高壓輸電線路周圍的電磁現象探析

程馨誼

摘 要：高壓線路周圍存在著較高強度的電磁場，并伴隨產生一些特定的電磁現象，這些現象是否對人體有害，對環境有污染，一直是人民群眾關注的熱點問題。文章通過對電磁現象的探析，得出只有加以嚴格控制，方能避免產生傷害的結論。

關鍵詞：輸電線路；電磁場；感應電；避雷

我國的高壓電網電壓等級從交流的110 kV，220 kV，330 kV，500 kV，一直到近年來還出現了1 000 kV的特高壓，此外還有直流傳輸的±800 kV、±660 kV、±500 kV。電力部門會根據傳輸距離、傳輸目的以及各地的電網規劃，建設不同的電壓等級的輸電線路。

我國的電網發展近年來呈現出投資日益加大，建設速度日益加快的趨勢。隨之而來的一些環保問題也顯得越來越突出，這一方面是因為我國對環保工作的重視程度在提高，另一方面也是因為廣大人民群眾對有關自身利益的環保、健康問題越來越關注。

通過查閱有關新聞、文獻，可知主要有以下常見問題：“高壓線路周圍的工頻電磁場是否達標，是否對人體有害？”；“高壓線路周圍為何會產生靜電現象？”；“高壓線路是否會引來雷擊？”……

縱觀以上這些環保問題，其核心內容就是輸電線路周圍的電磁環境問題。換言之，如果把這個問題講透，其余問題也都會迎刃而解。

1 帶電體周圍的電磁現象

通過學習相關物理知識，我們可知：電場是由電壓差產生的：電壓差值越大，產生的電場也會越強。磁場是由電流流過時產生的：電流強度越大，磁場越大。在沒有電流流過的時候，電場也會產生，但此時不會有磁場。如果有電流流過，磁場強度將隨著功率消耗的變化而變化，但是電場強度保持恒定。

因此可以得出結論，在任何帶電物體附近，都會存在一定的電場與磁場。但這種電磁場現象不一定屬于電磁輻射。

由于我國的交流電的頻率為50 Hz，因此其對應的波長為6 000 km。而嚴格意義上的“電磁波”，最低頻率為100 kHz，對應波長為30 km。因此可知，交流電對應的頻率遠低于無線電波，并不屬于嚴格意義上的電磁輻射。另外，由于電磁輻射的關鍵是要將能量通過電磁波的形式傳播出去，與采用輸電線路傳輸電能的方式明顯不同，也能證明無論任何電壓等級的輸電線路周圍并不存在電磁輻射，僅僅是一種會隨著電壓、電流強度變化的頻率為50 Hz的電場與磁場，也可稱為“工頻電磁場”[1]。

2 工頻電磁場對人體的影響

雖然高壓輸電線路周圍不會產生電磁輻射，但由于其輸送大量的電能，其周圍的工頻電磁場強度相較于普通環境，勢必是較高的。

在遠離電力線的住戶中，背景電磁場強度可以達到0.2 ?T。直接在高壓線的下方，電磁場的強度還會更大，地面的磁通量密度可以達到幾?T。在電力線下方的電場強度可以高達10 kV/m。然而，電場和磁場強度會隨著與電力線的距離增加而迅速減小。在50～100 m的距離，電磁場的強度通常會和遠離高壓輸電線的區域的強度差不多。此外，相比于房屋外面同樣地點測到的值，房屋的墻壁可以明顯降低電場強度。

人體處在高強度的工頻電磁場環境中會有何影響，又是一個受到高度關注的環保問題。

通過查閱世界衛生組織（World Health Organization，WHO）的相關研究成果，可以知道：低頻電場可以影響人體，像其他帶電粒子組成的物質。電場導電材料會影響表面電荷分布。電場會使得電流從身體流向大地。

低頻磁場可以誘導人體當前循環。電流的強度取決于外部磁場的強度。如果當前磁場足夠大，可以產生人體刺激神經和肌肉，或影響其他生理過程。

電場和磁場可以在人體內感應電壓和電流，但即使直接位于高壓線以下，人體內的感應電流與能夠產生電擊或其他電效應的極限相比仍然非常小。

根據WHO從1996年開展的一項風險連續跟蹤評估，其結論為：（1）根據權威的健康風險評估結果，極低頻電場對健康的短期和長期影響以及健康后果是毫無疑問或爭議的。（2）極低頻電場暴露會對人體造成有害的影響。然而，世衛組織建議的國際接觸標準限值（公眾5 kV/m，職業接觸10 kV/m）可以完全保護人體免受這些有害影響。

而通過查閱相關法規，可知我國對于工頻電場強度限值為4 000 V/m，工頻磁場強度限值為100 μT。這個標準又嚴于上文所提及的國際暴露標準限值，因此具有很強的科學性和嚴肅性。

通過進一步查閱我國各地近年來投運的輸變電項目的監測數據，可知其周圍的工頻電磁場均可以遠遠低于國家標準[2]。

3 高壓線路周圍的感應電

高壓輸電線路以下的工頻電場有很高的水平。當人或動物接觸地面的絕緣導體在電場作用下，會產生刺痛的電流，即電休克。當電流增加時，刺激范圍可能從電擊引起的刺痛或燒傷的感覺到擺脫和呼吸困難。如果電流強，則會引起心室顫動。根據電擊時間的不同，可分為瞬態電擊和穩態電擊兩種類型。瞬態電擊是指人體在電場中與導體接觸并通過人體接觸的瞬間。穩態電擊是指當人在電場中抓住導體時，由帶電導體通過電容耦合產生的流過人體的連續工頻電流引起的電擊。

高壓線路周圍的導體都會存在一定強度的感應電。一般情況下，由于導體的感應面積遠遠小于輸電線路的長度，不會積累足夠強度的感應電荷。但是，如果同一塔上的兩條線路中的一條被切斷并修復，如果移除一端接地點的一個相，則會對人體造成嚴重傷害甚至死亡。中國已經有這樣的情況。

在這種接地方式下，感應電壓和感應電流主要是電磁感應元件。人體在受到電擊時所承受的感應電壓和感應電流與功率流和運行線路的長度成正比；感應電壓與人體無關，感應電流隨人體電阻的降低而增加。

通過查閱相關技術規范，可知線路長度大于5 km或運行線路潮流大于20 MW，若直接拆開一相接地刀閘存在極大的人身安全風險；在實際生產中，應嚴禁此類事件發生。為了確保人身安全，在進行工作之前，或者在可能會失去接地保護的其他情況下，必須安裝人工接地線，以便修理停電線路的斷路器[3]。

4 對人體產生的其他影響

通過查閱資料與實地體驗，筆者發現在高工頻電磁場環境中，即使穿上了屏蔽電磁場的專業服裝，仍然時常會出現如下幾種感覺。

4.1 風吹感

這種感覺是由于人們在等電位水平工作時，等電位人員總是有一種更明顯的微風吹在他們臉上的感覺。這主要是在電場力作用下人體表面電荷的表現。因為人臉是未屏蔽的裸露部分，并且臉的鼻子是尖的，所以電荷密度高，電場強。因此，當與高壓輸電線路周圍的工頻電場相互作用時，會感覺到風吹。

4.2 蛛網感

在高壓電場中，由于人臉上沒有屏蔽措施，常出現另一種特殊的感覺—蛛網感。這種現象仍然是高壓電場效應的結果。面部神經在密集游動電荷的作用下產生這種特有的感覺，實踐證明，這種現象不僅與電場有關，而且與氣象條件有關，尤其在等電位操作者出汗較多的夏季，這種現象更為明顯。

4.3 嗡聲感

這種感覺主要來自于作用在屏蔽服上的工頻交流電場的周期性變化所引起的機械振動。它的聲音和頻率與電氣化變壓器的嗡嗡聲相似。

以上3種感覺都是由于電荷對人體神經產生作用而引起的，雖然會引起某些不適感，但并不會對人體產生實際傷害。

5 輸電線路的避雷問題

此外，還有很多群眾會想當然地把電磁現象與雷擊問題聯系起來，擔憂輸電線路周圍是否會更易引發雷擊，進而產生安全問題。

其實無論是普通房屋還是輸電線路，都非常重視避雷，因為雷電擊中高壓線路之后，引起的后果包括擊毀線路、擊傷人員之外，還有引發電壓不穩，影響電網潮流穩定，甚至可能產生大面積停電的嚴重后果。所以在高壓線路設計時，就已經考慮了避雷問題，常見高壓鐵塔如圖1所示。

那么避雷線是如何實現防雷呢？其實雷電是客觀的自然現象，是無法防止的。避雷線實際上叫作引雷線可能更合理。避雷線是約定俗成的稱呼。其工作原理與避雷針相同。它是一根安裝在高壓線上的金屬線，具有良好的接地性，又稱它為架空地線。它能有效地將雷電的放電引入大地。

架空送電線著雷時，可能打在導線上，也可能打在桿塔上。當閃電擊中導體時，導體上會產生所謂的“過電壓”，有時高達數百萬伏特，這比線路的額定電壓高得多。它超過線路絕緣子串的抗電強度時，絕緣子將“閃絡”，往往引起線路跳閘，甚至造成停電事故。避雷器可以覆蓋導線，使雷電盡可能地落在避雷器本身上，使雷電流通過塔的金屬部分和地下埋設的接地裝置流入地下。當雷擊塔或避雷器時，當塔與導體之間的電壓超過絕緣子串的電氣強度時，絕緣子串也會發生閃絡，造成雷電事故。通常用降低桿塔接地電阻的辦法，來減少這類事故。

6 結語

綜上所述，由于輸電線路承擔著傳輸大量高壓電能的任務，其周圍不可能避免地會存在較高強度的電磁場，進而伴隨出現一些電磁現象。但國家已經對其環境影響提出了標準加以規范，因此，在正常情況下，輸電線路產生的電磁現象均不會對人體產生實際意義上的危害。但仍然應該警鐘長鳴，做好需要近距離操作的工作人員的防護措施，避免發生意外。

[參考文獻]

[1]周建國.工頻電場磁場與健康[M].上海：復旦大學出版社，2011.

[2]張曉璐，王蕾，郭堅.架空輸電線路防雷實用措施[C].南京：江蘇省氣象學會學術交流會，2011.

[3]林炬，曹俊杰，李立，等.屏蔽線對輸電線路電磁環境影響的模擬研究[J].電力科技與環保，2017（1）：48-50.