电磁辐射.doc

1.电磁污染源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 870288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539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5310。表中电场强度按下式计算最大值工业、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5311二、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表示 2、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。电磁功率的面密度为坡印亭矢量，单位是W/m2 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.电磁辐射频率范围 全范围广义上包括射线、射线、宇宙射线等电离电磁辐射，狭义上包括031012Hz，从静电场、静磁场到亚毫米波，该频率范围的电磁辐射不能造成原子与分子的电离，不管其强度有多大。 目前我国管理范围目前认为影响较大、受关注、研究较多并已经制定相应标准限值的频段有：工频50Hz，射频100kHz-300GHz。 各波段名称、频率范围及波长波段名称频段名称频率范围波长工频50/60 Hz超长波甚低频(VLF)330KHz10010Km长波低频(LF)30300KHz101Km中波中频(MF)0.33MHz10.1Km短波高频(HF)330MHz10010m超短波(米波)甚高频(VHF)30300MHz101m分米波微波超高频(UHF)0.33GHz10.1m厘米波特高频(SHF)330GHz101cm毫米波极高频(EHF)30300GHz101mm 常见电磁辐射源的频率范围电磁辐射污染源监测要求所用仪器的测量频率范围与污染源的工作频率相适应，因此有必要了解常见电磁辐射源的频率。GSM移动通信基站：900/1800MHz中波广播：535-1605KHz短波广播：4-19 MHz内的部分频段调频（声音）广播：88-108MHz电视：50-92，168-223，471-566，607-958 MHz五个频段家用微波炉：2450 MHz，工业微波炉：915，2450 MHz高压电力设备：工频50Hz，电磁噪声干扰中短波（测量范围0.5-30 MHz）高频感应加热设备（如熔炼炉、淬火炉等）：工作频率几百kHz高频介质加热设备：工作频率几MHz至几十MHz。如塑料热合机27.12，40.68MHz。超短波电疗机：40.68 MHz国际电信联盟(ITU)分配给工科医（ISM）设备的自由辐射频率为13.56MHz，27.12 MHz，40.68 MHz，2.45GHz等。在这些频率范围内的电磁辐射强度不受限制。4 .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、形成的T型网络相连。如果即短路，则发送端向感受端输送的能量为零。如果、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。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。5.电磁辐射的测量原理电磁辐射测量仪表，由天线及电压表两部分组成。天线接收空间的辐射电磁场，换为交变电压，通过电压测量仪表进行测量。（附图） 通常，电压测量仪表分为宽带和窄带两类，即宽带（非选频式宽带辐射测量仪），主要有综合场强仪，和窄带（选频式），主要是无线电干扰接收机、频谱分析仪。测量天线有严格的参数，包括有效高度（有效长度）、天线校准系数 AF 等近20 项。同时，对天线参数的精确度、稳定性、宽带等都有要求。2、常见仪器的工作原理（1）工频电磁场测量仪器工频电场测量探头由两个导体半球组成偶极子，磁场利用环形天线测量。偶极子电极放入工频电场中，感应电流在测量回路的输人端产生一个电压降，经过测量回路放大、整流后送表头显示，可以直接读出被测电场的电场强度。（附图） （2）选频式辐射测量仪（频谱仪或测试接收机）选频的意思是只选择某些频率进行测量，只让很小的频率范围的信号进来，滤除其余频率的信号。选频式测量仪器的灵敏度较非选频式的高很多。这类仪器用于环境中低电平电场强度、电磁兼容、电磁干扰、无线电干扰测量。除此之外，可用接收天线和频谱仪或测试接收机组成的测量系统经校准后，用于环境电磁辐射测量。频谱仪或测试接收机需要和天线组成测量系统，常用的测量天线有：环天线、对数周期天线和单极（鞭状、杆）天线。 频谱仪或接收机的检波方式有峰值检波、准峰值检波、均方根检波、平均值检波等多种检波方式。根据高压架空送电线路、变电站无线电干扰测量方法要求，在测量高压架空送电线路、变电站无线电干扰测量方法，需采用准峰值检波。无线电干扰对通信和广播的影响最终是有人的主观听觉效果来判断，只有准峰值检波才比较符合人耳对声音的反应规律。（3）全向宽频带电磁辐射场强仪（综合场强仪）全向宽带场强仪由宽带各向同性测量探头和显示表体两部分组成。测量探头的技术性能直接决定着整个仪器的主要技术指示。该仪器的基本构造是由三维正交的偶极子阵构成的各向同性天线，空间某点任何一个方向的电场都可以分解为三个相互正交的电场分量。 但是，由于测量探头的频率响应、各向同性、线性误差、温度等因素，导致全向宽带场强仪会出现种种误差。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。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 ，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 至 ，波长对应于 至 。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：1、电磁波。2、位移电流；变化磁场。3、；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