王明明 袁世杰 马 欣 / 上海市计量测试技术研究院 上海市电磁兼容重点实验室

0 引言

随着对环境和健康的日益重视，世界各国分别对人体暴露于其中的电磁场进行了规定。EMF（ElectroMagnetic Field）要求即电磁场辐射要求。研究表明，人体长期处于高剂量电磁辐射环境中，会产生比较严重的神经衰弱症候群，如头痛、呕吐、头晕乏力等不适，记忆力降低以及一些潜在生物破坏，危害人体键康。所以在照明领域，为保护暴露其中的人体头部和躯干的中枢神经系统组织，需建立一个评价在照明设备周围空间电磁场的合理方法。因此，欧盟针对灯具产品提出了EMF的要求，2010年 11月 1日，CEN(European Committee for Standardization)发布了有关照明设备对有关人体电磁照射的评定的标准EN 62493：2010。从2013年2月1日起，所有售往欧盟的灯具都将被要求进行EMF评估。EN 62493等同于IEC（International Electrotechnical Commission）发布的 IEC 62493： 2009标准，本文将对此标准进行详细的介绍。

1 标准介绍

1.1 背景

IEC 62493： 2009标 准 的 名 称 是Assessment of lighting equipment related to human exposure to electromagnetic fields，即：涉及人体暴露于电磁场的照明设备的评估。可见，该标准的主要目的是用于评估照明设备产生的电磁辐射对人体的伤害程度。通过规定的测试项目建立一个评价照明设备电磁场的方法。可以评估照明设备周围空间电磁场的安全性，以保护暴露其中的人体头部和躯干的中枢神经系统组织，减少其对人身造成的影响。

1.2 应用范围

IEC 62493： 2009规定需进行EMF评估的照明设备包括：

1）以照明为目的具有产生和分配光的基本功能并打算连接到低压供电网络上或者用电池工作的所有室内和室外照明设备；

2）一般照明设备指所有工业住宅公共场所和街道照明设备；

3）主要功能是照明的多功能设备；

4）用于照明设备的独立附件。

规定不适用的设备包括：

1）航空器和机场使用的照明设备；

2）道路机动车辆的照明设备（除公共交通工具乘客车厢内的照明设备外）；

3）农用照明设备；

4）船上照明设备；

5）复印机 投影仪等使用的照明设备；

6）在其他IEC标准中明确规定电磁场（EMF）测试要求的设备。

（2）适当提前“未知数、变量的使用”“代数式的运算”尤其是“代数式的运算”最早开始年级；适当推后代数思维知识主题最晚结束年级．中国代数思维课程内容阶段跨度是六国中最小的国家，所属4个知识主题均只属一个阶段，连续性较弱；然而，代数思维作为联系“算术”与“代数”的桥梁，在澳大利亚、英国、美国、南非均横跨小学、初中、高中3个阶段，适当延长中国整个代数思维课程内容的设置时间显得很有必要．

IEC 62493： 2009标准规定了一种特殊情况：对于不具有电子控制装置的照明设备，本标准可以豁免即不需要测试。即可直接认为符合IEC 62493：2009标准要求。这个特殊情况可以这样理解：IEC 62493： 2009标准的重点在于评估照明设备的EMF，而照明设备所产生的较强的EMF，其来源正是电子控制装置。这里说到的“电子控制装置”是个关键定义。IEC 62493： 2009标准中将这一涵义拆分成了“灯具电子控制器”、“电子镇流器”、和“独立电子变换器”这三个概念，并分别进行了名词解释。综合起来看“电子控制装置”指的是那些具有这样几个功能的一种或多种组合的装置：预热、启动和功率因数校准。例如：点火器、启辉器、开关、调光器和传感器，这些都不属于“电子控制装置”的范畴。关于这一点，在进行认证和测试时，需要特别留意。

1.3 测试限值的应用

根据研究结果，电磁辐射对人体的影响主要体现在人体组织的感应电流密度和热效应。电场产生的电流密度（权重0.85）需按IEC 62493： 2009测量。磁场产生的电流密度（权重0.15）和热效应需按CISPR 15：2005+A1：2006，EN 55015：2006+A2：2009测量。为了评估照明设备产生的电磁辐射影响，IEC 62493： 2009提出四个方面的电磁辐射限制要求：电源端骚扰电压（20 kHz ～ 30 MHz），辐射场磁场分量（100 kHz ～ 30 MHz），辐射场电场分量（30 ～300 MHz），电场感应电流密度（20 kHz ～ 10 MHz）,具体限制参见表1。

综上所述，IEC 62493： 2009与CISPR 15：2005+ A1：2006、EN 55015：2006 + A2：2009 相比，都有电源端骚扰电压、辐射电磁场的测试项目。实际上，IEC 62493：2009中规定的电源端子骚扰电压、辐射电磁骚扰(磁场测试加电场测试)，试验方法和限值就 是 参 照 CISPR 15：2005+A1：2006，EN 55015：2006 + A2：2009。只是两者规定的测量范围略有不同。 标 准 CISPR 15：2005+A1：2006，EN 55015：2006+A2：2009中规定的测量范围涵盖了IEC 62493：2009的频率测试范围。所以，对于已经获得CE认证， 通 过 CISPR 15：2005+A1：2006，EN 55015：2006+A2：2009测试的照明设备而言，在按照IEC 62493： 2009进行测试时，电源端子骚扰电压和辐射电磁骚扰磁场测试，这几项测试的结果应该也是符合标准要求的，同时满足了100 kHz ～ 300 MHz频段的比吸收率（SAR： Speeific Absoption Rate, 每千克人体组织吸收的电磁辐射能量/瓦，国际上通常使用SAR值来评估生物组织对电磁辐射的吸收）的要求。而感应电流密度（Induced Current Density）测试是IEC 62493： 2009提出的新要求，测量的由电场在频率范围（20 kHz ～ 10 MHz）内所产生的感应电流密度不能超过因子（F）0.85。下文将对感应电流密度测试项目进行介绍。

表1 三种标准测试项目的频率范围比较

1.4 感应电流密度测试

1.4.1 测试原理

感应电流密度是一个比较新的概念，在电磁学上的定义为：变化的电磁场在周围闭路的导体环中感应出的电流称为感应电流。人体可以看作是导体，当人体暴露于照明设备的电磁场时，就会有感应电流流过。IEC 62493： 2009标准中的感应电流密度测试，就是针对流过人体的感应电流进行的。

通常认为人体模型头部离照明设备最近，而最大电流密度出现在人体的颈部，测量时使用一个人体模型的头部作为人体的感应部位来测量感应电流，而按人体的颈部直径尺寸来计算感应电流密度。EN 62311： 2007《电子和电气设备对人体电磁辐射（0 Hz ～ 300 GHz）限制的评价》均质人体的数字模型研究表明：人体的头部直径为210 mm，颈部直径为 110 mm。IEC 62493： 2009 采 用 了 EN 62311：2007提出的均质人体的头部直径和颈部直径，如图1所示。标准所要求使用的感应电流密度的测量装置Van der Hoofden测试头，如图2所示。

Van der Hoofden测试头由金属导电球传输线缆、匹配保护网络和绝缘支架构成。感应电流密度测试的骚扰信号传输过程是：在某一频率fn下，连接模拟人体头部的导电球（Van der Hoofden测试头）的接收机得到一个电压信号V( fn)[V]，将电压信号转化为电流信号Icap( fn)[A]，转化函数由图2中的保护网络确定，除以颈部的面积得到电流密度Jcap( fn)[A/m2]，将电流密度Jcap( fn)除以电流密度限值Jlim( fn)。将20 kHz ～ 10 MHz频率范围的电流密度Jcap( fn)与Jlim( fn)的比值求和得到因数,计算公式为

图1 均质人体头部模型（单位：mm）

20 kHz ～ 10 MHz感应电流密度的要求：测得的20 kHz ～ 10 MHz频率范围内电场产生的感应电流密度与规定的人体电流密度限值作加权计算得到，标准规定F的限值为0.85。也就是说测试结果算出参数F的大小。当Fmeasure＜ 0.85时,则认为被测的照明设备满足IEC 62493： 2009标准的要求。

Van der Hoofden测试头与保护网络之间的连接导线长度为(0.3±0.03)m，金属导电球底部到绝缘支架底部的垂直高度需要大于等于0.8 m。匹配保护网络的输出，通过50 Ω同轴线缆连接到测量接收机或频谱分析仪。匹配保护网络的输出阻抗为50 Ω。同轴线缆的线缆损耗最大不能超过0.2 dB且直流阻抗不超过10 Ω。保护网络的原理如图2右上方所示。保护网络需要经过校准才可用于实际的测量。按照IEC 62493： 2009规定，保护网络的转换函数的测量值必须在理论值的±1 dB以内。感应电流密度测试完成后，根据接收机或者频谱分析仪的测试结果，相应的测试软件会计算出感应电流密度因子。然后再与标准中规定的0.85这一数值相比较，小于0.85，即认为感应电流密度测试合格。

1.4.2 测试的布置和要求

1) 感应电流密度测试的一般要求和环境温度为：供电电源：最大额定工作电压的2%范围内；环境温度：15 ～ 25 ℃。

2) 感应电流密度的电磁环境要求

根据IEC 62493： 2009标准的要求，感应电流密度测试时，可导电的平面或者物体，包括人体在内，不能处于照明设备周围0.8 m的范围内。为了避免测试周围环境的电磁场所造成的影响，测试建议在屏蔽室或者电波暗室中进行。

3) 测量设备要求，测量接收机或频谱分析仪如表2所示。

表2 IEC 62493： 2009对接收机或频谱分析仪的设置要求

4) 照明设备的工作条件

（1）一般照明设备

灯泡需要老化100 h。测试前需要将被测灯具预热：对于荧光灯，预热时间为15 min；对于其他放电灯，预热时间为30 min。

图2 感应电流密度的测量布置

（2）特殊照明设备

当照明设备使用不止一个的灯时，需要同时一起点亮并进行测试；对于可通过交流电网供电的有电池供电的灯具，测试时输入电源为额定情况下的交流电，不需要在电池供电模式下进行测试；对于可调光的照明设备，需要在照明设备最亮和最暗的条件下分别测试；对于供电电源为一个电压范围的照明设备，需要分别在最低电压和最高电压的2%范围内进行测试。

5) 测试布置

照明设备的种类繁多，其安装方式也是千变万化的。根据IEC 62493： 2009的规定，不同的照明设备的安装方式有不同的测试布置。图2是一种比较普遍使用的典型的试验布置。其中一些常见照明设备的测试距离在表3中列出。对于其他的照明设备，比如，双灯帽荧光灯、单灯帽荧光灯和带远端电子控制装置的照明设备、独立电子控制变换器和落地式照明设备等，标准已经一一列出了各自的试验布置图，以及测试时的注意事项。

表3 常见设备的测试距离

1.4.3 感应电流密度测试举例

图3 感应电流密度测试

图3为感应电流密度测试的一个实例。测试中所使用的Van der Hoofden测试头是Schwarzbeck公司的VDHH 9502测试头。VDHH 9502的保护网络的校准曲线如图4所示。其校准测量值与理论计算值相比，差值都在1 dB以内，符合IEC 62493： 2009的要求。

图4 VDHH 9502的保护网络的校准曲线

将测试头通过50 Ω同轴线缆与测量接收机连接。被测的照明设备样品按照IEC 62493： 2009的测试距离要求为50 cm。测试场地为屏蔽室。并且保证照明设备距离周围的导电平面、物体以及人体都大于0.8 m，以避免周围环境的电磁场所产生的影响。

感应电流密度测试完成后,测量接收机或者频谱分析仪上的测试电压信号，如图5所示。

图5 接收机收到的电压信号图（PK值）

根据测试结果计算得：Fmeasure= 0.120 ＜ 0.85, 判定测试结果合格。不同的工程师对同一样品进行同样的测试试验三次，所得的F值如表4所示。结果均为合格。相对误差非常小。

表4 测试结果比较

2 结语

在日常生活中，照明设备无处不在，家庭、公共场所、工业生产，几乎遍布人们活动的所有地方。如果照明设备的电磁兼容不过关，就会对人民群众的健康产生影响，对周边正常的电子设备产生干扰，从而埋下巨大的公共安全隐患。基于照明设备的产品范围很广，其产品的多样性也提高了对于相应的电磁兼容试验测试要求。近年来，照明设备的发展迅速，国家节能减排政策的大力推行，节能灯的普及，都对照明设备的检测提出了更高的要求。本文介绍了照明设备的EMF标准IEC 62493： 2009，并且对于标准中的感应电流密度测试做了详尽的介绍。希望能对照明设备生产厂商和检测机构提供一定帮助。

[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.