用等效电路模型计算塔吊感应高压电及实例分析

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1、第８卷第４期杭州师范大学学报（自然科学版）Vol．８No．４２００９年７月JournalofHangzhouNormalUniversity（NaturalScienceEdition）Jul．２００９文章编号：１６７４－２３２X（２００９）０４－０３１３－０４用等效电路模型计算塔吊感应高压电及实例分析黄显吞（百色学院物理与电信工程系，广西百色５３３０００）摘要：为求出建筑塔吊因临近通讯发射源而感应高压电的大小，采用等效电路模型方法进行计算．并以在建的百色学院工地塔吊为例，结果表明理论计算数据与实例实测数据基本相符．这种方法可为相关领域的研究提供参考和

2、借鉴．关键词：电磁辐射；电路模型；塔吊；实例分析中图分类号：TM５１文献标志码：A任何带电体周围都存在着电场，周期变化的电场产生周期变化的磁场，就存在电磁波，产生电磁辐射．［１］由于电磁波在闭合回路中感生电压，电磁辐射在金属表面感生电荷．这样高耸竖立且主要由金属部件组成的建筑塔吊在临近通讯发射源作业时就会由于电磁辐射的感应耦合和电磁耦合而感应高压电．建筑塔吊的结构及架设常使其容易遭受电磁波辐射的影响而感应高压电，从而危及施工人员和财产安全．这种建筑塔吊临近通讯发射源感应高压电而难于防护是建筑行业中长期以来存在的突出问题，是目前建筑行业中亟待解决的难题，

3、但至今国内外对此很少有文献提及并进行深入研究．为此，文章通过对电磁波的传播特性及塔吊结构特点等进行分析，采用等效电路模型方法计算塔吊感应电压，并以此次在建的百色学院工地建筑塔吊为例进行分析与计算，结果表明理论计算数据与实例实测数据基本相符．这样，为此类领域的研究提供参考和借鉴．１电磁波的传播特性在实际应用中，通常使电磁波传播的电场只具有平行或垂直于地面方向的分量，称为平行极化波或垂直极化波．例如电视塔发射的电磁波是平行极化波，电视接收天线采用的是水平放置；广播电台、手机通信基站等发射的电磁波是垂直极化波，接收天线采用的是垂直放置．另外还有一种平面圆极化

4、波，这种波的电场振幅不随时间变化，而电场矢量的方向以等角速度作顺时针方向（右旋圆极化波）或逆时针方向旋转（左旋圆极化波），圆极化波被广泛地运用在卫星通信中，接收天线使用抛物面的碟形圆极化接收天线．无线电波在传播时，接收点的场强包括直射波和反射波的矢量和．即当电台发射功率为P，发射天线［２］到塔吊的距离为r，天线为各向同性天线，那么自由空间电场强度有效值的公式为：Eef＝３０P／r（１）如发射天线高为h１虫d，塔吊高为h２虫d，考虑直射波和反射波具有不同的相位，用直视距离d代替收稿日期：２００９‐０５‐０３基金项目：广西教育厅科研基金项目（２００７０８M

5、S０８７）；广西百色院科研项目（２００７１３３０３）．作者简介：黄显吞（１９６９—），男，广西靖西人，讲师，主要从事电工技术、物理课程与教学论研究．E‐mail：gxbshj００８＠１６３．com３１４杭州师范大学学报（自然科学版）２００９年２６０PD２πh１h２r，则有：EDef＝sin（２）ddλ２πh１h２π这个式子就是直视距离之内的电场强度计算公式，D为天线方向系数．当≤时，可用正弦幅d９λ４π６０PDh１h２值代替正弦值，则上式可化为：Em＝２·（３）dλ［３］２２２如用多条天线同时发射，复合场强用公式：E＝E１＋E２＋⋯＋EN（４）计算（E

6、N为单个频率的场强值）．并由上可知电台发射天线高度与发射功率是电磁波辐射的重要因素．２用等效电路模型计算两极化波感应电压从本身结构及形状特点来看，建筑塔吊可近似看成是由高几十米垂直于地面的塔身（相当于垂直接收天线）和长几十米平行于地面的塔臂（相当于水平接收天线）等金属部件组成．那么塔身就可看作受垂直极化波作用、塔臂受水平极化波作用而感生电荷．且塔身及塔臂又都是由许许多多金属框架（相当于闭合回路）叠加而成，这样电磁波在闭合回路中就感生电压．同时吊钩钢丝线绕组又可看成是磁性接收天线，在电磁辐射场中钢丝线圈会产生感应电动势．2．1塔身主要受垂直极化波感应电压

7、垂直极化波主要是无线电广播及手机通信基站等发射的电磁波．那么塔吊的塔身立柱就相当于垂直放置的金属杆天线，而其中的许多金属框架又相当于许多闭合回路叠加（见图１）．这样，电磁波在金属立柱上感生的电压就可由麦克斯韦方程的积分形式：V＝∫E·dl决定，即：jtωV＝E·h２（１－cos（l）e（５）β这里平面波相位常数＝２π，为发射波长，h为塔身高β度，l为λ塔身图1塔身受垂直极化波影响感λ应电压模型宽度，为角频率．如入射波以磁场为主，则ω磁感应强度B＝０H，０为自μμ由空间磁导率．且磁通量＝∫sB·dS，那么由N个金属框架叠Φ加而成的闭合回路的总感应电动势为

8、：ddBΦ＝＝NSε（６）dtdt０ε这里B＝E．所以，整个塔身的感应电压就是金属立柱和金属框