广东电网有限责任公司佛山供电局 广东佛山 528000
摘要：各种电力设备在运行时都将产生电磁场，并且该电磁场能使人体产生感应电流，因此有必要计算人体感应电流密度以确定电磁场的安全许可极限值，并以此来判断人体是否危险。为了计算500kV输电线路附近人体感应电流密度，本文通过建立500kV输电线路下人体接地和对地绝缘人体模型，并假设地表条件为地面没有任何树木或其他物体高于人体模型。由于人体模型的皮肤导电特性对于接地人体模型而言，人体皮肤为零等电位面。结果表明感应电流密度在人体各部位是不等的，颈部和腿部电流密度较高，且接地人体模型高于对地绝缘人体模型。
关键词：电荷模拟法；感应电流；500kV输电线
Calculation Model of Induced Current Density of Human Body Model under 500kV Transmission Line Based on Charge Simulation Method
Chen Sixiang, Li Hengzhen, Zhan Qinghua
(Guangdong Power Grid Co., Ltd. Foshan Power Supply Bureau, Foshan, Guangdong, 528000, China)
Abstract: All kinds of power equipment will generate electromagnetic fields when working, and such electromagnetic fields can generate induced current in the human body.So, it is necessary to calculate the induced current density of the human body to determine the safety allowable limit of the electromagnetic field and use it to judge whether the human body is in danger. In order to calculate the body-induced current density near the 500kV transmission line, the human body grounding and ground insulation model under the 500kV transmission line was established, and it assumes that the grounding surface condition is the ground does not have any trees or other objects higher than the human body model. Human skin is zero equipotential surface due to human skin model conductive characteristics for grounded human models. The results show that the induced current density is not equal in all parts of the human body, and the current density in the neck and legs is higher. The grounded human model is higher than the insulated human model of the ground.
Key words：charge simulation method；inductive current；500kV transmission line
0 引言
特高压电网在能源配置、降低损耗、以及节约土地资源等方面发挥着重要作用，因此其发展非常迅猛[1,2]。由于电磁耦合的作用，在高压输电线路周围会产生工频电磁场，随着输电线路的不断增加以及电压等级的不断提高，其周围的电磁环境将进一步恶化[3-5]。当人体处于高压输电线路下方时，周围会产生感应电场和感应电流[6]。近年来,超特高压输电线路对环境和人体的影响，成为了关注焦点。
文献[7]利用简单的二维模型计算了人体的感应电场；文献[8]分析了工频磁场对人体的影响；文献[9-11]对高压输电线路下电磁环境对人体生态效应的影响进行了研究。当人体感应电场及感应电流超过一定限值时，会对人体产生一定影响。为此，国际非电离辐射防护委员会ICNIRP制定了关于电磁场极值的准则与标准，规定邻近民房处或公共活动区域的场强暴露极值为5kV/m，电磁相关职业场所的场强暴露极值为10kV/m[12]。根据相关调查研究，500kV输电线路下的空间内的场强一般小于3kV/m。由于很难直接测量人体内的感应电流，因此我们需间接来计算人体感应电流。
本文基于电荷模拟法建立了500kV输电线路下人体接地和对地绝缘人体模型，计算了500kV输电线路附近人体感应电流密度，将计算结果与国际非电离辐射防护委员会标准相对比，并探究不同身体部位的感应电流密度差异。
1 模型计算分析
计算感应电流的数值理论方法主要：有限元法（FEM），有限差分法（FDM）和电荷模拟法（CSM）等。有限元法计算准确性较高，但对于这个问题，我们必须将空间（人体和空气模型）进行离散化，该方法在这种复杂边界条件下计算量很大。而电荷模拟法（CSM）是一种简单的数值理论[13]，在处理边界上计算复杂度较低，效果较好。 所问题中，我们使用CSM理论来计算感应电流密度。
计算过程中，本文做了如下假设：
一、人体模型直接放置在传输线下方。对于对地绝缘人体模型，人体模型的皮肤电位不等于零，但皮肤作为等势面。对于接地人模型，人体模型皮肤的电势等于零。
二、所有的电量均看作相量，具有实部和虚部。
三、由于系统的频率为50Hz，或者极端低频，因此计算中使用准静态分析。
四、地平面附近电场是均匀的，且垂直于地面，地面是零电位的等势面
五、传输导体的高度不变，恒为36.25m。
六、环境湿度保持恒定。
500kV线路常为3相4线，如图1所示。
与本文的计算结果相比，500kV输电线路下接地人体模型的头部和腿部中的感应电流密度大于10kV/m下的人体感应电流密度，而身体和颈部的感应电流密度大于人体感应电流密度；当人体对地绝缘时，人体感应电流密度小于10kV/m下的人体感应电流密度。
3 结论
从上面的计算和结果的分析，可以得出如下结论:
500 kV输电线路下的接地人体模型的感应电流密度高于对地绝缘人体模型；
人体对地不绝缘时，感应电流密度在人体身体部位最高，人体对地绝缘时，感应电流密度在人体颈部最高；
500kV输电线路下接地人体模型的头部和腿部中的感应电流密度大于10kV/m下的人体感应电流密度，而身体和颈部的感应电流密度大于人体感应电流密度；当人体对地绝缘时，人体感应电流密度小于10kV/m下的人体感应电流密度。
参考文献: References
[1]张文亮，吴维宁，胡毅( Zhang Wenliang, Wu Weining, Hu Yi.).特高压输电技术的研究与我国电网的发展(Study on UHV transmission technology and development of China's power grid)[J].高电压技术(High Voltage Engineering),2003(09):16-18.
[2]周孝信，陈树勇，鲁宗相(Zhou Xiaoxin, Chen Shuyong, Lu Zongxiang.).电网和电网技术发展的回顾与展望——试论三代电网(Review and Prospect of Development of Power Grid and Power Grid Technology——Discussion on the Third Generation Grid)[J].中国电机工程学报(Proceedings of the CSEE),2013,33(22):1-11+22.
[3]李振强，刘传铨，戴敏(Li Zhenqiang, Liu Chuanxi, Dai Min).交流1000kV与500kV/220kV同塔4回线路的感应电压和电流(Induced voltages and currents of four-circuit line of 1000kV and 500kV/220kV on the same tower)[J].高电压技术(High Voltage Engineering),2013,39(12):3022-3028.
论文作者:刘聪
论文发表刊物:《防护工程》2018年第33期
论文发表时间:2019/2/26
标签：感应电流论文; 人体论文; 密度论文; 模型论文; 线路论文; 电荷论文; 电磁场论文; 《防护工程》2018年第33期论文;