一种特高压工频电磁场对人体生物效应的计算方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种特高压工频电磁场对人体生物效应的计算方法，应用于特高压工频电磁场设计系统，首先建立输电线路模型；建立人体模块；建立热能运算器；然后计算人体与电磁场之间不同距离的人体热效应SAR值；将不同距离与相应的电磁场对人体的SAR值存储在存储单元；本发明专利技术提供的一种特高压工频电磁场对人体生物效应的计算方法；使用ADI-FDTD算法，计算人体在特高压工频电磁场中的SAR值，以确定人体在电磁场中的安全性，为高压输电的电磁环境与人体的生物效应等问题提供参考并为以后高压线的铺设提供理论依据。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及特高压工频电磁场领域，特别是一种计算特高压工频电磁场对人体生物效应的方法。
技术介绍
随着电力事业的快速发展，为了在更大范围内实现能源优化配置、缓解电力供需紧张状况、提高输电效率，我国将输电电压的等级不断提高。而在高压与超高压输变电工程建成投运后，公众对高压输电的电磁环境的关注度也越来越高。特别是在大中型城市的一些商业地区和居民集中住宅区这种用电负荷较大的区域，为了给这些高负荷区域提供电源，甚至要采用220kV高压变电站深人负荷中心，以提高电网为负荷中心输送电力的能力。因此，工频高压设备与人们的生活范围已越来越近，而长期暴露在这些高压输变电设备产生的工频电磁场中，是否会影响人体健康，引起了广大群众的担忧。所以研究人体在特高压工频电磁场中产生的生物效应，具有非常重要的学术意义及应用价值。工频电磁场的生物效应主要由生物体组织在电磁场中的比吸收率SAR来衡量。关于对人体的辐射SAR，目前国际通用的标准有两个，一个是欧洲标准2W/kg，一个是美国标准1.6W/kg，其具体含义是指，以6分钟为计时，每公斤人体组织吸收的电磁辐射能量不得超过2W。目前生物的热效应主要是在研究高频电磁场对人体的危害，而工频电磁场对人体的影响的研究的则很少。针对目前公众对高压输电的电磁环境的关注与研究工频电磁场中的生物效应的空缺，以交流1000kV输电线路为目标，采用SEMCAD建立了该线路的生物效应模型，研究了人体位于输电线不同距离的生物效应，包括输电线周围电磁场强度分布，输电线下预设测量点电磁场强度和人体距输电线不同距离时的电磁场SAR计算。最终可为高压输电的电磁环境与人体的生物效应等问题提供参考。因此，需要一种特高压工频电磁场对人体生物效应的计算方法。
技术实现思路
本专利技术的目的就是提供一种特高压工频电磁场对人体生物效应的计算方法。该方法使用ADI-FDTD算法来计算人体在特高压工频电磁场中的SAR值，以确定人体在电磁场中的安全性，为高压输电的电磁环境与人体的生物效应等问题提供参考并为以后高压线的铺设提供理论依据。本专利技术的目的是通过这样的技术方案实现的：本专利技术提供的一种特高压工频电磁场对人体生物效应的计算方法，应用于特高压工频电磁场设计系统，该系统包括输电线路模型建立模块、高压输电线参数采集模块、人体模块、数据处理模块；包括以下步骤：建立输电线路模型；建立人体模块；建立热能运算器；计算人体与电磁场之间不同距离的人体热效应SAR值；将不同距离与相应的电磁场对人体的SAR值存储在存储单元。进一步，所述热能运算器采用二维ADI-FDTD算法，并结合FEM和FDTD来建立；进一步，所述输电线路模型是根据特高压输电线分布及导线等效半径数据，在SEMCAD中设定参数来建立的特高压输电线路模型。进一步，所述输电线路模型中预设模型参数，所述模型参数包括电源的频率50Hz，求解器选择LowFrequencySolver类型是MagnetoQuasiStatic,导线的属性为PEC/Metal剖分网格。进一步，所述人体模块中包括人体介电常数、人体电导率、人体密度、人体比热容和人体热导率。本专利技术还提供了一种特高压工频电磁场对人体生物效应的计算系统，应用于特高压工频电磁场设计系统，所述计算系统包括输电线路模型建立模块、高压输电线参数采集模块、人体模块和数据处理模块；所述输电线路模型建立模块，用于建立输电线路模型；所述高压输电线参数采集模块，用于采集高压输电线参数；所述人体模块，用于设置人体模型的计算参数；所述热能运算器，用于建立热能计算模型；所述数据处理模块，用于计算人体与电磁场之间不同距离的人体热效应SAR值；并将不同距离与相应的电磁场对人体的SAR值存储在存储单元。进一步，所述热能运算器采用二维ADI-FDTD算法，并结合FEM和FDTD来建立；进一步，所述输电线路模型是根据特高压输电线分布及导线等效半径数据，在SEMCAD中设定参数来建立的特高压输电线路模型。进一步，所述输电线路模型中预设模型参数，所述模型参数包括电源的频率50Hz，求解器选择LowFrequencySolver类型是MagnetoQuasiStatic,导线的属性为PEC/Metal剖分网格。进一步，所述人体模块中包括人体介电常数、人体电导率、人体密度、人体比热容和人体热导率。由于采用了上述技术方案，本专利技术具有如下的优点：本专利技术提供的一种特高压工频电磁场对人体生物效应的计算方法；该方法使用基于FDTD法的SEMCAD软件进行仿真分析。首先，建立了1000kV输电线路模型，对其工频磁场与电场强度的分布进行了研究，之后，在此模型的基础上上导入了人体模块，基于二维ADI-FDTD算法，结合FEM和FDTD热能运算器，研究了不同距离的低频电磁场对人体的热效应。计算出了人体距离特高压输电线不同距离时电磁场对人体的SAR值(SpecificAbsorptionRate电磁波的比吸收值)。该方法具有很大可行性，可为高压输电的电磁环境与人体的生物效应等问题提供参考。本专利技术涉及一种计算特高压工频电磁场对人体生物效应的方法。使用ADI-FDTD算法，计算人体在特高压工频电磁场中的SAR值，以确定人体在电磁场中的安全性，为高压输电的电磁环境与人体的生物效应等问题提供参考并为以后高压线的铺设提供理论依据。本专利技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。附图说明本专利技术的附图说明如下。图1为本实施例提供的输电导线分布示意图。图2a为本实施例提供的输电线路的电流磁场。图2b为本实施例提供的输电线路的电流电场。图3为本实施例提供的不同距离的人产生的SAR数值。图4a为本实施例提供的10米SAR数值。图4b为本实施例提供的20米SAR数值。图4c为本实施例提供的60米SAR数值。图4d为本实施例提供的100米SAR数值。图5a为本实施例提供的仿真出人体在电场中距离测量0点0m的SAR值。图5b为本实施例提供的仿真出人体在电场中距离测量0点20m的SAR值。图5c为本实施例提供的仿真出人体在电场中距离测量0点60m的SAR值。图5d为本实施例提供的仿真出人体在电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种特高压工频电磁场对人体生物效应的计算方法，应用于特高压工频电磁场设计系统，该系统包括输电线路模型建立模块、高压输电线参数采集模块、人体模块、数据处理模块；其特征在于：包括以下步骤：建立输电线路模型；建立人体模块；建立热能运算器；计算人体与电磁场之间不同距离的人体热效应SAR值；将不同距离与相应的电磁场对人体的SAR值存储在存储单元。

【技术特征摘要】
1.一种特高压工频电磁场对人体生物效应的计算方法，应用于特高压工频电磁
场设计系统，该系统包括输电线路模型建立模块、高压输电线参数采集模块、人体模
块、数据处理模块；其特征在于：包括以下步骤：
建立输电线路模型；
建立人体模块；
建立热能运算器；
计算人体与电磁场之间不同距离的人体热效应SAR值；
将不同距离与相应的电磁场对人体的SAR值存储在存储单元。
2.如权利要求1所述的特高压工频电磁场对人体生物效应的计算方法，其特征
在于：所述热能运算器采用二维ADI-FDTD算法，并结合FEM和FDTD来建立。
3.如权利要求1所述的特高压工频电磁场对人体生物效应的计算方法，其特征
在于：所述输电线路模型是根据特高压输电线分布及导线等效半径数据，在SEMCAD
中设定参数来建立的特高压输电线路模型。
4.如权利要求1所述的特高压工频电磁场对人体生物效应的计算方法，其特征
在于：所述输电线路模型中预设模型参数，所述模型参数包括电源的频率50Hz，求
解器选择LowFrequencySolver类型是MagnetoQuasiStatic,导线的属性为
PEC/Metal剖分网格。
5.如权利要求1所述的特高压工频电磁场对人体生物效应的计算方法，其特征
在于：所述人体模块中包括人体介电常数、人体电导率、人体密度、人体比热容和人
体热导率。
6.一种特高压工频电磁场对人体生物效应的计算系统，应用于特高压工频电磁
场设计...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊伟，张晓勇，吕小红，胡晓锐，宫林，向菲，张友强，陈涛，钟加勇，高晋，刘祖建，何燕，姚树友，王洪彬，黄飞，陈曦，赵志伟，欧林，余红欣，魏燕，魏甦，
申请(专利权)人：国网重庆市电力公司电力科学研究院，国网重庆市电力公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：重庆;85