GBT 25312-2010 焊接设备电磁场对操作人员影响程度的评价准则

焊接设备电磁场对操作人员影响程度的评价准则Thestandardizationfortheevaluationofwelderexposurelectromagneticfieldofweldingequipment中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局GB/T25312—2010前言 I 2术语和定义 3曝露限值 23.1曝露限值 3.2基本限值 3.3电场下的曝露 3.4综合评估方法 4试验与评估程序 4.1焊接环境电磁场测量 4.2电磁辐射现场监测的质量保证 4.3测试设备 4.4焊接电磁曝露评估方案 4附录A(规范性附录)关于焊接作业人员电磁曝露的限定值及评估限值 附录B(资料性附录)关于焊接电磁场防护的一般信息 9附录C(资料性附录)人体内感应的电流密度和内部电场的计算方法——处于磁场中的人体的二维模型 本标准参考了世界卫生组织推荐国际非电离辐射防护委员会(ICNIRP)《限制时变电场、磁场和电磁场(300GHz及以下)曝露的导则，1998》、电气与电子工程师学会/国际电磁安全委员会(IEEE/焊接设备电磁场对操作人员影响程度的评价准则本标准规定了焊接设备及其辅助装置在正常焊接条件下产生的电磁场对现场操作人员影响的本标准不涉及对焊接设备产品电磁兼容性的评定。限值用电场强度(E)、磁场强度(H)、磁感应强度(B)、脉冲场为比吸收能(SA)、功率密度S等物理量表示。由于其便于直接测量，通常用于与实际测量值对比并进行安全评估。当实际测量值低于导出限值2电磁场electromagneticfields由四个相互有关的矢量确定的，与电流密度和体电荷密度一起表征介质或真空中的电和磁状态电场强度electricfieldstrength电场矢量场量E的大小决定了静电荷q上作用的电场力下，具体可表述为：F=qE磁场强度magneticfielasttength磁场强度矢量场量方的大不与磁感应强度向量B相关，他们之间的关系具体可表述为：式中：μr——介质的相对磁导率；μo——自由空间磁导率。在给定点，等于磁感应强度除以磁常数，并减去磁化强度。磁感应强度magneticinduction矢量场量B,不用在具有一定速度的带电粒子上的力等于速度与B矢量积，再与粒子电荷的乘积，其单位为T。在上气中，磁感应等于磁场强度乘以磁导率，即B=μH电流密度(J)erentdensity表示在单位面积上饰过的电流强度的物理量，或电磁场对人体内单位区域感应的电流强度。其单位为A/m²。能耗环境场environorontalfield由焊接设备所产生的电场或做场，且在人体不存在时所测到的值。电磁场测量electromagneticfieldmeasurement根据国际有关标准的规定，当辐射源的工作频率低于300MHz时，应对工作场所的电场强度和磁场强度分别测量。偶联因子KcouplingfactorK偶联因子用于人体所处复杂电磁场情况的曝露评估，例如不均匀磁场或扰动电场。3曝露限值3.1曝露限值曝露限值以导出限值作为判定依据。对不宜以导出限值进行测量时，以基本限值作为判定依据。33.2基本限值——10MHz～10GHz,基本限值为比吸收率(SAR)。3.3电场下的曝露有累加效应。对于低频电磁曝露的安全评估，在低于10MHz的频率下，磁场的评估应符合如下评估对于职业曝露，式中b取为30.7μT(见表1)。对于脉冲或非正弦(包括直流分量)的焊接电流应对其直流和交流成分单独进行评估。其中交流成分应按照时变场的限值条件进行评估。直流成分应该按照静态场的限值进行评估。交流部分可能含有一系列的频谱成分，尤其是基波成分(例如在脉冲MIG或逆变焊焊接过程脉冲重复率)和谐波成分。头/躯干部分电场强度E注1:f是指频率(Hz)。注2:由于身体的电特性不均匀，电流密度取垂直于电流方向的1cm²横截面的平均值。注3:对于100kHz及其以下的频率，可通过将均方根乘以2的平方根得到峰值4试验与评估程序4.1焊接环境电磁场测量4——辐射源数目，如果多个辐射源存在，应确定是否属于同种辐射源，可否进行叠加；——相关的时域和频域特性，以选取相对应的探头类型；——辐射源到测试点的距离。测量场所应是焊接操作现场并且应在辐射源正常工作时间内进行，同时要考虑电磁场对身体各个部位的影响。对于焊接设备(弧焊设备和阻焊设备)及其焊接过程中产生的磁场，为了准确地评估磁场对作业人员安全与健康的影响，在测试过程中尽量模拟焊接现场实际焊接情况，选取典型作业位置包括焊炬附近、电缆周围、电极附近等进行测量。这样才能真实地反映焊接作业人员所处位置的磁场大小。焊炬所连接输出电缆距离身体最近，其产生的电磁场对人体影响最大。焊接作业人员现场作业时焊接电缆通常接近身体，所以选取距离电缆较近的测量点测量其磁感应强度，用来模拟电缆紧贴身体情况。焊接电源本身也是辐射源，量然电源外部机箱能起到一定的磁场屏蔽作用，但是由于屏蔽材料选取不当以及机箱设计不合理等因素的存在势必降低其屏蔽性能。由此产生的电磁辐射直接作用于人体，对人身安全造成了威胁，选取距焊接电源水平不同距离处分别进行测量其磁感应强度综合值，用来模拟焊工在焊接电源周围的情况。阻焊设备的电极通过的电流较大，可达到几万安磨，所以在电极周围将产住很人的磁场。焊接作业人员实施焊接时距离电极较近，由此产生的电磁辐射直接作用于人体头部、胸部以及手臂。电极附近的磁场强度可能超出测量设备的量程，为了保证测试设备及测试人员的安全，对阻焊设备的测量应采取从远处逐渐靠近电极的方武进行。4.2电磁辐射现场监测的质量保证对电磁辐射监测事先必须制定监测方案及实施计划。监测点位置的选取应考虑使监测结果具有代表性，不同的监测目的应采取不同的监测方案。监测所用仪器必须与所测对象在频率、量程、响应时间等方面相符合，以保证获得真实的测量结果。监测时要设法避免或尽量减少干扰，并对不可避免的干扰估计其对测量结果可能产生的最大误差。监测时必须获得足够的数据量，以便保证测量结果的统计学精度。监测仪器和装置(包括天线或探头)必须进行定期校准。监测中异常数据的取舍以及监测结果的数据处理应按统计学原则处理。电磁辐射监测应建立元整的文件资料。仪器的校准说明书。监测方案，监测布点图，测量原始数据，统计处理程序等必须全部保留，以备复查。任何存档或上报的监测结果必须经过复审，复审者应是不直接参与此项工作但又熟悉本内容的专业人员。4.3测试设备电磁场测量是采用各向同性的磁场探头将某一点的磁感应强度量值转化为电量(如电流或电压),该电量经采集系统转化为离散的数字信号，这些离散的数字信号经EFT变换，转换成磁感应强度的频谱，比较各频段的测量值和导出限值评估当前焊接环境电磁污染是否超标。一个典型的测量焊接电磁场分布的测量和评估的设备包括：各相同性的磁场探头、数据采集模块和分析软件等，并且具有对所测的焊接环境电磁场是否超标的评估功能。4.4焊接电磁曝露评估方案焊接电磁曝露评估涉及到焊接设备及其所处的环境，不同的焊接电源在不同的环境下电磁曝露情况是不一样的。评估方案框图如图1所示。图中两个虚线框内的内容是焊接电磁场信息的获得途径，即得到由焊接电流引起的电磁场的空间分布情况。这一过程可以有测量和仿真两种方法获得，仿真的前提是焊接电流的参数明确，把焊接电流施加在焊接电源电磁模型中，计算电流引起的电磁场场强。而测量则是利用低频电磁场测量装置对焊接电源实际工作时产生的电磁场测量得到电磁场场强值。焊接电磁曝露评估分析软件，实现不同频率磁场强度测量值与导出限值的对比，给出是否超标提示；当不同频率分量磁场都不超标时，按照评估公式计算综合磁场曝露是否超标。和其他有关参数应给予详细的说明。除了采用测量方式对电磁曝露情况评估以外，还可以采用数值模拟的方法对焊接电磁场进行评估，这种方法基于焊接电源的结构和焊接参数进行计算和评估。适合于仿真仿真测量传感器数据库分析模块(提取数据库内容)评估模块(限值、评估公式)6本标准所涉及的焊接作业人员电磁安全与健康问题是基于已确定的短时效应提出，这些对人体的不利影响由电磁场作用于人体产生感应电流与能量吸收造成。同时长期曝露于电磁场而造成的健康危露均不得超过该数值。其低频范围内由电流密度给出；高频范围(大于100kHz)时由比吸收率(SAR)给出。遵从基本限值能保证人体不受已确定的有害效应的风险。与频率有关的电磁曝露基本限值由表A.1给出。电流密度J头/躯干部分四肢部分 一一 注1:f是指频率(Hz)。注2:由于人体各部位的电特性不均匀，电流密度取垂直于电流方向的1cm²横截面的平均值。周期为t。的脉冲，基本限值可用等效频率f=1/复杂脉冲情况的评估应遵从更为严格的计算方法。SAR值与体内感应电场强度的平方呈正比。平均在不同频率同时曝露的条件下，能否将这些频率曝露进行综合考虑是十分重要的。应分别对多个果测量值超出导出限值并不意味着曝露限值也同时超出，需要进一步的分析方可确认。在焊接作业人电场强度E 注1:f是指频率(Hz)。注13:频率在100kHz～10MHz范围内，场强峰值是通过在100kHz峰值的1.5倍和10MHf/Hz图A.1低频电磁场感应电流密度生物效应(1Hz～100kHz)8对高频电磁辐射的测量参数分别为电场强度、磁场强度和电磁场功率通量密度。对于不同的测量量仪和选频式辐射测量仪。无论是非选频式宽带辐射测量仪还是选频式辐射测量仪，基本构造都是由天线(传感器)及主机系统两部分组成的。对电磁辐射源的测量主要是监测其近场区电磁辐射的强弱。a)环境条件。对环境条件测量的仪器应按照规定的使用条件，测量记录表应注明环境温度和相b)测量仪器。可选用各向同性响应或有方向性电场探头或磁场探头的宽带辐射测量仪。采用有方向性探头时，应在测量点调整探头方向以测出测量点最大辐射电平。测量仪器工作频带e)数据处理。求出每个测量部位平均电场强度值(若有几次读数),最好是RMS平均值。(资料性附录)关于焊接电磁场防护的一般信息在焊接设备的操作手册上应提供以下关于电磁场防护的一般信息：a)当电流通过任何导体时将会产生局部电磁场(EMF),且分布在焊接设备及其回路的周围。b)电磁场对某些医学植入装置产生干扰，如心脏起博器等。为此要采取相应的防护措施，例如，设置专用人员通道或对操作人员做出专门评估等。c)所有焊接人员必须遵从以下操作方法以便减少操作人员在焊接回路电磁场中的曝露。——在可能情况不，把焊接电缆扎在一起走线； 在焊接作业中使身体和头部尽可能远离焊接回路；——不要把厚接电缆盘绕在身体， 避免在焊接电缆之间进行焊接作业，将焊接电缆置玉操作人员的同一侧；——与工健连接的地线应尽可能短，并靠近焊接实施的区域；——在爆安作业中不可坐、靠或贴近焊接电源。工本标准对人体内感应的电流密度和内部电场的计算方法适用于的频率范围，是依据人体处于电场和磁场中时人体内的感应电压或感应电流给出的接触限值，这一频率范围包括低频和中频，最大到C.1范围本附录介绍耦合因子K,以对处于复杂磁场中的人体进行曝露评估，例如处于非均匀磁场或扰动本附录的所有计算均使用了低频率假定条件，即忽略了位移电流的存在。这一假设在处于低频率对于频率到了几赫兹的情况，电导率与介电常数的比率应进行计算，以验证是否满足上面的假设处于频率在100kHz以下磁场的人体组织通常依据感应电流密度或内部电场来进行定义的。这感应电流密度J和内部电场E;由以下简化公式紧密地联系在一起：本附录内容是根据感应电流密度J而提出的，生物组织内部电场的感应电流密度J很容易从上述分析模型用于用以定量感应电流或内部电场和外部磁场之间的关系。这些均引入了高度简化的人体几何尺寸模型，假设人体具有均匀的电导率和处于均匀磁场的作用下。这样的模型有严格的限制。根据单一频率的均匀外部磁场与给定电导率条件下均匀导电盘耦合假设的基础上，最简单的分析这一模型的目标是提供一种简单的评估感应电流和内部场的方法。这一方法给出了计算电量的保图C.1处于均匀磁感应强度的一个导电盘对于交替变化的磁场，该计算假设身体或处于磁场中的身体部位是半径为r、电导率为σ的圆柱体，计算条件采用了最大耦合条件，即均匀磁场垂直穿过圆盘。在这种情况下，在半径r处的感应电流密度可以由下式计算：式中：对于单一频率条件下，该式可变为：如图C.1所尔圆盘内部感应电流的分布，感应电流近似呈以圆盘中心轴的旋转对称状。感应电流的最小值(零)处6心处，感应电流的最大值在圆盘边缘，C.3数值模型C.3.1数值模型的简介电磁场由麦克斯韦方程式描述，通过运用各种数值方法，这些方程式能够精确地求解二维或三维结构(二维或三维计算，例如： 边界积分片程方法(BIE或BEM),或者矩量法：——有限差分法(D——阻抗方法(IM)其他方法是从这些方法行上出来的，例如，从有限差分法衍生出来如下一些方法：——时域有限差分法HDD;——频率依赖的时域有限差分法((FD)2-TD)——标量位有限差分(SPFD)。通过考虑材料的真实几何结构和物理特性，米惟确地求解麦克斯韦方程式，并且可在稳定或瞬变电流源情况下进行计算。数值方法的选择是基于计算精度、计算效率和多个因素的综合考虑，这些因素例举如下：——模仿人体所处的磁场；——模型化人体对象的大小和形状； 人体对象的描述水平(体素尺寸),或适当的网格划分；——频率范围，为了忽略麦克斯韦方程式的某些项(例如：低频率情况下的位移电流);——电源信号(正弦，周期性或者瞬时的);——解决类型(二维或者是三维的);——数学公式表达；C.3.2二维模型———般方法为了迅速获取对在人体内感应电流的理解，二维模拟方法能够通过使用非均匀磁场中的一个简单图C.2一个导电盘的有限元网格划分(2阶三角形)及细节从麦克斯韦关系式(应用低频率假定),可得到一个如下的数学表达式：方程(C.4)是用来使用有限元方法求解二维几何数值的，图C.2给出了一个导电盘的有限元网格划分(2阶三角形)与详