動車組內(nèi)部電磁環(huán)境測試標準研究*

余 俊， 陳煥玉， 周 毅， 陸 陽

(1 北京縱橫機電技術開發(fā)公司， 北京 100094；2 中國鐵道科學研究院 機車車輛研究所， 北京 100081)

我國高速動車組事業(yè)飛速發(fā)展，運行的各型號動車組均應由國家標準體系嚴格把控，電磁兼容標準是其中的一個大項。電磁兼容性能關系著乘客和乘務人員的身體健康，故需對動車組的內(nèi)部電磁環(huán)境進行測試。文獻[1-2]介紹了國際電磁兼容標準化組織，對我國電磁兼容標準建設起到了積極作用。筆者研究了世界各國對于動車組車內(nèi)電磁環(huán)境的測試標準和磁場限值，較權威的標準包括：TB/T 3351-2014《動車組內(nèi)低頻磁場限值與測量方法》、JIS E 4018-2012《鐵道車輛—磁場測量方法》、IEC 62597-2011《鐵路環(huán)境中關于人體輻射的電子和電氣裝置產(chǎn)生的磁場等級測量程序》。對以上3個標準的測試方法、測試工況、測試設備等方面進行了分析和對比。

1 標準對比

TB/T 3351-2014為中國根據(jù)國內(nèi)實際情況制定的鐵路行業(yè)標準。JIS E 4018-2012為日本工業(yè)標準，由日本工業(yè)標準調查會制定。IEC 62597-2011為歐洲標準，由國際電工委員會(International Electro Technical Commission, IEC)組織制定。

1.1 測試頻段對比

由于牽引變流器和輔助變流器等主要干擾源的開關頻率為幾千赫茲以下，磁場占干擾的主要成分，20 kHz 以上的諧波分量較小[3]，3個標準規(guī)定的測試頻段均為0～20 kHz。

1.2 測試設備對比

對于測試設備，每個標準都將測試探頭分為靜磁場探頭和交流磁場探頭，雖然不同標準中探頭測試的磁場范圍不同，但是標準中的要求基本相同。

TB/T 3351-2014中規(guī)定了測試所使用的設備，測試DC～1 Hz 時，使用三軸同向探頭；測試AC交流磁場時，使用帶三軸正交環(huán)的三軸探頭，正交環(huán)的環(huán)面積為100 cm2，最小測試頻率范圍為5～20 kHz。

JIS E 4018-2012中規(guī)定：各磁場傳感器的中心作為標準中測量距離的基準點。磁場傳感器應符合JIS C 1910的規(guī)定，包括以下3種：(1)三軸探測線圈傳感器，用于交流磁場的測試，線圈最大面積限定100 cm2，測試頻率范圍為5～20 kHz。(2)三軸霍爾器件傳感器，測試范圍0～20 kHz。(3)三軸磁通量閘門傳感器，測試范圍0～20 kHz。

IEC 62597-2011中規(guī)定：直流磁場使用三軸各向同性探頭測試；交流磁場的測試使用具有3個正交環(huán)的三軸探頭，正交環(huán)的最大環(huán)面積為100 cm2，最小測試頻率范圍為5～20 kHz。交流磁場也可使用三軸探頭磁通門傳感器測試，最小測試范圍為0～20 kHz。

1.3 測試工況對比

從各標準規(guī)定的測試工況角度來分析，測試工況共可分為2種：

(1) 靜置工況，此工況要求列車牽引系統(tǒng)通電，但不工作。輔助電路應運行，且應啟用所有相關裝置(例如：空調，照明，加熱等)。這種工況符合動車組停站時的實際運營情況。

(2) 動態(tài)工況，此工況需要動車組從靜置工況以最大的加速度到達最高速度，然后惰行一段時間，最后以最大電制動停車。要求牽引電路、輔助電路正常運行，且相應負載應正常工作。在電制過程中，若電制動系統(tǒng)使用多種不同的電路，則必須分開測試這些電路。動態(tài)工況符合動車組正線運行實際情況。

標準中的試驗工況充分考慮了動車組在實際運營中的各種情況，對于日后指標評價及科學研究有重要意義。

1.4 測試方法對比

TB/T 3351-2014中規(guī)定了職業(yè)磁場測試和公眾磁場測試兩個方法。職業(yè)磁場測試為在司機室和監(jiān)控室內(nèi)，乘務人員適用的測試方法，其測試位置距離地面高度分別為0.9 m和1.5 m。公眾磁場測試為在乘客受電磁干擾影響可能性最大的位置進行測試，測試點距地面高度為0.3，0.9和1.5 m。

JIS E 4018-2012對表面測量法和容積測量法兩種方法進行了規(guī)定。表面測量法可同時測量職業(yè)磁場和公眾磁場兩種，在人離發(fā)射源最近的位置測量，測量點距地面高度為0，0.5，1.0和1.5 m。容積測量法的測量高度有所不同，對于職業(yè)磁場，測量高度為1.0 m和1.5 m；對于公眾磁場，測量高度為0.3，1.0，1.5 m。

IEC 62597-2011中規(guī)定：表面法對工作人員和公眾人員的測量高度都為距地板面0.5，1.0，1.5 m。體積法工作人員測量高度為1.0，1.5 m。公眾人員測量高度為0.5，1.0，1.5 m[4]。

IEC 62597-2011中描述了表面法和體積法。首先定義了占用體積：在列車正常運行狀態(tài)下，對人能接觸到的列車內(nèi)干擾源，應使用表面法或體積法進行測試。

表面法：

以傳感器允許的最小距離測試干擾源，并選取商定數(shù)量的測點。例如，測量干擾源地面上方時，有必要增加0.5，1.0，1.5 m 3個高度的測點。由于距離過近，使用表面法測試的結果若不能滿足限值不代表該處的干擾超過限值。

體積法：

測試時距離墻面的水平距離不得小于0.3 m。

研究3個標準的測試方法發(fā)現(xiàn)：

(1) 測試基本都采用表面法和體積法。這兩種測試方法主要是根據(jù)干擾進入空間磁場方式的不同而制定的方法。

(2) 測量點在盡可能接近人體的輻射源上方以及司機室和乘務員工作區(qū)域。

(3) 測點的高度都考慮到人靜坐至站立的高度，從腿部、身體至頭部。這樣能夠更好的對人體健康影響做出評價。

1.5 標準限值對比

我國使用的磁場照射限值標準為：TB/T 3351-2014、GB 8702-2014《電磁環(huán)境控制限值》，另外還有德國標準DIN 0848-4/A3-1995《電磁場中的安全性在0至30 kHz頻率范圍中的人體防護》。通過對各標準中限值的對比，從中找到相同與不同。各標準限值對比見圖1。

注：GB 8702-2014中靜磁場限值取1 000 μT圖1 各標準限值對比

TB 3351-2014職業(yè)限值是指動車組上工作人員活動區(qū)域電磁輻射的限值，測試高度為0.9和1.5 m處。

TB 3351-2014公眾限值I是指在旅客最有可能接近發(fā)射源位置進行測量，測量點距離距地板面0.3 m處的限值。

TB 3351-2014公眾限值II是指在旅客最有可能接近發(fā)射源位置進行測量，測量點距離距地板面0.9和1.5 m 處的限值。

GB 8702-2014限值[5]是指公眾所受的全部磁場照射，不包括職業(yè)照射和醫(yī)療照射的限值。

DIN 0848-4/A3-1995限值[6]為主要是針對安裝有心臟起搏器的乘客所規(guī)定的這一限值。

通過比較不難發(fā)現(xiàn)，在TB/T 3351-2014中由于職業(yè)工作人員工作的特殊性，需要長期在動車組車上工作，因此對于工作人員的限值要求相對較低，但是能夠保證工作人員的身體健康。對于公眾乘客來說，由于乘客情況復雜，因此限值要求相對較高。對于0.3 m腳部及腿部非重點位置的限值也與0.9，1.5 m腹部及頭頸部有所不同，對于腰腹部和頭頸部等人體關鍵部位，標準限值最為嚴苛。

GB 8702-2014由我國環(huán)境保護部發(fā)布，為加強電磁環(huán)境管理、保障公眾健康針對所有人群的而制定的強制標準，因此標準中的限值需要覆蓋各行各業(yè)。標準中的限值與TB/T 3351-2014中公眾0.3 m 的限值相同，但在1 kHz以上的頻段，GB 8702-2014比TB/T 3351-2014的限值要嚴苛，由于國標比行業(yè)標準等級高，級別低的標準應當比較高級別的標準更加嚴苛，否則就違反了制定標準的初衷，所以TB/T 3351-2014 1 kHz 以上的標準限值參考意義不大。

DIN 0848-4/A3-1995是德國針對心臟起搏器而制定的標準，因此是以上標準中限值最為嚴苛的一個標準，TB/T 3351中腰腹部和頭頸部限值與此限值較為接近。

2 結 論

通過對國內(nèi)和國際標準的對比，可以看出測試方法基本相同，標準限值也有很多相同的地方。因此，不同標準在電磁環(huán)境測量方法和限值上達成了基本的共識。

在測量方法上可以選用體積法或表面法，測量高度需要覆蓋人體從腳步到頭頸部。測量設備與工況也相同。

在限值上應將職業(yè)工作人員與公眾乘客分開，對于不同的身體部位應該也有相應的標準。

綜上所述，測試動車組車內(nèi)電磁環(huán)境可使用TB/T 3351-2014，如若有特殊需要可以依情況選擇其他標準方法進行測量，在限值的選擇上應當考慮優(yōu)先選擇GB 8702-2014的限值要求。

[1] 李邦協(xié),尹海霞.電磁兼容標準的國內(nèi)外概況[J].電動工具,2004(4):18-23.

[2] 張林昌.發(fā)展我國的電磁兼容事業(yè)[J].電工技術學報,2005,20(2):23-28.

[3] TB/T 3351-2014動車組內(nèi)低頻磁場限值與測量方法[S].

[4] IEC 62597-2011 Measurement procedures of magnetic field levels generated by electronic and electrical apparatus in the railway environment with respect to human exposure[S].

[5] GB 8702-2014 電磁環(huán)境控制限值[S].

[6] DIN 0848-4/A3-1995 電磁場中的安全性在0至30 kHz頻率范圍中的人體防護[S].