工频电磁场对人体的影响

工频电磁场对人体的影响 作 者:余竑儒 指导老师:王云珊 专业:技术学院2007级电气工程及其自动化 摘 要:本文主要介绍了什么是工频电磁场和分析了工频电磁场对人体的作用的机理,进一步阐述了工频电磁场暴露限值制定的依据,介绍了如何计算工频电磁场暴露限值。。目前,各国推荐的暴露限值主要以国际非电离辐射防护委员会(ICNIRP)制定的导则为依据来制定,我国也亟待出台相关来电力行业的建设 关键词 工频电磁场 暴露值 基本限值 导出限值 人体 建康 一， 工频电磁场 工频电磁场，指的是工频电场感应出来的磁场。变压器传输电能，就是靠电场和磁场相互作用。我国的电频率是50HZ,工频电场也就是50HZ的电场。由于电磁场随时间T的变化缓慢，在不影响工程计算的前提下，往往可以忽略麦克斯韦方程组中的dB/dt或dD/dt项，以简化计算过程，简化后电磁场称为准静态磁场，有类同天静态电磁场的某些特征。在工频电磁场暴露中，由于通常忽略dB/dt或dD/dt项，因此可以将电场和磁场对人体的影响分开考虑。 假设工频电磁场频率为50Hz，波长为6000KM。如果把有限长度的输电线路视为“发射天线”的话，则人体处天近场区，该区域内的电场与磁场无固定关系，且分别与人体耦合，在人体中产生感应电流，由于其生物效应不同于高频，因此不产生因电磁场辐射穿透所产生的热效应。 二， 工频电磁场对人体的影响 ELF-EMF,极低频电场、磁场和电磁场,暴露会对人体产生直接和间接影响。直接影响源于场与身体的直接相互作用，间接影响则涉及身体与不同电势物体间的相互作用。当人体与电势不同的物体接触时，就会产生接触电流。 直接影响 在低频时变电场中，由于人体的导电特性，低频时变的电池与人体之间的直接相互作用可以导致人体内电荷流动,电流,。而由于人的介电特性，低频时变的电场会引起人体内束缚电荷极化,形成电偶极子,以及组织中的电偶极子重新定向，在人身体表面上感应出表面电荷，进而会在体内感应出电场和电流。各种效果的相对强弱取决于人体的导电率 和介电常数 。而处于电场中的人体会影响电场的空间分布，人体外的电场线近似垂直与人体表面。 对于低频时变磁场而言，根据电磁感应定律可知低频时变的磁场与人体之间的直接相互作用可以产生感应电场以及循环电流。感应电场以及电流密度的大小与环路的半径、组织的导电率，以及磁通量密度的变化率和大小成正比。而由于人体组织的磁导率与真空磁导率相同，即 ，所以体外的磁场与人体资质中的磁场是相同的，磁场中的人体不会明显影响磁场的分布。 总之，低频电磁场与人体的直接作用可以在人体内感应出微弱的电场额电流。工频电磁场对人体的直接影响包括短期效应和和长期效应。就短期效应而言，当人体内感应电流密度超过一定阀值，就会对人的神经和肌肉组织产生影响。此类影响随着感应电流密度的增大而 加剧，感应电流对人体的短期效应如表1所示。因此，为防止对神经系统早晨危害，必须限制人体暴露在感应电流密度超过100MA/M3的场中。 表1 感应电流对人体的短期效应 感应电流密度 对人体的影响 <10 未发现具有危害健康的效果 10—100 生物组织受到影响,人的认知功能 发生变化 >100 会刺激神经和神经肌肉 >1000 严重威胁到生命安全,人体会出现 必跳加速,心室纤颤,肌肉强直,以 及呼吸困难等 目前，工频电磁场对人体的长期效应还不明确，围绕长期暴露于极低频电磁场下会否增加患癌症的风险已展开了大量研究。但是，由于对癌症的病因并不确定，且调查环境中可能会存在其他的致病因素使研究结果产生偏差，以至于无法证明两者之间是否确定存在关联，因此不能以此作为制定工频电磁场限值的基础。 间接影响 电磁场的间接效应来自人与电视不同的物体发生物理接触，如与场中的金属发生触碰或者擦碰，会产生接触电流。接触电流对人体的间接影响如表2所示。 表2 接触电流对人体的间接影响 50/60Hz的电流 间接影响 0.2到0.4 接触感 0.9到1.8 手指触点的疼痛感 8到16 引起疼痛的电击或松脱 12到23 严重电击或呼吸困难 三,工频电磁场对人体有怎样的影响 1,工频电磁场对中枢神经系统的影响 长期以来,关于工频电磁场对中枢神经系统有无影响的问,各国学者一直有着不同的看法.国内外许多关于高压，超高压输电线和变电站的劳动卫生学指出神经衰弱和记忆力减退是工频电磁场作业人员最常见的症状，但缺乏客观检查结果。目前认为工频电磁场对中枢神经的作用主要有电场引起，这一观点可在动物实验中得到佐证。 2,工频电磁场与肿瘤发生的关系 许多调查发现，电磁场的职业暴露虽然可能增加肿瘤的发生风险，尤其是白血病，淋巴系统肿瘤和神经系统肿瘤，但这种风险程度并不高，没有统计学意义。但是应该指出，如果在生产环境中同时存在着其他较强的致癌因素时，工频电磁场的这个作用就不容忽视。 3,工频电磁场对生殖的影响 统计表明，仅孕早期使用电热毯与流产的发生率增高有关。但是孕中期使用电热毯的流产发生率减少。国外，Nordstrom等首次报道，对542名电厂工人进行回顾性调查发现，凡父亲在高压调度室工作的，子女患先天性畸形的比例增高。由于例数较少，结论尚不肯定。 上面只是工频电磁场对人体危害的一部分,下面介绍一下工频电磁场子对人体影响的一些想关案例 (1)美国纽约州北部的一个城镇,在离地面60m的空中有一新架设的高压输电线通过。有时常常听到“噼啪噼啪”的响声,人们感到担心。有一天夜晚,天色漆黑,人们每人手里拿着一支荧光灯灯管～纷纷聚集到高压线下面。结果手里拿的灯管都闪闪发光。人们更加不安。有人 说:“这太叫人担心了～电线离地面高达60m～而它辐射出来的电磁能竟然可以使荧光灯发出比较强的光。在这种环境是否安全可靠,是否可致癌,希望专家们进行调查研究。”这种担心是普遍的～呼声是强烈的。 ,2,美国明尼苏达州有一个农场～1978年某电力公司在农场上空架设了765KV的高压输电线～并正式送电。由于这种输电线有强大的电流通过～因而在它下面15m的地方～形成的电磁场强度高达10KV/m以上～常常听到“噼啪”声。由于输电线所放射出来的强大电磁能作 用～人们发现电线下面的植物叶子枯萎了。在这条输电线下面～人体如果和拖拉机或其他铁质工具相接触～就会产生电火花～接触的身体部分会感到疼痛。在下面劳作的人常常发现毛发由于电场力的作用而 竖立起来。这家农场主玛丽琳?古露巴女士和她的丈夫都提出调查的要求。他们说:“自从建了这条输电线～它放出的电磁波使我们感到好像有蜘蛛在身上爬行 似的～耳朵听得见～皮肤可以感觉到这种电场的作用～只是眼睛看不见”。 ,3,美国纽约州的锡腊丘兹美国复转军人医疗中心生物物理学家安德鲁?马利诺博士作过试验研究并得出了高压输电线产生的电磁场对人类和动物产生危害的结论。他的研究报告指 出:“在高压输电线下～人与动物的生长发育收到阻碍～当距离高压输电线90，150m的半径范围内～可以看出对血液的生化性以及脉搏变化等生理影响”。 ,4,1979年～美国的瓦尔特哈马博士的有关论文曾指出:在高压电网电线路和变电站附近 这些较强电磁场的地方出生的婴儿～其白血病发病率较正常情况高2.98倍～癌症发病率高 2.25倍。 ,5,1993年发表了一项北欧三国的有关调查材料的科研报告指出～输电线路的产生的磁场 达到0.2μT以上时～婴幼儿的白血病发病率增加2.1倍～脑肿瘤发病率增长1.5倍。 ,6,日本大阪工业区某一变电站周围居住着众多的居民～十年来白血病的平均发病率为该市其他地区的127倍。 ,7,伦敦大学机械主任利夫弗里伯格说:“前几年在我们这里工作的职工当中发现6名癌症患者～其中4个都是由于电磁波辐射造成的。这几位都是研究电磁铁的科学家～它们整天生活在高达40μT的环境里～比其他人受到的辐射都多 四,工频电磁场的安全限值 基本限值和导出限值 各标准中的暴露限值包括基本限值和导出限值两部分。基本限值是指根据已确定的健康效应而制定的暴露在时变电场、磁场和电磁场中的限值。通常以物理量电流密度J来衡量。为防止对神经系统功能造成影响，通常不允许人体暴露在感应电流密度超过100MA/M2的磁场中。对于职业暴露，取安全系数为10，因此职业暴露的基本限值为10MA/M2。对于公共限值，取安全系数为50，因此公众暴露基本限值为2MA/M2. 导出限值则用来评估实际暴露以确定基本限值是否被超过。一类导出限值以物理量电场强度,E,和磁通量密度,B,来衡量，其值可根据相关的基本限值，用测量或者计算的方法求得,而另一类导出限值以物理量接触电流,Ic,来衡量，其值根据暴露在电磁场中的感觉和不利的间接影响直接提出。前一类导出限值是用于与实际电磁场中的测量值进行对比的，如果测量值低于导出限值，可确保满足基本限值,如果测量值高于导出限值，则并不一定意味着超过了基本限值，此时需要进行更详细的分析，以便评估是否满足基本限值的要求。 导出限值的计算 由于在人体或动物身上进行大量的实际测量是很困难的，因此根据基本限值求导出限值时，主要提过建立人体模型进行计算，国际上各个标准中关于基本限值的规定大多相同，而导出限值的区别却比较大，主要原因是建立的人体电流模型存在较大的差别，在国际电工委员会,IEC,的标准IEC 62226-1和IEC62226-2-1中对建立人体模型和计算导出限值有比较详细的描述。近年来，以人体解剖学为基础的高精度‘非均匀人体电路模型得到了很大的发展，极大增强了预测体内感应电流分布的能力。 导出限值电场强度E的计算 目前，关于工频电场在人体产生感应电流的研究较多，下面介绍其中一种计算导出限值电场强度E稍微方法，采用的模型如图所示 该模型采用人体绝缘模型，用圆形模拟头部，细圆柱模拟颈部，粗圆柱表示躯干和胳膊，稍细的圆柱表示双腿。由于人体与大地绝缘，人体中会产生电势，产生的感应电荷由电场和人体的特性觉得，将人体近似看作导体，人体表面电荷密度P为 P=aEa 式中:a:真空介电常数, Ea:人体表面外部场强法线方向分量。 由于将人体看成一个导体，Ea等于人体表面外部的电场强度E。因此，电流密度J则可表示为 J=wP=waEa 式中，w:角频率。 由此可求出人体外部的电场强度E。 导出限值磁通量密度B的计算 下面介绍一种方法计算导出限值磁通量密度B 。人体磁导率t=t0，因此人体中的磁场与外部的磁场相同，不会影响外部磁场的分布。假设人体不同器官与身体部位具有均匀的各向同性的电导率，磁场为纯正弦的时变磁场，将人体暴露部分垂直于磁场入射方向的横截面看成是圆形，根据电磁感应定律，可得 因此 E*2 r= 式中:E:人体中感应产生的场强, J:人体内感应产生的电流密度, f:频率, R:半径。 因此，由电流密度J可以求出人体外部的磁通量强度B。 导出限值接触电流Ic的计算 下面介绍的接触电流的计算方法，在计算接触电流时，假设人体在垂直方向电场作用下接触接地导体，其接触电流的大小可表示为 Ic=9.0* 式中:h:人体的身高，cm, f:电场的频率，Hz, E:环境电场强度，kV cm。、 结束语:随着社会的发展和健康意识的增强，人们是益关注电磁环境对人体健康的影响，如手机的电磁辐射及高压输变电设备的工频电磁场子等。随着工频高压设备安臵点与人们的生活范围越来越近，而长期暴露于此类高压输变电设备产生的工频电磁场中，是否会影响人体的健康越来越引起了人们的关注，只有在认清了工频电磁场的真面目我们才能更好的去保护我们自已，免于工频电磁场的危害和不必要的担忧。