工频电场强度（共8篇）
工频电场强度 篇1
摘要：目的 掌握计算机电磁辐射强度分布情况,并对其强度进行分析和评价。方法 采用电磁辐射分析仪和工频电磁辐射测量仪对10台台式计算机和5台笔记本电脑进行测量。结果 台式计算机和笔记本电脑分别有5.0%(4/80)和60%(12/20)的检测点超过《工作场所有害因素职业接触限值第2部分物理因素》超高频辐射8 h接触限值要求。工频电场强度均符合标准。结论 笔记本电脑高频电磁场强度处于较高水平,保持较远的操作距离和缩短接触时间,是减少非电离辐射的有效办法,建议完善计算机超高频辐射和工频电场标准。
关键词：作业场所,计算机,超高频辐射,工频电场
计算机给人们带来工作、生活及学习方面便利的同时也给长时间接触计算机者,造成电磁辐射的伤害。计算机的工作频率范围包括中波、短波、超短波段很宽的频带。它基本与工业、科技、医学高频设备(诸如高频淬火、高频焊接、介质加热、塑料热合等)、广播、电视、通信、雷达等射频设备的工作频段相同[1]。同时计算机使用交流电,也可能存在工频电场。为了掌握计算机电磁辐射的强弱和分布情况,笔者对某作业场所计算机周围的电磁辐射强度进行了检测、分析和评价。
1 对象与方法
1.1 调查对象
某作业场所普通台式计算机10台,笔记本电脑5台。
1.2 检测内容
测量指标:超高频辐射强度(频率为30~300 MHz)和工频电场强度(50 Hz);测量设备:超高频辐射强度测量设备采用电磁辐射分析仪(EMR-300)进行测量,探头测量频率范围为100 kHz~3 GHz;工频电场测量设备采用工频电磁辐射测量仪(ADL2010A),探头测量频率范围为5 Hz~100 kHz。
1.3 测量点选择
台式机选择:显示器屏幕表面、显示器背面表面、键盘表面、主机前、上、左、右、后侧表面8个检测点;笔记本电脑:显示屏屏幕、显示屏背面、键盘、电脑底部表面共4个点。为了避免环境非电离辐射本底值对测量结果造成的影响,在避开其他电器装置,距离计算机屏幕50 cm(操作位)测定辐射本底值。
1.4 测量方法
部分参照《工作场所物理因素测量 第1部分:超高频辐射》(GBZ/T [2])和《工作场所物理因素测量 第3部分:工频电场》(GBZ/T [3])执行[2,3]。
2 结果
2.1 计算机非电离辐射强度检测结果 本次调查对某作业场所10台台式计算机和5台笔记本电脑超高频辐射和工频电场强度进行了测量,每台台式机测量8个点,每台笔记本电脑测量4个点,每个电脑操作位测定1个点,共计115个点。检测点的分布和辐射强度值见表1。
注:台式计算机10台;笔记本电脑5台。
参照《工作场所有害因素职业接触限值 第2部分物理因素》对检测结果进行卫生学评价[4]。经分析,台式机、笔记本电脑超高频辐射合格率差异有统计学意义,校正χ2值为32.04,P<0.01该作业场所笔记本电脑高频电磁场超限率较高,辐射强度较大。台式机、笔记本电脑工频电场强度均符合GBZ 2.2-2007标准要求。见表3。
3 讨论
3.1 超高频辐射
超高频辐射强度主要分布规律表现为屏幕后表面和主机后表面的辐射强度比较高;笔记本电脑超高频辐射强度高于台式计算机,在笔记本电脑键盘表面、显示屏后表面超高频辐射已经接近甚至超过GBZ 2.2-2007对超高频辐射的限值要求。GBZ 2.2-2007是针对作业场所的标准,并不适用于非职业性接触。然而笔记本电脑是在人们日常工作、学习、生活娱乐中使用的,对其日常使用的超高频辐射限值要求,应该比GBZ 2.2-2007更加严格。同时,人们使用笔记本电脑的过程中接触距离非常近,所以本次调查结果提示我们,人群接触笔记本电脑超高频辐射强度总体水平可能是比较高的。
3.2 工频电场
在检测过程中发现,不同品牌,不同型号的台式电脑工频电场强度差别较大,不同品牌的显示器表面工频电场辐射强度可以相差几十倍,但都是在GBZ 2.2-2007规定的接触限值范围之内。
3.3 建议
保持较远的操作距离和缩短接触时间,是减少非电离辐射的有效办法。我们在距计算机屏幕50 cm的点检测了操作位的非电离辐射强度值,这个值既能基本反应当时测量环境电磁辐射的一个本底值,也是反应人员在通常情况下使用计算机实际接触非电离辐射强度水平(针对操作者头部而言)。从检测可以看出,在距离计算机屏幕50 cm以外,超高频辐射和工频电场的强度都下降了十几倍甚至几十倍,远远低于国家限值要求。所以,在使用笔记本电脑时应尽量避免将其长期放在腿上,应保持身体和电脑有一定的使用距离。从本次测定的数据和GBZ 2.2-2007标准可以看出,保持较远的计算机使用距离,缩短接触计算机时间,可以有效防止计算机非电离辐射对人体健康的影响。
鉴于笔记本电脑超高频辐射强度值较高,各类计算机辐射强度的巨大差异,建议补充完善电脑非电离辐射针对普通人群的标准限值,以达到更好的保护人群健康的目的。
参考文献
[1]赵玉锋.计算机电磁辐射危害与防护〔J〕.新安全,2003,(12):74-76.
[2]BGZ/T189.2-2007,工作场所物理因素测量第1部分:超高频〔S〕.
[3]BGZ/T189.3-2007,.工作场所物理因素测量第3部分:工频电场〔S〕.
[4]GBZ 2.2-2007,工作场所有害因素职业接触限值第2部分物理因素〔S〕.
工频电场强度 篇2
区别
物理意义
反应电场本身的力的性质.
指电荷在电场中所受的力.
决定因素
在电场中某一点，E是一个恒量.用E=F/q来量度，它决定于电场本身，而与检验电荷的存在与否无关.
力的大小决定于放在电场力的电荷的电量q，以及电场中这一点的电场强度E的大小，即F=qE.
矢量的方向
场强方向与正电荷放在电场里所受电场力的方向相同.
正电荷受电场力方向与场强的方向相同，负电荷受电场力方向与场强方向相反.
单位
牛/库 或者 伏/米
牛
联系
工频电场强度 篇3
关于工频电场效应的长期影响, 即电场引起长期的生理或生物学影响, 在世界范围内已进行20多年的研究, 至少有十几个国家开展了这方面的研究工作。研究内容包括: (1) 输配电职工健康情况调查; (2) 流行病学研究; (3) 对志愿受试实验室内试验; (4) 在实验室用动物模拟人体暴露的试验; (5) 电场对动物和植物生态影响的研究等。
各国所开展的典型研究为: (1) 美国邦纳维尔电力局关于特高压试验线路对生态影响的试验研究; (2) 美国电力公司关于765kV输电线对家畜影响的调查; (3) 日本特高压输电线路下电场对家畜影响的试验研究; (4) 意大利对特高压输电工程工频电场生态影响的试验研究; (5) 前苏联对超、特高压输电线路下电场的生态影响研究; (6) 英、法、意3国联合对工频电场生态影响方面的试验研究。
研究表明, 工频电场对人和动物有确定有害影响的阈值远高于输电线路下工频电场的限值;特高压输电线路工频电场取值合适, 不会对生态环境造成不利的影响。
工频电场强度 篇4
关键词：高压、超高压输送变配电站,工频电场
为了解高压、超高压输送变配电站工频电场强度水平, 2013年笔者对高压、超高压输送变配电站工频电场日常检测评价报告进行了分析, 现将结果分析报告如下。
1 对象与方法
1.1 采样对象
呼和浩特市周边30家高压、超高压输送变电站。
1.2 采样及评价方法
工频电场强度检测按GBZ/T 189-2007《工作场所物理因素测量》规定的方法[1], 使用电磁场辐射检测仪进行测定。依据GBZ2.2-2007《工作场所有害因素职业接触限值第2部分:物理因素》进行评价[2]。
2 结果
共测15家220 k V高压输送变电站工频电场强度, 本次测试的172个作业点中, 15个作业点工频电场强度超过国家接触限值的要求, 合格率为91.28%。最大工频电场强度10.49 k V/m, 为一220k V入线区域检测点, 最小工频电场强度0.000 7k V/m, 为一控制室检测点;控制室、配电室工频电场强度均较低, 控制室最高工频电场强度均为0.16k V/m、配电室最高工频电场强度为0.000 6 k V/m;超标地点主要为220 k V断路器区域、220 k V阻波器区域、220 k V母线区域、220 k V入线区域、220k V阻波器耦合电容器之间、110 k V断路器区域等作业点。
共测15家500 k V超高压输送变电站工频电场强度147个作业点, 43个作业点工频电场强度超过国家接触限值的要求, 合格率为70.75%。最大工频电场强度16.38 k V/m, 为一500 k V线路间隔检测点, 最小工频电场强度0.003 5 k V/m, 为一控制室检测点;控制室、35 k V变压器区域工频电场强度均较低, 控制室最高工频电场强度均为0.055 k V/m、35 k V变压器区域最高工频电场强度为1.78k V/m;超标地点主要为500 k V线路间隔、500 k V电抗器区域、500 k V断路器间隔、500 k V变压器区域等作业点。
3 讨论
工频电场对中枢神经系统、心血管系统、血液系统、内分泌系统、生殖和遗传等方面产生影响。目前认为工频电场对中枢神经的作用主要由电场引起的。经常暴露在400~500 k V以下变电站的工作人员, 可出现神经系统症状, 食欲不振, 性机能减退, 脉搏加快, 血压偏高, 并有血象的轻微变化。
有检测结果可知, 220 k V高压输送变电站工频电场强度合格率高于500 k V高压输送变电站, 说明工频电场强度随着变电站额定电压增加而增加。控制室工频电场检测结果均符合国家职业接触限值的要求, 说明控制室工程防护措施得当。超标作业点集中在线路间隔、电抗器区域、断路器间隔、变压器区域等作业点, 建议巡检人员巡检上述作业点或在上述作业点作业时, 应做好个人防护, 穿合格的全套屏蔽服, 尽量减少暴露时间, 进行定期体检, 以达到减少职业危害的目的。
为避免电磁辐射对人体的影响, 要从输变电设计和劳动保护等方面采取措施, 以降低工频电磁场强度, 减小影响程度。 (1) 提高导线对地的高度, 远离辐射源。感应电磁场强度与到辐射源距离的平方成反比, 辐射电磁场强度与到辐射源距离成反比。因此, 增大辐射源与目标物的距离可减感应电磁场和辐射电磁场的强度, 降低电磁场的影响; (2) 输电线倒三角排列。倒三角排列的三相输电线路磁场强度较低, 而且减小线路的占地走廊面积, 节约土地资源, 在技术和经济上都有优势, 因此我国许多地方都采用这种布线方式; (3) 逆相序排列。相对正相序排列, 逆相序排列可大大降低磁场强度; (4) 高低压导线分层架设。高低压导线分层架设的设计, 可获得降低地面场强的效果; (5) 导线地沟铺设。导线地沟铺设要比架空送电线产生的空间磁场强度小得多, 但是工程造价会大大增加, 在设计中可综合考虑, 以求最优。
辐射体周围的土质、地貌会直接影响声强的分布状况和场强的衰减规律。突出物、高大树木等植被对电磁波有一定的吸收衰减作用。绿色植物对电磁辐射的吸收具有频带宽、效果好且无任何负面影响的特点, 所以环境绿化是防治电磁污染的有效措施之一。
参考文献
[1]中华人民共和国卫生部.GBZ/T 189-2007工作场所物理因素测量[S].北京:人民卫生出版社, 2007.
工频电场强度 篇5
2005年底, 全国风电装机容量仅为1 220 MW, 位居世界第八位。“十一五”时期, 在《可再生能源法》及相关配套政策支持下, 我国风电产业得到了快速发展。到“十一五”末, 全国 (不含港、澳、台) 共建设802个风电场, 安装风电机组32 400台, 总吊装容量达到41 460 MW (建设容量38 280 MW, 并网运营容量31 310 MW) , 年均增长率为102%, 累计和新增吊装容量均位居世界第一位, 装机规模达到了新的水平, 但2010年全年风电发电量约为490亿k Wh, 仍低于美国同期的风电发电量[1]。
由于我国风电资源的集中性, 使得我国大多采用大型风电场的方式来利用风能, 但适合大规模开发风电的地区一般都处于电网末端, 由于此处电网结构较为薄弱, 因此大规模风电接入电网后可能会造成电网电压下降、线路传输功率超过热极限、系统短路容量增加和系统暂态稳定性改变等问题[2]。加之风能的多变性, 会使风电场的故障特征不同于一般的火、水电厂。文献[3-4]分析了双馈风力发电机组故障电流的特性;文献[5-9]分析了风力发电机组对电流和距离保护的影响, 并提出自适应保护方案;文献[10-12]分析了风电场的低电压穿越及负荷的增加对保护的影响。目前的研究主要在整定值方面与短路电流构成的研究, 而没有基于保护的原理来研究风电场对保护的影响。因此, 本文分析研究了大型风电场对其出口输电线路的工频变化量距离保护的影响并提出了改进的措施, 通过仿真予以验证。
1 工频变化量距离保护的研究
电力系统发生短路故障时, 可分解为正常运行网络和故障分量网络。在正常运行网络中, 有发电机电动势作用, 建立正常运行时的电压和电流;在故障分量网络中, 仅在故障点有故障电动势作用, 在网络中建立故障分量电压、电流, 如图1所示。
在任何运行方式、运行状态下系统故障时, 保护安装处地全电压um、全电流im可以看作是故障前状态下非故障分量电压u0、电流i|0|与故障分量电压Δu、电流Δi的叠加, 即
对于接地故障和相间故障, 分别令
式中, krel为可靠系数, 为了便于分析, 取krel=1。
利用比相与比幅之间的关系可以得到比相判据为
2 风电场与常规电厂组对比
风电场运行时在受风速影响的同时还受电网输送能力、系统调度要求等限制, 因此, 风电场投运风电机组及有功出力等都是变量[15]。为研究不同影响因素对保护的影响, 应先分析风电场的实际运行方式。
在风电场的实际运行中, 其多变性主要体现在:风电场的有功出力、风电场的控制策略及停机比例的变化上。文献[15]通过分析张家口某风电场在两种不同风速下风电场的出力情况得出:在风速1, 风电场最高出力和最低出力相差较大, 分别为47.8 MW (96.5%) 和17.19 MW (34.7%) , 日平均为31.59 MW (63.8%) ;在风速2, 风电场最高出力为27.87 MW, 日平均出力为24.1 MW。可以看出, 随着风速的变化风电场的有功出力也是变化的, 特别是风速变化剧烈时有功输出也是较为剧烈。为了适应电网稳定运行、调度等需要, 需要调整风电场的无功输出, 故需要调整风电场的功率因数, 加之检修等原因会使得风电场的风电机组不能总投入运行。正是由于这些因素的变化导致了风电场运行方式的多变性。
除了风电场运行方式的多变性, 还有风电场的接线结构与常规发电机组会有所不同, 图3是风电场的一次接线图。
由于风电场的容量相对较小, 一般只有被接入系统短路容量的5%。风电场侧的正、负序阻抗, 包括风电场内的35 k V集电线路和风电机组的阻抗、主变T2和220 k V输电线路L1的阻抗, 会出现其远远大于系统侧的正、负序等值阻抗;而对于零序网络, 由于主变T2的中性点直接接地, 风电场侧的零序阻抗仅包括主变T2及输电线路L1的零序阻抗, 远远小于风电侧的正、负序阻抗[16]。
为了保证电网故障时风电机组的低压穿越能力, 一般都配置Crowbar保护。若电网故障不严重, Crowbar保护不动作, 此时风电机组仍能提供较大的故障电流;若故障严重, Crowbar保护动作, 风电机组由于失去励磁使得其提供的故障电流很小。由前文的分析可知, 风电侧的零序阻抗远小于正、负序阻抗, 使得其的零序电流分配系数远大于正、负序电流分配系数, 若发生如图3的接地故障时, 风电侧的故障电流主要由零序电流组成, 正、负电流很小。这些短路特性正是常规发电机组不具有的。
3 风电场对工频变化量距离保护的影响
3.1 风电场对相间保护的影响
图4是保护区内发生短路故障时的系统图, 图中M、N侧分别是风电侧和电网侧, K为故障点, 为保护范围末端的电压 (即工作电压) 。当发生金属性短路故障时 (如BC两相故障) , 工作电压
式中:Z∑=Z1∑+Z2∑;Z1M、Z2 M分别为风电场侧的正、负序等效阻抗;Zk为短路点到M侧的线路阻抗值, 令
从式 (8) 可以看出, 当发生金属性短路故障时, 保护的动作性能取决于K′的大小, 故需要分析在风电场的运行方式发生变化时, K′的变化情况。
可以看出由于 (1-lp) Z1l+Z1N的存在, 使得并不是某一固定值, 这样K也就不恒为1, 而是随着故障位置、风电场的等值阻抗及风电场的有功出力变化而变化。
从式 (7) 可以看出, 由于风电侧正、负序阻抗远大于线路阻抗, 这样使得区内故障时Cs′etCk′略大于1, 导致了K′的大小还取决于Uk 0Uop 0, 而这两者的比值主要和风电场的负荷电流及功率因数的大小有关。
在一般的情况下, 风电场的无功输出都为0, 此时电压、电流的相位图如图5所示。图中, M、N分别表示首、末端, 为负荷电流, 可以看出并且两者的差值会随着风电场负荷电流的增大而变大, 当风电场负荷大到一定程度有可能会出现K′小于1的情况, 造成保护的拒动。在无功为0的情况下, 风电场负荷电流的大小主要和风速的大小及风电机组投入运行的多少有关。当风速较高时, 此时风电场的负荷电流较大, 可能会造成保护拒动;而当风电场中有部分风电机组停运时, 负荷电流下降反而有利于保护的正确动作。
在一些情况下, 需要调整风电场的无功输出, 当风电场的功率因数变化时, 也可以作出电压、电流相量图, 如图6所示。此时负荷电流滞后机端电压, 就会导致UM>UN, 无论负荷电流如何变化K′总会大于1, 保护能可靠动作。另外, 由于风电场侧的等值阻抗较大, 加之线路MN上各点电压幅值相差不大, 造成了K值在1上下浮动, 若发生经过渡电阻短路, 即使过渡电阻很小, 也可能会造成保护的拒动。
3.2 接地保护所受的影响
从前文的分析可知, 相间保护出现误动的原因是:风电侧的正、负序阻抗很大, 造成Cs′etCk′的比值略大于1, 使得K′约等于1, 导致了保护的拒动。
对于接地保护, 分析过程和相间保护相同, 所不同的是
式中, 0C为风电侧的电流分配系数, 假设发生如图的单相接地故障, 由前文的分析可知, 风电侧的零序阻抗要远远小于其正、负阻抗, 这样使得风电侧零序阻抗与线路零序阻抗的比值相对较小, 从而导致Cs′etCk′的幅值更容易随着故障点的位置的变化而变化, 而不像相间保护一样保持在1左右, 这样接地保护的K′会变得更大, 从而避免了负荷变化对保护的影响。
综上所述, 对于相间保护来说, 随着风电场运行方式的变化, 会造成保护的不正确动作, 但只是在风电场有功出力较大的情况下, 保护才出现拒动和误动的可能, 一般情况下保护均能正确动作。而对于接地保护来说, 由于K′相对较大, 使得负荷的变化并不会对接地保护保护产生影响, 并能够耐受一定的过渡电阻, 可以不需要对其进行改进。
4 对工频变化量距离保护的改进
由前文分析可知, 当风电场的运行方式发生变化时, 由于有功出力及风电场等效阻抗的变化, 会使得工频变化量距离保护出现拒动和误动。因此需要进一步分析风电场运行方式发生变化时其故障特征是如何变化及提出改进的方案。
对式 (5) 可以化简得到
将其代入式 (2) 可以得到
对式 (12) 分析可得:
c) 若风电场的功率因数由1变成0.9时, 由前文分析可知, 在区内金属性故障时有K′>1, θ>0, 这与a) 情况类似。
d) 若风电场的部分风电机组停运时, 此时风电场的等值阻抗会变大, 但联络线上的负荷电流会减少, 由于前文的分析是基于风电场等值阻抗较大的情况, 故与风电场所有机组投入运行的结论相类似。
从前面分析可得, 当发生金属性故障时, 若是区内故障则的右侧, 而区外故障时会落在其的左侧。故可取判据
但是若以式 (13) 为判据则会出现在过渡电阻较大的情况下发生误动, 参照一般距离保护一般配以负序电抗继电器来保证保护区的稳定, 故也可以配有负序电抗继电器来保证距离保护的可靠动作。
5 仿真验证
本文参照某风电场的机位布置、装机容量等 (5×6×1.5 MW=45 MW) , 搭建如图9所示的仿真模型。
图9中的一台风机和箱变代表了6台风机和箱变, 即图中的一台的风机的额定容量为9 MW。双馈风力发电机组的出口电压为0.69 k V, 经箱变升压至35 k V, 30台风电机组按地理位置分成5组, 而后汇至风电场的集电线路并通过主变, 并入系统。输电线路MN为风电场与系统的联络线, 仿真线路MN发生短路故障, M侧的工频变化量距离保护的动作情况。
5.1 风电场运行方式对保护的影响
5.1.1 对相间保护的影响
分别从风速变化、功率因数变化及停机比例变化来验证风电场运行方式变化对工频变化量距离相间保护的影响, 如表1~表3所示。
表中的角度β分别为区内和区外两相短路故障时从表1~表3中可以看出, 当风电场有功出力较少时, 此时保护仍能可靠动作, 但是发生经过渡电阻短路时, 由于风电场等效阻抗较大, 造成保护无法正确动作。随着有功出力的变大, 保护可能出现无法判断金属性故障的位置;当功率因数变化时, 若此时发生金属性故障时, 保护能可靠动作, 但耐受过渡电阻的能力还是不理想。另外, 停机比例的变化并不会对保护产生额外的影响。
5.1.2 对接地保护的影响
和相间保护一样, 改变风电场的运行方式, 仿真验证对接地保护的影响。
从表4~表6中可以看出, 受风电侧的零序阻抗较小的影响, 使得接地保护在风电场有功出力较大仍能正确动作, 而且经过渡电阻短路时, 保护也能反映出故障位置。可以这样认为, 接地保护受到到风电场的影响较小, 不需要对其进行改进。另外通过对单相接地短路的仿真可以得到:在风电场有功出力20%时, 正序电流故障分量为0.059 9 (为标幺值) , 而零序电流故障分量为2.436 2, 这是由于风电侧的零序阻抗远小于正、负序阻抗而导致零序电流分配系数要远大于正、负序电流分配系数。
5.2 保护的改进
分别在线路中间和线路末端发生两相短路, 通过仿真验证改进后保护的动作行为, 保护的整定值设为线路MN的85%处, 如表7、表8所示。
考虑到停机比例并不会对保护产生额外的影响, 故仅仿真当有功出力和功率因数变化时, 验证改进后保护是否能正确动作。仿真分析在区内和区外发生经过渡电阻BC两相短路 (过渡电阻分别为1Ω和10Ω) 时, 改进前和改进后保护的动作行为。之间的夹角, “1”表示保护动作, “0”表示保护不能动作。从表7、表8中可以看出, 当发生经过渡电阻短路时, 即使过渡电阻很小 (1Ω) , 传统保护不能识别出故障发生位置, 引起了保护的拒动, 而改进后的保护在区内故障时能够很好的识别故障, 在发生区外故障时, 存在误动的可能, 故需要负序电抗继电器来保证保护区的稳定。
6 结论
风电场实际运行方式的变化及其弱电源特性给工频变化量距离保护带来了一定的影响。通过对电压相量图的分析, 得到影响因素, 并提出改进的方案。
a) 本文分析了风电场的有功出力、功率因数及停机比例的变化对工频变化量距离相间保护的影响, 可以看出在发生金属性故障时, 若风电场的有功出力较小, 相间保护能可靠动作, 随着其有功出力的增加, 保护的灵敏度会有所下降, 最终在有功出力较大的情况下, 相间保护会有拒动的可能。
b) 风电场的功率因数的变化引起了首末端电压幅值比值的变化。当功率因数从1变化到0.9时, 首末端电压幅值的比值会比较大, 对相间保护的影响也比较小。停机比例的变化几乎不会对相间保护的性能产生额外的影响。
c) 由于风电场等值阻抗比系统侧要大得多, 这使得线路上各点的电压幅值及相位都相差不大, 造成了若发生经过渡电阻短路, 即使过渡电阻的阻值较小, 相间保护不能可靠动作。
d) 由于风电场的零序阻抗较小, 使得风电场的等效阻抗变小, 从而接地保护能够不受风电场运行方式改变的影响, 且能够耐受一定的过渡电阻。
工频电场强度 篇6
关键词：变电站,工频电磁场,职业健康风险
工频电磁场(power frequency electromagnetic fields)是电荷量和电流量随时间作50 Hz/60 Hz周期变化产生的电场和磁场,是极低频电磁场中的一种。虽然工频电磁场致癌性等慢性健康影响仍没有明确,但短期、高水平工频电磁场接触对人体的神经肌肉刺激效应已被广泛认识[1]。国际非电离辐射防护委员会(ICNIRP)、国际电子工程师协会(IEEE)、美国工业医师协会(ACGIH)等重要的国际电磁辐射健康相关组织以及日本、美国等很多国家均依据急性健康效应制定了工频电磁场的短时接触限值[2,3,4]。这要求存在工频电磁场的作业场所作业环境需要严格控制其工频电磁场水平,才能降低作业人员在作业环境中产生急性健康效应的风险。变电站内布满高电压和强电流设备或装置,是存在较高工频电磁场的作业场所,本研究于2011年对不同电压等级变电站工频电磁场强度的比较和分析,有利于分析这类工频电磁场高接触人群的健康危害风险,为该类职业危害的控制提供相应策略。
1对象与方法
1.1 研究对象
典型抽取110 kV和220 kV变电站各2个, 500 kV变电站1个,以其变电站及所属高压线作业环境作为研究对象,对其作业环境所有作业点进行布点检测。
1.2 方法
1.2.1 现场职业卫生调查
通过现场职业卫生调查,收集变电站位置、电压等级、负荷、面积、工频电磁场设备布局、工艺流程、作业人员作业情况等资料。
1.2.2 作业环境电磁场强度的检测与评定
1.2.2.1 测量仪器
采用德国 PMM8053电磁场测量仪和EHP-50工频电磁场探头进行布点检测。
1.2.2.2 布点
在每个等级变电站相对高压区、相对低压区、变压器进出线两侧及其他特殊设备(电抗器和电容器等)进行布点检测。作业区域按每5 m 1个测点进行布点测量,测点设置在高压线下,开关、刀闸等设备附近,变压器分别测量进线、出线两侧,特殊设备测量其巡视点或作业点。测量的高度按GBZ/T 189.3-2007[5]要求,测定距地面高1.5 m 的电磁场强度。
1.2.2.3 测量及数据记录
测量在晴朗少风的气候进行,每个点测量3次,每次时间不小于6 min,记录电场和磁场的最小值、最大值及均方根值,取均方根值作为该测点工频电磁场场强值。统一的记录表格记录测量日期、测量时间、气象条件、测量地点、测量仪器型号、测量数据、测量人员等。
1.2.3 统计学分析
用均数和标准差描述资料的集中趋势和离散趋势,Kruskal-Wallis非参数检验分析三组电场强度和磁场强度有无统计学差异。依据ICNIRP“1～100 kHz电磁场接触限值导则”(职业接触50 Hz电场强度限值为10 kV/m[2],磁场强度限值为1 mT)职业接触限值计算各等级变电站超标率,用χ2检验分析各组间的差异性。
2结果
本次研究共对192作业点进行工频电磁场的测量,其中110 kV变电站共测量52个作业点,220 kV变电站共测量60个作业点,500 kV变电站共测量了80个作业点。结果192个作业点电场强度最小值为0.12×10-3kV/m,最大值为18.07 kV/m,中位数为0.98 kV/m;磁场强度最小值为0.04 μT,最大值为1.13×103μT,中位数为0.93 μT。其中110 kV变电站52个作业点电场强度最小值为0.12×10-3kV/m,最大值为2.38 kV/m,中位数为0.20 kV/m;磁场强度最小值为0.18 μT,最大值为5.66 μT,中位数为0.69 μT。220 kV变电站60个作业点电场强度最小值为0.12×10-3kV/m,最大值为13.58 kV/m,中位数为0.34 kV/m;磁场强度最小值为0.04 μT,最大值为163 μT,中位数为0.34 μT。500 kV变电站80个作业点电场强度最小值为1.32×10-2kV/m,最大值为18.07 kV/m,中位数为2.52 kV/m;磁场强度最小值为0.15 μT,最大值为1.13×103 μT,中位数为3.26 μT。经Kruskal-Wallis非参数检验,3组电场强度和磁场强度χ2分别为57.11和55.83,P值均<0.01,差异有统计学意义。结果见表1。
依据ICNIRP 2010年“1～100 kHz电磁场接触限值导则”,职业接触50 Hz电场强度限值为10 kV/m,磁场强度限值为1 mT(1 mT =1 000 μT),结果所有被测192个作业点,16.67% 32个作业点电场强度超过限值为10 kV/m的要求,磁场强度除500 kV变电站有1个作业点磁场强度为1.13 mT外,其余均符合限值1 mT的要求。110 kV变电站52个作业点电场强度均<10 kV/m,符合限值要求;220 kV变电站8.3%(5个作业点)电场强度超过限值要求;550 kV变电站32.5%(26个作业点)电场强度超过限值的要求。经χ2检验,3组超标率有显著性差异(χ2=28.52,P<0.01)。经Spearman相关性分析,电压等级越高超标率越高,相关系数为0.38(P<0.01)。结果见表2。
3讨论
虽然工频电磁场是人类可疑致癌物,但是由于缺乏好的流行病学研究和动物实验研究数据,其致癌性等慢性健康影响尚未明确,甚至连工频电磁场的靶器官也是众多研究者疑惑的问题。因此,针对工频电磁场所属的低频电磁场,国际上众多国际组织和国家均是依据已知的急性健康效应制订了相应的接触限值。ICNIRP制定的电磁辐射限值导则是全球众多电磁辐射专家共同协作研制的限值,世界上其他组织或国家制定限值多数参考ICNIRP制定的限值导则。2010年该组织特别针对1～100 kHz电磁场的健康影响进行了进一步的综述,并重新编写了“1～100 kHz电磁场接触限值导则”,将工频电磁场职业接触限值电场强度确定为10 kV/m,磁场强度确定为1 mT。按照ICNIRP,由于职业接触限值依据急性健康影响,所取值为短时最大值,这提示所有作业工人能接触的作业环境均需要符合限值的要求,才能避免急性健康危害的风险。因此,本研究选择了对作业环境所有作业工人的作业点进行检测,从而可以全面评估作业人员可能存在的健康风险。
针对变电站及其线路作业环境的工频电磁场,众多学者进行了相应的调查研究,对750 kV、500 kV、220 kV及35 kV等各等级变电站的工频电磁场均有相应的报道[6,7,8],并发现变电站往往存在高强度的电场强度。本次研究结果表明电压等级越高的变电站作业环境工频电场强度往往越高,当电压等级为220 kV及以上时,变电站作业环境存在工频电场超标作业点,作业人员在此作业点作业时,存在健康风险。特别是在500 kV的超高压变电站,作业点电场强度最高值为18.07 kV,超标率达到32.5%,作业人员在500 kV超高压变电站作业时健康风险较普遍。虽然陈宇民[9]研究认为无论是输电线路还是变电站,其磁感应强度都很小,远小于100 μT。但本次研究还是发现了2个作业点磁场强度>100 μT,甚至1个作业点超过1 mT限值的要求,这些点处在变电站电抗器和电容器周围,存在一定的健康风险,需要严格进行相应的防护和管理。
总之,工频电场广泛存在于高压变电站,电压等级越高,健康风险越大,500 kV超高压变电站电场强度超标现象普遍,存在较大的职业健康风险,需要采取相应的防控措施。磁场强度虽有部分测点超过限值要求,但存在较高磁场强度的作业位置多局限在电抗器和电容器周围,可加强对局部区域的防控,可降低职业危害发生的风险。
参考文献
(1)WHO,ILO,ICNIRP.Environmental health criteria 238 extremelylow frequency fields(M).Spain,WHO.2007:349-356.
(2)Health Physics.International Commission on Non-Ionizing Radi-ation Protection.Guidelines for limiting exposure to time-varyingelectric and magnetic fields(1 to 100 GHz)(S).2010.
(3)ACGIH.Sub-radiofrequency(30kHz and below)magneticfields.7th edition documentation of the threshold limit values forphysical agents(M).America,ACGIH,2006:1-12.
(4)陈青松,李涛,黄汉林,等.极低频电磁场职业接触限值研究概况(J).中国职业医学,2011,38(1):72-74.
(5)中华人民共和国卫生部.GBZ/T189.3-2007工作场所物理因素测量第3部分:工频电场(S).北京:人民卫生出版社,2008.
(6)万保权,张广洲,路遥,等.750kV兰州东官亭输变电工程工频电磁场测量(J).高电压技术,2007,33(5):41-45.
(7)刘嘉文,李丽.变电站220kV及以上区域工频电磁场强度特性分析(J).广东电力,2011,24(1):7-9.
(8)陈青松,杨晓瑛,李润琴,等.供电企业工频电磁场职业暴露现况(J).中华劳动卫生职业病杂志,2012,30(8):575-578.
工频电场强度 篇7
随着环保意识的增强, 人们越来越关注电磁辐射这个话题。因为电力部门的输变电设施多建设在居民小区附近, 因此许多关于电磁辐射的投诉和意见都集中在这类设施上。由中冶集团建筑研究总院环境监测中心专业人士对输变电设施所做的现场监测数据, 并通过与家用电器监测数据的类比, 说明输变电工程产生的工频电磁场强度很小, 经过适当的环境管理, 输变电工程并不会对人们的身体健康产生影响。
1 输变电设施的现场监测
所有未经物理接触而产生的能量发散现象都称为辐射。在我国输变电设施的频率仅为50赫兹, 并不能产生有效的电磁辐射。就此而言, 我国输变电设备周围只存在工频电场和工频磁场, 而不存在电磁辐射。为了避免歧义, 采用工频电磁场强度这个更准确的词汇。
1.1测量仪器和测量目标
工频电磁场测量仪器叫工频电磁场测试仪, 能够分别测量电场和磁场。为了模拟普通人的身高, 仪器通常设立在1.5～1.7米高的三脚架上。按照国际非电离辐射协会 (IC-NIRP) 1999年颁布的标准, 工频电磁场强度公众暴露限值为:工频电场强度5000伏/米, 工频磁场强度100微特斯拉;我国的推荐限值为:工频电场强度4 0 0 0伏/米, 工频磁场强度1 0 0微特斯拉。
测试目标选择北京市朝阳区220kV西大望路变电站。220kV西大望路变电站有3台220kV变压器和2台110kV变压器。变压器都被厚厚的水泥墙挡在室内。变压器全部被安置在室内, 首先将测试仪架设在距离变压器室外风机约5米远的地方, 测试仪最终结果为:电场强度6.49伏/米, 磁场强度25.6纳特斯拉。这里的工频电场强度和工频磁场强度分别只有推荐限值的0.16%和0.0256%。
在安放变压器的室内, 在距电缆头不到1米的地方进行测量, 测试仪上显示的数值分别为:电场强度4.12伏/米, 磁场强度10.48微特斯拉。这里的工频电场强度和工频磁场强度为推荐限值的0.103%和10.48%。出现这样测量结果的原因是工频电场和工频磁场很容易受周边环境影响 (如周边建筑、车辆、天气) , 工频电场很容易屏蔽, 工频磁场随着距离的增加快速衰减。
在距离变电站约40米处的一座过街天桥上再次进行测量, 磁场强度数值为16.7纳特斯拉。通常在没有任何电磁设备的野外进行测试, 其磁场强度应该在18～20纳特斯拉左右, 这说明变电站产生的所谓电磁辐射在这里已经没有任何影响。
国际上工频磁场强度标准为100微特斯拉, 超过这个范围就可能会对人体产生影响, 所以西大望路变电站监测的数字绝对是安全的。
2 家用电器的现场监测
为了更好的说明变电站工频电磁场对人体影响是很小的, 测试人员还对一些常用家用电器进行测量。测试距离选为距这些电器10厘米左右, 监测结果显示节能灯管的电场强度为230伏/米, 电脑屏幕的电场强度和磁场强度分别为15伏/米和0.88微特斯拉;没有启动的电冰箱电场强度为39伏/米, 磁场强度为0.22微特斯拉;微波炉的电场强度和磁场强度分别为4伏/米和17.5微特斯拉;电视机工频电场测量值在0.08～0.12千伏/米中间跳动, 磁场强度为1.7微特斯拉。显而易见, 测量家用电器得出的许多数值都比变电站的工频电磁场要高。
3 输变电设施与家用电器工频电磁场强度现场监测数据比较
由中冶集团建筑研究总院环境监测中心专业人士对变电站和家用电器进行的一系列实地监测表明, 变电站设施周边的工频电磁场远低于家用电器周围的数值。
4 结论
城市人口密集区往往就是用电高负荷地区。而变电站存在有效的供电半径问题, 为满足居民的用电需求, 变电站必然会建在人口较为密集的住宅区附近。在日本, 香港等其他人口较为密集的国家和地区, 也都采取类似的做法。在我国, 按照有关规定, 除110千伏的以下的输变电设施可以豁免外, 其他输变电设施在建设前都要通过环境影响评价的审批手续, 不仅要提供理论计算的数值, 还要由国家环保总局认证的中介机构, 寻找一个类似的变电站进行测量, 得出类比测量的数值, 只有这些数值都符合标准后才可以获得批准建设。变电站建成投产前环保局的直属机构还会对其进行实测, 随后进入日常监管体系, 环保部门会不定期对其进行抽查以确保其运行安全。而且变电站选址时在满足有效供电半径的前提下, 也会考虑尽量将变电站远离居民区, 或者考虑建设地下站。
国外有些机构进行有关电磁辐射导致病理性病变的研究, 但是这些研究都是在一定的电磁辐射数值基础上进行的, 远远超过工频电场和工频磁场数值, 一些人看到这类材料后断章取义, 忽略了这些研究的具体数值, 而片面地认为所有电磁辐射都会导致病变。网上流传的所谓“建在居民小区附近的变电站、高压线塔、手机通信基站会产生电磁辐射, 长期在其附近生活可能诱发癌症”, 这些言论是缺乏事实根据的。世界卫生组织也对此已进行了长达10年的连续研究, 得出的结论相对非常谨慎, 认为有些机构提出的变电站、高压线塔等设施会威胁的健康观点至今没有证据, 无法得到证实。
由中冶集团建筑研究总院环境监测中心专业人士进行的监测结果也表明, 和家用电器产生的工频磁场与工频电场强度相比, 输变电设备对周边居民的影响是非常小的。
参考文献
[1]建设项目环境影响技术评估指南.国家环保总局环境工程评估中心.2003.4
[2]环境影响评价技术方法.国家环保总局环境工程评估中心.2006.1
工频电场强度 篇8
一、电场强度(E)
1. 电场线的疏密表示电场强度的相对大小
电场线是描述电场的形象方法,用电场线上每点的切线方向表示该点的电场强度方向,用电场线的疏密表示电场强度的相对大小,在同一幅图中,电场强度较大的地方电场线较密.
例1(2009年上海高考)两电荷量分别为q和-q的点电荷放在x轴上,相距为L,能正确反映两电荷连线上场强大小E与x关系的是图1中的( )
解析:如图2所示,根据两等量异种点电荷周围的电场线分布情况可知,两电荷连线的中点场强最小,但不为零,关于中点对称的连线上的两点场强大小相等,方向相同,所以两点电荷的连线上的场强先减小后增大,选项(A)项正确.
2. 等差等势面的疏密表示电场强度的相对大小
电场中电势相同的各点构成的面叫等势面,两相邻等势面间的电势之差相等的等势面叫等差等势面.等差等势面的疏密和电场线的疏密一致,同样可以表示电场强度的相对大小.
例2(2009年上海高考)位于A、B处的两个带有不等量负电的点电荷在平面内电势分布如图3所示,图中实线表示等势线,则( )
(A)a点和b点的电场强度相同
(B)正电荷从c点移到d点,电场力做正功
(C)负电荷从a点移到c点,电场力做正功
(D)正电荷从e点沿图中虚线移到f点电势能先减小后增大
解析:a、b两点处的等势面疏密程度不同,故电场强度大小不同,同时同一检验电荷在a、b两点受力方向不同,故电场强度的方向也不同,选项(A)错误;因为电场线与等势面垂直,且由电势较高的等势面指向电势较低的等势面,有φd>φc>φe>φf>φa=φb,故将正电荷由c点移到d点电场力做负功,选项(B)错误,将负电荷从a点移到c点电场力做正功,选项(C)正确;正电荷沿虚线由e点移到f点,电场力先做正功,后做负功,整个过程电场力做正功,电势能先减小后增大,选项(D)正确.选项(C)(D)正确.
3. φ-x图象的斜率表示电场强度的大小
φ-x图象表示电势随位置变化的关系.如果在x方向上取极小的一段,可以把此段对应的电场看做是匀强电场,φ-x图象上某一点切线的斜率表示该位置的电场强度.
例3(2009年江苏高考)空间某一静电场的电势φ在x轴上分布如图4所示,x轴上两点B、C的电场强度在x方向上的分量分别是EBx、ECx,下列说法中正确的有( )
(A)EBx的大小大于ECx的大小
(B)EBx的方向沿x轴正方向
(C)电荷在O点受到的电场力在x方向上的分量最大
(D)负电荷沿x轴从B移到C的过程中,电场力先做正功,后做负功
解析:根据图4电势随位置变化的规律,此电场是一正点电荷产生的电场.由φ-x图象的斜率可得到EBx>ECx,选项(A)正确;同样根据斜率可知O点x轴方向的场强为零,电荷在O点受到的电场力在x方向上的分量也为零,选项(C)错误;沿电场方向电势降低,在O点左侧,EBx的方向沿x轴负方向,在O点右侧,ECx的方向沿x轴正方向,选项(B)错误;负电荷沿x轴从B移到C的过程中,电势能先减小后增大,所以电场力先做正功后做负功,选项(D)正确.选项(A)(D)正确.
例4(2011年上海高考)两个等量异种点电荷位于x轴上,相对原点对称分布,正确描述电势φ随位置x变化规律的是图5中的( )
解析:将两个等量异种电荷的电场分为三个区域:正电荷的左侧、正负电荷之间、负电荷右侧,因电场线起始于正电荷,终止于负电荷,在正电荷的左侧,电场线向左侧;正、负电荷之间,电场线向右侧;负电荷右侧,电场线向左侧.根据电场线指向电势降低的方向和两个等量异种点电荷中点的场强不等于零(利用图象的斜率判断)而电势等于零的特点,逐段分析知选项(A)正确.
二、电势(φ)
1. 电场线指向电势降低的方向
电场线不仅可以通过疏密程度表示场强的相对大小,而且沿其方向电势降落最快.
例5(2008年江苏高考)如图6所示,实线为电场线,虚线为等差等势线,且AB=BC,电场中的A、B、C三点的场强分别为EA、EB、EC,电势分别为φA、φB、φC,AB、BC间的电势差分别为UAB、UBC,则下列关系中正确的有( )
解析:A、B、C三点处在一条电场线上,沿着电场线的方向电势降低,有φA>φB>φC,选项(A)正确;由电场线的疏密程度可以看出电场强度的相对大小关系为EC>EB>EA,选项(B)正确;由图6中的等差等势线的分布可以直接看出UAB
2. 电场线由电势高的等势面指向电势低的等势面
等势面也是用来形象描绘电场的,等势面和电场线的关系:电场线跟等势面垂直,并且由电势高的等势面指向电势低的等势面.
例6(2009年全国高考Ⅰ)如图7所示,一电场的电场线分布关于y轴(沿竖直方向)对称,O、M、N是y轴上的三个点,且OM=MN.P点在y轴右侧,MP⊥ON.则( )
(A)M点的电势比P点的电势高
(B)将负电荷由O点移动到P点,电场力做正功
(C)M、N两点间的电势差大于O、M两点间的电势差
(D)在O点静止释放一带正电粒子,该粒子将沿y轴做直线运动
解析:由图7可知M和P两点不处在同一电场线上,这时可以根据电场线和等势线的特点分别大致画出过M点和P点的等势线,如图8中的虚线所示,由于电场线由电势高的等势面指向电势低的等势面,有φM>φP,选项(A)正确;同理,有UOP>0,将负电荷由O点移到P点电场力做负功,选项(B)错误;可以借助匀强电场中的公式U=Ed及电场线疏密程度定性讨论UOM、UMN的大小,O到M的平均电场强度大于M到N的平均电场强度,所以有UOM>UMN,选项(C)错误;从O点释放带正电粒子后,该粒子所受电场力的方向始终沿y轴正方向,则带电粒子将沿y轴做直线运动,选项(D)正确.选项(A)(D)正确.
3. 利用UAB=φA-φB判断电势的变化
若电场中A点的电势为φA,B点的电势为φB,则它们之间的电势差可以表示为UAB=φA-φB,当A点电势比B点高时,UAB为正值,UBA则为负值.
例7(2009年福建高考)如图9所示,平行板电容器与电动势为E的直流电源(内阻不计)连接,下极板接地.一带电油滴位于电容器中的P点且恰好处于平衡状态.现将平行板电容器的上极板竖直向上移动一小段距离,则( )
(A)带电油滴将沿竖直方向向上运动
(B)P点的电势将降低(C)带电油滴的电势能将减小
(D)若电容器的电容减小,则极板带电荷量将增大