照明電器的電磁兼容要求——從GB/T 31275-2014《照明設(shè)備對(duì)人體電磁輻射的評(píng)價(jià)》談起

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電磁輻射和電磁兼容

隨著公眾健康安全意識(shí)的不斷提升，人們對(duì)生活中接觸到的電磁輻射給人體造成影響的關(guān)注度持續(xù)升溫。常見的人造電磁輻射包括無(wú)線電發(fā)射臺(tái)、日常使用的電器和電子設(shè)備、高壓輸變電線路等。當(dāng)電磁輻射程度超過(guò)一定范圍后，不可避免地會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生一定的危害和影響。

電磁場(chǎng)輻射（EMF，Electromagnetic Fields)用于評(píng)估照明產(chǎn)品產(chǎn)生的空間電磁場(chǎng)對(duì)人體輻射的影響，確保人身安全。EMF 是電磁兼容（EMC）的重要組成部分。除了EMF，EMC 還包括了電磁干擾（EMI）、電磁敏感度（EMS）。電磁干擾（Electromagnetic Interference）是電氣設(shè)備可能引起其他事物（包括設(shè)備、系統(tǒng)、人及動(dòng)植物）性能降低或產(chǎn)生損害的電磁騷擾；EMS（Electromagnetic Susceptibility) 是 評(píng) 估電氣設(shè)備對(duì)電磁騷擾如雷擊、靜電等電磁現(xiàn)象的抗擾能力。

照明電器是人們生產(chǎn)和生活中最常見的電磁輻射源，其產(chǎn)品的電磁兼容性能，特別是電磁輻射的強(qiáng)弱，影響了人們的健康和生活品質(zhì)。作為照明電器的第一制造大國(guó)，我國(guó)也越來(lái)越重視照明設(shè)備的電磁兼容要求和測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)化。

本標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容

為了與國(guó)際接軌，同時(shí)也為了規(guī)范國(guó)內(nèi)照明設(shè)備，我國(guó)于2014 年10 月發(fā)布了GB/T 31275-2014《照明設(shè)備對(duì)人體電磁輻射評(píng)價(jià)》的最新標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)等同于采用IEC 62493: 2009《Assessment of lighting equipment related to human exposure to electromagnetic fields》。

本標(biāo)準(zhǔn)適用于包括工業(yè)照明、住宅照明、公共場(chǎng)所照明和街道照明設(shè)備等室內(nèi)、室外所使用的一般照明設(shè)備以及專門與照明設(shè)備一起使用的獨(dú)立輔助設(shè)備等。標(biāo)準(zhǔn)參照ICNRP、IEEE 給出的普通公眾暴露水平限值，通過(guò)測(cè)量和/ 或計(jì)算來(lái)評(píng)價(jià)照明電器的電磁場(chǎng)輻射是否超標(biāo)。標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)普通公眾暴露于20 kHz~10 MHz 之間的感應(yīng)電流密度的有效值，以及普通公眾身體不同部位的比吸收率SAR 作了明確規(guī)定，其中SAR 值以任意6 分鐘記時(shí)平均，每千克人體組織吸收的電磁輻射能量，SAR 值越低，表明被人體組織吸收的輻射量越少，SAR 值可用于評(píng)價(jià)輻射對(duì)人體影響的大小。

照明電器的電磁輻射測(cè)量

1. 測(cè)量方法

標(biāo)準(zhǔn)確定了照明設(shè)備周邊空間電磁場(chǎng)的測(cè)量方法、標(biāo)準(zhǔn)工作條件以及測(cè)量距離。測(cè)量前，測(cè)試燈應(yīng)工作直至達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。測(cè)試時(shí)，通過(guò)“Van der Hoofden”測(cè)試頭，在與被測(cè)設(shè)備相距一定距離的前提下（確定測(cè)量距離時(shí)，應(yīng)將測(cè)試頭的外表面作為參考點(diǎn)），導(dǎo)電球通過(guò)一定長(zhǎng)度的普通導(dǎo)線與保護(hù)網(wǎng)絡(luò)相連接，保護(hù)網(wǎng)絡(luò)通過(guò)一根同軸電纜與EMI 接收器或頻譜分析儀相連接，以模擬電磁進(jìn)入人體。典型的測(cè)試裝置如圖1 所示。

需要指出的是，標(biāo)準(zhǔn)附錄A 中根據(jù)正常工作時(shí)公眾的預(yù)期位置明確規(guī)定了對(duì)不同應(yīng)用照明產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量距離。附錄B 中對(duì)不同安裝條件的照明產(chǎn)品在測(cè)量時(shí)的探頭位置也做了不同的要求，這是因?yàn)檎彰鳟a(chǎn)品中產(chǎn)生電磁輻射的不僅僅是光源本身，還有控制裝置、轉(zhuǎn)換器等輔助設(shè)備，布局時(shí)需要將這些因素綜合考慮進(jìn)去。

圖1 GB/T 31275-2014 典型測(cè)量裝置

2. 測(cè)量設(shè)備

本標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試使用的“Van der Hoofden”測(cè)試設(shè)備主要包括導(dǎo)電球、EMI 接收機(jī)或頻譜分析儀等。其中“Van der Hoofden”測(cè)試頭的導(dǎo)電球是一個(gè)用于模擬人體腦部直徑，通常尺寸為210 mm的傳導(dǎo)球體，配合一根用以模擬人的脖頸的導(dǎo)線和一個(gè)標(biāo)稱阻抗為50 Ω 的無(wú)源網(wǎng)絡(luò)，用于匹配EMI 接收機(jī)所要求的50 Ω 的輸入阻抗，并防止接收機(jī)輸入過(guò)載。

EMI 接收機(jī)是測(cè)量電磁騷擾的專用測(cè)量?jī)x器。由于測(cè)量對(duì)象往往是微弱的連續(xù)波信號(hào)及幅值很強(qiáng)的脈沖信號(hào)，所以要求測(cè)量機(jī)本身的噪聲極小，靈敏度很高，檢波器的動(dòng)態(tài)范圍大，前級(jí)電路的過(guò)載能力強(qiáng)。同時(shí)要具有多種檢波功能，為適應(yīng)不同的測(cè)量需求，有峰值、準(zhǔn)峰值、平均值和有效值等檢波功能。頻譜分析儀是研究電信號(hào)頻譜結(jié)構(gòu)的儀器，用于信號(hào)失真度、調(diào)制度、譜純度、頻率穩(wěn)定度和交調(diào)失真等信號(hào)參數(shù)的測(cè)量，可用于測(cè)量放大器和濾波器等電路系統(tǒng)的某些參數(shù)。EMI 接收機(jī)和頻譜分析儀有著相似的地方，它們都采用超外差式結(jié)構(gòu)，都要顯示各頻率成分的幅度，但它們又有不同的地方，例如兩者在輸入端對(duì)信號(hào)的處理存在差異、掃頻信號(hào)不同、對(duì)中頻濾波器帶寬定義不同、檢波器不同以及測(cè)試精度、靈敏度不同，但在本測(cè)試中，因?yàn)閮H需顯示在特定頻率范圍內(nèi)，如20 kHz~10 MHz 內(nèi)的信號(hào)成分，因此可使用EMI 接收機(jī)或頻譜分析儀作為測(cè)量?jī)x器。

3. 測(cè)試結(jié)果與評(píng)價(jià)

本標(biāo)準(zhǔn)中特別強(qiáng)調(diào)了測(cè)量的不確定度，不僅在附錄中給出了詳盡的不確定度計(jì)算示例，更在合格評(píng)定時(shí)充分考慮了測(cè)量不確定度對(duì)測(cè)量結(jié)果評(píng)定準(zhǔn)確性的影響。

傳統(tǒng)的合格評(píng)定僅僅通過(guò)簡(jiǎn)單的判斷測(cè)量值是否在限值內(nèi)來(lái)評(píng)定測(cè)量結(jié)果是否合格，由于未考慮測(cè)量不確定度，則會(huì)增加錯(cuò)誤評(píng)估的風(fēng)險(xiǎn)（見圖2），這對(duì)傳統(tǒng)的合格評(píng)定方法而言是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

本標(biāo)準(zhǔn)在評(píng)價(jià)測(cè)試結(jié)果時(shí)將測(cè)試過(guò)程中的各個(gè)不確定度貢獻(xiàn)的主要不確定分量都考慮其中，確定了測(cè)試結(jié)果是否符合限值的評(píng)判準(zhǔn)則。利用實(shí)際測(cè)量設(shè)備計(jì)算出的不確定度Ulab 不應(yīng)超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的不確定度Ubasic。但當(dāng)Ulab大于Ubasic，只有測(cè)量結(jié)果加上(Ulab-Ubasic)不超過(guò)適用限值時(shí)才視為符合。標(biāo)準(zhǔn)在很大程度上降低了消費(fèi)者所需承擔(dān)的風(fēng)險(xiǎn)。

圖2 傳統(tǒng)合格評(píng)定存在較大風(fēng)險(xiǎn)

照明設(shè)備的其他EMC 測(cè)試

除電磁輻射EMF 以外，國(guó)際國(guó)內(nèi)也出臺(tái)了針對(duì)照明設(shè)備的其他EMC 測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。以EMI 測(cè)試為例，CISPR15、EN 55015、GB 17743、J 55015、AS/N2S CISPR15 標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)電氣照明和類似設(shè)備的無(wú)線電騷擾特性的限值作了明確規(guī)定，給出了對(duì)插入損耗、騷擾電壓和輻射電磁騷擾的測(cè)量方法。對(duì)于EMS 測(cè)試，IEC 61547、EN 61547、GB/T 18595 標(biāo)準(zhǔn)中確定了一般照明用設(shè)備的電磁兼容抗擾度要求，其中涉及設(shè)備的靜電放電、持續(xù)及瞬變干擾、輻射及傳導(dǎo)干擾、射頻及電源相關(guān)干擾。具體相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)參見表1。

結(jié)束語(yǔ)

《照明設(shè)備對(duì)人體電磁輻射的評(píng)價(jià)》標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)，為評(píng)估照明設(shè)備或其他電磁源使用安全提供了重要的依據(jù)。電磁兼容性作為影響照明產(chǎn)品可靠性及安全性的重要因素，對(duì)照明產(chǎn)品進(jìn)行EMC 測(cè)試并作出相應(yīng)規(guī)范，對(duì)于提高照明產(chǎn)品質(zhì)量，正確引導(dǎo)公眾對(duì)電器電子產(chǎn)品的認(rèn)識(shí)，提高公眾健康安全意識(shí)，進(jìn)而促進(jìn)照明行業(yè)健康發(fā)展有著非常重要的意義。

表1 照明產(chǎn)品的EMC 測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)