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输变电设施基本知识(7)

[日期:2010-10-14]   来源:国家电网  作者:   [字体: ]

问题7:我们有可能远离电磁场吗?

  不能。为了回答这个问题,不妨从人类认识电磁现象的历史说起。

    在人类认识和利用电磁现象之前,基本生活在自然界产生的电磁场之中,包括地球自身产生的大地电场、大地磁场、大地与云层之间和云层之间由于闪电产生的雷电电磁场以及来自太阳和其他星球的电磁场等。尽管人类很早就注意到了自然界的电磁现象,但是对于电磁现象规律的探索开始于18世纪。18世纪后期特别是19世纪,基于对电磁现象的实验研究和理论研究取得的成果,人类掌握了电磁现象的物理本质和运动规律,并利用这些知识服务于人类社会。

    自从1831年,法拉第通过实验发现了电磁感应定律;1865年,麦克斯韦建立起著名的麦克斯韦电磁场方程组,标志着电磁场理论诞生以来,人类对电磁现象的认识和利用达到了前所未有的高度。相继发明了发电机、变压器、电动机、电灯、电力网、电报、无线电广播、雷达等人造电磁系统,迎来了人类历史上电气装置的大规模应用,使人类社会从蒸汽时代进入到电气时代。20世纪后期,基于大规模集成电路和微电子技术的进步,计算机技术、光纤通信技术和互联网技术取得飞速发展,人类社会又从电气时代跨入到信息时代。

    电磁科学技术的进步和应用为人类社会创造了巨大的物质文明,同时也把人类带进了一个充满人造的电磁环境之中,人类也越来越多地曝露在这些人造电磁系统有意或无意产生的电磁场之中。例如,家用电器(包括彩电、音响、冰箱、洗衣机、空调、电熨斗、洗碗机、搅拌器、电烤箱、电吹风、吸尘器、电热器、微波炉及电灯等)、办公设备(包括计算机、打印机、复印机、扫描仪等)、移动电话及天线基站、广播及电视发射塔、雷达、卫星地面接收站、楼宇电梯和电子防盗系统、城市交通系统(含机车、轻轨、地铁、电动汽车等)以及高压输电线路和变电站等产生的电磁场。可以看出,在现代社会中,电磁场无处不在,我们不可能远离电磁场。

    不同的人造电磁系统产生的电磁场特性也不相同。下面分别进行简述。

    (1)城市广播电视发射塔周围的电磁场。广播电视发射塔大多数建在人口稠密的城市中心,以使城区内有较高的场强。我国电视和调频广播的频率范围是48.5~960MHz,属于超短波与分米波频段。电视和调频广播的发射设备都安装在同一个发射台上,它们的天线也绝大部分安装在同一座发射塔上。以北京市的中央广播电视塔、上海市的东方明珠广播电视塔和天津市的广播电视塔为例,这些发射塔的高度均在400m以上,发射总功率均在200kW以上。测量表明,在这些发射塔周围地面以及高层建筑物上的电磁波的功率面密度为仅几个微瓦/厘米2,均小于该频段的国家标准40μW/cm2的限值。

    (2)城市近郊区的中波广播发射台周围的电磁场。中波广播的频率范围是531~1602kHz,发射天线大多数采用拉线塔垂直极化电磁波。大部分电磁能量沿地面传播,小部分电磁能量向天空传播。为了保证较好的广播覆盖半径,发射台一般建在城市近郊区。在我国一些地方曾发现,由于城市发展,当初建于城市近郊区的中波发射台被新发展的城区所包围。这些在发射台附近新建的建筑物一方面影响了发射台发出的电磁波信号的传输,另一方面也使生活在这些新建筑物内的人们曝露在较强的电磁场中,场强可高达几十伏/米以上。对超过该频段国家标准40V/m限值的曝露,是值得引起高度重视的。

    (3)城市远郊区的短波广播与通信发射台周围的电磁场。短波广播的频率范围为3~30MHz,短波广播与通信是远距离电磁波传播,天线在垂直面内的最大发射方向有一定的仰角,并利用空中电离层对电磁波的反射,使传播覆盖区域达到数百至数千千米。而沿地面传播的电磁波能量很小且衰减较快,传播距离极短。短波广播与通信的发射天线场区占地范围较大,大部分建在农村的田地上。测量表明,短波广播与通信的发射天线场区邻近区域的场强约为10V/m,小于该频段国家标准12~40V/m(随频率而变)的限值。

    (4)城市内高层建筑物楼顶移动通信基站周围的电磁场。移动通信网主要包括移动电话网、无线寻呼网和无线集群专业网。这类无线通信网的共同特点是:工作频率为超短波和分米波段,电磁波为空间直线方向传输,各通信网由中心站、基地站及用户站组成。移动电话基站天线高度在20~50m左右。测量表明,规范科学地架设天线一般不会导致天线周围空间的电磁场的场强超过国家标准规定的限值。

    (5)城市内的卫星地面站周围的电磁场。卫星地面站的上行发射功率一般在几百瓦至数千瓦之间,天线仰角一般在几度至几十度之间。由于发射功率较大,天线前方一定距离高度的空间和天线周围电磁波的功率面密度较高。对于直径9~18m的天线,如果天线架高为8~10m,测量表明,当天线的发射功率为70dBW时,在天线前方的20~70m处电磁波的功率面密度最大,其值在4.8~16μW/cm2范围之间。

    (6)城市中的架空高压输电线路和变电站周围的电磁场。近年来,随着城市用电量的增多,110kV和220kV架空高压输电线路开始引入城区,例如在上海、北京、天津等大城市的中心地区建成了很多110kV和220kV变电站。由于高压输电线路和变电站的工作频率为50Hz,在输电线路和变电站周围产生工频电场和工频磁场。测量表明,220kV及以下架空高压输电线路下面和空气敞开式变电站主变压器1.5m处的工频电场的场强均不超过3kV/m,小于国家规定4kV/m的限值;而架空高压输电线路下面最大工频磁场的磁感应强度均低于30μT,也低于国家规定的限值100μT。若采用地下电力电缆和全户内或地下变电站,则地面工频电场的场强基本接近大地电场的场强。

    (7)工业、科学、医疗设备周围的电磁场。目前采用高频电磁场原理制作的工业、科学、医疗设备越来越多,例如用于医疗的超短波理疗仪、微波治疗仪、高频手术刀等。这些高频设备工作时常常伴随着产生一定强度的高频电磁场。测量表明:在这些高频设备的0.5~1m处有较高的场强,5m远处场强迅速衰减到几伏每米,10m以外远处或工作间外几乎衰减为零。表明这些高频设备产生的高频电磁场对一定范围外人群的影响较小。

    (8)家用电器周围的电磁场。家用电器是供家庭日常应用的电器设备,可分为空调器具、冷冻器具、厨用器具、清洁器具、取暖器具、整容健身器具、胶木电器、文艺影视器具和其他类电器等。不同家用电器设备产生的电磁场也不相同,包括工频电场、工频磁场和高频电磁场等。一些大容量的家用电器如空调和取暖设备由于工作时电流较大,其周围的工频磁场的磁感应强度有时可以达到十几个微特,但是随着距离的增加,其值迅速衰减。

    (9)城市交通干线两侧的电磁场。汽车发动机点火系统是最强的宽带电磁场干扰源之一,此外,还有汽车电动喇叭、发电机整流器、蓄电池的大电流瞬时通断等,也会产生很窄的尖峰电磁脉冲。从北京市和深圳市交通干线两侧的测量看,产生的无线电干扰的场强在44~50dBμV/m之间,频率从几兆赫兹延伸到300MHz以上,但在10~25MHz范围内较强,会对50m内的广播和电视收听和收看效果产生干扰。

 

    图1-7给出了按频率和波长划分的从核辐射频段直至零频率电磁频段的频谱分布及其应用领域的示意图。在我国及世界上大部分国家,电力频率采用50Hz(也有部分国家采用60Hz,如美国)。因此,在电力或动力领域中,通常将50Hz(或60Hz)频率称之为电源工作频率(简称工频)。

图1-7  按频率划分的电磁频谱

    近年来,随着我国人民生活水平的日益提高,人们对人体曝露在电磁场中是否会有健康影响存在疑虑,加上一些片面的报道,使人们在一定程度上出现了对电磁场的恐慌心理,其主要原因还在于对电磁场缺乏必要的了解。科学研究表明,并不是所有的电磁场都会对生态环境构成影响。当场强被控制在一定的量值范围内时,它对人体、有机体及其他生物体是无害的、甚至于可能还是有益的。但是,当场强超过一定限值后,就会逐渐出现负面影响。因此,将环境中的电磁场控制在一定的、合理的限值范围内,既能发挥电磁场的积极作用,又可以限制其负面影响。





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