1、我们周围的电场与磁场 http:/ 2004-09-08 09:22:42 输变电工程周围存在的电场与磁场是否对公众存在潜在的健康影响，在一些地方已成为公众关心的主题。事实上，近 40年来，在国际范围内已对此进行了大量研究。其中，世界卫生组织（WHO）组织世界上 40多个国家，历时 10年开展的“国际电磁场研究计划”和美国全国环境卫生研究所（NIEHS）耗资 4 500万美元，历时 6年，已完成的“电磁场研究与公众资料传播计划”（简称 EMF RAPID计划）均已通过各种方式发表了代表他们官方观点的客观、科学的见解与看法。与此同时，WHO 已明确推荐了国际非离子辐射委员会（ICNIRP）和美国
2、电气与电子工程师协会（IEEE）分别于 1998年及 2002年发布的保护公众健康的电场、磁场或电磁场曝露导则与标准。上述导则与标准均对其限值的含义、依据与安全性作出了明确的说明。鉴于各个国家或地区的标准若不一致，可能会增加公众的担忧或恐慌，因此，WHO 在致力于全球电磁场标准协调化的进程中，已明确推荐以上述两项标准作为各国制订电磁场标准的基础。 从目前国内围绕输变电工程发生的一系列阻挠施工甚至诱发诉讼的事件争端来看。问题焦点很大程度上在于国内对电场、磁场、电磁场健康风险的全面、深入研究不够，基于非科学印象与思维的“专家言论”不时出现于媒体；有关方面对国际权威组织的官方文件及大规模研究成果借鉴
3、、分析甚少；更困惑的是，国内基本上看不到面向公众的客观、全面、均衡的环境健康公共信息，致使公众只能凭借片面或不负责任的媒体报导作判断，造成对输变电设施的恐惧与误解有增无减。中科院何祚庥院士最近一针见血地指出：“科学宣传要和科学界主流意见一致”、“在科学宣传上，没有传播错误知识的权力”，言简意赅、掷地有声。本刊自 2004年第 4期始，将负责任地以国际主流意见与 WHO等官方文件为依据，围绕输变电工程的环境健康影响问题，以连载问与答（Q&A）形式，开辟科普讲座，企望能对业内外公众客观认识我们周围的电场与磁场有所帮助。 问题 1 什么是“电场”和“磁场”？ 带电导体周围的电场是由导体上载有的电荷所
4、产生。我们周围的低频电场（一般指 0-300 Hz频率范围）通常与电力的传输与应用有关。当电气设备接通电源（即加上“电压”）时，其导体就带有低频的交变电荷，同时在导线与大地之间的周围空间中就形成一个低频电场。过去曾有公众感到惊奇的，在高压输电线下方手持验电笔或荧光灯管时，会发光的现象，就是“电场”作用于电极间荧光物所产生的“场致放电”结果。电场的强度是用沿某方向单位距离内的电位差（即“电压”）来度量，电场强度的计量单位为每米的伏特数或千伏数（V/m 或 kV/m）。 由于高压输电线路导线直径很小，因此邻近导线处电场高度集中，线路导线与大地间的空间电场分布是不均匀的，仅以单根（“单相”）带电高压
5、导线为例，在无建筑物、树木等影响情况下，沿导线到地面高度的空间范围内，电位分布呈指数衰减分布（如图 1所示）。越接近于地面处，电场强度（E）越小；就人体通常活动所处的地面高度（一般取离地 1.01.5 m）处的电场强度而言，以正对导线下方的地面投影点为原点（0 点），沿垂直于线路方向，地面电场强度（E）同样大致呈指数状迅速衰减（如图 2所示）。按现有的线路设计，在高压线路边导线地面投影数 m距离以外，人体所处地面电场强度均已小于 4 kV/m控制限值。 众所周知，空间的电场很容易被导电物质所屏蔽或削弱（即使该物质是导电性不良的）。建筑物、树木等，都可以使空间电场畸变，并削弱其遮蔽空间内的电场；
6、由于建筑物墙体的有效屏蔽作用，室内的电场强度一般很小且与户外输电线路产生的电场几乎没有相关性。在变电站围墙外，电场强度通常与背景水平不能区别。 我们还可注意到，电气设备处于充电状态、而无电流流动的情况下（例如设备未运转，输电线路充电而未传输能量时），设备导体周围仍可有电场存在。 电荷的流动（称之为电流）产生磁场。电气设备工作或运转时，需要电流来做功，上述电流必然会在载流导体周围感应出低频磁场。表征电流产生磁场能力的物理量称为“磁场强度”（H），以安培每米（A/m）为计量单位；而同样大小的“磁场强度”在周围空间中产生的总“磁通量”大小或相应的“磁感应强度”（又称“磁通密度”，即单位面积的磁通量）
7、大小，则取决于周围空间介质磁导率（即导磁性能）的大小。在载流导体周围存在高磁导率的磁性物质（铁磁体）（如变压器线圈带有闭合铁心时），磁场通常会在磁性物体内高度集中，在铁心中感应出极高的“磁通量”及相应的“磁感应强度”。而在空气、砖石、非磁性金属以及自然界大量非铁磁性物质（即所谓“自由空间”）中，导磁性能与真空中相同，磁导率（单位磁场强度能产生的磁通量）是常数（o=410-7Wb/Am）。磁通量（）的计量单位为韦伯（Wb），而空间某点处磁通的密度（单位面积的磁通量）则一般用“磁感应强度（B）”来计量。磁感应强度的法定计量单位为特斯拉（T），在人体所处环境中，磁感应强度的计量单位一般采用 mT或
8、T 来计量（1 mT=10-3 T，1T=10-3 mT）。 在美国，磁感应强度仍常用非国际计量单位高斯（G）或毫高斯（mG）来计量（1 mG=0.1T）；由于在自由空间中，“磁感应强度”（B）与磁场强度（H）成常数关系，故也有采用“磁场强度”来描述环境中空间磁场的强弱。需注意，磁场强度与磁感应强度仅是在自由空间中互成因果和一一对应关系的不同物理量，两者间大约的对应关系是：1 A/m 的磁场强度对应于自由空间中产生 1.257T 磁感应强度。 在我们生活环境中，极低频磁场与电场一样，通常源自电力的生产与运用。但是，据美国全国环境卫生学研究所（NIEHS）的调查统计，较高水平的磁场并非来自高压输
9、电线路，而多由各种频率的电加热或冶炼设备、各类电动工、机具、电气化交通、建筑物供电布线及某些家用电器产生。 由于极低频磁场是由导体电流在其周边所感应，故磁感应强度随着与磁场源（载流的导体）距离的增加而迅速衰减。在变电站周界或围墙外，由变电设备产生的磁场水平通常接近当地背景水平。 在我国及世界上部分国家，电力频率采用 50 Hz（也有部分国家采用 60 Hz）。因此，在电力或动力领域中，通常将 50 Hz（或 60 Hz）频率称之为“工业频率”（简称“工频”）。在临近输电线路或电力设施的周围环境中，电场与磁场单独存在，并不类似高频电磁场那样以电磁波形式形成有效的电磁能量辐射或形成体内能量吸收。因
10、此，所有国际权威组织在极低频环境健康影响领域内，只涉及电场与磁场分析，而不使用“电磁场”这一笼统模糊的概念，更没有哪个国际权威的组织会在该领域中误用“电磁辐射”的概念和术语。 问题 2 工频电力设施会对周围居民产生“电磁辐射”吗？ 回答这个问题，首先要从低频交流电场与磁场的特性与高频电磁场有何不同谈起。空间交流电场与磁场的大小与极性是随时间以正弦波或近似正弦波形式而变化，如图3所示。在特定时间段内，场由一个极性的最大值交变至相反极性的最大值，然后又返回上一极性的最大值。上述变化所经历的时间段称为周期（T）；1 s 内场发生交变的次数（即周期数）称为频率（f）。若按空间行波理论来分析低频场，把低
11、频电场或磁场看作类似于高频电磁场（诸如无线电频率或微波空间发射物），以电磁波形式在空间传播或发散的话，则可定义一个周期内，波在空间行进的距离称为波长（）；由于电磁波在空间行进速度为光速（C=300 000 km/s），故有关系式： 对频率为 50 Hz的电场或磁场，若将其看成空间发散的“电磁波”（类似于无线电波、微波等）的话，其在空间行进的一个波长即长达 6 000 km。相对于如此长的“波”而言，输电线路本身的长度远远不足以构成有效的“发射天线”，从而不能形成有效的辐射。计算表明，典型的由输电线路所发射的最大功率密度将小于 0.000 1W/cm2，比晴朗的夜晚由满月送到地球表面的辐射能量（
12、0.2W/cm2）还小 2 000倍。2另外，就低频电场与磁场的存在形式看，人处于输电线路附近数十米的距离内，是处于科学上称之谓的“近场区（Near Field）”，相对于此波长，生物体的尺寸极小。在此区域内，电场与磁场是分别存在、分别作用，沿传播方向上电场与磁场无固定关系，而不像高频“远场”情况下那样，电场、磁场矢量以波阻抗关系紧密耦合，形成“电磁辐射”，并穿透生物体。可见，低频电场、磁场与高频电磁波相比，在存在形式、生物作用等方面，存在极大的差异。 美国全国环境卫生学研究所发表的完整电磁频谱如图 4所示。在该频谱图中，按电磁源的频率由高到低，分别为电离辐射、光辐射、微波、无线电波、甚低频（
13、VLF）和极低频场；此外，还包括频率为零的直流电场与磁场。在频率低于电离辐射频段的频谱段中，3 000 Hz（或说 300 Hz）以下的极低频电场和磁场是以“场”的形式存在，其传送的电磁能量很小，不产生体内热效应，仅在人体中感应较小的电场或电流，与高频电磁辐射的生物作用机理不同。 所谓“工频电磁辐射”的不确切概念，长期被国内一些文件引用并在社会上谬传，在很大程度上增加了公众对低频场的误解与担忧。有鉴于此，世界卫生组织（WHO）及诸如 NIEHS、ICNIRP 等权威的环境卫生组织与机构，在电磁环境与公众健康领域中，均无例外地严格引用“电场、磁场”（对 100 kHz以下的场）、电磁场（对 10
14、0 kHz以上）或统一运用 EMF这一术语，并拒绝采用“电磁辐射”这一不适当的概念。 参考文献： 1 美国全国环境卫生学研究所（NIEHS），电磁场研究与公众资料传播（EMF RAPID）计划电磁场常见问题与回答DB/OL. http:/www.niehs.nih.gov，2002-10-1. 2 Jonh Moulder，电力线与癌症常见问题和回答. 美国威斯康星医科大学DB/OL. http:/www.who.int/emf，2004-6-29. 什么是“电场”和“磁场”发布时间：2006-06-15 点击次数：带电导体周围的电场是由导体上载有的电荷所产生。我们周围的低频电场（一般指 0-
15、300 Hz 频率范围）通常与电力的传输与应用有关。当电气设备接通电源（即加上“电压” ）时，其导体就带有低频的交变电荷，同时在导线与大地之间的周围空间中就形成一个低频电场。过去曾有公众感到惊奇的，在高压输电线下方手持验电笔或荧光灯管时，会发光的现象，就是“电场” 作用于电极间荧光物所产生的“ 场致放电 ”结果。电场的强度是用沿某方向单位距离内的电位差（即“电压”）来度量，电场强度的计量单位为每米的伏特数或千伏数（V/m 或 kV/m）。由于高压输电线路导线直径很小，因此邻近导线处电场高度集中，线路导线与大地间的空间电场分布是不均匀的，仅以单根（“单相”）带电高压导线为例，在无建筑物、树木等影
16、响情况下，沿导线到地面高度的空间范围内，电位分布呈指数衰减分布（如图 1 所示）。越接近于地面处，电场强度（E）越小；就人体通常活动所处的地面高度（一般取离地1.01.5 m）处的电场强度而言，以正对导线下方的地面投影点为原点（0 点），沿垂直于线路方向，地面电场强度（E）同样大致呈指数状迅速衰减（如图 2 所示）。按现有的线路设计，在高压线路边导线地面投影数 m 距离以外，人体所处地面电场强度均已小于 4 kV/m 控制限值。h线路对地高度，UN线路对地工作电压，h单位距离图 1 带电高压线路下方不同高度空间电位分布图 2 邻近高压输电线路的地面场强分布众所周知，空间的电场很容易被导电物质所
17、屏蔽或削弱（即使该物质是导电性不良的）。建筑物、树木等，都可以使空间电场畸变，并削弱其遮蔽空间或邻近范围内的电场；由于建筑物墙体的有效屏蔽作用，室内的电场强度一般很小，且与户外输电线路产生的电场几乎没有相关性。在变电站围墙外，除架空进出线下方外，电场强度通常与背景水平不能区别。我们还可注意到，电气设备处于充电状态、而无电流流动的情况下（例如设备未运转，输电线路充电而未传输能量时），设备导体周围仍可有电场存在。电荷的流动（称之为电流）产生磁场。电气设备工作或运转时，需要电流来做功，上述电流必然会在载流导体周围感应出低频磁场。表征电流产生磁场能力的物理量称为“磁场强度”（H），以安培每米（A/m）
18、为计量单位；而同样大小的“磁场强度”在周围空间中产生的总“磁通量”大小或相应的“磁感应强度”（又称“磁通密度”，即单位面积的磁通量）大小，则取决于周围空间介质磁导率（即导磁性能）的大小。在载流导体周围存在高磁导率的磁性物质（铁磁体）（如变压器线圈带有闭合铁心时），磁场通常会在磁性物体内高度集中，在铁心中感应出很高的“磁通量”及相应的“ 磁感应强度”。而在空气、砖石、非磁性金属以及自然界大量非铁磁性物质（即所谓“自由空间”）中，其导磁性能与真空中相同，磁导率（单位磁场强度能产生的磁通量）是常数（o=410-7Wb/A?m），磁感应强度与磁场强度成正比。磁通量（）的计量单位为韦伯（Wb），而空间某
19、点处磁通的密度（单位面积的磁通量）则一般用“磁感应强度（B ）”来计量。磁感应强度的法定计量单位为特斯拉（T），在人体所处环境中，磁感应强度的计量单位一般采用 mT 或 T 来计量（1 mT=10-3 T，1T=10-3 mT）。磁场强度与磁感应强度的关系式为：B=H (1)在生活环境（自由空间）中，磁场强度与磁感应强度的关系式为：B=oH (2)在美国，磁感应强度仍常用非国际计量单位高斯（G ）或毫高斯（mG）来计量（1 mG=0.1T）；由于在自由空间中，“磁感应强度”（B ）与磁场强度（H）成常数关系，故也有采用“磁场强度” 来描述环境中空间磁场的强弱。需注意，磁场强度与磁感应强度仅是在
20、自由空间中互成因果和一一对应关系的不同物理量，两者间大约的对应关系是：1 A/m的磁场强度对应于自由空间中产生 1.257T 磁感应强度。在我们生活环境中，极低频磁场与电场一样，通常源自电力的生产与运用。但是，据美国全国环境卫生学研究所（NIEHS）的调查统计，较高水平的磁场并非来自高压输电线路，而多由各种频率的电加热或冶炼设备、各类电动工、机具、电气化交通、建筑物供电布线及某些家用电器产生。1由于极低频磁场是由导体电流在其周边所感应，故磁感应强度随着与磁场源（载流的导体）距离的增加而迅速衰减。在变电站周界或围墙外，由变电设备产生的磁场水平通常接近当地背景水平。在我国及世界上部分国家，电力频率采用 50 Hz（也有部分国家采用 60 Hz）。因此，在电力或动力领域中，通常将 50 Hz（或 60 Hz）频率称之为“工业频率”（简称“工频”）。在临近输电线路或电力设施的周围环境中，电场与磁场单独存在，并不类似高频电磁场那样以电磁波形式形成有效的电磁能量辐射或形成体内能量吸收。因此，所有国际权威组织在极低频环境健康影响领域内，只涉及电场与磁场分析，而不使用“电磁场”这一笼统模糊的概念，更没有哪个国际权威的组织会在该领域中误用“电磁辐射”的概念和术语。国家电网公司
