13.2.1.1 工频电场的特点
交流输电线路带电运行时，导线上的电荷将在周围空间内产生工频电场。假设大地土壤为良导体，并忽略杆塔和周围邻近物体的影响，地面附近场强的水平分量接近零，合成场强接近于垂直分量，在距离地面约2m以内的区域，电场方向基本竖直，水平分量可忽略不计。
输电线路的电场强度主要由线路电压决定的，不随输送容量和线路电流变化，不管线路处于空载还是满载状况，线路上的电压相对稳定，工频电场的强度就基本不变。
电场遇到导体后会引起该导体表面电荷的移动，导体上所带的电荷也产生一个场，这个电场叠加在原来的电场上，改变了导体附近的整个电场，使得导体周围的电场发生畸变增加。相类似地，树木、建筑物本身具有一定的导电性，其周围电场会因畸变而增加，其内部电场会因屏蔽而大大削弱，实际工程中可不考虑建筑物内部电场。
13.2.1.2 工频电场的限制标准
目前，输电线路的电场强度限值主要参考国家环保总局和电力行业的相关规定。从保护环境出发，中国特高压输电线路的工频电场限值与500kV交流输电线路的完全一样，见表13-1[1]。即线路下地面上1.5m处的工频电场强度：对于一般地区，如公众容易接近的地区、线路跨越公路处，场强限值取7kV/m；跨越农田，场强限值取10kV/m。线路邻近民房时，房屋所在位置离地1.5m处的最大未畸变场强取4kV/m。
表13-1 中国特高压输电线路工频电场限值标准
作为参考和对比之用，以下给出国外关于输电线路电场强度限值的相关要求。
（1）美国
对于输电线路下方的工频电场，线路走廊边缘处的场强一般控制在2kV/m。对于线路走廊内的线路下方最大场强，美国各电力公司取值不一致。其中，BPA对电场强度的设计要求为：线路走廊内为9kV/m，线路走廊边缘和跨越公路处为5kV/m。
（2）日本
日本对电场强度的限值是根据人打伞在线路下方经过时，伞对人体火花放电产生的不舒服程度来决定的。其中，人员经常活动的地方取为3kV/m；山区、森林等地的地面电场强度最大值取10kV/m。
（3）其他标准
国际非电离辐射防护委员会ICNIRP《限制时变电场、磁场和电磁场（300GHz以下）暴露的导则》对50Hz电场限值的规定为5kV/m（针对一般民众）。IEEE标准C95.6TM-2002对50Hz电场限值的规定为：对于公众取5kV/m；在受控区取20kV/m。
综上，由于各国环保政策不同，其工频电场的限值规定存在一定的差别。另外，CIGRE曾对部分国家输电线路下方的空间电场强度限值进行过归纳，各国的限值要求也存在一定的相同之处，详见表13-2。由表13-2可知，各国对公众活动区域或邻近民房处电场强度要求小于5kV/m，跨越公路处电场强度限值为7～10kV/m，线路下方的最大电场强度限值为10～15kV/m。
表13-2 部分国家输电线路下方的空间电场强度限值（CIGRE）
注：A—防止暂态电击引起的不舒服效应；
B—防止稳态电击电流大于摆脱电流；
C—限制由于电场长期作用引起的生态效应。
13.2.1.3 工频电场计算方法
高压输电线路下空间工频电场强度的计算根据“国际大电网会议第36.01工作组”推荐的方法，利用等效电荷法（模拟电荷法）计算单相或三相输电线路下空间工频电场强度。
接地架空线对于地面附近场强的影响很小，对超、特高压输电线路单回路水平排列的情况计算表明，没有架空地线时较有架空地线时的场强增加约1%～2%，所以常不计架空地线的影响而使计算过程简化。
13.2.1.4 工频电场仿真计算
为了解特高压线路的工频电场的分布情况，本节对输电线路工频电场的仿真采用了晋东南—南阳—荆门1000kV特高压试验示范工程典型杆塔塔型，塔型如图13-2所示。平原地区使用猫头塔，M型三角排列；山区使用酒杯塔，M型水平排列。
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图13-2 1000kV晋东南—南阳—荆门输电线路杆塔典型塔型
1000kV线路导线采用8×LGJ-500/35型钢芯铝绞线，分裂间距为400mm；避雷线采用JLB20A-170型铝包钢绞线。
图13-3给出了猫头塔、酒杯塔线路下方，地面上方1.5m处工频电场的横向分布。特高压线路与超高压线路相比，有电压等级高、铁塔高、线路走廊宽度大等特点。猫头塔考虑最大弧垂，底相导线离地最小高度有40多米，线路下方的工频电场的最大值为3.18kV/m，工频电场满足限值标准，工频电场达标。酒杯塔相对于猫头塔而言比较低，线路下方的工频电场的最大值为4.71kV/m，满足4kV/m的线路走廊宽度约为91m。
图13-3 特高压线路下方的工频电场横向分布
13.2.1.5 工频电场的影响因素
空间某点的工频电场强度值与导线上所施加的电压有关，即与导线上的电荷量有关；与该点与导线之间的距离有关；同时还与导线的几何位置及尺寸有关。因此，导线的布置形式、对地高度、相间距离、分裂数、分裂间距、截面积及多回路导线的相序布置等，都是影响线路下方工频电场强度的分布和大小的因素。
本节以晋东南—南阳—荆门1000kV特高压试验示范工程酒杯塔为例，分析了导线对地高度、相间距离、导线参数等影响因素对线路工频电场的影响程度，仿真结果如图13-4所示。
图13-4 不同影响因素对线路工频电场的影响
由图13-4可知：导线对地高度和导线分裂根数对线路工频电场的影响明显，抬高导线对地高度是减小工频电场的一个有效措施，但值得注意的是随着导线对地高度的增加，场强减小的速度逐渐缓慢。减少导线分裂根数，也可降低线路下方的工频电场，但会增加无线电干扰和可听噪声值，故该方法在线路设计中应综合考虑。导线相间距离、分裂间距和导线截面积等因素对工频电场的影响很小。
输电线路的导线布置方式也是影响线路工频电场的主要因素。1000kV单回线路有三种不同的导线布置方式：水平、正三角形、倒三角形方式。对这三种方式分别建立工频电场计算模型，三种模型相导线对地最小高度为18m，图13-5所示。三种模型地面上方1.5m处工频电场的横向分布，如图13-6所示。倒三角排列与正三角形、水平排列方式相比，场强分布集中、高场强区分布范围较小。水平布置时高场强区的覆盖范围最大，倒三角布置时的极值和高场强覆盖范围均最小。
图13-5 三种排列方式仿真简化模型
图13-6 三种排列方式下电场强度的分布
同塔双回特高压输电线路有六种相序布置：ABCABC、ABCBAC、ABCACB、ABCBCA、ABCCAB、ABCCBA。图13-8给出了不同相序布置下，地面上方1.5m处工频电场的横向分布（以图13-7所示的日本特高压输电线路模型为例）。显然，逆相序ABCCBA下线路下方工频电场强度的最大值最小，且高场强范围也最小。
图13-7 同塔双回线路简化模型
图13-8 不同导线排列方式下电场强度的横向分布
对于单回特高压线路采用倒三角形布置，同塔双回特高压线路采用逆相序布置，可以有效减小线路下方工频电场强度的最大值并节省线路走廊。值得注意的是，同塔双回线路采用逆相序布置会增加导线的电晕损失，使得线路的无线电干扰和可听噪声值增加，这点在线路设计时应加以综合考虑。
13.2.1.6 工频电场的改善措施
不同电压等级输电线路工频电场的产生机理和分析方法相同，由上述研究结果总结输电线路工频电场的改善措施如下：
增加导线对地高度是减小工频电场最有效措施；对于同塔双回线路，改变导线相序排列也能明显减小线路下方工频电场强度，对于单回特高压线路采用倒三角形布置，对于同塔双回特高压线路采用逆相序布置，均可以有效地减小线路下方的工频电场强度的最大值和节省线路走廊。值得注意的是，双回线路采用逆相序布置会增加导线的电晕损失，使得线路的无线电干扰和可听噪声值增加，在线路设计时应加以综合考虑。在某些人员活动频繁或有特殊需要而必须将输电线下方工频场强控制在很低水平的场合，可在相导线与地面之间安装几根屏蔽线来减小输电线路下方的场强。
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