高壓輸電線電磁輻射對人體安全距離的計算

摘 要：該文對高壓輸電線電磁輻射對人體的影響進行了計算。將電磁輻射看成是由振蕩的偶極子產生，然后向空間傳播。文中從電磁場理論的安培公式出發，推導了計算公式，并以一個計算例說明公式的應用。計算結果表明，在所給出的數據下，電磁輻射對人體是安全的。

關鍵詞：電磁輻射 高壓輸電線 電磁場理論安培公式

中圖分類號：TL7 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2012）12（c）-0-02

電磁波輻射就是將電場與磁場二者互相作用所形成的波動，以輻射形式向空間傳播出去。事實上，由于高壓輸電線、配電房等的使用，使人體無時不刻處在電磁波的輻射之中，電磁波輻射對環境及人體健康的影響日益受到研究者的關注。各國的輻射安全標準不盡相同，我國的輻射安全標準根據不同的行業背景也有不同的標準。

我國的HJ/T 24-1998標準規定暴露磁感應強度的安全值為1高斯（即1Gs=1000 mGs=100μT，微特斯拉）。1995年美國國家輻射防護委員會（NCRP）提出電磁場暴露導則，在居民區的工頻磁感應強度安全標準為2 mGs（即0.2 μT，微特斯拉）。兩者相差

500倍。

電磁波對人體產生的生物反應與電磁波的頻率、波長、功率、距離有關。各標準都規定，對輻射空間某一點處（稱為觀測點）所接受到的輻射量，分別以磁感應強度、電場強度或輻射功率密度來表示。

對工頻輻射的計算，按習慣以磁感應強度表示，對高頻輻射則以輻射功率密度表示。以電力高壓輸電線而論，大電流載流導線在其周圍空間形成了一個高交變工頻電磁場，存在一定的電磁輻射。距輻射源多遠才是安全的呢？以往的資料大都側重于實測結果的分析，或是偏向于問題的定性闡述，這不足以認識問題的內涵，也缺乏可操作性。

因此，有必要加以定量闡述。該文定量地計算靠近高壓輸電線對人體受到電磁輻射污染的影響。

然而，高壓輸電線的運行情況復雜多樣，要準確的定量描述是十分困難的。該文以典型的三相對稱（無中線）系統只考慮磁場的運行條件，并基于電磁場輻射理論推導出計算公式。為了分析電磁輻射的影響，可以將電磁振蕩輻射看成是由一個稱為偶極子（電偶極子、磁偶極子）的輻射源產生，并將振蕩向周圍空間輻射傳播。偶極子是由兩個小金屬球以長l的導線連接起來而構成。在離輻射源距離為r處看，把輻射源看成是有交變電矩的偶極子。將輻射空間分為：近區、中間區、遠區。該文研究的是工頻電磁場，只關心近區。首先進行計算公式的推導，然后結合實際例子說明公式的應用。

1 公式的推導

對于三相對稱輸電系統，我們關心的是三相電流在觀測點處產生的電磁輻射劑量大小，因而可用電流的有效值來討論。當加入的相電壓相等時，相電流也相等。這樣，三相輸電線電流產生的電磁輻射量等效于單相線電流產生電磁輻射的三倍。從而可把三相輸電線系統作為單相輸電線系統處理。

基于電磁場理論的安培定律公式的推導。電流的磁場具有漩渦的特征，亦即電流磁場是有旋度的，因而磁場的磁位不能用標量位函數，而必須用向量位函數來表達。如圖1所示。

設流過長度為dl的一段無限小的導體的電流i，idl稱為電流元（即輻射源）。設i為不變恒流，則電流元在距離為r的空間某點處的向量磁位參照安培定律，用微分形式可表為

式中，A為觀測點處的向量磁位，單位Gsm（高斯·米）；r為輻射源到觀測點的距離，單位m；dl單位m；i為電流，單位A（安）。μ0為磁導率，在不同的單位制中有不同的值。該文所用單位制情況下μ0=4π×10-3Gs m/A（高斯·米/安），Gs是磁感應強度單位，4π×10-3是單位制換算

系數。

當i隨時間而變，如正弦變化，因電磁波以光速c傳播，離開輻射源r的觀測點處的波將比輻射源處的波滯后△t=r/c。在觀測點處的電流波為i（t–r/c）。（1）式變成

觀測點處的磁感應強度dB是該處的dA的旋度，旋度用算符rot表示

即

旋度可以在笛卡爾坐標（l-r）上計算。可以求得

上式右端有兩項，因所論問題r較小，忽略r/c，是近區。第一項應大于第二項。

容易證明

最后得微分型計算公式

2 公式應用

某幢宿舍樓高七層，觀測點為樓頂，頂樓與三相110 kV高壓輸電線垂直距離s=20 m。各相電流100 A，等效相電流3×100=300 A。可將長輸電線視為無限長，即求由無限多個偶極子在觀測點處產生的磁感應強度之和。此時（4）式中的l、r、θ均為變量。dl應沿此長度積分。因B常取高斯制單位，而i、r常取MKS制的安培、米單位。兩者不能在同一公式運算，現將MKS制轉換為高斯制。它們的關系是：0.1[高斯電流單位]=1A。當電流以安培給出，應將安培值除以10后代

即得樓頂觀測點的磁感應強度為：

對照國家給出的安全限值標準為1000 mGs，可見結果比國標低得多。本例中，人體是安全的。

若以國家標準代入，可計算出電磁輻射對人體的安全距離為6 cm。這是大多數住宅都能滿足的距離。

3 結語

磁輻射量大小與高壓輸電線對觀測點的垂直距離的平方成反比，與相電流大小成正比。視不同情況運用本公式可得出相應結論。

不對稱三相輸電線系統，可用導線換位法轉換成對稱系統，文中公式同樣適用。用文中公式（4）的第二項，還可對高頻電磁輻射（遠區）進行計算。通常人體住在房屋中，房壁中的功率損耗與頻率的平方成正比。工頻時電磁輻射衰減很小，一般只衰減2～3 dB，因而房屋對人體的防護作用不大。

參考文獻

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