關(guān)于照明設(shè)備對人體電磁輻射的測量

查躍丹

(國家電光源質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心，北京 100022)

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關(guān)于照明設(shè)備對人體電磁輻射的測量

查躍丹

(國家電光源質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心，北京 100022)

照明設(shè)備對人體電磁輻射傷害主要來自電場產(chǎn)生的感應(yīng)電流。重點討論感應(yīng)電流密度的測量問題，內(nèi)容包括：測量設(shè)備、測量程序、測量不確定度、結(jié)果評價和測試報告。

人體電磁輻射；感應(yīng)電流密度；測量不確定度

GB/T 31275—2014《照明設(shè)備對人體電磁輻射的評價》于2015年4月1日起正式實施。該標(biāo)準(zhǔn)對評價照明設(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)備的各項技術(shù)指標(biāo)與國際標(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)識照明設(shè)備的重要參考，有助于公眾提高健康安全意識，消除公眾對電磁輻射安全的憂慮。

GB/T 31275—2014《照明設(shè)備對人體電磁輻射的評價》等同采用IEC62493：2009標(biāo)準(zhǔn)[1]。ICNIRP(國際非電離輻射防護(hù)委員會)和IEEE(電氣和電子工程師協(xié)會)的暴露限值評價方法包括感應(yīng)電流(1Hz～20kHz～10MHz)和熱效應(yīng)(100kHz～300MHz)兩個方面，經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)附錄D推導(dǎo)得出結(jié)論：照明設(shè)備對人體電磁輻射評價簡化為電場產(chǎn)生感應(yīng)電流密度(20kHz～10MHz)的測量和評價問題，內(nèi)容包括：測量設(shè)備、測量程序、測量不確定度、結(jié)果評價和測試報告。

1 測量設(shè)備

1.1 接收機(jī)

用于測量電磁干擾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 測試探頭(Van der Hoofden)

Van der Hoofden測試頭如圖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，這個系數(shù)的計算值偏差應(yīng)不超過±1dB，作為測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 測量程序

2.1 測量距離

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，用測量距離模擬輻射距離，在測量過程中是關(guān)鍵性因素之一。標(biāo)準(zhǔn)附錄A(表2)給出照明設(shè)備的測量距離，確定測量距離時，測試頭的外表面作為參考點，測量距離允許偏差±5%，作為測量不確定度因素應(yīng)與考慮。

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

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

2.2 測量裝置

測量裝置如圖3所示。

DUT=device under test (被測設(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 測量裝置Fig.3 Measuring equipment

如果照明設(shè)備有接地端子，應(yīng)通過電源線中接地導(dǎo)線到地。測試期間任何導(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)電球通過長度為(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，測試頭放置在其表面距離燈末端30cm處。此外，獨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 測試頭位置

我們知道電磁輻射不但與距離有關(guān)，對于照明設(shè)備來說還與方向有關(guān)，就是說更關(guān)注直接照射帶來的傷害，因此測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)定測量距離，標(biāo)準(zhǔn)附錄B(圖4)給出典型測量位置，通常位于照明點的中心。在測量過程中測量頭的位置關(guān)系到測量的結(jié)果，圖5(a)～(f)給出了典型照明設(shè)備測量的位置示例。

圖4 典型測量位置Fig.4 Typical measuring position

2.4 測量結(jié)果計算

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

(2)

V(fn)通過保護(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電場產(chǎn)生的感應(yīng)電流密度的加權(quán)總和不超過F因數(shù)的0.85。

3 測量不確定度

實驗室測量不確定度Ulab分析見標(biāo)準(zhǔn)表3列出主要影響因素，表4注釋和資料對各因素分量來源進(jìn)行解釋說明。隨機(jī)變量V測量值計算公式如下：

(6)

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

4 結(jié)果評價和測試報告

4.1 測量結(jié)果評價

本案例實驗室測量不確定度Ulab=1.88dB，再轉(zhuǎn)換成相對測量不確定度，當(dāng)測量設(shè)備最大不確定度Ubasic為30%時，則測量結(jié)果評價如下：

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

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

表3 20kHz～10MHz頻率范圍內(nèi)測量不確定度計算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。

4.2 測試報告

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

5 結(jié)束語

我們討論照明設(shè)備對人體電磁輻射的測量問題，借助的工具是模擬人腦探頭和頸部探頭裝置。電場產(chǎn)生感應(yīng)電流密度JCAP(fn) (20kHz～10MHz)的測量是，用接收機(jī)測得一組電壓數(shù)據(jù)V(fn) 通過已知的保護(hù)網(wǎng)絡(luò)系數(shù)g(fn)轉(zhuǎn)換得到。在測量過程中測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。感生電流密度的測量值與限值之比定義為因子F，電磁輻射評價采用因子F≤0.85為評定依據(jù)。實驗室測量不確定度Ulab>Ubasic應(yīng)進(jìn)行測量值V(fn)修正。

我們研究人體暴露于照明設(shè)備電磁輻射問題，是因為電磁輻射產(chǎn)生的感應(yīng)電流對人體有傷害，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、公共場所照明和街道照明設(shè)備。GB/T 31275—2014《照明設(shè)備對人體電磁輻射的評價》標(biāo)準(zhǔn)的實施，有利于生產(chǎn)企業(yè)評價和判斷產(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)備對人體電磁輻射也就符合ICNIRP(國際非電離輻射防護(hù)委員會)規(guī)定的時變電場和磁場基本水平。

[1] 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會. GB/T31275—2014(IEC62493:2009)照明設(shè)備對人體電磁輻射的評價[S]. 北京：中國標(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