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隨著我國在鐵路機車領域的蓬勃發(fā)展，機車的種類也在不斷豐富。在城市軌道交通方面除了有傳統(tǒng)的架空接觸網供電有軌電車之外，為了解決有軌電車與城市景觀之間存在的沖突，近年來無接觸網供電的城市軌道車輛的研究逐漸火熱。得益于擺脫接觸網對車輛的限制，無接觸網供電機車可以在更加復雜的環(huán)境中正常行駛，我國某機車廠研發(fā)了新型無線供電制式城軌列車，打破了發(fā)達國家對軌道交通車輛無線供電制式的技術壟斷。

無接觸供電系統(tǒng)采用的是一種非接觸供電的方式，利用兩個或多個沒有電氣連接的線圈發(fā)生磁耦合，實現電能的無線傳輸，因為沒有接觸產生的摩擦，所以不產生磨損；同時它可以不受任何天氣和地面條件的影響，即便是處于惡劣的環(huán)境下也可以正常行駛。

伴隨著無線傳能機車的投入使用，其無線傳能系統(tǒng)的電磁環(huán)境對乘客和列車工作人員的健康影響逐漸引起了公眾的重點關注。目前對無線傳能系統(tǒng)電磁仿真較多，對電磁環(huán)境仿真較少。

有研究表明，低頻電場暴露會引起人體反應，其主觀感受從有感覺到痛苦，同時引起中樞神經和周圍神經組織刺激以及視網膜光幻視，產生一種暈眩的感覺；大量流行病學研究報告顯示，癌癥以及糖尿病并發(fā)癥等可能與長期暴露于低于ICNIRP人體暴露限值的低頻磁場中有關系。

目前大量研究關注人類暴露于高頻電磁環(huán)境的研究，例如手機天線，對kHz頻段關注相對較少；Yuan Qiaowei等使用簡化模型評估了附近人員對無線電力系統(tǒng)傳輸效率的影響，但沒有對人體電磁暴露進行評估，還有學者研究了電動汽車無線充電系統(tǒng)對人體器官、體內植入器件的電磁環(huán)境安全，但沒有實際測試來驗證仿真的正確性。

對于無線傳能機車使用的多個100kW等級的電磁耦合機構供電來說，磁場的泄露可能會對車上人員的健康產生影響。由于人體暴露于低頻磁場中時，體表會產生感應電荷，通過電磁感應作用，在人體內也會產生感應電場和感應磁場，為了降低電磁場對人體傷害，歐盟各成員國采用國際非電離輻射防護委員會（ICNIRP）電磁暴露導則，對職業(yè)暴露和公眾暴露在1Hz~100MHz分別給出限值，來保護人體免受電磁場傷害。

為了有效評估乘客及司機在無線傳能機車內的電磁安全問題，西南交通大學電氣工程學院的研究人員楊威、徐英雷、王晨曲、林飛宏、董亮，在2022年第11期《電工技術學報》上撰文，完成了無線傳能車內部電磁環(huán)境評估，對于我國電磁相關標準的制定有一定的參考價值。

圖1 無線傳能機車仿真模型

圖2 系統(tǒng)工作原理

研究人員在工作頻率為50kHz頻率的仿真系統(tǒng)中，利用三維電磁仿真軟件構建無線傳能系統(tǒng)輻射下車內人員電磁環(huán)境模型，來模擬司機和乘客處于車內各位置下人體內部各器官吸收電磁能量的情況，研究處于車廂內不同位置的司機和三名乘客（乘客A、乘客B、小孩）暴露的磁場強度、電場強度和電流密度的分布情況，并將仿真結果與ICNIRP導則中相應的限值對比，評估人在車內的安全性。

圖3 人體位于車內位置

圖4 車內人體磁場強度圖

圖5 車內人體感應電場圖

他們的研究結果表明：位于司機室的司機感應電場強度最小，乘客A感應電場強度為最大；乘客B所處的車廂連接風擋處磁場強度最大；感應電流密度最大值出現在乘客B的腹部位置。所有計算結果均低于國際非電離輻射防護委員會（ICNIRP）導則的電磁場限值，說明位于車內的司機和乘客都是安全的。

圖6 車內人體感應電流密度圖

圖7 車內磁場測試

圖8 仿真與測試數據對比

研究人員進一步通過現場測試，測得車內電磁環(huán)境真實情況，并與仿真結果相近，驗證了仿真結果的正確性。他們表示，該分析和測試結果可以消除公眾和乘務人員對于無線傳能車內電磁環(huán)境的擔憂，也對鐵路領域相關標準的制定有一定的借鑒意義。

本文編自2022年第11期《電工技術學報》，論文標題為“無線傳能機車人體電磁環(huán)境安全研究”。本課題得到了國家自然科學基金和國家重點研發(fā)計劃的支持。