Источники электрического поля можно подразделить на естественные и искусственные. Естественными источниками являются атмосферное электричество и электрическое поле Земли. Так, известно [33], что общий заряд Земного шара отрицателен и равен, примерно, 5·107 Кл. Причем этот заряд постоянно изменяется и на человека действует электрическое поле Земли напряженностью Е = 120 – 150 В/м.
Во время грозы, при снежных метелях, сильных ветрах, бурях напряженность электрического поля существенно увеличивается (до 120 – 150 кВ/м). Особенно резко она возрастает на острых выступах, возвышающихся над Землей (острые выступы скал, вершины деревьев, громоотводы, трубы, верхушки опор линий электропередачи, антенны и т.д.). При этом на этих остриях иногда возникают светящиеся разряды, известные под названием огней Эльма. В некоторых случаях светящиеся разряды наблюдаются на вытянутой руке человека и на животных, что сопровождается потрескиванием продолжительностью до нескольких часов.
Электрическое поле возникает также вследствие того, что при движении облаков, восходящих теплых потоков воздуха, трении воздушных масс они заряжаются. Это иногда может сопровождаться таким явлением, как молния. Так, если заряженное грозовое облако проходит над Землей, то оно создает на ее поверхности большие наведенные заряды и разность потенциалов при этом между облаком и землей может достигать огромных значений, измеряемых сотнями миллионов Вольт. При определенных условиях возникает пробой. Поскольку напряженность поля существенно выше над резко выступающими над поверхностью Земли частями, молния возникает чаще всего между этими частями и заряженным облаком. Поэтому человеку находиться во время грозы на открытой местности, а также рядом с отдельными выступающими предметами опасно. Молния также может возникать и между разноименно заряженными облаками или их частями.
На электризацию атмосферы существенным образом оказывает влияние и потоки ультрафиолетового и мягкого рентгеновского излучения, направленные от Солнца к Земле. В результате их действия на некотором расстоянии от поверхности Земли образуется сплошной объемный ионизированный слой, охватывающий Землю.
Первый такой ионизированный стабильный слой имеет относительно небольшую толщину и находится на высоте 110 – 120 км, второй слой находится на высоте 180 – 300 км и имеет переменную толщину. В результате между верхними слоями и поверхностью Земли разность потенциалов составляет примерно 400 кВ.
Кроме постоянных, электрически заряженных слоев, существуют плавающие локальные области из заряженных частиц, которые оказывают различное влияние на величину напряженности поля, поэтому в разных регионах Земли величина напряженности может существенно изменяться.
Наряду с естественными электрическими полями человек подвергается воздействию искусственных полей.
Искусственные электростатические поля возникают при работе с легко электризующимися материалами и изделиями, а также при эксплуатации высоковольтных установок постоянного тока.
Все приведенные выше соотношения, строго говоря, справедливы только для электростатического поля. Однако с большой степенью точности они могут быть использованы и при расчете некоторых источников электрического поля промышленной частоты. Критерием допустимости приближенного рассмотрения электрического поля промышленной частоты как электростатического поля может служить соотношение между линейными размерами области, в которой рассматривается поле, и длиной электромагнитной волны (вопрос о длине электромагнитной волны будет рассмотрен в разделе 5).
Источниками электрических полей промышленной частоты являются: линии электропередачи, открытые распределительные устройства, различные высоковольтные ап
параты, высоковольтные вводы, токопроводы, устройства защиты и автоматики, сборные соединительные шины, измерительные приборы и другое высоковольтное оборудование.
Рассмотрим некоторые из источников электрического поля более подробно.