1、高壓輸電線周圍的電磁場分析高壓輸電線周圍的電磁場分析PB04000815 儲晨背景引見背景引見淺析問題和建模的開場淺析問題和建模的開場三三 模型解法深化模型解法深化四四 實證數據及數值擬合實證數據及數值擬合五五 模型總結模型總結六六 電磁輻射的危害和防治電磁輻射的危害和防治內容概要內容概要Where there are buildings,there are high-voltage transmission lines.Where there are high-voltage transmission lines,there are electromagnetic radiations. f

2、oretimetoday背景引見背景引見n電磁輻射是指能量以電磁波的方式由源發射到空間的電磁輻射是指能量以電磁波的方式由源發射到空間的景象。景象。n四大公害：大氣污染、水污染、噪聲污染、電磁輻射四大公害：大氣污染、水污染、噪聲污染、電磁輻射n在城市生活中電磁輻射主要有四個來源：在城市生活中電磁輻射主要有四個來源：n (1)各類天線各類天線n (2)輸電線輸電線n (3)城市交通運輸系統城市交通運輸系統n (4) 私人通訊設備以及家用電器私人通訊設備以及家用電器淺析問題和建模的開場淺析問題和建模的開場(1)動搖方程的建立動搖方程的建立HtDtDEBD00010122222222tBcBtEcE)

3、1(00c其中：其中：2討論介質中的情形討論介質中的情形假設假設:電磁波的激發源以確定的頻率作正弦振蕩電磁波的激發源以確定的頻率作正弦振蕩titiexBtxBexEtxE)(),()(),(022EkE)(k0 EEkiB3計算計算E和和B的比值大小的比值大小只思索平面電磁波只思索平面電磁波)(0wtxkieEEkEkkEkiBcBE001BE只需求思索電場的大小！只需求思索電場的大小！高壓線周圍電磁輻射場的因子場高壓線周圍電磁輻射場的因子場n工頻電磁場工頻電磁場n 高壓輸電線路和變電站中的高壓電力設備與大地高壓輸電線路和變電站中的高壓電力設備與大地之間存在一定的電位差之間存在一定的電位差,

4、,構成了較強的工頻構成了較強的工頻(50 Hz) (50 Hz) 電電磁場。磁場。n電暈及無線電干擾電暈及無線電干擾 n 高壓電氣設備的使其周圍的空氣產生游離高壓電氣設備的使其周圍的空氣產生游離, ,出現出現電暈景象電暈景象n 高壓帶電體周圍外表的空氣發生電暈時高壓帶電體周圍外表的空氣發生電暈時, ,構成了構成了許多相當于小無線電發射源的電暈脈沖許多相當于小無線電發射源的電暈脈沖, ,產生了無線電產生了無線電干擾波干擾波高壓輸電線路附近電磁環境的預測模型高壓輸電線路附近電磁環境的預測模型 n無建筑物，山，河流影響的情形無建筑物，山，河流影響的情形n線路附近工頻電場線路附近工頻電場n線路附近電暈

5、放電輻射場強線路附近電暈放電輻射場強n有建筑物的情形有建筑物的情形n有建筑時線路下或者線路附近的工頻電場有建筑時線路下或者線路附近的工頻電場n輸電線路拐彎處的工頻電場輸電線路拐彎處的工頻電場無建筑物工頻電場無建筑物工頻電場 nnnnnnnUU.1,1 , 21 , 2, 11 , 11ijjijijijiiiiiDDRh,0,0,ln212ln21 U 各導線上電壓的單列矩陣各導線上電壓的單列矩陣; 各導線上等效電荷的單列矩陣各導線上等效電荷的單列矩陣; 各導線的電位系數組成的各導線的電位系數組成的n 階階方陣方陣( n 為導線的數目為導線的數目) 。輸電線路附近電場強度的分布輸電線路附近電場

6、強度的分布: :場中恣意點的電位場中恣意點的電位: : niniiiiiiirrrrE11021niiiirrU10ln21無建筑物電暈放電輻射場無建筑物電暈放電輻射場1計算基準點的場強計算基準點的場強30125 . 3max0rgE2頻率特性頻率特性210)10(lg21)(fKEfE3橫向間隔特性橫向間隔特性)/lg(20)(000ddKEdE有建筑物工頻電場有建筑物工頻電場2 2選擇匹配點選擇匹配點1設置模擬電荷設置模擬電荷nkkknknkknkknknknkkkkkkknkkkkkkknkkknkkkUUUU11,1,1 , 11, 1, 111,1,1 , 11, 1, 11 , 1

7、11.，)(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+n3 3解線性方程組解線性方程組4 4校驗校驗每個校驗點的電位為每個校驗點的電位為: : 假設假設Ui Ui 與給定的邊境面上的電位與給定的邊境面上的電位(U0 = 0) (U0 = 0) 的差值小的差值小于預先規定的最大允許誤差那么是有效的。于預先規定的最大允許誤差那么是有效的。 |0UUi5計算空間的電位和場強計算空間的電位和場強jiinkkj

8、jijikjiirrrU,10,1041ln2nkkjjijiikjjijiijijikjjiiirrrrrrrE1,2,01,1,041ln211 1單相線路轉彎處的電單相線路轉彎處的電場一條輸電線路場一條輸電線路AB E ,AB E ,架架設高度為設高度為h ,h ,導線半徑為導線半徑為R ,R ,在在B ( b , o , h) B ( b , o , h) 點處轉點處轉彎彎, ,如圖如圖3 3 所示。可以導出所示。可以導出當線路很長時當線路很長時, ,單相線路單相線路AB AB E E 及其鏡像及其鏡像ABEABE在在P( x, y, z) P( x, y, z) 點產點產生的電位為生

9、的電位為: : 輸電線路拐彎處工頻電輸電線路拐彎處工頻電tan,1)()()()()()()()(ln42222222222222212121212121021kkWPDxbWxbWPDxbWxbWPDxbWxbWPDxbWxbW式中式中 線路中的等效線電荷密度線路中的等效線電荷密度 線路轉角的一半線路轉角的一半PD1，PD1由由P點向點向BE及其鏡像及其鏡像BE做的垂線做的垂線 PD2，PD2由由P點向點向AB及其鏡像及其鏡像AB做的垂線做的垂線 2 2計算線路上的等效線電荷密度計算線路上的等效線電荷密度ii2,22,21,2,21,2,22,2,2,2,2,22,2,2,2,2,22,21

10、,2,21,2, 12, 11,2, 11,2, 12, 1,2, 1,2, 12, 1,2, 1,2, 12, 11,2, 11,0,)()()()()()()()()()()()()()()()(ln41iijiijiiijiijiiijiijiiijiijiiijiijiiijiijiiijiijiiijiijijiPDxxWxxWPDxxWxxWPDxxWxxWPDxxWxxWPDxxWxxWPDxxWxxWPDxxWxxWPDxxWxxW3輸電線路轉彎處的電場輸電線路轉彎處的電場 nimjji11,ji,nimjjiE11,第第i根導線第根導線第j段在該處的電段在該處的電勢勢場強分布

11、：場強分布：實證數據及數值擬合實證數據及數值擬合2550751001251501752002505007501000125015001750 xex2)08197. 8(475.128模型總結模型總結 關于這個問題，由于電磁場本身是一個非常復雜的系統，而其求解過程也是相當復雜的，由于會涉關于這個問題，由于電磁場本身是一個非常復雜的系統，而其求解過程也是相當復雜的，由于會涉及到宏大的計算量。因此，要想比較完好地處理這些問題，較好到模擬出整個電磁場系統，不僅需及到宏大的計算量。因此，要想比較完好地處理這些問題，較好到模擬出整個電磁場系統，不僅需求好的算法，還需求優良的計算機。求好的算法，還需求優良

12、的計算機。電磁輻射的危害電磁輻射的危害 癌癥的發病率增高癌癥的發病率增高 損害中樞神經系統損害中樞神經系統 引起心血管系統失調引起心血管系統失調 影響生殖才干和遺傳因子影響生殖才干和遺傳因子電磁輻射的防護電磁輻射的防護n留意家居室內、辦公室電器擺放。留意家居室內、辦公室電器擺放。 n運用電器時防止同時開啟運用電器時防止同時開啟, , 而且不要長時間而且不要長時間地翻開和操作。地翻開和操作。 n人體盡量要與電器堅持一定間隔。人體盡量要與電器堅持一定間隔。n有條件可以對電器集中地進展監測有條件可以對電器集中地進展監測, , 要堅持要堅持在平安環境指數以內。在平安環境指數以內。n工廠、電器集中地要制定措