论文部分内容阅读
佛山电力设计院有限公司
摘要：高压输电线路产生的工频电场幅值较高时会使人有不舒服的感觉，甚至产生静电危害人类的健康。高压输电线路附近电场会因近区房屋的存在，而导致空间电场加强，并且加强的程度随房屋高度增加而增加。因此如何降低高压输电线路下方及周边的工频电场强度已成为环境保护和电力部门中关注的一个焦点问题。为了解决上述矛盾，本研究对佛山地区已存在的输电线路与建筑物距离较近的现象，基于不改建运行高压线路或拆除建筑物的基础上，利用电磁场屏蔽原理，通过理论分析、模型仿真、设计等比实验并通过现场实施来寻找合理的防治隐患措施，提出架设耦合地线、架设屏蔽网以及近区建筑阳台或走廊处架设防盗网兼做屏蔽网方式，研究高压输电线路工频电场超限限制对策，从而避免高压输电线路对临近建筑物内的人员产生由于静电感应引起的电击事故。
关键词：工频电场；屏蔽网；静电感应；限制方法
1 引言
高压输电线路附近电场会因近区房屋的存在，引起空间电场发生变化，且畸变的程度随房屋高度增加而增加[1]。而高压线路周边的建筑也会因此产生静电感应现象，从而使建筑内金属构件带电影响建筑内人体的不适感觉及健康危害[2-3]。因此如何降低高压输电线路下方及周边的工频电场强度已成为电力部门关注的一个重点问题。目前针对此类现象，主要采取加高杆塔、优化相序、架设屏蔽线、改变线间距离等措施[4-5]。各种方法均能实现一定的减弱电场强度的效果，但也会产生增加线路改造成本及施工难度等。为此，本文根据现场实际提出在不改变高压线路的基础上，对近区建筑物阳台及走廊等处加装屏蔽网的方法，分析感应电处理方法。
2 现场勘测
现状已投运220kV线路#54塔～#55塔线行边存在房屋。房子处于离#55塔109米的位置，与220kV线路的垂直距离约5米，远小于《电力设施保护条例》规定架空电力线路保护区范围。建筑与220kV线路#54、#55塔之间线路段具体地理位置图1所示。
图1 建筑与220kV线路段位置示意图
结合现场的实际勘测情况，将进一步分析得出高压输电线路产生的电场的影响。利用相关仪器设备，进行现场勘测，并记录勘测结果。现场检测感应场强数据如表1所示。
表1 现场测量感应电场平均值（kV/m）
测量点 实测值 平均值
距边导线15m处 1.39 1.48 1.36 1.44 1.45 1.424
房屋阳台处 6.09 5.93 5.95 6.04 6.05 6.012
根据现场情况，利用屏蔽电场原理，基于线路正常运行及减轻线路对建筑的影响，通过设计实验来寻找解决方案。
3 电磁感应简析
由公式
（1）
其中μ为磁导率，I为电流大小，dl为一小段距离，r为以导线为轴线的半径长度由于输电线长度为500多米，而输电线距离居民用户的距离较近（5米左右）可以认为为无限长来计算。所以有公式
（2）
此时的B为居民用户处，由导电线产生的电磁感应强度，而r为输电线距离居民住处的距离。而由于，所以上述公式可以写成
（3）
而由电磁感应定律得到，
（4）
可以得出在居民用户处，单位面积下，在该处产生的感应电场强度为，
（5）
所以在高压输电线运行时候，其交变的电流会在居民处产生交变的电场，而交变的电场会产生电势，而当居民使用铁质物体作为生活用品或者是在晾衣服（衣服很湿）的时候，很容易感应积累大量电荷，外加人接触这些物体，从而物体、人、大地三者形成一个回路，形成一导通电路，人就会感觉触电。
在高压输电线运行时候，、、r基本保持不变，而会随着空气的湿度变化。当空气干燥的时候接近真空值数值为，而当空气中的湿度上升的时候会上升，由上面推导公式容易发现E也会上升，故而雨季的时候用户较为容易触电。
4 处理方法及效果分析
针对220kV线路#54塔与#55塔之间构建房屋情况，考虑高压输电线路产生的电场影响，现提出采取屏蔽网减弱高压产生电场影响的解决思路。通过在民居和高压输电线路间、或直接在房屋阳台架设屏蔽铁网来达到屏蔽静电的目的。主要有以下两种方法：
1.于#54、#55段与房屋之间，架设一张合适网格大小的屏蔽铁网；
2.在房屋阳台处直接架设屏蔽网。
4.1 现状电场分析
现场测量220kV线路#55、#54塔之间线路与建筑的具体位置情况、相关数据如下：
房子处于离#55塔109米的位置。#54塔塔型：GJ2-14.5，#55塔塔型：GJ3-23.5，導线截面为240mm，双分裂。未加任何措施房屋阳台处电场值为：5.800～6.050kV/m。距离220kV线路边导线（近房屋侧）15m处电场强度为：1.300kV/m。
根据以上具体实际数据，建立实际220kV线路线与房屋的二维仿真模型，仿真计算模型及计算结果如图2所示。
通过建立模型，电场仿真分析发现，未加设任何措施时房屋与220kV线路线之间电场线足够延伸至阳台处，甚至包括房屋内。
此时阳台测量到的电场强度为：8.626kV/m；
最外层等位线的电场强度为：6.960kV/m。
从图2未加任何屏蔽措施的仿真结果可以看出，6.960kV/m等电场线穿过房屋，阳台处出现高电场强度8.626kV/m，已经超过标准值2倍多。会对房屋造成不良影响，房屋的感应场强值越大，易致使房屋造成静电危害。由此，必须采取合理措施降低房屋内，特别是阳台处的感应电场值。
4.2 线路与建筑间架设屏蔽网 由于屏蔽网的电场屏蔽作用，故考虑在房屋到线路之间架设屏蔽网措施。建立了如图3所示的屏蔽网仿真模型，并作出如下分析。
①、②、③号点为220kV高压输电线路三相导线的仿真模型，三相导线均为竖直双分裂，分裂间距40cm。④号点为实际的测量点阳台最高处的仿真模型。⑤号点和⑥号点为距离④号点水平距离3.5米模拟作出的一条垂直线，它与直线②④、③④的两个交点的连线（设为L）是屏蔽网仿真模型的位置。
图2 现场电场仿真结果
图3 线路与房屋中间架设屏蔽网仿真模型
可将L适当延长，便得到如图所示高4米的红色垂直线，即距离测量点④3.5m处的屏蔽网的位置设定。仿真的结果如图4所示。
图4 屏蔽网距离测量点④2.5m，网孔大小为5cm处，高度为17m时电场分布
此时在阳台测量点④测得电场强度为：0.516kV/m。
4.3 建筑阳台处加装屏蔽网
从上述分析可知，若屏蔽铁网架设离用户越近，其屏蔽效果越明显。因此考虑在房屋阳台处架设屏蔽网措施方案。仿真模型如图5所示。
图5 阳台处架设屏蔽网仿真模型
阳台外沿最低点向外延伸0.5m，覆盖整个阳台；通过架设不同网格大小、材料半径的阳台屏蔽网。根据仿真结果可以得出以下结论：
1.架设阳台处屏蔽网措施，能将房屋阳台处降至约1.3～3.4kV/m；
2.随着网孔变大，其感应场强值总体呈下降趋势；
3.在网孔大小25×25cm2，材料半径为1.0cm时，其屏蔽效果最优，感应场强值为1.3kV/m；
4.阳台处架设屏蔽网后，不管其网孔或材料半径大小如何，其感应场强值基本保持在1.3～3.4kV/m。
5.采用第一种架设方式，即从阳台外沿最低点向外延伸0.5m，覆盖整个阳台的屏蔽效果整体优于其他两种架设方式。
综上所述，根据仿真的结果，若采取阳台架设屏蔽网，建议在阳台外沿最低点向外延伸0.5m，架设网孔大小为25×25 cm2，材料半径1.0cm，覆盖整个阳台。其屏蔽效果已将原来未加任何措施感应场强值8.6kV/m降低至1.3kV/m，虽未能达到最优屏蔽效果，但此感应场强值已对房屋影响不大。
4.4 效果分析
本文结合高压输电线路近区建筑工频电场分析，通过现场情况勘测，综合分析，2种屏蔽网架设方案效果均比较显著，如表2所示：
表2 2种方案设计屏蔽效果评估
方案措施 屏蔽后感应场强值（kV/m） 屏蔽效果
中间架设屏蔽网 0.482～2.4 降低72%～94%
阳台处架屏蔽网 1.3～3.4 降低60%～84%
1）对于中间架设屏蔽网，其屏蔽效果是最优的，但是由于屏蔽网接地，人不会发生触电危险，存在被盗可能。同时，由于架设的屏蔽网面积较大，受建设用地及环境影响，施工难度相对较大，建筑内人员视觉影響较大。
2）在阳台处架设屏蔽网，其效果相比较中间架设屏蔽网有所减弱，但也可以较大程度的弱化电场影响。其施工成本较大，也无需定期维护，加装于阳台处亦可以作为防盗网用，美观实用。但其使用时需得到建筑业主的许可方可实施。
5 结论
本文结合高压输电线路近区建筑工频电场分析，针对某220kV线路研究了2种屏蔽网弱化建筑处的电场方法，通过现场勘测情况，综合分析，得出以下结论。
1）在线路与房屋中间段架设屏蔽网效果可降低72%～94%，效果显著，但其存在工程建设实施及定期维护困难，同时金属构架存在被盗风险。
2）在房屋阳台处架设屏蔽网，虽然其屏蔽效果较中间架设屏蔽网有所减弱，但从工程实现、经济角度、定期维护方面分析，建议优先选取阳台处架设屏蔽网措施。
参考文献：
[1]梅贞，陈水明，马锋，等.高压输电线附近室内电磁环境与屏蔽效果[J].高电压技术，2008，34（1）：60-63；
[2]惠建峰，关志成，刘瑛岩.各国工频电磁场的限值及其确定的依据[J].高电压技术，2006，32（4）：51-54；
[3]刘元庆，邹军，张波，等.高压电力线路工频电场对人体影响的分析[J].高电压技术，2004，30（12）：35-36；
[4]邵方殷.我国特高压输电线路相导线布置和工频电磁环境[J].电网技术，2005，29（8）：1-7；
[5]黄道春，阮江军，张宇，等.紧凑型输电线异型分裂导线周围工频电场研究[J].高电压技术，2006，32（4）：55-57。
摘要：高压输电线路产生的工频电场幅值较高时会使人有不舒服的感觉，甚至产生静电危害人类的健康。高压输电线路附近电场会因近区房屋的存在，而导致空间电场加强，并且加强的程度随房屋高度增加而增加。因此如何降低高压输电线路下方及周边的工频电场强度已成为环境保护和电力部门中关注的一个焦点问题。为了解决上述矛盾，本研究对佛山地区已存在的输电线路与建筑物距离较近的现象，基于不改建运行高压线路或拆除建筑物的基础上，利用电磁场屏蔽原理，通过理论分析、模型仿真、设计等比实验并通过现场实施来寻找合理的防治隐患措施，提出架设耦合地线、架设屏蔽网以及近区建筑阳台或走廊处架设防盗网兼做屏蔽网方式，研究高压输电线路工频电场超限限制对策，从而避免高压输电线路对临近建筑物内的人员产生由于静电感应引起的电击事故。
关键词：工频电场；屏蔽网；静电感应；限制方法
1 引言
高压输电线路附近电场会因近区房屋的存在，引起空间电场发生变化，且畸变的程度随房屋高度增加而增加[1]。而高压线路周边的建筑也会因此产生静电感应现象，从而使建筑内金属构件带电影响建筑内人体的不适感觉及健康危害[2-3]。因此如何降低高压输电线路下方及周边的工频电场强度已成为电力部门关注的一个重点问题。目前针对此类现象，主要采取加高杆塔、优化相序、架设屏蔽线、改变线间距离等措施[4-5]。各种方法均能实现一定的减弱电场强度的效果，但也会产生增加线路改造成本及施工难度等。为此，本文根据现场实际提出在不改变高压线路的基础上，对近区建筑物阳台及走廊等处加装屏蔽网的方法，分析感应电处理方法。
2 现场勘测
现状已投运220kV线路#54塔～#55塔线行边存在房屋。房子处于离#55塔109米的位置，与220kV线路的垂直距离约5米，远小于《电力设施保护条例》规定架空电力线路保护区范围。建筑与220kV线路#54、#55塔之间线路段具体地理位置图1所示。
图1 建筑与220kV线路段位置示意图
结合现场的实际勘测情况，将进一步分析得出高压输电线路产生的电场的影响。利用相关仪器设备，进行现场勘测，并记录勘测结果。现场检测感应场强数据如表1所示。
表1 现场测量感应电场平均值（kV/m）
测量点 实测值 平均值
距边导线15m处 1.39 1.48 1.36 1.44 1.45 1.424
房屋阳台处 6.09 5.93 5.95 6.04 6.05 6.012
根据现场情况，利用屏蔽电场原理，基于线路正常运行及减轻线路对建筑的影响，通过设计实验来寻找解决方案。
3 电磁感应简析
由公式
（1）
其中μ为磁导率，I为电流大小，dl为一小段距离，r为以导线为轴线的半径长度由于输电线长度为500多米，而输电线距离居民用户的距离较近（5米左右）可以认为为无限长来计算。所以有公式
（2）
此时的B为居民用户处，由导电线产生的电磁感应强度，而r为输电线距离居民住处的距离。而由于，所以上述公式可以写成
（3）
而由电磁感应定律得到，
（4）
可以得出在居民用户处，单位面积下，在该处产生的感应电场强度为，
（5）
所以在高压输电线运行时候，其交变的电流会在居民处产生交变的电场，而交变的电场会产生电势，而当居民使用铁质物体作为生活用品或者是在晾衣服（衣服很湿）的时候，很容易感应积累大量电荷，外加人接触这些物体，从而物体、人、大地三者形成一个回路，形成一导通电路，人就会感觉触电。
在高压输电线运行时候，、、r基本保持不变，而会随着空气的湿度变化。当空气干燥的时候接近真空值数值为，而当空气中的湿度上升的时候会上升，由上面推导公式容易发现E也会上升，故而雨季的时候用户较为容易触电。
4 处理方法及效果分析
针对220kV线路#54塔与#55塔之间构建房屋情况，考虑高压输电线路产生的电场影响，现提出采取屏蔽网减弱高压产生电场影响的解决思路。通过在民居和高压输电线路间、或直接在房屋阳台架设屏蔽铁网来达到屏蔽静电的目的。主要有以下两种方法：
1.于#54、#55段与房屋之间，架设一张合适网格大小的屏蔽铁网；
2.在房屋阳台处直接架设屏蔽网。
4.1 现状电场分析
现场测量220kV线路#55、#54塔之间线路与建筑的具体位置情况、相关数据如下：
房子处于离#55塔109米的位置。#54塔塔型：GJ2-14.5，#55塔塔型：GJ3-23.5，導线截面为240mm，双分裂。未加任何措施房屋阳台处电场值为：5.800～6.050kV/m。距离220kV线路边导线（近房屋侧）15m处电场强度为：1.300kV/m。
根据以上具体实际数据，建立实际220kV线路线与房屋的二维仿真模型，仿真计算模型及计算结果如图2所示。
通过建立模型，电场仿真分析发现，未加设任何措施时房屋与220kV线路线之间电场线足够延伸至阳台处，甚至包括房屋内。
此时阳台测量到的电场强度为：8.626kV/m；
最外层等位线的电场强度为：6.960kV/m。
从图2未加任何屏蔽措施的仿真结果可以看出，6.960kV/m等电场线穿过房屋，阳台处出现高电场强度8.626kV/m，已经超过标准值2倍多。会对房屋造成不良影响，房屋的感应场强值越大，易致使房屋造成静电危害。由此，必须采取合理措施降低房屋内，特别是阳台处的感应电场值。
4.2 线路与建筑间架设屏蔽网 由于屏蔽网的电场屏蔽作用，故考虑在房屋到线路之间架设屏蔽网措施。建立了如图3所示的屏蔽网仿真模型，并作出如下分析。
①、②、③号点为220kV高压输电线路三相导线的仿真模型，三相导线均为竖直双分裂，分裂间距40cm。④号点为实际的测量点阳台最高处的仿真模型。⑤号点和⑥号点为距离④号点水平距离3.5米模拟作出的一条垂直线，它与直线②④、③④的两个交点的连线（设为L）是屏蔽网仿真模型的位置。
图2 现场电场仿真结果
图3 线路与房屋中间架设屏蔽网仿真模型
可将L适当延长，便得到如图所示高4米的红色垂直线，即距离测量点④3.5m处的屏蔽网的位置设定。仿真的结果如图4所示。
图4 屏蔽网距离测量点④2.5m，网孔大小为5cm处，高度为17m时电场分布
此时在阳台测量点④测得电场强度为：0.516kV/m。
4.3 建筑阳台处加装屏蔽网
从上述分析可知，若屏蔽铁网架设离用户越近，其屏蔽效果越明显。因此考虑在房屋阳台处架设屏蔽网措施方案。仿真模型如图5所示。
图5 阳台处架设屏蔽网仿真模型
阳台外沿最低点向外延伸0.5m，覆盖整个阳台；通过架设不同网格大小、材料半径的阳台屏蔽网。根据仿真结果可以得出以下结论：
1.架设阳台处屏蔽网措施，能将房屋阳台处降至约1.3～3.4kV/m；
2.随着网孔变大，其感应场强值总体呈下降趋势；
3.在网孔大小25×25cm2，材料半径为1.0cm时，其屏蔽效果最优，感应场强值为1.3kV/m；
4.阳台处架设屏蔽网后，不管其网孔或材料半径大小如何，其感应场强值基本保持在1.3～3.4kV/m。
5.采用第一种架设方式，即从阳台外沿最低点向外延伸0.5m，覆盖整个阳台的屏蔽效果整体优于其他两种架设方式。
综上所述，根据仿真的结果，若采取阳台架设屏蔽网，建议在阳台外沿最低点向外延伸0.5m，架设网孔大小为25×25 cm2，材料半径1.0cm，覆盖整个阳台。其屏蔽效果已将原来未加任何措施感应场强值8.6kV/m降低至1.3kV/m，虽未能达到最优屏蔽效果，但此感应场强值已对房屋影响不大。
4.4 效果分析
本文结合高压输电线路近区建筑工频电场分析，通过现场情况勘测，综合分析，2种屏蔽网架设方案效果均比较显著，如表2所示：
表2 2种方案设计屏蔽效果评估
方案措施 屏蔽后感应场强值（kV/m） 屏蔽效果
中间架设屏蔽网 0.482～2.4 降低72%～94%
阳台处架屏蔽网 1.3～3.4 降低60%～84%
1）对于中间架设屏蔽网，其屏蔽效果是最优的，但是由于屏蔽网接地，人不会发生触电危险，存在被盗可能。同时，由于架设的屏蔽网面积较大，受建设用地及环境影响，施工难度相对较大，建筑内人员视觉影響较大。
2）在阳台处架设屏蔽网，其效果相比较中间架设屏蔽网有所减弱，但也可以较大程度的弱化电场影响。其施工成本较大，也无需定期维护，加装于阳台处亦可以作为防盗网用，美观实用。但其使用时需得到建筑业主的许可方可实施。
5 结论
本文结合高压输电线路近区建筑工频电场分析，针对某220kV线路研究了2种屏蔽网弱化建筑处的电场方法，通过现场勘测情况，综合分析，得出以下结论。
1）在线路与房屋中间段架设屏蔽网效果可降低72%～94%，效果显著，但其存在工程建设实施及定期维护困难，同时金属构架存在被盗风险。
2）在房屋阳台处架设屏蔽网，虽然其屏蔽效果较中间架设屏蔽网有所减弱，但从工程实现、经济角度、定期维护方面分析，建议优先选取阳台处架设屏蔽网措施。
参考文献：
[1]梅贞，陈水明，马锋，等.高压输电线附近室内电磁环境与屏蔽效果[J].高电压技术，2008，34（1）：60-63；
[2]惠建峰，关志成，刘瑛岩.各国工频电磁场的限值及其确定的依据[J].高电压技术，2006，32（4）：51-54；
[3]刘元庆，邹军，张波，等.高压电力线路工频电场对人体影响的分析[J].高电压技术，2004，30（12）：35-36；
[4]邵方殷.我国特高压输电线路相导线布置和工频电磁环境[J].电网技术，2005，29（8）：1-7；
[5]黄道春，阮江军，张宇，等.紧凑型输电线异型分裂导线周围工频电场研究[J].高电压技术，2006，32（4）：55-57。