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浅谈高压输电线路工频电场和工频磁场对环境的影响及其预防

发表时间：2021/4/28 来源：《电力设备》2020年第33期作者：赵斯林

[导读] 摘要：在社会经济水平和人们生活水平显著提升的背景下，人们对电力需求也日益增长。

        （锡林郭勒盟输电工区内蒙古自治区锡林郭勒盟 026000）
        摘要：在社会经济水平和人们生活水平显著提升的背景下，人们对电力需求也日益增长。高压输电线路作为电网系统的重要组成部分和联系电力资源与用户的纽带,在提高供电质量、供电可靠性和供电能力方面,起到了重要的作用。但是随着公众环境意识不断增强，高压输电线路的工频电磁场问题也越来越受到广大人民群众和监管部门的重视。因此在促进经济和社会发展的同时，尽量减少高压输电线路的环境影响，保障公众的身体健康，是环境保护研究的重要课题。
        关键词：高压输电线路；工频电磁场；影响；对策建议
        引言
        随着经济发展和人们环保意识提高，遍布城市和乡村的高压输电线路电磁环境影响问题日益引起人们的高度关注。为从源头上控制高压输电线路的电磁环境影响，本文通过对高压输电线路电磁环境影响因素进行分析，研究输电线路电磁环境影响随各种因素的变化规律，提出降低输电线路电磁环境影响的措施。
        1电磁环境
        （1）工频电场。我国电力系统所加电压为工频交变电压，所以导线就带有低频的交变电荷，同时在导线与大地之间形成低频电场，即工频电场。电场强度用沿某方向单位距离内的电位差(“电压”)度量，计量单位为每米的伏特数(V/m)。（2）工频磁场。当输电线路流有工频电流，则在载流导体周围感应出工频磁场，表征磁场能力的物理量为磁场强度，而同样大小的磁场强度在周围空间中产生的相应感应强度取决于周围空间介质的磁导率。在做磁场环境影响分析时，一般采用磁感应强度作为评价指标，计量单位为特斯拉(T)。(3)评价标准。根据我国有关单位的研究成果，送电线路设计规定和参考各国限值，《500kV超高压送变电工程电磁辐射环境影响评价技术规范》（HJ/T24-1998）推荐以4kV/m作为居民区工频电场评价标准，推荐应用国际辐射保护协会关于对公众全天辐射式的工频限值0.1mT（100μT）作为磁感应强度的评价标准。
        2输电线路周围电磁场的产生机理
        静止电荷在其周围空间产生电场,运动电荷(电流)在其周围空间同时产生磁场。当频率很低时,电场和磁场是相互独立的,彼此没有联系。当频率很高时,变化的电场与磁场可以相互转换且存在定量的波阻抗关系,而且可以脱离电荷或电流以波的形式向空间传播电磁能量。我国电力系统的电源工作频率(工频)为50Hz,属于极低频(ELF)0～300Hz,其波长达6000km。根据电磁场理论可知,只有当一个电磁系统的尺度与其工作波长相当时,系统才能向空间有效发射电磁能量,然而,变电设施的尺寸远小于这一波长,构不成有效的电磁能量发射,其周围的电场和磁场没有相互依存、相互转化的关系,因此在实际工作与环境健康研究中,工频电场和工频磁场通常是分别予以讨论的。
        3工频电磁场对人体的影响
        虽然高压输电线路周围不会产生电磁辐射，但由于其输送大量的电能，其周围的工频电磁场强度相较于普通环境，势必是较高的。在远离电力线的住户中，背景电磁场强度可以达到0.2µT。直接在高压线的下方，电磁场的强度还会更大，地面的磁通量密度可以达到几µT。在电力线下方的电场强度可以高达10kV/m。然而，电场和磁场强度会随着与电力线的距离增加而迅速减小。在50~100m的距离，电磁场的强度通常会和远离高压输电线的区域的强度差不多。此外，相比于房屋外面同样地点测到的值，房屋的墙壁可以明显降低电场强度。人体处在高强度的工频电磁场环境中会有何影响，又是一个受到高度关注的环保问题。

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通过查阅世界卫生组织（WorldHealthOrganization，WHO）的相关研究成果，可以知道：低频电场可以影响人体，像其他带电粒子组成的物质。电场导电材料会影响表面电荷分布。电场会使得电流从身体流向大地。低频磁场可以诱导人体当前循环。电流的强度取决于外部磁场的强度。如果当前磁场足够大，可以产生人体刺激神经和肌肉，或影响其他生理过程。电场和磁场可以在人体内感应电压和电流，但即使直接位于高压线以下，人体内的感应电流与能够产生电击或其他电效应的极限相比仍然非常小。根据WHO从1996年开展的一项风险连续跟踪评估，其结论为：（1）根据权威的健康风险评估结果，极低频电场对健康的短期和长期影响以及健康后果是毫无疑问或争议的。（2）极低频电场暴露会对人体造成有害的影响。然而，世卫组织建议的国际接触标准限值（公众5kV/m，职业接触10kV/m）可以完全保护人体免受这些有害影响。而通过查阅相关法规，可知我国对于工频电场强度限值为4000V/m，工频磁场强度限值为100μT。这个标准又严于上文所提及的国际暴露标准限值，因此具有很强的科学性和严肃性。通过进一步查阅我国各地近年来投运的输变电项目的监测数据，可知其周围的工频电磁场均可以远远低于国家标准。
        4输电线路工频电磁场的控制措施
        1)高压输电线路在选线时应满足地方城镇规划要求，尽量避开重要军事设施、城市、镇区及规划区，较大的村庄及密集的民房，工厂、砖瓦场及加油站等，避让自然保护区、风景名胜区、基本农田保护区、重要矿产资源区、文物古迹单位等敏感区。2)工作人员在进行线路巡查等工作时应注意个人防护，配备防护用具，如防护服、专用护目镜等，应尽可能减少作业时间和非作业停留时间。3)输电线路在设计过程中，通过选择合理的导线间距和布置方式，减小导线等效半径，优化相序排列等方式对输电线路工频电磁场进行控制，经过居民区的线路应在设计规范标准基础上应适当提高导线架设高度。4)要定期监测运行中的输电线路，如发现有电磁辐射超标情况，应积极采取有效措施进行技术更5）改变导线相序排列,对于多回路输电线路,尽量采用逆向序排列方式,充分利用三相电的特性,使其各相产生的电磁场相互抵消,以降低工频电场强度和工频磁感应强度。6)提高导线对地高度可明显降低线下的工频电磁场强度，随着导线对地高度的抬高，工频电磁场强度相应减小，开始时减小显著，以后减小程度逐渐缓慢。增加导线对地高度对降低工频电磁场的影响虽然比较有效，但提高线路高度会增加线路建设成本。7)对于极低频电场，树木、建筑物等比较容易屏蔽，极低频磁场则较难屏蔽。3～4m高的树木可使附近地面的电场强度降低3～4倍。一般的钢筋混凝土结构房屋就能达到非常好的屏蔽效果，屋内的电场强度几乎与背景场强差不多。对已建成投运的输电线，沿输电线平行方向架设屏蔽线能使输电线下场强值大幅降低。
        结语
        综上所述，由于输电线路承担着传输大量高压电能的任务，其周围不可能避免地会存在较高强度的电磁场，进而伴随出现一些电磁现象。但国家已经对其环境影响提出了标准加以规范，因此，在正常情况下，输电线路产生的电磁现象均不会对人体产生实际意义上的危害。但仍然应该警钟长鸣，做好需要近距离操作的工作人员的防护措施，避免发生意外。
        参考文献
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        [2]林炬，曹俊杰，李立，等.屏蔽线对输电线路电磁环境影响的模拟研究[J].电力科技与环保，2017（1）：48-50.
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        [4]李蓉，蒋忠涌．500kV架空送电线路空间工频磁场分布的研究［J］．中国电力，2000，33(3):36－38．