我國居民區(qū)工頻電場限值的合理性分析

李 宏，巢哲雄，呂 浩，聞映紅，孔令海，*

（1.環(huán)境保護部核與輻射安全中心，北京 100082；2.環(huán)境保護部輻射源安全監(jiān)管司，北京 100035；3.北京交通大學，北京 100044）

我國居民區(qū)工頻電場限值的合理性分析

李 宏1，巢哲雄2，呂 浩2，聞映紅3，孔令海1，*

（1.環(huán)境保護部核與輻射安全中心，北京 100082；2.環(huán)境保護部輻射源安全監(jiān)管司，北京 100035；3.北京交通大學，北京 100044）

本文分析了高壓輸變電設施對周圍環(huán)境的電磁影響，梳理總結(jié)了國際、國內(nèi)工頻電場的限值標準情況。從防止電磁場環(huán)境影響、國際權威組織和部分發(fā)達國家的限值比較以及促進經(jīng)濟發(fā)展等方面詳細分析了我國居民區(qū)工頻電場限值的合理性。實踐證明，我國居民區(qū)工頻電場以4 kV·m-1作為限值是合理可行的。

高壓輸變電工程；電磁環(huán)境影響；工頻電場；4 kV·m-1

近年來，我國電力的需求增長迅速，由于我國能源分布及經(jīng)濟發(fā)展不均衡，導致電力供需矛盾突出。高壓輸變電工程則能夠快速有效地傳輸電能，因此迎來了高壓輸變電工程建設的高峰期。我國已經(jīng)規(guī)劃建設了多項超、特高壓輸變電工程，將西部、西南部、北部地區(qū)電力送往中東部高負荷的中心地區(qū)。這些高壓輸變電工程的建設大大緩解了中東部地區(qū)電力緊張的情況，促進了經(jīng)濟的快速發(fā)展，與此同時也帶來了不少環(huán)保問題。近年來有關高壓輸變電工程的環(huán)保投訴和糾紛逐漸增多，公眾對高壓輸變電工程的電磁環(huán)境影響尤其關注，由于各國對于工頻電磁場限值規(guī)定各不相同，所以國際上尚沒有統(tǒng)一標準。為促進經(jīng)濟與環(huán)境的和諧發(fā)展，根據(jù)相關國際標準、一些發(fā)達國家標準以及工程建設的實際情況，我國在《電磁環(huán)境控制限值》（GB 8702-2014）中明確了工頻電場公眾曝露控制限值為4 kV·m-1［1］。

1 高壓輸變電設施對周圍環(huán)境的電磁影響

1.1 高壓輸變電設施周圍的電場情況

靜止電荷在其周圍空間產(chǎn)生電場，運動電荷在其周圍空間產(chǎn)生電場的同時還產(chǎn)生磁場。當電荷的運動頻率很低時，電場和磁場是相互獨立的。我國電力系統(tǒng)的工作頻率f為工頻50Hz，通過公式（v為光速），可以計算出其波長λ為6000 km。只有當一個電磁設施的尺度與其工作波長相當時，該電磁設施才能向空間有效地發(fā)射電磁能量。通過計算，輸變電設施的波長為6 000 km，尺度遠小于其波長，根本無法產(chǎn)生有效的電磁發(fā)射，因此輸變電設施周圍的電場和磁場是彼此獨立的［2］。

高壓輸電線路附近空間的電場分布不均勻，在鄰近導線處其電場高度集中，并且越接近地面，電場強度越小。以單相帶電高壓導線為例，在空曠區(qū)域，導線和地面之間的空間范圍內(nèi)，電位隨導線到地面距離的增加呈指數(shù)衰減分布，如圖1所示；距地面1.5m高度處（人體通?；顒铀幐叨龋┑乃椒较蛏希嘏c導線垂直的方向，其電場強度隨著與導線垂直距離的增加呈倒數(shù)衰減分布，如圖2所示。

1.2 電磁環(huán)境影響

高壓輸變電設施周圍存在極低頻電磁場。國際上的研究表明，極低頻的電場和磁場對人體生物系統(tǒng)的主要影響是在體內(nèi)感應出電場和電流。國際非電離輻射防護委員會認為，時變電場、磁場通過電場耦合，磁場耦合，從電磁場吸收能量等三種機制與生物體相互作用。高壓輸變電設施的電場和磁場對人體的直接影響就是低頻電場耦合和低頻磁場耦合，耦合導致人體內(nèi)產(chǎn)生電流［3］。世界衛(wèi)生組織（WHO）官方文件指出：“極低頻場與生物組織相互作用的唯一實際方式是在生物組織中感應電場和電流。然而，在通常遇到的極低頻場曝露水平下，所感應的電流比我們體內(nèi)自然存在的電流數(shù)值還低”。在全面評估有關電場的研究結(jié)果后，世界衛(wèi)生組織指出：“除了由軀體表面電荷產(chǎn)生的刺激外，曝露到高達20 kV·m-1的工頻電場幾乎沒有什么影響，并且是無害的”［4］?？茖W研究表明，當工頻電場強度被控制在一定的量值范圍內(nèi)時，它對人體及其他生物體是無害的。

圖1 高壓線路下距地面不同高度處電位分布Fig.1 Potentialdistribution at differentheightaboveground under the high voltage Line

圖2 高壓線下距地面1.5m高度處場強的水平分布Fig.2 Field intensity horizontaldistribution at1.5m height under the high voltage line

2 工頻電場限值標準情況

2.1 國際標準情況

世界衛(wèi)生組織發(fā)布的《制定以健康為基礎的電磁場標準的框架》，可以直接用來指導各國制定曝露標準。該文件是世界衛(wèi)生組織40多個成員國（現(xiàn)已增加到60多個成員國）及全球主要國際機構(gòu)10年來共同實施的“國際電磁場計劃”，并且是首次以世界衛(wèi)生組織署名正式發(fā)布的關于電磁場標準的結(jié)論性文件［5］。世界衛(wèi)生組織在該文件中要求其成員國采用國際標準，以便提供相同或相似的健康保護水平［6］。

國際非電離輻射防護委員會制訂了《限制時變電場、磁場和電磁場曝露的導則》（300GHz以下）。該導則定義了電磁場照射基本限值和導出限值來明確電磁場的限值?；鞠拗凳且源_定的健康效應為基礎的輻射影響限值，并根據(jù)基本限值給出了便于實際測量的導出限值。

根據(jù)頻率不同，用來說明電磁照射基本限值的物理量為電流密度、功率密度和比吸收率。為防止造成健康影響，電磁場中這些物理量的值不能超過基本限值。在1 Hz～10MHz頻率范圍內(nèi)，電磁場的基本限值主要是電流密度。4Hz～1KHz頻率范圍內(nèi)的電磁場，超過100mA·m-2的感應電流密度會使中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)生興奮性劇烈變化以及其他劇烈效應。出于安全考慮，對于4Hz～1KHz頻率范圍的電磁場，職業(yè)曝露應限制感應電流密度低于10m A·m-2，即采用了10的安全系數(shù)，對于公共限值，采用額外的安全系數(shù)5，基本照射限值為2mA·m-2。［7］

基本照射限值是一個難以測量的量，為便于測量和實際曝露評估，通過基本限值用數(shù)學模型以及在特定頻率下通過實驗室研究結(jié)果進行推導，引入導出限值—電場強度。頻率為50Hz的電磁場在人體內(nèi)產(chǎn)生感應電流密度2mA·m-2時對應的電場強度為5 kV·m-1。

電氣和電子工程師協(xié)會（IEEE）提出的《關于人體曝露到0KHz～3KHz電磁場安全水平的IEEE標準》也給出了整個軀體曝露到不變的正弦形電場的最大電場限值，見表1。

表1 環(huán)境電場最大許可曝露水平（MPE）（整個軀體的曝露）［8］Table1 Maximum permissibleexposure level in environment electric field（exposure of thewholebody）［8］

從表中可以看到，頻率為50Hz的電場的電場強度公眾曝露限值為5 kV·m-1。

2.2 發(fā)達國家標準情況

美國迄今尚無針對工頻電場的國家控制標準，但有6個州已制定了輸電線路走廊內(nèi)工頻電場的控制標準［9］。即使是這些限制最苛刻的州，他們對輸電線路走廊內(nèi)工頻電場強度規(guī)定的限值最低為7 kV·m-1，見表2。

表2 美國6個州已制定的輸電線路工頻電場強度控制標準Table 2 Power frequency electric field intensity standard under the power transm ission line in 6 states of USA

部分工業(yè)國家或組織規(guī)定了工頻電場公眾及職業(yè)曝露的控制限值，見表3。

表3 部分先進工業(yè)國家或組織工頻電場曝露限值［2］Table 3 Power frequency electric field exposure lim its of someadvanced industrial countriesor organizations［2］

從表3可以看出，美國、日本、英國、澳大利亞和歐洲標準化委員會規(guī)定了工頻電場強度的職業(yè)曝露限值，均不低于10 kV·m-1。英國、澳大利亞以及歐洲標準化委員會規(guī)定了工頻電場強度的公眾曝露限值，其中澳大利亞輻射保護與核安全局（ARPANSA）標準（2006）對工頻電場要求最嚴，明確了工頻電場強度的公眾曝露限值為5 kV·m-1，其他國家、組織規(guī)定的限值均高于此值。

2.3 我國標準情況

我國在《電磁輻射防護規(guī)定》（GB 8702-88）中明確規(guī)定了100kHz～300GHz頻率范圍內(nèi)電磁輻射的防護限值，但未對高壓輸變電設施產(chǎn)生的50Hz電磁場做出規(guī)定。我國2015年1月1日起在全國實施的《電磁環(huán)境控制限值》（GB 8702-2014）是對《電磁輻射防護規(guī)定》（GB 8702-88）的修訂，其中明確了工頻電場公眾曝露控制限值為4 kV·m-1。

我國1998年在制定環(huán)保行業(yè)標準《500 kV超高壓送變電工程電磁輻射環(huán)境影響評價技術規(guī)范》（HJ/T 24-1998）中關于公眾曝露控制限值時，考慮到暫態(tài)電擊影響在不同限值間（5 kV·m-1、4 kV·m-1和3 kV·m-1）變化不大，而輸變電工程的設計規(guī)范是4 kV·m-1，因為我國人口稠密、民居密集、限值太高不利于工程建設，因此在標準文本中“推薦暫以4 kV·m-1作為居民區(qū)工頻電場評價標準”。此后，我國在《關于高壓輸變電建設項目環(huán)評適用標準等有關問題的復函》（環(huán)辦函 ［2007］881號）中明確了居民區(qū)工頻電場的評價限值為4 kV·m-1。

3 我國在居民區(qū)工頻電場限值的合理性

目前，我國在居民區(qū)工頻電場以4 kV·m-1作為限值，實踐證明該限值是合理可行的。

3.1 以4 kV·m-1作為居民區(qū)工頻電場限值的合理性

首先，居民區(qū)工頻電場限值4 kV·m-1能夠有效防止工頻電場對健康的有害影響。直接根據(jù)確定的健康效應而規(guī)定的電磁場曝露的限值為基本限值。它包含了適當安全因子，反映了產(chǎn)生健康影響的最低閾值。在1 Hz～10MHz頻率范圍內(nèi)，電磁場的基本限值主要是電流密度。工頻電磁場的公眾基本照射限值為2mA·m-2，對應的電場強度限值為5 kV·m-1［7］。因此采用更嚴格的4 kV·m-1的工頻電場限值則能夠達到有效的防護。

其次，居民區(qū)工頻電場4 kV·m-1的限值嚴于國際權威組織推薦標準5 kV·m-1，也嚴于大多數(shù)國家的標準。世界衛(wèi)生組織推薦《關于人體曝露到0 KHz～3 KHz電磁場安全水平的IEEE標準》和《限制時變電場、磁場和電磁場曝露的導則》（300GHz以下）作為各國制定標準的依據(jù)。國際非電離輻射防護委員會制訂的《限制時變電場、磁場和電磁場曝露的導則》（300GHz以下）中公眾的工頻電場強度限值為5 kV·m-1。在非電離輻射國際電磁安全委員會提出的《關于人體曝露到0KHz～3KHz電磁場安全水平的IEEE標準》中也明確了頻率為50Hz的電磁場的電場強度公眾曝露限值為5 kV·m-1。根據(jù)世界衛(wèi)生組織對全球225個國家和地區(qū)的電磁場限值進行了調(diào)查統(tǒng)計，根據(jù)該統(tǒng)計，已有38個國家或地區(qū)制定了工頻電場限值，其中大多數(shù)國家采納了在上述兩個標準中5 kV·m-1的推薦限值。

我國2015年1月1日起在全國實施的《電磁環(huán)境控制限值》（GB 8702-2014）中明確了工頻電場公眾曝露控制限值為4 kV·m-1。

3.2 保障工程建設與環(huán)境保護和諧發(fā)展

居民區(qū)工頻電場4kV·m-1的限值有利于高壓輸變電工程的投資建設和經(jīng)濟的發(fā)展?！?00 kV超高壓送變電工程電磁輻射環(huán)境影響評價技術規(guī)范》（HJ/T 24-1998）修訂前，我國高壓輸變電工程電磁環(huán)境限值執(zhí)行該標準，該標準推薦暫時以4 kV·m-1作為居民區(qū)工頻電場評價標準；我國2015年1月1日起在全國實施的《電磁環(huán)境控制限值》（GB 8702-2014）中也明確了工頻電場公眾曝露控制限值為4 kV·m-1。該限值已實施十幾年，不僅有效防止了高壓輸變電設施的電磁環(huán)境影響，而且促進了電網(wǎng)事業(yè)的健康發(fā)展，進而促進了經(jīng)濟的發(fā)展。

我國非常重視高壓輸變電工程的環(huán)境影響評價和竣工環(huán)境的保護驗收。目前，我國對居民區(qū)工頻電場嚴格按照4 kV·m-1的限值執(zhí)行。表4～表6給出了對國內(nèi)幾項典型的高壓輸變電工程的工頻電場的預測情況；表7～表9列出了另外幾項典型的高壓輸變電工程竣工后工頻電場的監(jiān)測情況。

我國在環(huán)境影響評價時嚴格控制高壓輸變電工程電磁環(huán)境影響，表4～表6對不同電壓等級輸變電工程線路進行了工頻電場預測，并預測工程拆遷后居民區(qū)工頻電場強度低于4 kV·m-1的線路高度。在項目施工過程中，嚴格按照環(huán)境影響評價要求建設，確保居民區(qū)工頻電場強度小于4 kV·m-1。

表4 高嶺-天馬第三回500千伏輸變電工程單回輸電線路工頻電場預測結(jié)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 寧夏沙湖750千伏輸變電工程750千伏單回輸電線路工頻電場預測結(jié)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1 000千伏交流輸變電工程線路工頻電場預測結(jié)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 （鞏昌）330千伏輸變電工程變電站衰減斷面工頻電場監(jiān)測結(jié)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 鄭州南500千伏輸變電工程某段線路衰減斷面工頻電場監(jiān)測結(jié)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9 750千伏瑪納斯電廠三期送出輸變電工程某段線路衰減斷面工頻電場監(jiān)測結(jié)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］

從表7～表9的監(jiān)測數(shù)據(jù)可以清晰地看到高壓輸變電工程對環(huán)境的電磁影響得到了有效的控制，居民區(qū)工頻電場強度均小于4 kV·m-1。

我國在居民區(qū)工頻電場限值嚴格按照4 kV·m-1執(zhí)行，該限值已實施十幾年并為公眾、環(huán)保部門、電網(wǎng)企業(yè)等各方所接受，不僅有效地防止了高壓輸變電工程的電磁環(huán)境影響，也保障了工程建設與環(huán)境保護的和諧發(fā)展。

4 結(jié)論

我國高壓輸變電工程將西南部、西北部能源豐富地區(qū)的電力送往中東部電力高負荷地區(qū)，實現(xiàn)了電能的快速有效輸送，較大地緩解了中東部地區(qū)電力緊張的狀況，但同時在一定程度上產(chǎn)生了電磁環(huán)境影響。如何控制高壓輸變電工程的電磁環(huán)境影響，目前國際上尚沒有統(tǒng)一標準。我國2015年1月1日起在全國實施的《電磁環(huán)境控制限值》（GB 8702-2014）中明確了工頻電場公眾曝露控制限值為4 kV·m-1。我國居民區(qū)工頻電場以4 kV·m-1作為限值不僅能有效防止高壓輸變電工程的電磁環(huán)境影響，而且還保障了工程建設與環(huán)境保護的和諧發(fā)展。實踐證明，該限值是合理可行的。

［1］環(huán)境保護部.電磁環(huán)境控制限值［S］.北京：環(huán)境保護部，2014.

［2］《輸變電設施的電場、磁場及其環(huán)境影響》編寫組.輸變電設施的電場、磁場及其環(huán)境影響［M］.北京：中國電力出版社，2007.

［3］趙亞民.高壓輸變電工程環(huán)境影響報告中幾個值得商榷的問題FactsheetNo.205［J］.核安全，2010（1）：13-18.

［4］世界衛(wèi)生組織（WHO）.電磁場和公眾健康—極低頻場Fact sheetNo.205［DB/OL］.（1998-11）［1998-11］.http：//www. who.int/em f.

［5］李妮，鄔雄.國際工頻電磁場暴露限值現(xiàn)狀［J］.中華勞動衛(wèi)生職業(yè)病雜志，2009，27（9）：565-568.

［6］楊新村，李毅，呂斌，等譯.制訂以健康為基礎的電磁場標準的框架［M］.北京：中國電力出版社，2008.

［7］國際非電離輻射防護委員會.ICNIRP導則.限制時變電場、磁場和電磁場曝露的導則（300GHz以下）［S］.慕尼黑：國際非電離輻射防護委員會，1998.

［8］IEEE標準協(xié)會標準局.IEEE（C95.6）2002.關于人體曝露到0～3 KHz電磁場安全水平的IEEE標準［S］.紐約：IEEE標準協(xié)會標準局，2002.

［9］美國全國環(huán)境衛(wèi)生學研究所（NIEHS）.電磁場研究與公眾資料傳播計劃—電磁場常見問題與問答［DB/OL］.（2002-10）［2002-10］.http：//www.niehs.nih.gov/.

［10］沈陽環(huán)境科學研究院.高嶺-天馬第三回500千伏輸變電工程環(huán)境影響報告書［R］.沈陽：沈陽環(huán)境科學研究院，2012.

［11］國電環(huán)境保護研究院.寧夏沙湖750千伏輸變電工程環(huán)境影響報告書［R］.南京：國電環(huán)境保護研究院，2013.

［12］淮南-南京-上海1 000千伏交流輸變電工程環(huán)境影響報告書［R］.上海：中國電力工程顧問集團華東電力設計院，2012.

［13］330千伏文峰（鞏昌）輸變電工程竣工環(huán)境保護驗收調(diào)查報告［R］.北京：北京百靈天地環(huán)?？萍加邢薰?，2014.

［14］鄭州南500千伏輸變電工程竣工環(huán)境保護驗收調(diào)查報告［R］.武漢：中國電力工程顧問集團中南電力設計院，2014.

［15］750千伏瑪納斯電廠三期送出輸變電工程竣工環(huán)境保護驗收調(diào)查報告［R］.長春：中國電力工程顧問集團東北電力設計院，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

國家自然基金項目，項目編號61172021

李 宏（1981—），男，山東蒙陰人，工程師，現(xiàn)主要從事電磁環(huán)境管理及電磁輻射安全審評工作

*通訊作者：孔令海，E-mail：konglinghai@chinansc.cn