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关键词 输变电工程 电磁辐射 环境保护
前言
随着城市的现代化建设和人民生活水平的日益提高,大量的110kV及220kV电压等级变电站逐渐深入到城区,高压变电站邻近居民区及城市公共设施,不断地引发关于电磁辐射问题的种种争议。由于对电磁辐射污染的知识普及不够,群众对其缺乏全面的认识,出现对电磁辐射污染过度恐慌,给项目建设及国家经济造成巨大的损失。因此,了解和掌握不同电压等级的高压变电站和输电线路运行中实际电磁辐射污染的程度和范围,提出有效的控制措施,降低辐射污染,对搞好高压输变电工程的环境保护工作十分重要。以下通过对承德地区部分110kV输变电工程电磁辐射的实际测量,研究和讨论110kV输变电工程产生的电磁辐射对环境的影响。
1 电磁辐射的产生
1.1高压变电站
变电站内高压设备的上层有互相交叉的带电导线,下层有各种形状高压带电的电气设备以及设备连接导线,电极形状复杂,数量很多,在它们周围空间形成了一个比较复杂的高交变工频电磁场。这种高电场的影响之一是对周围地区产生静电感应,即变电站周围存在一定的电磁辐射场。变电站布局和周围环境协调不妥时,将会对其周围环境产生一定的电磁辐射。
1.2高压输电线路
高压输电线路工作时,其电压等级较高,相对地面将产生一定的静电感应,即产生一个交变电磁辐射场。
过量的辐射照射会对人的中枢神经、末稍神经系统、心脏血管系统、肌肉组织和其他器官产生直接的影响。变电站高压构架及输电导线离地面的高度越大,相当于带电体离地面越远,则它在地面附近产生的电场强度就越小。因此,变电站高压构架附近和输电线路导线下方场强具有最大值,且随着距离加大,场强很快减小。由于导线弧垂影响,相应的最大场强影响区域位于档距中央,而最小场强影响区域在靠杆塔处,因为此处导线悬挂高度较高,且杆塔自身也有一定的屏蔽作用。
2 电磁辐射的生态效应
电磁辐射是以电磁波形式通过空间传播的能量流,在人们日常的生存空间,电磁辐射无处不在。除太阳、雷电等自然因数外,交变电流的存在产生交变磁场,交变磁场反过来又会产生交变电场,因此只要有电流存在就一定会产生电磁波,也就一定会有电磁辐射存在。而在输变电系统中,电磁辐射源主要是高压输电线路和高压电力设备等产生的工频电磁波和少量因高次谐波引起的高频电磁波。
电磁波对于人类的影响可分为热效应和非热效应(人体电磁场与外部电磁场的祸合)。人体的器官和组织均为具有一定的电容和电导的电介质或导体及半导体,当人体处于外界电磁场中,会在体内感应出电荷,并产生一定的电流密度。在不同电磁频率下人体各部分的电容和电导率各不相同,所产生的感应电流也不尽相同。高频电磁场在生物组织中最易产生感应电流,电磁能转化为作用于人体的热量,由此产生的热效应将引起中枢神经和植物神经系统的机能障碍。当生物体热效应达到一定程度时可以令生物组织受到损伤,并且与外界电磁场的祸合作用也将改变人体正常的电特性,对人体健康产生影响。
3 电磁辐射水平的测量
根据输变电过程交变电磁场的特点,在正常运行工况下,选择测量工频未畸变电场强度和工频磁场强度。
3.1测量仪器
选用美国产H13604型工频电磁场计作为测量仪器。
3.2测量布点与方法
变电站及输电线路测量方法与布点均参照HJ/T 241998《500 kv超高压送变电工程电磁辐射环境影响评价技术规范》进行,并根据现场情况做部分调整。
测试路径的选择标准为:地形平坦、附近没有高大构筑物和树木。各变电站均在变电站高压构架处围墙外垂直方向(避开高压进线),测点间距为5m,测至本底处。110kV线路测量点选择在上板城变电所进线第5~6塔档距中央导线弧垂最大处线路中心的地面投影为测试原点,沿垂直于线路方向进行,测点间距为5m,顺序测到本底处。
4 测量结果分析
110 kV变电站
4.1工频电场
通过对3个110kV变电站的工频电场分析,最大值分别为124.2、20.6、17.3Wm,出现在距围墙0、0、20m处。110kV变电站的工频电场随距离增加,测值逐渐降低。
4.2工频磁场
110kv变电站工频磁场垂直分量最大值出现在距围墙0m处,为27.2nT,水平分量最大值出现在距围墙5m和15m处,为14.4nT。其余随着距离的增加,垂直磁场呈逐渐降低趋势,水平磁场强度变化不明显。
5 影响及对策
从测量结果可以得出,110kV变电站和输电线路附近地面环境的工频感应电磁辐射强度相对较低,周围环境电磁辐射水平符合HJ/T 241998《500kV超高压送变电工程电磁辐射环境影响评价技术规范》中4000V/m居民区工频电场评价标准和对公众全天辐射时的工频限值100μT磁感应强度的评价标准。人们在110kv变电站围墙外和输电线路附近下方接触金属时亦没有明显的麻电感和电击痛感。但110kV输变电工程设计和建设运行中,预防电磁辐射污染仍是不可忽略的问题,应确保把电磁辐射降低到尽可能低的水平,确保公众不受辐射影响。在变电站和线路选址时尽量远离敏感区,设计中尽量减少分相设备的使用,多采用三相设备、线路架设方式,最大可能采用倒三角形和三角形架线方式,充分利用三相电的特性,将其各相产生的电磁场相抵消,以降低总辐射水平;严格按规范设计施工,保证高压构架和线路架设高度,增大与地面距离,降低地面感应辐射强度。
结论
电磁辐射同水、大气等污染一样已成为不可忽视的污染源,同样应引起大家的高度重视。输变电工程设计应充分考虑电磁辐射对环境的影响,应进一步优化设计,采用合理手段屏蔽电磁场,从源头最大程度地减少污染。在正常运行工况下,110kv变电站站界外和输电线路走廊下附近环境工频感应电场强度小于1500Wm,工频感应磁场强度小于100nT,二者均小于相关环境保护评价标准限值。但鉴于辐射污染的特殊性和辐射防护三原则的要求,在此电压等级输变电工程的设计和建设运行中,应确保高压构架和线路架设高度,使站界外和线路走廊附近环境(包括建筑物)感应电磁辐射处于合理的水平,保护环境和公众身体健康。
参考文献:
北京居民郝小乔就有这种担心,她说现在家用电器这么多,电磁辐射会不会很大呢?(图1)
我们天天和电冰箱、微波炉、电磁炉、音响、电脑、手机等各种各样的家用电器打交道,电磁辐射问题的确值得关注。
普通百姓对家用电器的电磁辐射是怎样认识的?调查结果:1、微波炉等大电器辐射高;2、小家电没什么辐射;3、看不见,摸不着,不知如何防范。
针对公众对电磁场是否影响健康的关注,世界卫生组织自1996年始,组织60多个国家及相关国际组织,开展了全球性的“国际电磁场计划”,目前已经完成极低频场的全面健康风险评估。2007年6月正式了《“国际电磁场计划”的评估结论和建议》。这份文件指出,高水平磁场曝露,也就是显著高于一百微特斯拉的磁场强度,会导致对神经和肌肉的刺激,并引起中枢神经系统中神经细胞兴奋性的变化。(图2)
日常生活中,人们接触到的电磁场主要有两种,一种是工频电磁场,即照明和家电所用的频率为五十赫兹的交流电产生的电磁场,测量单位为微特斯拉;第二种是射频电磁场,比如微波炉、手机基站、无线路由器等频率高于一百千赫的电流产生的电磁场,测量单位是微瓦每平方厘米。由于工作频率不同,工频和射频电磁场使用的测量工具也不同,但工作原理都是通过前端的接收电路接收相应的频率,然后将接收到的信号经过放大处理后以指针或者数字的方式显示出来。(图3)(图4)
根据世界卫生组织“国际电磁场计划”的评估结论和建议,欧盟2008年12月1日正式公布最新文件,对家用以及类似用途电器的电磁辐射给出了测量方法和评估标准。比如电视机电磁辐射的测量方法是在屏幕正面50厘米处测得的数据。微波炉的测量方法是微波炉在工作状态下正面30厘米处测得的数据。对于工频电磁场可能对人体造成影响的参考值是100微特斯拉。对于射频电磁场我国的规定标准是40微瓦每平方厘米。(图5)
为了解郝女士家中电磁辐射处于何种水平,对生活到底有没有影响,电磁辐射检测专家,带着专业检测设备到实地进行检测。(图6)
根据专家建议,为准确测定电磁辐射水平,首先在没有开启任何电器的情况下,测定郝女士家中电磁辐射基础值。专业仪器显示的数据最高是0.018微特斯拉。
这是对比实验,检测家用电器工作状态下的电磁辐射水平,首先要测量电器未打开时周围电磁辐射水平的基础值。
其实,电磁辐射在生活中每时每刻都无所不在。有人类活动而产生的,还有自然界本身就存在的。
人类本就生活在电磁辐射环境中。自然界的太阳光本来就是能量巨大的电磁波,只不过在穿越地球大气层时,大多数能量被吸收和消耗而变得柔和,不会对地球上生物造成伤害。雷电也是自然界的电磁辐射之一,它的能量大得惊人。
电场和磁场的交互变化产生电磁波,电磁波向空中发射或者汇聚的现象就是电磁辐射,它是以一种看不见摸不着的特殊形态存在的物质。
在一百九十多年前,英国人迈克尔·法拉第发现,如果电路中有电流通过,它附近的罗盘指针就会发生偏移。之后通过研究发现了电磁感应现象。如今各种用电设备和家用电器越来越多,已经深入到人类生活各个方面。由于所有用电设备在工作时都会产生电磁辐射,人们开始担心这些便捷的家用电器带来的影响。
在郝女士家中,靠近电视屏幕大约10厘米的地方,显示的最高数值是0.113微特斯拉;音响在10厘米距离上测得的数据随着音量的增加,数值从0.037微特斯拉逐渐增加到最大的0.101微特斯拉。
在工作中的微波炉正面1厘米处,测得的数据最高达到了30.11微瓦每平方厘米。
这些电磁辐射对于人体有没有影根据世界卫生组织的研究文件,高水平的电磁辐射会产生生物学效应,换句话说,高水平超标的电磁辐射肯定会影响到人体健康。
用一台电磁能转换为动能的装置演示电磁辐射作用在被辐射体上的情况。其原理是:电磁能越强转换的动能越大,电机轴上的砂轮转速越快。标尺上的游标代表电视机,标尺的刻度代表电视机的数量。火柴代表人体细胞,火柴被砂轮摩擦点着,说明人体细胞受到了伤害。
人体百分之七十以上是水,当人体受到高强度电磁辐射之后,体内的水分子会在电磁辐射能量作用下运动加剧、相互摩擦,从而使体温升高,影响到身体各个器官的正常工作。这就是电磁辐射对生物体的热效应。
演示开始。先放一台电视机。砂轮转动,火柴往上一蹭,砂轮迅速停转,火柴未着。说明电磁辐射非常微弱,动能很小。
把电视机的数量增加到十。砂轮转动,火柴往上一蹭,砂轮缓速停转,火柴未着。说明电磁辐射不强,动能不大。
把电视机的数量增加到一千。砂轮快速启动,转速极快,火柴被砂轮点着。说明电磁辐射较强,已对人体产生伤害。
计算一下,用在郝女士家测得的结果0.113微特斯拉乘以1000是113微特斯拉,也就是说,一千台电视机加起来的辐射量,并且距离它还要只有10厘米,这时辐射强度才达到世界卫生组织公布的电磁辐射危害标准。
一般情况下电磁辐射不易达到标准,并且随着距离的增加,电磁辐射还急速下降。
在距离电视机屏幕50厘米的地方,仪器显示的数值迅速降低到0.021微特斯拉,与先前测量的基础辐射值基本相同,也就是说在距离电视机两米以外的沙发上看电视,不会受到来自电视机的电磁辐射影响。
对工作中的微波炉,在1厘米处测得的数据高达30.09微瓦每平方厘米,在50厘米的地方,这个数值迅速降低到0.409微瓦每平方厘米,在1米的距离上,已经检测不到。
实验充分说明家电的电磁辐射强度随着距离的增加而迅速下降。这就给人们提供了一个防范家电电磁辐射的重要方法,那就是保持足够的距离。距离家电一米以上属于非常安全的距离。
距离不但能产生美,还能产生安全。但有一些电器,你不得不和它保持亲密接触。如电吹风,剃须刀、电热毯,还有手机。
手机在通话时的辐射会比较强,但可以用耳机通话来解决。
体积小,功率也小,电磁辐射是否也就小呢?测试结果让人出乎意料。
剃须刀的功率只有1.5瓦,但经过测量,仪器显示的辐射值最高达到0.195微特斯拉,比距离电视机10厘米处测得的数值将近大了一倍。
电吹风的结果又会怎样呢?背面有电机的地方达到了0.852微特斯拉。即使是出风口2厘米处也高达0.5微特斯拉,但是在距离出风口10厘米处测得的数值迅速下降到0.085微特斯拉。
电热毯在插电情况下,测得数值最高达到0.777微特斯拉。
这些小家电的电磁辐射数值明显高于电视机、音响等大个儿电器,但是仍然远远低于世界卫生组织公布的100微特斯拉的标准。
【关键词】电气设备;电磁辐射;环境影响
1.变电站的电磁污染
现代电力网的电磁效应主要通过电场、磁场和电晕三种形式发生的。
1.1电场特性
载流输电线在周围空间产生电场,有如下特性:①场强度与输电线相对于大地的电压成正比;②场中的导电物体(建筑物、树林等)会使电场严重畸变,从而产生一定的屏蔽;③三相交流输电排列方式不同,电场强度不同(导线水平排列,场强影响范围最大;正三角排列次之;倒三角排列时最小)。提高输电线架设高度、可减少地面强度。
1.2磁场特性
磁场强度的大小与电流大小有关,与电压无关;50 Hz 或 60 Hz 的磁场能很容易穿透大多数物体(建筑物或人),且不受这些物体的干扰。从理论上讲,由于三相变流输电线中各相电流的有效值相等,相位互差 120°,所以在距输电线较远外产生的磁场相互抵消,近似为零。一般重点研究电场。
1.3电晕特性
当导线表面的电场强度超过空气击穿强度时,就产生电晕放电。这时,导线表面的电场强度一般达到 30kV/cm 以上,只有高压输电线路导线表面才有如此巨大的电场强度,因此,电晕放电多发生在高压输电线路上。电晕放电首先受线路自身状况的影响,例如,电压越高,电晕放电就越强;导线直径越大,电晕放电就越弱;导线表面光洁度越高,放电也就越弱。其次,电晕放电还与环境因素有关,空气污染越严重,电晕放电就越强;相对空气湿度越大,风速越大,电晕放电就越强。在降雨、降雪时,电晕放电加剧。在环境空气质量较差的天气条件恶劣时,电晕放电总是比较强烈。
2.变电站电磁辐射对环境影响的研究
2.1测量方式
监测标准按《辐射环境保护管理导则电磁辐射监测仪器和方法》(H3lT 10.2-1996)执行。在送变电设施正常工作时间内进行测量,每测点连续测5 次,每次测量时间大于 15s,读取稳定状态的最大值。若指针摆动较大,适当延长测量时间。
2.2测量布点
站内布点在主控室操作人员的工作位置,测量部位距地面 1.5m。站外布点在围墙四周 0、10m、20m、30m、40m、50m。测量每个距地面 1.5m 处测点电场强度的垂直分量和磁场强度的垂直分量和水平分量。对评价范围内的环境电磁辐射水平进行定量分析评价,以及电磁辐射防护措施进行论证。对变电站及线路周围的居民区、学校、机关、重要建筑物等环境敏感点,以及变电站内的工作人员进行调查。本次研究监测了深圳南京某 500kV 变电站。
2.3检测结果分析
通过对南京某500kV 变电站环境电磁辐射测量,根据测试结果可以看出,所有测点的磁场强度均能满足标准要求。
2.4变电站电磁辐射影响评价
测量结果反映了被测变电站及线路的电磁辐射现状,包括工程电磁辐射的影响,也包括其他辐射及自然本地的影响。南京某 500kV 变电站,该变电站周围的地形相对较为平坦,排除输电线下方的测量值,墙外10m处测得得最大电场强度为3.91kV/m。50m 范围内均小于 4kV/m,磁场强度最大值为 0.0013mT;电磁场随距离呈下降趋势。变电站的电场强度基本随距离的增加而下降,磁场强度的环境影响甚微。
3.变电站电磁辐射的防护措施
当今,电力网电压等级不断提高,电磁污染潜在危害亦越来越受到重视。高压和超高压电力网的电磁污染防护措施主要有:
3.1对人体影响的减缓措施
为避免电磁辐射对人体的影响,应从输变设计和劳动保护两方面采取措施。例如,提高导线对地的高度,双回路导线逆相布置,高低压导线分层架设等措施,会获得降低地面强度的效果。在运行中对工作人员采取局部屏蔽与限制工作时间等防护措施,以减少电磁辐射对人体的影响。
3.2对通信线路干扰的消除措施
对通信线路的影响有静电感应和电磁应两方面。输电线路正常运行时,在邻近的与其平行的通讯线路产生感应电荷。感应电荷与输电电压成正比,还与通讯线路与输电线路的距离及相互位置有关。同样,输电线路的交变磁场也会在邻近的平行通讯线路上产生互感电压,其大小与电流强度和邻近的平行通信线路的长度成正比。计算与实测表明,在正常情况下距输电线 50m以内,电场影响较大,是干扰正常通讯的主要因素,而磁场影响很小。当间距增大,电场影响显著下降,到 100m 之外时,磁场影响是主要因素。而电场影响可忽略不计。当通讯线上的感应电压超过弱电设备绝缘的击穿电压时,就可能损害设备和人身安全。
3.3对无线电与电视的干扰
输电线对无线电与电视的干扰主要是指电晕放电引起的干扰。一般在大于 200m 处,干扰电场可以忽略不计。无线电杂音的强度受天气影响较大,一般只在恶劣的天气条件下电网才会对距它很近且信号很弱的无线电与电视产生干扰。为了避免架空电力线对通信线的干扰,设计时应从导线选择和连接等方面考虑,无论是单导线还是分裂导线,均应使导线半径或等值半径等于或大于引起电晕的半径。
4.结论
从变电站周围的电磁场强度的分布来看,变电站所处地形大多为坡地。地处城区的变电站周围人口密集,高大建筑物参差不齐,地面场强分布不均匀,但从规律上看,场强随远离变电站的距离增加呈下降趋势。在线监测说明超高压变电站设施在正常运行时,周围无进出线区域的电磁辐射小于环保评价标准,不会对操作人员和公众的健康造成危害。在有线路进出较多的区域,其下方受高压输电线的影响,电场强度有超标现象,但超标点周围无人员居住。
【参考文献】
[1]郭伟强.当前电力规划工作的思考[J].农村电气化,2001,(1):ll-12.
关键词:移动通信基站;电磁辐射
中图分类号:X591 文献标识码:A
电磁辐射早在1969年就被联合国列为必须严格控制的现代公害之一。随着21世纪的到来,电磁波被广泛应用于工业、科研、医疗、通信、广播等领域。一种无形的环境污染电磁辐射对环境造成的污染变得日益严重。当电荷、电流随时间变化时,在其周围就产生电磁波,在电磁波向外传播的过程中会有电磁能输送出去,能量以电磁波的形式通过空间传播的现象称为电磁辐射[1]。其来源途径分为天然型和人工型两大类。随着大量电视发射塔,移动通信基站等产生电磁辐射的设备越来越多,这些设备虽对人类的生活和发展起到了重要作用,但也造成环境中电磁能量密度增大,频谱增宽,无线电噪声水平增高。
目前,移动通信网影响面最广的是移动电话网。由于各无线电通信网覆盖的面积增大,造成了各基站发射机设备功率增大,基站数目也相距增多。为了提高通信质量,市区内高层建筑上基站台越建越多。移动电话基站天线的高度,也因为蜂窝网不断分裂,蜂窝变小,天线高度也在降低。以锦州市的移动通信基站为研究对象,对其产生的电磁辐射进行科学、公正的论证。
1 移动通信基站概况
移动通信基站由室内与室外两部分组成。室内部分有基站控制器、收发射机、功率放大器、合路器、耦合器、双工器及馈线等信号收发设备、电源柜、空调器及备用电源等辅助设备所组成。这些设备都采取了严密的屏蔽措施,不会对周边环境产生电磁波漏泄,实测结果很小。室外部分有馈线和收发天线等。天线类型可收发3个板状天线,安装天线的支架高为4m,天线离地高度为25~30m。基站运行时,其发射天线向周围发射电磁波,使天线周围环境功率密度增高。
2 锦州市发射基站在市区的分布状况
基站主要分布在居民区,学校,火车站、商业区等人口密集和人流量大的地区。架设方式为楼顶竖立发射铁塔和利用建筑物自身高度直接设立发射天线。市区中2个发射基站的距离一般在500m左右,有的采用3个面板发射天线对360?空间立体发射。
3 测量结果及数据分析
以发射天线为中心经过现场测量,选择几组具有代表性的基站,测量仪器为PMM8053A电磁场测量系统,以辐射功率密度表示,测量结果如表1、表2。
由上表可看出:市区基站天线塔基地面半径20m以内辐射功率值为0.015~0.059μW/cm2;半径20~100m为0.020~0.097μW/cm2;半径100m以外为0.010~0.034μW/cm2。市区基站对建筑物的辐射功率值为0.057~0.34μW/cm2。根据《电磁辐射防护规定》(GB8702-88),对于基站的发射频率公众照射限值为:环境电磁辐射功率密度在任意连续6min内的平均值应小于0.4W/m2。即所有测量值均小于国家最低限值。
4 发射基站电磁波的形态与对环境的影响
电磁波在环境空间中有阴影效应、叠加现象及快速衰落现象[2]。电磁波遇到高大障碍物的阻挡,会造成此障碍物以下无电磁信号,即常称的“盲点”。电磁波在空间传播的过程中会在某处和其他电磁设备产生多频信号叠加,即所说的“干扰”。当天线高度越高和下倾角越小,最大值点离基站的水平距离越大,反之越小。电磁辐射对人体健康的影响主要是躯体热效应和神经效应。
5 减少发射基站电磁辐射污染的有效措施
5.1 合理选址
在移动通信基站选址时,尽可能使其主射束方向避开居民楼,办公楼等。
5.2 增加发射天线的高度
增加发射天线的高度,在保证正常通信的情况下,尽可能减少发射功率和天线增益,使电磁辐射降低到最小。
5.3 改变发射天线的下倾角
改变发射天线的下倾角,可以降低地面上的电磁辐射水平。
5.4 大面积种植树木
在天线周围或电磁场区,大面积种植树木,增加电磁波在媒介中的传播衰减,防止人体受到辐射。
5.5 电磁场场强的房间尽量不用作生活用房
在中波发射天线周围电磁场场强大约为10V/m,短波场源周围电磁场场强大约为4V/m的范围内的房间尽量不用作生活用房。
6 结语
高强度的电磁场是一重要的环境污染要素,而电磁波是能量流污染,看不到、听不到、嗅不着、摸不着,但却充满了环境空间。所以,我们要加强相应的科学管理,将其负面效应控制在最小的影响程度。锦州市区数字蜂窝通信系统发射基站产生的电磁辐射低于国家标准限值,不会对其周围环境造成电磁辐射污染,也不会给人体造成不良影响。
参考文献
[1] 赵家升,杨显清,王园等.电磁场与波[M].成都,电子科技大学出版社,1997.
【关键词】城市 电磁辐射 污染问题 防治对策
随着城市化进程的加快和现代电磁技术,各种频率的广泛应用城市空域电磁相互作用。公共建筑和甚至住宅,包括每个人类居住的地方受到了电磁辐射的侵扰。目前,大多数城市电磁辐射环境质量量总体上是好的,但超短波和微波辐射到周围的环境造成一定的污染,电磁辐射水平接近上限,甚至社区综合功率密度值出现严重超标过的个别现象。
1 城市的电磁辐射源
电磁辐射被分为天然存在和人为产生两个类别。超标的自然和人为电磁波辐射会导致电磁辐射污染。在一般情况下,城市污染主要是指人为的电磁辐射污染,根据电磁的大小波频率,人为电磁辐射可分为工频辐射和射频辐射,射频电磁辐射释放和比较宽谱的电磁辐射,影响范围也大。在城市中,人们常说的电磁辐射污染常常是指由人为污染的电磁辐射,由于不一致频率的电磁波,电磁辐射的人可分为两种辐射源,射频和工频。射频辐射的一个更大的范围内的电磁辐射源,所述电磁波谱由广泛,高频发射。在城市,各种电磁发射系统,工频辐射系统,利用电磁能量的工业,科学,医疗设备,甚至包括一些设备,都是潜在的城市污染或电磁辐射源。
从表1可以看出,对干城市来说,电磁辐射污染源的分布广泛、品种多,与人们的日常生活息息相关,移动通信、卫星通信、雷达等,在电磁辐射水平上作出了不小的贡献,而对于我们经常所处的室内空间来说,室内线路的布置、所使用的电子设备等,都是我们电磁辐射污染的来源。
2 城市电磁辐射污染现状
2.1 城市电磁辐射纠纷逐渐增多
随着安全意识,人们辐射防护意识也越来越强,电磁辐射对生活和周边环境存在严重的影响,引起了人们的重视。因此,关于电磁辐射污染引起的纠纷呈现出上升趋势,其中包括:高压输电建立在居住拥挤的地方,移动通信基站建设中的社区,电磁辐射污染造成的人身伤害等。所有这些情况,使电磁辐射污染纠纷越来越多。
2.2 电磁辐射源离居民的活动距离越来越近
在城市建设,发展和建设的速度不断加快,和电磁辐射设施是分不开的,电磁辐射设施和人的关系越来越密切。例如,广播电视,建在城市的无线通信,使社区辐射强度增加。城市电网建设项目的建设,特高压输变电设备接近住宅区,电压增加,由危害人们的身体健康。不仅如此,高层建筑的卫星天线,高层建筑还会产生电磁污染;此外,电磁噪声对人体的健康有着很大的影响。
2.3 城市电磁辐射设施的逐渐增加环境的敏感性
电磁辐射设施的城市和广播通讯技术的发展,缩短与市民的距离,电磁辐射的敏感性变得增强。主要表现为:城市扩张使得一些广播电视和无线电通信发射台逐渐新城被住宅区包围,引起局部生活辐射强度高;城市用电需求的增加和电网改造工程的实施,使大量的高压输变电设施纳入城市地区,电压等级不断升高,产生高频电磁场可能会对公众健康产生不利影响,除了其产生的噪声可能与广播和无线电通讯造成干扰;通信技术的发展使得通信基站被居民区所包围,虽然单个基站的功率小,但它将使这个城市有很多通信基站电磁领空的增长,此外,一些高层建筑建在微波定向天线卫星天线等的顶部,很容易导致电磁污染的高层建筑;城市交通交通要道的电磁噪声的快速发展不断增加,交通路口在高峰时段的交通,电磁噪声值可达40―50dBμv/m。
3 对策与建议
(1)进一步完善城市电磁辐射管理的法律制度。为规范电磁辐射设施的辐射水平,提高电磁辐射环境监管能力,并为解决电磁纠纷提供标准数据支持,应加快出台统一的电磁辐射防护国家标准。该标准应根据电磁辐射的危害性,并借鉴国外标准限值,在总结电磁辐射设施的辐射水平及我国城市电磁辐射环境质量现状及发展趋势的基础上,同时,还应出台相关电磁辐射安全管理导则,明确主要辐射设施的建造使用规范,管理要求,环境影响评价范围等内容。(2)加强电磁辐射环境管理。为保护环境安全和公众健康,促进各类电磁辐射设施的规范”有序发展,需切实加强对电磁辐射环境的管理。首先要严格执行国家相关法律法规及技术标准规范,落实电磁辐射设施环境影响评价制度、审批制度、“三同时”制度、监测制度、公众参与制度等。其次要明确城市空域电磁波发展规划,并将其纳人城市建设总体规划,合理布局电磁发射设备,防止造成城市空域局部电磁污染,实施区域电磁辐射环境容量控制措施,对可能造成周边辐射环境污染的中短波发射台实施异地搬迁,对微波天线等辐射源周围的建筑物高度予以限制,控制室内微蜂窝基站天线的悬挂高度及影响半径。
参考文献:
【关键词】电磁辐射 移动通信 基站 安全距离
1 引言
近几年来,某些区域移动网络信号差成为用户投诉的焦点,可一旦运营商去这些区域增设移动通信基站,却又遭到用户集体反对。投诉多和建站难成为困扰电信运营商的两难问题,电信运营商的通信保障能力正因基站建设难而下降。以上海移动为例,10年来手机用户增长了10倍,话务量猛增了300%,但是移动基站数在内环线范围只增加了10%左右。从2008年1月到2009年5月底,上海移动一共有177座基站因各种原因被迫关闭。造成这个两难问题的原因之一是公众对基站电磁辐射的恐惧。
随着3G网络的建设,更多的移动通信基站将架设在人口密集的城市上空。为了科学认识移动基站的电磁辐射,消除公众对基站的不安,有必要对基站电磁辐射及其对环境的影响进行研究和分析。
2 移动通信基站的电磁辐射
电磁辐射,是指能量以电磁波的形式在空间传播的现象。基站电磁辐射一般是指室外部分的电磁辐射,室外部分主要由馈线(传输线)和天线组成。基站运行时,其发射天线将馈线中的高频电磁能转化成为自由空间的电磁波,电磁波承载着能量向周围空间传播,形成电磁辐射。
图1是移动通信基站天线辐射电磁波的基本原理图,导线载有交变电流时,就可以形成电磁波的辐射,辐射能力与导线形状和长短有关。如果两导线的距离很近,那么导线所产生的感应电动势几乎可以抵消,因而辐射很微弱;将两导线逐渐张开,导线所产生的感应电动势叠加,辐射随之逐渐增强,直至两导线电流方向一致时达到最强。当导线的长度远小于波长时,导线的电流很小,辐射很微弱;当导线的长度等于1/4波长时,辐射最强,称为半波对称振子。实际的天线是由振子叠放而成的。
移动通信基站天线按照方向性可以分为全向天线和定向天线。方向性反映天线向一定方向辐射或接收电磁波的能力,天线方向性的获得,是通过天线内部加反射板或振子叠放而实现的。基站天线方向性的选择可以满足不同区域的电磁辐射的需要,例如乡村大区制的站型选用全向天线,而城区小区制的站型选用定向天线。
作为移动通信系统的重要组成部分,基站天线在提高移动通信网络覆盖范围和网络营运指标中起着重要作用,同时带来的问题是公众对基站电磁辐射的不安与恐惧。
3电磁辐射与健康及电磁辐射标准
电磁辐射是能量流,虽然看不见、听不到、闻不着,但是电磁辐射可能引起装置、设备、系统性能降低,还可能对有生命或无生命的物质产生损害,这就是电磁辐射污染。
当人体暴露在电磁波环境中,不同波段的电磁波会对人体产生不同的生物效应,可能会导致细胞损伤、变异或死亡。此外,人体的器官和组织存在微弱的电磁场,它们是稳定而有序的,如果受到外界电磁波的干扰就会遭到破坏,人体正常循环机能随之遭到一定程度的损伤,长期接受电磁辐射会造成人体免疫力下降、新陈代谢紊乱、记忆力减退、提前衰老、心率失常、视力下降、听力下降、血压异常、皮肤产生斑痘等[1],公众由此产生对电磁辐射的恐惧。
第5届电磁辐射与健康国际研讨会(2009,杭州)的会议报告指出,低强度电磁波的生物学效应及其作用机制至今还是一个困扰学术界的充满争议的问题,各国电磁辐射的卫生学标准还存在着甚至上百倍的差异。对照一些组织和国家的公众照射限值[2,3],发现我国的标准更严格、更安全可靠。例如,在900MHz移动通信频段,中国环保局制定的公众照射限值(功率密度)是40μw/cm2,而欧洲电子技术标准委员会制定的公众照射限值是450μw/cm2。国内目前使用的相关标准主要有:《电磁辐射防护规定》(GB8702-88)、《环境电磁波卫生标准》(GB9175-88)和《辐射环境保护管理导则-电磁辐射监测仪器和方法》(H J/T10.2-1996)。
4 移动通信基站电磁辐射对环境的影响因素
移动通信基站电磁辐射对环境的影响因素很复杂,包括天线性能、高度、距离、角度、环境背景、基站形状、话务状况等等。
为了分析移动通信基站对居民生活环境产生的电磁辐射污染状况,胡冀等通过比较测量,得出的结论是[4]:电磁暴露小区的电磁辐射强度明显高于对照小区,但平均值都在GB9175-88的一级安全范围内(10μw/cm2);安装铝合金防盗网具有良好的电磁场屏蔽作用;同时建有两个通信基站的小区,两者所产生的电磁辐射在某一区域范围可产生电磁场叠加现象,使辐射强度增加;个别与基站天线距离较近(小于20m)、窗户与基站天线处于同一水平位置和与基站天线主瓣方向一致的居室内,电磁辐射功率密度远远超出一级安全范围,可达到20.44μw/cm2,但也在GB9175-88的二级中间区容许范围内(40μw/cm2)。
此外研究还发现,天线主瓣方向区域电磁辐射不一定较高,副瓣方向区域电磁辐射也不一定较低。这其实并没有与理论相违背,因为环境地形、地貌、建筑物钢筋水泥结构、空中架设的电线等等,都将对电磁波产生反射、绕射、折射、散射和吸收,从而使得电磁辐射强度的分布复杂化。
通过物理学的观点分析,基站发射电磁波的功率密度随距离的增大而减小,而事实并非如此,在近距离范围(30m内),由于上述环境地形等因素的影响,电磁波的功率密度随距离的变化规律很复杂,往往在某处达到最高值。以某移动基站为例[5],在不同时间对距离与功率密度的关系进行测量分析,关系曲线如图2所示。对特定基站而言,在某一固定距离处,功率密度还与时间有关,也即与话务量有关,如图3所示,凌晨话务量低,功率密度也低,功率密度整体上随话务量的增加而增加。
5 移动通信基站安全距离的理论计算方法[6~8]
由于移动通信基站发射电磁波的功率密度分布不仅与基站性能指标有关,还与周边环境、话务量因素等有关,因此,移动通信基站安全距离的计算一直是个复杂的问题。下面根据国家环保局的H J/T10.2-1996中关于微波远场轴向功率密度计算公式进行理论分析,这个计算公式的表达式为:
(1)
式中,Pd(μw/cm2)为离基站天线水平距离为d处的电磁波功率密度,d(m)为离基站天线的水平距离,P(w)为机顶发射功率,G(倍数)为天线最大辐射方向的增益。
下面分析计算方法。图4所示的一种基站天馈线系统,基站设备上每一块载频插板连接一根载频输出线,每根载频输出线含有两个频点,每个频点有其固有的发射功率。载频输出馈线在需要耦合器时存在,耦合器的作用是将多个频点的电磁波信号合到一根天线馈线上发送,具有一定的功率损耗。天线馈线一般比较长,也有一定的功率损耗,还需考虑避雷针和馈线接头等带来的损耗。天线向空间发射电磁波,天线的增益越大,发射电磁波的功率越强。
如前所述,每根载频输出线含有两个频点,A点处的信号功率为每个频点固有功率的2倍,两根载频馈线的信号耦合到B点,耦合后的功率大小需考虑耦合器的损耗,两个耦合器输出的总信号经过天线馈线后将再次损耗。也即,载频输出信号在C点的总功率应考虑到耦合器与天线馈线的两次损耗,式(1)中机顶发射功率P应为损耗后的功率。
根据H J/T10.2-1996中电磁辐射环境影响评价方法与标准,对单个项目的影响必须限制在《电磁辐射防护规定》(GB8702-88)公众照射导出限值的若干分之一。在评价时,对于由国家环境保护局负责审批的大型项目可取GB8702-88中功率密度限值的1/2;其他项目则取功率密度限制值的1/5作为评价标准,即移动通讯基站的功率密度限值应是8μw/cm2,即式(1)中Pd=8μw/cm2,这样就可根据式(1)计算基站最大辐射方向上的安全距离了。
应该指出,假如偏离最大辐射方向,天线增益将急剧下降,保护距离随之急剧减小。假如有建筑物阻隔,电磁波穿过一般砖墙要衰减6dB左右(为原来功率的1/4),而穿过带钢筋的墙要衰减20dB(为原来功率的1/100);城市市区建筑物密集,安全距离应比理论计算值小很多。此外,由于基站设备容量足够,加上GSM系统有功率控制和非连续发射功能,天线全方位全功率发射电磁波的可能性几乎是没有的,也即实际的天线辐射功率要小很多,实际的安全距离远小于理论计算值,公众不必对基站产生恐惧。
6 结束语
一方面,政府、企业和公众应该对电磁辐射产生的环境影响引起足够的重视;另一方面,媒体应该积极做好宣传教育工作,消除公众对电磁辐射的恐惧心理,使公众合理科学地面对移动通信基站的电磁辐射;此外,专业技术人员应加快新技术研发,设计出更高标准的天线发射系统,最大限度降低电磁辐射污染。
为了消除公众的不安,创建和谐城市生活环境,上海的做法值得借鉴,改“事后配套”为“事前介入”,基站选址遵循“政府大楼、企事业单位办公大楼、公建配套设施、住宅建筑”的先后顺序,将移动通信基站建设纳入城市基础设施建设和住宅建设的总体规划中。
参考文献
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【作者简介】
摘要:电磁辐射;危害;防护
1 电磁辐射及其污染
1.1 电磁辐射的定义电磁辐射的定义
一般情况下,电磁辐射通常是指被定义为能量以电磁波的形式通过空间传播的现象。
。电磁波有不同频率,可以按照频率分类,从低频率到高频率,包括有无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线等。
电磁波传播的能量量子即光子的能量与电磁波的频率成正比,γ射线、X射线频率很高,其光子能量也很高,与物质相互作用时能够使原子电离,对人类健康和环境影响主要是以电离辐射的形式。所以将γ射线、X射线归类到核辐射(电离辐射),我们通常所说的电磁辐射应当是指可见光频段及以下的电磁波,与物质相互作用时不能够直接使物质发生电离。
《电磁辐射防护规定》(GB 8702-88)中规定的适用频率范围为100kHz~300GHz。国标《电磁兼容术语》GBT4365中也注释“也可将电磁感应引申包括在电磁辐射中”,所以在环境保护中有时也将高压输变电产生等电磁环境污染也纳入电磁辐射中,但其本质上并不是能量以已电磁波形式传播的电磁辐射环境。
1.2 电磁辐射辐射污染
电磁辐射污染是指电磁场的能量流或电磁场强度超过国家规定的电磁环境质量标准,并影响他人健康或干扰他人正常生活、工作的现象。并非所有的电磁辐射对人类都是有害的。电磁辐射对人类生存所必须的,如太阳光。电磁辐射来源主要有两种,一种是自然本底电磁辐射,另一种是人类活动产生的电磁辐射。电磁辐射防护主要是防止防护因人类活动产生的电磁辐射污染的危害。
1.3 电磁辐射危害
电磁辐射对人的健康的危害主要有以下3种:
(1)对生物的热效应危害
主要是对生命体的蛋白质和水分子等电解质在变化的电磁场随变化的电磁场组织振动产生热量,原理与微波炉加热一样。对热效应的科学研究已经取得定量结果。
(2)对生物的非热效应危害。
如对神经系统、生殖系统的影响等。对非热效应的研究目前还只是定性的结果。
(3)对电子电器设备的干扰、损坏。
对于50Hz的工频高压输变电系统,能量要以电磁波形式以光速传播,其波长将达到几千公里,远超过一般的输变电线路长度,难以形成有效的辐射系统,所以其电磁环境影响主要不是电磁辐射,而是高压准静电场和磁场以及放电产生的无线电干扰。我国《电磁辐射环境保护管理办法》不将电压在100千伏以下的送、变电系统和电流100安培以下的工频系统列入电磁辐射建设项目和设备名录。
1.4常见电磁辐射源
(1)(1)日常生活中的电磁辐射
存在电场、磁场变化的系统都会产生电磁辐射。家庭日常生活中接触的常用家用电器,其电源频率为50Hz,除了专门产生电磁辐射或者以电磁辐射为工作机理的电器设备外,其他设备产生的对人体有害的电磁辐射是可以忽略的。日常家庭生活接触到的电磁辐射源主要任何电器只要通上电流就有电磁辐射,大到空调、电视机、电脑、为微波炉、加湿器,小到吹风机、手机、无线网络系统等,像空调、电风扇等设备是不会产生对人体有害的电磁辐射的、充电器,甚至接线板都会产生电磁辐射,但各种电器产生的辐射量不尽相同。依照《电磁辐射防护规定》(GB8702-88) 等国家标准要求的实测方法,采用EMR-300辐射测量仪,在屏蔽的条件下,检测出被测物品在最大输出功率状态下的电磁辐射量如表1所示。
(2)强主要的电磁辐射系统行业
IT:大量的计算机及网络设备不断的向四周发射大量电磁波;雷达系统;广电:广播、电视台站的微波发射和接受系统大量的产生电磁波塔台;电信:为手机、小灵通及笔记本服务的移动通讯基站等无线通讯系统也会产生强大的电磁辐射;电力:高压输电线路、变电站、发电厂以及其他电力设施周围也会产生强大的电磁辐射;医疗:各种医疗、科研、卫生和工业生产使用的高频、超短波、微波理疗设备,如工业高频感应炉等及各类频谱仪都会产生大量的电磁污染。;交通:民航、铁路以及远洋运输等行业动力设备,信号接收设备也会生产大量的电磁污染;科研:很多实验设备装置在试用过程中会发射能量惊人的电磁波。
2电磁辐射的危害
(1)影响生物组织
扰乱人体的自然生理节律。电磁波可扰乱人体的自然生理节律,引起头痛、失眠、健忘等神经衰弱症状;电磁波还能使人体热调节系统失调,从而导致心率加快、呼吸障碍,对心血管疾病的发生发展起着“推波助澜”的作用。由于电磁波具有穿透力,故不仅作用于体表,还可殃及深层组织和器官,往往人体还未感到体表组织疼痛,深层组织或器官已受到损伤。
干扰生物体的免疫功能。电磁波能干扰生物体的免疫功能,助长癌细胞生长,使癌症发病率增高。研究表明:电磁波与癌症,尤其是脑痛和儿童白血病有一定联系。
影响动物生殖系统的功能。电磁波也能抑制动物生殖细胞的发育,影响其生殖系统的功能。研究表明,功率密度为30~40Mv/cm2的微波照射对小白鼠生殖细胞有明显的破坏作用,发育迟缓,曲细精管的细胞层次减少,发生过程障碍;有研究对视屏作业工人健康状况的调查表明,视屏作业女工月经异常发生率及异常妊娠经过与结局的发生率明显高于对照组,支持视屏作业可影响女工生殖机能的观点。日本曾对电脑操作员作过调查,发现每周在电脑屏幕前工作20h以上的孕妇,比一般孕妇流产率高2倍。
(2)导致人体病变
对眼球晶状体的影响:强功率电平微波照射可导致晶状体蛋白质凝固,形成白内障。对血液生成的影响:表现为白血球总数的波动及淋巴细胞和嗜酸性细胞减少。对内分泌的影响:在性机能上男性表现为阳痿,女性出现月经周期紊乱,其他方面有甲状腺肿大、碘摄取率增高、妇女乳汁分泌机能下降、糖代谢内分泌紊乱等。对免疫力的影响:微波照射抑制了抗体形成甚至球蛋白抗体完全消失,还可以是机体的血清补体率升高和免疫球蛋白含量下降。
对心血管系统的影响:反映在心电图上的一些指标的改变,如心动过缓、心动过速、R波变宽、K值减少、局限性心室传导阻滞增加、血压波动等。
对中枢神经系统的影响:除了改变大脑对体温调节的控制功能外,主要还表现在:头痛、全身无力、易疲劳、睡眠障碍、记忆力减退、易冲动等。
电磁辐射对现代人心理的负面影响:许多作业人员知道自己所处工作环境存在一定程度的电磁辐射,但是不知道实际的辐射水平,产生了心理压抑或者心理恐惧。
3电磁辐射防护
对电磁辐射的防护策略主要有四种:削减电磁辐射发射源强,采取屏蔽措施,远离电磁辐射源,减少接触时间。对不同频段的辐射防护需要采用不同的方法。人类每天都在不断接受大自然背景的电磁辐射,对日常生活中的电磁辐射不必谈辐射变色。目前没有确实的科学研究结果表明
3.1避免电器集中摆放
其实最简单的防辐射方法就是与家用电器、办公设备、移动电话等放射源保持适当距离,不要把家用电器集中摆放形成“大辐射磁场”,同时减少与这些放射源的接触频率。各种家用电器、办公设备、移动电话等都应尽量避免长时间操作,同时尽量避免多种办公和家用电器同时使用。
3.2避免置身电脑背面
电脑的摆放位置很重要。尽量别让屏幕的背面朝着有人的地方,因为电脑辐射最强的是背面,其次为左右两侧,屏幕的正面反而辐射最弱。
3.3 用水吸电磁波
室内要保持良好的工作环境,如舒适的温度、清洁流通的空气等。因为水是吸收电磁波的最好介质,可在电器的周边多放几瓶水。不过,必须是塑料瓶和玻璃瓶的才行,绝对不能用金属杯盛水。
3.4多吃抵御辐射的食品
人们日常应该多吃一些绿色蔬菜。这是因为新鲜蔬菜的碱性成分可使血液呈碱性,溶解沉淀于细胞内的毒素,使之随尿液排泄掉;海带-海带中含有一种海带胶质的物质,可促使侵入人体的放射性物质从肠道排出;猪血-猪血的血浆蛋白丰富,血浆蛋白经消化酶分解后,可与进入人体的粉尘、有害金属微粒发生反应,变成难以溶解的新物质沉淀下来,然后排出体外;绿豆-民间素有“绿豆汤解百毒”之说。现代医学研究证实,绿豆含有帮助排泄体内毒物,加速新陈代谢的物质,可有效抵抗各种形式的污染;黑木耳-黑木耳的最大优势在于可以帮助排出纤维素物质,使这些有害纤维在体内难以立足。
3.5严把采购关
目前,国内对电子产品的辐射有了严格的规定,如强制执行的3C认证就是其中之一,但该标准对于零售的机箱产品是无效的(机箱本身并不是辐射源),而且从实际情况来看,要在电脑等产品设计中完全杜绝辐射是不现实的。因此,我们在购买电器时一定要选择通过质量认证的品牌产品。比如,显示器可以购买通过TCO认证的、机箱选择大品牌厂商的。
3.6使用防辐射装备
现在市场上推出了一些民用防电磁辐射产品,正常人群在普通的家庭和办公场所需要采取特别的电磁辐射防护措施。
对于手机不要长期近距离放在头部接听;对微波炉保持一定距离并关闭微波炉门;无线路由器、无线网卡不使用时关闭。对于普通的无线通信基站,一般不要和基站天线处于同一高度,应当低于基站天线并保持30米以上的距离。如孕妇防辐射服,防辐射马甲、防辐射衬衫、防辐射围裙、防辐射屏、防辐射眼镜等。我们可以根据自己的情况加以选用。如果在强辐射区工作或需要特殊保护的人,就要选择专业防辐射产品来避免电磁辐射。尽管电磁辐射无时不在、无处不在,但只要掌握足够的辐射知识和电器产品的正确使用方法,
我们完全不用为周围的电磁辐射感到恐慌。根据国家环境保护部的《电磁辐射防护规定》,电场强度如果低于每米40伏应该就是安全的。即使超过这个数值也不一定产生危害,这根据个人的抵抗力和接触的时间、距离等情况而定。所以说我们只要正确对待,合理利用,采取适当的屏蔽防护措施,就可以大大降低电磁辐射影响,尽情享受它给我们的生活带来的无限便利。
4结语
随着科学技术的进步,各种产生电磁辐射的设备无线电技术已经被广泛应用于国防、工农业生产、交通运输、通讯、信息产业等各个领域并深入到千家万户,它给人类创造了巨大的物质文明,但同时也把人们带进了一个充满人造电辐射的环境也不可避免的对电磁环境产生一定不利影响。它是续废水、废气、噪声污染之后的又一大影响居民身体健康环境的重要污染但只要科学合理地采取防护措施,电磁辐射的环境影响是可以控制的,是安全的。
参考文献:
【关键词】模拟小信号 电磁兼容 称重系统
电磁兼容性(EMC)是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。因此,EMC包括两个方面的要求:一方面是指设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰不能超过一定的限值;另一方面是指设备对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗扰度,即电磁敏感性[1-2]。
公路用称重设备所使用的电磁环境较为复杂。一方面,设备工作在公路旁要承受各种车辆发出电磁干扰;另一方面,随着车辆的增多车载通讯设备(车载电台、对讲机)日益增多也对称重设备的电磁兼容提出了较高的要求。因此,国家相关管理部门对称重设备也作出了相应的国标要求,即中华人民共和国国家计量检定规程JJG907-2006《动态公路车辆自动衡器》中作出了明确的要求[3],所有销售设备须满足IEC 61000-4中的电磁兼容要求。
1 称重设备原理
称重设备要通过国标的电磁兼容,须从设备的组成入手,了解设备的工作原理、信号传输及易受电磁影响的电路,故须先了解分析各种称重设备的工作原理。
目前市场上在售的公路动态称重设备主要有宽弯板动态秤、窄弯板动态秤、石英动态秤、单台面动态秤、整车式动态秤、双台面动态秤、轴组式动态秤等,虽然各种秤的外观不同,但其称重原理框相同,称重设备的原理框图如图1所示:
图1 称重原理框图
从电压信号传输的角度来分析,压力传感器由电压激励输出电压,最大输出电压值在几十毫伏,且实际应用中压力传感器到信号放大器的距离较远(10米以上),之后经放大传输至AD数字转换器、CPU、显示输出。
2 电磁兼容检测
依据国标JJG907-2006要求称重设备的电磁兼容检测包含短时电源电压降低、电快速瞬变脉冲群、浪涌电压、静电放电、抗电磁场辐射、直流供电的抗干扰 两项检测内容,其中抗电磁场辐射是最难通过的,其余检测项在选择有EC、FC认证的电源基本就可以通过。
抗电磁场辐射试验须在微波暗室进行。微波暗室可隔离外界纷杂的电磁信号,同时可提供单一源的、指定频率的电磁辐射。微波暗室,为了检测产品的电磁兼容性,产品必须在规定的标准环境中进行测试。理想的辐射场地是无限大的良好的导电地平面构成的,这是因为金属网(板)对电波产生全反射。在一定条件下,即反射角较小时,反射系数|R|≈1 ,不同介质平面的反射系数值也不同,故用金属地平面可使测量数据可靠,也使不同地区测量的数据具有可比性。国际上是以开阔测试场作为电磁辐射的标准实验场地,但是,由于现代生活环境中很难找到理想的开阔场,因此,微波暗室,就成为一种非常普及的代替环境。随着微波技术的发展,为了进行各种微波测量,要求模拟电磁波在自由空间传播的环境条件,微波无反射室即微波暗室也正是针对这一需要而研制的。电波暗室主要用于辐射无线电骚扰(EMI)和辐射敏感度(EMS)测量,电波暗室的尺寸和射频吸波材料的选用主要由受试设备(EUT)的外形尺寸和测试要求确定,分3m法或10m法。微波暗室可以用于天线、电磁兼容、雷达截面测量、无线电控制设备的对接试验,以及各种类型的电磁模拟试验等[4-5]。
3 电磁兼容试验及分析
试验前须准备场地及调试测试区域的场强符合IEC 61000-4-3要求,试验时称重设备距离辐射天线3m处放置,第一次测试称重的结果受电磁辐射的影响很大,分析其主要原因是压力传感器、信号放大器、AD转换器、、数据处理模块都是通过一根线连接,造成单端接地的现象,且设备外壳和大地没有严格的隔离开。所以在以下几个方面进行了改进:①放大器与AD转换器的屏蔽外壳与电源地严格分开;②压力传感器电缆外加金属屏蔽网,并与其他设备的屏蔽外壳相连;③所有的模拟、数字模块共地,并用同一屏蔽壳屏蔽;④模拟模块和数字模块电源分开独立供电;⑤放大器模块前端加RC、LC滤波电路。经过上述改进后,再次测试设备的电磁兼容性,经试验满足国标要求。
4 结语
称重设备中存在模拟小信号极易受到干扰,其抗电磁辐射干扰是个难点;但只要做到有与电压负极隔离的封闭严密屏蔽外壳;减小或消除模拟与数字信号的串扰以及严密的滤波电路;与大地的良好接触、选择较好的认证电源等措施,称重的电磁兼容也是可以做到的。
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关键词:电气设备;电磁污染;环境危害;防护
引言
随我国经济突飞猛进,科学技术飞跃进步,生产自动化程度快速提高。供配电系统,电气设备、电子设备也随之高速发展,为提高生产力起到了巨大作用。但是伴随而来的电气设备、电子设备对环境的影响也不容忽视。科学技术是一把双刃剑,它在为我们创造高效率、高质量生活的同时,也毫不客气地让人类付出了环境的代价。
电气设备对环境的影响主要有电磁污染、无线电干扰、电压高次谐波、电流高次谐波、空气污染、噪声污染、事故及检修对环境的污染、及腐蚀污染等。其中电磁污染已成为公认的继大气污染、水质污染、噪声污染之后的第四大污染,倍受关注。
1 电磁污染
1.1 电磁污染的定义
电磁辐射是指能量以电磁波的形式通过空间传播的现象。交流电在其周围都要形成交变的电场,交变的电场又产生交变的磁场,交变的磁场又产生交变的电场,这种交变的电场与交变的磁场相互垂直,以源为中心向周围空间交替地产生并以一定的速度传播,即为电磁波。
电磁辐射达到一定量级时就形成电磁污染。我们工作生活的自动化程度非常高的工厂、车间,是一个变化多端的电磁环境。电磁辐射是以电磁波的形式在空间环境中传播,它是一种运动着的物质,没有静止的质量。不像建筑物、机械设备、生产原材料那样可以静止的安放在某一空间,有其固定的体积和重量。电磁波是看不见、听不着、摸不到的,但是却确实存在,可以用仪器探测到。正是电磁波具有不独占空间,不存在空间物理外形互斥这一特殊属性,使得我们所处生产空间电磁环境错综复杂,可能形成明显或严重的电磁辐射污染。
电磁污染包括各种天然的和人为的电磁波干扰和有害的电磁辐射。电磁辐射主要指射频电磁辐射。电磁污染又被称为频谱污染或电噪声污染。
1.2 电磁污染的来源
构成电磁污染的电磁辐射首先产生于天然的电磁环境,包括来自行星、恒星和银河系即宇宙方面的电磁辐射;来自于大气层、电离层、地面磁场和地球电磁辐射,如雷电、火山喷发、地震。人为电磁辐射,有电波发射设施,通信设施,各种高频设备,交通设备,电力设备,家用电器等等。
这里主要研究供配电系统和电气设备所产生的电磁污染及电噪声。
1.2.1 输配电系统、电气设备放电所造成的污染源
(1)在送配电系统中,高压线、大电流会引起的静电感应、电磁感应、大地泄露电流等情况,使得周围的电荷在空气介质中发生移动,都会造成电晕放电污染。电晕放电,是电极间的气体还没有被击穿,电荷在高电压的作用下发生移动而进行的放电,放电的现象是:在黑暗中可以看到电极的尖端有蓝色的光晕。
(2)辉光放电,在生产生活中用以照明的日光灯,装饰用的霓虹灯,和氖稳压管、氦氖激光管等设备在工作的过程中,都会产生辉光放电。辉光放电是指低压气体中显示辉光的气体放电现象。辉光放电包括正常辉光和反常辉光两个过程阶段。
(3)弧光放电,在工业上用于冶炼、金属焊接和高熔点金属的切割,在医学上用作紫外线源(汞弧灯),在地铁和电气铁路工作时,及等大电流电路开关接通、断开时都会产生的弧光放电。弧光放电,呈现弧状白光并产生高温的气体放电现象。无论在稀薄气体、金属蒸气或大气中,当电源功率较大,能提供足够大的电流(几安到几十安),使气体击穿,发出强烈光辉,产生高温(几千到上万度),这种气体自持放电的形式就是弧光放电。
(4)火花放电,雷电就是自然界中大规模的火花放电。工业上各种燃油发动机的点火系统,应用电路的整流器,工业、科学实验的放电管都会产生火花放电。当高压电源的功率不太大时,高电压电极间的气体被击穿,出现闪光和爆裂声的气体放电现象。由于气体击穿后突然由绝缘体变为良导体,电流猛增,而电源功率不够,因此电压下降,放电暂时熄灭,待电压恢复再次放电。所以火花放电具有间隙性。火花放电时,碰撞电离并不发生在电极间的整个区域内,只是沿着狭窄曲折的发光通道进行,并伴随爆裂声。
1.2.2 工频交变电磁场源
工频电磁场,任何一种接通电源的交流电器设备周围,输电线、电线周围都会产生工频电磁场。如车间的机床、显示屏,电视机、计算机等等。甚至是电器接通、关闭的时候,都会产生短暂的电磁场脉冲。这种电磁场是工作的工频交流电产生的,频率和工频交流电相同,被称作工频电磁场。
1.2.3 射频辐射场源
高频热处理、焊接、冶炼;半导体材料加工;食品工业用的高频炉;塑料制品的热合、木材、棉纱烘干,橡胶硫化等工业生产都会产生电磁射频辐射。在我们的通信和生活中射频波波段的电磁波更是比比皆是。如:雷达导航、探测、通讯、微波加热(微波炉)、电视、核物理科学研究。
射频辐射是非电离辐射的一部分,频率在100kHz~300GHz的电磁辐射(高频是频率由100kHz~300MHz的电磁波;微波是频率由300MHz~300GHz的电磁波。)又称无线电波。
2 电磁辐射污染的危害
2.1 电磁辐射污染的特点
2.1.1 危害性
电磁辐射的危害性主要表现在对电磁环境内的电气设备电子装置产生干扰。对周围人员的健康损害两个方面。
2.1.2 潜伏性
电磁辐射污染属于能量流污染,这一污染很难被人感知,部分电磁辐射污染的危害性仍然未被人们所认识,因此,其危害性或者说电磁辐射污染的特点存在危害的潜伏性。
2.1.3 不可预测性
关于电磁辐射与人体致病之间的致病机理还没有科学上的定论。电磁辐射污染对人体的作用还没有清楚的得到认识,具有一定的不可预测性。如国际辐射保护协会:“目前流行病学研究无法证实暴露在电磁场与癌症有关联。”;世界健康组织:“暴露在极低频电磁场不会产生生理影响。”
2.1.4 隐蔽性
在我们工作、生活中,辐射源很多,输配电线路、电气设备、电脑、电视机、空调、微波炉、手机等等,都会产生电磁辐射,而电磁波是看不见、听不着、摸不到的,但是却确实存在,可以用仪器探测到。正是电磁波具有不独占空间,不存在空间物理外形互斥这一特殊属性电磁辐射污染常常被人们所忽视,具有一定的隐蔽性。
2.2 电磁污染对环境的影响
电磁污染环境产生电磁干扰,经过科学实验和生产实践证明可以使电气设备、电子设备控制装置及过程测量装置性能下降、工作不正常或发生故障。高电平电磁感应和辐射可以引起易燃易爆物质、挥发性液体或气体爆炸性介质发生意外爆炸或燃烧。电磁辐射对生态环境也有一定的危害。
2.3 电磁污染对人体的影响
电磁污染危害人体健康,特别是电磁辐射和微波对人体危害最大。若长期生活在电磁污染的环境中,由于磁场的改变,人会出现乏力、记忆力减退为主的神经衰弱症候群和心悸、心前区疼痛、胸闷、易激动和月经紊乱等症状。
科学家经过15年的研究发现,细胞膜对电磁辐射相当敏感,由此会产生生物化学改变,导致细胞的激素、蛋白质等生产速度变化。不管这些细胞自身是否有危害,都对其他细胞的功能导致连锁反应,出现功能障碍。引起眼部其他疾病等;破坏的生精能力,导致不孕症;引起心血管功能改变。儿童的神经系统娇嫩,若遭受到强大的电磁辐射后,使大脑发育迟缓,生物钟调节紊乱,人会出现乏力、记忆力减退为主的神经衰弱症候群。
3 电磁污染的防护措施
3.1 电磁污染的防护原理
3.1.1 严格执行国家有关设备辐射标准。国家环境保护局1988-03-11批准,1988-06-01实施了《国家电磁辐射防护标准》。
3.1.2 必须从产品设计、屏蔽及吸收等角度入手,采取治本与治标相结合的方案,减少污染源,防止电磁辐射污染与危害
3.1.3 加强电气系统及装置的抗干扰设计,使系统或装置既不因外界电磁干扰、误动作或丧失功能,也不向外界发送过大的电磁、电噪声干扰。其设计原则为:(1)抑制噪声源,直接消除干扰产生原因;(2)切断电磁干扰的传递途径,提高途径对电磁干扰的衰减作用;(3)加强设备抗干扰能力,降低噪声敏感度。
3.1.4 工业布局应当合理,使电磁污染源远离居民稠密区和对电磁污染敏感的重要设备区。
3.2 电磁污染的防护措施
对已进入环境中的电磁污染采取技术防范措施,避免对生产和日常生活产生干扰。
3.2.1 工业、科学和医学中应用的电磁辐射设备,出厂时必须具有满足“无线电干扰限值”的证明书。运行时应定期检查这些设备的漏能水平,不得在高漏能水平下使用,从根本上治理电磁污染源。如在变电所中,当电压大于35kV时一般不采用矩形母线,而采用圆形或管形母线;在线路施工中,应避免造成导线的损伤,出现毛刺等。
3.2.2 合理布局,使污染源远离居民稠密区,设置安全带、植树造林、用能吸收电磁辐射的材料进行屏蔽防护,提高途径对电磁干扰的衰减作用。
3.2.3 加强个人防护,如穿具有屏蔽功能的工作服、戴具屏蔽功能的工作帽和眼镜等一切必要的安全生产防护措施。
4 结束语
电气设备、电子设备已经不可取代的广泛应用于社会生产、生活的各个方面。它给人们创造物质文明的同时也带来了电磁辐射污染,我们应该提高对电磁辐射危害性的认识,树立防范意识,采取积极的、有针对性的、可行的防护措施。
参考文献