高压输电线路周围的电磁现象探析

程馨谊

摘 要：高压线路周围存在着较高强度的电磁场，并伴随产生一些特定的电磁现象，这些现象是否对人体有害，对环境有污染，一直是人民群众关注的热点问题。文章通过对电磁现象的探析，得出只有加以严格控制，方能避免产生伤害的结论。

关键词：输电线路；电磁场；感应电；避雷

我国的高压电网电压等级从交流的110 kV，220 kV，330 kV，500 kV，一直到近年来还出现了1 000 kV的特高压，此外还有直流传输的±800 kV、±660 kV、±500 kV。电力部门会根据传输距离、传输目的以及各地的电网规划，建设不同的电压等级的输电线路。

我国的电网发展近年来呈现出投资日益加大，建设速度日益加快的趋势。随之而来的一些环保问题也显得越来越突出，这一方面是因为我国对环保工作的重视程度在提高，另一方面也是因为广大人民群众对有关自身利益的环保、健康问题越来越关注。

通过查阅有关新闻、文献，可知主要有以下常见问题：“高压线路周围的工频电磁场是否达标，是否对人体有害？”；“高压线路周围为何会产生静电现象？”；“高压线路是否会引来雷击？”……

纵观以上这些环保问题，其核心内容就是输电线路周围的电磁环境问题。换言之，如果把这个问题讲透，其余问题也都会迎刃而解。

1 带电体周围的电磁现象

通过学习相关物理知识，我们可知：电场是由电压差产生的：电压差值越大，产生的电场也会越强。磁场是由电流流过时产生的：电流强度越大，磁场越大。在没有电流流过的时候，电场也会产生，但此时不会有磁场。如果有电流流过，磁场强度将随着功率消耗的变化而变化，但是电场强度保持恒定。

因此可以得出结论，在任何带电物体附近，都会存在一定的电场与磁场。但这种电磁场现象不一定属于电磁辐射。

由于我国的交流电的频率为50 Hz，因此其对应的波长为6 000 km。而严格意义上的“电磁波”，最低频率为100 kHz，对应波长为30 km。因此可知，交流电对应的频率远低于无线电波，并不属于严格意义上的电磁辐射。另外，由于电磁辐射的关键是要将能量通过电磁波的形式传播出去，与采用输电线路传输电能的方式明显不同，也能证明无论任何电压等级的输电线路周围并不存在电磁辐射，仅仅是一种会随着电压、电流强度变化的频率为50 Hz的电场与磁场，也可称为“工频电磁场”[1]。

2 工频电磁场对人体的影响

虽然高压输电线路周围不会产生电磁辐射，但由于其输送大量的电能，其周围的工频电磁场强度相较于普通环境，势必是较高的。

在远离电力线的住户中，背景电磁场强度可以达到0.2 ?T。直接在高压线的下方，电磁场的强度还会更大，地面的磁通量密度可以达到几?T。在电力线下方的电场强度可以高达10 kV/m。然而，电场和磁场强度会随着与电力线的距离增加而迅速减小。在50～100 m的距离，电磁场的强度通常会和远离高压输电线的区域的强度差不多。此外，相比于房屋外面同样地点测到的值，房屋的墙壁可以明显降低电场强度。

人体处在高强度的工频电磁场环境中会有何影响，又是一个受到高度关注的环保问题。

通过查阅世界卫生组织（World Health Organization，WHO）的相关研究成果，可以知道：低頻电场可以影响人体，像其他带电粒子组成的物质。电场导电材料会影响表面电荷分布。电场会使得电流从身体流向大地。

低频磁场可以诱导人体当前循环。电流的强度取决于外部磁场的强度。如果当前磁场足够大，可以产生人体刺激神经和肌肉，或影响其他生理过程。

电场和磁场可以在人体内感应电压和电流，但即使直接位于高压线以下，人体内的感应电流与能够产生电击或其他电效应的极限相比仍然非常小。

根据WHO从1996年开展的一项风险连续跟踪评估，其结论为：（1）根据权威的健康风险评估结果，极低频电场对健康的短期和长期影响以及健康后果是毫无疑问或争议的。（2）极低频电场暴露会对人体造成有害的影响。然而，世卫组织建议的国际接触标准限值（公众5 kV/m，职业接触10 kV/m）可以完全保护人体免受这些有害影响。

而通过查阅相关法规，可知我国对于工频电场强度限值为4 000 V/m，工频磁场强度限值为100 μT。这个标准又严于上文所提及的国际暴露标准限值，因此具有很强的科学性和严肃性。

通过进一步查阅我国各地近年来投运的输变电项目的监测数据，可知其周围的工频电磁场均可以远远低于国家标准[2]。

3 高压线路周围的感应电

高压输电线路以下的工频电场有很高的水平。当人或动物接触地面的绝缘导体在电场作用下，会产生刺痛的电流，即电休克。当电流增加时，刺激范围可能从电击引起的刺痛或烧伤的感觉到摆脱和呼吸困难。如果电流强，则会引起心室颤动。根据电击时间的不同，可分为瞬态电击和稳态电击两种类型。瞬态电击是指人体在电场中与导体接触并通过人体接触的瞬间。稳态电击是指当人在电场中抓住导体时，由带电导体通过电容耦合产生的流过人体的连续工频电流引起的电击。

高压线路周围的导体都会存在一定强度的感应电。一般情况下，由于导体的感应面积远远小于输电线路的长度，不会积累足够强度的感应电荷。但是，如果同一塔上的两条线路中的一条被切断并修复，如果移除一端接地点的一个相，则会对人体造成严重伤害甚至死亡。中国已经有这样的情况。

在这种接地方式下，感应电压和感应电流主要是电磁感应元件。人体在受到电击时所承受的感应电压和感应电流与功率流和运行线路的长度成正比；感应电压与人体无关，感应电流随人体电阻的降低而增加。

通过查阅相关技术规范，可知线路长度大于5 km或运行线路潮流大于20 MW，若直接拆开一相接地刀闸存在极大的人身安全风险；在实际生产中，应严禁此类事件发生。为了确保人身安全，在进行工作之前，或者在可能会失去接地保护的其他情况下，必须安装人工接地线，以便修理停电线路的断路器[3]。

4 对人体产生的其他影响

通过查阅资料与实地体验，笔者发现在高工频电磁场环境中，即使穿上了屏蔽电磁场的专业服装，仍然时常会出现如下几种感觉。

4.1 风吹感

这种感觉是由于人们在等电位水平工作时，等电位人员总是有一种更明显的微风吹在他们脸上的感觉。这主要是在电场力作用下人体表面电荷的表现。因为人脸是未屏蔽的裸露部分，并且脸的鼻子是尖的，所以电荷密度高，电场强。因此，当与高压输电线路周围的工频电场相互作用时，会感觉到风吹。

4.2 蛛网感

在高压电场中，由于人脸上没有屏蔽措施，常出现另一种特殊的感觉—蛛网感。这种现象仍然是高压电场效应的结果。面部神经在密集游动电荷的作用下产生这种特有的感觉，实践证明，这种现象不仅与电场有关，而且与气象条件有关，尤其在等电位操作者出汗较多的夏季，这种现象更为明显。

4.3 嗡声感

这种感觉主要来自于作用在屏蔽服上的工频交流电场的周期性变化所引起的机械振动。它的声音和频率与电气化变压器的嗡嗡声相似。

以上3种感觉都是由于电荷对人体神经产生作用而引起的，虽然会引起某些不适感，但并不会对人体产生实际伤害。

5 输电线路的避雷问题

此外，还有很多群众会想当然地把电磁现象与雷击问题联系起来，担忧输电线路周围是否会更易引发雷击，进而产生安全问题。

其实无论是普通房屋还是输电线路，都非常重视避雷，因为雷电击中高压线路之后，引起的后果包括击毁线路、击伤人员之外，还有引发电压不稳，影响电网潮流稳定，甚至可能产生大面积停电的严重后果。所以在高压线路设计时，就已经考虑了避雷问题，常见高压铁塔如图1所示。

那么避雷线是如何实现防雷呢？其实雷电是客观的自然现象，是无法防止的。避雷线实际上叫作引雷线可能更合理。避雷线是约定俗成的称呼。其工作原理與避雷针相同。它是一根安装在高压线上的金属线，具有良好的接地性，又称它为架空地线。它能有效地将雷电的放电引入大地。

架空送电线着雷时，可能打在导线上，也可能打在杆塔上。当闪电击中导体时，导体上会产生所谓的“过电压”，有时高达数百万伏特，这比线路的额定电压高得多。它超过线路绝缘子串的抗电强度时，绝缘子将“闪络”，往往引起线路跳闸，甚至造成停电事故。避雷器可以覆盖导线，使雷电尽可能地落在避雷器本身上，使雷电流通过塔的金属部分和地下埋设的接地装置流入地下。当雷击塔或避雷器时，当塔与导体之间的电压超过绝缘子串的电气强度时，绝缘子串也会发生闪络，造成雷电事故。通常用降低杆塔接地电阻的办法，来减少这类事故。

6 结语

综上所述，由于输电线路承担着传输大量高压电能的任务，其周围不可能避免地会存在较高强度的电磁场，进而伴随出现一些电磁现象。但国家已经对其环境影响提出了标准加以规范，因此，在正常情况下，输电线路产生的电磁现象均不会对人体产生实际意义上的危害。但仍然应该警钟长鸣，做好需要近距离操作的工作人员的防护措施，避免发生意外。

[参考文献]

[1]周建国.工频电场磁场与健康[M].上海：复旦大学出版社，2011.

[2]张晓璐，王蕾，郭坚.架空输电线路防雷实用措施[C].南京：江苏省气象学会学术交流会，2011.

[3]林炬，曹俊杰，李立，等.屏蔽线对输电线路电磁环境影响的模拟研究[J].电力科技与环保，2017（1）：48-50.