高压、超高压输电线，高压变电站和电气设备，以及导线周围都存在着频率为50Hz的交流电场，即工频电场。一般而言，由于空间工频电场很容易被进入工频场内的物体引起畸变，使发生畸变后的工频电场变得更为复杂。所以，评价工频电场对人体的影响与危害亦是十分困难的。为了保证测量场强的准确度，测量时的人体必须远离测量天线1.5m以上。我国国标《作业场所工频电场卫生标准》(GB16203-1996)规定标准限值为5kV/m。若就24h环境标准建议值1kV/m而言，220~500kV输电线路边距导线对地投影20~30m之外才属于完全区域。
1.3.2高压输变电设备电磁污染对人体健康的危害
国外医学研究结果表明，超高压输电线的电磁场对人体组织产生有害影响。据原联邦德国医学杂志报道，住在超高压输电线附近的居民，由于强电场的长时间作用，血液和神经系统发生变化，使一些居民受电污染而死亡。在美国，电磁环境问题，特别是超高压输电线下的电磁环境问题是在1972年500kV输电线开始应用时提出来的。这一电磁环境问题已经发展成为居民的切身利害问题。引起电磁环境问题的因素是输电线电晕放电的杂波(可见噪声、电视、收音机、杂波等)、臭氧及导体内电流与电压产生的磁场和电场。通常，由于输电电压的提高，更大功率的输电成为可能，土地也能得到更有效的利用。在美国，1回路765kV与30回路138kV相当，但可节约大量土地及建筑费。进一步的计划是将更多的交流及直流的输电电压提高到1200kV以上。这时输电线下的电磁环境问题就会进一步恶化。日本在1976年修改的电气设备技术标准第112条第3项明确指出，考虑对人体的影响，规定在离地面高度为1m处的电场强度应为3kV/m以下。在美国电气安全规范(NESC)等文件中虽没有明确规定超高压输电线下电场强度允许值，但通常取8~10kV/m。
1.3.3输电线及变电站电磁辐射影响人体及生物健康的典型事例
前苏联Korobkova等人曾向CIGRE提交了报告，介绍前苏联对在400~500kV级变电所内工作的45名工作人员进行健康诊断的情况：在平均电场强度为7.8~10kV/m，直接感应电流为120A/m环境中的工作人员，有26人患有神经衰弱、中枢神经机能障碍等疾病，有12人患有心血管系统失调等疾病，14人心电图异常，41人诉说有头痛、疲劳、失眠、消化系统失调等病状。
美国明尼苏达州某农场，1978年某电力公司在农场上空架设了765kV的高压输电线，并正式送电。由于这种输电线有强大的电流通过，因而在它下面15m的地方，形成的电场强度高达10kV/m以上，常常听到“噼啪”的气体电离声。
美国纽约州的锡腊丘兹美国复转军人医疗中心生物物理学家安德鲁·马利诺博士做过试验研究并得出了高压输电线产生的电磁场对人类和动物产生危害的结论。
1979年，美国的瓦尔特哈马博士的有关论文曾指出：在高压电网电线路和变电站附近这些较强电磁场的地方出生的婴儿，其白血病发病率较正常情况高2.98倍，癌症发病率高2.25倍。
1993年发表了一项北欧三国的有关调查材料的科研报告指出，输电线路产生的磁场达到0.2T以上时，婴幼儿的白血病发病率增加2.1倍，脑肿瘤发病率增长1.5倍。
1.4电力设备的电磁干扰与电磁兼容性
1.4.1电力系统电磁兼容
随着我国电力工业的迅速发展，电网不断扩大，电压等级不断提高，500kV输变电系统已成为我国电力系统的主网架，多条±800kV直流输电线路业已建成。围绕三峡工程，正在建设与之配套的500kV输变电系统。在西北地区的官东750kV输变电线路已经投入运行。
随着特高压电网建设的不断进行，电力系统的电磁环境和电磁干扰问题已备受关注。当前，电力系统电磁兼容面临如下6个方面的热点问题。
1.大型变电站接地网安全性设计问题
我国变电站接地网由钢材制作，由于钢材的电阻率和磁导率均远大于铜材，当变电站接地网遭受雷击或电力系统发生短路故障时，对于500kV和750kV这样的大型变电站，按传统方法设计的接地网难以保证接地网电位的均匀性要求。
2.大型变电站保护与控制设备下放开关场后的电磁兼容问题目前，新建的大型变电站采用分散控制，越来越多地将保护和控制设备由主控楼下放开关场。主控楼通过屏蔽电缆向位于开关场内的保护小室提供交、直流电源。开关操作、电力系统发生短路故障或雷击变电站接地网时，均将对保护小室内的保护和控制设备产生强烈的电磁干扰。
3.气体绝缘变电站的瞬态电磁场问题
由于气体绝缘变电站开关操作产生的瞬态过电压上升时间极短，在变电站内外将产生幅值高、频谱宽的瞬态电磁干扰，也对变电站附近公共设施的敏感电子设备或仪器产生电磁干扰。
4.超高压输电线路周围变电站内外工频电磁场问题
工频电磁场对人体的辐射影响已经受到越来越多的关注，虽然目前对其对人体的影响结论还存在分歧，但是有很多输电线周围的电磁场已经超过国家标准，而大多数高压变电站内的工频电磁环境也超过国家标准。
5.城市电网改造中的电磁环境问题
目前，大城市正在建设许多超高压变电站及相应电压等级的电缆线路。这些变电站的占地面积较小，线路走廊紧凑，电网故障电流将通过变电站接地网和电缆线路对变电站附近建筑物的接地系统、线路走廊内的通信电缆和输水、输气等金属管线产生电磁影响。
6.电网建设中的电磁干扰问题
受地理条件的限制，在电网建设中将出现超高压输电线路与输水、输油和输气等金属管线共用走廊的情况，超高压输电线路故障电流将对公用走廊内的金属管线产生电磁影响。
这些电磁兼容问题也是伴随我国电力工业发展新产生的工程问题，直接关系到电力工程建设与电力系统的安全运行，特别是特高压电网建设。
1.4.2电力二次设备电磁干扰
电力设备操作过程中及雷击等产生的电磁干扰对电力系统自动化设备的危害是十分严重的，它直接影响装备的可靠性和安全性，突出表现在以下几方面。
1.电压突降和短时中断干扰
这种干扰现象在配电网出现故障时会经常产生，一些产品在在试验后出现死机，必须要靠人工复位后才能恢复工作，这一方面给使用单位增加大量维护工作量，另一方面不能及时将故障信息传送到主站，失去了终端应有的作用。
2.快速瞬变脉冲群干扰
这种干扰现象在配电网络开关操作和用户的小电感负载操作时出现。不少产品在试验中死机，不能正常计数和计算，严重的会出现终端电源或信号输入线路损坏。
3.阻尼振荡波干扰
这种干扰现象在配电网故障和开关操作时经常出现。一些产品在试验中出现死机，不能正常工作或通信功能丧失，严重的出现终端电源损坏或信号输入线路损坏。
4.浪涌干扰
这种干扰现象在雷电(直接或间接)时经常出现，在电网故障和开关操作时也会产生。有不少产品在试验中损坏，试验后不能恢复正常工作，甚至设备放电击穿引起供电电源中断。在实际运行中RS-485总线通信的产品受雷电击穿损坏的现象经常发生；在负荷管理终端的运行中已发生多起雷击误动作现象，严重危及了电力用户的安全用电。由于负荷管理终端的行业标准是1993年制定的，当时国内对产品的电磁兼容性要求认识不足，也无相应的检测设备，因而标准中没有浪涌试验的要求。在现场运行中出现多起误动作事件后，1997年负荷控制产品质量专题研讨会上提出了要增加浪涌试验项目，目前负荷管理终端标准已拟修订。同时负荷控制终端增加了用电管理、抄表功能，所以应满足集抄相应标准要求。但从今年的国家监督抽查结果看生产厂商没有重视雷电造成的严重后果，大部分产品在浪涌试验中仍出现损坏。
5.静电放电干扰
静电放电是由带有电荷的操作人员在操作设备时或在附近两个物体间产生的，尤其在北方干燥气候环境，瞬间静电放电电压可高达十几千伏。这样高的静电放电电压如不采取预防措施将会造成终端设备的损坏、死机。不少产品都在静电放电试验中出现上述问题。
在电力系统中电力自动化设备，通常安装在变电站高压设备的附近，该设备能正常工作的先决条件就是它能够承受变电站中，在正常或非正常情况下产生的极强的电磁干扰。此外，由于现代的高压开关常常与电子控制和保护设备集于一体，因此，对这种强电与弱电设备组合的设备不仅需要进行高电压、大电流的试验，同时还要通过电磁兼容的试验。开关操作时，可以产生频率高达数兆赫的快速暂态过电压。这种快速暂态过电压不仅会危及变压器等设备的绝缘，而且会通过接地网向外传播，干扰变电站继电保护、控制设备的正常工作。随着电力系统自动化水平的提高，电磁兼容技术的重要性日益显现出来，因此测量电力系统自动化设备附近的工频电磁场，进行电磁兼容试验对于电力系统的稳定、可靠运行及工作人员的人体健康有着重大的意义。
1.4.3电磁兼容的基本定义和分类
在现代社会里，微电子技术已深入到各个领域。由于电子技术中的高频器件(如石英晶振、晶体管门电路)占据很大的份额，使人们并不希望见到的电磁辐射几乎无处不在，形成了一种所谓的电磁污染。此外，由于工作空间的狭窄，如汽车、飞机和船舶，许多电磁能量的辐射体与接收装置不得不相互为邻，致使电气、电子设备的电磁环境日趋恶化，影响到这些设备的正常工作与效率。这些问题都是电磁兼容(ElectroMagneticCompatibility，EMC)的研究亟待解决的问题。国际电工委员会对电磁兼容性的定义为：“EMC是电子设备的一种功能，电子设备在电磁环境中完成其功能，而不产生不能容忍的干扰。”作为这种能力必须满足两个方面的条件：①电气装置在工作中产生的电磁辐射要限制在一定水平内；②电气装置本身要具备一定的抗干扰能力。EMC有其非常广的含义，电磁能量的检测、抗电磁干扰(ElectroMagneticInterference，EMI)性试验、检测结果的统计处理、电磁能量辐射抑制技术、雷电和地磁等自然电磁现象、电磁场对人体的影响、电场强度的国际标准、电磁能量的传输途径和相关标准及限制等均包含在EMC之内。
任何一个电磁干扰现象的发生首先应该具有电磁干扰源，即要有产生电磁能量的部件或物体。它不仅可能是广播、电视发射装置，也可能是一段输电线和一台电气设备，或者是一些意想不到的电磁辐射源，如汽车的点火装置、荧光灯的启动装置、开关柜等。其次要有易受到影响的敏感设备，还要有传输电磁干扰能量的途径或通道。
在电磁兼容理论中，电磁干扰源是指产生电磁干扰的元件、器件、设备、分系统、系统或自然现象。耦合途径(通道)是指把能量从电磁干扰源耦合(或传输)到敏感设备上，并且引起该设备相应响应的媒介。敏感设备是指对电磁干扰发生响应的部件或设备的总称。它可以是一个很小的元件或一个印制电路板组件，也可以是一个单独的用电设备，甚至可以是一个大系统如计算机、医疗仪器和油库、军械等。许多电气装置既是辐射体又是敏感体，如计算机内部的时钟脉冲频率发生器工作时将泄漏出电磁辐射担当干扰源的角色，但同时又易受到外界的电磁能量的影响而成为敏感体。
从各种电磁能量源传输电磁能量至敏感设备的通路或耦合途径一般来说有两种方式：一种是传导耦合方式，另一种是辐射耦合方式。传导耦合是干扰源与敏感设备之间存在完整的电路连接，电磁能量沿着这一连接电路从电磁干扰源传输到敏感设备而产生的电磁干扰。这种传导耦合的连接电路包括直接连接的导线、器件、电源线、信号线、设备的导电构件等，也包括间接的分布电、磁参数的作用。传导耦合一般分为电路性耦合、电容性耦合和电感性耦合3类。辐射耦合是电磁能量通过其周围空间以电磁波动的方式从电磁干扰源传送到敏感设备，一般分为近场耦合和远场耦合。
其中近场耦合根据电磁干扰源的性质分为电容性耦合和电感性耦合，而远场耦合根据耦合机理分为天线与天线耦合、辐射场与导线耦合和导线与导线的耦合，如图1.5所示。
习题
1.简述电磁兼容的定义所涉及的领域。
2.简述各种磁场之间的区分标准及各自的生物效应。
3.什么是高频电磁波？其对生物体的影响通常考虑哪几个方面？
4.简述电力系统输变电设备的低频电场的生物效应及安全标准。
5.简述电力系统设计的电磁兼容分析的内容及常用方法。