高壓輸電線(xiàn)路近區(qū)建筑感應(yīng)電處理方法分析

何錦漢

佛山電力設(shè)計(jì)院有限公司

摘要：高壓輸電線(xiàn)路產(chǎn)生的工頻電場(chǎng)幅值較高時(shí)會(huì)使人有不舒服的感覺(jué)，甚至產(chǎn)生靜電危害人類(lèi)的健康。高壓輸電線(xiàn)路附近電場(chǎng)會(huì)因近區(qū)房屋的存在，而導(dǎo)致空間電場(chǎng)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(xiàn)路下方及周邊的工頻電場(chǎng)強(qiáng)度已成為環(huán)境保護(hù)和電力部門(mén)中關(guān)注的一個(gè)焦點(diǎn)問(wèn)題。為了解決上述矛盾，本研究對(duì)佛山地區(qū)已存在的輸電線(xiàn)路與建筑物距離較近的現(xiàn)象，基于不改建運(yùn)行高壓線(xiàn)路或拆除建筑物的基礎(chǔ)上，利用電磁場(chǎng)屏蔽原理，通過(guò)理論分析、模型仿真、設(shè)計(jì)等比實(shí)驗(yàn)并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施來(lái)尋找合理的防治隱患措施，提出架設(shè)耦合地線(xiàn)、架設(shè)屏蔽網(wǎng)以及近區(qū)建筑陽(yáng)臺(tái)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(xiàn)路工頻電場(chǎng)超限限制對(duì)策，從而避免高壓輸電線(xiàn)路對(duì)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(chǎng)；屏蔽網(wǎng)；靜電感應(yīng)；限制方法

1 引言

高壓輸電線(xiàn)路附近電場(chǎng)會(huì)因近區(qū)房屋的存在，引起空間電場(chǎng)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(xiàn)路周邊的建筑也會(huì)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(jué)及健康危害[2-3]。因此如何降低高壓輸電線(xiàn)路下方及周邊的工頻電場(chǎng)強(qiáng)度已成為電力部門(mén)關(guān)注的一個(gè)重點(diǎn)問(wèn)題。目前針對(duì)此類(lèi)現(xiàn)象，主要采取加高桿塔、優(yōu)化相序、架設(shè)屏蔽線(xiàn)、改變線(xiàn)間距離等措施[4-5]。各種方法均能實(shí)現(xiàn)一定的減弱電場(chǎng)強(qiáng)度的效果，但也會(huì)產(chǎn)生增加線(xiàn)路改造成本及施工難度等。為此，本文根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際提出在不改變高壓線(xiàn)路的基礎(chǔ)上，對(duì)近區(qū)建筑物陽(yáng)臺(tái)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(chǎng)勘測(cè)

現(xiàn)狀已投運(yùn)220kV線(xiàn)路#54塔～#55塔線(xiàn)行邊存在房屋。房子處于離#55塔109米的位置，與220kV線(xiàn)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(xiàn)路保護(hù)區(qū)范圍。建筑與220kV線(xiàn)路#54、#55塔之間線(xiàn)路段具體地理位置圖1所示。

圖1 建筑與220kV線(xiàn)路段位置示意圖

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際勘測(cè)情況，將進(jìn)一步分析得出高壓輸電線(xiàn)路產(chǎn)生的電場(chǎng)的影響。利用相關(guān)儀器設(shè)備，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)，并記錄勘測(cè)結(jié)果?，F(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)感應(yīng)場(chǎng)強(qiáng)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量感應(yīng)電場(chǎng)平均值（kV/m）

測(cè)量點(diǎn) 實(shí)測(cè)值 平均值

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

房屋陽(yáng)臺(tái)處 6.09 5.93 5.95 6.04 6.05 6.012

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，利用屏蔽電場(chǎng)原理，基于線(xiàn)路正常運(yùn)行及減輕線(xiàn)路對(duì)建筑的影響，通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)尋找解決方案。

3 電磁感應(yīng)簡(jiǎn)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(xiàn)為軸線(xiàn)的半徑長(zhǎng)度由于輸電線(xiàn)長(zhǎng)度為500多米，而輸電線(xiàn)距離居民用戶(hù)的距離較近（5米左右）可以認(rèn)為為無(wú)限長(zhǎng)來(lái)計(jì)算。所以有公式

（2）

此時(shí)的B為居民用戶(hù)處，由導(dǎo)電線(xiàn)產(chǎn)生的電磁感應(yīng)強(qiáng)度，而r為輸電線(xiàn)距離居民住處的距離。而由于，所以上述公式可以寫(xiě)成

（3）

而由電磁感應(yīng)定律得到，

（4）

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

（5）

所以在高壓輸電線(xiàn)運(yùn)行時(shí)候，其交變的電流會(huì)在居民處產(chǎn)生交變的電場(chǎng)，而交變的電場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)，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(shí)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(gè)回路，形成一導(dǎo)通電路，人就會(huì)感覺(jué)觸電。

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

4 處理方法及效果分析

針對(duì)220kV線(xiàn)路#54塔與#55塔之間構(gòu)建房屋情況，考慮高壓輸電線(xiàn)路產(chǎn)生的電場(chǎng)影響，現(xiàn)提出采取屏蔽網(wǎng)減弱高壓產(chǎn)生電場(chǎng)影響的解決思路。通過(guò)在民居和高壓輸電線(xiàn)路間、或直接在房屋陽(yáng)臺(tái)架設(shè)屏蔽鐵網(wǎng)來(lái)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(yáng)臺(tái)處直接架設(shè)屏蔽網(wǎng)。

4.1 現(xiàn)狀電場(chǎng)分析

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量220kV線(xiàn)路#55、#54塔之間線(xiàn)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(xiàn)截面為240mm，雙分裂。未加任何措施房屋陽(yáng)臺(tái)處電場(chǎng)值為：5.800～6.050kV/m。距離220kV線(xiàn)路邊導(dǎo)線(xiàn)（近房屋側(cè)）15m處電場(chǎng)強(qiáng)度為：1.300kV/m。

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

通過(guò)建立模型，電場(chǎng)仿真分析發(fā)現(xiàn)，未加設(shè)任何措施時(shí)房屋與220kV線(xiàn)路線(xiàn)之間電場(chǎng)線(xiàn)足夠延伸至陽(yáng)臺(tái)處，甚至包括房屋內(nèi)。

此時(shí)陽(yáng)臺(tái)測(cè)量到的電場(chǎng)強(qiáng)度為：8.626kV/m；

最外層等位線(xiàn)的電場(chǎng)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(chǎng)線(xiàn)穿過(guò)房屋，陽(yáng)臺(tái)處出現(xiàn)高電場(chǎng)強(qiáng)度8.626kV/m，已經(jīng)超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值2倍多。會(huì)對(duì)房屋造成不良影響，房屋的感應(yīng)場(chǎng)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(yáng)臺(tái)處的感應(yīng)電場(chǎng)值。

4.2 線(xiàn)路與建筑間架設(shè)屏蔽網(wǎng)

由于屏蔽網(wǎng)的電場(chǎng)屏蔽作用，故考慮在房屋到線(xiàn)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(hào)點(diǎn)為220kV高壓輸電線(xiàn)路三相導(dǎo)線(xiàn)的仿真模型，三相導(dǎo)線(xiàn)均為豎直雙分裂，分裂間距40cm。④號(hào)點(diǎn)為實(shí)際的測(cè)量點(diǎn)陽(yáng)臺(tái)最高處的仿真模型。⑤號(hào)點(diǎn)和⑥號(hào)點(diǎn)為距離④號(hào)點(diǎn)水平距離3.5米模擬作出的一條垂直線(xiàn)，它與直線(xiàn)②④、③④的兩個(gè)交點(diǎn)的連線(xiàn)（設(shè)為L(zhǎng)）是屏蔽網(wǎng)仿真模型的位置。

圖2 現(xiàn)場(chǎng)電場(chǎng)仿真結(jié)果

圖3 線(xiàn)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(zhǎng)，便得到如圖所示高4米的紅色垂直線(xiàn)，即距離測(cè)量點(diǎn)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(cè)量點(diǎn)④2.5m，網(wǎng)孔大小為5cm處，高度為17m時(shí)電場(chǎng)分布

此時(shí)在陽(yáng)臺(tái)測(cè)量點(diǎn)④測(cè)得電場(chǎng)強(qiáng)度為：0.516kV/m。

4.3 建筑陽(yáng)臺(tái)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(hù)越近，其屏蔽效果越明顯。因此考慮在房屋陽(yáng)臺(tái)處架設(shè)屏蔽網(wǎng)措施方案。仿真模型如圖5所示。

圖5 陽(yáng)臺(tái)處架設(shè)屏蔽網(wǎng)仿真模型

陽(yáng)臺(tái)外沿最低點(diǎn)向外延伸0.5m，覆蓋整個(gè)陽(yáng)臺(tái)；通過(guò)架設(shè)不同網(wǎng)格大小、材料半徑的陽(yáng)臺(tái)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(yáng)臺(tái)處屏蔽網(wǎng)措施，能將房屋陽(yáng)臺(tái)處降至約1.3～3.4kV/m；

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

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

4.陽(yáng)臺(tái)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(chǎng)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(yáng)臺(tái)外沿最低點(diǎn)向外延伸0.5m，覆蓋整個(gè)陽(yáng)臺(tái)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(yáng)臺(tái)架設(shè)屏蔽網(wǎng)，建議在陽(yáng)臺(tái)外沿最低點(diǎn)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(gè)陽(yáng)臺(tái)。其屏蔽效果已將原來(lái)未加任何措施感應(yīng)場(chǎng)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(chǎng)強(qiáng)值已對(duì)房屋影響不大。

4.4 效果分析

本文結(jié)合高壓輸電線(xiàn)路近區(qū)建筑工頻電場(chǎng)分析，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)情況勘測(cè)，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(jì)屏蔽效果評(píng)估

方案措施 屏蔽后感應(yīng)場(chǎng)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(yáng)臺(tái)處架屏蔽網(wǎng) 1.3～3.4 降低60%～84%

1）對(duì)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(huì)發(fā)生觸電危險(xiǎn)，存在被盜可能。同時(shí)，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(duì)較大，建筑內(nèi)人員視覺(jué)影響較大。

2）在陽(yáng)臺(tái)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(chǎng)影響。其施工成本較大，也無(wú)需定期維護(hù)，加裝于陽(yáng)臺(tái)處亦可以作為防盜網(wǎng)用，美觀(guān)實(shí)用。但其使用時(shí)需得到建筑業(yè)主的許可方可實(shí)施。

5 結(jié)論

本文結(jié)合高壓輸電線(xiàn)路近區(qū)建筑工頻電場(chǎng)分析，針對(duì)某220kV線(xiàn)路研究了2種屏蔽網(wǎng)弱化建筑處的電場(chǎng)方法，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)情況，綜合分析，得出以下結(jié)論。

1）在線(xiàn)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(shí)施及定期維護(hù)困難，同時(shí)金屬構(gòu)架存在被盜風(fēng)險(xiǎn)。

2）在房屋陽(yáng)臺(tái)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(shí)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(yáng)臺(tái)處架設(shè)屏蔽網(wǎng)措施。

參考文獻(xiàn)：

[1]梅貞，陳水明，馬鋒，等.高壓輸電線(xiàn)附近室內(nèi)電磁環(huán)境與屏蔽效果[J].高電壓技術(shù)，2008，34（1）：60-63；

[2]惠建峰，關(guān)志成，劉瑛巖.各國(guó)工頻電磁場(chǎng)的限值及其確定的依據(jù)[J].高電壓技術(shù)，2006，32（4）：51-54；

[3]劉元慶，鄒軍，張波，等.高壓電力線(xiàn)路工頻電場(chǎng)對(duì)人體影響的分析[J].高電壓技術(shù)，2004，30（12）：35-36；

[4]邵方殷.我國(guó)特高壓輸電線(xiàn)路相導(dǎo)線(xiàn)布置和工頻電磁環(huán)境[J].電網(wǎng)技術(shù)，2005，29（8）：1-7；

[5]黃道春，阮江軍，張宇，等.緊湊型輸電線(xiàn)異型分裂導(dǎo)線(xiàn)周?chē)ゎl電場(chǎng)研究[J].高電壓技術(shù)，2006，32（4）：55-57。