工频电场、磁场及高压输电线路的电场效应

毛文利，杨新村，李海平

（1.浙江省电力公司电力科学研究院，杭州 310014；2.上海电力科学研究院，上海 200000；3.国网浙江省电力公司金华供电公司，浙江 金华 321017）

工频电场、磁场及高压输电线路的电场效应

毛文利1，杨新村2，李海平3

（1.浙江省电力公司电力科学研究院，杭州 310014；2.上海电力科学研究院，上海 200000；3.国网浙江省电力公司金华供电公司，浙江 金华 321017）

介绍了输变电设施的电磁环境的特点，指出低频电场与磁场对健康并无影响，重点分析了高压输电线路周围的电场效应，如体内生物效应、体外电场刺激效应等，指出触电与感应电的接触刺激有本质的区别，应普及科普知识，消除不必要的焦虑和恐慌。

输变电设施；电场；磁场；电场效应

长期以来，由于国内电磁场环境健康公共信息严重失衡，国际权威的科学评估结论在国内未能得到很好传播，致使人们在享受电带来美好生活的同时，对输变电设施产生的工频电磁场是否可能带来健康影响也深感担忧。

考虑到世界卫生组织对低频电磁场的长期健康影响问题已有全面、科学的评估结论与意见，而国内当前环保纠纷多是由“电场效应”引起担忧所引发，因此针对电场效应对人体的影响和高压输电线路周围的电场效应及其缓解措施进行讨论。

1 输变电设施周围存在的电场与磁场

根据世界卫生组织从环境影响及生物效应的划分，100 kHz以上的频率才会以电磁波的形式实际向外传递能量。输变电设施产生的工频电场、工频磁场频率仅为50 Hz，比日常生活中的电磁波频率低得多，属于极低频场。邻近输电线路和用电设备周围实际存在低频电场与磁场：金属导体上的电荷在周围产生电场，导体内流过的电流在周围产生磁场，而上述电场和磁场是相互独立的，彼此没有关联。由于输电线路的尺寸远小于这一频率的波长，无法构成有效的天线系统进行能量发射，因此，电能只能在输电线路的导线中传输，而不会在周围形成电磁波辐射。

工频电场是由带电导体在其周围感应产生的空间场，在距地面约2 m以内的区域，电力线基本上垂直于地面，电场强度基本均匀；由于三相输电线路的时间相位不同，周围空间任何一点的电场都是一个大小与方向随时间成椭圆状旋转变化的场，需要用特殊的仪器进行测量。因为输电线路的电压相对稳定，不论输送容量如何变化，即使是线路空载状况下，周围工频电场强度也相对稳定。工频电场有一个重要的特性是：很容易被树木、房屋等导电物质所屏蔽或消弱，受到屏蔽后，电场强度明显降低。例如在公路上由于两旁行道树的屏蔽作用会使得公路中间的工频电场明显降低（见图1）；由于房顶与墙壁的屏蔽作用，房屋内的工频电场通常也会比屋外低1～2个数量级。

图1 受到屏蔽的电场强度变化曲线

工频磁场则是由于电流流过导线在周围空间产生的场。与工频电场一样，三相输电线路周围的空间工频磁场也是一个椭圆场。输电线路电流随用电负荷的变化而变化，从而工频磁场强度也随着不同时间的负荷大小不同而变化；随着离输电线路距离的增加，工频磁场强度快速降低，并且与工频电场强度相比，工频磁场强度随距离变远下降得更快。只有磁性材料的物体引入，才能改变磁场的分布，所以输电线路周围的工频磁场远不如工频电场那样容易畸变或屏蔽，树木、房屋对工频磁场也几乎没有屏蔽作用。

2 低频电场与磁场对健康的影响

国际上的研究一致表明，ELF（极低频）的电场和磁场对人体的生物系统的效应是在体内感应出电场和电流。WHO（世界卫生组织）于2007年就已经完成针对低频电场与磁场健康风险的全面评估，并指出国际标准和国内标准足以保护人体免受上述效应的危害[1]。

对低频磁场的长期健康风险，WHO指出：虽经几十年来多学科、不间断的长期研究和科学评估，低水平磁场的长期曝露与儿童期白血病之间的关联性仍未能得到证实，至于其它各种长期影响的证据则更弱。

虽然世界卫生组织已确认公众实际生活环境中可遇到的电场对人体健康无影响，但是输电线路的电场确实可能被体表电场效应所察觉，或在一定条件下使邻近居民产生不良感受。

3 输电线路下方的电场效应

高压输电线路下方电场效应，大致有人体难以察觉或可以察觉的体内、体外生物效应以及对一些物理现象的感受效应。

3.1 体内生物效应

高压输电线路下方产生体内电场效应的根本原因—体表感应电荷。人体直立在高压线下方，人体表面可视为导电体，外部电场不能直接穿透人体，而在体表感应有电荷Q。人体表面局部感应电荷量越多，表面电位就越高；直立的人体，头部电场集中，感应电荷多。因此，从头到脚存在表面电位差，进而在体内形成感应电场（与电流），如图2所示。

图2 人体在外部电场中感应的体内电场

人体通常不能感知体内电场，只有当体内电场超过一定阈值时，才会形成对体内神经与肌肉组织的刺激。通常在高压输电线路下方局部最大电场为10 kV/m的地点，人体进入时不会产生有害的体内刺激。世界卫生组织“国际电磁场计划”的评估结论也确认电场不存在实际的（体内）健康问题。

3.2 体外电场刺激效应

产生体外电场效应的原因是人体在电场中，同时接触其它导电物体时，由于人体与该物体上感应的电荷量不同，两者间存在电位差，致使接触时有电荷流动，形成接触电流流过人体。接触电流超过一定阈值时，会对人体神经与肌肉产生刺激，接触电流更大时甚至会在接触瞬间感受到火花放电痛感。

在现实生活中人体感受感应电荷刺激的现象普遍存在并且不可避免。如：冬季脱毛衣的火花放电、在商场手摸门或碰到手推车金属把手时的放电刺激等，都比输电线路下方触及金属物体时可能产生的电刺激厉害得多。由摩擦地毯产生的静电电荷的电压可达10 kV，局部电场高达500 kV/m；脱衣服时静电电荷的电压可高达几十千伏；雷云电荷在地面可产生3～10 kV/m的电场；雷暴时产生40～50 kV/m的电场；而高压输电线路下方局部最大电场则不超过10 kV/m。

3.3 电场中易被误解的物理效应

除了以上2种人体生物效应外，高压输电线路周围的感应电场还有一些不为人熟知的物理现象，常常会引起人们对其是否是电磁辐射所致的误解，甚至会联想到危害健康或导致触电。例如，人手举荧光灯管，在500 kV输电线下会发出荧光；手持低压感应式电笔，在高压输电线下碰触房屋外墙、地面甚至湖水表面，这种电笔都会显示“有电”；还有人细心地测得高压输电线下方悬浮的竹竿、树叶表面对地会有数百伏电压等。

事实上，上述现象都是与电磁辐射毫无关系的普通物理现象。既然高压输电线路下方存在可能达到数千伏每米的电场强度，也就意味着在离地面高度差1 m的空间就可能存在上千伏的电压差。它足以使日光灯管内的汞蒸汽发出淡的荧光（日光灯管在汽车引擎旁也会亮）；由于空间电场的存在，在竹竿、树叶等表面对地测出数百伏电压也是正常现象。只是由于竹竿、树叶等表面积累的感应电荷量极其少，因此用手指轻轻一碰，这些微量的感应电荷就都被释放入地，不会引起任何不良感觉，更不会影响健康或产生触电问题。至于手持低压感应式电笔，在高压输电线下碰触房屋外墙、地面甚至湖水表面时显示有电的现象，则只是持电笔人在高压输电线下身上感应有电荷、人体电压超过低压感应式电笔起辉电压（仅几十伏）所致。

3.4 体外电场刺激效应的3种不同情况

人体在高压输电线路下最不利的状态是直立姿势（此时头顶感应电场最大）。此外，按体外电场刺激条件，人体又可能有3种不同的状态：人体简单直立在高压线下；人体直立在高压线下同时碰触接地的导电物体；以及人体直立在高压线下，同时碰触不接地的大型导电物体。

（1）人体简单直立在高压线下。人体简单直立在高压线下5 kV/m的电场中，90%以上的人无直接感觉；5%的人在15～20 kV/m时可感觉烦恼。

（2）人体直立在高压线下，同时碰触接地物体。人体直立在高压线下同时碰触接地的导电物体时，93%的人在5 kV/m电场中同时又碰触接地物时不会感到接触电流的痛感；而50%人在10 kV/m的电场中同时碰触接地导电物时可能感到轻微痛感，这种感觉是暂时、轻微的，不属于可积累的健康危害，无不良健康影响。

国际标准规定公众电场曝露限值为5 kV/m，正是考虑绝大多数人在电场中同时碰触接地物时不会有不愉快的感受；国际标准允许高压输电线路下方最大电场强度为10 kV/m，就是根据“人体直立在高压线下，同时碰触接地物体”这种状况来制定的。

（3）人体直立在高压线下，同时碰触不接地的导电物体。人体站立在高压线下同时碰触不接地的导电物体（如栏杆、汽车）时，电场效应从可能有感觉到产生火花放电刺痛感不等，需逐个评估，并通过工程与管理措施予以缓解（想通过降低标准限值来消除是不可能的）。

3.5 架空输电线路走廊内的最大电场

国际标准允许高压输电线路下方最大电场强度为10 kV/m，并不意味着高压输电线路下方到处都有10 kV/m的电场。实际上，只有500 kV及以上超高压输电线路下方才会出现接近10 kV/m的电场。导线与地面之间有5～10 m的自然弧垂高差，最大电场强度仅存在于档距中央导线弧垂最低的局部点块。加上设计与施工时导线对地高度通常留有裕度，因此即使是500 kV及以上超高压电力线路下方，绝大多数地域的实际电场强度都远低于10 kV/m。

4 触电与感应电的接触刺激

4.1 直接触电

触电是电气安全领域的研究对象。当人体直接或间接接触带电体时，电流就要流过人体。触电是指电流流过人体时对人体产生的生理和病理伤害。决定触电及其伤害的直接物理因素是流过人体的接触电流。流过人体的电流很小时，人体无任何不良感受或影响，只有当流过人体的电流达到一定数值后，才会对人体造成不同程度的有害电生理效应甚至伤害。

IEC TS60479-1《电流对人体和家畜的效应第1部分》确认：在人体电流小于0.5 mA时，接触电流只有感知的可能，不会引起肌肉不自觉收缩，通常没有受惊反应。人体电流若在5 mA或以下，不管电流持续时间有多长，有害的电生理效应通常不会发生。

在电气安全防护领域，为确保工人作业安全，避免发生触电事故，对特定环境状况下使用移动式用电器具的安全电压做出规定，通常把人体持续接触而不会使人直接致死或致残的电压称为安全电压。安全电压值是依据通过人体的允许电流而制定的，各国在实际制定安全电压时所选择的人体电流可能为5～50 mA（我国规定的安全电压等级有42，36，12，6 V等）。安全电压限值只适用于低内阻抗供电电源，也就是电源的内阻抗远低于人体阻抗的供电电源。

日常工作与生活中使用的220 V市电是低内阻抗的电源，其基本特征是，不管这种电源送出的电流有多大，其电源电压基本上维持不变（直至电流大到使熔丝烧断或开关跳闸）。人体误碰到220 V电源时，流过人体的接触电流基本上就只受到人体阻抗的限制。研究表明，在220 V电压下，不论皮肤干湿情况如何，人体双手间总阻抗约在780～1 900 Ω，触电时流过人体的接触电流达到上百毫安。

4.2 感应电的接触刺激

从高压输电线路面世以来，与触电有极大差异的电场感应效应逐渐突现。由于科普工作滞后，缺乏针对性，大多数人仍难以识别触及电场中感应有不同电位的导体时的效应与直接触电对人体作用的差别。

触及电场中感应有不同电位的导体（如车辆、未良好接地的金属长杆等）时，人体通常不会遭受直接伤害的根本原因是：处在感应电场中的物体所感应、积累的电荷是通过空气的电容耦合作用从高压输电线路上获得，而不是由低内阻的电源源源不断地供给的。相对于电场中感应有电荷的导体而言，悬挂在高空远处的高压输电线路事实上形成一个高内阻抗的电源。它通过电场中的物体，能向人体输送的接触电流（电流回路中包括有绝缘良好的空气）相对于触电电流而言是极其微小的。

研究与实验一致表明，在10 kV/m的电场强度下，人脚部直接接地（赤脚或用金属丝扎在脚踝直接接地）时，人体感应电流最大值出现在脚部电流引出处，脚部感应电流最大值仅约140 mA，整个体内各处电流均远比0.5 mA小得多，对人体不可能构成伤害，通常不能为大部分人所感知。

4.3 输电线路下方电场效应的缓解措施

尽管全球绝大多数国家超高压输电线路走廊内工频电场强度的控制标准基本都在10 kV/m左右，接近10 kV/m的场强只出现在500 kV及以上的超高压输电线路弧垂最低的局部地块，但通过该地块或在该处停留的人（特别是高个子直立的人）在碰触与输电线路平行的不接地的长金属杆状物，如栏杆、两端开断的低压配电线路，或大型不接地物体（如轮胎绝缘良好的大型车辆）时，会感受到不愉快的火花放电痛感。由于个体对电场的敏感性存在极大差异，要想通过降低标准限值，一律用抬高线路对地高度来完全消除线下的电场效应是不现实的。

但通过采取工程与管理的措施，如将金属物体接地以泄放金属物体上的感应电荷，或尽量消除长距离平行走向低压配电线，可以降低电场效应及人体接触电流可能带给人们的影响。

此外，认真对待线路周围公众对高压输电线路周围一些电物理现象的质疑，主动调查、了解居民反映的事实真相，积极传播输变电设施的电场、磁场及其环境影响的科普知识，将有利于消除公众不必要的焦虑和恐慌。

5 结论

（1）无明显迹象表明低频磁场会带来长期健康风险，严格执行国际曝露标准可有效保护公众健康。

（2）低频电场不会带来健康问题，但体外电场效应是客观存在的，输电线下大型金属物体的感应电可能使人感受到接触电流或火花放电的现象。电力企业在坚持执行标准、依法建设的同时，应主动采取工程与管理的措施缓解引起烦恼的电场效应。

（3）应针对公众疑虑，加强对电的科学知识普及，消除对高压输电线路电场不必要的误解与炒作。

[1]杨新村，李毅，译.WHO“国际电磁场计划”的评估结论与建议[M].北京：中国电力出版社.

（本文编辑：徐 晗）

Power-frequency Electric Field and Magnetic Field and the Electric Field Effect of HV Transmission Lines

MAO Wenli1，YANG Xincun2，LI Haiping3
（1.State Grid Zhejiang Electric Power Research Institute，Hangzhou 310014，China；2.Shanghai Electric Power Research Institute，Shanghai 200000，China；3.State Grid Jinhua Power Supply Company，Jinhua Zhejiang 321017，China）

This article introduces and analyzes characteristics of the electromagnetic environment of power transmission&transformation infrastructures and indicates that low-frequency electric field and magnetic field have no impact on human health.The paper mainly expounds the electric field effect around HV transmission lines such as in vivo biological effect，in vitro electric field stimulation effect and so on；besides，it indicates that electric shock and response of contact stimulus are fundamentally different，and scientific knowledge should be popularized to eliminate unnecessary worry and panic.

power transmission&transformation infrastructure；electric field；magnetic field；electric field effect

X591

B

1007-1881（2016）06-0026-04

2016-01-06

毛文利（1968），女，高级工程师，从事电力环保技术研究和电网环保技术监督工作。