動(dòng)車組內(nèi)部電磁環(huán)境測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)研究*

余 俊， 陳煥玉， 周 毅， 陸 陽(yáng)

(1 北京縱橫機(jī)電技術(shù)開(kāi)發(fā)公司， 北京 100094；2 中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 機(jī)車車輛研究所， 北京 100081)

我國(guó)高速動(dòng)車組事業(yè)飛速發(fā)展，運(yùn)行的各型號(hào)動(dòng)車組均應(yīng)由國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)體系嚴(yán)格把控，電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)是其中的一個(gè)大項(xiàng)。電磁兼容性能關(guān)系著乘客和乘務(wù)人員的身體健康，故需對(duì)動(dòng)車組的內(nèi)部電磁環(huán)境進(jìn)行測(cè)試。文獻(xiàn)[1-2]介紹了國(guó)際電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)化組織，對(duì)我國(guó)電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)起到了積極作用。筆者研究了世界各國(guó)對(duì)于動(dòng)車組車內(nèi)電磁環(huán)境的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)和磁場(chǎng)限值，較權(quán)威的標(biāo)準(zhǔn)包括：TB/T 3351-2014《動(dòng)車組內(nèi)低頻磁場(chǎng)限值與測(cè)量方法》、JIS E 4018-2012《鐵道車輛—磁場(chǎng)測(cè)量方法》、IEC 62597-2011《鐵路環(huán)境中關(guān)于人體輻射的電子和電氣裝置產(chǎn)生的磁場(chǎng)等級(jí)測(cè)量程序》。對(duì)以上3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試方法、測(cè)試工況、測(cè)試設(shè)備等方面進(jìn)行了分析和對(duì)比。

1 標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比

TB/T 3351-2014為中國(guó)根據(jù)國(guó)內(nèi)實(shí)際情況制定的鐵路行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。JIS E 4018-2012為日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，由日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)調(diào)查會(huì)制定。IEC 62597-2011為歐洲標(biāo)準(zhǔn)，由國(guó)際電工委員會(huì)(International Electro Technical Commission, IEC)組織制定。

1.1 測(cè)試頻段對(duì)比

由于牽引變流器和輔助變流器等主要干擾源的開(kāi)關(guān)頻率為幾千赫茲以下，磁場(chǎng)占干擾的主要成分，20 kHz 以上的諧波分量較小[3]，3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的測(cè)試頻段均為0～20 kHz。

1.2 測(cè)試設(shè)備對(duì)比

對(duì)于測(cè)試設(shè)備，每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都將測(cè)試探頭分為靜磁場(chǎng)探頭和交流磁場(chǎng)探頭，雖然不同標(biāo)準(zhǔn)中探頭測(cè)試的磁場(chǎng)范圍不同，但是標(biāo)準(zhǔn)中的要求基本相同。

TB/T 3351-2014中規(guī)定了測(cè)試所使用的設(shè)備，測(cè)試DC～1 Hz 時(shí)，使用三軸同向探頭；測(cè)試AC交流磁場(chǎng)時(shí)，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(cè)試頻率范圍為5～20 kHz。

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

IEC 62597-2011中規(guī)定：直流磁場(chǎng)使用三軸各向同性探頭測(cè)試；交流磁場(chǎng)的測(cè)試使用具有3個(gè)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(cè)試頻率范圍為5～20 kHz。交流磁場(chǎng)也可使用三軸探頭磁通門傳感器測(cè)試，最小測(cè)試范圍為0～20 kHz。

1.3 測(cè)試工況對(duì)比

從各標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的測(cè)試工況角度來(lái)分析，測(cè)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(yīng)運(yùn)行，且應(yīng)啟用所有相關(guān)裝置(例如：空調(diào)，照明，加熱等)。這種工況符合動(dòng)車組停站時(shí)的實(shí)際運(yùn)營(yíng)情況。

(2) 動(dòng)態(tài)工況，此工況需要?jiǎng)榆嚱M從靜置工況以最大的加速度到達(dá)最高速度，然后惰行一段時(shí)間，最后以最大電制動(dòng)停車。要求牽引電路、輔助電路正常運(yùn)行，且相應(yīng)負(fù)載應(yīng)正常工作。在電制過(guò)程中，若電制動(dòng)系統(tǒng)使用多種不同的電路，則必須分開(kāi)測(cè)試這些電路。動(dòng)態(tài)工況符合動(dòng)車組正線運(yùn)行實(shí)際情況。

標(biāo)準(zhǔn)中的試驗(yàn)工況充分考慮了動(dòng)車組在實(shí)際運(yùn)營(yíng)中的各種情況，對(duì)于日后指標(biāo)評(píng)價(jià)及科學(xué)研究有重要意義。

1.4 測(cè)試方法對(duì)比

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

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

IEC 62597-2011中規(guī)定：表面法對(duì)工作人員和公眾人員的測(cè)量高度都為距地板面0.5，1.0，1.5 m。體積法工作人員測(cè)量高度為1.0，1.5 m。公眾人員測(cè)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(yùn)行狀態(tài)下，對(duì)人能接觸到的列車內(nèi)干擾源，應(yīng)使用表面法或體積法進(jìn)行測(cè)試。

表面法：

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

體積法：

測(cè)試時(shí)距離墻面的水平距離不得小于0.3 m。

研究3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試方法發(fā)現(xiàn)：

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

(2) 測(cè)量點(diǎn)在盡可能接近人體的輻射源上方以及司機(jī)室和乘務(wù)員工作區(qū)域。

(3) 測(cè)點(diǎn)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(duì)人體健康影響做出評(píng)價(jià)。

1.5 標(biāo)準(zhǔn)限值對(duì)比

我國(guó)使用的磁場(chǎng)照射限值標(biāo)準(zhǔn)為：TB/T 3351-2014、GB 8702-2014《電磁環(huán)境控制限值》，另外還有德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)DIN 0848-4/A3-1995《電磁場(chǎng)中的安全性在0至30 kHz頻率范圍中的人體防護(hù)》。通過(guò)對(duì)各標(biāo)準(zhǔn)中限值的對(duì)比，從中找到相同與不同。各標(biāo)準(zhǔn)限值對(duì)比見(jiàn)圖1。

注：GB 8702-2014中靜磁場(chǎng)限值取1 000 μT圖1 各標(biāo)準(zhǔn)限值對(duì)比

TB 3351-2014職業(yè)限值是指動(dòng)車組上工作人員活動(dòng)區(qū)域電磁輻射的限值，測(cè)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(jìn)行測(cè)量，測(cè)量點(diǎn)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(jìn)行測(cè)量，測(cè)量點(diǎn)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(chǎng)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(duì)安裝有心臟起搏器的乘客所規(guī)定的這一限值。

通過(guò)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(zhǎng)期在動(dòng)車組車上工作，因此對(duì)于工作人員的限值要求相對(duì)較低，但是能夠保證工作人員的身體健康。對(duì)于公眾乘客來(lái)說(shuō)，由于乘客情況復(fù)雜，因此限值要求相對(duì)較高。對(duì)于0.3 m腳部及腿部非重點(diǎn)位置的限值也與0.9，1.5 m腹部及頭頸部有所不同，對(duì)于腰腹部和頭頸部等人體關(guān)鍵部位，標(biāo)準(zhǔn)限值最為嚴(yán)苛。

GB 8702-2014由我國(guó)環(huán)境保護(hù)部發(fā)布，為加強(qiáng)電磁環(huán)境管理、保障公眾健康針對(duì)所有人群的而制定的強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)，因此標(biāo)準(zhǔn)中的限值需要覆蓋各行各業(yè)。標(biāo)準(zhǔn)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(yán)苛，由于國(guó)標(biāo)比行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)高，級(jí)別低的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)當(dāng)比較高級(jí)別的標(biāo)準(zhǔn)更加嚴(yán)苛，否則就違反了制定標(biāo)準(zhǔn)的初衷，所以TB/T 3351-2014 1 kHz 以上的標(biāo)準(zhǔn)限值參考意義不大。

DIN 0848-4/A3-1995是德國(guó)針對(duì)心臟起搏器而制定的標(biāo)準(zhǔn)，因此是以上標(biāo)準(zhǔn)中限值最為嚴(yán)苛的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，TB/T 3351中腰腹部和頭頸部限值與此限值較為接近。

2 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)比，可以看出測(cè)試方法基本相同，標(biāo)準(zhǔn)限值也有很多相同的地方。因此，不同標(biāo)準(zhǔn)在電磁環(huán)境測(cè)量方法和限值上達(dá)成了基本的共識(shí)。

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

在限值上應(yīng)將職業(yè)工作人員與公眾乘客分開(kāi)，對(duì)于不同的身體部位應(yīng)該也有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。

綜上所述，測(cè)試動(dòng)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(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行測(cè)量，在限值的選擇上應(yīng)當(dāng)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(biāo)準(zhǔn)的國(guó)內(nèi)外概況[J].電動(dòng)工具,2004(4):18-23.

[2] 張林昌.發(fā)展我國(guó)的電磁兼容事業(yè)[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào),2005,20(2):23-28.

[3] TB/T 3351-2014動(dòng)車組內(nèi)低頻磁場(chǎng)限值與測(cè)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(chǎng)中的安全性在0至30 kHz頻率范圍中的人體防護(hù)[S].