何錦漢

佛山電力設(shè)計院有限公司

摘要：高壓輸電線路產(chǎn)生的工頻電場幅值較高時會使人有不舒服的感覺，甚至產(chǎn)生靜電危害人類的健康。高壓輸電線路附近電場會因近區(qū)房屋的存在，而導(dǎo)致空間電場加強(qiáng)，并且加強(qiáng)的程度隨房屋高度增加而增加。因此如何降低高壓輸電線路下方及周邊的工頻電場強(qiáng)度已成為環(huán)境保護(hù)和電力部門中關(guān)注的一個焦點問題。為了解決上述矛盾，本研究對佛山地區(qū)已存在的輸電線路與建筑物距離較近的現(xiàn)象，基于不改建運(yùn)行高壓線路或拆除建筑物的基礎(chǔ)上，利用電磁場屏蔽原理，通過理論分析、模型仿真、設(shè)計等比實驗并通過現(xiàn)場實施來尋找合理的防治隱患措施，提出架設(shè)耦合地線、架設(shè)屏蔽網(wǎng)以及近區(qū)建筑陽臺或走廊處架設(shè)防盜網(wǎng)兼做屏蔽網(wǎng)方式，研究高壓輸電線路工頻電場超限限制對策，從而避免高壓輸電線路對臨近建筑物內(nèi)的人員產(chǎn)生由于靜電感應(yīng)引起的電擊事故。

關(guān)鍵詞：工頻電場；屏蔽網(wǎng)；靜電感應(yīng)；限制方法

1 引言

高壓輸電線路附近電場會因近區(qū)房屋的存在，引起空間電場發(fā)生變化，且畸變的程度隨房屋高度增加而增加[1]。而高壓線路周邊的建筑也會因此產(chǎn)生靜電感應(yīng)現(xiàn)象，從而使建筑內(nèi)金屬構(gòu)件帶電影響建筑內(nèi)人體的不適感覺及健康危害[2-3]。因此如何降低高壓輸電線路下方及周邊的工頻電場強(qiáng)度已成為電力部門關(guān)注的一個重點問題。目前針對此類現(xiàn)象，主要采取加高桿塔、優(yōu)化相序、架設(shè)屏蔽線、改變線間距離等措施[4-5]。各種方法均能實現(xiàn)一定的減弱電場強(qiáng)度的效果，但也會產(chǎn)生增加線路改造成本及施工難度等。為此，本文根據(jù)現(xiàn)場實際提出在不改變高壓線路的基礎(chǔ)上，對近區(qū)建筑物陽臺及走廊等處加裝屏蔽網(wǎng)的方法，分析感應(yīng)電處理方法。

2 現(xiàn)場勘測

現(xiàn)狀已投運(yùn)220kV線路#54塔～#55塔線行邊存在房屋。房子處于離#55塔109米的位置，與220kV線路的垂直距離約5米，遠(yuǎn)小于《電力設(shè)施保護(hù)條例》規(guī)定架空電力線路保護(hù)區(qū)范圍。建筑與220kV線路#54、#55塔之間線路段具體地理位置圖1所示。

圖1 建筑與220kV線路段位置示意圖

結(jié)合現(xiàn)場的實際勘測情況，將進(jìn)一步分析得出高壓輸電線路產(chǎn)生的電場的影響。利用相關(guān)儀器設(shè)備，進(jìn)行現(xiàn)場勘測，并記錄勘測結(jié)果。現(xiàn)場檢測感應(yīng)場強(qiáng)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 現(xiàn)場測量感應(yīng)電場平均值（kV/m）

測量點 實測值 平均值

距邊導(dǎo)線15m處 1.39 1.48 1.36 1.44 1.45 1.424

房屋陽臺處 6.09 5.93 5.95 6.04 6.05 6.012

根據(jù)現(xiàn)場情況，利用屏蔽電場原理，基于線路正常運(yùn)行及減輕線路對建筑的影響，通過設(shè)計實驗來尋找解決方案。

3 電磁感應(yīng)簡析

由公式

（1）

其中μ為磁導(dǎo)率，I為電流大小，dl為一小段距離，r為以導(dǎo)線為軸線的半徑長度由于輸電線長度為500多米，而輸電線距離居民用戶的距離較近（5米左右）可以認(rèn)為為無限長來計算。所以有公式

（2）

此時的B為居民用戶處，由導(dǎo)電線產(chǎn)生的電磁感應(yīng)強(qiáng)度，而r為輸電線距離居民住處的距離。而由于，所以上述公式可以寫成

（3）

而由電磁感應(yīng)定律得到，

（4）

可以得出在居民用戶處，單位面積下，在該處產(chǎn)生的感應(yīng)電場強(qiáng)度為，

（5）

所以在高壓輸電線運(yùn)行時候，其交變的電流會在居民處產(chǎn)生交變的電場，而交變的電場會產(chǎn)生電勢，而當(dāng)居民使用鐵質(zhì)物體作為生活用品或者是在晾衣服（衣服很濕）的時候，很容易感應(yīng)積累大量電荷，外加人接觸這些物體，從而物體、人、大地三者形成一個回路，形成一導(dǎo)通電路，人就會感覺觸電。

在高壓輸電線運(yùn)行時候，、、r基本保持不變，而會隨著空氣的濕度變化。當(dāng)空氣干燥的時候接近真空值數(shù)值為，而當(dāng)空氣中的濕度上升的時候會上升，由上面推導(dǎo)公式容易發(fā)現(xiàn)E也會上升，故而雨季的時候用戶較為容易觸電。

4 處理方法及效果分析

針對220kV線路#54塔與#55塔之間構(gòu)建房屋情況，考慮高壓輸電線路產(chǎn)生的電場影響，現(xiàn)提出采取屏蔽網(wǎng)減弱高壓產(chǎn)生電場影響的解決思路。通過在民居和高壓輸電線路間、或直接在房屋陽臺架設(shè)屏蔽鐵網(wǎng)來達(dá)到屏蔽靜電的目的。主要有以下兩種方法：

1.于#54、#55段與房屋之間，架設(shè)一張合適網(wǎng)格大小的屏蔽鐵網(wǎng)；

2.在房屋陽臺處直接架設(shè)屏蔽網(wǎng)。

4.1 現(xiàn)狀電場分析

現(xiàn)場測量220kV線路#55、#54塔之間線路與建筑的具體位置情況、相關(guān)數(shù)據(jù)如下：

房子處于離#55塔109米的位置。#54塔塔型：GJ2-14.5，#55塔塔型：GJ3-23.5，導(dǎo)線截面為240mm，雙分裂。未加任何措施房屋陽臺處電場值為：5.800～6.050kV/m。距離220kV線路邊導(dǎo)線（近房屋側(cè)）15m處電場強(qiáng)度為：1.300kV/m。

根據(jù)以上具體實際數(shù)據(jù)，建立實際220kV線路線與房屋的二維仿真模型，仿真計算模型及計算結(jié)果如圖2所示。

通過建立模型，電場仿真分析發(fā)現(xiàn)，未加設(shè)任何措施時房屋與220kV線路線之間電場線足夠延伸至陽臺處，甚至包括房屋內(nèi)。

此時陽臺測量到的電場強(qiáng)度為：8.626kV/m；

最外層等位線的電場強(qiáng)度為：6.960kV/m。

從圖2未加任何屏蔽措施的仿真結(jié)果可以看出，6.960kV/m等電場線穿過房屋，陽臺處出現(xiàn)高電場強(qiáng)度8.626kV/m，已經(jīng)超過標(biāo)準(zhǔn)值2倍多。會對房屋造成不良影響，房屋的感應(yīng)場強(qiáng)值越大，易致使房屋造成靜電危害。由此，必須采取合理措施降低房屋內(nèi)，特別是陽臺處的感應(yīng)電場值。

4.2 線路與建筑間架設(shè)屏蔽網(wǎng)

由于屏蔽網(wǎng)的電場屏蔽作用，故考慮在房屋到線路之間架設(shè)屏蔽網(wǎng)措施。建立了如圖3所示的屏蔽網(wǎng)仿真模型，并作出如下分析。

①、②、③號點為220kV高壓輸電線路三相導(dǎo)線的仿真模型，三相導(dǎo)線均為豎直雙分裂，分裂間距40cm。④號點為實際的測量點陽臺最高處的仿真模型。⑤號點和⑥號點為距離④號點水平距離3.5米模擬作出的一條垂直線，它與直線②④、③④的兩個交點的連線（設(shè)為L）是屏蔽網(wǎng)仿真模型的位置。

圖2 現(xiàn)場電場仿真結(jié)果

圖3 線路與房屋中間架設(shè)屏蔽網(wǎng)仿真模型

可將L適當(dāng)延長，便得到如圖所示高4米的紅色垂直線，即距離測量點④3.5m處的屏蔽網(wǎng)的位置設(shè)定。仿真的結(jié)果如圖4所示。

圖4 屏蔽網(wǎng)距離測量點④2.5m，網(wǎng)孔大小為5cm處，高度為17m時電場分布

此時在陽臺測量點④測得電場強(qiáng)度為：0.516kV/m。

4.3 建筑陽臺處加裝屏蔽網(wǎng)

從上述分析可知，若屏蔽鐵網(wǎng)架設(shè)離用戶越近，其屏蔽效果越明顯。因此考慮在房屋陽臺處架設(shè)屏蔽網(wǎng)措施方案。仿真模型如圖5所示。

圖5 陽臺處架設(shè)屏蔽網(wǎng)仿真模型

陽臺外沿最低點向外延伸0.5m，覆蓋整個陽臺；通過架設(shè)不同網(wǎng)格大小、材料半徑的陽臺屏蔽網(wǎng)。根據(jù)仿真結(jié)果可以得出以下結(jié)論：

1.架設(shè)陽臺處屏蔽網(wǎng)措施，能將房屋陽臺處降至約1.3～3.4kV/m；

2.隨著網(wǎng)孔變大，其感應(yīng)場強(qiáng)值總體呈下降趨勢；

3.在網(wǎng)孔大小25×25cm2，材料半徑為1.0cm時，其屏蔽效果最優(yōu)，感應(yīng)場強(qiáng)值為1.3kV/m；

4.陽臺處架設(shè)屏蔽網(wǎng)后，不管其網(wǎng)孔或材料半徑大小如何，其感應(yīng)場強(qiáng)值基本保持在1.3～3.4kV/m。

5.采用第一種架設(shè)方式，即從陽臺外沿最低點向外延伸0.5m，覆蓋整個陽臺的屏蔽效果整體優(yōu)于其他兩種架設(shè)方式。

綜上所述，根據(jù)仿真的結(jié)果，若采取陽臺架設(shè)屏蔽網(wǎng)，建議在陽臺外沿最低點向外延伸0.5m，架設(shè)網(wǎng)孔大小為25×25 cm2，材料半徑1.0cm，覆蓋整個陽臺。其屏蔽效果已將原來未加任何措施感應(yīng)場強(qiáng)值8.6kV/m降低至1.3kV/m，雖未能達(dá)到最優(yōu)屏蔽效果，但此感應(yīng)場強(qiáng)值已對房屋影響不大。

4.4 效果分析

本文結(jié)合高壓輸電線路近區(qū)建筑工頻電場分析，通過現(xiàn)場情況勘測，綜合分析，2種屏蔽網(wǎng)架設(shè)方案效果均比較顯著，如表2所示：

表2 2種方案設(shè)計屏蔽效果評估

方案措施 屏蔽后感應(yīng)場強(qiáng)值（kV/m） 屏蔽效果

中間架設(shè)屏蔽網(wǎng) 0.482～2.4 降低72%～94%

陽臺處架屏蔽網(wǎng) 1.3～3.4 降低60%～84%

1）對于中間架設(shè)屏蔽網(wǎng)，其屏蔽效果是最優(yōu)的，但是由于屏蔽網(wǎng)接地，人不會發(fā)生觸電危險，存在被盜可能。同時，由于架設(shè)的屏蔽網(wǎng)面積較大，受建設(shè)用地及環(huán)境影響，施工難度相對較大，建筑內(nèi)人員視覺影響較大。

2）在陽臺處架設(shè)屏蔽網(wǎng)，其效果相比較中間架設(shè)屏蔽網(wǎng)有所減弱，但也可以較大程度的弱化電場影響。其施工成本較大，也無需定期維護(hù)，加裝于陽臺處亦可以作為防盜網(wǎng)用，美觀實用。但其使用時需得到建筑業(yè)主的許可方可實施。

5 結(jié)論

本文結(jié)合高壓輸電線路近區(qū)建筑工頻電場分析，針對某220kV線路研究了2種屏蔽網(wǎng)弱化建筑處的電場方法，通過現(xiàn)場勘測情況，綜合分析，得出以下結(jié)論。

1）在線路與房屋中間段架設(shè)屏蔽網(wǎng)效果可降低72%～94%，效果顯著，但其存在工程建設(shè)實施及定期維護(hù)困難，同時金屬構(gòu)架存在被盜風(fēng)險。

2）在房屋陽臺處架設(shè)屏蔽網(wǎng)，雖然其屏蔽效果較中間架設(shè)屏蔽網(wǎng)有所減弱，但從工程實現(xiàn)、經(jīng)濟(jì)角度、定期維護(hù)方面分析，建議優(yōu)先選取陽臺處架設(shè)屏蔽網(wǎng)措施。

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