GBT 25312-2010 焊接設(shè)備電磁場對操作人員影響程度的評價準(zhǔn)則

焊接設(shè)備電磁場對操作人員影響程度的評價準(zhǔn)則Thestandardizationfortheevaluationofwelderexposurelectromagneticfieldofweldingequipment中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局GB/T25312—2010前言 I 2術(shù)語和定義 3曝露限值 23.1曝露限值 3.2基本限值 3.3電場下的曝露 3.4綜合評估方法 4試驗與評估程序 4.1焊接環(huán)境電磁場測量 4.2電磁輻射現(xiàn)場監(jiān)測的質(zhì)量保證 4.3測試設(shè)備 4.4焊接電磁曝露評估方案 4附錄A(規(guī)范性附錄)關(guān)于焊接作業(yè)人員電磁曝露的限定值及評估限值 附錄B(資料性附錄)關(guān)于焊接電磁場防護的一般信息 9附錄C(資料性附錄)人體內(nèi)感應(yīng)的電流密度和內(nèi)部電場的計算方法——處于磁場中的人體的二維模型 本標(biāo)準(zhǔn)參考了世界衛(wèi)生組織推薦國際非電離輻射防護委員會(ICNIRP)《限制時變電場、磁場和電磁場(300GHz及以下)曝露的導(dǎo)則，1998》、電氣與電子工程師學(xué)會/國際電磁安全委員會(IEEE/焊接設(shè)備電磁場對操作人員影響程度的評價準(zhǔn)則本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了焊接設(shè)備及其輔助裝置在正常焊接條件下產(chǎn)生的電磁場對現(xiàn)場操作人員影響的本標(biāo)準(zhǔn)不涉及對焊接設(shè)備產(chǎn)品電磁兼容性的評定。限值用電場強度(E)、磁場強度(H)、磁感應(yīng)強度(B)、脈沖場為比吸收能(SA)、功率密度S等物理量表示。由于其便于直接測量，通常用于與實際測量值對比并進行安全評估。當(dāng)實際測量值低于導(dǎo)出限值2電磁場electromagneticfields由四個相互有關(guān)的矢量確定的，與電流密度和體電荷密度一起表征介質(zhì)或真空中的電和磁狀態(tài)電場強度electricfieldstrength電場矢量場量E的大小決定了靜電荷q上作用的電場力下，具體可表述為：F=qE磁場強度magneticfielasttength磁場強度矢量場量方的大不與磁感應(yīng)強度向量B相關(guān)，他們之間的關(guān)系具體可表述為：式中：μr——介質(zhì)的相對磁導(dǎo)率；μo——自由空間磁導(dǎo)率。在給定點，等于磁感應(yīng)強度除以磁常數(shù)，并減去磁化強度。磁感應(yīng)強度magneticinduction矢量場量B,不用在具有一定速度的帶電粒子上的力等于速度與B矢量積，再與粒子電荷的乘積，其單位為T。在上氣中，磁感應(yīng)等于磁場強度乘以磁導(dǎo)率，即B=μH電流密度(J)erentdensity表示在單位面積上飾過的電流強度的物理量，或電磁場對人體內(nèi)單位區(qū)域感應(yīng)的電流強度。其單位為A/m2。能耗環(huán)境場environorontalfield由焊接設(shè)備所產(chǎn)生的電場或做場，且在人體不存在時所測到的值。電磁場測量electromagneticfieldmeasurement根據(jù)國際有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，當(dāng)輻射源的工作頻率低于300MHz時，應(yīng)對工作場所的電場強度和磁場強度分別測量。偶聯(lián)因子KcouplingfactorK偶聯(lián)因子用于人體所處復(fù)雜電磁場情況的曝露評估，例如不均勻磁場或擾動電場。3曝露限值3.1曝露限值曝露限值以導(dǎo)出限值作為判定依據(jù)。對不宜以導(dǎo)出限值進行測量時，以基本限值作為判定依據(jù)。33.2基本限值——10MHz～10GHz,基本限值為比吸收率(SAR)。3.3電場下的曝露有累加效應(yīng)。對于低頻電磁曝露的安全評估，在低于10MHz的頻率下，磁場的評估應(yīng)符合如下評估對于職業(yè)曝露，式中b取為30.7μT(見表1)。對于脈沖或非正弦(包括直流分量)的焊接電流應(yīng)對其直流和交流成分單獨進行評估。其中交流成分應(yīng)按照時變場的限值條件進行評估。直流成分應(yīng)該按照靜態(tài)場的限值進行評估。交流部分可能含有一系列的頻譜成分，尤其是基波成分(例如在脈沖MIG或逆變焊焊接過程脈沖重復(fù)率)和諧波成分。頭/軀干部分電場強度E注1:f是指頻率(Hz)。注2:由于身體的電特性不均勻，電流密度取垂直于電流方向的1cm2橫截面的平均值。注3:對于100kHz及其以下的頻率，可通過將均方根乘以2的平方根得到峰值4試驗與評估程序4.1焊接環(huán)境電磁場測量4——輻射源數(shù)目，如果多個輻射源存在，應(yīng)確定是否屬于同種輻射源，可否進行疊加；——相關(guān)的時域和頻域特性，以選取相對應(yīng)的探頭類型；——輻射源到測試點的距離。測量場所應(yīng)是焊接操作現(xiàn)場并且應(yīng)在輻射源正常工作時間內(nèi)進行，同時要考慮電磁場對身體各個部位的影響。對于焊接設(shè)備(弧焊設(shè)備和阻焊設(shè)備)及其焊接過程中產(chǎn)生的磁場，為了準(zhǔn)確地評估磁場對作業(yè)人員安全與健康的影響，在測試過程中盡量模擬焊接現(xiàn)場實際焊接情況，選取典型作業(yè)位置包括焊炬附近、電纜周圍、電極附近等進行測量。這樣才能真實地反映焊接作業(yè)人員所處位置的磁場大小。焊炬所連接輸出電纜距離身體最近，其產(chǎn)生的電磁場對人體影響最大。焊接作業(yè)人員現(xiàn)場作業(yè)時焊接電纜通常接近身體，所以選取距離電纜較近的測量點測量其磁感應(yīng)強度，用來模擬電纜緊貼身體情況。焊接電源本身也是輻射源，量然電源外部機箱能起到一定的磁場屏蔽作用，但是由于屏蔽材料選取不當(dāng)以及機箱設(shè)計不合理等因素的存在勢必降低其屏蔽性能。由此產(chǎn)生的電磁輻射直接作用于人體，對人身安全造成了威脅，選取距焊接電源水平不同距離處分別進行測量其磁感應(yīng)強度綜合值，用來模擬焊工在焊接電源周圍的情況。阻焊設(shè)備的電極通過的電流較大，可達到幾萬安磨，所以在電極周圍將產(chǎn)住很人的磁場。焊接作業(yè)人員實施焊接時距離電極較近，由此產(chǎn)生的電磁輻射直接作用于人體頭部、胸部以及手臂。電極附近的磁場強度可能超出測量設(shè)備的量程，為了保證測試設(shè)備及測試人員的安全，對阻焊設(shè)備的測量應(yīng)采取從遠(yuǎn)處逐漸靠近電極的方武進行。4.2電磁輻射現(xiàn)場監(jiān)測的質(zhì)量保證對電磁輻射監(jiān)測事先必須制定監(jiān)測方案及實施計劃。監(jiān)測點位置的選取應(yīng)考慮使監(jiān)測結(jié)果具有代表性，不同的監(jiān)測目的應(yīng)采取不同的監(jiān)測方案。監(jiān)測所用儀器必須與所測對象在頻率、量程、響應(yīng)時間等方面相符合，以保證獲得真實的測量結(jié)果。監(jiān)測時要設(shè)法避免或盡量減少干擾，并對不可避免的干擾估計其對測量結(jié)果可能產(chǎn)生的最大誤差。監(jiān)測時必須獲得足夠的數(shù)據(jù)量，以便保證測量結(jié)果的統(tǒng)計學(xué)精度。監(jiān)測儀器和裝置(包括天線或探頭)必須進行定期校準(zhǔn)。監(jiān)測中異常數(shù)據(jù)的取舍以及監(jiān)測結(jié)果的數(shù)據(jù)處理應(yīng)按統(tǒng)計學(xué)原則處理。電磁輻射監(jiān)測應(yīng)建立元整的文件資料。儀器的校準(zhǔn)說明書。監(jiān)測方案，監(jiān)測布點圖，測量原始數(shù)據(jù)，統(tǒng)計處理程序等必須全部保留，以備復(fù)查。任何存檔或上報的監(jiān)測結(jié)果必須經(jīng)過復(fù)審，復(fù)審者應(yīng)是不直接參與此項工作但又熟悉本內(nèi)容的專業(yè)人員。4.3測試設(shè)備電磁場測量是采用各向同性的磁場探頭將某一點的磁感應(yīng)強度量值轉(zhuǎn)化為電量(如電流或電壓),該電量經(jīng)采集系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為離散的數(shù)字信號，這些離散的數(shù)字信號經(jīng)EFT變換，轉(zhuǎn)換成磁感應(yīng)強度的頻譜，比較各頻段的測量值和導(dǎo)出限值評估當(dāng)前焊接環(huán)境電磁污染是否超標(biāo)。一個典型的測量焊接電磁場分布的測量和評估的設(shè)備包括：各相同性的磁場探頭、數(shù)據(jù)采集模塊和分析軟件等，并且具有對所測的焊接環(huán)境電磁場是否超標(biāo)的評估功能。4.4焊接電磁曝露評估方案焊接電磁曝露評估涉及到焊接設(shè)備及其所處的環(huán)境，不同的焊接電源在不同的環(huán)境下電磁曝露情況是不一樣的。評估方案框圖如圖1所示。圖中兩個虛線框內(nèi)的內(nèi)容是焊接電磁場信息的獲得途徑，即得到由焊接電流引起的電磁場的空間分布情況。這一過程可以有測量和仿真兩種方法獲得，仿真的前提是焊接電流的參數(shù)明確，把焊接電流施加在焊接電源電磁模型中，計算電流引起的電磁場場強。而測量則是利用低頻電磁場測量裝置對焊接電源實際工作時產(chǎn)生的電磁場測量得到電磁場場強值。焊接電磁曝露評估分析軟件，實現(xiàn)不同頻率磁場強度測量值與導(dǎo)出限值的對比，給出是否超標(biāo)提示；當(dāng)不同頻率分量磁場都不超標(biāo)時，按照評估公式計算綜合磁場曝露是否超標(biāo)。和其他有關(guān)參數(shù)應(yīng)給予詳細(xì)的說明。除了采用測量方式對電磁曝露情況評估以外，還可以采用數(shù)值模擬的方法對焊接電磁場進行評估，這種方法基于焊接電源的結(jié)構(gòu)和焊接參數(shù)進行計算和評估。適合于仿真仿真測量傳感器數(shù)據(jù)庫分析模塊(提取數(shù)據(jù)庫內(nèi)容)評估模塊(限值、評估公式)6本標(biāo)準(zhǔn)所涉及的焊接作業(yè)人員電磁安全與健康問題是基于已確定的短時效應(yīng)提出，這些對人體的不利影響由電磁場作用于人體產(chǎn)生感應(yīng)電流與能量吸收造成。同時長期曝露于電磁場而造成的健康危露均不得超過該數(shù)值。其低頻范圍內(nèi)由電流密度給出；高頻范圍(大于100kHz)時由比吸收率(SAR)給出。遵從基本限值能保證人體不受已確定的有害效應(yīng)的風(fēng)險。與頻率有關(guān)的電磁曝露基本限值由表A.1給出。電流密度J頭/軀干部分四肢部分 一一 注1:f是指頻率(Hz)。注2:由于人體各部位的電特性不均勻，電流密度取垂直于電流方向的1cm2橫截面的平均值。周期為t。的脈沖，基本限值可用等效頻率f=1/復(fù)雜脈沖情況的評估應(yīng)遵從更為嚴(yán)格的計算方法。SAR值與體內(nèi)感應(yīng)電場強度的平方呈正比。平均在不同頻率同時曝露的條件下，能否將這些頻率曝露進行綜合考慮是十分重要的。應(yīng)分別對多個果測量值超出導(dǎo)出限值并不意味著曝露限值也同時超出，需要進一步的分析方可確認(rèn)。在焊接作業(yè)人電場強度E 注1:f是指頻率(Hz)。注13:頻率在100kHz～10MHz范圍內(nèi)，場強峰值是通過在100kHz峰值的1.5倍和10MHf/Hz圖A.1低頻電磁場感應(yīng)電流密度生物效應(yīng)(1Hz～100kHz)8對高頻電磁輻射的測量參數(shù)分別為電場強度、磁場強度和電磁場功率通量密度。對于不同的測量量儀和選頻式輻射測量儀。無論是非選頻式寬帶輻射測量儀還是選頻式輻射測量儀，基本構(gòu)造都是由天線(傳感器)及主機系統(tǒng)兩部分組成的。對電磁輻射源的測量主要是監(jiān)測其近場區(qū)電磁輻射的強弱。a)環(huán)境條件。對環(huán)境條件測量的儀器應(yīng)按照規(guī)定的使用條件，測量記錄表應(yīng)注明環(huán)境溫度和相b)測量儀器?？蛇x用各向同性響應(yīng)或有方向性電場探頭或磁場探頭的寬帶輻射測量儀。采用有方向性探頭時，應(yīng)在測量點調(diào)整探頭方向以測出測量點最大輻射電平。測量儀器工作頻帶e)數(shù)據(jù)處理。求出每個測量部位平均電場強度值(若有幾次讀數(shù)),最好是RMS平均值。(資料性附錄)關(guān)于焊接電磁場防護的一般信息在焊接設(shè)備的操作手冊上應(yīng)提供以下關(guān)于電磁場防護的一般信息：a)當(dāng)電流通過任何導(dǎo)體時將會產(chǎn)生局部電磁場(EMF),且分布在焊接設(shè)備及其回路的周圍。b)電磁場對某些醫(yī)學(xué)植入裝置產(chǎn)生干擾，如心臟起博器等。為此要采取相應(yīng)的防護措施，例如，設(shè)置專用人員通道或?qū)Σ僮魅藛T做出專門評估等。c)所有焊接人員必須遵從以下操作方法以便減少操作人員在焊接回路電磁場中的曝露?！诳赡芮闆r不，把焊接電纜扎在一起走線； 在焊接作業(yè)中使身體和頭部盡可能遠(yuǎn)離焊接回路；——不要把厚接電纜盤繞在身體， 避免在焊接電纜之間進行焊接作業(yè)，將焊接電纜置玉操作人員的同一側(cè)；——與工健連接的地線應(yīng)盡可能短，并靠近焊接實施的區(qū)域；——在爆安作業(yè)中不可坐、靠或貼近焊接電源。工本標(biāo)準(zhǔn)對人體內(nèi)感應(yīng)的電流密度和內(nèi)部電場的計算方法適用于的頻率范圍，是依據(jù)人體處于電場和磁場中時人體內(nèi)的感應(yīng)電壓或感應(yīng)電流給出的接觸限值，這一頻率范圍包括低頻和中頻，最大到C.1范圍本附錄介紹耦合因子K,以對處于復(fù)雜磁場中的人體進行曝露評估，例如處于非均勻磁場或擾動本附錄的所有計算均使用了低頻率假定條件，即忽略了位移電流的存在。這一假設(shè)在處于低頻率對于頻率到了幾赫茲的情況，電導(dǎo)率與介電常數(shù)的比率應(yīng)進行計算，以驗證是否滿足上面的假設(shè)處于頻率在100kHz以下磁場的人體組織通常依據(jù)感應(yīng)電流密度或內(nèi)部電場來進行定義的。這感應(yīng)電流密度J和內(nèi)部電場E;由以下簡化公式緊密地聯(lián)系在一起：本附錄內(nèi)容是根據(jù)感應(yīng)電流密度J而提出的，生物組織內(nèi)部電場的感應(yīng)電流密度J很容易從上述分析模型用于用以定量感應(yīng)電流或內(nèi)部電場和外部磁場之間的關(guān)系。這些均引入了高度簡化的人體幾何尺寸模型，假設(shè)人體具有均勻的電導(dǎo)率和處于均勻磁場的作用下。這樣的模型有嚴(yán)格的限制。根據(jù)單一頻率的均勻外部磁場與給定電導(dǎo)率條件下均勻?qū)щ姳P耦合假設(shè)的基礎(chǔ)上，最簡單的分析這一模型的目標(biāo)是提供一種簡單的評估感應(yīng)電流和內(nèi)部場的方法。這一方法給出了計算電量的保圖C.1處于均勻磁感應(yīng)強度的一個導(dǎo)電盤對于交替變化的磁場，該計算假設(shè)身體或處于磁場中的身體部位是半徑為r、電導(dǎo)率為σ的圓柱體，計算條件采用了最大耦合條件，即均勻磁場垂直穿過圓盤。在這種情況下，在半徑r處的感應(yīng)電流密度可以由下式計算：式中：對于單一頻率條件下，該式可變?yōu)椋喝鐖DC.1所爾圓盤內(nèi)部感應(yīng)電流的分布，感應(yīng)電流近似呈以圓盤中心軸的旋轉(zhuǎn)對稱狀。感應(yīng)電流的最小值(零)處6心處，感應(yīng)電流的最大值在圓盤邊緣，C.3數(shù)值模型C.3.1數(shù)值模型的簡介電磁場由麥克斯韋方程式描述，通過運用各種數(shù)值方法，這些方程式能夠精確地求解二維或三維結(jié)構(gòu)(二維或三維計算，例如： 邊界積分片程方法(BIE或BEM),或者矩量法：——有限差分法(D——阻抗方法(IM)其他方法是從這些方法行上出來的，例如，從有限差分法衍生出來如下一些方法：——時域有限差分法HDD;——頻率依賴的時域有限差分法((FD)2-TD)——標(biāo)量位有限差分(SPFD)。通過考慮材料的真實幾何結(jié)構(gòu)和物理特性，米惟確地求解麥克斯韋方程式，并且可在穩(wěn)定或瞬變電流源情況下進行計算。數(shù)值方法的選擇是基于計算精度、計算效率和多個因素的綜合考慮，這些因素例舉如下：——模仿人體所處的磁場；——模型化人體對象的大小和形狀； 人體對象的描述水平(體素尺寸),或適當(dāng)?shù)木W(wǎng)格劃分；——頻率范圍，為了忽略麥克斯韋方程式的某些項(例如：低頻率情況下的位移電流);——電源信號(正弦，周期性或者瞬時的);——解決類型(二維或者是三維的);——數(shù)學(xué)公式表達；C.3.2二維模型———般方法為了迅速獲取對在人體內(nèi)感應(yīng)電流的理解，二維模擬方法能夠通過使用非均勻磁場中的一個簡單圖C.2一個導(dǎo)電盤的有限元網(wǎng)格劃分(2階三角形)及細(xì)節(jié)從麥克斯韋關(guān)系式(應(yīng)用低頻率假定),可得到一個如下的數(shù)學(xué)表達式：方程(C.4)是用來使用有限元方法求解二維幾何數(shù)值的，圖C.2給出了一個導(dǎo)電盤的有限元網(wǎng)格劃分(2階三角形)與詳