馬彥國(guó)

摘 要：近年來，隨著社會(huì)生活水平的不斷提高，我國(guó)居民生活對(duì)用電的要求也不斷提高。為此，電力系統(tǒng)必須提升自身供電能力。隨著我國(guó)城市化的發(fā)展，電纜線路在城市供電網(wǎng)絡(luò)中所起的作用也日益增大，與次相對(duì)的，電力系統(tǒng)正常運(yùn)行對(duì)電纜線路附近的電磁環(huán)境的要求也相繼提高。本文即將針對(duì)影響電力電纜線路正產(chǎn)工作的電磁環(huán)境的相關(guān)原因進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，希望能夠討論得出值得電力系統(tǒng)相關(guān)工作參考的建議。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；電纜線路；電磁環(huán)境；影響因子

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、科技的進(jìn)步，與城市化的不斷推進(jìn)和完善，我國(guó)供電系統(tǒng)的工作量也在日益增多。為使供電系統(tǒng)的工作能夠滿足我國(guó)城市化發(fā)展的需要，電力系統(tǒng)對(duì)輸電線路也在不斷進(jìn)行改進(jìn)。電力電纜線路的應(yīng)用為我國(guó)城市的輸電工作提供了極大的便利，而電力電纜線路也具有對(duì)冷點(diǎn)等自然線路良好的抵抗作用，因此，其使用量也在不斷擴(kuò)張。為了使其優(yōu)勢(shì)得到充分發(fā)揮，在使用過程中，就必須注意對(duì)其影響因素的盡量避免。

1 電力低安浪系統(tǒng)

我國(guó)的電力電纜系統(tǒng)中所選用的電纜通常為具有單芯結(jié)構(gòu)的高壓電纜，通常電纜輸送電壓都在110kV以上。這種電纜主要由金屬電纜芯、絕緣層、波紋鋁保護(hù)套保護(hù)層，以及絕緣外保護(hù)層構(gòu)成。下圖1即為交聯(lián)聚乙烯電纜。電纜中，金屬線芯是起導(dǎo)電作用的主要部分，也完成著傳送電能的大部分工作。而為了保障電能傳送的正常進(jìn)行，需要主絕緣層將金屬線芯與其他線芯相互隔離開來。通常情況下，高壓輸電電纜中，都必須具備金屬保護(hù)層。另外，為了保護(hù)電力電纜的輸電工作不受外界環(huán)境影響，就要求電纜必須具備高質(zhì)量的外絕緣層。

2 影響電力電纜線路電磁環(huán)境的因素

我國(guó)城市中，電力電纜通常以高空架線或埋入地下兩種形式存在。目前，我國(guó)電力系統(tǒng)的相關(guān)研究，已經(jīng)對(duì)架空線路的電磁環(huán)境有了相對(duì)較完善的了解，但對(duì)地面電纜的電磁環(huán)境的印象因子的了解還并不全面。因此，我們將根據(jù)架空線路電纜的電磁環(huán)境影響因子分析方式，對(duì)店面電磁環(huán)境影響因素進(jìn)行分析。

2.1 工頻電場(chǎng)。依據(jù)電纜自身的特點(diǎn)，并對(duì)架空線路與電磁環(huán)境的影響因子進(jìn)行參照，我們可以從工頻的電場(chǎng)與磁場(chǎng)還有無線電干擾、可聽噪聲，來進(jìn)行相關(guān)方面的探討。電力電纜的護(hù)套裝置一般都是一端與地面直接進(jìn)行連接，另一端是在保護(hù)的情況下與地面進(jìn)行連接的。在對(duì)電場(chǎng)的工頻影響進(jìn)行討論時(shí)，可以直接對(duì)接地的封閉導(dǎo)體殼考慮成是內(nèi)部電荷的屏蔽問題。工頻電場(chǎng)周圍的磁場(chǎng)干擾可以直接忽略不計(jì)，由靜電屏蔽原理的可以得出，此時(shí)的電攬外部的電場(chǎng)是不受電纜內(nèi)部電荷的影響的，所以我們就可以得出電纜對(duì)工頻電場(chǎng)的影響非常的小，甚至可以忽略不計(jì)。

2.2 無線電對(duì)架空線路的干擾。無線電對(duì)于架空線的煩擾主要來自于導(dǎo)線、絕緣子、以及線路金具等電暈進(jìn)行放電時(shí)所產(chǎn)生。電暈形成的電流，通過脈沖的方式注入到導(dǎo)線中，并通過導(dǎo)線的往兩側(cè)運(yùn)動(dòng)，因而使得導(dǎo)線的周圍出現(xiàn)磁場(chǎng)，也就是無線電干擾場(chǎng)。這對(duì)于電力電纜來說，電纜芯與電纜護(hù)套的尺寸一般情況下都比較大，而線芯的周圍是高強(qiáng)度的絕緣材料，在電線與電纜正常的運(yùn)行的情況下，芯線的周圍的磁場(chǎng)強(qiáng)度較小，一般不會(huì)將絕緣的保護(hù)層給擊穿，也就不會(huì)產(chǎn)生過電暈，所以這種情況下也可以不考慮電力電纜的無線電干擾。

2.3 噪聲。噪聲會(huì)對(duì)人們的生活產(chǎn)生負(fù)面影響，甚至損害人類的身體健康。同樣，可聽見的噪聲也會(huì)對(duì)電磁場(chǎng)產(chǎn)生影響。由于噪聲的電暈影響作用，會(huì)對(duì)電力電纜的正常工作產(chǎn)生干擾。這也將會(huì)對(duì)電纜周圍的電磁環(huán)境產(chǎn)生不利影響。

2.4 工頻磁場(chǎng)的影響。由于我國(guó)采用的高壓電纜系統(tǒng)多為單芯結(jié)構(gòu)，電纜中輸送的電力會(huì)對(duì)工頻磁場(chǎng)產(chǎn)生干擾。電力電纜中，采用的接地金屬保護(hù)套會(huì)影響工頻磁場(chǎng)。因此我們認(rèn)為，工頻磁場(chǎng)會(huì)對(duì)電力電纜系統(tǒng)的電磁環(huán)境產(chǎn)生影響。

3 電力電纜的工頻磁場(chǎng)特性

3.1 單芯電纜的載流細(xì)線磁場(chǎng)模型

一般情況下，最常見的額定電壓為220kV的單芯電纜所采用的材料都是XLPE具有絕緣作用的銅芯電纜，這種結(jié)構(gòu)的電纜的導(dǎo)體形式基本都是多線的結(jié)構(gòu)，每根導(dǎo)線的結(jié)構(gòu)形式都是在各自的線層內(nèi)對(duì)電纜軸線進(jìn)行圍繞旋轉(zhuǎn)。所以就可從中得出，每根單根的導(dǎo)線都是呈現(xiàn)螺旋的狀態(tài)，相鄰層中的導(dǎo)體旋轉(zhuǎn)的方向是以相互相反的狀態(tài)進(jìn)行呈現(xiàn)的。這樣獨(dú)特的結(jié)構(gòu)方式可以使電纜的附近有其他載流導(dǎo)體的時(shí)減小鄰近效應(yīng)的影響，所以我們給予這樣的情況，初步可以判定所載電流是以電纜的軸線為中心呈對(duì)稱的方式進(jìn)行排列的。載流細(xì)線產(chǎn)生的磁場(chǎng)可依據(jù)畢奧-沙伐定律計(jì)算。畢奧-沙伐定律的微分形式為：

aR為微元dl到磁場(chǎng)觀測(cè)點(diǎn)方向的單位矢量；ar和aθ分別為電纜軸線到磁場(chǎng)觀測(cè)點(diǎn)的徑向和切向單位矢量；az為電纜軸線方向的單位矢量。

因此，無限長(zhǎng)載流細(xì)線周圍的磁感應(yīng)強(qiáng)度為

由式（3）可見，磁場(chǎng)按觀測(cè)點(diǎn)到磁場(chǎng)源距離的倒數(shù)衰減。依據(jù)矢量疊加原理，n根平行單芯電纜組成的電纜系統(tǒng)在任一觀測(cè)點(diǎn)產(chǎn)生的合成磁感應(yīng)強(qiáng)度為

式中：iI為第i根電纜所載的電流；ir為磁場(chǎng)觀測(cè)點(diǎn)到第i根電纜的軸線的距離；iθ為第i根電纜的軸線到磁場(chǎng)觀測(cè)點(diǎn)的切向單位矢量。

3.2電力電纜線路的工頻磁場(chǎng)控制標(biāo)準(zhǔn)建議。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)HJ/T24-1998《500kV超高壓送變電工程電磁輻射環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》已經(jīng)給出了工頻電場(chǎng)和磁場(chǎng)的人體曝露限值標(biāo)準(zhǔn)?？紤]到架空線路空間磁場(chǎng)的評(píng)價(jià)已有確定的指標(biāo)，即距離地面1.5m處為100μT。電力電纜線路可參照?qǐng)?zhí)行，由于架空線路的工頻磁場(chǎng)越靠近地面處越小，而電力電纜的空間磁場(chǎng)則是越靠近地面處越大。因此，如果從嚴(yán)考慮，可規(guī)定電纜地面0m處的磁感應(yīng)強(qiáng)度限值為100μT，考慮到為了實(shí)際測(cè)量方便，建議地面0.5m處的磁感應(yīng)強(qiáng)度按100μT來控制。

4 電力電纜工頻磁場(chǎng)測(cè)試

4.1 測(cè)量?jī)x器與方法。根據(jù)上述的理論分析，本文對(duì)2條典型的電力電纜線路展榮線和鳳洛線進(jìn)行電磁環(huán)境測(cè)試。試驗(yàn)中，采用HI-3604工頻電磁場(chǎng)儀分別測(cè)量距地面0.5m，1m和1.5m處的工頻電場(chǎng)和工頻磁感應(yīng)強(qiáng)度。

4.2 測(cè)量結(jié)果。展榮線：220kV線路，埋地深度1.5m，額定工作電流1.3kA，實(shí)際運(yùn)行電流390A。測(cè)量時(shí)環(huán)境溫度21℃，濕度62%。鳳洛線：220kV線路，埋地深度1.5m，額定工作電流1.2kA。實(shí)際工作電流360A。測(cè)量時(shí)環(huán)境溫度22℃，濕度68%。

4.3 測(cè)量結(jié)果分析。由測(cè)量結(jié)果可以看出，在遠(yuǎn)離架空線區(qū)域，工頻電場(chǎng)數(shù)值很小，可以認(rèn)為基本為背景值；在靠近架空線路區(qū)域，受架空線路影響，工頻電場(chǎng)數(shù)值略有增大；對(duì)于工頻磁場(chǎng)，所測(cè)值整體水平很小，在電纜接頭處略有增大，距地面0.5m高度工頻磁感應(yīng)強(qiáng)度最大值達(dá)到3.69μT，但其水平也控制在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)曝露限值以下。

結(jié)束語

為保障電力電纜系統(tǒng)的正常運(yùn)行，電纜周圍的電磁環(huán)境必須得到相關(guān)的保障。通過相關(guān)研究，我們可以知道工頻磁場(chǎng)是對(duì)電纜周圍的電磁環(huán)境產(chǎn)生影響的主要因素，這和電路中電流等的排列方式都有著密切的聯(lián)系。為保證電力系統(tǒng)輸電的穩(wěn)定，實(shí)際工作中，最好選用三角形的排列方式，降低對(duì)地面磁場(chǎng)的影響。這樣才能是電磁環(huán)境處于能夠保證電力電纜正常運(yùn)行的狀態(tài)。

參考文獻(xiàn)

[1]徐鵬陽.電力電纜線路的電磁環(huán)境影響因子研究[J].科研，2016（15）：184.

[2]王敬曉.深圳電網(wǎng)高壓輸變電設(shè)備電磁環(huán)境影響的研究[D].深圳：深圳大學(xué)，2015.

[3]陳燕國(guó).分析架空送電線路的電磁環(huán)境及其污染影響[J].大科技，2014（19）.