高频电磁场

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电池类型 : 9V电池

外形尺寸 : 130×56×38 mm

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范文二:高频电磁场的危害与防护

浅谈高频电磁场的危害与防护

【摘 要】随着高频技术的应用和推广,高频电磁场对人体产生的不良影响也日益引起人们的重视,本文分析了高频电磁场对人体的危害的影响因素以及与防护措施。

【关键词】高频电磁场;辐射;危害;防护

0 前言

随着高频技术的应用和推广,高频电磁场对人体产生的不良影响也日益引起人们的重视。了解高频电磁场对人体的生理危害及其影响对于高频电磁场的危险性,考虑防止电磁场危害的安全措施都有十分重要的意义。

1 电磁场对人体的危害

人体在高频电磁场的作用下吸收辐射能量,被吸收的微波辐射能量使组织内的分子和电介质的电偶极子产生射频振动,媒质的摩擦把动能转变为热能,从而引起温升。在一定电磁场强度辐射下,对人体主要影响是神经衰弱症,多以头痛头胀、失眠多梦、疲劳无力、记忆力减退、心悸最为严重,其次是头痛、四肢酸痛、脱发、多汗等症状。此外,心血管系统表现为:心悸、心前区疼痛、心肌供血不足、心动过缓、心律不齐、血色素、血细胞及血小板减少,还可以导致白内障的发生。

2 影响危害程度的因素

高频电磁场对人体伤害程度受到许多因素的影响,如辐射功率、电磁强度、电磁波频率和波形、照射时间、人体状况、环境条件等,

范文三:高压输电线的工频磁场分析

摘 要:本文采用了模拟电荷法和有限元法两种计算方法来研究输电线周围的电场强度,建立了输电线路的计算模型,对其下方地面场强和输电线表面场强进行了计算和分析,并对地面场强的影响因素进行了分析。阐述了两种对地面磁场场强计算方法,并利用二维计算方法对本文所采用的模型地面处的磁场强度进行了计算,并对其影响因素进行了分析。提出了有效减小工频电磁场的方法,对未来的施工建设具有一定的现实意义。   关键词: 高压输电线;电磁环境;工频电磁场   中图分类号:TM73 文献标识码;A   近30年来,世界各国对工频磁场的生物效应进行了大量的试验研究。虽然有些问题得到了比较一致的看法,例如现有输电线路下的电磁场对人体不会有明显的直接影响,但是不少问题仍在研究之中。另外,随着微电子技术不断向着高集成度、高灵敏度、低功耗方向发展,强电系统对弱电系统的干扰尤为突出。这种干扰主要是由高压输电线的静电效应和磁场效应的影响引起的。为了慎重起见,需要对于输电线路附近的磁场强度要给予一定限制;尽量减少工频磁场对周围环境和设备的影响。   1镜像导线深度的问题   学术上镜像导线深度 主要有两种算法,一种是按下式计算:   (1)   式中 d--镜像导线深度,m   p--大地电阻率,Ω,m ;   f --频率,Hz。   另一种是采用镜像理论的算法计算镜像导体的深度。设导线在地面以上高度为 ,则复镜像深度为 ,其中 是复数。设导线 上有电流I,大地的作用等效于镜像导线 上有等值且方向相反的电流。   其中σ为大地导电率。 f为高压线上电流的频率。   通常土壤电阻率为100~200Ω,m ,工频频率50Hz,则由公式计算可得到导线镜像深度非常大,约1000m,而一般架空线路的离地高度不超过30m。对同一观察点,镜像导线对地面上观察点的磁场强度与实际导线相比其值很小,因此实际工程中,忽略大地回流是可以接受的。在式3-2计算过程中,如果取f=50Hz; σ=0.025S/m,则计算得到的镜像深度的模值大约是800m。对于同一个观察点,镜像导线距离观察点的距离远大于实际导线到观察点的距离,那么镜像导体对地面上观察点的磁场强度与实际导线相比 其值也是很小,在实际的工程计算中镜像导线的作用也可以忽略不计。所以实际工程计算中对大地回流这一因素的忽略是有依据的。结果能满足工程的需要。   下面的算法是基于不考虑镜像导线的假设。   2工频磁场二维计算方法   国际大电网会议第36.01工作组推荐了计算高压输电线路空间工频磁场强度的方法,在工频情况下,线路的磁场仅由电流产生,可直接应用安培环路定律分别计算每根导线电流产生的磁场,然后将计算结果叠加,得出导线周围的强度。   由安培环路定律计算导线电流在空间产生的磁场强度:   为符合单位规范,实际应用中应转换为磁感应强度B(mT)表示。对于三相交流输电线路,空间磁场为各相电流产生的磁场叠加。   在三相和多相输电线下,空间场强矢量的旋转轨迹为一椭圆,它随着空间位置的变化而变化,磁场强度的最大值(椭圆长轴)及其相位也随之而变化。在某个空间高度下,无论导线如何布置,磁场横向分布的极大值总是出现在导线档距中央的附近。   3工频磁场三维计算方法   下面是忽略镜像导线,采用毕奥-沙伐定律推导导线周围任一点的工频磁场。   一根任意走向的载流导体都可以看成是由若干段直载流导线所组成,无屏蔽时,载流导体在周围任一点上产生的磁场都可以看成是这些直导线段在该点产生的磁场的矢量和。因此,只要推导出有限长任意直导线的磁场计算公式,就可根据叠加原理,采用数值计算方法编制软件计算载流导体作用下的磁场分布。   空间任一载流线段RS,端点为xq,yq,zq 和xq+1,yq+1,zq+1 ,载流iq 。经推导,它在空间任一点p(x,y,z) 上产生的磁场   (4)   式中 ;   ;   ;   μ0=4π×10-7,为真空磁导率。RS 、PR 、PS 是P、R、S三点间的距离。   复杂的多载流导线可以看成是由多个载流导线段组成,根据叠加定理,导线周围任一观测点上的磁场是每段导线在该点磁场矢量和。对于有N个所载电流各不相同的导线,其周围任一观测点上的磁场在各坐标方向上的分量为:   式中:Bx,i 、By,i 、Bz,i 分别是第i根载流为 Ii的导线在该点产生的磁场在 x、z 和 轴z方向上的分量; φi为第 i根导线所载电流 Ii的相位角。   显然,在该观测点上的合成总磁场为:   (8)   以上是对于一条已知空间首尾三维坐标的载流直线段,其周围空间的工频磁场的理论计算方法。实际的架空输电线路是有悬垂的,在分割后是一段段很短的弧线,然而,当分割的足够短,则可以用短弧的割线来近似替代弧线,注意:应用该方法的前提是一定要将悬垂架空线路分割的足够短,否则每段导线线段对同一观测点的工频磁场强度累加后将非常大。从理论上分析,分割的越细,计算所得的数值解越接近实际值,然而分割的越细,计算所花的时间就越多,实际工程计算当中还应该考虑到计算机的实际运算能力和数据储存能力,这种方法的磁场预测精度取决于导线长度与界面尺寸的比和分段近似对实际导线空间结构的逼近程度。实际的输电线路电缆的长度远大于电缆的截面尺寸,所以该算法的预测精度是很高的。   利用二维计算方法算得220kV双回路输电线路下方地面1米处的磁场单位为 。   由图1可以看出,所选模型的工频磁场的影响是非常小的。符合国家标准0.1mT以下。   4工频磁场影响因素   输电线下方空间磁场的大小除了与线路负荷电流大小有关外,还和导线的布置形式、几何位置等有关。   4.1线路负荷电流的影响   由毕奥-萨伐定律:   可以看出,线路上的载电流越大,则磁场也越大,这是成正比关系的。这和电压等级有关,一般电压等级越高,负荷电流越大,因而线路下方工频磁场越大。电流的变化正比于磁场强度的变化,可以根据这种正比例关系推导出任意大小的载电流导线附近的空间工频磁场强度。   4.2相导线对地高度的影响   为研究相导线对地高度变化对线路下方工频磁场强度的影响,对220kV白凉东西线路的对地高度分别取12、14、16、18、20m进行地面1米处的磁场强度的计算。如图2,单位为 。   由图像可以看出,随着对地高度的增加,地面1米处的磁场场强依次减小,而且当地面磁场场强增大到一定程度时,地面磁场场强的最大值并不是在中心点投影处出现,而是在导线投影处出现。   4.3相间距离的影响   研究相间距离线路下方工频磁场强度的影响,对220kV白凉东西线路的相间距离分别取6.2、7.2、8.2、9.2、10.2m进行地面1米处的磁场强度的计算。如图3,单位为 。   可以看出,减小相间距离时,最大场强值和高场强覆盖范围都相应减小,但场强的减小程度没有增加线路对地距离的效果明显。   4.4相序布置的影响   为研究不同相序对磁场场强的影响,现对对ABC-A'B'C'、ABC-A'C'B'、ABC-B'A'C'、ABC-B'C'A'、ABC-C'A'B'、ABC-C'B'A'六种相序排列方式进行仿真。仿真 结果见图4,单位为μT。   可以看出同相序布置时,地面磁场场强最大。而当相序为ABC-B'A'C'时,地面1米处磁场场强最小。   结语   本文介绍了二维工频磁场和三维工频磁场两种对工频磁场的计算方法,并利用二维计算方法对本文所选的模型220kV白凉东西输电线的工频磁场进行了计算,其最大值小于国家标准限定值。输电线路的设计方案是可行的。并对影响输电线周围磁场分布因素进行了研究与分析,可以得出,输电线产生的磁场强度分布都是在其正下方比较集中,在两边的输电线以外则呈快速下降趋势;提高塔高度,减小相间距离,采用不同相序都可以达到降低输电线路下方磁场强度的目的。   根据"国际大电网会议第36.01工作组"推荐的方法,采用二维方法计算输电线路下方地面处的磁场强度值。并在导线对地高度、相间距、等导线结构参数中,导线对地高度对输电线路下方工频磁场的影响最大,效果也最明显。对于本文所选用的同塔双回路模型,两回路相序排列方式对输电线路下方工频磁场的影响较大。   参考文献   [1]钱永林,卞荣.220kV输电线路对城区环境影响的分析[J].电力建设,2005(04).   [2]任杰.输电线路周围工频磁场分布计算[A].山东电机工程学会第五届供电专业学术交流会论文集[C].2008.

范文四:电磁辐射与射频电磁场

五、电磁辐射与射频电磁场

能量以电磁波的形式通过空间传播的现象称为电磁能辐射或电磁辐射。当电磁辐射强度超过人体或仪器设备所能容许的限度时将产生电磁污染和对其他系统的干扰。

1、电磁辐射

这里研究单元辐射子的电磁辐射规律。有电偶极子型和磁偶极子型两类。

传导电流与位移电流共同激励磁场,磁场变化与库仑电荷共同激励电场,而电磁场以波的方式传播。

电磁波是横波,电磁场分布具有方向特性。

2电磁功率的面密度为坡印亭矢量S,单位是W/m SEH

2、射频电磁场

无线电波按其频率和波长可以分为八大类。其频率从3kHz至3000GHz,波长对应于100km至0.1mm。射频电磁场通常是指100kHz以上的无线电波。微波是分米波、厘米波和毫米波的统称。继无线电波之后是红外线、可见光、紫外线、X射线和射线。

影响场强的因素有两类:一类是场源分布;另一类是介质的分布。

3.2 电磁耦合途径

电磁耦合途径分为三类:辐射耦合、传导耦合、感应耦合(电感应耦合、磁感应耦合)。

一、辐射耦合

辐射耦合:射频设备所形成的电磁场,在半径为一个波长的范围之外是以空间辐射的方式将能量传播出去的;射频设备视为发射天线。

而在半径为一个波长的范围之内则主要是以感应的方式将能量施加于附近的设备和人体上的。

借助单元辐射子理论,分析射频电路所产生的辐射耦合影响,无论是小段电路单元还是小型回路,辐射电场强度均与1/r成比例。

二、传导耦合

传导耦合:通过电路回路间公共阻抗或互阻抗形成的耦合。

借助电路理论可以直接计算传导耦合的影响。若回路1和2各自独立,互不影响,回路1中有电流,回路2中无电流。若回路1和2有公共阻抗,回路1有电流则回路2也有电流,形成传导耦合。

典型的共阻抗耦合发生于接同一地网的两回路之间。如回路1为工频电力线路,接地网阻抗可视为电阻,则共阻抗耦合成为电阻性耦合。

降低耦合的两种思路:“短路”和“断路”。电磁污染电源和感受设备之间的相互作用可表述为一个双端口网络,其间经由阻抗ZA、ZB、ZC形成的T型网络相连。如果ZC0即短路,

则发送端向感受端输送的能量为零。如果ZA、ZB为无限大,即开路,发送端向感受端输送的能

量也为零。实际应用中,根据短路的概念尽量降低接地电阻;根据开路的概念尽量隔开发送与感受的两端,距离越远越好,或者在其间加入屏蔽,减少耦合。

三、电感应耦合

以平行接近的架空电力线路与通信线路为例。高压架空线路对地电压U1很高。其导线上充

有电荷,并在周围建立有强电场。处于该电场中的通信线路导线上将感应有对地电压U2。通信

线路导线表面靠近电力线路一侧感应有异号电荷;另一测感应出同号电荷。通过库仑电场产生耦合,称为电感应耦合。若站在地上的人接触通信线路,则将有电流流过人体,电流过大,可能产生危险。

四、磁感应耦合

两对短传输线平行并接近,当回路1中有交流电流I1时,由于两回路间互磁链的存在,在回

路2中将产生互感电压。若回路2是通路,将产生电流。这就是电磁感应耦合,简称磁感应耦合。通过互感产生耦合,又称电感性耦合。耦合的强弱与互感量的大小相关;如果互感量为零,将无电感性耦合。

3.3 大环境中的电磁污染

影响大环境的污染源可分为天然型和人为型两类。

天然型电磁污染源有:大气层雷电,太阳黑子爆发,银河系射电,地球磁场波动,火山喷发和地震等。

人为型电磁污染源:大中型电磁发射系统,大型工业、科学和医疗射频设备,高压大容量电力系统和电气化铁道,偶发性的核弹爆炸产生的脉冲电磁场。

一、电磁发射系统的电磁辐射与污染

电磁发射系统是以发射无线电波为目标的设备群体,以广播电视发射系统和微波发射系统为主。

广播是使广大公众接受信号的电波发射,不同于无线电通信和导航(特定对象接受信号)。广播分为声音广播和电视广播。

声音广播又细分为中波、短波调幅和甚高频调频广播。

微波辐射电磁污染源包括:雷达天线、工作电路、磁控管、速调管和敞开的波导管等。 根据国家标准GB 8702—88《电磁辐射防护规定》:输出功率等于和小于15W的移动式无线电通讯设备和向没有屏蔽空间的辐射等效功率小于表5—3—9所列数值可以免于管理。

国际大电网会议36.04工作组编写的《发电厂和变电站电磁兼容导则》,给出了授权的无线电发射装置的一些技术参数,包括:辐射功率、在居民区典型的发射—接受距离、计算电场强度,见表5—3—10。表中电场强度按下式计算最大值

EkPER

r

工业、科学和医疗用频率:世界无线电行政会议划定11个窄频段,供工业、科学和医疗使用。见表5—3—11

二、电力系统的电磁污染

高压与超高压输配电线路导体表面电场强度很强,常引发电晕放电和间隙放电,产生射频电磁辐射。导致周围伴有工频电场和工频磁场。工频电场与线路电压有关;工频磁场与线路电流有关。

1、电晕放电和间隙放电

电晕放电是指通过导线表面向空间放电的现象。对地为正电位时,称为正电晕;它具有幅值大和脉冲波顶较平缓的特点;对地为负电位时,称为负电晕,其脉冲波顶为瞬间的尖脉冲。重复产生的结果就形成了高频电波,并且频率范围分布较宽,常以0.5MHz作中心值。电晕主要构成对通讯系统的干扰,如有线电话、无线电接受和电视等。

2、工频电场

架空电力线路施加电压后,导体表面必带电荷。电荷在地面以上空气中产生工频电场,距离

线路越近越强,电压越高越强,尤以超高压电力线路最为突出。利用等效电荷法计算单相或三相送电线下空间工频电场强度。

3、工频磁场

架空电力线路在地面空气中还产生工频磁场,电流越大越强,距离线路越近越强。应用安培定律和叠加原理可计算单相或三相送电线周围的工频磁场强度。

输电线塔型:酒杯型铁塔,导线按水平布置;猫头型铁塔,导线按正三角形布置;紧凑型铁塔,导线按三角形布置;双回路鼓型铁塔,导线按鼓型布置。

4、电力线路对平行接近的通信线路的危险影响

危险影响:通信线路遭受电力线路感应产生的电压和电流,足以危害电信运行围护人员的生命安全;损坏通信线路或设备;引起构筑物火灾以及铁路信号设备误动而危及行车安全。对电力线路与通信线路间可能发生的危险影响应有评估,包括:

(1)中性点直接接地系统的三相对称电力线路发生单相接地短路时对通信线路的电感性耦合影响。

(2)中性点不直接接地系统的三相对称电力线路两相在不同地点同时发生短路时对通信线路的电感性耦合影响。

(3)中性点不直接接地系统的三相对称电力线路发生单相接地短路时对通信线路的电容性耦合影响。

(4)不对称电力线路在正常运行和接地短路状态下对通信线路的电感性耦合、电容性耦合影响,对单线通信线路的电阻性耦合影响。

(5)发电厂和变电站地电位升对通信线路和人体的电阻性耦合影响。

三、电气化铁道产生的电磁污染

电气化铁道产生的电磁污染有无线电辐射的影响和对通信线的干扰。无线电辐射来自电力机车的受电弓接触点与接触网局部放电处。前者的辐射发生于电力机车运行时刻;后者的辐射则伴生于整个供电期内。

接触网的供电方式有单向供电制和双向供电制。双向供电制在正常运行时对通信线路的影响必单向供电制小。电力牵引正常运行时,采用双向供电。

接触网的短路电流值取决于牵引变电所与短路点之间的距离。

在分析评估电气化铁道对通信线路的影响时,可采用评估电力线路的方法。

牵引网电流一般用等效电流Ied表示 Ied

四、电磁污染的主要危害

电磁污染造成的主要后果:电磁辐射对信号接收的干扰,强电系统对弱电系统的干扰和危险影响,空间电磁场对人体健康的影响。

1、电磁辐射对信号接收的干扰

射频强电磁辐射,可以造成通信信息失误或中断;使电子仪器、精密仪器不能正常工作;铁路自控信号失误;飞机飞行误航;甚至造成导弹与人造卫星失控。电磁辐射会对有线通信设备产生干扰。

2、强电系统对弱电系统的干扰和危险影响

3、空间电磁场对人体健康的影响

作业:

一、填空题

1、能量以形式通过空间传播的现象称为电磁能辐射或电磁辐射。 iIililn

2、传导电流与与库仑电荷共同激励电场,而电磁场以波的方式传播。

3、电磁波是横波,电磁功率的面密度称为坡印亭矢量S,坡印亭矢量的单位

是 。

4、无线电波按其频率和波长可分为八大类,其频率从。射频电磁场通常是指频率在 以上的无线电波。

5、微波是 、 和 的统称。

6、电磁耦合的途径可以分为三类:。

7、通过电路回路间公共阻抗或互阻抗形成的耦合是 。

8、影响大环境的污染源可分为天然型和人为型两类。天然型电磁污染源有: 。人为型电磁污染源: 。

9、高压与超高压输电线路导体表面电场强度很强,常常引发电晕放电和间隙放电,产生 。导线周围伴有工频电场和工频磁场。工频电场与线路 有关;工频磁场与 有关。

10、电力线路对平行接近的通信线路的危险影响: 。

11、电气化铁道产生的电磁污染有: 和 。

12、电气化铁道产生的电磁污染中无线电辐射来自 。该辐射发生于电力机车运行时刻。

13、电气化铁道的输电线路在正常供电情况下,接触网的供电方式有 和 两种。正常运行时 对通信线路的影响比单向供电制小。

14、电磁污染造成的主要后果包括:1,

2)3。

15、强电系统对弱电系统的干扰和危险影响,强电系统是指,弱电系统是指 。

解答:该节作业大多是基本概念,应该记住,也可见教材。

1、电磁波。2、位移电流;变化磁场。3、EH;瓦/米2(W/m2)。4、3kHz;3000GHz;100km;0.1mm;100kHz。5、分米波;厘米波;毫米波。6、辐射耦合;传导偶合;感应耦合。

7、传导耦合。8、大气层雷电,太阳黑子爆发,银河系射电,地球磁场波动,火山喷发和地震等;大中型电磁发射系统,大型工业、科学和医疗射频设备,高压大容量电力系统和电气化铁道,偶发性的核弹爆炸产生的脉冲电磁场。9、射频电磁辐射;电压;电流。10、通信线路遭受电力线路感应产生的电压和电流,足以危害电信运行围护人员的生命安全;损坏通信线路或设备;引起构筑物火灾以及铁路信号设备误动而危及行车安全。11、无线电辐射的影响;对通信线的干扰。

12、电力机车的受电弓接触点与接触网局部放电处。13、单向供电制;双向供电制;双向供电制。

14、电磁辐射对信号接收的干扰;强电系统对弱电系统的干扰和危险影响;空间电磁场对人体健康的影响。15、高电压、大功率供电系统,包括电力系统与电气化铁道接触网系统;通信网、计算机网、监测与控制线路等信息系统。 

范文五:五、电磁辐射与射频电磁场

五、电磁辐射与射频电磁场

能量以电磁波的形式通过空间传播的现象称为电磁能辐射或电磁辐射。当电磁辐射强度超过人体或仪器设备所能容许的限度时将产生电磁污染和对其他系统的干扰。

1、电磁辐射

这里研究单元辐射子的电磁辐射规律。有电偶极子型和磁偶极子型两类。

传导电流与位移电流共同激励磁场,磁场变化与库仑电荷共同激励电场,而电磁场以波的方式传播。 电磁波是横波,电磁场分布具有方向特性。

2电磁功率的面密度为坡印亭矢量S,单位是W/m SEH

2、射频电磁场

无线电波按其频率和波长可以分为八大类。其频率从3kHz至3000GHz,波长对应于100km至0.1mm。射频电磁场通常是指100kHz以上的无线电波。微波是分米波、厘米波和毫米波的统称。继无线电波之后是红外线、可见光、紫外线、X射线和射线。

影响场强的因素有两类:一类是场源分布;另一类是介质的分布。

3.2 电磁耦合途径

电磁耦合途径分为三类:辐射耦合、传导耦合、感应耦合(电感应耦合、磁感应耦合)。

一、辐射耦合

辐射耦合:射频设备所形成的电磁场,在半径为一个波长的范围之外是以空间辐射的方式将能量传播出去的;射频设备视为发射天线。

而在半径为一个波长的范围之内则主要是以感应的方式将能量施加于附近的设备和人体上的。

借助单元辐射子理论,分析射频电路所产生的辐射耦合影响,无论是小段电路单元还是小型回路,辐射电场强度均与1/r成比例。

二、传导耦合

传导耦合:通过电路回路间公共阻抗或互阻抗形成的耦合。

借助电路理论可以直接计算传导耦合的影响。若回路1和2各自独立,互不影响,回路1中有电流,回路2中无电流。若回路1和2有公共阻抗,回路1有电流则回路2也有电流,形成传导耦合。

典型的共阻抗耦合发生于接同一地网的两回路之间。如回路1为工频电力线路,接地网阻抗可视为电阻,则共阻抗耦合成为电阻性耦合。

降低耦合的两种思路:“短路”和“断路”。电磁污染电源和感受设备之间的相互作用可表述为一个双端口网络,其间经由阻抗ZA、ZB、ZC形成的T型网络相连。如果ZC0即短路,则发送端向感受端输送的能量为零。如果ZA、ZB为无限大,即开路,发送端向感受端输送的能量也为零。实际应用中,根据短路的概念尽量降低接地电阻;根据开路的概念尽量隔开发送与感受的两端,距离越远越好,或者在其间加入屏蔽,减少耦合。

三、电感应耦合

以平行接近的架空电力线路与通信线路为例。高压架空线路对地电压U1很高。其导线上充有电荷,并在周围建立有强电场。处于该电场中的通信线路导线上将感应有对地电压U2。通信线路导线表面靠近电力线路一侧感应有异号电荷;另一测感应出同号电荷。通过库仑电场产生耦合,称为电感应耦合。若站在地上的人接触通信线路,则将有电流流过人体,电流过大,可能产生危险。

四、磁感应耦合

两对短传输线平行并接近,当回路1中有交流电流I1时,由于两回路间互磁链的存在,在回路2中将

产生互感电压。若回路2是通路,将产生电流。这就是电磁感应耦合,简称磁感应耦合。通过互感产生耦合,又称电感性耦合。耦合的强弱与互感量的大小相关;如果互感量为零,将无电感性耦合。

3.3 大环境中的电磁污染

影响大环境的污染源可分为天然型和人为型两类。

天然型电磁污染源有:大气层雷电,太阳黑子爆发,银河系射电,地球磁场波动,火山喷发和地震等。 人为型电磁污染源:大中型电磁发射系统,大型工业、科学和医疗射频设备,高压大容量电力系统和电气化铁道,偶发性的核弹爆炸产生的脉冲电磁场。

一、电磁发射系统的电磁辐射与污染

电磁发射系统是以发射无线电波为目标的设备群体,以广播电视发射系统和微波发射系统为主。 广播是使广大公众接受信号的电波发射,不同于无线电通信和导航(特定对象接受信号)。广播分为声音广播和电视广播。

声音广播又细分为中波、短波调幅和甚高频调频广播。

微波辐射电磁污染源包括:雷达天线、工作电路、磁控管、速调管和敞开的波导管等。

根据国家标准GB 8702—88《电磁辐射防护规定》:输出功率等于和小于15W的移动式无线电通讯设备和向没有屏蔽空间的辐射等效功率小于表5—3—9所列数值可以免于管理。

国际大电网会议36.04工作组编写的《发电厂和变电站电磁兼容导则》,给出了授权的无线电发射装置的一些技术参数,包括:辐射功率、在居民区典型的发射—接受距离、计算电场强度,见表5—3—10。表中电场强度按下式计算最大值

EkPER r

工业、科学和医疗用频率:世界无线电行政会议划定11个窄频段,供工业、科学和医疗使用。见表5—3—11

二、电力系统的电磁污染

高压与超高压输配电线路导体表面电场强度很强,常引发电晕放电和间隙放电,产生射频电磁辐射。导致周围伴有工频电场和工频磁场。工频电场与线路电压有关;工频磁场与线路电流有关。

1、电晕放电和间隙放电

电晕放电是指通过导线表面向空间放电的现象。对地为正电位时,称为正电晕;它具有幅值大和脉冲波顶较平缓的特点;对地为负电位时,称为负电晕,其脉冲波顶为瞬间的尖脉冲。重复产生的结果就形成了高频电波,并且频率范围分布较宽,常以0.5MHz作中心值。电晕主要构成对通讯系统的干扰,如有线电话、无线电接受和电视等。

2、工频电场

架空电力线路施加电压后,导体表面必带电荷。电荷在地面以上空气中产生工频电场,距离线路越近越强,电压越高越强,尤以超高压电力线路最为突出。利用等效电荷法计算单相或三相送电线下空间工频电场强度。

3、工频磁场

架空电力线路在地面空气中还产生工频磁场,电流越大越强,距离线路越近越强。应用安培定律和叠加原理可计算单相或三相送电线周围的工频磁场强度。

输电线塔型:酒杯型铁塔,导线按水平布置;猫头型铁塔,导线按正三角形布置;紧凑型铁塔,导线按三角形布置;双回路鼓型铁塔,导线按鼓型布置。

4、电力线路对平行接近的通信线路的危险影响

危险影响:通信线路遭受电力线路感应产生的电压和电流,足以危害电信运行围护人员的生命安全;损坏通信线路或设备;引起构筑物火灾以及铁路信号设备误动而危及行车安全。对电力线路与通信线路间可能发生的危险影响应有评估,包括:

(1)中性点直接接地系统的三相对称电力线路发生单相接地短路时对通信线路的电感性耦合影响。

(2)中性点不直接接地系统的三相对称电力线路两相在不同地点同时发生短路时对通信线路的电感性耦合影响。

(3)中性点不直接接地系统的三相对称电力线路发生单相接地短路时对通信线路的电容性耦合影响。

(4)不对称电力线路在正常运行和接地短路状态下对通信线路的电感性耦合、电容性耦合影响,对单线通信线路的电阻性耦合影响。

(5)发电厂和变电站地电位升对通信线路和人体的电阻性耦合影响。

三、电气化铁道产生的电磁污染

电气化铁道产生的电磁污染有无线电辐射的影响和对通信线的干扰。无线电辐射来自电力机车的受电弓接触点与接触网局部放电处。前者的辐射发生于电力机车运行时刻;后者的辐射则伴生于整个供电期内。

接触网的供电方式有单向供电制和双向供电制。双向供电制在正常运行时对通信线路的影响必单向供电制小。电力牵引正常运行时,采用双向供电。

接触网的短路电流值取决于牵引变电所与短路点之间的距离。

在分析评估电气化铁道对通信线路的影响时,可采用评估电力线路的方法。

牵引网电流一般用等效电流Ied表示 IedIili lin

四、电磁污染的主要危害

电磁污染造成的主要后果:电磁辐射对信号接收的干扰,强电系统对弱电系统的干扰和危险影响,空间电磁场对人体健康的影响。

1、电磁辐射对信号接收的干扰

射频强电磁辐射,可以造成通信信息失误或中断;使电子仪器、精密仪器不能正常工作;铁路自控信号失误;飞机飞行误航;甚至造成导弹与人造卫星失控。电磁辐射会对有线通信设备产生干扰。

2、强电系统对弱电系统的干扰和危险影响

3、空间电磁场对人体健康的影响

作业:

一、填空题

1、能量以

2、传导电流与共同激励磁场,与库仑电荷共同激励电场,而电磁场以波的方式传播。

3、电磁波是横波,电磁功率的面密度称为坡印亭矢量S。

4、无线电波按其频率和波长可分为八大类,其频率从至至场通常是指频率在 以上的无线电波。

5、微波是和

6、电磁耦合的途径可以分为三类:、

7、通过电路回路间公共阻抗或互阻抗形成的耦合是。

8、影响大环境的污染源可分为天然型和人为型两类。天然型电磁污染源有: 。人为型电磁污染源: 。

9、高压与超高压输电线路导体表面电场强度很强,常常引发电晕放电和间隙放电,产生 。导线周围伴有工频电场和工频磁场。工频电场与线路 有关;工频磁场与 有关。

10、电力线路对平行接近的通信线路的危险影响: 。

11、电气化铁道产生的电磁污染有: 和 。

12、电气化铁道产生的电磁污染中无线电辐射来自 。该辐射发生于电力机车运行时刻。

13、电气化铁道的输电线路在正常供电情况下,接触网的供电方式有 和 两种。正常运行时 对通信线路的影响比单向供电制小。

14、电磁污染造成的主要后果包括:1),

2),3)

15、强电系统对弱电系统的干扰和危险影响,强电系统是指,弱电系统是指 。

解答:该节作业大多是基本概念,应该记住,也可见教材。

1、电磁波。2、位移电流;变化磁场。3、EH;瓦/米2(W/m2)。4、3kHz;3000GHz;100km;

0.1mm;100kHz。5、分米波;厘米波;毫米波。6、辐射耦合;传导偶合;感应耦合。7、传导耦合。8、大气层雷电,太阳黑子爆发,银河系射电,地球磁场波动,火山喷发和地震等;大中型电磁发射系统,大型工业、科学和医疗射频设备,高压大容量电力系统和电气化铁道,偶发性的核弹爆炸产生的脉冲电磁场。

9、射频电磁辐射;电压;电流。10、通信线路遭受电力线路感应产生的电压和电流,足以危害电信运行围护人员的生命安全;损坏通信线路或设备;引起构筑物火灾以及铁路信号设备误动而危及行车安全。11、无线电辐射的影响;对通信线的干扰。12、电力机车的受电弓接触点与接触网局部放电处。13、单向供电制;双向供电制;双向供电制。14、电磁辐射对信号接收的干扰;强电系统对弱电系统的干扰和危险影响;空间电磁场对人体健康的影响。15、高电压、大功率供电系统,包括电力系统与电气化铁道接触网系统;通信网、计算机网、监测与控制线路等信息系统。

范文六:电力电缆高频辐射电磁场防治对策

电力电缆高频辐射电磁场防治对策

经济部标准检验局台南分局技正林昆平

摘要

国内变电所设置引来强大抗争,这是大家在新闻上常看到的,不过民众似乎把焦点放在 围墙内的变电设备,而忽略了传导电荷的高压辐射电缆,一般高压设备均有金属外壳, 本身就有屏蔽效果,因此高频辐射电磁场的传送,主要元凶在电缆,而不是变电设备。 本文除了介绍环境电磁场的国内外标准外,把相当大的篇幅摆在高低压电缆及控制电缆 电磁辐射防治对策,不管在材料上或是电缆配置,多所注解,希望对变电站的设计工程 师,在阻隔电磁场辐射上,有所助益。

一、前言

电力电缆为本局检验项目之一,其配置方式通常有两种,一种为架空高压电缆,

一种为地上工厂大楼配电用高低压电缆,前者作大功率电力传送,后者则为一般民生供 电用。 电缆由于传送大量负载电流,因此四周有电磁场的存在,致癌之说喧嚣尘上,只 要有台电架空电缆经过及变电所兴建的地方,无不遭受村民强大阻力。 高压电缆一般电 压都很高(345KV、161KV、69KV、24KV、12KV),但电流却很小,因此电场较强,磁

场较弱。 低压电缆则电压较低(440V,380V,220V,120V),但电流却很大,因此电场较弱, 磁场较强。 电缆的最外层一般均包有铜带,其主要功能提供泄漏电流导至大地的管道, 故最后都会以接地端子接地,以维护使用上的安全,但也因这层铜带,使得电场无法辐 射出来,故这铜带又称『遮蔽铜带』。 因此探讨电力电缆的电磁辐射问题,主要对像就 只剩下磁场了。

工厂大楼由配线电缆所引发的磁场干扰案例,80%是电脑萤幕闪烁,造成业务停

摆,由于电缆必需与各楼层负载分电箱连结,因此建筑物天花板、高架地板及墙壁内, 几乎都可发现它的踪迹,对摆设在邻近的电脑产生干扰,就在所难免了。 一般电脑萤幕 大约810mG(毫米高斯)磁场干扰,即产生晃动;3040mG磁场,则颜色变调;而电缆 汇集地--变电站,是另一个关注的焦点,尤其门口四个大字「高压危险」,更是让民众 危恐避之,深怕电磁效应伤身致癌。 为了厘清疑义,本文首先就国际环境电磁场辐射标 准作一番介绍,其次讨论电力电缆及变电站的磁场遮蔽技术,最后以一实际案例,说明 改善成效 ,相信对读者于工厂大楼电力电缆衍生之电磁辐射问题上,有新的认知。

二、环境电磁场管制标准推荐值 [1][2]

电磁辐射依频率波段分级约有三种 ,第一种频率波段游离辐射能量最强, 可破坏生物细胞份子;第二种频率波段非游离辐射能量弱,有热效应,不会破坏生物细胞份子,第三种频率波段非游离辐射能量最弱,无热效应且不会破坏生物细胞份子。 电线电缆由于输送60HZ频率电力,产生电磁场波段应属第三种,会致癌 尚无定论,实在没必要过度反应。 至于国际上对60Hz或50Hz环境电场及磁场限制推荐值,

如表一及表二所示,原则上一般民众全天曝露在1000mG磁场环境,对健康比较有影响, 曝露10000mG,最好在数小时内离开,至于其它频段,依行政院环保署公告第0003219号文, 非职业场所之一般民众于环境中曝露非游离辐射之电磁场环境建议值,如表三所示。

表一 60HZ/50HZ环境电场强度(kv/m)安全承受推荐值

表二 60HZ/50HZ环境磁场强度(mG)安全承受推荐值

表三各频段环境电磁场限制建议值

三、电线电缆电磁干扰防治技术介绍 [4][5][6]

3-1遮蔽架空电力传输线磁场策略

在架空电力传输线下方,安置金属遮蔽线并将两端以接地电阻与大地连接,形成回 路,该回路受上头电力传输线磁场感应,会产生一大小相同,方向相反的电流,并在金

属遮蔽线四周建立反向磁场,与原传输线磁场抵消,此原理称为楞次定理,国中物理大 家都上过,图1是其整个架构,至于提高遮蔽效果,主要四点:

(1)金属遮蔽线密度:同时采用多条遮蔽线并排,遮蔽效果越好

(2)金属遮蔽线范围:遮蔽线配置范围越广,遮蔽效果越好

(3)金属遮蔽线高度:离电力传输线越近,遮蔽效果越好

(4)金属遮蔽线两端接地电阻:接地电阻越小(一般5Ω以下),遮蔽效果越好

图1架空电力传输线磁场遮蔽模型

3-2遮蔽地面高低压电缆磁场策略

地上电缆在大楼工厂处处可见,主要将三相电力由变电站传送到负载上,理论上 三相电力是平衡的,磁场应被抵消;但实际上各相供电负载容量并不同,已破坏 平衡关系,因此抵消,是不可能的事,是故电缆所产生的磁场干扰,就不得忽视, 目前遮蔽策略有二法:

(1)电缆紧紧相靠:电缆线间所形成的封闭面积变小,减少彼此间的磁场耦和。

(2)电缆以铝汇流排代替:图2所示为铝汇流排(BUS WAY),它可承受大量负载

电流,使得每相只需安装一片,大大减少采用多条电缆

并联,所衍生彼此间磁场耦和问题,又因外壳结构为铝

材,属高导电易感应反向电流材质,易建立反向磁通,

把内部负载电流产生的磁场,抵消掉。

图 2具有遮蔽本身磁场辐射的铝汇流排

3-3防止监控电缆线遭磁场干扰对策

监控电缆在控制上用很多,其传送受微弱电流信号而非大电力,因此本身几无产生磁 场辐射问题,主要电磁干扰来自别人,容易导致监控信号失真,设备误动作,为解决 此问题,控制电缆通常采用下面两种策略(图3内部结构)

(1)信号线外层包铝箔:利用铝箔高导电系数,易产生反向感应电流,建立反向磁场来抵 消干扰磁场源。

(2)导体芯线采绞线:减少芯线间回路面积,降低外来干扰磁场耦合效应。

图 3监控电缆线的遮蔽

3-4变电站整体遮蔽[3]

电力电缆的汇集地在变电站,因此变电站的电磁遮蔽,显得特别重要,目前的遮蔽方法 有三种,可解决变电站内部的磁场辐射问题

(1)疏导法

使用 高导磁系数材料,将干扰磁场导引至材料内部,以远离遮蔽物,但因导磁材料有磁 滞损现像,易产生高热及磁饱和问题,因此目前较不采用。

(2)歼灭法

使用 高导电系数材料, 利用其表面易受磁场感应产生涡电流方式,建立反向磁场,抵消 原磁场, 目前大部份均采这种方式。

(3)提高遮蔽效果

(a)采用高导电系数金属板:图4所示,以铝板导电系数最高,最易感应反向磁场 实验结果,也印证铝板遮蔽磁场效果最好,图5所示。

(b)金属板厚度采用3mm 、4mm为宜:实验显示厚度超过4mm,对提升遮蔽效果有限。 铝箔遮蔽

图 4遮蔽磁场用金属板材料特性

图 5不同金属板遮蔽磁场效果比较

四、案例应用 [7]

一家美国软体设计单位,在大楼完工正式启用,却发生办公室内大量电脑萤幕 闪烁,造成软体工程师无法工作,业务停摆。 经量测办公室内磁场,发现高于 10mG,难怪电脑萤幕会晃动, 最后在变电站内部安装遮蔽铝板,磁场干扰因而衰 减至4mG以下,电脑恢复正常,图6为改善前后之磁场对照。 至于其施工方式, 是在变电站四周及天花板五个平面上(窗口大门除外),以角铁作框架固定于墙上, 再以铆钉及点焊将厚度3mm的铝板,紧密固定于框架上,以遮蔽变电站内的磁场辐射,降低对四周电子设备的干扰。

图6变电站经铝板遮蔽后之磁场衰减对照

伍、结论

正确的电缆、电子仪器的空间配置及遮蔽金属板的使用,可有效的改善电线电缆

产生电磁干扰问题,尤其变电站内布满电力电缆且承受整大量负载电流,可利用电缆线 紧靠配置及四周采用遮蔽金属板来降低其产生的磁场辐射;另外电缆产生的磁场,容易 对控制线产生干扰,而导致设备误动作,而采用具绞线处理的控制线,即可减少线间磁 场耦合面积,达成抑制磁场干扰的效果。

陆、参考文献

1.江荣城著, ”电力品质之不良因素与管制标准实例探讨” ,电机月刊第十一卷第十一 期,2001

2.CNS2655国家标准, ”电力电缆” .

3.张泰荣著, ”商业大楼变电站周围电力频率磁场之分析与改善” ,台科大硕士论 文,2001

4.黄晋恩著, ”工作环境电磁干扰研究” ,台科大硕士论文,2002

5.王进良著, ”电力设施磁场遮蔽研究” ,台科大硕士论文,2002

6.林建男着, ”电力系统电磁相容之研究” ,台科大硕士论文,2000

7.Kenneth Griffing,Michael Hiles,Jon Munderloh; ” Mitigation of Wiring Interference on Computer System ” ,Chicago,Proceedings of the American Power Conference,Volume 61-I,61

st

Annual Meeting,pp156-160,1999

低频磁场能屏蔽吗?

低频磁场很难屏蔽。磁力线可以穿透我们生活中常见的材料或物体(如木材、砖瓦、石块、水泥等材料或人体、墙壁、树木等物体),并基本上不因上述物体或材料的存在而产生畸变或消弱。

为了描述带电导线中的电流在周围空间中产生磁场的大小,物理上引入了磁场强度的概念,它是一个矢量,一般用符号H表示,其单位是安培/米(A/m)。而单位磁场强度在周围空间感应出磁通密度的大小(通常用磁感应强度B表示)是不同的,它取决于磁场闭合环路中各种介质的导磁能力。磁感应强度与磁场强度的关系为

B=μH=μrμ0H(3-1)

式中:μ被称为物质的磁导率;μ0被称为真空磁导率,其值为4π×10-7H/m;μr称为物质的相对磁导率。不同材料具有不同的磁导率。

根据磁导率的大小,一般可以把材料分为弱磁性材料和强磁性材料两大类。弱磁性材料包括顺磁性材料和抗磁性材料;强磁性材料常见的为铁磁材料、亚铁磁材料。

抗磁性材料在无外加磁场时对外不显磁性,在外加磁场的作用下会产生一个同外加磁场方向相反的磁场。抗磁性材料的μr略小于1,这类材料如汞、铜、硫、金、银、锌、铅等。顺磁性材料在无外加磁场时几乎不显磁性,在外加磁场的作用下材料内的原子运动会产生一个同外加磁场方向相同的磁场。顺磁性材料的μr略大于1,这类材料如锰、铬、铂、氮等。铁磁材料在外加磁场时,材料内的原子在被称为“交换耦合”的量子效应下,对外显现出非常强烈的磁性,铁磁材料主要是含铁、镍、钴和稀有金属钆、铽等的材料。亚铁磁性材料在外磁场作用下的磁性弱于铁磁性材料,但其导电性能较铁磁性材料强,亚铁磁性材料有铁氧体等。表3-9列出了一些材料的磁化特性。

表3-9 典型材料的磁性能

在相同的外加激励(即相同的磁场强度)下,不同材料中磁感应强度不相同,磁场向相对磁导率大的物体集中,相对磁导率较大的材料中的磁感应强度较大。

在实际中主要有两种低频磁场的屏蔽方法,即磁屏蔽方法和涡流屏蔽(也称电磁屏蔽)方法。

磁屏蔽方法的基本原理主要是利用具有高磁导率的磁性材料作为屏蔽材料,将一个局部空间利用高磁导率材料的壳体包裹起来,使磁场集中于壳体磁性材料内,而减弱壳体内部的空间磁场,从而实现屏蔽外界磁场的目的。这就是磁屏蔽方法的基本原理。

为了说明磁屏蔽的效果,让我们举一个利用厚度1cm的球壳作为磁屏蔽的例子。设在均匀的恒定磁场B0中,放置一个内半径a为1m、外半径b为1.01m即厚度为1cm的铁磁材料制作的球壳,铁磁材料的相对磁导率为500。计算可知球壳内的磁场感应强度为

3333B=9/〔2μr(1-a/b)〕*B0=9/〔2×500×1-1/1.01〕*B0

=0.034B0 (3-2)

可见,采用厚1cm的铁磁材料作为磁屏蔽后,球壳内的磁场比未屏蔽时下降了97.6%。

由上可见,除了少数实验研究场合外,在实际工程环境中是绝不可能采用如此厚的铁磁材料壳体将某个空间包裹起来的。文献介绍了采取用铁磁材料平板或角料组成不完整的遮蔽或隔离体,以削弱室内局部

空间中外界磁场的研究结果。结果表明,采用厚2mm的钢板(尺寸约4m×3m)或高导磁性的硅钢片(厚0.35mm,双层),只可能使室内局部空间中磁感应强度比外界分别降低10%和20%。

涡流屏蔽方法的基本原理主要是利用导电材料中感应的涡电流(简称涡流)产生的反向磁场来抑制外磁场,实现减小低频磁场的目的。

图3-16给出了涡流屏蔽原理的示意图,从图中可以看出,交变磁场在金属壳体感应出涡流。涡流将趋向于抵消外磁场的作用,即表现出抗磁性,从而使金属壳体中被保护空间的磁场较没有壳体时大大降低。

图3-16 涡流屏蔽原理示意图

图3-17 金属板对外磁场的衰减

图3-17说明了交变磁场在金属板中的衰减情况。通过计算金属板内部不同深度处的磁场随与金属板表面的距离(z)的增加而逐渐减少,其数学表达式为

-z/δH=H0e

其中,δ称为金属板的集肤深度,可以通过下式进行计算,即

1/2δ=〔1/(πfσμ0μr)〕

其中,f表示交变磁场的变化频率,σ是金属板的电导率。利用上述公式可以得出,从金属板表面到一个集肤深度处的磁场大小为

-1H=H0e=0.368H0

即在金属板内的集肤深度处,磁场衰减到没有金属板时的36.8%。表3-10给出了三种不同材料在不同频率时的集肤深度。

表3-10 常用材料的集肤深度

mm

由表3-10可见,利用金属屏蔽的涡流效应屏蔽磁场的作用也是很有限的。以铝板为例,对50Hz磁场,屏蔽铝板厚度达12mm时,磁场才可被削弱至外界强度的36.8%。

文献对室内屋顶与隔墙采用厚3mm的铝板(尺寸为2m×2.8m),基本未见任何屏蔽效果,仅在将铝板与高磁性材料结合,并在室内全方位组成复杂的兼有磁屏蔽和涡流屏蔽的屏蔽结构时,室内磁场才可降至外界磁场的36%~85%,就其效果而言,代价是很昂贵的。

高导磁率材料在机械冲击的条件下会极大地损失磁性,导致屏蔽效能下降。因此,屏蔽体在经过机械加工后,如敲击、焊接、折弯、钻孔等,必须经过热处理以恢复磁性。热处理要在特定条件下进行,一般要在干燥氢气炉中以一定的速率加热到1177° C,保持4个小时,然后以一定的速率降温到室温。由于热处理的条件极其严格,因此最好是委托材料厂家进行屏蔽体的加工,在工件完成后,进行热处理。如果,用户一定要自己加工,记住要按照材料厂家提出的条件对屏蔽体进行热处理,以获得最佳屏蔽效能,最理想的方法是将工件寄到厂家进行热处理。

在对拼接处进行焊接时,要使用屏蔽材料母料做焊接填充料,这样可以保证焊缝处的高导磁率。如果屏蔽效能要求较低,也可以采用点焊或铆接的方式固定,但要注意拼接处的屏蔽材料要有一定的重叠,以保证磁通路上较小磁阻。

当需要屏蔽的磁场很强时,仅用单层屏蔽材料,不是达不到屏蔽要求,就是会发生饱和。这时,一种方法是增加材料的厚度。但更有效的方法是使用组合屏蔽,将一个屏蔽体放在另一个屏蔽体内,它们之间留有气隙。气隙内可以填充任何非导磁率材料做支撑,如铝。组合屏蔽的屏蔽效能比单个屏蔽体高得多,因此组合屏蔽能够将磁场衰减到很低的程度。电力电缆高频辐射电磁场防治对策

经济部标准检验局台南分局技正林昆平

摘要

国内变电所设置引来强大抗争,这是大家在新闻上常看到的,不过民众似乎把焦点放在 围墙内的变电设备,而忽略了传导电荷的高压辐射电缆,一般高压设备均有金属外壳, 本身就有屏蔽效果,因此高频辐射电磁场的传送,主要元凶在电缆,而不是变电设备。 本文除了介绍环境电磁场的国内外标准外,把相当大的篇幅摆在高低压电缆及控制电缆 电磁辐射防治对策,不管在材料上或是电缆配置,多所注解,希望对变电站的设计工程 师,在阻隔电磁场辐射上,有所助益。

一、前言

电力电缆为本局检验项目之一,其配置方式通常有两种,一种为架空高压电缆,

一种为地上工厂大楼配电用高低压电缆,前者作大功率电力传送,后者则为一般民生供 电用。 电缆由于传送大量负载电流,因此四周有电磁场的存在,致癌之说喧嚣尘上,只 要有台电架空电缆经过及变电所兴建的地方,无不遭受村民强大阻力。 高压电缆一般电 压都很高(345KV、161KV、69KV、24KV、12KV),但电流却很小,因此电场较强,磁

场较弱。 低压电缆则电压较低(440V,380V,220V,120V),但电流却很大,因此电场较弱, 磁场较强。 电缆的最外层一般均包有铜带,其主要功能提供泄漏电流导至大地的管道, 故最后都会以接地端子接地,以维护使用上的安全,但也因这层铜带,使得电场无法辐 射出来,故这铜带又称『遮蔽铜带』。 因此探讨电力电缆的电磁辐射问题,主要对像就 只剩下磁场了。

工厂大楼由配线电缆所引发的磁场干扰案例,80%是电脑萤幕闪烁,造成业务停

摆,由于电缆必需与各楼层负载分电箱连结,因此建筑物天花板、高架地板及墙壁内, 几乎都可发现它的踪迹,对摆设在邻近的电脑产生干扰,就在所难免了。 一般电脑萤幕 大约810mG(毫米高斯)磁场干扰,即产生晃动;3040mG磁场,则颜色变调;而电缆 汇集地--变电站,是另一个关注的焦点,尤其门口四个大字「高压危险」,更是让民众 危恐避之,深怕电磁效应伤身致癌。 为了厘清疑义,本文首先就国际环境电磁场辐射标 准作一番介绍,其次讨论电力电缆及变电站的磁场遮蔽技术,最后以一实际案例,说明 改善成效 ,相信对读者于工厂大楼电力电缆衍生之电磁辐射问题上,有新的认知。

二、环境电磁场管制标准推荐值 [1][2]

电磁辐射依频率波段分级约有三种 ,第一种频率波段游离辐射能量最强, 可破坏生物细胞份子;第二种频率波段非游离辐射能量弱,有热效应,不会破坏生物细胞份子,第三种频率波段非游离辐射能量最弱,无热效应且不会破坏生物细胞份子。 电线电缆由于输送60HZ频率电力,产生电磁场波段应属第三种,会致癌 尚无定论,实在没必要过度反应。 至于国际上对60Hz或50Hz环境电场及磁场限制推荐值,

如表一及表二所示,原则上一般民众全天曝露在1000mG磁场环境,对健康比较有影响, 曝露10000mG,最好在数小时内离开,至于其它频段,依行政院环保署公告第0003219号文, 非职业场所之一般民众于环境中曝露非游离辐射之电磁场环境建议值,如表三所示。

表一 60HZ/50HZ环境电场强度(kv/m)安全承受推荐值

表二 60HZ/50HZ环境磁场强度(mG)安全承受推荐值

表三各频段环境电磁场限制建议值

三、电线电缆电磁干扰防治技术介绍 [4][5][6]

3-1遮蔽架空电力传输线磁场策略

在架空电力传输线下方,安置金属遮蔽线并将两端以接地电阻与大地连接,形成回 路,该回路受上头电力传输线磁场感应,会产生一大小相同,方向相反的电流,并在金

属遮蔽线四周建立反向磁场,与原传输线磁场抵消,此原理称为楞次定理,国中物理大 家都上过,图1是其整个架构,至于提高遮蔽效果,主要四点:

(1)金属遮蔽线密度:同时采用多条遮蔽线并排,遮蔽效果越好

(2)金属遮蔽线范围:遮蔽线配置范围越广,遮蔽效果越好

(3)金属遮蔽线高度:离电力传输线越近,遮蔽效果越好

(4)金属遮蔽线两端接地电阻:接地电阻越小(一般5Ω以下),遮蔽效果越好

图1架空电力传输线磁场遮蔽模型

3-2遮蔽地面高低压电缆磁场策略

地上电缆在大楼工厂处处可见,主要将三相电力由变电站传送到负载上,理论上 三相电力是平衡的,磁场应被抵消;但实际上各相供电负载容量并不同,已破坏 平衡关系,因此抵消,是不可能的事,是故电缆所产生的磁场干扰,就不得忽视, 目前遮蔽策略有二法:

(1)电缆紧紧相靠:电缆线间所形成的封闭面积变小,减少彼此间的磁场耦和。

(2)电缆以铝汇流排代替:图2所示为铝汇流排(BUS WAY),它可承受大量负载

电流,使得每相只需安装一片,大大减少采用多条电缆

并联,所衍生彼此间磁场耦和问题,又因外壳结构为铝

材,属高导电易感应反向电流材质,易建立反向磁通,

把内部负载电流产生的磁场,抵消掉。

图 2具有遮蔽本身磁场辐射的铝汇流排

3-3防止监控电缆线遭磁场干扰对策

监控电缆在控制上用很多,其传送受微弱电流信号而非大电力,因此本身几无产生磁 场辐射问题,主要电磁干扰来自别人,容易导致监控信号失真,设备误动作,为解决 此问题,控制电缆通常采用下面两种策略(图3内部结构)

(1)信号线外层包铝箔:利用铝箔高导电系数,易产生反向感应电流,建立反向磁场来抵 消干扰磁场源。

(2)导体芯线采绞线:减少芯线间回路面积,降低外来干扰磁场耦合效应。

图 3监控电缆线的遮蔽

3-4变电站整体遮蔽[3]

电力电缆的汇集地在变电站,因此变电站的电磁遮蔽,显得特别重要,目前的遮蔽方法 有三种,可解决变电站内部的磁场辐射问题

(1)疏导法

使用 高导磁系数材料,将干扰磁场导引至材料内部,以远离遮蔽物,但因导磁材料有磁 滞损现像,易产生高热及磁饱和问题,因此目前较不采用。

(2)歼灭法

使用 高导电系数材料, 利用其表面易受磁场感应产生涡电流方式,建立反向磁场,抵消 原磁场, 目前大部份均采这种方式。

(3)提高遮蔽效果

(a)采用高导电系数金属板:图4所示,以铝板导电系数最高,最易感应反向磁场 实验结果,也印证铝板遮蔽磁场效果最好,图5所示。

(b)金属板厚度采用3mm 、4mm为宜:实验显示厚度超过4mm,对提升遮蔽效果有限。 铝箔遮蔽

图 4遮蔽磁场用金属板材料特性

图 5不同金属板遮蔽磁场效果比较

四、案例应用 [7]

一家美国软体设计单位,在大楼完工正式启用,却发生办公室内大量电脑萤幕 闪烁,造成软体工程师无法工作,业务停摆。 经量测办公室内磁场,发现高于 10mG,难怪电脑萤幕会晃动, 最后在变电站内部安装遮蔽铝板,磁场干扰因而衰 减至4mG以下,电脑恢复正常,图6为改善前后之磁场对照。 至于其施工方式, 是在变电站四周及天花板五个平面上(窗口大门除外),以角铁作框架固定于墙上, 再以铆钉及点焊将厚度3mm的铝板,紧密固定于框架上,以遮蔽变电站内的磁场辐射,降低对四周电子设备的干扰。

图6变电站经铝板遮蔽后之磁场衰减对照

伍、结论

正确的电缆、电子仪器的空间配置及遮蔽金属板的使用,可有效的改善电线电缆

产生电磁干扰问题,尤其变电站内布满电力电缆且承受整大量负载电流,可利用电缆线 紧靠配置及四周采用遮蔽金属板来降低其产生的磁场辐射;另外电缆产生的磁场,容易 对控制线产生干扰,而导致设备误动作,而采用具绞线处理的控制线,即可减少线间磁 场耦合面积,达成抑制磁场干扰的效果。

陆、参考文献

1.江荣城著, ”电力品质之不良因素与管制标准实例探讨” ,电机月刊第十一卷第十一 期,2001

2.CNS2655国家标准, ”电力电缆” .

3.张泰荣著, ”商业大楼变电站周围电力频率磁场之分析与改善” ,台科大硕士论 文,2001

4.黄晋恩著, ”工作环境电磁干扰研究” ,台科大硕士论文,2002

5.王进良著, ”电力设施磁场遮蔽研究” ,台科大硕士论文,2002

6.林建男着, ”电力系统电磁相容之研究” ,台科大硕士论文,2000

7.Kenneth Griffing,Michael Hiles,Jon Munderloh; ” Mitigation of Wiring Interference on Computer System ” ,Chicago,Proceedings of the American Power Conference,Volume 61-I,61

st

Annual Meeting,pp156-160,1999

低频磁场能屏蔽吗?

低频磁场很难屏蔽。磁力线可以穿透我们生活中常见的材料或物体(如木材、砖瓦、石块、水泥等材料或人体、墙壁、树木等物体),并基本上不因上述物体或材料的存在而产生畸变或消弱。

为了描述带电导线中的电流在周围空间中产生磁场的大小,物理上引入了磁场强度的概念,它是一个矢量,一般用符号H表示,其单位是安培/米(A/m)。而单位磁场强度在周围空间感应出磁通密度的大小(通常用磁感应强度B表示)是不同的,它取决于磁场闭合环路中各种介质的导磁能力。磁感应强度与磁场强度的关系为

B=μH=μrμ0H(3-1)

式中:μ被称为物质的磁导率;μ0被称为真空磁导率,其值为4π×10-7H/m;μr称为物质的相对磁导率。不同材料具有不同的磁导率。

根据磁导率的大小,一般可以把材料分为弱磁性材料和强磁性材料两大类。弱磁性材料包括顺磁性材料和抗磁性材料;强磁性材料常见的为铁磁材料、亚铁磁材料。

抗磁性材料在无外加磁场时对外不显磁性,在外加磁场的作用下会产生一个同外加磁场方向相反的磁场。抗磁性材料的μr略小于1,这类材料如汞、铜、硫、金、银、锌、铅等。顺磁性材料在无外加磁场时几乎不显磁性,在外加磁场的作用下材料内的原子运动会产生一个同外加磁场方向相同的磁场。顺磁性材料的μr略大于1,这类材料如锰、铬、铂、氮等。铁磁材料在外加磁场时,材料内的原子在被称为“交换耦合”的量子效应下,对外显现出非常强烈的磁性,铁磁材料主要是含铁、镍、钴和稀有金属钆、铽等的材料。亚铁磁性材料在外磁场作用下的磁性弱于铁磁性材料,但其导电性能较铁磁性材料强,亚铁磁性材料有铁氧体等。表3-9列出了一些材料的磁化特性。

表3-9 典型材料的磁性能

在相同的外加激励(即相同的磁场强度)下,不同材料中磁感应强度不相同,磁场向相对磁导率大的物体集中,相对磁导率较大的材料中的磁感应强度较大。

在实际中主要有两种低频磁场的屏蔽方法,即磁屏蔽方法和涡流屏蔽(也称电磁屏蔽)方法。

磁屏蔽方法的基本原理主要是利用具有高磁导率的磁性材料作为屏蔽材料,将一个局部空间利用高磁导率材料的壳体包裹起来,使磁场集中于壳体磁性材料内,而减弱壳体内部的空间磁场,从而实现屏蔽外界磁场的目的。这就是磁屏蔽方法的基本原理。

为了说明磁屏蔽的效果,让我们举一个利用厚度1cm的球壳作为磁屏蔽的例子。设在均匀的恒定磁场B0中,放置一个内半径a为1m、外半径b为1.01m即厚度为1cm的铁磁材料制作的球壳,铁磁材料的相对磁导率为500。计算可知球壳内的磁场感应强度为

3333B=9/〔2μr(1-a/b)〕*B0=9/〔2×500×1-1/1.01〕*B0

=0.034B0 (3-2)

可见,采用厚1cm的铁磁材料作为磁屏蔽后,球壳内的磁场比未屏蔽时下降了97.6%。

由上可见,除了少数实验研究场合外,在实际工程环境中是绝不可能采用如此厚的铁磁材料壳体将某个空间包裹起来的。文献介绍了采取用铁磁材料平板或角料组成不完整的遮蔽或隔离体,以削弱室内局部

空间中外界磁场的研究结果。结果表明,采用厚2mm的钢板(尺寸约4m×3m)或高导磁性的硅钢片(厚0.35mm,双层),只可能使室内局部空间中磁感应强度比外界分别降低10%和20%。

涡流屏蔽方法的基本原理主要是利用导电材料中感应的涡电流(简称涡流)产生的反向磁场来抑制外磁场,实现减小低频磁场的目的。

图3-16给出了涡流屏蔽原理的示意图,从图中可以看出,交变磁场在金属壳体感应出涡流。涡流将趋向于抵消外磁场的作用,即表现出抗磁性,从而使金属壳体中被保护空间的磁场较没有壳体时大大降低。

图3-16 涡流屏蔽原理示意图

图3-17 金属板对外磁场的衰减

图3-17说明了交变磁场在金属板中的衰减情况。通过计算金属板内部不同深度处的磁场随与金属板表面的距离(z)的增加而逐渐减少,其数学表达式为

-z/δH=H0e

其中,δ称为金属板的集肤深度,可以通过下式进行计算,即

1/2δ=〔1/(πfσμ0μr)〕

其中,f表示交变磁场的变化频率,σ是金属板的电导率。利用上述公式可以得出,从金属板表面到一个集肤深度处的磁场大小为

-1H=H0e=0.368H0

即在金属板内的集肤深度处,磁场衰减到没有金属板时的36.8%。表3-10给出了三种不同材料在不同频率时的集肤深度。

表3-10 常用材料的集肤深度

mm

由表3-10可见,利用金属屏蔽的涡流效应屏蔽磁场的作用也是很有限的。以铝板为例,对50Hz磁场,屏蔽铝板厚度达12mm时,磁场才可被削弱至外界强度的36.8%。

文献对室内屋顶与隔墙采用厚3mm的铝板(尺寸为2m×2.8m),基本未见任何屏蔽效果,仅在将铝板与高磁性材料结合,并在室内全方位组成复杂的兼有磁屏蔽和涡流屏蔽的屏蔽结构时,室内磁场才可降至外界磁场的36%~85%,就其效果而言,代价是很昂贵的。

高导磁率材料在机械冲击的条件下会极大地损失磁性,导致屏蔽效能下降。因此,屏蔽体在经过机械加工后,如敲击、焊接、折弯、钻孔等,必须经过热处理以恢复磁性。热处理要在特定条件下进行,一般要在干燥氢气炉中以一定的速率加热到1177° C,保持4个小时,然后以一定的速率降温到室温。由于热处理的条件极其严格,因此最好是委托材料厂家进行屏蔽体的加工,在工件完成后,进行热处理。如果,用户一定要自己加工,记住要按照材料厂家提出的条件对屏蔽体进行热处理,以获得最佳屏蔽效能,最理想的方法是将工件寄到厂家进行热处理。

在对拼接处进行焊接时,要使用屏蔽材料母料做焊接填充料,这样可以保证焊缝处的高导磁率。如果屏蔽效能要求较低,也可以采用点焊或铆接的方式固定,但要注意拼接处的屏蔽材料要有一定的重叠,以保证磁通路上较小磁阻。

当需要屏蔽的磁场很强时,仅用单层屏蔽材料,不是达不到屏蔽要求,就是会发生饱和。这时,一种方法是增加材料的厚度。但更有效的方法是使用组合屏蔽,将一个屏蔽体放在另一个屏蔽体内,它们之间留有气隙。气隙内可以填充任何非导磁率材料做支撑,如铝。组合屏蔽的屏蔽效能比单个屏蔽体高得多,因此组合屏蔽能够将磁场衰减到很低的程度。

范文七:RJ-2高频电磁场场强仪操作规程

RJ-2高频电磁场场强仪操作规程

一、 目的

规范RJ-2高频电磁场场强仪操作程序,正确使用仪器,保证检测工作顺利进行,操作人员人身安全和设备安全。制定本作业指导书。

二、 适用范围

适用于RJ-2高频电磁场场强仪的使用操作。

三、 职责

1RJ-2高频电磁场场强仪操作人员按照本规程操作仪,对仪器进行日常维护,作使用登记。

2 RJ-2高频电磁场场强仪保管人员负责监督仪器操作是否符合规程,对仪器进行定期维护、保养, 确保使用的仪器处于检定有效期内。

3 科室负责人负责仪器综合管理。

四、 操作步骤

电场测量:

将指示器上的量程开关置于“E”位置。

用传输线或连接插头对电场探头与指示器相连接。

将电场探头上的量程开关置于相应的档位。

4. 手持探头将天线置入被测部位,同时转动探头找出场强最大点,即可读出被测部位电场强度。

磁场测量:

1. 将指示器上的量程开关置于磁场位置

2. 用传输线或连接插头对磁场探头与指示器相连接。

3. 手持探头将天线置入被测部位,同时转动探头找出场强最大点,即可读出被测部位磁场强度。

五、 保养事项

1.测量完毕应及时关闭电源

2. 仪器应放在干燥地方,长期不用将电池取出。

范文八:RJ-2高频电磁场(近区)场强仪操作规程

RJ-2高频电磁场(近区)场强仪操作规程

1 仪器用途与使用范围

1.1仪器用途:工作场所职业病危害因素高频电磁场的现场检测。

1.2使用范围:测定中、短波范围近区场地电场和磁场强度,不适用于环境照射及作为医疗和诊断为目的照射。 2 编制依据

2.1《RJ-2高频电磁场(近区)场强仪使用说明书》。 2.2 GBZ/T 189.2《工作场所物理因素测量 高频电磁场》3工作原理

3.1工作原理:被测场的电磁场能量被探头上的天线接收后,经过整流、滤波变成直流讯号经双绞传输线(或连接插头)选至指示器部分,再经高频滤波、衰减器、阻抗变换器,最后由直流表头将被测场地电磁强度显示出来。 4 技术特性 4.1使用环境条件

4.1.1工作温度:-10℃-40℃ 4.1.2工作相对湿度:80%以下 4.2主要技术参数

4.2.1使用频率范围:200KHz-30MHz 4.2.2电场测量范围:1V/m-1500 V/m,

4.2.2.1量程分四档:0-50 V/m、0-250 V/m、0-500 V/m、0-1500 V/m 4.2.3磁场测量范围:1A/M-300A/m

4.2.3.1工作频率在200KHz-5MHz,强度在1A/M-300A/m(使用大环测量天线) 4.2.3.2工作频率在5MHz-30MHz,强度在1A/M-100A/m(使用小环测量天线) 4.2.3.3量程分四档:0-10A/m、0-50A/m、0-100A/m、0-300A/m 4.2.4误差:整机测量误差不大于30%

4..3电源:6F22—9V、4F22—6V叠层电池各一块。 5 操作步骤 5.1 操作前准备

5.1.1将工作开关置于【检1】位置。

5.1.2打开电源开关向【ON】,表针应超过红色标线,表明第一组电池电压正常; 5.1.3然后将开关扳至【检2】,表针应超过红色标线,表明第一组电池电压正常; 5.1.4当两组电池电压都正常时即可将工作开关置于【工作】位置。 5.2 操作方法

5.2.1 调【零点】旋钮,使表针指示为“零”(不要插探头,以免外部讯号干扰)

5.2.2电场测量:

5.2.2.1将指示器上的量程开关置于【E】(电场)位置。 5.2.2.2用传输线或连接插头对电场探头与指示器相连接。

5.2.2.3将电场探头上的量程开关置于相应的档位(若初测一个未知场,一般应先放在最高档)。 5.2.2.4手持探头将天线置入被测部位,同时转动探头找出场强最大点,此时即可从表头刻度盘上直接读出被测部位的电场强度。

5.2.2.5若指针指示过大或过小,应及时变换量程档位。 5.2.3磁场测量:

5.2.3.1将指示器上量程开关置于相应的磁场量程档位。

5.2.3.2用传输线或连接插头将相应的磁场探头与指示器相连接。(本仪器的磁场探头有两个。磁场源频率5MHz以下的使用大环,5MHz以上的使用小环)。

5.2.3.3手持探头将天线置入被测部位,同时转动探头找出场强最大点,此时即可从表头刻度盘上直接读出被测部位的磁场强度。

5.2.3.4若指针指示过大或过小,应及时变换量程档位。 5.3测量完毕,关闭电源开关,工作键恢复原位。 6 期间核查

6.1本仪器不做周期检查。 7维护保养:

7.1每次采样完毕后对仪器表面进行擦拭。 7.2仪器不使用时应保持干燥的地方。 7.3长期不使用时应将电池取出。 7.4仪器不能长期置于强电磁场中。 8

注意事项

8.1电场测量手持探头时应握在探头的下部,手臂应尽量伸直,测量者的身体应避开天线杆的延伸线方向。测量时探头周围1m以内不应站人或置放其它金属物件。

8.2磁场测量测量者的身体应避免与环天线的平面相平行。连接插头的使用;为适应各种不同的测量场合和测量方法,本仪器一般有一个双头连接插。使用时将插头的一端插入探头的插孔内;另一端插入指示器的探头插孔内即可。

8.3由于本仪器采用了场效应对管作阻抗变换器以及在磁场探头中采用了积分电路,因此使场强显示与被测场频率基本无关。本仪器在规定的频率范围测试时,可不作频响误差修正。

8.4电池更换:按5.1步骤操作,电池电压不正常时需更换电池,电池扣上的红色线应接9V电池正极;白色线应接6V电池负极。

范文九:RJ-2型高频电磁场(近区)场强仪

名称:高频电磁场(近区)场强仪

型号: RJ-2

产地:浙江建德市梅城高频电磁仪器厂

授权使用人:

RJ-2型高频电磁场(近区)场强仪简要操作过程

一.准备

1.将工作开关置于“检1”位置。

2.打开电源开关,此时表针应超过红色标线,表明第一组电池电压正常;然后将开关板至“检2”位置,检查表针指示是否超过红色标线,当两组电池电压

都正常时即可将工作开关置于“工作”位置。

3.调“零点”旋钮,使指针指示为“零”(不要插探头,以免外部讯号干扰)。

二.电场测量

1.将指示器上的量程开关置于“E”(电场)位置。

2.用传输线或连接插头对电场探头与指示器相连接。

3.将电场探头上的量程开关置于相应的档位。

4.手持探头将天线置入被测部位,同时转动探头找出场强最大点,此时即可从表头刻度盘上直接读出被测部位的电场强度。或表针指示过大或过小,应及时变量程档位。

注意:手持探头时应握在探头下部,手臂应尽量伸直,检测者的身体应避开天线杆的延伸方向。测量时探头周围1m以内不应站人或置放其他金属物件。

三.磁场测量

1.将指示器上量程开关置于相应的磁场量程档位上。

2.用传输线或连接插头将相应的磁场探头与指示器相连接。本仪器的磁场探头有两个。磁场源频率5MHZ 以下的使用大环,5 MHZ 以上的使用小环。

3.手持探头将天线置入被测部位,同时转动探头找出最大点,此时即可从表头读盘上直接读出被测部位的磁场强度。若表针指示过大或过小则应及时变换量程档位。

注意:被测者的身体应避免与环天线的平面平行。连接插头的使用:为适应各种不同的测量场合和测量方法,本仪器设备有一个双头连接插。使用时将插头的一端插入探头的插孔内;另一端插入指示器的探头插孔内即可。

范文十:RJ-2高频电磁场场强仪操作规程

RJ-2高频电磁场场强仪操作规程

(一)主要用途

测量中、短波范围近区场的电场和磁场强度。

(二)操作步骤

电场测量:

1. 将指示器上的量程开关置于“E”位置。

2. 用传输线或连接插头对电场探头与指示器相连接。

3. 将电场探头上的量程开关置于相应的档位。

4. 手持探头将天线置入被测部位,同时转动探头找出场强最大点,即可读出被测部位电场强度。

磁场测量:

1. 将指示器上的量程开关置于磁场位置

2. 用传输线或连接插头对磁场探头与指示器相连接。

3. 手持探头将天线置入被测部位,同时转动探头找出场强最大点,即可读出被测部位磁场强度。

(三)注意事项

1.测量完毕应及时关闭电源

2. 仪器应放在干燥地方,长期不用将电池取出。