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啥是输变电设备的电场和磁场?

2017-08-08 09:17分类:电工考证知识 阅读:

 

电场和磁场是很笼统的科学概念,答复这个首要需求了解场的概念。简略地说,场是一种以看不见摸不着的格外方法存在的物质。场有很多种,如重力场,人都有重力即是因为存在于人与地球之间的重力场的效果,而月亮老是盘绕地球转而不会甩出其轨迹即是因为存在于月亮与地球之间的引力场的效果。电能是依托运动的电荷来传递的。而带电或作业中的输变电设备周围存在的电场和磁场恰是由其导体上载有的电荷或电荷的运动所发作的,因而电场和磁场与电能的传递是不行切开的。就像人不论高矮胖瘦,不论走到哪里,人和地球之间一向存在重力场一样。
接连电荷在其周围空间发作电场,运动电荷(也即是电流)在其周围空间一同发作磁场。当频率很低时,电场和磁场是相互独立的,相互没有联络。当频率很高时,改动的电场与磁场能够相互改换且存在定量的波阻抗联络,并且能够脱离电荷或电流以波的方法向空间传达电磁能量。所以在高频状况下,电场和磁场是相互依存、相互转化的。咱们把这种状况下的电场和磁场总称为电磁场。把这种能脱离电荷或电流以波的方法向空间传达电磁能量的电磁场也形象地称作电磁波。因而,在严峻的科学意义上来讲,电场、磁场、电磁场和电磁波都是各有其明晰意义的纷歧样的概念,以便在纷歧样的范畴和场合运用恰当的术语。
为了了解地阐明输变电设备周围的电场和磁场,需求引进波长与频率的概念。正弦沟通电场或磁场的巨细与极性,随时刻按正弦波规矩改动如图1-4 所示。在必守时刻段内,场由一个极性的最大值交变至相反极性的最大值,然后又回来上一极性的最大值。上述改动所阅历的时刻称为周期T(单位为秒,符号为s);1s内场发作交变的次数(即周期数)称为频率f(单位为赫兹,符号为Hz),其在空气中的波长λ(单位为米,符号为m)能够经过下式核算
λ=v/f (1-2)
式中,v为光速,3×105km/s。
中国电力体系的电源作业频率(简称工频)为50Hz,归于极低频(ELF)(0~300Hz)计划,由式(1-2)能够核算其波长达6000km。从电磁场理论能够知道,只需当一个电磁体系的规范与其作业波长恰其时,该体系才华向空间有用发射电磁能量。这么的电磁系一同般被称为天线体系。输变电设备的规范远小于这一波长,构不成有用的电磁能量发射,其周围的电场和磁场没有相互依存、相互转化的联络,相互独立没有联络。因而在实习工程与环境健康研讨中,工频电场和工频磁场通常是别离予以评论的。
下面简明介绍电力设备周围的电场和磁场的底子特性。
(1)电力设备周围的电场。当电气设备接通电源(即加上电压或称为带电)时,在其周围空间就构成了工频电场。曾有群众感到惊讶,在高压输电线下方手持验电笔或荧光灯管时会发光,正本这是电场效果于感应式验电笔构成氖气管放电或电场效果于荧光灯电极间荧光物所发作的场致使的发光景象。
电场的强度是用沿必定方向单位间隔内的电位差(即电压)来衡量,电场强度的计量单位为伏每米或千伏每米(V/m或kV/m)。
因为高压输电线路导线直径很小,因而附近导线处电场高度会合,线路导线与大地间的空间电场散布是不均匀的,仅以单根(“单相”)带电高压导线为例,在无修建物、树木等影响的状况下,沿导线到地上高度的空间计划内,电位散布呈指数衰减散布(如图1-5所示)。越挨近于地上处,电场强度(E)越小。就人体通常活动地址的地上高度(通常取离地1.0~1.5m)处的电场强度而言,以正对导线下方的地上投影点为原点(0点),沿笔直于线路方向,地上电场强度(E)一样按间隔的倒数活络衰减,如图1-6所示。按现有的线路计划,在高压线路周围导线地上投影数米间隔以外,人体地址地上电场强度均已小于4kV/m操控限值。
图1-5 带电高压线路下方纷歧样高度空间电位散布
h—线路对地高度;UN—线路对地作业电压;Δh—单位间隔
图1-6 附近高压输电线路的地上场强散布
空间的电场很简略被导电物质所屏蔽或削弱(即便该物质不是良导电性的)。修建物、树木等都能够使空间电场畸变,并削弱其隐秘空间或附近计划内的电场。因为修建物墙体的有用屏蔽效果,室内的电场强度通常很小,且与野外输电线路发作的电场几乎没有有关性。在变电站围墙外,除架空进出线下方以外,电场强度通常很小。
电气设备处于充电状况而无电流活动的状况下(例如设备未作业,输电线路充电而未传输能量时),设备导体周围仍有电场存在。
(2)电力设备周围的磁场。电气设备作业或作业时,其电流便在周围空间发作磁场。表征电流发作磁场才华的物理量称为磁场强度H,以安培每米(A/m)为计量单位。一样巨细的磁场强度在周围介质中发作的总磁通量或相应的磁感应强度(又称磁通密度,即单位面积的磁通量),则取决于周围空间介质的磁导率μ。若在载流导体周围存在高磁导率的物质(铁磁资料,如变压器线圈带有闭合铁心时),磁场通常会在磁性物体内高度会合,在铁心中感应出很高的磁通量及相应的磁感应强度。而在空气、砖石、非磁性金属以及天然界的很多非铁磁性物质中,其导磁功用与真空中一样,磁导率(单位磁场强度能发作的磁通量)是常数(μ0=4π×10-7Wb/Am),铁磁资料的导磁功用通常用有关于真空中磁导率的倍数μr来标明(μr称为相对磁导率)。
总磁通量或磁感应强度与磁场强度成正比。磁通量Φ的计量单位为韦伯(Wb),磁感应强度B的计量单位为特斯拉(T),在人体地址环境中,磁感应强度的计量单位通常选用mT或μT来计量(1mT=10-3T,1μT=10-3mT)。
磁场强度与磁感应强度的联络式为
B=μH=μrμ0H (1-3)
在自在空间中,磁场强度与磁感应强度的联络式为
B=μ0H (1-4)
在英美等有些国家,磁感应强度仍常用非世界计量单位高斯(Gs)或毫高斯(mGs)来计量(1mGs=0.1μT)。
磁感应强度跟着与磁场源(载流的导体)间隔的添加而活络衰减。三相输电线路发作的磁场大致按间隔平方的倒数衰减。在变电站周界或围墙外,由变电设备发作的磁场水平现已很低。

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