Gutman Schaye

Electrical Engineer 
גוטמן שי

מהנדס חשמל
http://www.sgutman.com/

 
ברירת-מחדל  |  English  |  
Oare campul electric in casa noastra este o fictiune?
Februarie 2014
Si daca este, atunci ce masoara  "Analizatorul de camp electric"? Raspuns la intrebarile de mai sus se trateaza in prezentul articol.
Pentru a raspunde la intrebarile de mai sus si pentru a capata o explicatie actualizata a fenomenului am realizat cateva experiente speciale cu masuratori. Experientele sunt descrise in continuare cu urmatoarele titluri:       "Fir subtire de bumbac si campul electric","Adaptorul de curent", "Proportionalitate", "1/X sau 1/X2",  " Curenti de scurgere in exteriorul casei".

Fir subtire de bumbac si campul electric.
Un fir subtire  de bumbac este conectat intre o sursa de camp electric  si o cutie de plastic umpluta cu apa. Firul este taiat la mijloc si legat in serie cu un adaptor de curent care masoara nanoA. Da. nanoA (10-9 A)
Figurile. 1, 2 si 3 ilustreaza  schema de conexiuni cand sursa de camp electric este un condensator de 20 micro farad conectat la tensiunea de 230 V 50 Hz. Al doilea pol al condensatorului este izolat.

 
 
Fig. 1. Masuratori: Camp electric si curent de scurgere.
F= decuplat

Fig. 2. Masuratori: Camp electric si curent de scurgere.
F=cuplat; L=230V; Fir de bumbac uscat.

Fig. 3. Masuratori: Camp electric si curent de scurgere.
F=cuplat; L=230V; Fir de bumbac umed.

Figurile 4, 5 si 6 ilustreaza schema de conexiuni cand sursa de camp electric este un conductor de cupru cu izolatie PVC (10m; 0.5mm2) conectat la tensiunea de 230 V 50 Hz. Al doilea pol al conductorului este izolat.
 
Fig. 4. Masuratori: Camp electric si curent de scurgere.
F= decuplat

Fig. 5. Masuratori: Camp electric si curent de scurgere.
F=cuplat; L=230V; Fir de bumbac uscat.

Fig. 6. Masuratori: Camp electric si curent de scurgere.
F=cuplat; L=230V; Fir de bumbac umed.

Figurile 7 pana la 11 exemplifica masuratorile  de campuri electrice si curenti de scurgere cand sursa de camp electric este o capacitate de 20 micro farad.
Figurile 12 pana la 16 exemplifica masuratorile  de campuri electrice si curenti de scurgere cand sursa de camp electric este un conductor de cupru cu izolatie PVC (10m; 0.5mm2).
Masuratorile se executa in 5 moduri de conexiune:
  • F=Decuplat
  • F=Cuplat; L=230V; Fir bumbac uscat.
  • F=Cuplat; L=230V; Fir bumbac umed.
  • F=Cuplat; L=230V; Fir bumbac umed; Cutia de plastic umpluta cu apa conectata la pamant.
  • Dupa 30 de minute. F=Cuplat; L=230V; Fir bumbac uscat.
Fig. 7. Masuratori: Camp electric si curent de scurgere.
F= decuplat
 
Fig. 8. Masuratori: Camp electric si curent de scurgere.
F=cuplat; L=230V; Fir de bumbac uscat.

Fig. 9 Masuratori: Camp electric si curent de scurgere.
F=cuplat; L=230V; Fir de bumbac umed.
 
Fig.10. Masuratori: Camp electric si curent de scurgere.
F=cuplat; L=230V; Fir de bumbac umed. Cutia cu apa conectata la pamant
 
Fig.11. Masuratori: Camp electric si curent de scurgere.
Dupa 30 minute.  F=cuplat; L=230V; Fir de bumbac uscat.

Fig.12 Masuratori: Camp electric si curent de scurgere.
F= decuplat
 
Fig.13. Masuratori: Camp electric si curent de scurgere.
F=cuplat; L=230V; Fir de bumbac uscat.

Fig.14. Masuratori: Camp electric si curent de scurgere.
F=cuplat; L=230V; Fir de bumbac umed.

Fig.15. Masuratori: Camp electric si curent de scurgere.
F=cuplat; L=230V; Fir de bumbac umed. Cutia cu apa conectata la pamant

Fig.16. . Masuratori: Camp electric si curent de scurgere.
Dupa 30 minute.  F=cuplat; L=230V; Fir de bumbac uscat.
 
Masuratorile campurilor electrice si curentilor de scurgere  care apar in figurile 7-16 sunt concentrate in tabelele I si II.
Sursa
Capacitate de 20 Micro F
Camp electric
E1
Curent de scurgere
I
Camp electric
E2
V/m Nano (10-9) A V/m
F=Decuplat 16 0.000 8
F=Cuplat; Fir uscat 13685 19 420
F=Cuplat; Fir umed 13473 1365 11595
F=Cuplat; Fir umed;
Cutia cu apa conectata
la pamant
 
13533
 
11580
 
13
F=Cuplat; Dupa 30 minute 13724 19 426
Tabela Masuratori  de campuri electrice si curenti de scurgere
Sursa de camp electric o capacitate de  20 Micro F
 
Sursa
Conductor  cupru
Izolatie  PVC
10m; 0.5 mm2
Camp electric
E1
Curent de scurgere
I
Camp electric
E2
V/m Nano (10-9) A V/m
F=Decuplat 16 0.000 8
F=Cuplat; Fir uscat 12635 15 367
F=Cuplat; Fir umed 11783 1143 9965
F=Cuplat; Fir umed;
Cutia cu apa conectata
la pamant
 
10526
 
7550
 
5
F=Cuplat; Dupa 30 minute 12143 15 366
Tabela II  Masuratori  de campuri electrice si curenti de scurgere
Sursa de camp electric conductor cupru izolat. 10m ; 0.5mm2

Valorile din tabelele  I si II scot in evidenta cateva realitati foarte importante:
  • Dela sursa de camp electric a unei capacitati de 20 micro farad este suficient un curent de 1365 nanoA (1,365 micro A) prin firul de bumbac umed si cutia de plastic umpluta cu apa devine ea insasi sursa de curenti de scurgere.
  • Dela sursa de camp electric a unui conductor de cupru cu izolatie PVC (10m; 0,5mm2) este suficient un curent de 1143 nanoA (1,143 micro A) prin firul de bumbac umed si cutia de plastic umpluta cu apa devine ea insasi sursa de curenti de scurgere.
  • Cand cutia de plastic umpluta cu apa est conectata la pamant  curentii de scurgere cresc ( 11580 nanoA pentru capcitate 20 micro farad  si  respectiv  7660 pentru conductor de cupru) iar campul electric in exteriorul cutiei de plastic descreste la minimum.
  • Fenomen similar  are loc la toate aparatele electrice din casa noastra cuplate la retea prin cablu cu trei conductoare(L; N; PE)-masini de spalat ,frigidere, climatizoare, calculatoare etc. Conductorul de protectie (PE) descarca curentul de scurgere la pamant si campul electric in exteriorul aparatelor electrice descreste la minimum. In casele unde legatura conductorului de protectie este intrerupta toate aparatele electrice enumerate mai sus devin ele insile surse de curenti de scurgere.
  • In lumea vegetala (copaci. arbusti, straturi de flori etc) milioane de cellule microscopice (Cambiul si Alburnul) descarca curentii de scurgere la pamant. Cambiul - tesut generator format dintr-un singur rand de cellule situate intre coaja si lemn. Alburnul- totalitatea straturilor tinere situate tntre coaja si inima unui copac, prin care trec apa si sarurile minerale. Aceasta explica dece  copacii si arbustii micsoreaza campul electric in exteriorul casei.
Adaptorul de curent
Este simplu, este ieftin si permite masurare curentilor de scurgere in casa si in exterior. Specificatia tehnica este data in tabela III

 
 
 
Adaptor de curent
pentru masuratori
de curenti cu precizie de nanoA
 
Specificatie tehnica:
Format Rotund
Conductor Cupru emailat
Diametru 0,3-:- 0,4 mm
Nr. de spire 1000
Diametru interior 60-:- 80 mm
Tabela III Adaptor de curent

Prin folosirea  conductorelor de cupru cu diametrul 0,2—0,08mm se pot executa adaptoare  cu 10000 sau chiar 100000 de spire. Vom putea masura 0, 1 nanoA  sau chiar 0,01 nanoA . Ramane problema preciziei datorita cresterii rezistentei ohmice a adaptorului
Proportionalitate
Oare exista proportionalitate intre valorile masurate ale campului electric si valorile masurate ale curentului de scurgere? In alte cuvinte, este suficient sa masuram campul electric ca sa apreciem curentul de scurgere?
Raspuns la aceasta intrebare se demonstreaza in calculele din tabelul IV  bazate pe masuratorile din figurile 19, 20 si 21.
Fig. 17. Masuratori de campuri electrice pentru surse diferite


 
Fig. 18. Masuratori de curenti de scurgere pentru surse diferite

Fig. 19. Masuratori de tensiuni de scurgere  pentru surse diferite
 
 
Sursa de curent
de scurgere
Camp electric Curent de scurgere Tensiune de scurgere
E I1 I2 Precizie V
V/m n A Micro A % Volt
Capacitate
20 Micro F
13283 72600 72 +0.83 219.1
Capacitate
 5  Micro F
13199 16850 17 -0.88 134.9
Conductor cupru izolat
10m; 0.5 mm2
13072 14430 15 -3.8 116.1
 
Proportionalitate
 
13283-13072=211
211/13072x100=
1.61%
  72-15=57
57/15x100=

380%
  219.1-116.1=103
103/116.1x100=

88.7%
Tabela IV Masuratori: campuri electrice, curenti si tensiuni de scurgere.
 Surse: C-20 Micro F; C-5 Micro F; Conductor cupru izolat 10m; 0.5mm2

Neechivoc , nu exista proportionalitate intre valorile masurate ale campurilor electrice si valorile masurate ale curentilor de scurgere in domeniul  13072 –13283 V/m.
1/X or 1/X2
Care este dependenta functionala dintree valorile campului electric, valorile curentului de scurgere si valorile tensiunii de scurgere  in functie de distanta fata ce sursa?. Pentru a obtine un raspuns corect am folosit doua standuri experimentale pentru masuratori .Standurile sunt descrise in continuare si titlurile sunt: "Stand 1" si "Stand 2".
Stand 1
Figurile  20 si 21 ilustreaza  schema de masuratori  cand sursa de current de scurgere este o folie de aluminiu conectata la  230V 50 Hz.
Figurile 22--24 ilustreaza masuratorile de campuri electrice intre 2 folii de aluminiu cand distanta dintre ele variaza intre 0.5m to 0.025m.
Figs 25--27 ilustreaza masuratorile de curenti de scurgere intre 2 folii de aluminiu cand distanta dintre ele variaza intre 0.5m to 0.025m.
Figs 28--30 ilustreaza masuratorile de tensiuni de scurgere intre 2 folii de aluminiu cand distanta dintre ele variaza intre 0.5m to 0.025m.

 
Fig. 20. Stand 1 Doua folii de aluminiu. Schema de masuratori

Fig. 21. Stand 1 Doua folii de aluminiu.

Fig. 22. Stand 1
Masuratori campuri electrice
d=0,5 pana la 0,25m  X=1 pana la 0,5
 
Fig. 23. Stand 1
Masuratori campuri electrice
d=0,225 pana la 0,1m  X=0,45 pana la 0.2

Fig. 24. Stand 1
Masuratori campuri electrice
d=0,075 pana la 0,05m  X=0,15 pana la 0,05

Fig. 25. Stand 1
Masuratori curenti de scurgere
d=0,5 pana la 0,25m  X=1 pana la 0,5

Fig. 26. Stand 1
Masuratori curenti de scurgere
d=0,225 pana la 0,1m  X=0,45 pana la 0,2

Fig. 27. Stand 1
Masuratori curenti de scurgere
d=0,075 pana la 0,05m  X=0,15 pana la 0,05

Fig. 28. Stand 1
Masuratori tensiuni de scurgere
d=0,5 pana la 0,25m  X=1 pana la 0,5

Fig. 29. Stand 1
Masuratori tensiuni de scurgere
d=0,225 pana la 0,1m  X=0,45 pana la 0,2

Fig.30. Stand 1
Masuratori tensiuni de scurgere
d=0,075 pana la 0,05m  X=0,15 pana la 0,05

Masuratorile din figurile 22 pana la 30 sunt concentrate in tabelul V.
d X=d/0.5 1/X Campuri electrice Curent de scurgere Tensiune de scurgere
m     V/m Nano (10-9)Amps Volt
0.5 1 1 2223 530 5.16
0.45 0.9 1.11 2577 603 5.93
0.4 0.8 1.25 2904 725 6.90
0.35 0.7 1.428 3279 826 8.10
0.3 0.6 1.66 3837 967 9.65
0/25 0.5 2.00 4437 1196 11.82
0.225 0.45 2.22 4810 1308 13.27
0.2 0.4 2.25 5200 1534 14.94
0.175 0.35 2.85 5760 1700 16.81
0.15 0.3 3.33 6376 2040 19.24
0.125 0.25 4.00 7109 2360 23.14
0.1 0.2 5/00 8025 3130 28.69
0.075 0.15 6.66 8982 4070 38.40
0.05 0.1 10.00 10473 5470 56.50
0.025 0.05 20.00 12251 10920 108.60
Tabela V. Stand 1
Masuratori: Campuri electrice, curenti si tensiuni de scurgere
d= 0.5 pana la 0,025m   X=1 pana la 0,05

Stand 2
Figurile  31--32 ilustreaza  schema de masuratori  cand sursa de currenti de scurgere este un conductor de cupru cu izolatie PVC (5m; 0.5mm2) conectat la tensiunea de 230 V 50 Hz. Al doilea pol al conductorului este izolat.
Masuratorile sunt similare ca standului 1 si sunt concentrate in tabelul VI

 

 
Fig. 31. Stand 2. Conductor de cupru cu izolatie PVC (5m; 0.5mm2) Schema de masuratori

Fig.32. Stand 2, Conductor de cupru cu izolatie PVC (5m; 0.5mm2)
 
d X=d/0.5 1/X Campuri electrice Curenti de scurgere Tensiuni de scurgere
m     V/m Nano (10-9)Amps Volt
0.5 1 1 1502 386 3.96
0.45 0.9 1.11 1683 442 4.49
0.4 0.8 1.25 1920 501 5.13
0.35 0.7 1.428 2154 583 5.85
0.3 0.6 1.66 2480 664 6.73
0/25 0.5 2.00 2846 800 8.06
0.225 0.45 2.22 3075 866 8.65
0.2 0.4 2.25 3310 958 9.57
0.175 0.35 2.85 3643 1074 10.68
0.15 0.3 3.33 3990 1232 12.14
0.125 0.25 4.00 4380 1416 13.86
0.1 0.2 5/00 4884 1640 16.06
0.075 0.15 6.66 5546 2030 19.66
0.05 0.1 10.00 6422 2740 26.09
0.025 0.05 20.00 8290 4380 40.10
Tabela VI. Stand 2
Masuratori: Campuri electrice, curenti si tensiuni de scurgere
d= 0.5 pana la 0,025m   X=1 pana la 0,05
 
In figura 33 sunt exemplificate graficile valorilor masurate ale campurilor electrice, curentilor de scurgere si tensiunilor de scurgere ce apar in tabelele V si VI. In fiecare grafic este trasata cu linie rosie curba valorilor teoretice .
Comparand valorile masurate cu valorile teoretice constatam caracteristici similare pentru valorile curentilor de scurgere si valorile tensiunilor de scurgere. In schimb intre valorile masurate si valorile teoretice ale campurilor electrice apar diferente mari pentru d= 0,4 pana la 0,025m. Diferentele pot fi explicate prin amplasarea traductorului la 1/3 fata de partea superioara a analizatorului de camp electric. (figura 34)
Trebue mentionat ca pentru standul 1 graficele valorilor masurate si valorilor teoretice  ale curentilor si tensunilor de scurgere  releva o coincidenta aproape identica

 
Fig. 33. Stand 1. Stand 2. Grafice

Fig. 34.  Analizator camp electric. Specificatie tehnica.
Curenti de scurgere in exteriorul casei
Figura 35 exemplifica masurarea curentilor de scugere pe strada sub linia de distributie  de inalta tensiune 22 kV. Masuratorile scot in evidenta fenomenul de compensare a curentilor de scurgere.

 
Fig. 35. Linie de distributie 22 kV. Masuratori curenti de scurgere
 
Concluzii
Din experientele cu masuratori expuse mai sus se pot trage urmatoarele concluzii:
  • Numai măsurătorile curenților de scurgere sau tensiunilor de scurgere ne pot da o apreciere corectă și reală a curenților care sunt absorbite de corpul nostru în fiecare colț al casei,
  • Cresterea sau descresterea curenților de scurgere în casa noastră respecta ecuatia Y= 1 / X, in care X=d iar d  reprezinta distanta fata de sursa. Cu cat ne apropiem de sursa curentii de scurgere cresc,cu cat ne departam de sursa curentii de scurgere scad.
  • Corpul nostru care contine 70% apa se comporta in spatiul casei ca o mica gaura neagra, absoarbe curenții de scurgere și devine el insusi sursă de curenți de scurgere .
  • Care este valoarea maxima permisa a curentului de scurgere in casa noastra  ? Inca nu este stabilita . În casa mea , am reusit sa reduc curentul de scurgere , după cum urmează : la calculator și masa de lucru 20 - 25 de nanoA în dormitor 8 - 10 de nanoA
Recomandari
Este utila masurarea  curentilor sau tensiunilor de scurgere a corpului nostru in raport cu pamantul? Categoric. Da.  Sa masuram acasa(dormitor.calculator, masa de lucru), la scoala, in companiile hi-tech si in toate institutiile in care se folosesc aparate electrice conectate la retea prin cabluri cu doua conductoare L;N.
Poate a venit timpul pentru a legifera utilizarea de conductoare ecranate în grădinițe , școli , camere de dormit.
Tineti minte , corpul uman are capacitatea de a se autovindeca  în timpul somnului, insa curenti de scurgere de valoare ridicata  datorita  surselor externe , ( conductoare  sub tensiune amplasate în tavane , pereti si pardoseli , aparate electrice de pe noptiera ) sunt de mii de ori  puternice decat impulsurile sistemului electric a corpului uman  . Expunerea pe termen indelungat la curenti de scurgere de valoare ridicata poate afecta capacitatea organismului de a comunica cu el insusi și influentiaza asupra sanatatii.