高压输电线周围的电磁场分析

1、高压输电线周围的电磁场分析高压输电线周围的电磁场分析PB04000815 储晨储晨1背景介绍背景介绍2浅析问题和建模的开始浅析问题和建模的开始三三 模型解法深入模型解法深入四四 实证数据及数值拟合实证数据及数值拟合五五 模型总结模型总结六六 电磁辐射的危害和防治电磁辐射的危害和防治内容概要内容概要Where there are buildings,there are high-voltage transmission lines.Where there are high-voltage transmission lines,there are electromagnetic radiation

2、s. foretimetoday背景介绍背景介绍n电磁辐射是指能量以电磁波的形式由源发射到空间的电磁辐射是指能量以电磁波的形式由源发射到空间的现象。现象。n四大公害：大气污染、水污染、噪声污染、电磁辐射四大公害：大气污染、水污染、噪声污染、电磁辐射n在城市生活中电磁辐射主要有四个来源：在城市生活中电磁辐射主要有四个来源： (1)各类各类天线天线 (2)输电线输电线 (3)城市交通运输系统城市交通运输系统 (4) 私人通信设备以及家用电器私人通信设备以及家用电器浅析问题和建模的开始浅析问题和建模的开始(1)波动方程的建立波动方程的建立HtDtDEBD00010122222222tBcBtEcE)

3、1(00c其中：其中：（2）讨论介质中的情形）讨论介质中的情形假设假设:电磁波的激发源以确定的频率作正弦振荡电磁波的激发源以确定的频率作正弦振荡titiexBtxBexEtxE)(),()(),(022EkE)(k0 EEkiB（3）计算）计算E和和B的的比值大小比值大小只考虑平面电磁波只考虑平面电磁波)(0wtxkieEEkEkkEkiBcBE001BE只需要考虑电场的大小！只需要考虑电场的大小！高压线周围电磁辐射场的因子场高压线周围电磁辐射场的因子场n工频电磁场工频电磁场 高压输电线路和变电站中的高压电力设备与大地之高压输电线路和变电站中的高压电力设备与大地之间存在一定的电位差间存在一定的

4、电位差, ,形成了较强的工频形成了较强的工频(50 (50 Hz) Hz) 电磁电磁场。场。n电晕及无线电干扰电晕及无线电干扰 高压电气设备的使其周围的空气产生游离高压电气设备的使其周围的空气产生游离, ,出现电晕出现电晕现象现象 高压带电体周围表面的空气发生电晕时高压带电体周围表面的空气发生电晕时, ,形成了许多形成了许多相当于小无线电发射源的电晕脉冲相当于小无线电发射源的电晕脉冲, ,产生了无线电干扰产生了无线电干扰波波高压输电线路附近电磁环境的预测模型高压输电线路附近电磁环境的预测模型 n无建筑物，山，河流影响的情形无建筑物，山，河流影响的情形a)线路附近工频电场线路附近工频电场b)线路

5、附近电晕放电辐射场强线路附近电晕放电辐射场强n有建筑物的情形有建筑物的情形a)有建筑时线路下或者线路附近的工频电场有建筑时线路下或者线路附近的工频电场b)输电线路拐弯处的工频电场输电线路拐弯处的工频电场无建筑物无建筑物工频电场工频电场 nnnnnnnUU.1,1 , 21 , 2, 11 , 11ijjijijijiiiiiDDRh,0,0,ln212ln21 U 各导线上电压的单列矩阵各导线上电压的单列矩阵; 各导线上等效电荷的单列矩阵各导线上等效电荷的单列矩阵; 各导线的电位系数组成的各导线的电位系数组成的n 阶方阵阶方阵( n 为导线的数目为导线的数目) 。输电线路附近电场强度的分布输电

6、线路附近电场强度的分布: :场中任意点的电位场中任意点的电位: niniiiiiiirrrrE11021niiiirrU10ln21无建筑物电晕放电辐射场无建筑物电晕放电辐射场（1）计算基准点）计算基准点的场强的场强30125 . 3max0rgE（2）频率特性频率特性210)10(lg21)(fKEfE（3）横向距离特性）横向距离特性)/lg(20)(000ddKEdE有建筑物有建筑物工频电场工频电场（2）选择匹配点选择匹配点（1）设置模拟电荷设置模拟电荷nkkknknkknkknknknkkkkkkknkkkkkkknkkknkkkUUUU11,1,1 , 11, 1, 111,1,1 ,

7、 11, 1, 11 , 111.，)(ln212ln21,0,0,jirrRhjijijiiiiii =1k,j=1kjijir,0,141jijijirr,0,ln21jijir,0,141i=1k,j=k+1k+ni=k+1k+n,j=1ki=k+1k+n,j=k+1k+n（3）解线性方程组解线性方程组（4）校验校验每个校验点的电位为每个校验点的电位为: 如果如果Ui 与给定的边界面上的电位与给定的边界面上的电位( (U0 = 0) = 0) 的差值小于的差值小于预先规定的最大允许误差预先规定的最大允许误差则是有效的。则是有效的。 |0UUi（5）计算空间的电位和场强计算空间的电位和场强

8、jiinkkjjijikjiirrrU,10,1041ln2nkkjjijiikjjijiijijikjjiiirrrrrrrE1,2,01,1,041ln21（1 1）单相线路转弯处的电）单相线路转弯处的电场一条输电线路场一条输电线路AB E ,架设架设高度为高度为h ,导线半径为导线半径为R ,在在B ( b , o , h) 点处转弯点处转弯,如图如图3 所示。可以导出当线路很所示。可以导出当线路很长时长时,单相线路单相线路AB E 及其镜及其镜像像ABE在在P( x, y, z) 点产生的电位为点产生的电位为: 输电线路拐弯处工频电输电线路拐弯处工频电tan,1)()()()()()(

9、)()(ln42222222222222212121212121021kkWPDxbWxbWPDxbWxbWPDxbWxbWPDxbWxbW式中式中 线路中的等效线电荷密度线路中的等效线电荷密度 线路转角的一半线路转角的一半PD1，PD1由由P点向点向BE及其镜像及其镜像BE做的垂线做的垂线 PD2，PD2由由P点向点向AB及其镜像及其镜像AB做的垂线做的垂线 （2）计算线路上的等效线电荷密度）计算线路上的等效线电荷密度i2,22,21,2,21,2,22,2,2,2,2,22,2,2,2,2,22,21,2,21,2, 12, 11,2, 11,2, 12, 1,2, 1,2, 12, 1,

10、2, 1,2, 12, 11,2, 11,0,)()()()()()()()()()()()()()()()(ln41iijiijiiijiijiiijiijiiijiijiiijiijiiijiijiiijiijiiijiijijiPDxxWxxWPDxxWxxWPDxxWxxWPDxxWxxWPDxxWxxWPDxxWxxWPDxxWxxWPDxxWxxW（3）输电线路转弯处的电场输电线路转弯处的电场 nimjji11,ji,nimjjiE11,第第i根导线第根导线第j段在段在该处的电该处的电势势场强分布：场强分布：实证数据及数值拟合实证数据及数值拟合2550751001251501752

11、002505007501000125015001750 xex2)08197. 8(475.128模型总结模型总结 关于这个问题，因为电磁场本身是一个十分复杂的系统，关于这个问题，因为电磁场本身是一个十分复杂的系统，而其求解过程也是相当复杂的，因为会涉及到巨大的计算而其求解过程也是相当复杂的，因为会涉及到巨大的计算量。因此，要想比较完整地解决这些问题，较好到模拟出量。因此，要想比较完整地解决这些问题，较好到模拟出整个电磁场系统，不仅需要好的算法，还需要优良的计算整个电磁场系统，不仅需要好的算法，还需要优良的计算机。机。电磁辐射的危害电磁辐射的危害 癌症的发病率增高癌症的发病率增高 损害中枢神经系统损害中枢神经系统 引起心血管系统失调引起心血管系统失调 影响生殖能力和遗传因子影响生殖能力和遗传因子电磁辐射的防护电磁辐射的防护n注意家居室内、办公室电器摆放。注意家居室内、办公室电器摆放。 n使用电器时避免同时开启使用电器时避免同时开启, 而且不要长时间地而且不要长时间地打开和操作。打开和操作。 n人体尽量要与电器保持一定距离。人体尽量要与电器保持一定距离。n有条件可以对电器集中地进行监测有条件可以对电器集中地进行监测, 要保持在要保持在安全环境指数以内。安全环境指数以内。n工厂、电器集中地要制