matematičnega stališča, fizika in narava se s tem ne obremenjuje. :-)

Predpostavke da ima to zvezo z zaščito pred električnim udarom ali pa da je potencial zemlje na vsaki točki Zemlje (veliko in malo začetnico namenoma tako uporabljam) enak, pa ne držijo. Lahko tudi kaj o tem, a kdaj drugič, če bi koga zanimalo, je že sedaj pisanje strahovito dolgo.

Lonsarg, Absolutno se strinjam, da ni dobro (je celo lahko smrtno nevarno) da je ohišje naprave na 50 V višjem potencialu kot se nahaja človek, ki se nahaja na potencialu lokalne zemlje. Ampak to nima zveze s tem da ali potencial lokalne zemlje opredelimo kot absolutno 0 V ali pa recimo -123,160 kV. Če bi potencial lokalne zemlje opredelili kot -123,16 kV, bi bilo ohišje pač na -123,110 kV, nevarnost pa popolnoma enaka. Skušal sem pojasniti zakaj običajno opredelimo potencial Zemlje (ne nujno lokalne zemlje) kot absolutno 0 V, to je bilo vprašanje OP.

zm67

ali lahko po domače poenostavimo, da je nula pač vodnik proti elektrarni (ki ga postavi elektro), zemlja pa backup za varnost (in druge vrste vodnik proti elektrarni), pač oboje zaradi razlike v potencialih?

Drugo vprašanje: ali je kaka globlja razlaga izbire 3f, zakaj je 120 stopinj dovolj. Ok. 2F najbže ne bi špilali, 4f pa bi (za "trifazne" elekjtromotorje, brez nule). V bistu ja, zakaj ni standarno 4f, a ne bi bilo 90 st. bolje?

b

lp,

pri tem vprašanju sem mislil na opcijo brez ničelnega vodnika, kjer je med fazami v 3f 120 st. in dejansko dela na... saj ne vem, sem amater, na "val" faze, ki se še premika v eno smer in za njo prideta še dva vala... to na 1F ne more delati (najbrž bi bile oscilacije katastrofa). V glavnem, zakaj ne 4 f, brez nule.

zz

Sem zdaj komaj videl dodatno vprašanje. V bistvu je tako, da z imenom "faza" poimenujemo vodnike ali pa priključke v katerih se potencial spreminja glede na neko referenčno točko (pa smo spet tam :-)) z imenom "nula" pa imenujemo vodnik ali pa priključek ki ga jemljemo za referenco in zato zanjo določimo da je na potencialu aboslutno 0 V. V trifaznem sistemu imamo tri take fazne priključke in običajno izražen nevtralni (nula) priključek v primeru vezave v zvezdo. V trifaznem sistemu se lahko pogovarjamo tudi o razlikah potencialov med temi fazami (tedaj govorimo o medfazni napetosti) in nevtralnega (fizičnega) priključka sploh ne potrebujemo. Matematično nam pride še vedno prav, da s potencialom 0 V definiramo tisto "središčno" točko, čeprav do nje ni galvanske povezave. V tak trifazni sistem brez nule lahko priključimo tudi nesimetrična bremena. Težava takega sistema brez nule v povezavi z nesimetričnimi bremeni je da smo z ukinitvijo nevtralnega vodnika izgubili eno prostostno stopnjo in je zdaj potrebno zagotoviti da je vsota vseh faznih tokov enaka nič. Do tega bo prišlo samo po sebi, pač po naravi stvari a se bo to zgodilo na račun popačenja posameznih napetosti na strani bremena, česar si ne želimo.

Če pa govorimo o štirih fazah, potem mislimo (analogija od zgoraj) o štirih vodnikih ali priključkih v katerih se potencial spreminja glede na neko referenčno točko. In ta referenčna točka bo pač neka peta točka do katere definiramo potencial ostalih štirih faz. Najbolj elegantno je, da je simetrična nanje (zakaj sem pojasnil v onem romanu). To pa, podobno kot pri trifaznem sistemu ne pomeni, da mora biti fizično dosegljiva. Toda če ni, potem je spet ena prostotna stopnja manj in bo nesimetrično breme povzročilo popačenje napetosti.

Po domače: Z ukinitvijo nevtralnega vodnika izgubimo eno prostortno stopnjo saj je potrebno doseči da je vsota tokov po faznih vodnikih enaka nič. To se bo zgodilo samo po sebi, toda na račun popačenja napetosti. Tipečn praktični pojav za to je "prekjinitev nule" na strani distribucije na račun katere se smodijo predvsem elektronske naprave v gospodinjstvih.

johnnyyy je 6. dec 2024 ob 20:20:52 izjavil:

kow je 6. dec 2024 ob 19:56:56 izjavil:

Nisi vzel 2 nakljucni tocki v Ameriki in Evropi, ampak tocko zraven energetskega sistema. Zakaj? Jaz sem Janezovo vprasanje razumel kot splosno vprasanje.

Saj ni nujno da je direktno zraven, lahko je sistem "zraven" v razdalji nekaj 100km proč in lahko vpliva na tvoj potencial. Lako imaš na enem koncu nek nevihtni oblak in se bo nek potencial zemlje zvišal/znižal. Potem pa sonce sveti na eno stran zemlje in lahko pride do neke separacije elektronov, ki lokalno ni vidna, globalno pa je. Spet je vprašanje kaj naredi neka sončeva nevihta.

Bistvo je, da se na potencial zemlje globalno ne moreš kaj veliko zanašati.

Vem, da to ni debata glede OP vprasanja. (tnx zm67, za obsirno razlago).

Brez količinskosti, ni smiselno razpravljati. Za koliko lahko nevihtni oblak dvigne lokalni potencial palice zabite 1m v zemljo? 0.001V (zanemarljivo) ali 10V (nezanemarljivo).

To vse razumem.

Namigoval sem na to, da ce v zemljo (oz. konkretno "tocko" na povrsini) udari strela, bo povisan lokalni potencial hitro "razvodenel". Nekaj bi moralo neprenehoma dovajati energijo, da bi prepricilo "naravno teznjo" da se elektricni naboj razporedi (i.e. tok).

kow je 9. dec 2024 ob 16:23:15 izjavil:

Namigoval sem na to, da ce v zemljo (oz. konkretno "tocko" na povrsini) udari strela, bo povisan lokalni potencial hitro "razvodenel". Nekaj bi moralo neprenehoma dovajati energijo, da bi prepricilo "naravno teznjo" da se elektricni naboj razporedi (i.e. tok).

Udar strele je zelo nepredvidljiv pojav. V trenutku udara pride do razelektritve in s tem s premikanjem električnega naboja kar imenujemo električni tok (namreč količino naboja v času). S statistično analizo so ugotovili, da bo bo ob prvem udaru strele jakost toka v cca 99% primerih pod vrednostjo 200 kA. Pod vrednostjo 100 kA pa v 97% vseh udarov. Po drugi strani pa bo 84 % primerov udar povzročil tok vsaj 16 kA in v 99% primerih tok višji od 3 kA.

Ko nekje udari strele, se torej lahko zgodi karkoli. Lahko je tok tudi višji od 200 kA ali nižji od 3 kA. Pri udaru strele gre lahko za več in/ali različne pojave saj prvemu udaru strele pogoste sledi naslednji, po jakosti manjši, po času pa krajši. Da ne gremo preveč v podrobnosti, čredpostavimo torej nekaj srednjega -- udar strele, ki povzroči razelektritev s tokom konične vrednosti 50 kA. Ob prvem udaru (najobičajnejše) strele traja prehodni pojav med 300 in 400 mikro sekundami. Pri tem prvih cca 10 mikro sekund tok narašča iz 0 do konične vrednosti (50 kA v našem primeru), nato pa se naslednjih recimo 350 mikro sekund zmanjšuje proti vrednosti 0. Lahko rečemo, da je v slabi polovici milisekunde (500 mikro sekund) vsega konec.

Torej "razvodenitev" je zaključena v 500 mikro sekundah. Hitro, ne? Toda v tem času pa je pojav skozi oči nekoga, ki se ukvarja z "običajnimi električnimi instalacijami" skoraj nepredstavljiv.

Recimo da pride do razelektritve v neko palico zapičeno v zemljo. Po tej palici bo v zemljo stekel tok, ki bo v našem primeru dosegel vrednost 50 kA (torej približno 2000 krat višji tok kot je tok običajne hišne varovalke). Tok se bo zaključeval skozi zemljo. Od točke udara se bo širil na vse strani po površini in tudi v globino (lahko si predstavljaš polovico sfere po kateri se širi ta tok od mesta udara). Ker zemlja nima upornosti nič, se bo pri prehajanju skozi prst ustvarila potencialna razlika, podobno kot se ustvari padec napetosti na dovodnem vodniku električne instalacije. Da bi lahko opredelili to potencialno razliko med točko udara strele in neko neskočno oddaljeno točko na Zemlji, kjer bi se razelektritev zaključila, smo elektrotehniki opredelili količino "ponikalna upornost". Ta je odvisna od karakteristik prsti oziroma tal. Pogosto pa materi zemlji pomagamo z gradnjo ozemljila (recimo prav za potrebe strelovoda ali zaščite pred električnim udarom). V zelo dobro ozemljenih transformatorkih postajah visoke napetosti znaša ponikalna upornost okoli 0,1 ohma, pri nekaterih stanovanjskih objektih pa tudi 10 ohmov ne bo previsoka vrednost.

Če torej pomožimo (ohmov zakon U=I*R) pričakovani tok 50 kA s ponikalno upornostjo recimo 1 ohm (v večini stanovanjskih stavb je več kot to), znese razlika potenciala med točko kjer je udarila strela in neskočno oddaljeno zemljo 50000 V (ja, spet bistveno več od 0,001 V ali 10 V) :-)

A spet smo tam. Ta številka je sicer fascinantna, a za življenje (in preživetje) na Zemlji sploh ni pomembna. Pomembno je to, da se bo od točke, kjer je palica zapičena v zemljo radialno zniževal potencial. Zaradi geometrije pojava (imamo na voljo tudi globino -- polovico sfere) izpade tako, da se bo potencial z razdaljo najprej hitreje zniževal, kasneje pa vedno počasneje. Če bi torej med potekom tega kratkega pojava imeli v zemljo v radialni smeri zapičeni dve elektrodi voltmetra, bi le-ta pokazal neko razliko potenciala. Ta bi bila odvisna od bližine elektrod palici in medsebojne oddaljenosti med elektrodama. Izpade torej tako, da za preživetje ni merodajen potencial, temveč hitrost njegovega spreminjanja z razdaljo.

Problem nastane, kadar se na takem mestu namesto voltmetra znajde človek, ki recimo hodi v smeri ali od palice, ali pa živina, ki se pase. Ena izmed nog v tem primeru predstavlja eno, druga pa drugo elektrodo. Če bo napetost v času teh 500 mikro sekund med nogama višja od tiste, ki jo to živo bitje (človek, žival) še prenese v takem času (to ni 50 V, saj gre zgolj za 500 mikro sekund in tak kratek čas človeško telo zdrži višjo napetost), se mu ne piše nič dobrega. Ker je torej merodajna "hitrost" (gradient) spreminjnja potenciala, bo tisti, ki s telesdom premošča tako razdaljo bolj ogrožen, kot v primeru, da je "hitrost" spreminjanja manjša. To je razlog, da so mimoidoči (in mimopaseče živali) v bližini točke udara strele bistveno bolj ogroženi (tam se potencial "hitreje" spreminja) kot, če bi bili oddaljeni bolj. Toda spet. Nekdo, ki bo stal na eni nogi bližje udaru strele bo morda preživel, drug, ki pa se bo sprehajal 50 metrov stran in ga bo udar ujel ravno med korakom, bo lahko podlegel saj bo objel višjo razliko potenciala na račun večje razdalje od onega, kjer je sicer sprememba z razdaljo večja, a je razdalja bistveno krajša.

To je razlog zakaj je splošno priporočilo če te ujame nevihta recimo v gorah ali nekje na prostem -- počepni in povleci noge k telesu-- da bi bila med stikom delov telesa z zemljo čim manjša razlika potencialov.
--

DamijanD je 9. dec 2024 ob 18:57:37 izjavil:

sonožni poskoki pridejo prav v taki situaciji

Ali pa da hitro tečeš, kjer je vedno ena noga v zraku .

Sicer iz električnega vidika, je to precej "zanimiv" pojav. Zanimiv iz tega vidika, da ko je govora o zemlji oz. njenem potencialu ti bo 3/4 štromarjev govorilo, kako je to 0V in kako zemljinega potenciala ne boš pramaknil. A ko udari strela v drevo, pa jo skupi krava, ki je 100m stran, ker je bila z ritjo ali glavo obrnjena proti drevesu, kar pomeni, da je bila tam na tistih 2m "mednožne razdalje" nekaj 100 oz. kV napetosti.

In ko gledaš celotno Zemljo kot planet se je potrebno zavedati, da gre za nek sorazmerno ne najbolj prevoden objekt ki ni homogen, sestavljen je iz različnih materialov. In da lahko notranje zemeljsko dogajanje spremeni potenciale, prav tako lahko sonce vpliva na potencial, kot tudi vreme. Na koncu stvar izgleda kot morje, kjer je naša referenca da je 0mnv višina morja, a v praksi vidiš da se gladina morja spreminja zaradi valovanja vsako sekundo/minuto, da je v enem delu dneva večja kot v drugem in ko pride luna je to še precej bolj izrazito.

Če bi zemljo definirali kot -125 voltov je to isto kot da bi definirali 0 cm kot -125 cm in bi računali od tu dalje. V teoriji lahko, strašnega smisla pa to ne bi imelo. Potem lahko za vsako stvar rečemo, da je količina 0 arbitrarno določena. Pa v resnici ni. Če imamo zemljo in nek predmet iz plastike in je med njima napetost (dovolj blizu) 0, bi samo velik čudak enemu in drugemu pripisal 125 V.

Če ti meriš napetost med dvema žicama, je napetost tolk kot je, takrat ti nič ne pomeni kolk je napetost proti zemlji. Ampak če meriš nekaj proti zemlji, je pa jasno kje je nula.

Hvala zm67 za znanstveno razlago ter mirator in janez za inženirsko. Mene ne moti, če kdo sprašuje o IT ozemljitvenih sistemih četudi to ni bilo moje vprašanje.

Kar je mene zanimalo je zakaj ne moreš dvigniti električnega potenciala zemlji, če pa napaka na porabniku (kjer ohišje ni ozemljeno) lahko dvigne ohišje na 230 V.
Kot sem ugotovil je to napačno vprašanje. Mi smo se dogovorili da je zemlja na potencialu 0 V, pa četudi celoten pozitiven/negativen električni naboj tega vesolja stlačimo v zemljo bo še vedno po dogovoru 0 V. Od nekje je treba merit.

Napačna je predpostavka da je vedno in povsod celotna zemlja na Zemlji na enakem potencialu. In seveda potem tudi da je Zemlja na potencialu absolutno (kot referenca 0) -- le kako naj bo, če pa imajo posamezni predeli zemlje pogosto (v prostoru in času) različen potencial.

Vse ostalo je odvisno od velikosti prostora v katerem se pogovarjamo. Če se pogovarjamo o hišni instalaciji v TT sistemu (in nas nič izven hiše ne zanima), lahko predpostavimo da je naše lokalno ozemljilo na potencialu 0 V in se pogovarjajmo o razmerah v hiši. V tem primeru je bolje da potenciala na katerem je zvedišče transformatorja sploh ne omenjamo, vsekakor pa ni smiselno še posebej pa ne zdravo trditi, da je v vsakem primeru tudi zvezdišče transformatorja na potencialu 0 V).

V TT sistemu ob okvari izolacije faznega vodnika na porabniku steče preko ohišja tega porabnika, zaščitnega vodnika in lokalnega ozemljila tok v zemljo in se zaključi na drugem koncu (Zemlje) skozi ozemljilo transformatorja na zvezdišču. Če bi bila v tem primeru zemlja pri hiši na istih 0 V kot je (recimo) na 0 V ozemljilo transformatorja, potem po zemlji v tem primeru tok ne bi mogel teči in FID v instalaciji ne bi zaznal nobene diference toka saj se skozi zemljo ne bi tekel noben tok in ne bi izklopil. Kot vemo iz izkušenj, se to ne zgodi. Torej je okvara na porabniku spremenila lokalni potencial zemlje. V bistvu ga je dvignila proti potencialu pri transformatorju za skoraj 230 V in hkrati tudi tebe ter tvojo celotno hišo. Seveda lahko še vedno trdiš da je tvoja hiša in štedilnik v njej in ti ob njem na potencialu 0 V (ampak potem pač ozemljilo transformatorja ni več na 0 V in je bolje o tem biti tiho kot pa trditi da je tam tudi 0V)

Tisti trenutek, ko se ukvarjaš s tematiko, ki obsega tudi pretok elektronov skozi zemljo (po domače električni tok skozi zemljo -- prst) ne smeš več predpostaviti, da je potencial zemlje na Zemlji povsod 0. Če to predpostaviš, potem po definiciji po zemlji ne teče noben tok (saj ta lahko teče zgolj med točkami z različnim potencialom) in zapadeš v paradoks ker problem s katerim se ukvarjaš ali se želiš ukvarjati pred tvojimi očmi izgine.

Žal (ali pa na srečo, kakor vzameš) je večina elektrotehničnih problemov in še več elektrotehnikov in "elektrotehnikov", ki se ukvarjajo izključno s tematiko pri katerih električni tok teče zgolj in samo "kontrolirano" po vodnikih, ki so jih za to namenili, zato se zlahka pridobi zavajajoč občutek da je to celoten svet. V bistvu je (kot je napisal Zvezdica27) zemlja zgolj še en vodnik z eno podobno lastnostjo kot večina klasičnih vodnikov (napreč da ima upornost večjo od 0 ohm), in dvema lastnostima, ki ju težko dojemamo -- da se lahko sprehajamo po njem in da fizično ne gre za izredno dolg valjast kos kovine ovite z izolacijo.