我国居民区工频电场限值的合理性分析

李 宏，巢哲雄，吕 浩，闻映红，孔令海，*

（1.环境保护部核与辐射安全中心，北京 100082；2.环境保护部辐射源安全监管司，北京 100035；3.北京交通大学，北京 100044）

我国居民区工频电场限值的合理性分析

李 宏1，巢哲雄2，吕 浩2，闻映红3，孔令海1，*

（1.环境保护部核与辐射安全中心，北京 100082；2.环境保护部辐射源安全监管司，北京 100035；3.北京交通大学，北京 100044）

本文分析了高压输变电设施对周围环境的电磁影响，梳理总结了国际、国内工频电场的限值标准情况。从防止电磁场环境影响、国际权威组织和部分发达国家的限值比较以及促进经济发展等方面详细分析了我国居民区工频电场限值的合理性。实践证明，我国居民区工频电场以4 kV·m-1作为限值是合理可行的。

高压输变电工程；电磁环境影响；工频电场；4 kV·m-1

近年来，我国电力的需求增长迅速，由于我国能源分布及经济发展不均衡，导致电力供需矛盾突出。高压输变电工程则能够快速有效地传输电能，因此迎来了高压输变电工程建设的高峰期。我国已经规划建设了多项超、特高压输变电工程，将西部、西南部、北部地区电力送往中东部高负荷的中心地区。这些高压输变电工程的建设大大缓解了中东部地区电力紧张的情况，促进了经济的快速发展，与此同时也带来了不少环保问题。近年来有关高压输变电工程的环保投诉和纠纷逐渐增多，公众对高压输变电工程的电磁环境影响尤其关注，由于各国对于工频电磁场限值规定各不相同，所以国际上尚没有统一标准。为促进经济与环境的和谐发展，根据相关国际标准、一些发达国家标准以及工程建设的实际情况，我国在《电磁环境控制限值》（GB 8702-2014）中明确了工频电场公众曝露控制限值为4 kV·m-1［1］。

1 高压输变电设施对周围环境的电磁影响

1.1 高压输变电设施周围的电场情况

静止电荷在其周围空间产生电场，运动电荷在其周围空间产生电场的同时还产生磁场。当电荷的运动频率很低时，电场和磁场是相互独立的。我国电力系统的工作频率f为工频50Hz，通过公式（v为光速），可以计算出其波长λ为6000 km。只有当一个电磁设施的尺度与其工作波长相当时，该电磁设施才能向空间有效地发射电磁能量。通过计算，输变电设施的波长为6 000 km，尺度远小于其波长，根本无法产生有效的电磁发射，因此输变电设施周围的电场和磁场是彼此独立的［2］。

高压输电线路附近空间的电场分布不均匀，在邻近导线处其电场高度集中，并且越接近地面，电场强度越小。以单相带电高压导线为例，在空旷区域，导线和地面之间的空间范围内，电位随导线到地面距离的增加呈指数衰减分布，如图1所示；距地面1.5m高度处（人体通常活动所处高度）的水平方向上，沿与导线垂直的方向，其电场强度随着与导线垂直距离的增加呈倒数衰减分布，如图2所示。

1.2 电磁环境影响

高压输变电设施周围存在极低频电磁场。国际上的研究表明，极低频的电场和磁场对人体生物系统的主要影响是在体内感应出电场和电流。国际非电离辐射防护委员会认为，时变电场、磁场通过电场耦合，磁场耦合，从电磁场吸收能量等三种机制与生物体相互作用。高压输变电设施的电场和磁场对人体的直接影响就是低频电场耦合和低频磁场耦合，耦合导致人体内产生电流［3］。世界卫生组织（WHO）官方文件指出：“极低频场与生物组织相互作用的唯一实际方式是在生物组织中感应电场和电流。然而，在通常遇到的极低频场曝露水平下，所感应的电流比我们体内自然存在的电流数值还低”。在全面评估有关电场的研究结果后，世界卫生组织指出：“除了由躯体表面电荷产生的刺激外，曝露到高达20 kV·m-1的工频电场几乎没有什么影响，并且是无害的”［4］。科学研究表明，当工频电场强度被控制在一定的量值范围内时，它对人体及其他生物体是无害的。

图1 高压线路下距地面不同高度处电位分布Fig.1 Potentialdistribution at differentheightaboveground under the high voltage Line

图2 高压线下距地面1.5m高度处场强的水平分布Fig.2 Field intensity horizontaldistribution at1.5m height under the high voltage line

2 工频电场限值标准情况

2.1 国际标准情况

世界卫生组织发布的《制定以健康为基础的电磁场标准的框架》，可以直接用来指导各国制定曝露标准。该文件是世界卫生组织40多个成员国（现已增加到60多个成员国）及全球主要国际机构10年来共同实施的“国际电磁场计划”，并且是首次以世界卫生组织署名正式发布的关于电磁场标准的结论性文件［5］。世界卫生组织在该文件中要求其成员国采用国际标准，以便提供相同或相似的健康保护水平［6］。

国际非电离辐射防护委员会制订了《限制时变电场、磁场和电磁场曝露的导则》（300GHz以下）。该导则定义了电磁场照射基本限值和导出限值来明确电磁场的限值。基本限值是以确定的健康效应为基础的辐射影响限值，并根据基本限值给出了便于实际测量的导出限值。

根据频率不同，用来说明电磁照射基本限值的物理量为电流密度、功率密度和比吸收率。为防止造成健康影响，电磁场中这些物理量的值不能超过基本限值。在1 Hz～10MHz频率范围内，电磁场的基本限值主要是电流密度。4Hz～1KHz频率范围内的电磁场，超过100mA·m-2的感应电流密度会使中枢神经系统发生兴奋性剧烈变化以及其他剧烈效应。出于安全考虑，对于4Hz～1KHz频率范围的电磁场，职业曝露应限制感应电流密度低于10m A·m-2，即采用了10的安全系数，对于公共限值，采用额外的安全系数5，基本照射限值为2mA·m-2。［7］

基本照射限值是一个难以测量的量，为便于测量和实际曝露评估，通过基本限值用数学模型以及在特定频率下通过实验室研究结果进行推导，引入导出限值—电场强度。频率为50Hz的电磁场在人体内产生感应电流密度2mA·m-2时对应的电场强度为5 kV·m-1。

电气和电子工程师协会（IEEE）提出的《关于人体曝露到0KHz～3KHz电磁场安全水平的IEEE标准》也给出了整个躯体曝露到不变的正弦形电场的最大电场限值，见表1。

表1 环境电场最大许可曝露水平（MPE）（整个躯体的曝露）［8］Table1 Maximum permissibleexposure level in environment electric field（exposure of thewholebody）［8］

从表中可以看到，频率为50Hz的电场的电场强度公众曝露限值为5 kV·m-1。

2.2 发达国家标准情况

美国迄今尚无针对工频电场的国家控制标准，但有6个州已制定了输电线路走廊内工频电场的控制标准［9］。即使是这些限制最苛刻的州，他们对输电线路走廊内工频电场强度规定的限值最低为7 kV·m-1，见表2。

表2 美国6个州已制定的输电线路工频电场强度控制标准Table 2 Power frequency electric field intensity standard under the power transm ission line in 6 states of USA

部分工业国家或组织规定了工频电场公众及职业曝露的控制限值，见表3。

表3 部分先进工业国家或组织工频电场曝露限值［2］Table 3 Power frequency electric field exposure lim its of someadvanced industrial countriesor organizations［2］

从表3可以看出，美国、日本、英国、澳大利亚和欧洲标准化委员会规定了工频电场强度的职业曝露限值，均不低于10 kV·m-1。英国、澳大利亚以及欧洲标准化委员会规定了工频电场强度的公众曝露限值，其中澳大利亚辐射保护与核安全局（ARPANSA）标准（2006）对工频电场要求最严，明确了工频电场强度的公众曝露限值为5 kV·m-1，其他国家、组织规定的限值均高于此值。

2.3 我国标准情况

我国在《电磁辐射防护规定》（GB 8702-88）中明确规定了100kHz～300GHz频率范围内电磁辐射的防护限值，但未对高压输变电设施产生的50Hz电磁场做出规定。我国2015年1月1日起在全国实施的《电磁环境控制限值》（GB 8702-2014）是对《电磁辐射防护规定》（GB 8702-88）的修订，其中明确了工频电场公众曝露控制限值为4 kV·m-1。

我国1998年在制定环保行业标准《500 kV超高压送变电工程电磁辐射环境影响评价技术规范》（HJ/T 24-1998）中关于公众曝露控制限值时，考虑到暂态电击影响在不同限值间（5 kV·m-1、4 kV·m-1和3 kV·m-1）变化不大，而输变电工程的设计规范是4 kV·m-1，因为我国人口稠密、民居密集、限值太高不利于工程建设，因此在标准文本中“推荐暂以4 kV·m-1作为居民区工频电场评价标准”。此后，我国在《关于高压输变电建设项目环评适用标准等有关问题的复函》（环办函 ［2007］881号）中明确了居民区工频电场的评价限值为4 kV·m-1。

3 我国在居民区工频电场限值的合理性

目前，我国在居民区工频电场以4 kV·m-1作为限值，实践证明该限值是合理可行的。

3.1 以4 kV·m-1作为居民区工频电场限值的合理性

首先，居民区工频电场限值4 kV·m-1能够有效防止工频电场对健康的有害影响。直接根据确定的健康效应而规定的电磁场曝露的限值为基本限值。它包含了适当安全因子，反映了产生健康影响的最低阈值。在1 Hz～10MHz频率范围内，电磁场的基本限值主要是电流密度。工频电磁场的公众基本照射限值为2mA·m-2，对应的电场强度限值为5 kV·m-1［7］。因此采用更严格的4 kV·m-1的工频电场限值则能够达到有效的防护。

其次，居民区工频电场4 kV·m-1的限值严于国际权威组织推荐标准5 kV·m-1，也严于大多数国家的标准。世界卫生组织推荐《关于人体曝露到0 KHz～3 KHz电磁场安全水平的IEEE标准》和《限制时变电场、磁场和电磁场曝露的导则》（300GHz以下）作为各国制定标准的依据。国际非电离辐射防护委员会制订的《限制时变电场、磁场和电磁场曝露的导则》（300GHz以下）中公众的工频电场强度限值为5 kV·m-1。在非电离辐射国际电磁安全委员会提出的《关于人体曝露到0KHz～3KHz电磁场安全水平的IEEE标准》中也明确了频率为50Hz的电磁场的电场强度公众曝露限值为5 kV·m-1。根据世界卫生组织对全球225个国家和地区的电磁场限值进行了调查统计，根据该统计，已有38个国家或地区制定了工频电场限值，其中大多数国家采纳了在上述两个标准中5 kV·m-1的推荐限值。

我国2015年1月1日起在全国实施的《电磁环境控制限值》（GB 8702-2014）中明确了工频电场公众曝露控制限值为4 kV·m-1。

3.2 保障工程建设与环境保护和谐发展

居民区工频电场4kV·m-1的限值有利于高压输变电工程的投资建设和经济的发展。《500 kV超高压送变电工程电磁辐射环境影响评价技术规范》（HJ/T 24-1998）修订前，我国高压输变电工程电磁环境限值执行该标准，该标准推荐暂时以4 kV·m-1作为居民区工频电场评价标准；我国2015年1月1日起在全国实施的《电磁环境控制限值》（GB 8702-2014）中也明确了工频电场公众曝露控制限值为4 kV·m-1。该限值已实施十几年，不仅有效防止了高压输变电设施的电磁环境影响，而且促进了电网事业的健康发展，进而促进了经济的发展。

我国非常重视高压输变电工程的环境影响评价和竣工环境的保护验收。目前，我国对居民区工频电场严格按照4 kV·m-1的限值执行。表4～表6给出了对国内几项典型的高压输变电工程的工频电场的预测情况；表7～表9列出了另外几项典型的高压输变电工程竣工后工频电场的监测情况。

我国在环境影响评价时严格控制高压输变电工程电磁环境影响，表4～表6对不同电压等级输变电工程线路进行了工频电场预测，并预测工程拆迁后居民区工频电场强度低于4 kV·m-1的线路高度。在项目施工过程中，严格按照环境影响评价要求建设，确保居民区工频电场强度小于4 kV·m-1。

表4 高岭-天马第三回500千伏输变电工程单回输电线路工频电场预测结果［10］Table4 Power frequency electric field forecast results of single-circuit transm ission line for Gaoling-Tianma third 500 kV power transmission and transformation project［10］

表5 宁夏沙湖750千伏输变电工程750千伏单回输电线路工频电场预测结果［11］Table5 Power frequency electric field forecast resultsof 750 kV single-circuit transm ission line for Ningxia Shahu 750 kV power transm ission and transformation project［11］

表6 淮南-南京-上海1 000千伏交流输变电工程线路工频电场预测结果［12］Table 6 Linepower frequency electric field forecast results for Huainan-Nanjing-Shanghai1 000 kV AC power transmission and transformation project［12］

表7 文峰 （巩昌）330千伏输变电工程变电站衰减断面工频电场监测结果［13］Table 7 Section power frequency electric fieldmonitoring resultsaround the transformer substation forW enfeng 330 kV power transmission and transformation project［13］

表8 郑州南500千伏输变电工程某段线路衰减断面工频电场监测结果［14］Table 8 Section power frequency electric fieldmonitoring resultsof a partof the line for Zhengzhou sourth 500 kV power transm ission and transformation p roject［14］

表9 750千伏玛纳斯电厂三期送出输变电工程某段线路衰减断面工频电场监测结果［15］Table9 Line section power frequency electric field monitoring results for M anasi power plant750 kV phase IIIpower transmission and transformation sending project［15］

从表7～表9的监测数据可以清晰地看到高压输变电工程对环境的电磁影响得到了有效的控制，居民区工频电场强度均小于4 kV·m-1。

我国在居民区工频电场限值严格按照4 kV·m-1执行，该限值已实施十几年并为公众、环保部门、电网企业等各方所接受，不仅有效地防止了高压输变电工程的电磁环境影响，也保障了工程建设与环境保护的和谐发展。

4 结论

我国高压输变电工程将西南部、西北部能源丰富地区的电力送往中东部电力高负荷地区，实现了电能的快速有效输送，较大地缓解了中东部地区电力紧张的状况，但同时在一定程度上产生了电磁环境影响。如何控制高压输变电工程的电磁环境影响，目前国际上尚没有统一标准。我国2015年1月1日起在全国实施的《电磁环境控制限值》（GB 8702-2014）中明确了工频电场公众曝露控制限值为4 kV·m-1。我国居民区工频电场以4 kV·m-1作为限值不仅能有效防止高压输变电工程的电磁环境影响，而且还保障了工程建设与环境保护的和谐发展。实践证明，该限值是合理可行的。

［1］环境保护部.电磁环境控制限值［S］.北京：环境保护部，2014.

［2］《输变电设施的电场、磁场及其环境影响》编写组.输变电设施的电场、磁场及其环境影响［M］.北京：中国电力出版社，2007.

［3］赵亚民.高压输变电工程环境影响报告中几个值得商榷的问题FactsheetNo.205［J］.核安全，2010（1）：13-18.

［4］世界卫生组织（WHO）.电磁场和公众健康—极低频场Fact sheetNo.205［DB/OL］.（1998-11）［1998-11］.http：//www. who.int/em f.

［5］李妮，邬雄.国际工频电磁场暴露限值现状［J］.中华劳动卫生职业病杂志，2009，27（9）：565-568.

［6］杨新村，李毅，吕斌，等译.制订以健康为基础的电磁场标准的框架［M］.北京：中国电力出版社，2008.

［7］国际非电离辐射防护委员会.ICNIRP导则.限制时变电场、磁场和电磁场曝露的导则（300GHz以下）［S］.慕尼黑：国际非电离辐射防护委员会，1998.

［8］IEEE标准协会标准局.IEEE（C95.6）2002.关于人体曝露到0～3 KHz电磁场安全水平的IEEE标准［S］.纽约：IEEE标准协会标准局，2002.

［9］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计划—电磁场常见问题与问答［DB/OL］.（2002-10）［2002-10］.http：//www.niehs.nih.gov/.

［10］沈阳环境科学研究院.高岭-天马第三回500千伏输变电工程环境影响报告书［R］.沈阳：沈阳环境科学研究院，2012.

［11］国电环境保护研究院.宁夏沙湖750千伏输变电工程环境影响报告书［R］.南京：国电环境保护研究院，2013.

［12］淮南-南京-上海1 000千伏交流输变电工程环境影响报告书［R］.上海：中国电力工程顾问集团华东电力设计院，2012.

［13］330千伏文峰（巩昌）输变电工程竣工环境保护验收调查报告［R］.北京：北京百灵天地环保科技有限公司，2014.

［14］郑州南500千伏输变电工程竣工环境保护验收调查报告［R］.武汉：中国电力工程顾问集团中南电力设计院，2014.

［15］750千伏玛纳斯电厂三期送出输变电工程竣工环境保护验收调查报告［R］.长春：中国电力工程顾问集团东北电力设计院，2013.

Rationality Analysisof Power Frequency Electric Field Lim it for China’sResidentialArea

LIHong1，CHAOZhexiong2，LVHao2，WENYinghong3，KONG Linghai1，*
（1.Nuclearand Radiation SafetyCenter，MEP，Beijing100082，China；2.MinistryofEnvironmentalProtection，Beijing100035，China；3.Beijing JiaotongUniversity，Beijing100044，China）

Thisarticleanalyses theelectromagnetic impacton thesurroundingsofhigh voltage transm ission and transformation power facilities，summarizesinternationaland domestic lim itcriteria ofpower frequency electric field.Itdetailedly analyses the rationality of the power frequency electric field lim it in China’s residentialareas from 3 aspects，including preventing environmental impact from electromagnetic field，comparingw ith the lim itsof authoritative internationalorganizationsand some developed countries，promoting econom ic development.Experience hasproved thatit is reasonable and feasible to adopt4 kV·m-1aspower frequencyelectric field lim it forour residentialarea.

high voltage transm ission and transformation power engineering；electromagnetic environmentimpact；power frequency electric field；4 kV·m-1

TM 7

：C

：1672-5360（2015）03-0024-06

2014-09-22

2014-12-04

国家自然基金项目，项目编号61172021

李 宏（1981—），男，山东蒙阴人，工程师，现主要从事电磁环境管理及电磁辐射安全审评工作

*通讯作者：孔令海，E-mail：konglinghai@chinansc.cn