- 頭條無接觸網供電城軌車輛對人體有電磁危害嗎？西南交大學者發表成果2022-04-06 作者：董亮、林飛宏 等 | 來源：《電工技術學報》 | 點擊率：導語西南交通大學電氣工程學院、中車唐山機車車輛有限公司的研究人員董亮、林飛宏、王晨曲、張秋敏，在2021年《電工技術學報》增刊1上撰文，采用有限元法對曝露于大功率無接觸網供電城軌車輛中的人體進行電磁安全評估，以檢測該無接觸網供電城軌車輛是否低于人體電磁曝露安全值。 科研人員以500kW無接觸網供電城軌車輛為例，通過數值仿真計算車內漏磁水平，并對車內佩戴心臟起搏器的人體進行感應電磁場和比吸收率（SAR）評估，將計算結果與國際非電離輻射防護委員會（ICNIRP）中規定的限值進行比較。結果表明，人體內部感應電場較低，但是在人體表面感應出較高電場，裝有心臟起搏器的組織SAR值遠低于2W/kg的限值，人體站在渡板上方時，腳踝處SAR值最高并且十分接近局部SAR限值。這些結果對于無接觸網供電技術在軌道交通領域的安全應用起到了積極的作用。
傳統的城市軌道車輛以接觸網供電方式為主，無接觸網供電技術使得車輛脫離導線的束縛，車輛可以在更加復雜的環境中運行，有利于車輛供電的可靠性與安全性。無接觸網供電系統利用高頻電磁場近場耦合原理，以磁場為媒介在地面供電線圈與車載受流線圈之間進行能量傳輸。
大量的研究致力于分析人類對電磁環境的曝露，如手持天線和無線諧振電源系統，工作頻率主要在MHz和GHz。然而，由于電磁兼容性和功率效率，無接觸網供電系統的軌道交通車輛通常運行在低kHz范圍內（大約在幾kHz到100kHz），在這個頻率范圍，對無接觸網供電系統的研究目前還較少。由于無接觸網供電系統的強近場可能誘導附近人體組織的高場，必須確定無接觸網供電系統符合國際電磁曝露安全指南的條件。
在以往的研究中，對人體曝露于單個充電功率為數kW的無線電能傳輸場景中，進行人體感應電場和比吸收率（Specific Absorption Rate, SAR）相關的數值研究。有學者研究了典型感應電能傳輸（Inductive Power Transfer, IPT）系統周圍人體電磁曝露，指出即使發射線圈非常接近人體，電磁曝露極限也完全滿足電磁曝露要求。此外，之前的研究還評估了測量、數值方法和線圈設計。
然而，對于無接觸網供電城軌車輛來說，使用多個100kW級別的電磁耦合機構同時緊密工作供電，可能會在站于無接觸網供電城軌車輛周圍的人體中感應出較高電磁場，對人體健康造成潛在的不利影響。
西南交通大學等單位的科研人員以無接觸網供電城軌車輛內部站立人體進行電磁曝露計算。無接觸網供電城軌車輛采用發射端無鐵氧體的無接觸網供電系統，共有4節車廂，列車長約37.5m、寬2.8m、高2.7m，車底共安裝6套接收裝置。無接觸網供電系統模型如圖1所示，高頻交流電加到無接觸網供電系統地面供電線圈（地面供電線圈鋪在兩根鋼軌中間），并在空間產生高頻磁場，從而在接收板感應出電流，并經整流器輸出直流750V電壓，直流電壓母線為儲能系統和車載驅動系統同時供電。
圖1 無接觸網供電系統模型
圖2 含有心臟起搏器的人體模型
他們結合電路和三維有限元數值模型，預測了無接觸網供電城軌車輛內部漏磁，并對站于車內的人體的感應電磁場和比吸收率進行評估，計算結果與限制人體曝露于時變電磁場而制定的規定（如ICNIRP和IEEE）限值進行比較，得到了佩戴心臟起搏器的人體位于車內3個不同位置時漏磁、感應電場以及SAR在體內的分布規律。
圖3 人體感應電場分布
圖4 渡板上方人體SAR分布
結果表明，對于含有起搏器的心臟模型，其SAR值遠低于2W/kg的限值，當人體站在渡板上方時，腳踝處局部SAR峰值為1.95W/kg，十分接近人體局部SAR限值。值得注意的是，人體站在渡板上方時感應電場最大值是超過ICNIRP給出的87V/m電場強度限值的，安全起見應該在渡板位置做好電磁防護。本研究成果有助于推動無接觸網供電技術在軌道交通中的安全使用。
以上研究成果發表在2021年《電工技術學報》增刊1，論文標題為“無接觸網供電城軌車輛中人體電磁場評估”，作者為董亮、林飛宏 等。
