静电感应和高压电场对人体的影响

自从电力工业采用超高压输电技术以来，出现了许多影响人身安全的异常现象。如人们在高压输电线路或设备下站立或行走时，往往会有不舒服的感觉；当距离带电导体较近时，精神紧张，毛发竖立，严重时身体与衣服接触处有刺痛的感觉；在潮湿天气时，头和帽子之间，脚和鞋之间，往往会发生使人难受的电火花。美国在500kV电压输电线路投入运行后，有的地方在线路下面或附近装设金属栅栏，人体接触栅栏时曾发生过触电事故。这些异常现象提出了安全技术上有待研究的新课题。

众所周知，当导体带有电压时，在其周围空间就产生电场。在带电的高压架空线路与地面之间，或在变电站高压带电设备的附近，都有电场存在。根据电势差和电场强度的关系，带电导体的电压越高，电场强度就越大，因此，在超高压输电线路和变电所设备的周围就存在有高压电场。如在电场中引入一个与周围或大地绝缘良好的导电物体，则根据静电感应原理可知，导体将带有电压，这个电压一般叫做感应电压。感应电压的大小正比于带电设备的电压，同时也和它们之间的杂散电容量有关，图1-4中C12为带电导体与导电物体间的杂散电容，C22为导电物体与大地间的杂散电容。若带电导体的电压为U1，则通过电容耦合在导电物体上的电压U2为

图1-4　带电物体对附近与大地绝缘的导电物体的静电感应

图1-5　人体接触在高压电场中带有静电感应电压的导电物体(www.xing528.com)

U2即为导电物体上的感应电压。在导电物体聚集的电荷为

Q=U2C22

当导电物体上的感应电压比较高时，一旦有人靠近或接触，导电物体上聚集的电荷将向人体移动。若人体对大地有较好的绝缘，则电荷的移动相当于一个已充电的电容器对另一个未充电电容器的充电过程。这个过程很短，但在起始的那一瞬间，仍有一定数量的电流会使人体产生电击的感觉。若人体接地良好，则导电物体上聚集的电荷Q将通过人体流入大地，相当于一台电容器对电阻放电，从而造成瞬间电击。由于人在接触导电物体时，人体的电阻与该物体对地的电抗形成一个并联回路，如图1-5所示。所以，流过人体的电流除了导电物体上聚集的电荷放电形成的暂态电流外，还有一个从电源经C12对人体放电的持续电流，这个电流的大小和持续时间，不仅和导电物体上的感应电压高低有关，而且还与导电物体对带电设备之间的杂散电容C12和人体的电阻有关。若人体接地良好，则由于人体电阻一般约为1000～1500Ω，与容抗Xc12相比可忽略不计，这样流过人体的电流就相当于导电物体直流接地，带电导体上的电容U1作用在C12上的接地电流为

Isc=ωC12U1

实践证明，在220kV线路或设备附近正常的安全距离以外，很少发生过静电感应危害人身的现象。但电压在330kV以上时，这就成为需要研究解决的问题了。一般用提高线路和设备的对地距离来控制在线路或设备下面离地面1m高处的电场强度。

通过试验可知，当人或物体对地电容达到275pF时，感应电压为1000～2000V时就会发生轻度的电击感觉；当电容等于或大于275pF，充电到2000V以上时，就会发生疼痛的电击感觉。

在我国44～330kV的变电所，当巡视维护人员站在带电设备下面举手时，按照2m高度考虑，人体表面的电场强度大都小于100kV/m。个别330kV变电所，最高电场强度也不超过150kV/m。330kV输电线路在跨越公路，导线对地距离为8m时，人的体表场强为40kV/m。因此，无论在变电所或输电线路下面，不会有不舒服的感觉，但当人体的表面场强超过200kV/m时，则应穿均压服或采取其他屏蔽措施。