关于照明设备对人体电磁辐射的测量

查跃丹

(国家电光源质量监督检验中心，北京 100022)



关于照明设备对人体电磁辐射的测量

查跃丹

(国家电光源质量监督检验中心，北京 100022)

照明设备对人体电磁辐射伤害主要来自电场产生的感应电流。重点讨论感应电流密度的测量问题，内容包括：测量设备、测量程序、测量不确定度、结果评价和测试报告。

人体电磁辐射；感应电流密度；测量不确定度

GB/T 31275—2014《照明设备对人体电磁辐射的评价》于2015年4月1日起正式实施。该标准对评价照明设备的电磁辐射是否安全做出了明确规定，并提供了严格的参考限值，确保照明设备的各项技术指标与国际标准保持一致，体现了以辐射安全为重要考量的产品要求。该标准不仅是企业评估照明电器电磁辐射安全的重要依据，也是公众正确认识照明设备的重要参考，有助于公众提高健康安全意识，消除公众对电磁辐射安全的忧虑。

GB/T 31275—2014《照明设备对人体电磁辐射的评价》等同采用IEC62493：2009标准[1]。ICNIRP(国际非电离辐射防护委员会)和IEEE(电气和电子工程师协会)的暴露限值评价方法包括感应电流(1Hz～20kHz～10MHz)和热效应(100kHz～300MHz)两个方面，经过标准附录D推导得出结论：照明设备对人体电磁辐射评价简化为电场产生感应电流密度(20kHz～10MHz)的测量和评价问题，内容包括：测量设备、测量程序、测量不确定度、结果评价和测试报告。

1 测量设备

1.1 接收机

用于测量电磁干扰EMI的接收机或频谱分析仪应符合CISPR16-1-1要求[2]，参数列于表1。

表1 接收机或频谱仪参数Table 1 Parameters of receiver or spectrometer

1.2 测试探头(Van der Hoofden)

Van der Hoofden测试头如图1所示，外径Dhead=(210±5)mm的导电球，安装在非金属支架上，通过一根普通导线与保护网络相连。图2为保护网络电路原理图，保护网络系数g(fn)由式(1)确定，这个系数的计算值偏差应不超过±1dB，作为测量不确定度因素之一考虑，保护网络校准应符合本标准附录F要求。

(1)

图1 Van der Hoofden测试头Fig.1 Van der Hoofden detector

图2 保护网络电路原理图Fig.2 Circuit

2 测量程序

2.1 测量距离

我们知道电磁辐射量与距离关系密切，其磁感应强度与距离三次方成反比，用测量距离模拟辐射距离，在测量过程中是关键性因素之一。标准附录A(表2)给出照明设备的测量距离，确定测量距离时，测试头的外表面作为参考点，测量距离允许偏差±5%，作为测量不确定度因素应与考虑。

表2 照明设备和测量距离Table 2 Lighting equipment and measuring distance

由表2可见台灯(台式照明设备)、自镇流荧光灯(自镇流灯)测量距离30cm，壁灯(壁式照明设备)、吊灯(悬挂式照明设备)测量距离50cm，吸顶式或嵌入式荧光灯灯具(≤180W)测量距离70cm，吸顶式或嵌入式荧光灯灯具(>180W)测量距离100cm等。

2.2 测量装置

测量装置如图3所示。

DUT=device under test (被测设备)注：EMI接收机或频谱分析仪应由保护性接地的电源供电。图3 测量装置Fig.3 Measuring equipment

如果照明设备有接地端子，应通过电源线中接地导线到地。测试期间任何导电平面或物体及人员与照明设备之间距离不小于0.8m。

绝缘支架的高度最小为0.8m，导电球通过长度为(30±3)cm的普通导线与保护网络连接。保护网络通过一根50Ω同轴电缆与EMI接收机或频谱分析仪连接，且同轴电缆的最大线损为0.2dB，直流电阻≤10Ω。这里的普通导线和同轴电缆线损应作为不确定度因素予以考虑。

特别要注意特定照明设备的测量装置要求。例如：直接插入灯座中的自镇流灯，灯座应固定在一块绝缘材料上，测试头放置在其表面距离灯末端30cm处。此外，独立式电子控制装置应固定在一块绝缘材料上，在最大功率下正常工作，控制装置与照明设备之间负载电缆应为0.8m，除非制造商另有规定，相对允许偏差为20%。控制装置、照明设备和电缆位置按附录B(图5(e))摆放，负载电缆线损应作为不确定度因素予以考虑。

2.3 测试头位置

我们知道电磁辐射不但与距离有关，对于照明设备来说还与方向有关，就是说更关注直接照射带来的伤害，因此测量只在正常使用期间人们可能暴露的方向上进行，表2规定测量距离，标准附录B(图4)给出典型测量位置，通常位于照明点的中心。在测量过程中测量头的位置关系到测量的结果，图5(a)～(f)给出了典型照明设备测量的位置示例。

图4 典型测量位置Fig.4 Typical measuring position

2.4 测量结果计算

从测量设备得到一组数据V(fn)(单位：dBμV)，通过公式(2)转化为V(fn)(单位：V)。

(2)

V(fn)通过保护网络系数g(fn)转化为电流ICAP(fn)(单位：A)。

(3)

电流密度JCAP(fn)(单位：A/m2)由式(4)给出。

(4)

电流密度JCAP(fn)除以极限值JLim(fn)再求和得到式(5)给出的因子F。

(5)

图5 典型测量位置Fig.5 Typical measuring position

2.5 合格准则

如果照明设备达到以下所有要求，即符合本标准：

20kHz～30MHz的电源端口的骚扰电压符合CISPR15:2005[3]中4.3.1要求；

100kHz～30MHz辐射电磁骚扰符合CISPR15:2005中4.4.1要求；

30MHz～300MHz辐射电磁骚扰符合CISPR15:2005中4.4.2要求；

20kHz～10MHz电场产生的感应电流密度的加权总和不超过F因数的0.85。

3 测量不确定度

实验室测量不确定度Ulab分析见标准表3列出主要影响因素，表4注释和资料对各因素分量来源进行解释说明。随机变量V测量值计算公式如下：

(6)

由表3可得，合成测量不确定度uc=0.94 dB,扩展测量不确定度：k=2,uc(V)=1.88dB。

4 结果评价和测试报告

4.1 测量结果评价

本案例实验室测量不确定度Ulab=1.88dB，再转换成相对测量不确定度，当测量设备最大不确定度Ubasic为30%时，则测量结果评价如下：

(1)利用实际测量设备计算出的不确定度Ulab≤Ubasic，不需要对测量结果进行修正，那么：如果测量结果不超过适用限值，即为合格；如果测量结果超过适用限值，即为不合格。

(2)利用实际测量设备计算出的不确定度Ulab>Ubasic，需要对测量结果进行修正，那么：如果测量结果加上(Ulab-Ubasic)不超过适用限值，即为合格；如果测量结果加上(Ulab-Ubasic)超过适用限值，即为不合格。

表3 20kHz～10MHz频率范围内测量不确定度计算Table 3 Calculation of measurement uncertainty

注：a.上标数字指表4。

表4 注释和资料Table 4 Comments and information

注：表3中4)5)6)11)为可忽略项。

4.2 测试报告

测试报告应至少包括以下内容：(1)照明设备名称；(2)测量设备的规格；(3)工作模式、测量点和测量距离；(4)额定电压和频率；(5)测量结果；(6)适用限值组。

5 结束语

我们讨论照明设备对人体电磁辐射的测量问题，借助的工具是模拟人脑探头和颈部探头装置。电场产生感应电流密度JCAP(fn) (20kHz～10MHz)的测量是，用接收机测得一组电压数据V(fn) 通过已知的保护网络系数g(fn)转换得到。在测量过程中测量位置和距离是模拟辐射条件，标准附录B和附录A给出了规定。感生电流密度的测量值与限值之比定义为因子F，电磁辐射评价采用因子F≤0.85为评定依据。实验室测量不确定度Ulab>Ubasic应进行测量值V(fn)修正。

我们研究人体暴露于照明设备电磁辐射问题，是因为电磁辐射产生的感应电流对人体有伤害，这里讲的照明设备主要是含有电子控制装置的一般照明设备，它们广泛应用于工业照明、住宅照明、公共场所照明和街道照明设备。GB/T 31275—2014《照明设备对人体电磁辐射的评价》标准的实施，有利于生产企业评价和判断产品是否符合电磁辐射安全要求，有利于公众了解和正确看待照明设备所产生的电磁辐射。

总而言之，照明设备只要符合CISPR15:2005(GB 17743—2007)要求，以及GB/T 31275—2014要求，照明设备对人体电磁辐射也就符合ICNIRP(国际非电离辐射防护委员会)规定的时变电场和磁场基本水平。

[1] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会. GB/T31275—2014(IEC62493:2009)照明设备对人体电磁辐射的评价[S]. 北京：中国标准出版社，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