直流电场的生物效应是什么?

直流线路的电场由导线上的电荷和电晕产生的空间带电离子共同产生,称之为合成电场。受离子随机变化的影响,合成电场大小会出现一定程度的波动,但变化很慢,基本可以视之为直流电场。

所谓生物效应是指生物体对环境变化带来的刺激做出的反应。比如寒冷时汗毛会竖起,听轻音乐会觉得很放松,这些都属于生物效应。这里主要关心直流线路电场对人的影响。

(1)人体截获离子流的感受

人在直流线路下会截获离子,被截获的离子通过人体入地。研究表明:要得到同样的感受,流过人体的直流电流要比交流电流大5倍以上;而人在直流线路下截获的离子电流又比能感觉的临界值小2个数量级。因此,人在直流线路下截获离子一般不会有感觉。

(2)直接感受

与交流线路不同,在正常运行的直流线路下,基本没有电场变化产生位移电流的现象。人曝露在直流电场中,在体表会产生感应电荷。由于感应电荷的存在,人体内部的合成电场强度几乎为零,直流电场对人体内部几乎没有影响。人体表面产生的感应电荷达到一定程度后,与皮肤作用,会对皮肤产生刺激感,即所谓直接感受。

美国在直流线路下进行的直接感受试验表明,对穿普通鞋的人,当电场为30kV/m时,毛发和皮肤才开始出现刺激感。国际非电离辐射防护委员会(ICNIRP)指出,对大多数人,因表面电荷引起烦恼的感觉不会发生在25kV/m场强之下。前苏联研究直流电场效应后认为,直流线路下的允许电场可达50kV/m。我国在直流线路下进行的人体直接感受试验表明:毛发和皮肤对直流电场最敏感。在地面电场强度小于30kV/m的地方,皮肤感觉不明显;当地面电场强度高于30kV/m时,外露皮肤的刺激感才逐步增强,离开高场强区后,皮肤刺激感立即消失,无任何不适反应。世界卫生组织报导了志愿者在模拟直流线路下的直接感受试验,在无离子和存在高密度离子流的条件下,出现刺激感的平均直流电场强度分别为45.1kV/m和36.9kV/m。我国直流线路下的地面合成电场控制在30kV/m以下,在国际上处于中等水平,人在直流线路下一般不会出现明显的刺激感。

(3)暂态放电感受

人在直流电场中会在体表产生感应电荷,当人接触接地金属体时,电荷会通过接地体放电;离子遇到对地绝缘体,将附着在该物体上使其带电,人接触该物体时,该物体上的电荷可能会通过人体流入大地。

以上放电过程短暂,放电较强时可出现火花,人体往往会有刺痛感,有些文献称之为暂态电击。放电时产生的刺痛感程度与放电量和电场强度以及人体或物体对地绝缘水平有关,可以分为可感知、恼人和疼痛几个等级。

由于人与人之间的个体差异,每个人发生可感知放电的直流电场强度的最小值是不同的,世界卫生组织对此进行过总结,范围大致为10kV/m~45kV/m。同样每个人发生恼人和疼痛放电的直流电场强度的最小值也不同。疼痛放电一般只会在以下情况发生,对地绝缘的人触摸接地导体,或接地良好的人体触摸对地绝缘的金属体,可见,需要创造必要的条件才会发生疼痛放电。

我国在直流线路下的暂态电击试验表明:当人在直流线路电场为12~26kV/m的地方触摸停留的大型车辆时,均无感觉。在地面合成电场为6.1~15.1kV/m的范围,穿普通鞋的人触摸接地金属体、人接触接地金属线的同时触摸空中对地绝缘的金属线以及人打伞在线下行走时均无感觉。考虑极端情况,人打伞触摸金属柄,同时接触接地金属线,试验结果为:地面合成电场E小于9.6kV/m时,无感觉;E为11~13kV/m时,有轻微感觉;E为14.6~15.1kV/m时,放电与人触摸水龙头的感觉类似,但强度要小;直到E达到32.5kV/m,所发生的暂态电击类似人触摸水龙头时的放电。这些基本上都属于可感知放电。

世界卫生组织2004总结了直流电场对人体影响的研究,结论为:没有任何试验结果表明直流电场对人体的健康有害;并且到目前为止,也没有任何研究表明曝露于直流电场中会对人的健康产生慢性的或迟发性的不利影响。直流电场对人的作用主要是使人体表面产生感应电荷,其生物效应主要是人体表面电荷与皮肤相互作用的直接感受和电荷放电给人带来的刺痛感。在直流工程设计中已考虑将电场控制在使人体无明显直接感受和放电可感知及以下程度。另外,也可针对性地采取工程与管理的措施(如接地)等。

信息来源:《输变电设施的电场、磁场及其环境影响》 中国电力出版社

 

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