陳超中 施曉紅 劉爾立 陸世鳴

(上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院 國(guó)家燈具質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心國(guó)家電光源質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心 (上海)上海時(shí)代之光照明電器檢測(cè)有限公司，上海 201114)

輻射有電離輻射和非電離輻射之分，其中電離輻射 (Ionizing radiation)是指擁有足夠高能量、可以把原子電離的輻射，如X、α、β和γ射線。非電離輻射 (Non-ionizing radiation)能量較電離輻射弱，非電離輻射不會(huì)電離物質(zhì)。照明設(shè)備產(chǎn)生的電磁輻射屬于非電離輻射。

照明設(shè)備電磁輻射對(duì)人體影響和評(píng)價(jià)的關(guān)鍵要素包括3個(gè)方面:被評(píng)價(jià)產(chǎn)品的工作頻率、人體可以接受電磁輻射的限值、照明設(shè)備對(duì)人體影響的測(cè)量和評(píng)價(jià)方法。

不同光源的照明設(shè)備有各自的頻率范圍，如在直流下工作的LED及其燈具、工頻 (50Hz)下工作的鎢絲燈及各類使用電感鎮(zhèn)流器的氣體放電燈具，以及高頻 (大于20kHz)下工作的氣體放電燈具。

經(jīng)過(guò)近25年的研究，在1000余篇文獻(xiàn)和144本參考書的基礎(chǔ)上，2005年電氣和電子工程師協(xié)會(huì) (IEEE，The Institute of Electrical and Electronics engineers.Inc)出版了IEEE C95.1:2005《人體接觸3kHz至300GHz射頻電磁場(chǎng)的安全水平標(biāo)準(zhǔn)》。在一定安全系數(shù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)對(duì)人體健康的副作用，該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)普通公眾人群給出了規(guī)定暴露的基本限制 (BF)，在該條件下的人是安全的。但該標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)提出，由于給出的限值引入了較保守的安全系數(shù)，所以超過(guò)BF不一定意味著不安全。

基于不同人體組織或部位對(duì)相關(guān)頻率電磁輻射的敏感度，IEEE C95.1:2005給出了對(duì)應(yīng)的基本限制。

IEEE C95.1:2005指出，對(duì)于近場(chǎng)或再輻射物體，由于電場(chǎng)強(qiáng)度 (單位V/m)在近場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)可能很高，而隨著距離拉大又迅速減小，導(dǎo)致的吸收僅是很微小的，而且近場(chǎng)呈現(xiàn)的電磁場(chǎng)能量分布很復(fù)雜，所以在近場(chǎng)測(cè)量電流強(qiáng)度 (mA/m2)更好，能更真實(shí)地確定符合標(biāo)準(zhǔn)的程度。

1 IEC標(biāo)準(zhǔn)的基本思路

IEC 62493:2009適用于人體暴露于照明設(shè)備電磁輻射的評(píng)估。評(píng)價(jià)包括頻率介于20kHz～10 MHz之間的感應(yīng)電流密度和照明設(shè)備周圍頻率介于100 kHz～300 MHz的比吸收率 (SAR)。

由于照明電器中使用電子控制裝置高頻工作的產(chǎn)品的設(shè)計(jì)頻率為大于等于20kHz，而無(wú)極燈的工作頻率在2.51MHz～3MHz之間，該標(biāo)準(zhǔn)的適用頻率覆蓋了各類照明電器產(chǎn)品。

2 IEC標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量原理

根據(jù)研究結(jié)果，電磁輻射對(duì)人體的影響主要體現(xiàn)在人體組織的感應(yīng)電流密度和熱效應(yīng)。電場(chǎng)產(chǎn)生的電流密度 (權(quán)重0.85)需按IEC 62493:2009測(cè)量。磁場(chǎng)產(chǎn)生的電流密度 (權(quán)重0.15)和熱效應(yīng)需按CISPR 15測(cè)量。

IEC 62311:2007《電子和電氣設(shè)備對(duì)人體電磁輻射 (0Hz-300GHz)限制的評(píng)價(jià)》均質(zhì)人體的數(shù)字模型 (如圖1所示)研究表明:人體的頭部直徑為210mm，頸部直徑為110mm。

圖1 均質(zhì)人體的數(shù)字模型

通常認(rèn)為人體模型頭部離照明設(shè)備最近，而最大電流密度出現(xiàn)在人體的頸部，測(cè)量時(shí)使用一個(gè)人體模型的頭部作為人體的感應(yīng)部位來(lái)測(cè)量感應(yīng)電流，而按人體的頸部直徑尺寸來(lái)計(jì)算感應(yīng)電流密度。IEC 62493采用了IEC 62311提出的均質(zhì)人體的頭部直徑和頸部直徑，如圖2所示。

感應(yīng)電流密度的測(cè)量裝置如圖3所示。

在某一頻率fn下，導(dǎo)電球得到一個(gè)電壓信號(hào)V(fn)［V］，將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為電流信號(hào) Icap(fn)［A］，轉(zhuǎn)化函數(shù)由圖3的保護(hù)網(wǎng)絡(luò)確定，除以頸部的面積得到電流密度Jcap(fn)［A/m2］，將電流密度Jcap(fn)除以電流密度限值Jlim(fn)。將20 kHz～10 MHz頻率范圍的電流密度Jcap(fn)與Jlim(fn)的比值求和得到因數(shù):

電流密度Jcap(fn)的大小取決于照明設(shè)備與導(dǎo)電球之間的寄生電容的大小。圖1中測(cè)量距離d與寄生電容的大小成反比，兩者的關(guān)系曲線如圖4所示。當(dāng)測(cè)量距離為30cm時(shí)，寄生電容為3pF。當(dāng)測(cè)量距離為50cm時(shí)，寄生電容為2pF。測(cè)量距離d越小，照明設(shè)備與導(dǎo)電球之間的寄生電容越大;測(cè)量距離d越大，照明設(shè)備與導(dǎo)電球之間的寄生電容越小。因此，IEC 62493:2009對(duì)不同的照明設(shè)備規(guī)定了測(cè)量距離，如表1所示。

圖2 用作測(cè)量裝置的導(dǎo)電球直徑和用作計(jì)算的頸部直徑示意圖

圖3 測(cè)量裝置

圖4 測(cè)量距離d與寄生電容C的關(guān)系曲線圖

表1 照明設(shè)備和測(cè)量距離

圖3中的保護(hù)網(wǎng)絡(luò)如圖5所示。保護(hù)網(wǎng)絡(luò)的作用是完成從采樣的電壓信號(hào)到EMI接收機(jī)50Ω的輸入阻抗的匹配。保護(hù)網(wǎng)絡(luò)由人體阻抗組合而成。

圖5 保護(hù)網(wǎng)絡(luò)示例圖

將圖4的保護(hù)網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)化成圖6。

圖6 保護(hù)網(wǎng)絡(luò)電路簡(jiǎn)化圖

R2與 R0串聯(lián)后再與 C2并聯(lián)的復(fù)阻抗 Z=

流過(guò)R0的電流又由于I0

g( fn)即為保護(hù)網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)化系數(shù)。

3 IEC標(biāo)準(zhǔn)的合格評(píng)估準(zhǔn)則

評(píng)估內(nèi)容包括20 kHz～10 MHz的感應(yīng)電流密度和100 kHz～300 MHz的比吸收率 (SAR)。

——100 kHz～300 MHz的比吸收率 (SAR) 的要求:即應(yīng)符合GB17743—2007規(guī)定的電源端子的騷擾電壓、輻射電磁騷擾的要求;

——20 kHz～10 MHz感應(yīng)電流密度的要求:測(cè)得的20 kHz～10 MHz頻率范圍內(nèi)電場(chǎng)產(chǎn)生的感應(yīng)電流密度與規(guī)定的人體電流密度限值作加權(quán)計(jì)算，得標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定F的限值為0.85。

根據(jù)國(guó)際非電離輻射防護(hù)委員會(huì) (ICNIRP)對(duì)普通公眾暴露于10GHz以下頻率時(shí)變電場(chǎng)和磁場(chǎng)的基本限制的規(guī)定，可以得到如圖7所示的一個(gè)規(guī)定頻率的電流密度基本限值Jlim曲線。

圖7 電流密度基本限值曲線

基本限值是基于已確認(rèn)生物影響，并乘以安全因數(shù)得出的對(duì)暴露于時(shí)變電場(chǎng)、磁場(chǎng)和電磁場(chǎng)的限制?；鞠拗剖侨魏螚l件下均不應(yīng)超過(guò)的最大水平。

是否符合限值，應(yīng)采用以下方式確定:

如果利用實(shí)際測(cè)試設(shè)備計(jì)算出的不確定度(Ulab)小于或等于IEC62493中給出的不確定度(Ubasic)，那么;

——如果測(cè)量結(jié)果不超過(guò)適用限值，即視為符合。

——如果測(cè)量結(jié)果超過(guò)適用限值，即視為不符合。

如果利用實(shí)際測(cè)試設(shè)備計(jì)算出的不確定度(Ulab)大于IEC 62493中給出的不確定度(Ubasic)，那么，

——如果測(cè)量結(jié)果加上(Ulab－Ubasic)不超過(guò)適用限值，即視為符合。

——如果測(cè)量結(jié)果加上(Ulab－Ubasic)超過(guò)適用限值，即視為不符合。

4 總結(jié)

IEC 62493:2009標(biāo)準(zhǔn)為各類照明設(shè)備周邊空間電磁場(chǎng)的測(cè)量確定了適當(dāng)?shù)脑u(píng)估方法。評(píng)估方法基于ICNIRP:1998和IEEE C 95.1:2005中給出的基本限制。所采用的測(cè)量方法模擬照明設(shè)備附近人體內(nèi)的電流密度。

［1］IEC 62493:2009.Assessment oflighting equipment related to human exposure to electromagnetic fields.

［2］IEEE C95.1:2005.IEEE standard for safety levels with respect to human exposure to radio frequency electromagnetic fields(3 kHz to 300 GHz)

［3］ICNIRP.Guidelines for limiting exposure to time-varying electric，magnetic and electromagnetic fields(up to 300 GHz).Health Phys.，1998，vol.41，no.4，pp.449～522.

［4］IEC 62311:2007.Assessment of electronic and electrical equipmentrelated tohuman exposurerestrictionsfor electromagnetic fields(0 Hz～300 GHz)

［5］陳超中，劉爾立，施曉紅.厘清普通照明用自鎮(zhèn)流熒光燈產(chǎn)品的輻射標(biāo)準(zhǔn).全國(guó)照明電器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)燈具分技術(shù)委員會(huì).