高壓輸電線路近區建筑感應電處理方法分析

何錦漢

佛山電力設計院有限公司

摘要：高壓輸電線路產生的工頻電場幅值較高時會使人有不舒服的感覺，甚至產生靜電危害人類的健康。高壓輸電線路附近電場會因近區房屋的存在，而導致空間電場加強，并且加強的程度隨房屋高度增加而增加。因此如何降低高壓輸電線路下方及周邊的工頻電場強度已成為環境保護和電力部門中關注的一個焦點問題。為了解決上述矛盾，本研究對佛山地區已存在的輸電線路與建筑物距離較近的現象，基于不改建運行高壓線路或拆除建筑物的基礎上，利用電磁場屏蔽原理，通過理論分析、模型仿真、設計等比實驗并通過現場實施來尋找合理的防治隱患措施，提出架設耦合地線、架設屏蔽網以及近區建筑陽臺或走廊處架設防盜網兼做屏蔽網方式，研究高壓輸電線路工頻電場超限限制對策，從而避免高壓輸電線路對臨近建筑物內的人員產生由于靜電感應引起的電擊事故。

關鍵詞：工頻電場；屏蔽網；靜電感應；限制方法

1 引言

高壓輸電線路附近電場會因近區房屋的存在，引起空間電場發生變化，且畸變的程度隨房屋高度增加而增加[1]。而高壓線路周邊的建筑也會因此產生靜電感應現象，從而使建筑內金屬構件帶電影響建筑內人體的不適感覺及健康危害[2-3]。因此如何降低高壓輸電線路下方及周邊的工頻電場強度已成為電力部門關注的一個重點問題。目前針對此類現象，主要采取加高桿塔、優化相序、架設屏蔽線、改變線間距離等措施[4-5]。各種方法均能實現一定的減弱電場強度的效果，但也會產生增加線路改造成本及施工難度等。為此，本文根據現場實際提出在不改變高壓線路的基礎上，對近區建筑物陽臺及走廊等處加裝屏蔽網的方法，分析感應電處理方法。

2 現場勘測

現狀已投運220kV線路#54塔～#55塔線行邊存在房屋。房子處于離#55塔109米的位置，與220kV線路的垂直距離約5米，遠小于《電力設施保護條例》規定架空電力線路保護區范圍。建筑與220kV線路#54、#55塔之間線路段具體地理位置圖1所示。

圖1 建筑與220kV線路段位置示意圖

結合現場的實際勘測情況，將進一步分析得出高壓輸電線路產生的電場的影響。利用相關儀器設備，進行現場勘測，并記錄勘測結果?，F場檢測感應場強數據如表1所示。

表1 現場測量感應電場平均值（kV/m）

測量點 實測值 平均值

距邊導線15m處 1.39 1.48 1.36 1.44 1.45 1.424

房屋陽臺處 6.09 5.93 5.95 6.04 6.05 6.012

根據現場情況，利用屏蔽電場原理，基于線路正常運行及減輕線路對建筑的影響，通過設計實驗來尋找解決方案。

3 電磁感應簡析

由公式

（1）

其中μ為磁導率，I為電流大小，dl為一小段距離，r為以導線為軸線的半徑長度由于輸電線長度為500多米，而輸電線距離居民用戶的距離較近（5米左右）可以認為為無限長來計算。所以有公式

（2）

此時的B為居民用戶處，由導電線產生的電磁感應強度，而r為輸電線距離居民住處的距離。而由于，所以上述公式可以寫成

（3）

而由電磁感應定律得到，

（4）

可以得出在居民用戶處，單位面積下，在該處產生的感應電場強度為，

（5）

所以在高壓輸電線運行時候，其交變的電流會在居民處產生交變的電場，而交變的電場會產生電勢，而當居民使用鐵質物體作為生活用品或者是在晾衣服（衣服很濕）的時候，很容易感應積累大量電荷，外加人接觸這些物體，從而物體、人、大地三者形成一個回路，形成一導通電路，人就會感覺觸電。

在高壓輸電線運行時候，、、r基本保持不變，而會隨著空氣的濕度變化。當空氣干燥的時候接近真空值數值為，而當空氣中的濕度上升的時候會上升，由上面推導公式容易發現E也會上升，故而雨季的時候用戶較為容易觸電。

4 處理方法及效果分析

針對220kV線路#54塔與#55塔之間構建房屋情況，考慮高壓輸電線路產生的電場影響，現提出采取屏蔽網減弱高壓產生電場影響的解決思路。通過在民居和高壓輸電線路間、或直接在房屋陽臺架設屏蔽鐵網來達到屏蔽靜電的目的。主要有以下兩種方法：

1.于#54、#55段與房屋之間，架設一張合適網格大小的屏蔽鐵網；

2.在房屋陽臺處直接架設屏蔽網。

4.1 現狀電場分析

現場測量220kV線路#55、#54塔之間線路與建筑的具體位置情況、相關數據如下：

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，導線截面為240mm，雙分裂。未加任何措施房屋陽臺處電場值為：5.800～6.050kV/m。距離220kV線路邊導線（近房屋側）15m處電場強度為：1.300kV/m。

根據以上具體實際數據，建立實際220kV線路線與房屋的二維仿真模型，仿真計算模型及計算結果如圖2所示。

通過建立模型，電場仿真分析發現，未加設任何措施時房屋與220kV線路線之間電場線足夠延伸至陽臺處，甚至包括房屋內。

此時陽臺測量到的電場強度為：8.626kV/m；

最外層等位線的電場強度為：6.960kV/m。

從圖2未加任何屏蔽措施的仿真結果可以看出，6.960kV/m等電場線穿過房屋，陽臺處出現高電場強度8.626kV/m，已經超過標準值2倍多。會對房屋造成不良影響，房屋的感應場強值越大，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，特別是陽臺處的感應電場值。

4.2 線路與建筑間架設屏蔽網

由于屏蔽網的電場屏蔽作用，故考慮在房屋到線路之間架設屏蔽網措施。建立了如圖3所示的屏蔽網仿真模型，并作出如下分析。

①、②、③號點為220kV高壓輸電線路三相導線的仿真模型，三相導線均為豎直雙分裂，分裂間距40cm。④號點為實際的測量點陽臺最高處的仿真模型。⑤號點和⑥號點為距離④號點水平距離3.5米模擬作出的一條垂直線，它與直線②④、③④的兩個交點的連線（設為L）是屏蔽網仿真模型的位置。

圖2 現場電場仿真結果

圖3 線路與房屋中間架設屏蔽網仿真模型

可將L適當延長，便得到如圖所示高4米的紅色垂直線，即距離測量點④3.5m處的屏蔽網的位置設定。仿真的結果如圖4所示。

圖4 屏蔽網距離測量點④2.5m，網孔大小為5cm處，高度為17m時電場分布

此時在陽臺測量點④測得電場強度為：0.516kV/m。

4.3 建筑陽臺處加裝屏蔽網

從上述分析可知，若屏蔽鐵網架設離用戶越近，其屏蔽效果越明顯。因此考慮在房屋陽臺處架設屏蔽網措施方案。仿真模型如圖5所示。

圖5 陽臺處架設屏蔽網仿真模型

陽臺外沿最低點向外延伸0.5m，覆蓋整個陽臺；通過架設不同網格大小、材料半徑的陽臺屏蔽網。根據仿真結果可以得出以下結論：

1.架設陽臺處屏蔽網措施，能將房屋陽臺處降至約1.3～3.4kV/m；

2.隨著網孔變大，其感應場強值總體呈下降趨勢；

3.在網孔大小25×25cm2，材料半徑為1.0cm時，其屏蔽效果最優，感應場強值為1.3kV/m；

4.陽臺處架設屏蔽網后，不管其網孔或材料半徑大小如何，其感應場強值基本保持在1.3～3.4kV/m。

5.采用第一種架設方式，即從陽臺外沿最低點向外延伸0.5m，覆蓋整個陽臺的屏蔽效果整體優于其他兩種架設方式。

綜上所述，根據仿真的結果，若采取陽臺架設屏蔽網，建議在陽臺外沿最低點向外延伸0.5m，架設網孔大小為25×25 cm2，材料半徑1.0cm，覆蓋整個陽臺。其屏蔽效果已將原來未加任何措施感應場強值8.6kV/m降低至1.3kV/m，雖未能達到最優屏蔽效果，但此感應場強值已對房屋影響不大。

4.4 效果分析

本文結合高壓輸電線路近區建筑工頻電場分析，通過現場情況勘測，綜合分析，2種屏蔽網架設方案效果均比較顯著，如表2所示：

表2 2種方案設計屏蔽效果評估

方案措施 屏蔽后感應場強值（kV/m） 屏蔽效果

中間架設屏蔽網 0.482～2.4 降低72%～94%

陽臺處架屏蔽網 1.3～3.4 降低60%～84%

1）對于中間架設屏蔽網，其屏蔽效果是最優的，但是由于屏蔽網接地，人不會發生觸電危險，存在被盜可能。同時，由于架設的屏蔽網面積較大，受建設用地及環境影響，施工難度相對較大，建筑內人員視覺影響較大。

2）在陽臺處架設屏蔽網，其效果相比較中間架設屏蔽網有所減弱，但也可以較大程度的弱化電場影響。其施工成本較大，也無需定期維護，加裝于陽臺處亦可以作為防盜網用，美觀實用。但其使用時需得到建筑業主的許可方可實施。

5 結論

本文結合高壓輸電線路近區建筑工頻電場分析，針對某220kV線路研究了2種屏蔽網弱化建筑處的電場方法，通過現場勘測情況，綜合分析，得出以下結論。

1）在線路與房屋中間段架設屏蔽網效果可降低72%～94%，效果顯著，但其存在工程建設實施及定期維護困難，同時金屬構架存在被盜風險。

2）在房屋陽臺處架設屏蔽網，雖然其屏蔽效果較中間架設屏蔽網有所減弱，但從工程實現、經濟角度、定期維護方面分析，建議優先選取陽臺處架設屏蔽網措施。

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