De vogelfabel

Het is een bekend gezegde: als je de grond niet raakt, kan je net als een vogel veilig op een hoogspanningsdraad zitten. Maar klopt het ook?

Spoiler: het hangt er vanaf op wát voor draad je zit. Op een klein lijntje met van die houten masten kunnen vogels zonder problemen zitten. Maar op een hoogspanningsdraad waar wisselstroom van 100 kV of meer op staat tref je nooit een vogel aan. Zie je toch vogels, dan zitten ze op de bliksemdraden bovenin de masten.

Vogels op een hoogspanningslijn. Ze zitten in de mast en op de bliksemdraden, maar niet op de stroomdraden die met isolators aan de mast hangen. Foto door Mark van der Meer.

Kortsluiting als bron van de fabel

Alles dat elektriciteit geleidt en contact maakt met een stroomdraad (waar spanning op staat) en de grond (waar geen spanning op staat) vormt een kortsluiting. Zodoende denken mensen dat vogels op een draad kunnen zitten omdat ze de grond niet raken zodat er geen kortsluiting ontstaat. Elektrisch gezien klopt dit ook. Ze zijn als het ware gewoon onderdeel van de draad. Kan een mens er dan ook zonder problemen aan hangen? Voor laagspanning van 400 volt of middenspanning van 10 of 20 kV kan dat werkelijk. Het zal een raar gezicht zijn, maar je kan er probleemloos op zitten.

Voor hoogspanning van 100 kV spelen echter meer gevaarlijke dingen dan alleen kortsluiting, zeker bij wisselstroom.

Ieder object kan een elektrische lading vasthouden. Plastic tuinstoelen, een auto die je een schok geeft na uitstappen, een onweerswolk, en ook levende wezens. Een stilstaande of statische lading is een overschot of tekort aan elektronen binnenin een voorwerp, waardoor het voorwerp een andere spanning krijgt dan zijn omgeving. Dit wordt een potentiaal genoemd. Alle voorwerpen willen het liefst hetzelfde potentiaal hebben als hun omgeving. Als je een lading hebt gekregen door over een tapijt te lopen en je geïsoleerd van de grond staat (droge huid, planken, rubberen zolen) kan die lading niet makkelijk ontsnappen. Het blijft in je lichaam bewaard tot het traag weg lekt of tot er geleidend contact met de omgeving ontstaat, zoals via een deurklink. Pets – het ladingsverschil heeft zich letterlijk met een schokje opgeheven.

Eén pool van een accu aanraken is geen probleem, die minieme spanning komt niet zomaar door de weerstand van je huid heen komt. Zelfs als dat lukt en je het potentiaal van die pool aanneemt is 12 volt niet gevaarlijk.

Lading kan je ook krijgen ook door een draad aan te raken waar spanning op staat. Wanneer je geïsoleerd staat en de minpool van een accu aanraakt, neemt jouw lichaam het potentiaal van de minpool aan. Zónder dat de stroomkring gesloten is vindt er al een klein beetje overdracht van elektronen plaats totdat jouw lichaam ‘vol’ is geduwd onder een spanning van 12 volt, het potentiaal van de accu. Omdat je zelf geïsoleerd staat ben je na éénmalig opladen slechts een menselijk verlengstuk van de minpool.

Hoogspanningsdraden worden bedreven met wisselstroom. Het ene moment nemen de spanning en de stroomsterkte toe en de elektronen in de draadgaan als het ware ‘naar links’. Dan zakt de spanning omlaag tot nul om vervolgens weer toe te nemen naar zijn maximum, alleen lopen de elektronen nu ‘naar rechts’. Dat duwen en trekken herhaalt zich eindeloos. De elektronen zelf waggelen heen en weer, maar de spanning (het voltage) is een grootheid zonder richting. Die verandert continu van nul tot het maximum en weer terug.

Het lichaam van een vogel die op een draad landt zal het potentiaal van de draad gaan volgen en telkens een beetje elektronen opnemen en weer afstaan. Met 50 Hz op het net zal dat honderdmaal per seconde gebeuren. Elektronen die een levend wezen in- en uitstromen lopen bij voorkeur door de bloedvaten en door de zenuwbanen. Dat zijn geen perfecte geleiders: er is sprake van een beetje weerstand en enige warmteontwikkeling. Bij een klein object en een lage spanning is dat verwaarloosbaar. Bij grote objecten die met een klein contactoppervlak de draad raken of bij een zeer hoge spanning kan de opwarming wel merkbaar worden. Omdat zenuwen zelf ook werken met zwakke elektrische pulsjes zal een externe stroom ze onbruikbaar maken en een vals signaal naar de spieren sturen. Die verkrampen, zodat je niet meer kan loslaten.

Nog een hoogspanningslijn met vogels erop. De spreeuwen zitten in de mast en een paar exemplaren op de bliksemdraden, maar hoeveel zitten er op de fasedraden? Foto ingestuurd door Dana Valckx.

Laagspanning en middenspanning: vogels erop, mensen zouden iets voelen

Bij laagspanning van 400 volt merkt de vogel niets. Ook als mens zou je niets vernemen. Bij middenspanning, de klassieke lijntjes op houten palen, is de spanning typisch 10 of 20 kV. Een vogel die daarop landt wordt honderd keer per seconde opgeladen tot (1 / (√3)) × 10.000 = 5,7 kV en weer ontladen naar nul. Een paar duizend volt lijkt veel, maar voor kleine en lichte vogels levert dat geen probleem op. Door vogels op zulke lijnen heeft de fabel zijn oorsprong, op zulke lijnen zitten veelvuldig vogels. Pas bij hogere spanningen zullen ze in toenemende mate een tinteling vernemen en uiteindelijk wordt dat bij iets rond 30 kV irritant genoeg om er niet meer lang op te gaan zitten of ergens anders op te landen.

Een mens heeft meer massa dan een vogel. Ons lichaam heeft meer capaciteit om lading in op te slaan: typisch ongeveer 100 picofarad, maar bij hogere spanningen zal dat toenemen. Ondertussen zijn onze zenuwen vergelijkbaar met die in vogels, net zo dun en met dezelfde werkspanningen. Een mens kan nog wel op een 10 kV draad zitten, maar wij zullen op de contactplek eerder de eerste beginselen van onaangename tinteling merken dan een vogel.

Dat kan je thuis op een veilige manier checken als je een plasmalamp hebt, zo’n populair straaltjesding voor op je bureau. Die opereert ook op enkele tientallen kilovolts. Je kan zo’n ding gewoon aanraken met je platte hand, maar met het tipje van één vinger wordt het kleine contactoppervlak na een ogenblik heet. Verder voel je het zoemen en tintelen.

   

Met een plasmalamp of teslabol kan je op een veilige manier kennismaken met je eigen capaciteit. Om de bol hangt een sterk elektrisch veld, ook buiten het glas. Aanraken met een groot contactoppervlak gaat prima, maar als je het probeert met een vingertip wordt het heet. Er moeten dan te veel elektronen door een te klein oppervlak en door de weerstand van je huid wordt het gebied warm. Auw, dat prikt.

Hoogspanning: onaangenaam tot zelfs gevaarlijk

Bij hogere spanningen zoals 50 kV zal het op- en ontladen met steeds meer kracht verlopen. Ook wordt er meer lading de vogel ingedrukt of eruit onttrokken. Plat uitgedrukt, als je met meer geweld elektronen ergens in stampt, passen er ook nog eens meer in. Het op- en ontladen wordt steeds heftiger. Bij 50 kV zal de vogel een gevoel ervaren zoals het aanraken van een machine waar lekstroom op staat. De meeste vogels vinden dat maar niks en gaan niet meer op 50 kV fasedraden zitten. Zij strijken vanaf deze spanningen alleen nog neer op de bliksemdraden.

Duiven op een 50 kV-lijn. Deze spanning is ongeveer de grens van waarboven het ook voor vogels onaangenaam is om er nog op te gaan zitten. Deze duiven zijn doorzetters, of de verbinding was spanningsloos. Foto door Michel van Giersbergen.

Een potentiaalverschil geeft een elektrisch veld en dat is voelbaar in de lucht. Wie nog ouderwetse beeldbuistelevisies heeft gekend herkent het gevoel. Ook in de nabijheid van een hoogspanningsdraad kunnen vogels het potentiaalverschil in de lucht al vanaf een paar meter voelen. Vanaf 100 kV wordt het potentiaalverschil van de draad met een naderende vogel zo groot dat er enige vonkvorming naar de vogel optreedt, al voordat hij landen kan. Die vonken voeren een verwaarloosbare stroomsterkte zodat ze geen licht geven, maar het geeft de vogel wel een schrikdraadgevoel en het dier ziet af van landen op de draad.

Bij nog hogere spanningen van bijvoorbeeld 220 kV of 380 kV is zelfs het naderen van de draad binnen tientallen centimeters gevaarlijk voor levende wezens, ook als vogel of als vliegend mens (pardon, een wát?). Er beginnen al vonken naar je toe te springen vanaf een centimeter of dertig. Ook nu dragen die vonken weinig lading, de absolute hoeveelheid elektronen die je in een mens kan opbergen is beperkt. Wanneer je als vogel of als mens op de draad zou gaan zitten of eromheen pakt kan je niet meer loslaten, je loopt brandwonden op de contactplek op, weefsels en zenuwuiteinden raken direct beschadigd door verhitting en het is onmogelijk om nog na te denken, te zien of spiercoördinatie uit te oefenen. Je sterft aan hartfalen, interne orgaanschade door verhitting en door zenuwbeschadinging in je ruggenmerg en hersenen.

Hoe zit het met mensen die op de draden werken, zoals in filmpjes op internet?

Op het internet heb je filmpjes van lijnwerkers die met een helikopter worden afgezet op de draden. Dat kan niet zomaar in een korte broek. Ze dragen een zogeheten Faradaypak of hot suit. Om het lichaam van de lijnwerker zit een pak dat werkt als een Faradaykooi. Het bestaat uit een geleidende buitenkant van geweven roestvrijstalen draden, met binnenin een laag isolatie. Het lichaam van de lijnwerker doet dan niet mee met op- en ontladen.

In het onderstaande filmpje is de procedure te zien, luister  wat de man vertelt over het Faradaypak of hot suit dat hij draagt.

Terwijl de helikopter in de lucht hangt zien we dat er vanaf tientallen centimeters afstand vonken naartoe beginnen te springen. Dat zijn de vonken waar we het eerder over hadden bij vogels en vliegende mensen (aha, het zijn dus helikoptergebruikers) en die ontstaan wanneer de fasedraad zijn wisselende potentiaal oplegt aan de gehele helikopter. Zo’n machine heeft beduidend meer zelfcapaciteit dan een los mens of een vogel zodat ook de vonken naar een helikopter wat pittiger zijn, beter zichtbaar doordat ze wat meer stroomsterkte voeren.

De helikopters die men gebruikt zijn aangepast zodat de besturingsapparatuur niet in zijn werking wordt gehinderd door al het op- en ontladen, en handschoenen en gezichtsbescherming zodat je niet bij een uitglijder je neus aan de draad stoot zijn belangrijk om te overleven. Slaat je handschoen lek door een rafelig draadje en verkrampt je hand om een hoogspanningsdraad, of als de helikopter met maaiende wieken (ook niet echt een Hello-Kitty knuffel) uit balans raakt door een windvlaag, dan sterf je in het Faradayharnas.

Samengevat: vogels op laag- en middenspanning, niet op hoogspanning

Vogels op stroomdraden zitten dus alleen op laagspanning of middenspanning. Nooit op hoogspanning wanneer deze draden in bedrijf zijn. In zulke lijnen zitten ze alleen op de allerbovenste draden die als bliksemafleiders dienen en die geen stroom voeren. Je ziet dat die bliksemdraden niet aan isolators hangen.

De vogels in de korte animatiefilm Birds (Pixar Studios) zitten op een schijnbaar laagspanningslijntje. Dit kan gewoon, en hier heeft de fabel zijn oorsprong. Op een hoogspanningslijn is dit niet mogelijk.

Zitten ze toch werkelijk op een stroomdraad, dan weet je dat de verbinding spanningsloos is (onderhoud of verlaten) of dat de verbinding op een lagere bedrijfsspanning wordt gebruikt. Dat komt soms voor en dat kan je van buitenaf niet aan de masten zien. Om dat uit te vogelen kan je een ander hulpmiddel gebruiken.