王明明 袁世杰 馬 欣 / 上海市計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究院 上海市電磁兼容重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

0 引言

隨著對(duì)環(huán)境和健康的日益重視，世界各國(guó)分別對(duì)人體暴露于其中的電磁場(chǎng)進(jìn)行了規(guī)定。EMF（ElectroMagnetic Field）要求即電磁場(chǎng)輻射要求。研究表明，人體長(zhǎng)期處于高劑量電磁輻射環(huán)境中，會(huì)產(chǎn)生比較嚴(yán)重的神經(jīng)衰弱癥候群，如頭痛、嘔吐、頭暈乏力等不適，記憶力降低以及一些潛在生物破壞，危害人體鍵康。所以在照明領(lǐng)域，為保護(hù)暴露其中的人體頭部和軀干的中樞神經(jīng)系統(tǒng)組織，需建立一個(gè)評(píng)價(jià)在照明設(shè)備周?chē)臻g電磁場(chǎng)的合理方法。因此，歐盟針對(duì)燈具產(chǎn)品提出了EMF的要求，2010年 11月 1日，CEN(European Committee for Standardization)發(fā)布了有關(guān)照明設(shè)備對(duì)有關(guān)人體電磁照射的評(píng)定的標(biāo)準(zhǔn)EN 62493：2010。從2013年2月1日起，所有售往歐盟的燈具都將被要求進(jìn)行EMF評(píng)估。EN 62493等同于IEC（International Electrotechnical Commission）發(fā)布的 IEC 62493： 2009標(biāo)準(zhǔn)，本文將對(duì)此標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行詳細(xì)的介紹。

1 標(biāo)準(zhǔn)介紹

1.1 背景

IEC 62493： 2009標(biāo) 準(zhǔn) 的 名 稱 是Assessment of lighting equipment related to human exposure to electromagnetic fields，即：涉及人體暴露于電磁場(chǎng)的照明設(shè)備的評(píng)估?？梢?jiàn)，該標(biāo)準(zhǔn)的主要目的是用于評(píng)估照明設(shè)備產(chǎn)生的電磁輻射對(duì)人體的傷害程度。通過(guò)規(guī)定的測(cè)試項(xiàng)目建立一個(gè)評(píng)價(jià)照明設(shè)備電磁場(chǎng)的方法?？梢栽u(píng)估照明設(shè)備周?chē)臻g電磁場(chǎng)的安全性，以保護(hù)暴露其中的人體頭部和軀干的中樞神經(jīng)系統(tǒng)組織，減少其對(duì)人身造成的影響。

1.2 應(yīng)用范圍

IEC 62493： 2009規(guī)定需進(jìn)行EMF評(píng)估的照明設(shè)備包括：

1）以照明為目的具有產(chǎn)生和分配光的基本功能并打算連接到低壓供電網(wǎng)絡(luò)上或者用電池工作的所有室內(nèi)和室外照明設(shè)備；

2）一般照明設(shè)備指所有工業(yè)住宅公共場(chǎng)所和街道照明設(shè)備；

3）主要功能是照明的多功能設(shè)備；

4）用于照明設(shè)備的獨(dú)立附件。

規(guī)定不適用的設(shè)備包括：

1）航空器和機(jī)場(chǎng)使用的照明設(shè)備；

2）道路機(jī)動(dòng)車(chē)輛的照明設(shè)備（除公共交通工具乘客車(chē)廂內(nèi)的照明設(shè)備外）；

3）農(nóng)用照明設(shè)備；

4）船上照明設(shè)備；

5）復(fù)印機(jī) 投影儀等使用的照明設(shè)備；

6）在其他IEC標(biāo)準(zhǔn)中明確規(guī)定電磁場(chǎng)（EMF）測(cè)試要求的設(shè)備。

（2）適當(dāng)提前“未知數(shù)、變量的使用”“代數(shù)式的運(yùn)算”尤其是“代數(shù)式的運(yùn)算”最早開(kāi)始年級(jí)；適當(dāng)推后代數(shù)思維知識(shí)主題最晚結(jié)束年級(jí)．中國(guó)代數(shù)思維課程內(nèi)容階段跨度是六國(guó)中最小的國(guó)家，所屬4個(gè)知識(shí)主題均只屬一個(gè)階段，連續(xù)性較弱；然而，代數(shù)思維作為聯(lián)系“算術(shù)”與“代數(shù)”的橋梁，在澳大利亞、英國(guó)、美國(guó)、南非均橫跨小學(xué)、初中、高中3個(gè)階段，適當(dāng)延長(zhǎng)中國(guó)整個(gè)代數(shù)思維課程內(nèi)容的設(shè)置時(shí)間顯得很有必要．

IEC 62493： 2009標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了一種特殊情況：對(duì)于不具有電子控制裝置的照明設(shè)備，本標(biāo)準(zhǔn)可以豁免即不需要測(cè)試。即可直接認(rèn)為符合IEC 62493：2009標(biāo)準(zhǔn)要求。這個(gè)特殊情況可以這樣理解：IEC 62493： 2009標(biāo)準(zhǔn)的重點(diǎn)在于評(píng)估照明設(shè)備的EMF，而照明設(shè)備所產(chǎn)生的較強(qiáng)的EMF，其來(lái)源正是電子控制裝置。這里說(shuō)到的“電子控制裝置”是個(gè)關(guān)鍵定義。IEC 62493： 2009標(biāo)準(zhǔn)中將這一涵義拆分成了“燈具電子控制器”、“電子鎮(zhèn)流器”、和“獨(dú)立電子變換器”這三個(gè)概念，并分別進(jìn)行了名詞解釋。綜合起來(lái)看“電子控制裝置”指的是那些具有這樣幾個(gè)功能的一種或多種組合的裝置：預(yù)熱、啟動(dòng)和功率因數(shù)校準(zhǔn)。例如：點(diǎn)火器、啟輝器、開(kāi)關(guān)、調(diào)光器和傳感器，這些都不屬于“電子控制裝置”的范疇。關(guān)于這一點(diǎn)，在進(jìn)行認(rèn)證和測(cè)試時(shí)，需要特別留意。

1.3 測(cè)試限值的應(yīng)用

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 15：2005+A1：2006，EN 55015：2006+A2：2009測(cè)量。為了評(píng)估照明設(shè)備產(chǎn)生的電磁輻射影響，IEC 62493： 2009提出四個(gè)方面的電磁輻射限制要求：電源端騷擾電壓（20 kHz ～ 30 MHz），輻射場(chǎng)磁場(chǎng)分量（100 kHz ～ 30 MHz），輻射場(chǎng)電場(chǎng)分量（30 ～300 MHz），電場(chǎng)感應(yīng)電流密度（20 kHz ～ 10 MHz）,具體限制參見(jiàn)表1。

綜上所述，IEC 62493： 2009與CISPR 15：2005+ A1：2006、EN 55015：2006 + A2：2009 相比，都有電源端騷擾電壓、輻射電磁場(chǎng)的測(cè)試項(xiàng)目。實(shí)際上，IEC 62493：2009中規(guī)定的電源端子騷擾電壓、輻射電磁騷擾(磁場(chǎng)測(cè)試加電場(chǎng)測(cè)試)，試驗(yàn)方法和限值就 是 參 照 CISPR 15：2005+A1：2006，EN 55015：2006 + A2：2009。只是兩者規(guī)定的測(cè)量范圍略有不同。 標(biāo) 準(zhǔn) CISPR 15：2005+A1：2006，EN 55015：2006+A2：2009中規(guī)定的測(cè)量范圍涵蓋了IEC 62493：2009的頻率測(cè)試范圍。所以，對(duì)于已經(jīng)獲得CE認(rèn)證， 通 過(guò) CISPR 15：2005+A1：2006，EN 55015：2006+A2：2009測(cè)試的照明設(shè)備而言，在按照IEC 62493： 2009進(jìn)行測(cè)試時(shí)，電源端子騷擾電壓和輻射電磁騷擾磁場(chǎng)測(cè)試，這幾項(xiàng)測(cè)試的結(jié)果應(yīng)該也是符合標(biāo)準(zhǔn)要求的，同時(shí)滿足了100 kHz ～ 300 MHz頻段的比吸收率（SAR： Speeific Absoption Rate, 每千克人體組織吸收的電磁輻射能量/瓦，國(guó)際上通常使用SAR值來(lái)評(píng)估生物組織對(duì)電磁輻射的吸收）的要求。而感應(yīng)電流密度（Induced Current Density）測(cè)試是IEC 62493： 2009提出的新要求，測(cè)量的由電場(chǎng)在頻率范圍（20 kHz ～ 10 MHz）內(nèi)所產(chǎn)生的感應(yīng)電流密度不能超過(guò)因子（F）0.85。下文將對(duì)感應(yīng)電流密度測(cè)試項(xiàng)目進(jìn)行介紹。

表1 三種標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試項(xiàng)目的頻率范圍比較

1.4 感應(yīng)電流密度測(cè)試

1.4.1 測(cè)試原理

感應(yīng)電流密度是一個(gè)比較新的概念，在電磁學(xué)上的定義為：變化的電磁場(chǎng)在周?chē)]路的導(dǎo)體環(huán)中感應(yīng)出的電流稱為感應(yīng)電流。人體可以看作是導(dǎo)體，當(dāng)人體暴露于照明設(shè)備的電磁場(chǎng)時(shí)，就會(huì)有感應(yīng)電流流過(guò)。IEC 62493： 2009標(biāo)準(zhǔn)中的感應(yīng)電流密度測(cè)試，就是針對(duì)流過(guò)人體的感應(yīng)電流進(jìn)行的。

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。EN 62311： 2007《電子和電氣設(shè)備對(duì)人體電磁輻射（0 Hz ～ 300 GHz）限制的評(píng)價(jià)》均質(zhì)人體的數(shù)字模型研究表明：人體的頭部直徑為210 mm，頸部直徑為 110 mm。IEC 62493： 2009 采 用 了 EN 62311：2007提出的均質(zhì)人體的頭部直徑和頸部直徑，如圖1所示。標(biāo)準(zhǔn)所要求使用的感應(yīng)電流密度的測(cè)量裝置Van der Hoofden測(cè)試頭，如圖2所示。

Van der Hoofden測(cè)試頭由金屬導(dǎo)電球傳輸線纜、匹配保護(hù)網(wǎng)絡(luò)和絕緣支架構(gòu)成。感應(yīng)電流密度測(cè)試的騷擾信號(hào)傳輸過(guò)程是：在某一頻率fn下，連接模擬人體頭部的導(dǎo)電球（Van der Hoofden測(cè)試頭）的接收機(jī)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2中的保護(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),計(jì)算公式為

圖1 均質(zhì)人體頭部模型（單位：mm）

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)算得到，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定F的限值為0.85。也就是說(shuō)測(cè)試結(jié)果算出參數(shù)F的大小。當(dāng)Fmeasure＜ 0.85時(shí),則認(rèn)為被測(cè)的照明設(shè)備滿足IEC 62493： 2009標(biāo)準(zhǔn)的要求。

Van der Hoofden測(cè)試頭與保護(hù)網(wǎng)絡(luò)之間的連接導(dǎo)線長(zhǎng)度為(0.3±0.03)m，金屬導(dǎo)電球底部到絕緣支架底部的垂直高度需要大于等于0.8 m。匹配保護(hù)網(wǎng)絡(luò)的輸出，通過(guò)50 Ω同軸線纜連接到測(cè)量接收機(jī)或頻譜分析儀。匹配保護(hù)網(wǎng)絡(luò)的輸出阻抗為50 Ω。同軸線纜的線纜損耗最大不能超過(guò)0.2 dB且直流阻抗不超過(guò)10 Ω。保護(hù)網(wǎng)絡(luò)的原理如圖2右上方所示。保護(hù)網(wǎng)絡(luò)需要經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)才可用于實(shí)際的測(cè)量。按照IEC 62493： 2009規(guī)定，保護(hù)網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)換函數(shù)的測(cè)量值必須在理論值的±1 dB以內(nèi)。感應(yīng)電流密度測(cè)試完成后，根據(jù)接收機(jī)或者頻譜分析儀的測(cè)試結(jié)果，相應(yīng)的測(cè)試軟件會(huì)計(jì)算出感應(yīng)電流密度因子。然后再與標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的0.85這一數(shù)值相比較，小于0.85，即認(rèn)為感應(yīng)電流密度測(cè)試合格。

1.4.2 測(cè)試的布置和要求

1) 感應(yīng)電流密度測(cè)試的一般要求和環(huán)境溫度為：供電電源：最大額定工作電壓的2%范圍內(nèi)；環(huán)境溫度：15 ～ 25 ℃。

2) 感應(yīng)電流密度的電磁環(huán)境要求

根據(jù)IEC 62493： 2009標(biāo)準(zhǔn)的要求，感應(yīng)電流密度測(cè)試時(shí)，可導(dǎo)電的平面或者物體，包括人體在內(nèi)，不能處于照明設(shè)備周?chē)?.8 m的范圍內(nèi)。為了避免測(cè)試周?chē)h(huán)境的電磁場(chǎng)所造成的影響，測(cè)試建議在屏蔽室或者電波暗室中進(jìn)行。

3) 測(cè)量設(shè)備要求，測(cè)量接收機(jī)或頻譜分析儀如表2所示。

表2 IEC 62493： 2009對(duì)接收機(jī)或頻譜分析儀的設(shè)置要求

4) 照明設(shè)備的工作條件

（1）一般照明設(shè)備

燈泡需要老化100 h。測(cè)試前需要將被測(cè)燈具預(yù)熱：對(duì)于熒光燈，預(yù)熱時(shí)間為15 min；對(duì)于其他放電燈，預(yù)熱時(shí)間為30 min。

圖2 感應(yīng)電流密度的測(cè)量布置

（2）特殊照明設(shè)備

當(dāng)照明設(shè)備使用不止一個(gè)的燈時(shí)，需要同時(shí)一起點(diǎn)亮并進(jìn)行測(cè)試；對(duì)于可通過(guò)交流電網(wǎng)供電的有電池供電的燈具，測(cè)試時(shí)輸入電源為額定情況下的交流電，不需要在電池供電模式下進(jìn)行測(cè)試；對(duì)于可調(diào)光的照明設(shè)備，需要在照明設(shè)備最亮和最暗的條件下分別測(cè)試；對(duì)于供電電源為一個(gè)電壓范圍的照明設(shè)備，需要分別在最低電壓和最高電壓的2%范圍內(nèi)進(jìn)行測(cè)試。

5) 測(cè)試布置

照明設(shè)備的種類(lèi)繁多，其安裝方式也是千變?nèi)f化的。根據(jù)IEC 62493： 2009的規(guī)定，不同的照明設(shè)備的安裝方式有不同的測(cè)試布置。圖2是一種比較普遍使用的典型的試驗(yàn)布置。其中一些常見(jiàn)照明設(shè)備的測(cè)試距離在表3中列出。對(duì)于其他的照明設(shè)備，比如，雙燈帽熒光燈、單燈帽熒光燈和帶遠(yuǎn)端電子控制裝置的照明設(shè)備、獨(dú)立電子控制變換器和落地式照明設(shè)備等，標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)一一列出了各自的試驗(yàn)布置圖，以及測(cè)試時(shí)的注意事項(xiàng)。

表3 常見(jiàn)設(shè)備的測(cè)試距離

1.4.3 感應(yīng)電流密度測(cè)試舉例

圖3 感應(yīng)電流密度測(cè)試

圖3為感應(yīng)電流密度測(cè)試的一個(gè)實(shí)例。測(cè)試中所使用的Van der Hoofden測(cè)試頭是Schwarzbeck公司的VDHH 9502測(cè)試頭。VDHH 9502的保護(hù)網(wǎng)絡(luò)的校準(zhǔn)曲線如圖4所示。其校準(zhǔn)測(cè)量值與理論計(jì)算值相比，差值都在1 dB以內(nèi)，符合IEC 62493： 2009的要求。

圖4 VDHH 9502的保護(hù)網(wǎng)絡(luò)的校準(zhǔn)曲線

將測(cè)試頭通過(guò)50 Ω同軸線纜與測(cè)量接收機(jī)連接。被測(cè)的照明設(shè)備樣品按照IEC 62493： 2009的測(cè)試距離要求為50 cm。測(cè)試場(chǎng)地為屏蔽室。并且保證照明設(shè)備距離周?chē)膶?dǎo)電平面、物體以及人體都大于0.8 m，以避免周?chē)h(huán)境的電磁場(chǎng)所產(chǎn)生的影響。

感應(yīng)電流密度測(cè)試完成后,測(cè)量接收機(jī)或者頻譜分析儀上的測(cè)試電壓信號(hào)，如圖5所示。

圖5 接收機(jī)收到的電壓信號(hào)圖（PK值）

根據(jù)測(cè)試結(jié)果計(jì)算得：Fmeasure= 0.120 ＜ 0.85, 判定測(cè)試結(jié)果合格。不同的工程師對(duì)同一樣品進(jìn)行同樣的測(cè)試試驗(yàn)三次，所得的F值如表4所示。結(jié)果均為合格。相對(duì)誤差非常小。

表4 測(cè)試結(jié)果比較

2 結(jié)語(yǔ)

在日常生活中，照明設(shè)備無(wú)處不在，家庭、公共場(chǎng)所、工業(yè)生產(chǎn)，幾乎遍布人們活動(dòng)的所有地方。如果照明設(shè)備的電磁兼容不過(guò)關(guān)，就會(huì)對(duì)人民群眾的健康產(chǎn)生影響，對(duì)周邊正常的電子設(shè)備產(chǎn)生干擾，從而埋下巨大的公共安全隱患。基于照明設(shè)備的產(chǎn)品范圍很廣，其產(chǎn)品的多樣性也提高了對(duì)于相應(yīng)的電磁兼容試驗(yàn)測(cè)試要求。近年來(lái)，照明設(shè)備的發(fā)展迅速，國(guó)家節(jié)能減排政策的大力推行，節(jié)能燈的普及，都對(duì)照明設(shè)備的檢測(cè)提出了更高的要求。本文介紹了照明設(shè)備的EMF標(biāo)準(zhǔn)IEC 62493： 2009，并且對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)中的感應(yīng)電流密度測(cè)試做了詳盡的介紹。希望能對(duì)照明設(shè)備生產(chǎn)廠商和檢測(cè)機(jī)構(gòu)提供一定幫助。

[1]International Electrotechnical Commission. iec 62493：2009[S].Geneva, 2009.

[2]Institute of Electrical and Electronics Engineers.ieee c95.1：2005[S].New York, 2005.

[3]A Ahlbom, U Bergvist, J H Bernhardt, et al. Guidelines for Limiting Exposure to time-varying Electric, Magnetic and Electromagnetic Fields (upto300ghz)[J]. Health Physics, 1998, 41(4)： 449-522.

[4]International Electrotechnical Commission. iec 62311： 2007[S].Geneva, 2007.