简述低频对电力系统的危害「极低频电磁场」

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极低频(Extremely low frequency，ELF)和甚低频(very low frequency ，VLF)电场和磁场涵盖的频率范围为静态(>0Hz)场～30 kHz。本文将ELF定义为频率范围>0～300 Hz，VLF在>300 Hz~30 kHz范围内。在大于0~30 kHz的频率范围内，波长从∞(无穷大)到10 km不等，因此，电场和磁场基本上是相互独立的，必须分开处理。电场强度(E)数据单位每米伏特(V/m)，磁场强度(H)为每米安培(A/m)和磁通密度(B)为特斯拉(tesla，T)。

接触这频率范围内设备的工人到底有没有健康危害，一直争论不休。

到目前为止，最常见的频率是50/60 Hz，用于发电、电力输送和用电。

50/60 Hz磁场到底能不能致癌，媒体报道、错误信息的传播与正在进行的科学研究，使得这个话题越吵越热。

本文从5个方面进行阐述：

来源、职业接触和应用剂量测量相互作用机制与生物效应、健康影响防护措施职业暴露标准。

第1部分 职业接触源

职业接触水平差别很大，并在很大程度上取决于具体的应用。表1概述了频率在0至30 kHz范围内的典型应用。

表1.在> 0至30kHz范围内设备的应用

1 发电与输电

50/60 Hz电场和磁场的主要人工源为发电与输电，以及任何使用电流的设备。

大多数国家使用50Hz的频率，但北美60Hz。一些电动火车系统的工作频率为16.67Hz。

工人经常接触到的最强电场为高压(HV)输电线路和变电站。

电线的高度、几何构型、离线路的横向距离和输电线路的电压是决定地面最大场强的最重要因素。当横向距离约为线高的两倍时，电场强度随距离近似线性地减小。在高压输电线路附近的建筑物内，电场强度通常比室外要低约10万倍，这取决于建筑物的结构和结构材料。

与大电流的工业应用比，架空输电线路的磁场强度通常相对较低。

在变电站工作或维修带电输电线路的电力公司雇员是一个特殊群体，他们暴露在更大的场强中(在某些情况下，磁场强度5mT及以上)。

在没有铁磁材料的情况下，磁场线在导体周围形成同心圆。除导体的几何形状外，最大磁通密度仅取决于电流的大小。典型的双回500 kV架空输电线路系统的地面最大磁通密度约为每千安培35μT。架空线路附近的工作场所、变电站和频率为16.67、50或60 Hz的发电站中，有高达0.05mT的磁通密度值。

2 工业过程

职业接触磁场主要存在于大电流工业设备附近。这些装置包括焊接、电渣精炼、加热(炉子、感应器)和搅拌装置。

在工业感应加热器的工人的操作位置上，磁通密度从0.7μT～6 mT不等，这取决于所使用的频率和距机器的距离，这些数据来自加拿大、波兰、澳大利亚和瑞典。工业电钢和焊接设备磁场的点焊机(50 Hz，15~106 kA)和钢包炉(50 Hz，13~15 kA)，在1米的距离下产生了10 mT的磁场。在澳大利亚，一家在50Hz至10kHz范围内工作的感应加热厂，在操作人员可以站立的位置上，最大场强可达2.5mT(50Hz感应炉)。此外，在其他频率工作的感应加热器周围的最大场强为：1.8kHz处130μT，2.8 kHz处25μT，9.8kHz处超过130μT。

由于产生磁场的线圈的尺寸往往很小，所以很少有高强度的全身接触，而主要是双手的局部接触。操作人员手中的磁通量密度可能达到25 mT。在大多数情况下，通量密度小于1mT。感应加热器附近的电场强度通常较低。

电化学工业的工人可能由于使用大电流的电炉或其他装置而暴露在高电场和磁场中。例如，近感应炉和工业电解槽的磁通密度可高达50mT。

3 视觉显示单元(Visual display units)

视觉显示单元(VDU)，有时也叫视频显示终端(VDT)的使用在不断增长。VDT运营商也很关注其低水平辐射带来的可能健康危害。在接近屏幕表面的最坏情况下，测量到了高达0.69A/m(0.9μT)的磁场(频率为15～125 kHz)。这一结果已得到许多调查的证实。对VDTs的测量和调查进行全面审查后得出结论认为，VDTs的辐射量不会对健康产生任何影响。没有必要进行常规辐射测量，因为即使在最坏的情况下或故障模式下，辐射也远低于任何国际或国家标准的限制(IRPA，1988年)。国际劳工组织1993年颁布了相关内容的全面述评。

4 医疗应用

骨折患者接受脉冲磁场治疗。还在进行关于利用脉冲磁场促进伤口愈合和组织再生。

产生磁场脉冲的各种装置用于刺激骨骼生长。平均磁通密度约0.3mT、峰值强度约2.5mT的装置能在骨骼中诱发0.075～0.175 V/m电场强度。在暴露肢体的表面附近，产生1.0mT的峰值磁通密度，能产生10~100 mA/m2（1～10μA/cm2）的离子电流密度。

第2部分 测量

在开始测量ELF或VLF场之前，重要的是获取尽可能多的有关源特性和曝光情况的信息。需要这些资料来估计预期的场强和选择最合适的测量仪器。

有关源的信息应包括：

发射功率极化(E场方向)调制特性(峰值和平均值)占空比、脉宽和脉冲重复频率天线特性，如类型、增益、波束宽度和扫描速率等。

关于接触情况的信息必须包括：

与源的距离任何散射物体的存在。平面散射可以增强E场强的倍数为2。曲面倍数更大，例如角反射器。

表2 汇总了各职业环境的检测结果。

资料来源：ILO 2011。

1 仪器仪表

电场或磁场测量仪由三个基本部件组成：探头、引线和监视器。为确保适当的测量，仪器必须具备下列特性：

探测必须只响应E场(电场)或H场（磁场），而不是同时两者。探头不能产生明显的磁场扰动。从探头到监视器的引线不得对探头处的磁场造成明显的干扰，也不能耦合探头能量。探头的频率响应必须包括所需测量的频率范围。如果在近场中使用，则探头传感器的尺寸最好在当前最高频率处，小于波长的四分之一。仪器应指示被测场参数的均方根(rms)值。应该知道仪器的响应时间。希望大约1秒或更短的响应时间，这样就可以很容易地检测到间歇场。探头应对场的所有偏振分量作出反应。这可以通过固有的各向同性响应来实现，也可以通过探头通过三个正交方向的物理旋转来实现。良好的过载保护，电池操作，便携性和坚固的结构等特点。仪器提供下列一个或多个参数的指示：平均值E场(V/m)或均方E场(V2/m2)；平均值H场(A/m)或均方H场(A2/m2)。

2 测量

测量通常是为了确定工作场所存在的场强是否低于国家标准规定的限值。因此，测量人员必须完全熟悉这些标准。

应对所有使用和可进入的地点进行测量。被测设备的操作人员及测量人员离测试区尽可能远。所有正常存在的物体，可以反射或吸收能量，都不能搬离。测量人员应采取预防措施，防止射频(RF)烧伤和冲击，特别是在高功率、低频系统附近。

第3部分 相互作用机制与生物效应

1 相互作用机制

ELF和VLF场与生物系统相互作用的唯一确认的机制是：

1）电场诱使受暴露机体表面产生电荷并在体内产生电流(mA/m2)，电流大小取决于体表面电荷密度。根据曝光条件、曝光体的大小、形状和位置，表面电荷密度会发生很大的变化，导致体内电流的变化和不均匀分布。

2）磁场也通过诱发人体内的电场和电流而作用于人类。

3）暴露在ELF或VLF电场中的导电物体(例如汽车)中产生的电荷，可能通过电流传导到与之接触的人。

4）磁场耦合导体(例如，铁丝网)使电流(与暴露场的频率相同)传导到与之接触的人。

5）当暴露于强电场中的人和金属物体足够接近时，会发生瞬态放电（火花）。

6）电场或磁场可能干扰植入的医疗设备(例如心脏起搏器)并导致故障。

上面列出的前2个相互作用是人与ELF或VLF场之间直接耦合的例子。后4种相互作用是间接耦合机制的例子，因为它们只能在暴露的生物体靠近其他物体时发生。这些物体可以包括其他人或动物和物件如汽车、栅栏或植入装置。

不断有人提出生物组织与ELF或VLF场之间相互作用存在其他机制，有一些证据证明它们的存在，但没有人证明它对健康会造成任何不利后果。

2 健康效应

证据表明，暴露于频率>0～30 kHz的电场和磁场中的大多数已确定的效应，是由于对表面电荷和诱导电流的急性反应所致。人们可以感知由ELF电场(但不是磁场)引起的振荡表面电荷对他们身体的影响；这些影响如果足够强烈，就会变得恼人。

人类神经和肌肉细胞可感觉到数mT和1~1.5 kHz磁场中的电流刺激，阈值电流密度被认为在1A/m2以上。5～10 mT(20Hz)的磁场或直接施加于头部的电流可诱致人眼产生闪烁的视觉感觉。对这些反应和神经生理学研究结果表明，微妙的中枢神经系统功能，电流密度超过10 mA/m2时，可能影响到推理或记忆。频率低于1 kHz时，阈值很可能保持不变，但此后可能会随着频率的增加而上升。

几个离体研究报告结果表明，在电流密度约为10～1000 mA/m2的情况下，没有明确的酶活性与蛋白质代谢等的改变。正常情况下，神经和肌肉的内源性电流密度通常1 mA/m2，心脏10 mA/m2，这些电流密度不会对神经、肌肉和其他组织产生不利影响。如果频率不超过1kHz，将感应电流密度限制在10 mA/m2以下，就可以避免这种生物效应。。

几个可能的生物相互作用区域及其与健康的关联，我们的知识是有限的，包括：松果体夜间褪黑激素水平的可能变化，以及暴露在ELF电场或磁场中引起的动物昼夜节律的改变，以及ELF磁场对发育和致癌过程的可能影响。此外，还有一些证据表明，生物对极弱的电场和磁场有反应：包括改变脑组织中钙离子的迁移率、改变神经元的放电模式和改变操作数行为。据报道，振幅和频率均为“窗口”，这挑战了传统的假设，即响应的幅度随着剂量的增加而增加。这些影响没有得到很好的证实，也没有为限制人的接触提供依据，尽管有必要进行进一步的调查。

表4 给出了人体各种生物效应诱导电流密度的大致范围。

资料来源：ILO，2011年。

第4部分 职业暴露标准

几乎所有有关 > 0～30 kHz的标准都有接触限值，他们的制定理由，都是基于需要保持感应电场和电流的安全水平。通常感应电流密度限制在10 mA/m2以下。表5概述了目前的一些职业接触限值。

表5 在频率>0至30 kHz范围内接触电场和磁场的职业限值(注意f是以Hz为单位)

第5部分 防护措施

在高压输电线路附近发生的职业暴露，取决于工作人员的位置。在高压线带电条件下工作时，可穿戴防护服将体内的电场强度和电流密度降低到与地面工作时相似的数值。防护服不会减弱磁场的影响。

应明确规定保护工人和一般公众免受ELF或VLF电场和磁场可能产生的不利影响的责任。建议主管当局考虑采取以下步骤：

制定接触限值和实施相应的规范制定降低电磁干扰敏感性的技术标准，例如起搏器制定标准，界定电磁干扰(例如用于起搏器和其他植入装置的)，在强电场和磁场源周围设置警示标识，限制出入。要求在每个具有高暴露潜力的场址指定一名负责人，负责工人和公众的安全建立标准化测量程序和测量技术对工人进行有关ELF或VLF电场和磁场影响的知识教育，培训有关防控知识起草ELF或VLF电场和磁场中工人安全的准则或业务守则。