查躍丹

(國(guó)家電光源質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，北京 100022)

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關(guān)于照明設(shè)備對(duì)人體電磁輻射的測(cè)量

查躍丹

(國(guó)家電光源質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，北京 100022)

照明設(shè)備對(duì)人體電磁輻射傷害主要來(lái)自電場(chǎng)產(chǎn)生的感應(yīng)電流。重點(diǎn)討論感應(yīng)電流密度的測(cè)量問(wèn)題，內(nèi)容包括：測(cè)量設(shè)備、測(cè)量程序、測(cè)量不確定度、結(jié)果評(píng)價(jià)和測(cè)試報(bào)告。

人體電磁輻射；感應(yīng)電流密度；測(cè)量不確定度

GB/T 31275—2014《照明設(shè)備對(duì)人體電磁輻射的評(píng)價(jià)》于2015年4月1日起正式實(shí)施。該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)評(píng)價(jià)照明設(shè)備的電磁輻射是否安全做出了明確規(guī)定，并提供了嚴(yán)格的參考限值，確保照明設(shè)備的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)保持一致，體現(xiàn)了以輻射安全為重要考量的產(chǎn)品要求。該標(biāo)準(zhǔn)不僅是企業(yè)評(píng)估照明電器電磁輻射安全的重要依據(jù)，也是公眾正確認(rèn)識(shí)照明設(shè)備的重要參考，有助于公眾提高健康安全意識(shí)，消除公眾對(duì)電磁輻射安全的憂慮。

GB/T 31275—2014《照明設(shè)備對(duì)人體電磁輻射的評(píng)價(jià)》等同采用IEC62493：2009標(biāo)準(zhǔn)[1]。ICNIRP(國(guó)際非電離輻射防護(hù)委員會(huì))和IEEE(電氣和電子工程師協(xié)會(huì))的暴露限值評(píng)價(jià)方法包括感應(yīng)電流(1Hz～20kHz～10MHz)和熱效應(yīng)(100kHz～300MHz)兩個(gè)方面，經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)附錄D推導(dǎo)得出結(jié)論：照明設(shè)備對(duì)人體電磁輻射評(píng)價(jià)簡(jiǎn)化為電場(chǎng)產(chǎn)生感應(yīng)電流密度(20kHz～10MHz)的測(cè)量和評(píng)價(jià)問(wèn)題，內(nèi)容包括：測(cè)量設(shè)備、測(cè)量程序、測(cè)量不確定度、結(jié)果評(píng)價(jià)和測(cè)試報(bào)告。

1 測(cè)量設(shè)備

1.1 接收機(jī)

用于測(cè)量電磁干擾EMI的接收機(jī)或頻譜分析儀應(yīng)符合CISPR16-1-1要求[2]，參數(shù)列于表1。

表1 接收機(jī)或頻譜儀參數(shù)Table 1 Parameters of receiver or spectrometer

1.2 測(cè)試探頭(Van der Hoofden)

Van der Hoofden測(cè)試頭如圖1所示，外徑Dhead=(210±5)mm的導(dǎo)電球，安裝在非金屬支架上，通過(guò)一根普通導(dǎo)線與保護(hù)網(wǎng)絡(luò)相連。圖2為保護(hù)網(wǎng)絡(luò)電路原理圖，保護(hù)網(wǎng)絡(luò)系數(shù)g(fn)由式(1)確定，這個(gè)系數(shù)的計(jì)算值偏差應(yīng)不超過(guò)±1dB，作為測(cè)量不確定度因素之一考慮，保護(hù)網(wǎng)絡(luò)校準(zhǔn)應(yīng)符合本標(biāo)準(zhǔn)附錄F要求。

(1)

圖1 Van der Hoofden測(cè)試頭Fig.1 Van der Hoofden detector

圖2 保護(hù)網(wǎng)絡(luò)電路原理圖Fig.2 Circuit

2 測(cè)量程序

2.1 測(cè)量距離

我們知道電磁輻射量與距離關(guān)系密切，其磁感應(yīng)強(qiáng)度與距離三次方成反比，用測(cè)量距離模擬輻射距離，在測(cè)量過(guò)程中是關(guān)鍵性因素之一。標(biāo)準(zhǔn)附錄A(表2)給出照明設(shè)備的測(cè)量距離，確定測(cè)量距離時(shí)，測(cè)試頭的外表面作為參考點(diǎn)，測(cè)量距離允許偏差±5%，作為測(cè)量不確定度因素應(yīng)與考慮。

表2 照明設(shè)備和測(cè)量距離Table 2 Lighting equipment and measuring distance

由表2可見(jiàn)臺(tái)燈(臺(tái)式照明設(shè)備)、自鎮(zhèn)流熒光燈(自鎮(zhèn)流燈)測(cè)量距離30cm，壁燈(壁式照明設(shè)備)、吊燈(懸掛式照明設(shè)備)測(cè)量距離50cm，吸頂式或嵌入式熒光燈燈具(≤180W)測(cè)量距離70cm，吸頂式或嵌入式熒光燈燈具(>180W)測(cè)量距離100cm等。

2.2 測(cè)量裝置

測(cè)量裝置如圖3所示。

DUT=device under test (被測(cè)設(shè)備)注：EMI接收機(jī)或頻譜分析儀應(yīng)由保護(hù)性接地的電源供電。圖3 測(cè)量裝置Fig.3 Measuring equipment

如果照明設(shè)備有接地端子，應(yīng)通過(guò)電源線中接地導(dǎo)線到地。測(cè)試期間任何導(dǎo)電平面或物體及人員與照明設(shè)備之間距離不小于0.8m。

絕緣支架的高度最小為0.8m，導(dǎo)電球通過(guò)長(zhǎng)度為(30±3)cm的普通導(dǎo)線與保護(hù)網(wǎng)絡(luò)連接。保護(hù)網(wǎng)絡(luò)通過(guò)一根50Ω同軸電纜與EMI接收機(jī)或頻譜分析儀連接，且同軸電纜的最大線損為0.2dB，直流電阻≤10Ω。這里的普通導(dǎo)線和同軸電纜線損應(yīng)作為不確定度因素予以考慮。

特別要注意特定照明設(shè)備的測(cè)量裝置要求。例如：直接插入燈座中的自鎮(zhèn)流燈，燈座應(yīng)固定在一塊絕緣材料上，測(cè)試頭放置在其表面距離燈末端30cm處。此外，獨(dú)立式電子控制裝置應(yīng)固定在一塊絕緣材料上，在最大功率下正常工作，控制裝置與照明設(shè)備之間負(fù)載電纜應(yīng)為0.8m，除非制造商另有規(guī)定，相對(duì)允許偏差為20%?？刂蒲b置、照明設(shè)備和電纜位置按附錄B(圖5(e))擺放，負(fù)載電纜線損應(yīng)作為不確定度因素予以考慮。

2.3 測(cè)試頭位置

我們知道電磁輻射不但與距離有關(guān)，對(duì)于照明設(shè)備來(lái)說(shuō)還與方向有關(guān)，就是說(shuō)更關(guān)注直接照射帶來(lái)的傷害，因此測(cè)量只在正常使用期間人們可能暴露的方向上進(jìn)行，表2規(guī)定測(cè)量距離，標(biāo)準(zhǔn)附錄B(圖4)給出典型測(cè)量位置，通常位于照明點(diǎn)的中心。在測(cè)量過(guò)程中測(cè)量頭的位置關(guān)系到測(cè)量的結(jié)果，圖5(a)～(f)給出了典型照明設(shè)備測(cè)量的位置示例。

圖4 典型測(cè)量位置Fig.4 Typical measuring position

2.4 測(cè)量結(jié)果計(jì)算

從測(cè)量設(shè)備得到一組數(shù)據(jù)V(fn)(單位：dBμV)，通過(guò)公式(2)轉(zhuǎn)化為V(fn)(單位：V)。

(2)

V(fn)通過(guò)保護(hù)網(wǎng)絡(luò)系數(shù)g(fn)轉(zhuǎn)化為電流ICAP(fn)(單位：A)。

(3)

電流密度JCAP(fn)(單位：A/m2)由式(4)給出。

(4)

電流密度JCAP(fn)除以極限值JLim(fn)再求和得到式(5)給出的因子F。

(5)

圖5 典型測(cè)量位置Fig.5 Typical measuring position

2.5 合格準(zhǔn)則

如果照明設(shè)備達(dá)到以下所有要求，即符合本標(biāo)準(zhǔn)：

20kHz～30MHz的電源端口的騷擾電壓符合CISPR15:2005[3]中4.3.1要求；

100kHz～30MHz輻射電磁騷擾符合CISPR15:2005中4.4.1要求；

30MHz～300MHz輻射電磁騷擾符合CISPR15:2005中4.4.2要求；

20kHz～10MHz電場(chǎng)產(chǎn)生的感應(yīng)電流密度的加權(quán)總和不超過(guò)F因數(shù)的0.85。

3 測(cè)量不確定度

實(shí)驗(yàn)室測(cè)量不確定度Ulab分析見(jiàn)標(biāo)準(zhǔn)表3列出主要影響因素，表4注釋和資料對(duì)各因素分量來(lái)源進(jìn)行解釋說(shuō)明。隨機(jī)變量V測(cè)量值計(jì)算公式如下：

(6)

由表3可得，合成測(cè)量不確定度uc=0.94 dB,擴(kuò)展測(cè)量不確定度：k=2,uc(V)=1.88dB。

4 結(jié)果評(píng)價(jià)和測(cè)試報(bào)告

4.1 測(cè)量結(jié)果評(píng)價(jià)

本案例實(shí)驗(yàn)室測(cè)量不確定度Ulab=1.88dB，再轉(zhuǎn)換成相對(duì)測(cè)量不確定度，當(dāng)測(cè)量設(shè)備最大不確定度Ubasic為30%時(shí)，則測(cè)量結(jié)果評(píng)價(jià)如下：

(1)利用實(shí)際測(cè)量設(shè)備計(jì)算出的不確定度Ulab≤Ubasic，不需要對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行修正，那么：如果測(cè)量結(jié)果不超過(guò)適用限值，即為合格；如果測(cè)量結(jié)果超過(guò)適用限值，即為不合格。

(2)利用實(shí)際測(cè)量設(shè)備計(jì)算出的不確定度Ulab>Ubasic，需要對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行修正，那么：如果測(cè)量結(jié)果加上(Ulab-Ubasic)不超過(guò)適用限值，即為合格；如果測(cè)量結(jié)果加上(Ulab-Ubasic)超過(guò)適用限值，即為不合格。

表3 20kHz～10MHz頻率范圍內(nèi)測(cè)量不確定度計(jì)算Table 3 Calculation of measurement uncertainty

注：a.上標(biāo)數(shù)字指表4。

表4 注釋和資料Table 4 Comments and information

注：表3中4)5)6)11)為可忽略項(xiàng)。

4.2 測(cè)試報(bào)告

測(cè)試報(bào)告應(yīng)至少包括以下內(nèi)容：(1)照明設(shè)備名稱；(2)測(cè)量設(shè)備的規(guī)格；(3)工作模式、測(cè)量點(diǎn)和測(cè)量距離；(4)額定電壓和頻率；(5)測(cè)量結(jié)果；(6)適用限值組。

5 結(jié)束語(yǔ)

我們討論照明設(shè)備對(duì)人體電磁輻射的測(cè)量問(wèn)題，借助的工具是模擬人腦探頭和頸部探頭裝置。電場(chǎng)產(chǎn)生感應(yīng)電流密度JCAP(fn) (20kHz～10MHz)的測(cè)量是，用接收機(jī)測(cè)得一組電壓數(shù)據(jù)V(fn) 通過(guò)已知的保護(hù)網(wǎng)絡(luò)系數(shù)g(fn)轉(zhuǎn)換得到。在測(cè)量過(guò)程中測(cè)量位置和距離是模擬輻射條件，標(biāo)準(zhǔn)附錄B和附錄A給出了規(guī)定。感生電流密度的測(cè)量值與限值之比定義為因子F，電磁輻射評(píng)價(jià)采用因子F≤0.85為評(píng)定依據(jù)。實(shí)驗(yàn)室測(cè)量不確定度Ulab>Ubasic應(yīng)進(jìn)行測(cè)量值V(fn)修正。

我們研究人體暴露于照明設(shè)備電磁輻射問(wèn)題，是因?yàn)殡姶泡椛洚a(chǎn)生的感應(yīng)電流對(duì)人體有傷害，這里講的照明設(shè)備主要是含有電子控制裝置的一般照明設(shè)備，它們廣泛應(yīng)用于工業(yè)照明、住宅照明、公共場(chǎng)所照明和街道照明設(shè)備。GB/T 31275—2014《照明設(shè)備對(duì)人體電磁輻射的評(píng)價(jià)》標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，有利于生產(chǎn)企業(yè)評(píng)價(jià)和判斷產(chǎn)品是否符合電磁輻射安全要求，有利于公眾了解和正確看待照明設(shè)備所產(chǎn)生的電磁輻射。

總而言之，照明設(shè)備只要符合CISPR15:2005(GB 17743—2007)要求，以及GB/T 31275—2014要求，照明設(shè)備對(duì)人體電磁輻射也就符合ICNIRP(國(guó)際非電離輻射防護(hù)委員會(huì))規(guī)定的時(shí)變電場(chǎng)和磁場(chǎng)基本水平。

[1] 中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì). GB/T31275—2014(IEC62493:2009)照明設(shè)備對(duì)人體電磁輻射的評(píng)價(jià)[S]. 北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2015.

[2] International Special Committee on Radio Interference.CISPR16-1-1 Specification for radio disturbance and immunity measuring apparatus and methods. Part 1-1: Radio disturbance and immu nity measuring apparatus[S]. IEC, 2010.

[3] International Special Committee on Radio Interference.CISPR15:2005 Limits and methods of measurement of radio disturbance characteristics of electrical lighting and similar equipment[S].IEC, 2005.

Measurement of Lighting Equipment Related to Human Exposure to Electromagnetic Fields

Zha Yuedan

(NationalLightingTestCentre(Beijing),Beijing100022,China)

Human exposure to electromagnetic fields comes from that induced current density of the electric field. It is the emphasis to discuss the issue of the measurement of the induced current density, including the measurement equipment, the measurement procedure, the measurement instrumentation uncertainty, the evaluation of results and the test report.

human exposure to electromagnetic fields; induced current density; measurement instrumentation uncertainty

TM923

A

10.3969/j.issn.1004-440X.2015.02.002