磁共振式无线电能传输系统应用的电磁环境安全性研究及综述

随着磁共振式无线电能传输技术的研究与推广应用,基于该技术系统工作时电磁环境安全性的研究极为重要。首先阐述了磁共振式无线电能传输技术的发展历史和应用情况,在此基础上介绍了电磁环境对生物体影响的研究概况。通过比较国际上的电磁辐射暴露限值导则和国内相关的主要标准,综述了磁共振式无线电能传输系统电磁环境的研究现状,具体包括:目前主要的磁共振式无线电能传输技术的系统结构;电磁场研究中参考的人体解剖模型;电磁场分布的数值计算和仿真方法。最后进一步具体分析了磁共振式无线电能传输系统电磁环境研究中亟待解决的问题和未来的发展趋势。     

不同频率谐波下单芯电缆温度场仿真分析

电力电缆的温度是保证其安全运行的重要参数之一,本文分析了现有电缆谐波温度场模型情况及其局限性,根据电力电缆线路产热和散热的特点,建立了电缆的电磁场-温度场耦合二维有限元分析模型。确定了电磁-热耦合场分析的边界条件,综合考虑电缆敷设方式及谐波情况下的集肤效应和邻近效应,求解得到了电缆内部电磁场分布。将得到的谐波焦耳热损耗作为热源耦合至热场模型进行计算,提出了一种多相电缆谐波温度场仿真模型,并仿真了不同频率谐波下电缆的温度分布情况。该研究可以为电力电缆线路的热分析和热老化寿命评估提供一定的参考。     

变电站内工频电磁场三维数值仿真研究

高压变电站内外工频电磁环境的评估日益重要。将三维建模软件Solidworks同电磁场分析软件Ansoft相结合,实现了大模型、复杂电磁问题的三维数值分析。根据某110 kV变电站设计图,建立电气设备三维仿真模型,对变电站户外区域离地1.5 m高度处工频电磁场进行了仿真和分析。仿真结果表明,该110 kV变电站内、外工频电磁场数值均在标准限值以内。在工作走廊上,计算值同实测结果变化趋势一致;在电气设备不太密集的区域,工频电场计算值与实测值之间误差低于10%。文中所用方法给变电站电磁环境评估问题提供了一个良好的解决方案。     

生物电磁专题征文

正《高电压技术》2014年拟出版生物电磁专题,论文主要包括:1)高电压电磁环境的健康效应、标准;2)流调、人体、器官、细胞、分子、生物物理等各层次的电磁生物效应和机理;3)磁共振成像;4)电阻抗成像;5)射频消融;6)电穿孔;7)脑起搏和心脏起搏;     

生物电磁专题征文

正《高电压技术》2014年拟出版生物电磁专题,论文主要包括:1)高电压电磁环境的健康效应、标准;2)流调、人体、器官、细胞、分子、生物物理等各层次的电磁生物效应和机理;3)磁共振成像;4)电阻抗成像;5)射频消融;6)电穿孔;7)脑起搏和心脏起搏;     

生物电磁专题征文

正《高电压技术》2014年拟出版生物电磁专题,论文主要包括:1)高电压电磁环境的健康效应、标准;2)流调、人体、器官、细胞、分子、生物物理等各层次的电磁生物效应和机理;3)磁共振成像;4)电阻抗成像;5)射频消融;6)电穿孔;7)脑起搏和心脏起搏;     

基于Fluent二次开发的电磁轨道发射运动磁场仿真

针对电磁轨道发射运动电磁场与传统运动电磁场存在的差异性,系统推导其运动电磁场的控制方程、边界条件,建立电磁轨道发射运动电磁场的数值计算模型,创新性地提出采用FluentUDS二次开发进行数值计算的方法,仿真得到速度趋肤效应对电磁轨道发射弹丸内部磁场的影响。仿真结果表明:相比不考虑速度趋肤效应的情况下,在速度趋肤效应的影响下,弹丸中轴线最大磁感应强度由5.6T降到5.2T,且磁感应强度的峰值时刻由放电电流平流段结束时刻提前到平流段的起始时刻。研究方法可对电磁轨道发射膛内多物理场耦合模型的建立提供基础,研究结论可为电磁发射弹丸发射磁场模拟平台的搭建提供设计输入。     

生物电磁专题征文

正《高电压技术》2014年拟出版生物电磁专题,论文主要包括:1)高电压电磁环境的健康效应、标准;2)流调、人体、器官、细胞、分子、生物物理等各层次的电磁生物效应和机理;3)磁共振成像;4)电阻抗成像;5)射频消融;6)电穿孔;7)脑起搏和心脏起搏;8)驻极体;9)除颤;10)射频热疗;11)电磁理疗;12)体外碎石;13)高频电刀;14)生物电磁计量,     

基于电磁-热耦合模型的直埋电缆载流量计算及间距的影响研究

准确地计算电缆载流量,对电缆的安全、稳定运行具有重要意义。然而,当电缆间距离较短时,电缆群间的电磁效应增强,IEC 60287不能给出电缆损耗准确的计算公式,从而使得电缆载流量存在一定的误差。为了准确地计算短间距敷设条件下电缆群的载流量,提出了电缆的电磁-热耦合模型。该模型以110 k V交联聚乙烯电缆为例,利用多物理场耦合分析软件Comsol Multiphysics对不同间距电缆的电磁场和温度场进行了同步耦合计算,并与IEC 60287标准的计算结果比较分析。计算实例表明:基于电磁-热耦合模型的载流量计算结果比IEC 60287准确度更高;当电缆间距较长时,IEC 60287和电磁-热耦合模型计算电缆载流量误差较小;当电缆间距较短时,两种算法计算电缆载流量误差相对比较大。     

生物电磁专题征文

正《高电压技术》2014年拟出版生物电磁专题,论文主要包括:1)高电压电磁环境的健康效应、标准;2)流调、人体、器官、细胞、分子、生物物理等各层次的电磁生物效应和机理;3)磁共振成像;4)电阻抗成像;5)射频消融;6)电穿孔;7)脑起搏和心脏起搏;8)驻极体;9)除颤;10)射频热疗;11)电磁理疗;12)体外碎石;13)高频电刀;14)生物电磁计量,如SAR计量;15)医疗仪器电气安全;16)其他。本期专题诚邀浙江大学医学部包家立教授担任专题特约副主编。专题论文投稿截止日期为:2014年7     

基于真实外形人体模型的非均匀电磁场曝露评估

中国新能源的资源分布与需求分布具有逆向性。为实现电能的长距离传输,相关作业人员需要长期工作于高水平的电磁环境中。为防止过度曝露对健康造成伤害,电磁环境研究是发展新能源技术的重要部分之一。针对现有评估中体素人体模型计算代价高以及对真实职业电磁环境非均匀性考虑不充分,文中提出两种实用的评估方法。搭建外形真实的人体模型,验证模型的准确性;基于体内感应量极值与体表所承受的最大曝露水平确定等效的均匀电磁场;基于算术平均法与均方值平均法,确定身体各部分承受的电磁场水平平均值。通过对空心电抗器周围典型非均匀磁场的分析,证明了基于真实外形人体模型,匀场等效法与空间平均法对非均匀电磁场曝露评估的有效性。     

射频电磁场的健康效应

由通信基站、移动电话、无绳电话、无线路由器等产生射频电磁场(RF-EMFs)已经成为现代生活不可缺少的一部分,为了阐述射频电磁场对人类健康可能存在的风险,评述了近几年射频电磁场健康效应的研究成果。在介绍射频电磁场物理特性的基础上,着重综述了近年来射频电磁场在流行病学调查、人体志愿者、动物实验、细胞和分子、生物物理学等领域的研究进展。大多数流行病学调查表明使用手机与脑瘤呈阴性结果,但也有阳性报道。人体志愿者实验研究主要包括认知、感觉放大、听力和脑电图等方面,以阴性结果为多。动物实验研究主要包括认知、记忆、生殖、血脑屏障、感觉、免疫等方面。细胞和分子研究主要包括脱氧核糖核酸(DNA)损伤与修复、干细胞增值和分化、生殖和发育、细胞凋亡、氧化应激、组织结构、昼夜节律等方面。生物物理学研究主要包括非热效应理论、窗效应、活性氧自由基(ROS)机理、钙离子(Ca2+)等方面。射频电磁场的国际标准有国际非电离辐射防护委员会(ICNIRP)指南和电气与电子工程师协会(IEEE)标准,国内标准有电磁环境控制限值标准。结论是为人类健康应该管理好电磁场;加强电磁生物效应整体论研究;开发实时研究的相关技术;关注生物效应原初作用的电磁能量。     

有限公式电磁场数值计算理论与性能

为了探讨有限公式电磁场数值计算方法的理论框架,研究工程应用中性能指标的准确性和计算效率,围绕有限公式方法使用全局物理变量和与电磁学实验定律直接相联系的特点,论证了有限公式方法的创新性思维.在系统地阐述有限公式方法理论体系的基础上,结合高频场的计算公式,说明了有限公式方法的计算思路,并通过与现有电磁场数值计算方法相对比,分析了有限公式方法的特性与优势.结合散射问题中的高频场与电机内的静态场实例,验证了有限公式方法的主要技术指标.该方法的计算精确度、计算效率则明显优于现有的电磁场数值计算方法,对该方法的深入研究,必将推动电磁场数值计算理论的进一步发展.     

生物电磁技术应用及其相关健康风险评估对策

为了促进生物电磁研究领域和安全性评价研究领域的更深入持久的交流与合作,首先通过查阅相关文献,综合流行病学资料及实验室结果,概述了生物电磁技术应用及其相关健康危害性评价方面的研究进展。关于生物电磁技术的医学应用方面,μs、ps及ns脉冲电场在肿瘤无创治疗中前景广阔;低频电磁场可促进骨细胞生长从而加速骨重建;钬激光体内结石碎石技术具有手术时间短、损伤小等优势;驻极体暴露为临床用药提供新方法。关于电磁暴露的健康危害性评价方面,微波辐射是否产生健康危害,目前尚无定论;尽管国际上仍有大量争议,但2007年国际卫生组织宣布工频电磁场与儿童白血病相关致癌性的人体证据有限;工频电磁场暴露影响动物认知的行为,其受影响程度与电磁场的磁感应强度、暴露持续时间密切相关;THz波在一定条件下可破坏脱氧核糖核酸(DNA)双螺旋结构,低水平THz波辐射可干扰蛋白质的识别过程;当人处于磁感应强度4.0 T的核磁共振成像超高磁场中时,大多数人会出现头痛、胸闷等心脑血管不适症状。然后借鉴了公共卫生学、生理学、流行病学与管理毒理学等学科的基本理论,提出了建立生物电磁效应相关健康风险评估体系的构想和对策。即从生物电磁技术的危害识别、危害特征描述、暴露评估和风险特征描述这4个方面,对生物电磁技术应用的基本原理及有关电磁暴露的健康风险问题进行系统评估,为人们科学应用生物电磁技术并规避健康风险提供预防措施。未来的研究方向是应建立科学的、规范的、多学科融合的生物电磁效应相关健康风险评估体系。     

考虑磁滞效应的电抗器二维电磁场计算

将J-A模型与电磁场数值分析方法相结合,在考虑铁心的磁滞效应的情况下,推导出电磁场的有限元计算模型。分别采用基本磁化曲线和磁滞回线两种不同的方法对电抗器的电磁场进行仿真计算。研究结果表明磁滞现象对电抗器电磁场的计算影响较大,因此考虑磁滞效应的电磁场数值计算模型,为进一步研究电抗器的发热问题奠定了理论基础。     

极低频电磁场的健康效应

来自于输电线路、变压器、家用电器的极低频电磁场已经在现代生活中无所不在,但它们对人体健康的潜在危险还不清楚。为了综合评述近几年的研究成果以指引未来极低频电磁场健康效应的研究方向,在介绍极低频电磁场物理特性的基础上,着重介绍了近年来极低频电磁场在流行病学调查、人体志愿者、动物实验、细胞和分子、生物物理学等领域的研究进展。大多数流行病学调查表明极低频电磁场的健康风险比值比在1~2之间。人体志愿者实验研究主要包括心肺生理、脑电与神经、血常规、褪黑素等方面。动物实验研究主要包括认知、血管渗透性、褪黑激素、免疫系统、转基因白血病动物模型、协同致癌作用等方面。细胞和分子研究主要包括细胞周期、细胞凋亡、细胞分裂、DNA复制转录和翻译等方面。生物物理学研究主要包括ROS机制、胞内Ca2+、离子通道、鲁棒行为、信噪比、体内磁性颗粒等方面。极低频电磁场限值方面的国际标准主要包括ICNIRP指南和IEEE标准,国内标准主要包括职业卫生标准和环境控制标准。未来的研究方向应包括极低频电磁场的生物系统特性如鲁棒性和涌现性等、电磁场作用下的生物实时响应和电磁能量的生物效应。     

无接触网供电城轨车辆中人体电磁场评估

该文采用有限元法对曝露于大功率无接触网供电城轨车辆中的人体进行电磁安全评估,以检测该无接触网供电城轨车辆是否低于人体电磁曝露安全值.以500kW无接触网供电城轨车辆为例,通过数值仿真计算车内漏磁水平,并对车内佩戴心脏起搏器的人体进行感应电磁场和比吸收率(SAR)评估,将计算结果与国际非电离辐射防护委员会(ICNIRP)中规定的限值进行比较.结果表明,人体内部感应电场较低,但是在人体表面感应出较高电场,装有心脏起搏器的组织SAR值远低于2W/kg的限值,人体站在渡板上方时,脚踝处SAR值最高并且十分接近局部SAR限值.这些结果对于无接触网供电技术在轨道交通领域的安全应用起到了积极的作用.     

应用界标分界法的电力系统动态仿真准确度评估

动态仿真在电力系统分析方面已得到了广泛的应用,成为系统设计、运行不可缺少的工具;仿真的准确度直接决定了系统运行的安全性和经济性。针对现有仿真准确度评估方法的不足,综合了界标分界法与直接距离法,提出了基于形状相似度和数值相似度2个指标的电力系统仿真准确度的评估方法。该方法克服了在噪声干扰情况下应用规范系数法求解形状相似度时评估结果失真的问题,其评估结果可为使用人员进行模型修正提供参考依据。结合2004年某地区大扰动试验的实测数据及使用不同负荷模型进行后验仿真的计算结果,进行了算例分析,验证了该评估方法的可行性。     

用场模型图论法计算稀土永磁电机二维磁场

本文采用新的电磁场数值计算方法——场模型图论法计算电磁场。文中建立了用场模型图论法计算稀土永磁电机二维静磁场、稳态场、瞬变场问题的数值计算模型,提出了直接以标量函数磁通为求解变量计算电磁场的方法,用FORTRAN语言编制了牛顿-拉夫逊-乔累斯分解法的二维空间场和负载场的场模型图论法计算程序。对一台3KVA稀土永磁发电机进行了实例计算。计算结果与有限元法相同(当采用相同的三角形网格剖分时)并且有源区比有限元法有所改进。     

基于有限元的场路模型在变压器直流偏磁中的应用

变压器直流偏磁三维电磁场的数值计算是备受关注的前沿课题。文中提出场路模型的分析方法,建立变压器电磁场模型,推导瞬态激励下的系统响应方程。运用有限元进行电磁场数值分析,并将计算结果反馈电路系统。通过实际单相变压器建模,进行负载和空载数值计算,并成功仿真直流偏磁问题,结果验证场路方法的合理性和有效性,通过总结其规律,为大型电力变压器暂态建模分析提供依据。