1、1电场、磁场和电磁场的环境问题摘要：随着经济的不断发展，用电量猛增，输变电工程电磁环境纠纷等问题日益凸显。本文从电磁场的角度进行分析，并对电场、磁场，以及电磁场的特征进行阐述，为分析电磁辐射提供参考依据，在一定程度上，减少不必要的纠纷。 关键词：电场 磁场 电磁场 环境污染 0 引言 近年来，随着我国经济的不断发展，用电需求与日俱增。为了满足市场的用电需求，各种高压输电工程正在建设中。在进行工程建设的同时，由于人们没有掌握相关的电磁知识，并且对电磁辐射缺乏科学的认识，对输变电设备产生的工频电场、磁场存在一定程度的误解，甚至与核辐射相联系。进而造成输变电工程电磁环境引发的问题日益突出，相应的环保
2、纠纷也随之而来。 1 电磁场概述 1.1 静电场和恒定磁场 在电荷周围存在某种人类肉眼看不到的物质，这种物质就是电场。相对于观察者来说，如果电场是静止的，并且随着时间的变化，其电荷所带的电量保持不变，这种电场被称为静电场。通常情况下，根据静止电荷在电场中的的受力情况来反映电场的强弱程度，也就是说，借助一个带电体在电场中的受力来确定电场的性质。场强是表征电场强弱程度的物理量，通常用符号 E 表示，它是一个矢量： 2E（x，y，z）=（1） 式中 f（x，y，z）表示带电体 qt 在点 f（x，y，z）所受的力。 电荷的定向移动形成电流，在电流的周围存在着电场和磁场。随着时间的变化而保持不变的磁场
3、，即为恒定磁场。借助场中运动电荷的受力情况对磁感应强度进行反映，它是一个矢量，用 B 表示。在磁场中引入磁场强度 H，则 B=H （2） 为相对磁导率。在空气中，=0。 1.2 时变电、磁场 所谓时变场是指随时间变化而发生变化的电磁场。电磁场之间的相互关系：电场和磁场是统一的。变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场。电磁感应现象是由法拉第发现的，同时得出电磁感应定律：当穿过导体横截面的磁通量发生变化时，在导体中就会形成感应电流，即 e=（3） 根据变化的电场与变化的磁场之间的转换关系，可知电场和磁场不断向空中传播，进而形成电磁波，如图 1 所示： 2 辐射场分析 2.1 传播能量分析 2.1.
4、1 场量传播特性。标量电位 和向量磁位 A 是表征电场和磁场特性的物理量，经过一系列的验算，得出在场中，在时刻 t，某点 P 的动态位以及此点的场值，决定着前一时刻（t-rv）时波源的情况。电磁波3的波源随着时间作正弦变化，角频率为 ，空间的各场量、动态位也做正弦函数变化，滞后时间为 rv，相位滞后角为 rv=kr。通过分析与计算，在数值上，P 点的动态位与波源所推迟的时间之比，与电磁波从波源传播到 P 点所需要的时间相同。 2.1.2 能量的传播。我们知道，S 作为坡印亭向量，是一个表征功率密度的物理量： S=EH（4） （4）式中物理量 H 和 E 可以根据动态位 A 求得。表达式中各分量
5、 H和 E，分别与 kr、k2r2 和 k3r3 成反比，各项的作用因 kr 不同而有所差异。当距离波源较近时，也就是在 r/2 时，场量中起作用的是（kr）方次较高的那些项。如果忽略（kr）方次较低的项，在似稳场中，各点的坡印亭向量的平均值为零： S=Sdt0（5） 通常情况下，能量可以沿着输电导线的方向进行传播，但是，一，能量在传播的过程中，不可能与输电线路的方向相互脱离；二，能量在输电线路方向上是同步瞬时传输的，并且仅在导线附近传输。场中（kr）方次较低的那些项，在远场条件下起主要作用，并且随着距离的增加磁场强度逐渐衰减，这部分电磁场才是 “辐射场” 。电磁场与波阻之间的关系，如图 2
6、所示： 2.2 相关术语 电磁辐射。通常情况下，随着时间的变化，电流或电荷发生变化，并且一部分电磁能量进入附近的空间，人们将这种现象4称电磁辐射。关于电磁辐射的含义，在电磁兼容术语 （GB 4365-2003）中有两种解释，一种是能量由源通过电磁波的形式发射到空间；另外一种是能量通过电磁波形式在空间进行传播。另外，在电磁辐射环境保护管理办法中，也有关于电磁辐射的介绍，其中，对电磁辐射的定义为：通过电磁波的形式向空间传播能量流，这种辐射仅限于信息传递过程中发射的电磁波，工业、科学、医疗应用中的电磁辐射，以及高压送变电中产生的电磁辐射等非电离辐射。电离辐射与非电离辐射。电子与原子在强大能量的作用下
7、彼此相互分离，同时产生相应的辐射，这种辐射称为电离辐射。通常情况下，一些不稳定的原子形成辐射，通过核释放出次级和高能光量子，这些不稳定的原子进而变得更加的稳定。例如，自然界中存在的镭、氡、铀、钍等天然放射性物质， 和 射线是主要的辐射产物，其中，原子核的外层电子引起的辐射形成 x 射线。如图 3 所示，在电磁波谱中，一些电磁波的波长大于 100nm，受这些电磁波能量相对比较低的影响和制约，这些电磁波不能引发水和组织电离，人们将这种辐射称为非电离辐射。光和电磁辐射是非电离辐射的主要形式。 3 输变电设施产生的工频电场和磁场 根据波长公式：=C/f，式中，波长，C光速，值为300000km/s，f
8、工频值为 50Hz，通过计算求得 为 6000km。根据输变电设施的规格以及人与输变电设施之间的距离，通常按照近电场的处理方式对输变电设施产生的电场和磁场进行处理。 3.1 工频电场 由输变电设施产生的工频电场，其特点主要表现在以5下两个方面：一方面电场强度随着离开导线距离的增大逐渐变弱，同时，电场强度在距地面 2m 的空间内几乎是均匀的；另一方面树木、房屋等会屏蔽工频电场，进而降低电场的强度。 3.2 工频磁场 由输变电设施产生的工频磁场，其特点也表现在两个方面：一方面随着导线用电负荷的变化，导致线路中的电流发生变化，进而引发工频磁场的变化，如图 4 所示；另一方面随着输电线路距离的增加，磁场强度明显地下降。同电场强度相比，磁场强度的下降速度更快。 4 结束语 从宏观上说，电磁场与电磁两者在辐射方面是相同的。从影响环境的角度来说，需要明确两者的概念，避免与“核辐射”相联系造成恐慌。参考文献： 1冯慈璋.电磁场（电磁原理）M.北京：人民教育出版社，1979. 2国际大电网会议第 36.01 工作组.邵方殷译.输电系统产生的电场和磁场现象实用计算导则M.北京：水利电力出版社，1984. 3GB4365-2003.电磁兼容术语S.
