電氣類外文翻譯--人體暴露在變電站電廠的評估（中文）

1、<p><b>　　中文2990字</b></p><p>　　人體暴露在變電站電廠的評估</p><p><b>　　摘要：</b></p><p>　　本文研究人體暴露在變電站產(chǎn)生的極低頻率電場的。這個問題有兩個方便，即，它需要計算變電站的電場和在人體內(nèi)的感應電流密度。利用源元法（SEM）解標量積分方程評估變

2、電站產(chǎn)生的極低頻率電場。利用分解域的直接邊界元方法（BEM-DM）解拉普拉斯連續(xù)方程就能知道暴露在這么一個極低頻率的電場的感應電流密度。這里呈現(xiàn)了電場和內(nèi)部電流密度的說明計算結(jié)果。</p><p><b>　　介紹</b></p><p>　　一個暴露在變電站電廠中的人體產(chǎn)生一個極低頻率的電場，這一研究開始于一個日益增長的公眾關注的顧慮，它可能會引起健康問題。由許多的

3、爭議關于可能極低頻率的電場和人類的白血病或者一種特定的腫瘤（比如神經(jīng)組織腫瘤）存在一定的聯(lián)系。忽略在極低頻率場下的位移電流，將電場和磁場分開來考慮。就電場而言暴露在感應電流下的人體有一個軸向特性，而暴露在磁場中的內(nèi)部電流來自于閉環(huán)。</p><p>　　本文運用了邊界元法分析處理了人體暴露在變電站產(chǎn)生的極低頻率電場的評估報告。求解標量積分方程通過源整合程序具有模擬電荷法（CSM）即我們熟知的源元法（SEM）評估了

4、電場的空間分布。這個方法已經(jīng)運用在了變電站環(huán)境中的電場的計算和建立金屬保護區(qū)模型，它可以看成是一個變相的間接源元法。</p><p>　　內(nèi)部電流密度是被ICNIRP基本條例推薦下作為評估極低頻率暴露的一個主要因素。許多人體內(nèi)的感應電流密度引起了極低頻率暴露已經(jīng)被那些運用分析法或者數(shù)值法的研究人員報告研究過了。</p><p>　　本文采用了有效的邊界元域分解法（BEM-DM），計劃，比有

5、線差分法有更精確地近似值和比有線元素法更加簡便的計算。這個方程式是基于半靜止狀態(tài)的近似值和等式的連續(xù)性。連續(xù)性方程簡化為拉普拉斯方程的變量勢，就是通過邊界元數(shù)值處理，提供結(jié)果系統(tǒng)而分散的極高邊際化。知道了沿著人體的標量勢，人體內(nèi)的感應電流密度也就確定下來了。</p><p><b>　　理論背景</b></p><p><b>　　2.1電場評估</b

6、></p><p>　　標量勢在任意一點P（X,Z），引起了一個攜帶著線性電荷密度的導體部件，如圖1所示，有下列式給出給出【4】：</p><p>　　上式中，pL表示該行的電荷密度。2L代表導線長度，R表示導線上的點于任意點P之間的距離。</p><p>　　圖1 :直導線幾何圖形</p><p>　　如果電勢，沿著直線是已知的，這個

7、完整的方程式寫成</p><p><b>　　上式a表示半徑。</b></p><p>　　經(jīng)執(zhí)行了離散化變電站獲得一個未知電荷沿著每一部分的系統(tǒng)方程。因此這個積分方程【2】轉(zhuǎn)化成一個相應的矩陣方程【5】：</p><p>　　這里的表示邊界元電位，表示麥克斯維爾系數(shù)，倒置的麥克斯維爾系數(shù)矩陣獲得未知的電荷。麥克斯維爾系數(shù)的細節(jié)在【5】中可以發(fā)

8、現(xiàn)。</p><p>　　在矩陣電場坐標中，在任意點（X,Y,Z）,由第i個邊界域元素，圖2給出了【5】：</p><p>　　這里代表第i部分的電荷，表示第i部分的長度。和：</p><p>　　合場的矢量由每一個邊界元素組成。</p><p>　　圖2：由第i部分產(chǎn)生的電場向量坐標</p><p>　　2.2 內(nèi)

9、部電流的計算</p><p>　　按照真實的人體模型為基礎，圖3是基于半靜態(tài)近似值和相關的拉普拉斯變異的連續(xù)方程。</p><p>　　圖3：真實的人體模型</p><p>　　半靜態(tài)的近似值可以被利用是因為人體模型的尺寸大小與影響電場的波長小很多。</p><p>　　由于時諧，暴露在極低頻率下的連續(xù)方程是以拉普拉斯方程形式【13】，【14

10、】：</p><p>　　這里和表示相應的介電常數(shù)和導電介質(zhì)常數(shù)，表示工作頻率。</p><p>　　在極低頻率的范圍內(nèi)，所有的部件表現(xiàn)為良好的導體，而周圍的空氣是無損耗的電介質(zhì)。因此，周圍的空氣可以用標準的拉普拉斯方程表示：</p><p><b>　　解拉普拉斯方程：</b></p><p>　　在體內(nèi)，感應電流密度

11、，能夠用不同的歐姆定律獲得：</p><p>　　這里表示電流密度，體積電荷密度。</p><p>　　2.3 空氣-人體界面條件</p><p>　　要完全確定所考慮的問題，拉普拉斯方程必須伴隨邊界條件規(guī)定在不連續(xù)的物料特性傳導和導電介質(zhì)下。用標量勢的形式表達電場，總所周知的條件對于電場的切向分量在兩個分界面附近可以表示為【14】：</p><

12、;p>　　這里表示對應的單位向量，而和分別表示空氣中的電勢和在人體中的電勢。</p><p>　　對于感應電流密度的法向量的交界條件表示成標量勢，接近身體與空氣表面可表示成：</p><p>　　這里的表示表面電荷密度，表示相應組織的電導率，表示在人體表面的標量勢。</p><p>　　最后，對于交界面的電通量密度的法向量以標量勢表示，在人體和空氣表面可表示為

13、：</p><p>　　這里的表示接近人體的空氣的電勢。</p><p>　　2.3 有區(qū)域分解的邊界元法的要點</p><p>　　有區(qū)域分解的邊界元方法手段處理了人體模型【13】，【14】。</p><p>　　利用標量函數(shù)的格林定律，下面的積分表達式【10】，可以用子域獲得</p><p>　　這里表示三位基本

14、解拉普拉斯方程，表示衍生的法向量邊界，表示以CANCHY形式出現(xiàn)的幾何圖形。</p><p>　　帶著元素的離散化方程【15】，結(jié)果可以表示成下列表達式：</p><p>　　這里i表示原點，表示第j個邊界元素的。</p><p>　　目前實施的邊界元法是基于等參二次插值函數(shù)方法，確定了三角元素。電勢或者正常導數(shù)在任何的第j邊界元點可寫成的對應值的線性組合，在配置節(jié)

15、點n和插值函數(shù)fn：</p><p>　　這里表示從坐標生成的來自計算正方形區(qū)域的三角形單元。</p><p>　　結(jié)合式子【16】，【17】，下面的等式系統(tǒng)對于每一個子域可以獲得：</p><p>　　這里的H和G是矩陣定義為：</p><p>　　這里的n表示配置節(jié)點內(nèi)的第j個觀察元素。</p><p>　　從每個

16、單獨的系統(tǒng)結(jié)合而成的方程。</p><p><b>　　計算樣本</b></p><p>　　一個計算的樣本是有關110/10kv變電站GIS類型在克羅地亞的斯普利特。改變電站如圖4。這個50赫茲的電場被計算在高1米的地方，由于在這個變電站沒有真正的對于公眾暴露的可能，而一個專業(yè)的暴露是嚴格限制在這段時間內(nèi)的，計算包括了變電站外面的柵欄。要強調(diào)的是，接地設備（電源線）

17、，保護套件（GIS總線），或者金屬外殼（變壓器，開關設備）可以忽略其影響，也就是，金屬外殼接地，因為它產(chǎn)生了可以忽略不計的電場。所以，重要的要被變電站所考慮的內(nèi)在的電場源是架空線路和無保護的導體。計算值的范圍在圖4中已經(jīng)標出。尤其是，在區(qū)域3，4是評估電場暴露的重要地區(qū)，這不在本次計算考慮的范圍。這個立體電場分布在有高價值數(shù)據(jù)獲得的區(qū)域2。在圖5中，由于不缺乏無保護的導體和它們離變電站柵欄距離非常遠，所以在電場源始架空線，這個我們從圖5

18、中可以清楚地看到。它的最大電場強度時Emax=380/70V/m，值得一提的是，最大值點位于架空線路得正下方。最后的2個數(shù)值是有關于真實的人體模型暴露于該區(qū)域場。在這個例子中，一個接地的人體被假設成坐落于附近的變電站，數(shù)值6顯示了一個高2米，0.6米半徑的圓柱體區(qū)域，真實的感應電動勢</p><p><b>　　圖4：變電站布局</b></p><p><b&g

19、t;　　軀干和頭部。</b></p><p>　　圖5：在2號區(qū)域電場的分布</p><p>　　圖6a：整體區(qū)域 圖6b：內(nèi)部標量勢</p><p>　　在圖5中顯示了整個電場，這個案例研究了包括三個方案。第一個方案是人體暴露在380V/m場強的電場中，這是由下列的邊界條件獲得的：En=0在圓柱體的側(cè)表面， =760V應用于圓柱體的上表面。在第二

20、個方案中，電場的垂直分量為0，但是別的分量為380V/m，這些條件是由=0對應于圓柱體的上表面，而圓柱體的側(cè)表面En=380V/m。在第三個方案中，電場的垂直和別的分量都等于380V/m，邊界條件為頂面p=760V/m，側(cè)表面為380V/m。在這三個案例中，圓柱體的地面均保持接地，=0。</p><p>　　圖7中的結(jié)果顯示，軸向電流密度在對頭部和軀干顯示了不同的情況，它顯示了高度的頂峰相當于高度的腰部和頸部，別

21、的部件的電流密度在這些案例中可以被忽略不計。</p><p>　　圖7：沿著頭部和軀干的感應電流密度</p><p>　　最大的密度電流顯示大約是0.4mA/㎡，獲得的數(shù)值結(jié)果分別對對應外部電場和電流密度，遠遠低于ICNRP的范圍。</p><p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　在本文中，人體暴露于極低頻