關于人體曝露到0－3kHz電磁場安全水平的IEEE標準（二）

來源：北京康高特儀器設備有限公司發布時間：2016-09-01 17:57:43 作者：瀏覽次數：4006次分類：技術文章

——IEEE標準C 95.6－2002

4. 保護的人群和相互作用的機制
4.1 保護的人群
保護是提供給公眾個體以及在受控環境中的群體。雖然曝露限值應當保護幾乎所有人群，避免有害影響，但本標準認為在受控環境中可采取教育與各種緩解措施來降低對曝露人體有害作用的可能性，受控環境中電場的火花放電則可能是例外。然而，在某些情況下有害影響如果是可預料到的，可采取與預期曝露環境相應的預防性措施來得到緩解。這些措施的例子包括保護手套或衣服、設計用于*告人們注意可能影響的告示牌、或減輕曝露頻度與強度的特定工作方法。對于公眾，可準入（進入）性是不受限制的，并且可以包括未被告知潛在曝露或可能有害影響的個人。這種曝露可能發生在住房、對公眾開放的場地、個人并不預見有曝露的工作場所，或者工作者并不知道曝露情況或防護與緩解方法的工作場所。

4.2 生物物理作用的機制
一個已確認的人體機制是具有下列特性的機制：
a：它可用來預測人體中的生物效應；
b：可用公式或參數關系作出明確的模型；
c：在未受損人體內已得到證實，或動物的數據能夠有信心地外推到人體上；
d：被強力的證據所支持；
e：為科學團體內專家所廣泛接受。

不具備這些特性的機制，被分類為“建議的”。對建議機制的研究進展應當予以監控和評估，以便確定是否能夠列入到已確認機制的清單上去。

已確認的機制根據這些準則（Reilly [B75]，[B76]，[B77]）已經得到鑒定。機制的一個級別關聯到膜的極化，即是，由于生物組織內的電場而使細胞膜的自然靜止電位發生改變。神經和肌肉膜的去極化可導致它們的激勵，在此稱之為“電刺激”；這些效應決定了對頻率從約1Hz到約3kHz（本標準的界限）作用的*小閾值。作用到流體中移動電荷上的磁流體動力效應，則支配1Hz以下的生物作用。

這些機制產生短期效應，即它們使得電場和磁場的作用，是發生在曝露開始之后幾秒之內的（通常是幾分之1秒）。熱效應是眾所周知的，但并不支配100 kHz以下的頻率，因此它（熱效應）并不影響到本文件內所制訂的曝露限值。

產生電刺激效應的基本作用力是在生物組織內的電場，而不是內部的電流密度（見6.1節）。對電刺激效應的更*的限值可作為組織內電場的函數導出，而不是內部的電流密度，這（電流密度）在過去已經是一種通常的做法（Bernhardt [B11]；ICNIRP [B43]；IEEE [B46]）。生物組織內的電場在軀體內的分布與電流密度的分布是不同的，而生物組織內電場的計算，與內部電流密度相比，較不敏感于組織導電率的假設性。

被分類為“建議的”相互作用機制涉及長期或慢性的曝露效應（Olden [B68]；Reilly [B76]）。這些機制典型地會在關于低水平電場與磁場慢性曝露影響的假設中被提及，包括癌癥、生殖影響、神經系統影響等等。在這些機制不能視為不相干而不予考慮的情況下，此方面現有的知識不足以構成可作為導出人體曝露限值可靠基礎的已確認的機制。

4.3 有害生物影響
*大曝露限值是根據避免下列的短期作用：
a：對感覺或運動神經元產生厭惡的或痛苦的刺激；
b：在完成存在潛在危險的活動時，會引起傷害的肌肉激勵；
c：神經元的激勵或大腦中突觸活動的直接改變；
d：心臟的激勵；
e：與在軀體內快速運動電荷上（諸如血流）感應電勢或作用力相關聯的有害影響。

5. 曝露限值
5.1 基本限值
基本限值是對生物組織內電動力的限制，以適當地避免有害的影響。這些限值是考慮了有害電氣閾值、在人群中的分布、以及安全因子（見第6章）而得出的。

表1針對生物媒質內的電場，列出了對軀體特定部位的基本限值，在表中列出了在生物組織內場的基強度Eo和頻率參數fe。限值按表1，并按方程式（1a）和方程式（1b）確定：

Ei＝Eo 當f≤fe （1a）

Ei＝Eo（f∕fe）當 f≥fe （1b）

這里Ei是在生物組織內感應的*大許可電場。在生物組織內電場的基本限值是在表1所示的組織內任何方向上，取0.5 cm長度直線段，所確定的算術平均值。

除表1中所列出的生物組織內電場的限值之外，生物組織內低于10 Hz的磁場應當限制到對一般公眾為峰值167 mT，受控環境內為500 mT。對超出10 Hz的頻率，在生物組織內磁場的限值在本標準中并不予以規定。

表1. 應用到軀體各部位的基本限值a,b

曝露的組織	fe （Hz）	公眾	受控的環境
曝露的組織	fe （Hz）	E0-rms （V/m）	E0-rms （V/m）
腦	20	5.89×10^-3	1.77×10^-2
心臟	167	0.943	0.943
手、腕、腳、踝	3350	2.10	2.10
其他組織	3350	0.701	2.10

a.表的解釋如下：對f≤fe，Ei（基本限值）＝E0；對f≥fe，Ei＝E0 （f∕fe）
b.除上述限值外，頭部與軀干曝露到低于10Hz的磁場，公眾限值為峰值167mT，受控環境中則為500mT；對頻率大于10Hz的磁場，本標準不予規定。（譯注：軀體body與軀干torso是有區別的）

5.2 *大許可曝露（MPE）值：磁通密度
5.2.1頭部與軀干對正弦形場的曝露
表2列出了對頭部與軀干*大許可的磁場限值（磁通密度B和磁場強度H）。對一項均方根值（rms）測量的平均時間，*頻率超出25 Hz而言、是0.2秒。對較低的頻率，其平均時間要求平均值內至少要包含5個周波，但*大的時間是10秒。

表2. *大許可的磁場曝露水平（MPE）：頭部和軀干的曝露a,b

頻率范圍（Hz）	公眾		受控的環境
頻率范圍（Hz）	B-rms (mT)	H-rms (A/m)	B-rms (mT)	H-rms (A/m)
< 0.153	118	9.39×10⁴	353	2.81×10⁵
0.153 – 20	18.1∕f	1.44×10⁴∕f	54.3∕f	4.32×10⁴∕f
20 – 759	0.904	719	2.71	2.16×10³
759 – 3000	687∕f	5.47×10⁵∕f	2060∕f	1.64×10⁶∕f

a. f 是頻率，單位Hz。
b. MPE 指空間*大值。

符合表2可確保符合表1的基本限值。然而，不符合表2并不必然地意指不符合基本限值，但是更確切地說，這可能需要來評估是否基本限值已經得到滿足。如果表1中的基本限值并未超過，那么表2中的MPE數值可以超過。所以，驗證是符合表1、或是符合表2，*足夠了。

為了證明是否符合本標準，表2和表4應當各別地進行考慮，而不是相加。

本標準表1中和其它各處的數值有時給出的是3位有效數字。提供這種程度的*性，使讀者能夠追蹤本標準中所提出的各種派生關系及曲線，而并不意指數字的量已認知到這種*度。

5.2.2正弦形磁場內的不均勻曝露
當頭部和軀干上的磁場在其數值、方向、和相對相位上非恒定值時，頭部和軀干上的*大磁場應當限制到表2中的水平上。作為另一種選擇，驗證是符合基本限值也應當是允許的。

5.2.3 手臂或腿的曝露
手臂或腿的*大許可曝露（MPE）在表3中列出。符合表3可確保符合表1的基本限值。然而，不符合表3并不必然地意指不符合基本限值，但是更確切地說，這可能需要來評估是否基本限值已經得到滿足。
表3. 磁通密度*大許可曝露水平：手臂或腿的曝露

頻率范圍（Hz）	公眾B-rms (mT)	受控的環境B-rms (mT)
< 10.7	353	353
10.7 – 3000	3790∕f	3790∕f

a. f 是頻率，單位Hz。

5.2.4 脈沖場或非正弦形場
當磁通密度的波形不是正弦形時，*大許可曝露應當符合表1或表2的均方根限值（rms）。此外，*大曝露限值應當符合分節5.2.4.1或是5.2.4.2（因為兩種指標都是保守的，只要驗證符合*大許可曝露限值或是基本限值之一，已是足夠的了）。

5.2.4.1基于峰值場的限值
驗證符合下述兩個分節之一，*足以證實已符合基于峰值場的限值了。分節5.2.4.1.1適用于生物組織內的感應電場，而分節5.2.4.1.2適用于環境場。

5.2.4.1.1 在生物組織內的峰值場
生物組織內的峰值場應當限制到表1內的rms限值乘上所得的數值。對非正弦形波形，該表中的頻率f系規定為f＝1∕（2 tp），其中tp是生物組織內電場偏幅的相持續時間。相持續時間規定為一個波形（具有零平均值）兩個零交叉點間的時間。對一個指數型波形，tp被解釋為從波形峰值到衰減成0.37（1∕e）峰值這一點間的持續時間。峰值的限值適用于使用帶寬從零到*高頻率（適用于所考慮的波形）所測量到的瞬時數值。

5.2.4.1.2 峰值環境場
峰值環境磁場B應當按照下列程序予以限制，其中B是一個待考慮其是否符合的時變磁通密度波形。
a：確定環境場的時間導數（微分），dB∕dt＝。
b：鑒定任何偏幅的峰值和相持續時間。相持續時間應當按5.2.4.1.1中來確定。
c：從表2中確定的許可峰值限值，取為 p＝ MPEB（2πf）；這里 p是的*大許可數值，MPEB是與表2與表3一致的磁通密度，f＝1∕（2 tp），而tp是的相持續時間。

5.2.4.2 基于傅立葉（函數）分量的限值
≤1…………………………………………………（2）

對由多種頻率組成的一個曝露波形，測試曝露波形是否符合應當滿足下列準則：
這里 Ai 是曝露波形第i次傅立葉分量的數值?！?/span>

MEi 是頻率為fi的單個正弦形波形的*大許可曝露或生物組織內基本限值。

其和是從曝露波形的*低頻率到*高頻率5MHz間進行的。注意Ai 和MEi 必須以相同量以及相同的單位進行度量。舉例：如果Ai是磁通密度波形的數值，則MEi也必須以磁通密度度量。另外，Ai和MEi兩者都可以用場的時間導數來度量，也可以是在生物組織內的感應電場或是感應電流密度。

可能必須在本標準限值以外的頻率，對方程式(2)進行評估。為了這種評估，應用到超過3kHz頻率的MEi數值應當決定如下：
a：基本限值（表1）。生物組織內電場（Eob）的基強度數值應當假設為頻率從fe到5 MHz。

b：磁場MPEs（表2和表3）。B或H的MPE值應當被確定到*大頻率3350 Hz，使用表中*末一行的表達式。對于3350 Hz－5 MHz，MPE值應當等于3350 Hz的MPE值。

c：電場MPEs（表4）。適用到3000 Hz的MPE值應當假設為*大頻率5 MHz。

d：感應和接觸電流MPEs（表5）。在3000 Hz所列出的MPE值應當使用以下關系式外推到*大頻率5 MHz：MPEi＝MPE3000（f∕3000），這里MPEi是相應頻率為3kHz和5 MHz間的限值，而MPE3000是3000 Hz時的限值，f是頻率以Hz計。

5.3 *大許可曝露值：環境電場
5.3.1整個軀體曝露到不變的（常數）正弦形電場
表4列出針對未畸變（沒有人的）環境場E的*大電場限值。這是假設在人體軀體空間范圍上，未畸變場的數值、方向、和相對相位是恒定值。對一項均方根值（rms）測量的平均時間，*超出25 Hz的頻率而言、是0.2秒。對較低的頻率，其平均時間是這樣的、即平均值內至少要包含5個周波，但*大的時間是10秒。對受控的環境，其中曝露的個人并不在可觸及接地物體的范圍之內的，則超出表4中的限值可以是接受的。本標準并不規定包括接觸到未接地的物體這種情況下的限值。

為了驗證是否符合本標準，表2和表4應當各別地進行考慮，而不是相加。

表4. 環境電場*大許可曝露水平（MPE），整個軀體的曝露

公眾		受控環境
頻率范圍（Hz）	E– rms（V∕m）	頻率范圍（Hz）	E– rms（V∕m）
1–368^c	5,000^a,d	1–272^c	20,000^b,e
368–3000	1.84×10⁶∕f	272–3000	5.44×10⁶∕f
3000	614	3000	1813

a.在電力線走廊內，公眾的MPE在正常負荷工況下是 10 kV∕m。
b.痛感的放電在20 kV∕m時是很容易發生的，而在5－10 kV∕m 沒有防護措施時，是有可能的。
c.1Hz以下的限值不小于1Hz時所規定的數值。
d.在5 kV∕m時，感應的火花放電對約7% 的成人（良好絕緣的個人碰觸到接地體）會有痛感。
e.當工作者并不處于觸及接地導電物體范圍之內時，在受控的環境中，20 kV∕m的限值可以超過。在本標準中，并不提供特定的限值。

5.3.2 不均勻或部分軀體曝露到正弦形電場
在人體軀體尺寸范圍內，當環境的電場在數值、方向、和相對相位上非恒定值時，平均的環境場應當限制到表4所列出的水平。對受控的環境中，曝露的個人并不在碰觸到接地導電物體范圍之內時，則超出表4中的限值是可以接受的。本標準并不規定這些情況下的限值。任何情況下，表1的基本限值或是表5中的接觸電流限值都不可超過。

5.3.3 脈沖或非正弦形場
當電場的波形為非正弦形時，諸如脈沖或混合頻率的波形，MPE限值應當符合表4的rms限值，同時也應符合在5.2.4.1 和5.2.4.2中所述判據之一。對這種應用中，環境的磁場由未畸變電場來替代，Ai被理解為代表環境電場波形的第i次傅立葉分量的數值，而MEi是在頻率fi下*大許可電場的數值。

*電場曝露而言， 5.2.4.1 和5.2.4.2對公眾應當適用于368－3000 Hz間的頻率，而對受控環境適用于272－3000 Hz。在低于這些頻率而高于1 Hz時，峰值的電場對于公眾和受控環境應分別不超過7100 和28000 V∕m （即5kV∕m× 和20 kV∕m× ），而在電力線路的走廊內對公眾不應超出14100 V∕m（即10 kV∕m× ）。

5.4 接觸和感應電流的*大許可曝露限值
5.4.1 正弦形電流
接觸電流應當按表5進行限制，分別下列情況：

a：表5的限值對自由站立而不接觸到金屬物體的個人，應不超出列在表明“雙腳”、“每腳”行內的數值。

狀況	公眾（mA－rms）	受控的環境（mA－rms）
雙腳	2.70	6.0
每腳	1.35	3.0
接觸，握緊	─	3.0
接觸，碰摸到	0.50	1.5

b：在表5中的接觸限值，假設自由站立的個人在碰觸到一個導電的對通路地時，是與地絕緣的，這個判據并不必然地能夠防止在直接接觸到接地通路之前和之后瞬間，來自火花放電的厭惡感覺。

c：對一項均方根值（rms）電流測量的平均時間，*超出25 Hz的頻率而言、是0.2秒；對較低的頻率，其平均時間應當至少要包含5個周波，但*大的時間是10秒。對峰值曝露的限值，是針對采用從零到*高頻率的帶寬所測量到的瞬時值。

d：在受控環境中，握緊接觸的限值應用于那里人員受過訓練來實現握緊的接觸，并避免對導電物體碰摸接觸的場合，這種是存在痛感接觸電流可能性的接觸。握緊接觸的面積假設是15 cm2。使用防護手套、金屬物體的禁止、或是人員的訓練，可能已足以保障在受控環境中符合接觸電流的MPE。對于公眾，假設接近與準入、接觸的方法、和保護的措施都是無約束的。

e：對公眾來說，碰觸（碰摸接觸）假設具有 1 cm2的接觸面積。

表5. 連續正弦波形的感應和接觸電流MPEs（mA－rms），0－3 kHz a,b

a. 握緊接觸的限值適用于受控的環境，那里人員受過訓練來實現握緊的接觸，來避免對導電物體的碰摸接觸－后者存在痛感接觸的可能性。
b. 限值適用于流經人體與人員可能接觸到的接地物體間的電流。

5.4.2 非正弦形（脈沖或混合頻率）電流
當電流的波形不是正弦形時，諸如帶有脈沖或混合頻率的波形，MPE限值應當符合表5的rms限值，同時也應符合在5.2.4.1 和5.2.4.2中所述的任一準則。在這種應用之中，環境場由應用的電流來替代，Ai被理解為代表電流波形的第i次傅立葉分量的數值，而MEi是在頻率fi時*大許可電流的數值。

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