第十一章 电磁污染与核污染防治技术.doc

第十一章 电磁污染与核污染防治技术第一节 电磁辐射污染源多少万年以来，人类不断地从环境中索取财富与资源并同时向环境中排放废物，在早期由于生产水平低，索取的少，排放废弃物也少；随着生产水平的提高，人口大量增多，人类向环境索取渐渐增加并已超出自然恢复能力。因此出现资源减少和发生生态破坏现象，与此同时人类排放的废弃物加剧了环境污染，电磁辐射污染就是其中的一个例子。自人类于19世纪80年代建立了世界上第一座发电站以来，电磁辐射的应用范围越来越广。1901年人类首次开始了全球通讯，1920年有了无线电广播，1935年研制出了雷达，20世纪50年代电磁能在工业、科学技术、医疗中广泛应用，60年代出现了卫星通讯，80年代计算机日益普及，90年代移动通讯快速发展，如今电磁辐射已遍及人类生活、生产的各个方面。随着现代科学技术和电气、电子技术的迅速发展，电磁能利用范围不断扩大，电子设备功率成倍提高，各种设备产生的大功率电磁振荡向空中辐射能量很强的电磁波，使地面电磁辐射大幅增加，在有效利用电磁波的同时，这种人为的高强度电磁辐射也给环境带来了严重的电磁污染，即所谓的“电子烟云”。随着信息社会的逐渐来临，电磁能量每年以7%-14%的速度增长，有专家预言，50年后可增加700倍，电磁污染问题已成为继“三废”和噪声之后的第5大公害。据推测，本世纪电磁污染将取代噪声污染而成为首屈一指的物理污染。1972年于瑞典斯德哥尔摩召开的首次人类环境会议向全人类提出了保护我们生存环境的必要性和重要性，并将电磁辐射写进“广泛国际意义污染物的控制与鉴定”一文的“造成公害的主要污染物”一览表中。中华人民共和国环境保护法中也明文规定了电磁辐射为主要污染因素之一。对于电磁污染问题，我们应该把重点放在提高人们的防护意识上，同时需要对电磁污染进行研究并加以控制，强化防护措施。在电子电路中，任何交变电路都会向其周围空间放射电磁能，形成交变电磁场。交变电磁场中，变化的电磁场与磁场交替地产生，由近及远以一定的速度在空间传播，形成电磁波。在电磁波向外传播的过程中会有电磁能输送出去，这种现象称为电磁辐射。所谓电磁辐射污染(pollution of electromagnetic radiation)，是指人类使用产生电磁辐射的器具而泄露的电磁能量流传播到社区的室内外空气中，其量超出本底值，且其性质、频率、强度和持续时间等综合影响而引起该区居民中一些人或众多人的不适感，并使健康和福利受到恶劣影响。这里所谓对健康影响，是指从对人体生理影响到急性病、慢性病以及更为严重乃至死亡的广泛范围的影响，所谓对福利的影响，则包括与人类共存的动植物、自然环境、各种器物等等的影响。一、电磁辐射污染源的分类电磁污染源的分类目前尚无统一的分类方法。但从不同角度或依不同用途可有若干种分类方法。1. 按其来源划分(1)天然(自然)电磁辐射自然界的雷电、火花放电、太阳黑子活动、宇宙间的恒星爆发等，有时这种天然电磁辐射污染相当严重，特别对通信和一些仪器设备干扰十分明显。(1) 雷电电磁辐射源(2) 静电电磁辐射源(3) 太阳系和星际电磁辐射源(4) 地球和大气层电磁场1.自然环境因素(1) 各种电磁发射系统：电视发射源、广播电台发射台、无线电台站、导航系统、通信系统、差转台、干扰台、微波接收站等(2) 工频电磁系统：高压送变电站系统、大电流工频设备、轻轨和干线电气化铁道等(3) 科教、医疗、商业、军事领域中应用的有电磁辐射的设备和系统(4) 以电火花点燃内燃机为动力的各种交通工具和机器设备(5) 各种家用电器、现代办公设备、电动工具等电磁环境构成因素2.人为环境因素(2)非天然(人为)电磁辐射依生产、生活和不同需要，人们所研制、开发各种电子设备，通过其电源线、天线、控制线、信号线以及设备内部的元器件，以不同途径向外界空间辐射和泄露电磁能量，对环境造成电磁辐射污染。环境中的电磁辐射污染主要来源于此。2. 按其频率划分(1)工频场源以大输出功率为主的如电力工业的高压送变电站、高压输电线路，电力机车运行线路即电气化铁道，有轨和无轨电车等。(2)射频场源主要是射频电子设备在运行中所产生的电磁辐射，包括电磁感应，如广播电台、电视发射、高频冶炼、高频热合机、射频治疗机、微波理疗机、雷达等等。3.按发射的电磁波的连续或间断划分(1)连续波源可依需要来生产电子设备，有些需要利用的是发出连续波的设备，如医疗上的微波理疗机、工业上常用的高频冶炼机、微波通信、高频干燥机等。(2)脉冲波源依用途不同，有时需要脉冲波的设备，如雷达、特别是军事用雷达，它瞬间辐射出的电磁能量较大，能获得理想的效果，适合作战和侦查使用。4.按便于环保管理和治理的角度划分(1)高空高频电磁辐射源这一类电磁辐射源较多，如电视发射源、微波通信、短波通信、移动通信、导航系统等。(2)高空低频电磁辐射源这一类设备所使用的频率偏低，如常见的电台干扰发射机、广播电台发射塔等。(3)地面高频电磁辐射源工业、科教、医疗方面及农业生产常用的这类设备很多，造成局部地区电磁辐射污染明显或严重的多是这些设备，如高频感应加热设备、高频介质加热设备、射频治疗机、微波理疗机、微波干燥机等。(4)地面工频电磁场源均以50 Hz(有的国家地区是60 Hz)的电源为能源，如高压送变电站、高压输电线、电气化铁道、有轨和无轨电车、轻轨地铁等。5.按电磁辐射污染来源划分(1)直接利用电磁能时产生的污染例如无线通信、广播电视，当其发送信息时，这些都是有用信号，使必需的；另一方面，即对于环境来说它又是一种电磁辐射污染源。(2)伴电磁能应用时产生的污染如高频感应加热、高频介质加热设备，这些设备能使产生的辐射能转换成热能加以利用，但同时也会有电磁辐射泄露出去，造成对附近场所和环境的污染。二、电磁辐射体的分类所谓电磁辐射体即指产生电磁辐射的电子设备和电器设备。这些设备在生产生活中是不可缺少的，特别是在当今社会生产力大大提高的情况下，它在国民经济建设的各个领域中得到广泛的应用。所以从经济建设需要角度，可以将这些电磁辐射体分为以下几类：1.广播电视发射设备电磁辐射源短波、中波广播，高频广播，电视广播等。在当前广大城乡它构成了重要电磁辐射污染源。2.通信、雷达及导航发射设备电磁辐射源通信在我国发展得非常快，尤其是移动通信更快。如长波通信、短波通信、微波通信、卫星地面站、专业通信网(即集群通信)、移动通信网、寻呼通信网、雷达设备、导航设备等。3.工业、科教、医疗高频设备电磁辐射源这些电磁辐射源分布非常广泛，如工业高频介质加热和感应加热设备、科研上应用的高频设备、医疗卫生应用射频治疗机和微波理疗机等。4.交通运输系统电磁辐射源如电气化铁道、有轨和无轨电车、轻轨地铁及磁悬浮列车等。5.高压电力系统电磁场源如高压输电线路与高压电缆，高压输电线路指110kV以上者，高压电缆是指分布在各地城市市区的；高压升压站和降压站，高压升压站是指发电站、热电站，降压变电站是指110kV以上的站所。这种分类法是国家环境保护总局在1997-1998年全国电磁辐射污染源调查中使用的，这是一次中国有史以来有组织、有领导的全面系统的大规模电磁辐射全国调查，取得了重大成果。三、电磁辐射的产生与传播1.电磁辐射的产生当电磁辐射体运行时，便产生或释放电磁能量，它随着其功率、频率的不同，所产生的电磁辐射强度不同，近区场和远区场的状况不同。但不管何种频率或波长的电磁波，其在空中的传播速度是相同的，即每秒30万公里。这些电磁波可传播的很远，可是在感应带的电磁场却随着与发射中心距离的延长而急剧衰减，也就是说随着距离的加大而迅速衰减。还有一点应当指出的是，从电磁辐射与人体健康的关系考虑，电磁波的生物学活性是随着波长减小(或频率的增加)而递增的。于是，可知微波超微波短波中长波，在微波段则以厘米波危害大，脉冲波比连续波危害大。所以当我们了解电磁辐射产生情况时，对其功率、频率、连续波或是脉冲波加以探明是很必要的。2.电磁辐射的传播(1) 导线传播当射频设备与其它设备共用一个电源或者它们之间有电气连接时，电磁能量就通过导线进行传播。另外，信号的输入、输出电路，控制电路等也在强磁中“拾取”信号，再将“拾取”的信号进行传播。(2) 空间传播当电子、电气设备工作时，它会不断地向空间辐射电磁能量。空间辐射又分为两种，一种是以场源为中心，半径为1/6波长范围之内的电磁能量的传播，它是以感应耦合方式为主，将能量施加于附近的物体或人体上；另一种是在半径为1/6波长范围之外的地方，电磁能量的传播是以空间放射方式将能量施加于敏感元件或人的身体上。四、电磁辐射污染的危害电磁辐射属于能量流污染物，它进入环境后，可是环境质量变坏甚至恶化，进而影响人体健康。那种认为电磁辐射污染物所谓、不至于有什么危害的观点是错误的和危险的，至少是不科学和不全面的。1. 电磁污染对人体伤害的影响因素(1) 功率设备输出功率越大，辐射强度越大，对人体的伤害越严重；(2) 频率辐射能的波长越短，频率越高，对人体的伤害越大；(3) 距离离辐射源越近，辐射强度越大，对人体的伤害越大；(4) 震荡性质脉冲波对机体的不良影响比连续波严重；(5) 照射时间连续照射时间越长、累计照射时间越长，伤害越严重；(6) 外界环境环境温度越高或散热条件越差，伤害越严重。另外，研究表明，电磁辐射对女性和儿童的伤害较严重；人体被照射的面积越大，伤害越严重；人体血管较少的部位传热能力较差，较容易受到伤害。2. 电磁辐射伤害人体的机理电磁波辐射对人体的伤害机理，生物物理学家对此进行了深入研究，取得了许多重要的成果。(1) 电磁辐射导致体内部分能量沉积人体是一个导电体，电磁辐射作用于人体产生电磁效应，并有部分能量沉积。电磁感应可使非极性分子的电荷再分布，产生极性，同时又使极性分子再分布，即偶极子的生成。偶极子在电磁场的作用下的取向异常将导致生物膜电位异常，从而干扰生物膜上受体表达酶的活性，导致细胞功能的异常及细胞状态的异常。(2) 电磁辐射对人体电生理的影响人体的感受器,如眼、耳、皮肤上的冷、热、触等疼感觉器接受外界刺激产生神经冲动；神经冲动由周围神经系统再传到中枢神经系统产生反馈，反馈信息传给人体的效应器，产生人的有意识的行动。而这里所讲的神经冲动及所反馈信息，实质上就是神经细胞上的电传导。但电磁辐射改变了生物膜电位时也就改变了神经细胞的电传导，扰乱人的正常电生理活动。日积月累会导致神经衰弱、植物神经功能紊乱等症状群。(3) 电磁辐射可导致内分泌紊乱植物神经功能紊乱,腺体细胞功能状态的异常，将导致激素分泌异常。电磁辐射作用于肾上腺则使肾上腺和去甲肾上腺素水平降低，直接导致抗损伤能力降低；作用于垂体则使生长激素水平降低，导致儿童生长迟缓；作用于甲状腺及旁腺将使甲状腺素和甲状旁腺异常，导致儿童发育障碍；作用于松果体则使松果体素水平下降，人的免疫力下降，疾病发生率增高,并导致生物钟紊乱。(4) 电磁辐射可诱导变异细胞的产生生物体由细胞构成, 其遗传物质是DNA。母细胞复制细胞的过程就是DNA 的复制传递及表达过程，当这一过程受到电磁波及其它致癌因素干扰时,就会诱发癌基因表达，导致癌细胞和其它变异细胞的产生。因此，当人体处在免疫力低下时就会使癌症的发生率增高。电磁辐射使生物膜功能紊乱，甚至破坏或抑制细胞活性，如精子生成减少及活性降低产生不育症，脸部皮肤细胞代谢障碍而产生色素沉淀等。目前，电磁波辐射对人体造成的损害机理正不断深入地进行研究，电磁污染的防护与治理也日益受到人们的普遍关注和重视。3. 电磁污染的危害任何交流电路都会向周围空间发射电磁能，形成交变电磁场。电磁污染的生物效应通常是指微波频段(300-300 000 MHz)的电磁波辐射和电力频段(50或60Hz)高压输电线路周围环境电磁场对生物体所产生的各种生理影响。其中微波辐射对人体的危害最为严重。此外，电磁辐射还能造成高频感应放电和电磁干扰。(1) 对人体健康的危害电磁辐射对人体的作用分为热效应和非热效应(分子水平效应)。热效应是指电磁波照射生物体时引起器官加热导致生理障碍或伤害的作用，严重时会产生酸中毒、过度换气、流泪、盗汗、抽搐等症状，如不及时治疗，会危及生命。非热效应是指电磁波照射的生物体发生明显体温上升的生理反应，主要指电磁波对生物体组织加热之外的其它特殊的生理影响。电磁污染之所以会产生生物效应，是因为生物体本身是一个电位源，每个生物体都有自己的电化学传输系统，体内细胞之间存在着互相联络的电化学小道，如果经常处在高强度电磁场环境中，会破坏体内生物电的自然生理平衡，使体内生物钟失衡，节奏发生紊乱，从而降低抵抗力，影响身体健康。(2) 对电子设备的干扰许多正常工作的电子、电气设备产生的电磁波能使邻近的电子、电气设备性能下降乃至无法工作，甚至造成事故和设备破坏。例如，1997-08-13深圳机场指挥塔的通信系统受到附近数十家无线寻呼台发射的电磁辐射干扰，地对空指挥失灵，机场被迫关闭2小时；身上安装起搏器的人，只要靠近正在运行的电力变压器、电冰箱等，就会有不舒服的感觉。目前，许多电子设备的内部基本点路都工作在低压状态，如电视机的高频头、视频放大器、计算机主板、CPU等，特别是随着半导体技术的发展，集成电路工作电压越来越低，有的甚至低于1V。很容易受到电磁波的辐射干扰，安全性和可靠性都受到威胁。五、电力系统的电磁场污染随着国民经济的发展和广大城乡人民生活水平的提高，对电能的需要日益增长，这就要求扩建电力设备，建立更多的发电厂；这还不够，还必须提高运行电压，500kV超高压线路进入广大城乡，进入市区已不是什么新鲜事，还要提高到750kV或以上。自1981年我国第一条500kV超高压输电线路投入运营以来，确给广大群众带来许多便利，但亦给人们带来一些疑虑。那就是这些高压输电线路、高压变电站(所)、高压电缆等，它们所产生的电磁场对环境可否构成污染？对周围居民是否安全？对周围生态有什么影响？尤其是对广大群众身体健康有否危害？这些都是人们普遍关心的热点问题，不仅如此，还要考虑建筑物等对电力线路的安全运行是否有影响等问题。电力系统的高压输电线路、高压电缆、高压变电站等，它们所产生的实际上是工频电磁场。工频电磁场对人体健康、对居民安全是否会产生不利的影响呢？这个问题早在20世纪60年代已在国际上开始研究，也几经起伏，可以说到90年代才逐步对这个问题有了较明朗的认识，并有了进一步的研究，得到了众多国家政府、机构和专家的关注。通过测试得知，随着电压等级的升高，架空线路下地面电场强度能超过晴天时自然电场强度(0.1-0.15kV/m)的几十倍以至达到上百倍。在这种情况下，导线加压后，导线周围要产生电场，这电场能就可使在高压架空电线下工作着的未能接地的金属物体(如胶轮拖拉机等)充电。此时，站在地面上的人用手去触摸该拖拉机时，就会发生放电现象，即人们常说的电麻感觉；除此之外，还可在导线附近发生空气自然离子浓度减少，还可发生电晕，热别是在雷雨天气时最为常见。由此不难看出这些高压输电设备在运行时对人体健康会有一定危害，对电视、无线电产生干扰，对某些动、植物生长也可能产生一定的影响，这些问题值得我们关注。高压输电设备在运行时对周围电磁辐射污染如何？通过原电力部武汉高压研究所周琴娥所提供的资料不难看出一般污染状况。即有一条500kV高压输电线路经一农村，在村民房前空地上进行了电场强度和人体感应电流的测试，结果见表11-1。同时对居民房屋内也进行了测试，在距离线路19m处的一间房屋室内所测场强为0.03kV/m，是室外场强的十分之一。这说明房屋对电磁辐射有很好的屏蔽作用，从表11-1可知，各点的电场强度和人体感应电流是随着与线路距离的加大而衰减；还可看出，地面场强和人体感应电流两者之间大体上成一定比例关系。例如，最大场强出现在距离线路13m处，为1.24kV/m；而最大人体感应电流为17.7A就说明了这一点。 表11-1 某居民住房前空地上电场与人体感应电流监测结果测量序号12345678910测点与边相导线距离(m)10131619222528313437电场强度(kV/m)0.931.240.630.290.230.190.150.100.060.04人体感应电流(A)11.517.78.53.42.11.91.91.41.10.9第二节 工频电磁场电力系统的电磁兼容主要包括发电厂的升压站、受电端的变电站(降压站)和输配电线路对周围环境和对系统内弱电设施的电磁影响和防护，其中输电线路对周围环境影响尤为重要，在此重点介绍三相交流输电线路的电磁环境问题。众所周知，输电线路主要功能是将发电站的电能输送到需要电能的用户，从技术经济合理性考虑，目前，以交流50Hz三相输电为主要方式，我国最高点压已达500kV已经运行20多年，西北将要出现750kV的电压等级。随着西电东送的实施，超高压、特高压输电在我国必将有更大的发展，因此输电线路电磁环境问题亦日益重要。输电线路正常运行时，50Hz交流电流产生交变磁场。电压、电流的谐波会对音频电话产生干扰，电晕会对无线电接收产生干扰。输电线路发生单相接地短路时，人地短路电流通过感性耦合、阻性耦合会对弱电线路和周围设施产生危险影响。输电线路是金属导体会反射电磁波，对电视接收、测向台测向产生干扰。工频50Hz电压、电流在三相导线上大小相等相位相差120o，如果三相导线与观察点的空间距离相等，合成电场、磁场就为零，若空间距离不等，合成场就不为零，其大小视空间距离差而定。电力电缆线路三相导线相靠很近，在周围空间的电场、磁场较小；架空电力线路三相导线不可能相靠很近，在周围空间(线路下方、两侧较近距离)电场、磁场就较大。关于电场对生态影响的研究较早，在上个世纪六、七十年代，在美国等发达国家，由于超高压输电的出现，做了大量的试验研究工作，国际大电网会议(CIGRE)进行多年的讨论。若将电场强度控制到一定限制下，就不会对生态造成影响。关于磁场对生态影响的研究工作起步较晚，先愈来愈引起人们的关注。一、工频电场低频电场可用静电场来描述，相导线上对地电压与等效线电荷的关系，当输电线路为无限长时，依据麦克斯韦方程，可得：Ui=iQi (11-1)式中 Ui各导线对电压的列矩阵； i各导线电位系数的n阶方阵，n为导线数； Qi各导线上等效线电荷的列矩阵。Ui列矩阵中三相输电线路A、B、C三相导线上的电压和相位关系为： (11-2)式中 U相导线上对地电压之模。i列矩阵由镜像法求出，其中(11-3)式中 0空气介电常数， (F/m) Ri相导线半径，对于分裂导线为等效半径， (11-4)式中 R分裂导线几何半径，对二分裂导线为两个次导线间距d的1/2，对四分裂导线为次对角线的1/2，即； m次导线根数； r次导线半径； hi相导线平均架设高度， (11-5)式中 h0i相导线弧垂最低点对地距离； fi相导线的弧垂； dij第i导线与第j导线间距离； Dij第i导线与第j导线镜像间距离。导线上等效线电荷由式(11-1)可得 Qi=i-1Ui (11-6)单位长第i根导线上Qi等效线电荷载空间任意点P产生的电场强度可用高斯定理求得： (11-7)式中 dip第i根导线与p点的距离。当考虑大地效应时(即考虑第i导线的镜像) (11-8)式中 Dip第i根导线镜像与p点的距离。N根导线在空间任意点p产生的合成电场强度，根据叠加原理可得： (11-9)若在二维直角坐标系中，x轴平行于大地，y轴垂直于大地，则电场强度的水平、垂直分量分别为： (11-10) (11-11)式中 xi、yi第i根导线的坐标。由于导线上所带电荷是可用复数表示的，因此电场强度的各分量也要用复数表示： (11-12) (11-13)式中 带有R、I下脚注分别表示实、虚部。P点的合成电场强度也可表示为： (11-14)式中 ， ； 、x、y轴单位矢量在地面处(y=0)电场强度的水平分量Ex=0。用式(11-14)计算的电场强度不应超过允许限值。在居民区距地面1米处电场强度不应超过4kV/m，在郊外距地面1m处电场强度不应超过10 kV/m。电场强度若超过允许限值，可采用屏蔽、增加导线架设高度、导线采用三角形排列、缩小线间距离、双回路逆相序布置等措施，均可降低电场强度。二、工频磁场在我国110kV及以上电压的输电线路，其中性点均为直接接地方式。在输电线路导线上除了相间流有负荷电流外，由于三相不平衡，经中性点在“导线-大地”回路中还流有不平衡电流，这两个电流都是在周围空间产生磁场。1. “导线-大地”回路中不平衡电流产生的磁场如果已知不平衡电流产生的电磁场强度就不难求出磁场强度，它们之间有下列关系： (11-15) (11-16)在直角坐标系中，x轴平行于大地和输电线路，y轴平行于大地且垂直于输电线路，z轴垂直于大地平面： (11-17)式中 I无限长导线上的线电流，即为不平衡电流； 0空气磁导率，0=410-7 H/m； ；大地视在导电率(s/m)； h单导线平均架设高度(m)； y空间任意点、导线对大地平面上的投影之间的垂直距离(m)； z空间任意点与大地平面的垂直距离(m)。 Y1(z) 一阶第二类贝氏函数； H1(z) 一阶斯特鲁夫函数；将式(11-17)代入式(11-15)中，可得： (11-18)将式(11-17)代入式(11-16)中，可得： (11-19)式中 Y2(Z) 二阶第二类贝氏函数； H2(Z) 二阶斯特鲁夫函数。当观察点距输电线路较近时，即，将式(11-17)式展开为级数，取其前一项，可得： (11-20)或写为 (11-21)式中 ； ，该D就是地中镜像电流的深度。将式(11-20)和式(11-21)代入式(11-15)或式(11-16)中可分别得到： (11-22) (11-23)可见，在近区磁场强度与大地效应(镜像)无关。合成磁场强度为 (11-24)2. 负荷电流产生的磁场如果用Ia、Ib、Ic表示三相负荷电流，则合成磁场强度 (11-25)考虑下列相位关系 (11-26)式中 I导线上负荷电流。将式(11-26)代入式(11-25)中，得 (11-27)磁场强度是合成矢量，它的轨迹一般是一个椭圆。将式(11-26)分别代入式(11-22)、(11-23)中，得： (11-28) (11-29)3.感应强度磁感应强度也称磁通密度B，与磁场强度的关系为B=0H。依据500kV超高压送变电工程电磁辐射环境影响评价技术规范，推荐用国际辐射保护协会所属国际非电离辐射委员会(IRPA/INIRC)，关于对公众全天辐射时的工频限值0.1mT作为评价标准。由于0=410-7 H/m，则特斯拉(T)与A/m的关系： (11-30)另特斯拉(T)与高斯(Gs)的关系：1Gs=10-4T=100T，1mGs=0.1T则： BmGs=12.6HA/m (11-31)三、工频电磁场电磁辐射标准许多国家已有工频电磁场的电磁辐射标准，大约已有20多个国家制定了此标准，有的是国家标准，有的是属于组织、地区、省的标准，不过大多数还是推荐值，但是可以作为参考或借鉴。1国外工频电磁场卫生标准(1). 工频电场卫生标准前苏联在国家标准中规定：. 在影响的电场强度极限值为25kV/m；. 在没有采取防护措施的情况下，不得停留在25 kV/m的电场环境中；. 以工作日计算，容许停留的场强值为5 kV/m;. 设备维护人员可在场强为5-20 kV/m电场中停留的时间按下式计算： (11-32)式中 t相应场强下停留的时间 (h)； E监视区域内的电场强度 (kV/m)。英国英国国家放射防护部(NRPB)于1982年提出：人暴露的安全工频场强10kV/m),除变电站人员和线路人员外，其它人员不得进入第二防护区(电场强度在1-10 kV/m)，允许从事农活及娱乐活动，但不许建造住宅、医院、学校和幼儿园。德国工业标准中规定：长期暴露于工频电场的极限值为20 kV/m，短期暴露的场强极限值可高出此值50%。其它一些国家的电力公司推荐值例如南非的Escon公司，其使用的最大场强值为10 kV/m，最大放电电流极限值为5 mA。现将一些国家工频电场标准列于表11-2中。表11-2 各国工频电场强度限值表国别类别容许场强/( kV/m)暴露时间区域前苏联国标5工作日运行区1mT时，受照射时间必须限制在每天数分钟以内。2.我国有关电磁辐射标准、政策中对工频电磁场的规定由国家环境保护局于1988年3月11日批准，1988年6月1日实施的电磁辐射防护规定(GB 8702-88) 中对电磁辐射防护限值作了具体规定：(1) 基本限值 职业照射在每天8小时工作期间内，任意连续6分钟按全身平均的比吸收率（SAR）应小于0.1W/kg。 公众照射在1天24小时内，任意连续6分钟按全身平均的比吸收率（SAR）应小于0.02W/kg。 (2) 导出限值 职业照射在每天8小时工作期间内，电磁辐射场的场量参数在任意连续6分钟内的平均值应满足表11-5的要求。 表11-5 职业照射导出限值表频率范围MHz电场强度V/m磁场强度A/m功率密度W/m20.13870.25201)330150/0.40/60/f1)303000282)0.0752)23000150000.52)0.00152)f/15001500030000612)0.162)10注: 1) 系平面波等效值, 供对照参考。 2) 供对照参考, 不作为限值; 表中f是频率, 单位为MHz; 表中数据作了取整处理。 公众照射在1天24小时内，环境电磁辐射场的参数在任意连续6分钟内的平均值应满足表11-6的要求。 表11-6 公众照射导出限值表 频率范围MHz电场强度V/m磁场强度A/m功率密度W/m20.13400.1401)33067/0.17/12/f1)303000122)0.0322)0.43000150000.222)0.0012)f/75001500030000272)0.0732)2注: 1) 系平面波等效值, 供对照参考。 2) 供对照参考, 不作为限值; 表中f是频率, 单位为MHz; 表中数据作了取整处理。 对于一个辐射体发射几种频率或存在多个辐射体时，其电磁辐射场的场量参数在任意连续6分钟内的平均值之和，应满足式（11-34） (11-34)式中 Aij：第i个辐射体j频段辐射的辐辐射水平；Aijl：对应于j频段的电磁辐射所规定的照射限值。对于脉冲电磁波，除满足上述要求外，其瞬时峰值不得超过表中所列限值的1000倍。 在频率小于100MHz的工业、科学和医学等辐射设备附近，职业工作者可以在小于1.6A/m的磁场下8小时连续工作。 四、工频电磁场电磁辐射监测1.工频电场的分布主要是指超高压输电线路、送变电站(所)所产生的工频电磁场的分布。超高压输电线路、送变电站(所)的频率为50Hz(有的国家和地区为60Hz)。由于其电压很高，在其线路和送变电站(所)周围产生相当强的电磁辐射；这一电磁辐射污染对高压走廊附近的居住区人群健康可产生危害，同时也产生无线电干扰等。(1) 输电线路周围场强当电流通过导线时即可产生电磁场，电压越高其电磁场强亦越高。不过磁场一般比较低，而电场则较高。如500kV输电线路下最大磁场为0.05mT(毫特斯拉)即0.5G(高斯)。对地面来讲，线路附近场强最大处是在档距以内地面附近的电磁场场强分布是不均匀的，也就形成了在档距中央导线弧垂最低点处地面场强最大，向档距两端杆塔接近时，则场强随之减弱。因此，通过了解在档距中心附近导线横截面上的场强分布，就能够估算出该输电线下电场强度的情况。通过姚耿东等在河南监测平武高压输电线场强结果就可看出场强分布状况。图11-1是500kV平武线(河南省平顶山到武汉)下面电场分布状况。图11-2是400kV双回线下面电场的典型分布状况。由此二图可知，在线路的边相外侧1-2m处出现场强最大值；相间的场强较小，为什么出现这种情况？这是由于不同相产生的电场相位不同，有互相抵消的结果。电场强度值随着距离输电线路的加大而逐步减小，一般在离输电线路中心30m以外的地方，电场强度衰减到3kV/m以下。表11-7是不同电压等级的输电线下及变电站(所)内离地面1m高处的空间电场强度分布情况。图11-1 500kV平武线下电场的典型分布图11-2 400kV双回线下电场的典型分布 表11-7 110500kV线路下及变电所空间场强值表线路电压等级(kV)场强值(kV/m)变电所电压等级(kV)场强值(kV/m)1100.12.01102.03.02202.56.02205.06.033053307.5105006.5105008.510K.H.Schneider等测试了765kV、1300kV和380kV高压输电线电场强度，如图11-3表明两条线路结构和系统电压在支承电线的两个铁塔中途地面水平的电场强度，这一位置的地面水平场强一般为最大，之所以最大是因为电线导体最接近地面并且受接地铁塔的屏蔽最小。图11-4显示出，随着与铁塔的接近而电场强度明显地降低。图11-3 在架线两塔中间测算电场强度图11-4 沿380kV双电路轨迹测得的电场强度E0R.Hauf亦测量了不同电压输电线路场强，见表11-8。由表11-7可知，最大电场强度值是在输电线路与地面的水平处，为15kV/m左右。表11-8 不同电力线结构的最大电场强度最高系统电压(kV)中距线下电场强度(kV/m)1231-22452-34205-680010-12120015-17(2) 高压变电站(所)中的电场分布变电站(所)与输电线路不同，站(所)内电器设备较多，结构亦复杂，不仅如此，还有构架、围栅、控制箱、电缆沟、各种引线等，正因为如此，站(所)内的电场强度分布不会像输电线路下面的电场分布那样均匀。所以通常变电站(所)配电装置附近区域内的电场分布采用统计概率分布方法来表示，也可以现场实际测量。姚耿东等对我国湖北省内500kV凤凰山变电站内空间场强和人体感应电流进行了测定，其统计分析见表11-9。测得的最大场强是11.2 kV/m，最大感应电流是150A；大于10 kV/m的区域仅占0.8%，主要是在同相导线交叉处及电压互感器等一些电器设备附近；相对值班人员巡视道上的场强值在4-7 kV/m之间。表11-9 500 kV/m凤凰山变电所空间场强的分布表空间场强(kV/m)%人体感应电流(A)%E543.5I7051.35E851.770I10039.78E104.0100100.8I1301.3R.Hauf还测量了某变电站空间场强分布，结果见表11-10。表11-10 某高压变电站最大场强的分布表最高系统电压(kV)母线下场强(kV/m/)1235-62459-1042014-1680014-162.工频磁场的分布磁场像电场一样，也有电荷产生，但只是由电荷的物理运动产生。磁场只对运动中的电荷产生力。因为运动电荷最普遍的表现是电流，通常认为磁场是由电流产生，与其它电流是相互作用的。作用于运动电荷q，以速度V垂直于磁场B运动的力F的大小以式(11-35)表示： F=qvB (11-35)F的方向垂直于V和B。换言之，如果V和B是平行的，则F是零。这就阐明了一个重要特性：它不产生物理功，这种力称为Lorentz力，是由于运动电荷相互作用而产生的，总是垂直于运动方向，因而只改变方向，而不改变速度。然而，磁场有利于能从一种形式转变为另一种能。所以，以发电机为例，机械能转变为电能。磁场是用两个矢量规定的，磁流密度B和磁场强度H。B和H各以特斯拉(T)和安培/米(A/m)为单位来表示。(1) 输电线路附近的磁场分布通过图11-5即可看出在输电线周围的磁场分布状况。距线路中心磁场强度最大，随着距离加大而逐渐减小。图11-5 输电线路磁场的典型分布不同电压磁场强度亦不同，表11-11中列出不同电压线路及电气设备的磁场强度。表11-11 输电线及电气设备的磁感应强度输电线磁感应强度(T)电气设备磁感应强度(Mt)低压输电线4强电流装置1中压输电线6电抗器2高压输电线10感应炉10超高压输电线47核旋转层面X照相机1000-2000图11-6显示的是在输送1kA电流的电力输电线下的磁场状况。图11-6 1kA电流电力输送线下磁流密度(2) 地下电缆在地面附近的磁场分布高压输电线路如进入城镇最好是走地下，即地下电力电缆，这是个方向，比较发达的国家和地区已经这样做了。地下电力电缆周围的电场已是很小了，但其磁场应当与架空输电线路一样予以注意。一般规律是，电缆产生的磁感应强度要比同样架空输电线路大一些，其特点是离开电缆后的衰减速度很快。图11-7已明显表明，离开电缆5m或10m处的磁感应强度即可下降到100T，而架空输电线路要离开50m或100m才能够降低到这一水平。图11-7 地下电力电缆与架空线的磁场分布3.工频电场的监测 (1) 场强仪场强仪的类型主要有独立式、参照式和光电式三种。无论哪红类型的场强仪，总是由传感器(探头)和检测器(包括信号处理回路及表头)两部分组成。探头的几何尺寸应比较小，不能因其引入而使被测电场中个电机表面的电荷分布有明显的改变。场强仪所测量的是场强脉动矢量或旋转矢量在探头主轴上的投影。场强仪的读数由校验标定，当电场为正弦量时，读数表示的是场强的有效值。在均匀电场中校验过的场强仪也可用于非均匀电场的测量，只是这时所测量的仅是场强仪所在位置的场强。 独立式场强仪独立式场强仪的探头厂有两个互相对称的电极组成，其形状如图11-8所示。这两个电极互相绝缘，又互相靠得很近，可以视之为一对偶极子。图11-8 独立式场