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【實作實驗室】變電箱很可怕?它的電磁波其實比你家的電風扇還低

   

作者:實作派

講到變電箱大家都害怕,因為有電磁波,但各位真的知道變電箱的電磁波是多少嗎?如果電磁波不大,那為什麼要害怕?實際上變電箱的電磁波很低,比家裡的電風扇還要低,如果真的要擔心,你可能比較需要擔心你家的電風扇。

說到這裡我要先感謝信義房屋石牌行義店借我這個磁場計,後面所有的實驗都靠它了。

實際測量變電箱

實際來測量變電箱,這個在馬路邊的龐然大物竟然只有 0.5 mG,G 是磁場單位高斯 Gauss,m 是千分之一念作「毫」,所以 mG 稱為毫高斯。那你說 0.5 mG 到底大還是小?我們繼續看下去,事實上我在馬路上測試了電線杆、電線、電塔,各位可以看最剛剛的影片,我全部收錄在裡面。

亭置式變壓器只散發很少的電磁波,約 0.5 毫高斯(圖片來源:實作派提供)

家中電器的電磁波其實更大

電風扇是夏天居家必備的電器,各位家裡應該也都吹幾十年了吧!它的電磁波是多少呢?看看下圖就知道了,答案是 81 mG,遠遠大於外面變電箱的電磁波。

電風扇馬達的磁場是 81 mG(圖片來源:實作派提供)

你以為電風扇的電磁波這樣已經很大了嗎?還沒呢。如果是從 OFF 到 ON 的那一瞬間,由於磁場是由 0 到非零,時間間距又很短,啟動瞬間的電磁波測起來很大,約 208 mG,但這個機會相對少,而且距離一拉長,其實也量不到什麼東西。

電風扇啟動時會產生很大的瞬間電磁波(圖片來源:實作派提供)

家裡的液晶電視測量起來也只有 1 mG,以前笨重的映像管電視可能電磁波會比較大,因為它需要用 2.5 萬伏的高壓驅動電子槍產生電子束,讓它打在螢幕的螢光劑上發光,但現在在省電訴求下,映像管電視已經走入歷史了。其餘像是筆記型電腦、數據機、Wifi AP 分享器、機上盒、吹風機等,全部我都有測量,都放在前面的影片裡,大家一定要看。

LCD 液晶電視的電磁波測得 1 mG(圖片來源:實作派提供)

距離越遠,電磁波越小

根據電場或磁場的公式,它都告訴我們電磁波的場強會隨著距離平方成反比,舉例來說在 1 cm 距離測得 10 mG 的磁場,到了 10 cm 的距離時,磁場會變為原來的 1/100,因此剩下 0.1 mG。電場公式如下:

我實際做一次給各位看,剛剛貼在馬達上是 81 mG,當我距離馬達大約 15 cm 的時候,磁場只剩下 1 mG。當然這個距離是我目測的距離,而且馬達裡面的線圈是一坨一坨的,線圈體積很大,測量上會有些誤差,但是距離平方反比的趨勢是存在的。

除非你會貼在馬達上睡覺,否則我不認為電風扇馬達的電磁波會影響到任何人。

距離風扇馬達 15 cm 的磁場測得 1 mG(圖片來源:實作派提供)

電磁波是什麼?

剛剛先秀結論給各位熱身,現在要來給大家科普一下,到底電磁波是什麼?電磁波就是擾動的電場與磁場,而且電波與磁波是伴隨而生的,這個從馬克斯威爾電磁方程式的法拉第定律與安培定律的公式就能看出來。

其實手上拿著磁鐵晃兩下,基本上你就在發射電磁波了,差別在於用手晃動的頻率很低,而且很不穩定,但儀器可以感測到,下圖我拿了一個強力磁鐵,在磁場計上方稍稍晃動,就感應到很大的電場。

另外一種方式是在空間中,快速挪動磁場計也能測到磁場,因為空間中存在各種大小磁場,移動磁場計的瞬間就等同於磁場變化。

晃動磁鐵就能產生電磁波(圖片來源:實作派提供)

頻率範圍

我們今天的主角是變電箱,所以才拿這台磁場計來用,它只能測 300 Hz 以下的頻率,如果各位要測量手機基地台的電磁波,它們的頻率高到 1800 MHz 不等,要換別種磁場計才能測量到。

磁場計是利用與電磁波的共振來做偵測原理的,頻率不同感測元件的尺寸也不同,因此每種磁場計一定有它的工作頻段,我們要測量 60 Hz 的電磁波,就得使用能涵蓋這個頻率的儀器,這個道理跟收音機是完全一樣的,頻率對不上什麼都收不到。

常用的頻率

  • 市區用電:50Hz/60Hz
  • 手機:1800MHz/1900MHz/2100MHz/2600MHz
  • FM 廣播:88MHz~108MHz
  • 藍芽/微波爐:2400MHz
  • Wifi:2400MHz/5000MHz~5800MHz

要測量變電箱的電磁波,當然要搞清楚待測對象是什麼特性,萬一拿基地台的磁場計來測量變電箱,就鬧笑話了。

電線的間距很有差

一般家電電源線的電流有兩條,以電壓來說稱為火線 L 與中性線 N,以電流來說則是一進一出,它們分別產生了順時針與逆時針的螺旋磁場,如下圖所示。如果兩根導線很靠近,兩個方向不同的螺旋磁場會互相抵消;如果導線距離越遠,抵銷的程度會降低,所以磁場會變大。

相反電流造成的磁場:向量與場強圖(圖片來源:實作派提供)

我實際拿電風扇的電源線來做實驗,因為電源線都是火線 L 與中性線 N 併在一起,利用這一點我們來觀察它合併與分開的電磁波強度各是如何。

當兩根導線合併時,基本上磁場是互相抵銷的,由於彼此的位置不可能完全重疊,因此在非常靠近電線的地方才會有一些電磁波大約 3 mG。

一般L/N黏在一起的電源線電磁波較小(圖片來源:實作派提供)

當我把電源線撥開,刻意拉開距離時,導線產生的磁場無法完全彼此抵消,因此總和電磁波就變大了,測得 25 mG。

把 L/N 撥開之後電磁波就變大了(圖片來源:實作派提供)

其實高壓電塔的電磁波也是一樣的道理,越靠近電塔電磁波會越強,因為高壓電線彼此有間距,在電線附近的電磁波無法抵銷,但只要觀測距離越遠,在比例上電塔上的電線就漸漸可以視為在同一位置彼此抵消。

所以高壓電塔都刻意做得非常高,一方便是安全考量免得有瘋子想爬上去,另一方面是距離遠可以降低電磁波的影響,因為電磁波會干擾電器。

馬路對面有電桶,有影響嗎?

不少人對於住家附近有電線桿很有意見,尤其是上面還有變壓器的桿子,因為據說對人體健康有影響,但看看我上面測量的例子,甚至我下方的影片連結,裡面測量了更多東西,結論是變電箱的電磁波其實很低,反而是家裡的電風扇發出的電磁波最高,這還是貼在馬達上的測量值。

不管是哪種電波,只要距離一拉開,幾乎什麼都沒了,因此「變電箱具有強烈電磁波」的說法其實是不存在的。如果真的要挑毛病的話,變壓器運作時所發出的低頻噪音才是大家要注意的點,雖然不是每具變壓器都有噪音,但是只要機器沒安裝好或是老化就可能會有電弧聲、震動聲,如果你對這種音頻很敏感,關窗後十公尺之外的低頻聲你都聽得見,那就別選這樣的房子。

住家旁的電線杆變壓器(圖片來源:實作派提供)

那有人說變壓器會爆炸,是的,變壓器若沒有安裝好或是工作超負荷確實會有爆炸的情況,因為桿上變壓器有些是油浸式,桶子裡面滿滿裝的都是絕緣油,溫度過高之下,油會燒起來,電視新聞上應該大家也看過,但我要說的是,比起擔心變壓器爆炸起火,你可能更要擔心自己或鄰居是否會因為忘記關瓦斯而引發火災,或者是否有人放天燈把人家的屋頂燒了。

無論以科學的角度或是統計的角度,我們都不需要過分擔心變壓器。我想唯一需要擔心的是有礙觀瞻,滿滿的電線桿與電線有礙市容,如果你對於生活的視覺環境很挑剔,那才真是個問題,至於所謂電磁波對健康的影響,目前沒有正式報告,以電磁波強度來說,除非你可以不使用電風扇、吹風機,不然自家的電磁波都比外面的變電箱還高。

變電所的電磁波

趁著歸還儀器的前幾天,我想再做一個測量。一定有人想知道變電所附近的電磁波是如何?為了公平起見,我用同一台磁場計來測量,而由於變電所面積廣大,我只能挑一個地方測量(如果你認為測量值可能有偏差,你可以自行乘以某個倍數,當作自己認可的值)。

第一站來到北投仙渡超高壓變電所,所謂超高壓就是將 35 萬伏特,變電所的任務就是往下降一級到特高壓也就是 16 萬伏特,但仙渡變電所整個都是水泥建築封起來,只有外面立了一支小電塔,因此我只好在唯一的小電塔前面測量一下,得到4.5 mG。

仙渡超高壓變電所:345 KV 轉 161 KV(圖片來源:實作派提供)

再來去了松山一次變電所,因為它是開放式的場地,周圍剛好有馬路可以繞,我可以自己挑想測量的地方。一次變電所用來把 16 萬伏特降為 6.9 萬伏特,我特別在變壓器附近測量,下圖右方軍綠色的東西就是變壓器,得到 0.8 mG。

松山一次變電所:161 KV 轉 69 KV(圖片來源:實作派提供)

我在附近又繞了一下,竟然發現有這個牌子,原來路面下方有特高壓電纜,不確定是 161 KV 還是 69 KV,把磁場計往腰部靠去,哇!量到 10 mG 是本日最高,但為了要和告示牌合照,我稍微抬高了一點距離,當下是 8.3 mG,這種高壓電纜挖斷可不是開玩笑的,現場的人都會有危險,可參考【實作實驗室】小心步間電壓 高壓電線掉落如何保命

松山變電所周圍的特高壓地下電纜(圖片來源:實作派提供)

各位有沒有發現,不管怎麼量,電磁波好像都不是電風扇的對手。當然,以上的測量並沒有很嚴謹,只是讓大家有個概念而已,真的要測量起來需要全天候紀錄,因為有離峰與尖峰的用電時間,這樣才能得到比較客觀的數值。

事實上台電也有自己測量各變電所的電磁波,數值比我測量的要高很多,我猜台電是在變電所內部且長期監測,測量的數值範圍很大,大家可以參考一下台北市地區變電所電磁場量測結果

(本文經同意轉載自實作派電子實驗室原文連結;責任編輯:賴佩萱)

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實作派電子實驗室(StrongPiLab)是一個著重知識與經驗的實作交流媒體,提供工程師們理論外的實務經驗,主要傳達電子產品與家電用品的正確操作概念與生活小常識、解說各種測試手法的技巧。

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