電氣類外文翻譯--人體暴露在變電站電廠的評(píng)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(píng)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(chǎng)的。這個(gè)問(wèn)題有兩個(gè)方便，即，它需要計(jì)算變電站的電場(chǎng)和在人體內(nèi)的感應(yīng)電流密度。利用源元法（SEM）解標(biāo)量積分方程評(píng)估變

2、電站產(chǎn)生的極低頻率電場(chǎng)。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(gè)極低頻率的電場(chǎng)的感應(yīng)電流密度。這里呈現(xiàn)了電場(chǎng)和內(nèi)部電流密度的說(shuō)明計(jì)算結(jié)果。</p><p><b>　　介紹</b></p><p>　　一個(gè)暴露在變電站電廠中的人體產(chǎn)生一個(gè)極低頻率的電場(chǎng)，這一研究開(kāi)始于一個(gè)日益增長(zhǎng)的公眾關(guān)注的顧慮，它可能會(huì)引起健康問(wèn)題。由許多的

3、爭(zhēng)議關(guān)于可能極低頻率的電場(chǎng)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(chǎng)下的位移電流，將電場(chǎng)和磁場(chǎng)分開(kāi)來(lái)考慮。就電場(chǎng)而言暴露在感應(yīng)電流下的人體有一個(gè)軸向特性，而暴露在磁場(chǎng)中的內(nèi)部電流來(lái)自于閉環(huán)。</p><p>　　本文運(yùn)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(chǎng)的評(píng)估報(bào)告。求解標(biāo)量積分方程通過(guò)源整合程序具有模擬電荷法（CSM）即我們熟知的源元法（SEM）評(píng)估了

4、電場(chǎng)的空間分布。這個(gè)方法已經(jīng)運(yùn)用在了變電站環(huán)境中的電場(chǎng)的計(jì)算和建立金屬保護(hù)區(qū)模型，它可以看成是一個(gè)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(píng)估極低頻率暴露的一個(gè)主要因素。許多人體內(nèi)的感應(yīng)電流密度引起了極低頻率暴露已經(jīng)被那些運(yùn)用分析法或者數(shù)值法的研究人員報(bào)告研究過(guò)了。</p><p>　　本文采用了有效的邊界元域分解法（BEM-DM），計(jì)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(jiǎn)便的計(jì)算。這個(gè)方程式是基于半靜止?fàn)顟B(tài)的近似值和等式的連續(xù)性。連續(xù)性方程簡(jiǎn)化為拉普拉斯方程的變量勢(shì)，就是通過(guò)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(biāo)量勢(shì)，人體內(nèi)的感應(yīng)電流密度也就確定下來(lái)了。</p><p><b>　　理論背景</b></p><p><b>　　2.1電場(chǎng)評(píng)估</b

6、></p><p>　　標(biāo)量勢(shì)在任意一點(diǎn)P（X,Z），引起了一個(gè)攜帶著線性電荷密度的導(dǎo)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(dǎo)線長(zhǎng)度，R表示導(dǎo)線上的點(diǎn)于任意點(diǎn)P之間的距離。</p><p>　　圖1 :直導(dǎo)線幾何圖形</p><p>　　如果電勢(shì)，沿著直線是已知的，這個(gè)

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(gè)未知電荷沿著每一部分的系統(tǒng)方程。因此這個(gè)積分方程【2】轉(zhuǎn)化成一個(gè)相應(yīng)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(xì)節(jié)在【5】中可以發(fā)

8、現(xiàn)。</p><p>　　在矩陣電場(chǎng)坐標(biāo)中，在任意點(diǎn)（X,Y,Z）,由第i個(gè)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(zhǎng)度。和：</p><p>　　合場(chǎng)的矢量由每一個(gè)邊界元素組成。</p><p>　　圖2：由第i部分產(chǎn)生的電場(chǎng)向量坐標(biāo)</p><p>　　2.2 內(nèi)

9、部電流的計(jì)算</p><p>　　按照真實(shí)的人體模型為基礎(chǔ)，圖3是基于半靜態(tài)近似值和相關(guān)的拉普拉斯變異的連續(xù)方程。</p><p>　　圖3：真實(shí)的人體模型</p><p>　　半靜態(tài)的近似值可以被利用是因?yàn)槿梭w模型的尺寸大小與影響電場(chǎng)的波長(zhǎng)小很多。</p><p>　　由于時(shí)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(yīng)的介電常數(shù)和導(dǎo)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(dǎo)體，而周圍的空氣是無(wú)損耗的電介質(zhì)。因此，周圍的空氣可以用標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)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(wèn)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(dǎo)和導(dǎo)電介質(zhì)下。用標(biāo)量勢(shì)的形式表達(dá)電場(chǎng)，總所周知的條件對(duì)于電場(chǎng)的切向分量在兩個(gè)分界面附近可以表示為【14】：</p><

12、;p>　　這里表示對(duì)應(yīng)的單位向量，而和分別表示空氣中的電勢(shì)和在人體中的電勢(shì)。</p><p>　　對(duì)于感應(yīng)電流密度的法向量的交界條件表示成標(biāo)量勢(shì)，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(yīng)組織的電導(dǎo)率，表示在人體表面的標(biāo)量勢(shì)。</p><p>　　最后，對(duì)于交界面的電通量密度的法向量以標(biāo)量勢(shì)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(shì)。</p><p>　　2.3 有區(qū)域分解的邊界元法的要點(diǎn)</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(biāo)量函數(shù)的格林定律，下面的積分表達(dá)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(dá)式：</p><p>　　這里i表示原點(diǎn)，表示第j個(gè)邊界元素的。</p><p>　　目前實(shí)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(shì)或者正常導(dǎo)數(shù)在任何的第j邊界元點(diǎn)可寫成的對(duì)應(yīng)值的線性組合，在配置節(jié)

15、點(diǎn)n和插值函數(shù)fn：</p><p>　　這里表示從坐標(biāo)生成的來(lái)自計(jì)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(duì)于每一個(gè)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(diǎn)內(nèi)的第j個(gè)觀察元素。</p><p>　　從每個(gè)

16、單獨(dú)的系統(tǒng)結(jié)合而成的方程。</p><p><b>　　計(jì)算樣本</b></p><p>　　一個(gè)計(jì)算的樣本是有關(guān)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(gè)50赫茲的電場(chǎng)被計(jì)算在高1米的地方，由于在這個(gè)變電站沒(méi)有真正的對(duì)于公眾暴露的可能，而一個(gè)專業(yè)的暴露是嚴(yán)格限制在這段時(shí)間內(nèi)的，計(jì)算包括了變電站外面的柵欄。要強(qiáng)調(diào)的是，接地設(shè)備（電源線）

17、，保護(hù)套件（GIS總線），或者金屬外殼（變壓器，開(kāi)關(guān)設(shè)備）可以忽略其影響，也就是，金屬外殼接地，因?yàn)樗a(chǎn)生了可以忽略不計(jì)的電場(chǎng)。所以，重要的要被變電站所考慮的內(nèi)在的電場(chǎng)源是架空線路和無(wú)保護(hù)的導(dǎo)體。計(jì)算值的范圍在圖4中已經(jīng)標(biāo)出。尤其是，在區(qū)域3，4是評(píng)估電場(chǎng)暴露的重要地區(qū)，這不在本次計(jì)算考慮的范圍。這個(gè)立體電場(chǎng)分布在有高價(jià)值數(shù)據(jù)獲得的區(qū)域2。在圖5中，由于不缺乏無(wú)保護(hù)的導(dǎo)體和它們離變電站柵欄距離非常遠(yuǎn)，所以在電場(chǎng)源始架空線，這個(gè)我們從圖5

18、中可以清楚地看到。它的最大電場(chǎng)強(qiáng)度時(shí)Emax=380/70V/m，值得一提的是，最大值點(diǎn)位于架空線路得正下方。最后的2個(gè)數(shù)值是有關(guān)于真實(shí)的人體模型暴露于該區(qū)域場(chǎng)。在這個(gè)例子中，一個(gè)接地的人體被假設(shè)成坐落于附近的變電站，數(shù)值6顯示了一個(gè)高2米，0.6米半徑的圓柱體區(qū)域，真實(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)</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(hào)區(qū)域電場(chǎng)的分布</p><p>　　圖6a：整體區(qū)域 圖6b：內(nèi)部標(biāo)量勢(shì)</p><p>　　在圖5中顯示了整個(gè)電場(chǎng)，這個(gè)案例研究了包括三個(gè)方案。第一個(gè)方案是人體暴露在380V/m場(chǎng)強(qiáng)的電場(chǎng)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(yīng)用于圓柱體的上表面。在第二

20、個(gè)方案中，電場(chǎng)的垂直分量為0，但是別的分量為380V/m，這些條件是由=0對(duì)應(yīng)于圓柱體的上表面，而圓柱體的側(cè)表面En=380V/m。在第三個(gè)方案中，電場(chǎng)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(gè)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(duì)頭部和軀干顯示了不同的情況，它顯示了高度的頂峰相當(dāng)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(jì)。</p><p>　　圖7：沿著頭部和軀干的感應(yīng)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(duì)對(duì)應(yīng)外部電場(chǎng)和電流密度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)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