第3章 输电线路感应电原理分析

电是静止或移动的电荷所产生的物理现象，是广泛存在于自然界或通过物理、化学手段获得的一种能量。人类对电的认识最早可追溯到公元前6世纪，但意识到电具有极大的利用价值则是近代以来的事。从19世纪初伏打电池的发明到现代无线电、大规模电子、电力系统的应用，电的使用不仅加快了科学技术的发展，同时伴随着科学技术的发展，电也越来越为人类所灵活应用，大大提高了人类的生活水平。电在带来便利的同时，如果使用不当、违反安全规定或者不能对电进行有效控制时，也可能发生供电中断、电力设施损坏甚至人员伤亡。

感应电顾名思义是一种通过感应而非直接方式产生的电，有别于在物体上施加电压或通过摩擦等直接手段使其带电，物体产生感应电是由于其周围存在带电物质，通过改变物体中电荷的运动和分布，没有进行直接接触而使物体带电的一种现象。感应电作为一种比较特殊的电能，一方面，在实际中（如医疗、电力、通信等行业）得到了广泛应用；另一方面，也产生了诸如感应电触电、通信线路信号干扰、谐波、电能损耗增加等危害。感应电产生的原理为：电荷的移动可归因于静电感应（同性电荷相排斥，异性电荷相吸引）或者电磁感应（变化的磁场使导体中产生感应电动势引起电荷移动），也就是说，只要是带电物体，不论带何种类型电或者处于什么样的运动状态，都会使其周围的物体产生感应电。这个感应电一部分由静电感应引起，一部分由电磁感应引起。如果物体静止于恒定电场中，则没有电磁感应，只有因静电感应引起的电荷重新分布的现象，电荷重新分布的过程通常很短暂，引起的电流转瞬即逝。

对于产生感应电的物体来说，使其产生感应电的带电物体在运动状态上可分为相对静止和运动（这里不考虑物质内部的微观高速运动）；在带电种类上主要可分为静电荷、恒定直流电、非恒定直流电和交流电。本书关注的是输电线路产生的感应电，因此仅考虑带电体静止，带电种类为交流和恒定直流电两种情况。使物体产生感应电有以下方式：

（1）线路带恒定直流电且物体静止。此种情况下，空间存在导线产生的电场以及导线电晕放电产生的带电粒子受电场力作用做定向运动而产生的离子流电场，两者形成一个合成场。导线中电荷移动速率和方向保持不变，产生的磁场为恒定磁场，不会激发感生电场；离子流在电场作用下向空间四周做加速度运动，产生的电场为非恒定电场。此时，相对导线静止的物体内部电荷视合成场电场分布情况呈一定规律的排列，但电磁感应一般较小，主要是静电感应起主导作用。

（2）线路带恒定直流电且物体运动。此种情况下，物体在合成场中运动（如在沿线路下方行驶的车），即物体内电荷产生了移动，因此存在感应电。对于直流线路附近的人（作业人员、居民、行人）来说，由于运动缓慢，电磁感应较小，主要是静电感应起主导作用。

（3）线路带工频交流电且物体静止。由于工频频率较低，此种情况下，一般视为准静态电场，即感生电场相比于电荷库仑电场小得多，电磁感应较小，静电感应起主导作用；但在某些情况下，如双回线路一回运行一回停电时，若线路长度较长，负荷较大，也会产生很大的电磁感应电。

（4）线路带工频交流电且物体运动。仅考虑实际作业、生活情况时，情况与（3）类似。

通过以上分析可知，引起物体产生的感应电的原因主要分为静电感应和电磁感应。对于输电线路来说，带电体主要为架空导线、电缆线芯，一般处于静止状态；产生感应电的物体大致可分为带电体周围静止的设备、建筑，暂时停留在线路附近的人畜，长期生活在线路附近的人畜，线路附近或线路上的作业人员等。