電磁的磁效應范文
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第1篇
關鍵詞：直流輸電；直流地電場；電化效應；熱力效應；電磁效應
中圖書分類號：TM862 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2012）32-0098-04
目前，世界上許多國家都在研究并應用直流聯網模式。如，印度采用直流聯網將國家電網分割成四個同步電網；美國中東部電網與西部電網、南部電網和加拿大電網采用直流隔開、限制同步電網規模的聯網方式；我國的全國聯網與西電東送是緊密結合的，大力發展特高壓直流輸電是實現全國資源優化配置的必由之路。
在特高壓送端及受端地區，直流輸電建成初期的單極運行方式也帶來了一系列問題。巨大的直流電流注入大地后，在方圓近百公里的范圍內形成直流地電場，引發電化效應、熱力效應、電磁效應三種負面影響。管網、土壤及設備都有可能遭受一定的破壞，嚴重時還有可能危及到交直流混聯系統的安全穩定運行。國內外專家學者對這三種效應做了大量研究工作，在研究時利用了諸多方法，如鏡像法、遞推法、有限元法、邊界元法；提出了諸多模型，如地下管道傳輸線模型、變壓器直流偏磁電路—磁路模型、動態磁滯損耗模型等；開展了諸多實驗，如勵磁電流實驗、耐直能力實驗等；提出了諸多措施，如陰極保護、電容隔直等。
本文針對直流接地系統的電熱磁效應，首先介紹了求解直流地電場的泛定方程及邊界條件，列出了計算土層直流電位分布的各種函數形式；其次，概述了三種效應的危害及其研究進展，包括計算方法、模型及實驗；最后，提出了目前存在的問題及相關建議。
1 直流地電流場
直流地電場的研究主要集中在直流注入電流引起的地電位分布及地電流分布。地電位分布會引起跨步電壓，而地電流分布不僅會引起地下管網發生電化腐蝕，還有可能竄入地上電磁設備引起偏磁效應。
2 電化效應
電化學效應的研究主要集中在高壓直流輸電入地電流對接地極一定范圍內地下設施的電腐蝕影響。為了充分發揮直流輸電的優勢，避免其不利影響，需要分析直流電流地下散流對埋地管網等設施的電化腐蝕特性，提出防護措施。
3 熱力效應
直流接地極的熱穩定性直接影響到變電站的安全運行，近些年來由于地下腐蝕，導體截面不夠，接地引下線燒斷等因素引起的重大設備事故屢有發生。目前對直流輸電系統接地極的熱力效應的研究主要是分析接地極周圍的熱場分布，從而對接地極的設計提出相關的建議。
文獻[23]主要闡述了接地極熱力效應產生的原理。由于土壤并非是良導體，在電流的作用下，土壤溫度將升高。當溫度升高到一定程度，土壤中的水分將可能被蒸發掉，土壤導電性能將會變差，電極出現熱不穩定，嚴重時可使土壤燒結，電極喪失運行功能。所以，為保證電極在運行中擁有良好的熱穩定性能，土壤要有良好的電熱、導電性能，具有較高的濕度和較大的熱容系數。
此計算方法適用于水平雙層土壤結構的發熱分布計算；在接地極10m范圍內的土壤中，其溫度變化率較大，且最高溫度出現在接地體的下表面附近；其正確性尚待模擬實驗的驗證。
文獻[29]基于有限差分法原理，針對云廣和貴廣Ⅱ回直流輸電系統共用接地極的3個備選極址的不同土壤參數，對共用接地極設計方案的溫升曲線進行時域分析，建立了一套可對直流接地極周圍溫度場參數進行時域分析的數值算法。推導了三種類型的土壤內部空間節點的計算公式，該方法避免了現有接地極溫升計算公式將接地極體視為等溫體的缺點，提高了運算的準確性。
從以上的歸納和分析可以看出，利用有限差分法對單接地極的溫度場進行分析計算的相關研究較多，而針對共用接地極的研究只是少數。隨著直流輸電工程的興建，在一些地區將會出現多個接地極共存的現象。此時地下溫度場分布更加復雜，需要考慮相互之間的耦合關系。
5 結 論
高壓直流單極運行會在大地層形成電場分布，目前的主流計算方法是復鏡象法和邊界元法，前者地質剖分簡單，但計算精度較差；后者地質剖分復雜，但計算時間過長，建議在距離接地極較近處及重點區域采用邊界元法，較遠處采用復鏡像法。直流地電場分布還會引發三種負面效應：電化效應、熱力效應及電磁效應。建議對地下管網采用陰極保護和加涂絕緣層的方法，保護大面積管道及絕緣層破壞處。建議在直流系統前期帶電試驗時通過降低功率的運行方式了解直流地電流分配特點，在直流量入侵較嚴重的站廠采取電容隔直的方法。
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第2篇
關鍵詞：特高壓輸電線；雷達；電磁波；衰減；縮尺比
中圖分類號：TN973 文獻標識碼：A 文章編號：1004373X(2008)1514603
Test Study on the Attenuation Effects of Electromagnetic Wave Caused by
UHV Overhead Transmission Lines and towers
CHEN Jingping,LIU Jianping,TIAN Junsheng
(Radar Institute,Air Force Equipment Academy,Beijing,100085,China)
Abstract：The"Electromagnetic Scale-reduced"method is used to analyze the attenuation effects of the electromagnetic wave which is caused by the 1 000 kV UHV overhead transmission lines and towers.The test is carried out in an open area in order to improve the veracity of the data.The results show that the most attenuation values of the received signal are above 3 dB and after the distance between the lines with the towers and the transmission antenna has gone to a definite level,the value would trend to change little.The results are valuable when it comes to define the defence distance of radar to the UHV overhead transmission lines and towers.
Keywords：UHV transmission lines;radar;electromagnetic wave;attenuation;scale-reduced
布置在雷達周圍的高壓架空送電線塔等地面設施會對雷達的探測性能產生影響。在一定距離條件下，塔線等障礙物對雷達天線發射的直射波和反射波都有可能產生遮蔽損耗。即使在有效反射面(菲涅爾區)最遠點外某一距離上，也有可能使地面反射波受到遮蔽，使雷達低仰角的探測性能受到較大影響或對空間某點地面反射波和直射波的向量和產生影響，這就要求高壓架空送電線在架設時要考慮雷達與它的防護間距問題。為了評估1 000 kV級特高壓架空送電線塔線等地面設施對雷達的遮蔽影響，需要進行其對雷達電磁波能量的衰減效應試驗。理想的情況下，試驗應在實際線路上進行，在輸電線的兩側分別進行信號的發射和接收，測得塔線存在和不存在兩種情況下的接收信號變化情況，從而確定塔線對電磁波的遮蔽損耗。但考慮到雷達天線一般架設較低而輸電線塔高度較高、尺寸較大，這就要求對應的接收天線架設很高，實際中難以操作和實施，因此，決定采用“電磁縮尺比”法來進行試驗。
1 “縮尺比法”原理
目標對電磁波的作用如反射、繞射、透射、衍射等綜合電磁效應主要取決于目標的幾何尺寸和波長的比例關系，例如：當波長與目標的尺寸可以相比時就會發生繞射、衍射等現象。因此，對于不同的目標尺寸和波長的組合，比例關系相同時表現出來的特性是相同的。如設目標和模型的尺寸、波長分別為(d1,λ1)和(d2,λ2)，滿足t=d1/λ1=d2/λ2。這時，尺寸為d1的目標在波長為λ1時的電磁效應與尺寸為d2在波長為λ2時的電磁效應相同。因此，當目標實物的尺寸過大、無法或難以進行測試時，可依據此原理建立同比例縮小的 “縮尺比”模型來替代目標實物進行試驗，得到的結果將是一致的。
“縮尺比”法的理論基礎是麥克斯韋方程，見式(1)?！?μ氮t=0
×－ε氮t－σ=0(1)式中，E和H分別表示實物空間的電場強度和磁場強度；μ和ε為周圍媒質的磁導率和介電常數；σ表示實物的電導率；引入空間坐標和時間變量x,y,z,t，所有變量均采用標準單位制。將上述變量加下標1表示模型變量，則同理有：1×1+μ1氮1t1=0
1×1－ε1氮1t1－σ1=0(2) 由麥克斯韋方程的線性及式(3)關系，式(1)可變為式(4)。=e1,=h1,μ=μ1,ε=ε1,
σ=σkσ1,(x,y,z)=k(x1,y1,z1),t=tkt1(3)
×1+khtkeμ氮1t1=0
×1－ketkhε氮1t1－σkkehσ11=0(4) 令：khtke=ketkh=σkkeh=1(5)則式(4)可進一步變為：×1+μ氮1t1=0
×1－ε氮1t1－σ11=0(6) 可以看出式(6)和式(1)具有相同的表示形式，說明模型和實物對各自場的效應相同。對于遠場，其波阻抗是不變的,即:/=1/1。故e=h，代入式(5)中可得到：tk=1/k, σk=k(7) 式(7)說明要使模型與實物在各自場中的表現效應相同，則當目標尺寸縮小k倍時，其所處環境的電磁波的頻率要提高k倍，對應的電導率也要提高k倍。實際中，頻率提高k倍易于實現而電導率提高k倍難于實現，但當目標為良導體時，電導率不按k倍增長是完全可以的。
2 模型建立
試驗原型為平均高度100 m的“鼓型”塔，輸電線路采用8分裂雙回路形式，導線分裂間距為400 mm，導線型號為8×LGJ-500/35型鋼芯鋁絞線，半徑為16 mm。相鄰鐵塔間檔距為500 m，地線采用鋼芯鋁絞線，其接地電阻不大于15 Ω。
采用30∶1的縮尺比建立縮比模型。按前面所述原理，模型所處場的頻率要提高30倍，試驗頻段選為100~400 MHz，則模型所處場的頻率即信號源的頻率應大于12 GHz；模型塔高約為3.3 m，檔距約為17 m，仍為8分裂傳輸線；選用良導體銅制漆包線作為模型材料，導線分裂間距約為13 mm，半徑約0.5 mm。輸電線兩端通過200 Ω的電阻接地以模擬無限長輸電線路，架空地線采用半徑為0.5 mm的銅制漆包線并在鐵塔模型兩端按實際情況接地。
選擇4塔3檔距模型進行試驗。
3 試驗儀器和場地布置
按照縮尺比，收發天線均采用1~18 GHz的雙脊喇叭天線，平均增益為11.3 dB，阻抗為50 Ω，最大功率300 W，峰值功率500 W。
信號源采用E8257D型正弦波發生器，最大輸出功率為10 dBm，最高工作頻率可達40 GHz。
采用E4408B型頻譜分析儀作為接收機，其工作頻段為9 kHz~26.5 GHz。
試驗布置圖見圖1。
圖1 試驗布置圖圖1中參數如下：h1為發射天線架設高度；D1為發射天線和模型間距；D2為接收天線和模型間距；H為模型塔高；h2為接收天線架高，以上參數單位均為m。α為發射天線和塔最高點之間連線與水平線間的夾角；β為收發天線連線與水平線之間的夾角；二者單位均為度。
在考慮信號源功率和接收距離的前提下設置收發天線之間距離即D1+D2為100 m，測試頻點選擇3 GHz,7 GHz和12 GHz。
試驗時，收發天線分別置于模型的兩邊，信號源與發射天線連接，頻譜儀與接收天線連接，考察不同情況下接收信號的變化情況。
4 試驗內容和步驟
試驗選擇在背景噪聲低的郊區開闊場地進行,以提高測試數據的準確性。試驗內容及步驟如下：
(1) 測試電磁波在自由空間中的傳播特性
① 按間隔100 m固定好發射天線與接收天線，發射天線架高1.5 m(雷達天線平均架高為10 m左右，若按縮尺比計算，試驗室應為30 cm，此時，在某些試驗點上對應的接收天線要架設很高，條件難以滿足；再者，天線離地面過近時，信號受地面影響越大，不利于試驗的進行。因此，試驗時根據情況選擇將發射天線架設在1.5 m的高度上)；
② 發射信號頻率分別設置為3 GHz,7 GHz和12 GHz時，記錄接收天線分別架高2.1 m,2.5 m,3 m,6 m(確保收發天線連線穿過輸電線中央，根據塔線模型與發射天線的距離進行調整)時頻譜儀顯示的功率讀數；
(2) 測試有塔無線時對電磁波傳播特性的影響
保持信號源的輸出功率、頻譜儀的參數設置和收發天線的位置均不變，將鐵塔模型(不架線)分別架設在距發射天線70 m,50 m,30 m和10 m處，接收天線對應架設高度分別為2.1 m,2.5 m,3 m,6 m高度處，記錄頻譜儀顯示的功率讀數；
(3)測試有塔有線時對電磁波傳播特性的影響
保持信號源的輸出功率、頻譜儀的參數設置和收發天線的位置均不變，在鐵塔上將線也架設好，將模型分別設置在距發射天線70 m,50 m,30 m和10 m處，記錄頻譜儀顯示的功率讀數。
5 結果分析
對測試結果進行如下處理：
(1) 剔除異常數據；
(2) 將有塔無線和有塔有線情況下的值均與背景值作差，得到衰減量,結果見表1。
將雷達作為分析對象時，由于發射電磁波存在往返過程，因此需要將表中的衰減量乘以2。由此可得：在試驗所設置的條件下，無論是有塔無線還是無塔無線，塔線對信號的衰減量在大部分情況下都超過了3 dB；塔線與發射天線之間的距離在超過一定程度時，衰減量的減小漸趨于平緩，這與仿真結果基本上是一致的。
6 結 語
依據GJB13618-92即《對空情報雷達站電磁環境防護要求》中的要求：在干擾不可避免的情況下，允許雷達存在5%的距離損失。由雷達距離方程Rmax=PtG2λ2σ(4π)3Smin知：在只允許發射功率改變，其他參量不變的前提下，這5%的距離損失可等效為允許雷達的發射功率降低0.9 dB，而試驗結果表明特高壓輸電線、塔等對信號功率的衰減量大部分情況下在3 dB以上，遠遠超過了允許值。可見，在雷達天線周圍存在高壓架空輸電線塔線等設施時，須將它們作為電磁遮蔽物對待。該試驗結論在確定雷達對特高壓架空輸電線的防護間距時具有借鑒和參考價值。
表1 兩種情況下對接收信號的衰減量
發射頻率
/GHz塔線距發射
天線距離 /m有塔無線
/dB有塔有線
/dB3102.7－302.43.2500.71.6700.81.67103.44.130－3.6503.63.5702.23.712102.32.7301.61.6501.21.5701.4－
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第3篇
一、紙質詞典與電子詞典的優缺點
(一)紙質詞典的優缺點。紙質詞典的優點在于：一是解釋全面。學習者通過查閱可以得到更加全面的信息。二是在查完某個單詞后可以在紙質詞典上記錄自己的感悟，如可以針對對單詞的掌握程度作不同的標記，或者可以針對某些單詞作更加詳細的備注，拼寫相似的詞：在china處注上chair；同義詞：favorite和like，反義詞：above和below，always和sometimes等等，可以達到在掌握一個詞的基礎上掌握多個詞甚至是一類詞。
缺點：一是體積大，攜帶不便。由于是紙質印刷，因而有一定的體積及重量，攜帶不方便。二是紙質詞典在排列上是按字母的先后順序排列，故在查閱時需逐頁逐行查找，比較繁瑣。
(二)電子詞典的優缺點。優點主要表現在：一是體積小、重量輕，便于攜帶，便于查閱，可以隨時隨地使用。這也是廣大學生喜歡使用電子詞典的最直接、最重要的原因。二是功能多。隨著電子技術的不斷發展，現在的電子詞典除了具備查閱詞性、詞義等一般的功能外，還融下載、自建詞庫、計算、娛樂等于一體，深受廣大英語學習的喜愛。三是具有發音設備，可以復讀?？蓪λx擇的詞匯進行反復多次的閱讀，可以糾正學生的發音，從而使學習者加強記憶、深化理解。
缺點：一是由于電子詞典的顯示屏的局限性，只能分頁顯示，詞條的所有屬性不能一次顯示完全，每次只能顯示一部分，不利于學生全面理解與整體把握。二是對詞條的解釋不是很全面。電子詞典在對詞條的釋義、詞的用法、例句等方面不像紙質詞典那樣全面而豐富，不利于學生對英語的全面學習與掌握，也不利于今后的英語學習。三是所收錄的詞匯量少。目前的電子辭典的有效詞匯量在6萬至8萬，有些電子詞典只是多本詞典的簡單疊加，沒有專業人員進行相應的整理，有大量詞匯是重復的，所以多數英語學習者反映詞匯量太少。
二、電子詞典與紙質詞典在英語學習中的效率比較
在具體的教學實踐中，我選取兩個基礎差不多的班電子詞典(實驗班)與紙質詞典(對比班)完成一些試題的時間來進行效率比較，詳見下表。(試題主要包括：詞條搭配、翻譯、單詞拼寫、快速閱讀。)
通過上表，我們可以看出實驗班和對比班學生完成各類試題人均花費的時間。在詞條搭配與翻譯這類試題上，實驗班人均所花費的時間高于對比班，而在單詞拼寫和快速閱讀這兩類試題上，實驗班人均所花費的時間低于對比班。從中我們可以看出電子詞典和紙質詞典各有利弊。
另外我調查了所帶班級使用電子詞典與紙質詞典的情況，發現：42％的學生常使用電子詞典，56％的學生經常使用紙質詞典，只有2％的學生兩者交替使用。
上述兩個調查表明：學生對電子詞典和紙質詞典的具體運用還沒有一個全面而又理性的認識，還不能發揮主觀能動性來正確而合理地選擇各類詞典，對兩類詞典的優勢與不足認識不足，因此在平時的教學中，廣大英語教師要注意滲透電子詞典和紙質詞典的選擇與使用方法，對學生進行詞典選擇與使用的指導，以達到最優化的使用。
三、教師對英語電子詞典和紙質詞典選擇與使用上的指導
(一)根據學習目的來進行詞典的選擇。在查閱詞條的搭配、語法以及完成翻譯、寫作、口語訓練這些以運用為目的的言語活動中適合使用紙質詞典。而在快速閱讀、聽力訓練及單詞的拼讀中就適合使用電子詞典。
