关于人体曝露到0－3kHz电磁场安全水平的IEEE标准（二）

4. 保护的人群和相互作用的机制
       4.1 保护的人群
       保护是提供给公众个体以及在受控环境中的群体。虽然曝露限值应当保护几乎所有人群，避免有害影响，但本标准认为在受控环境中可采取教育与各种缓解措施来降低对曝露人体有害作用的可能性，受控环境中电场的火花放电则可能是例外。然而，在某些情况下有害影响如果是可预料到的，可采取与预期曝露环境相应的预防性措施来得到缓解。这些措施的例子包括保护手套或衣服、设计用于*告人们注意可能影响的告示牌、或减轻曝露频度与强度的特定工作方法。对于公众，可准入（进入）性是不受限制的，并且可以包括未被告知潜在曝露或可能有害影响的个人。这种曝露可能发生在住房、对公众开放的场地、个人并不预见有曝露的工作场所，或者工作者并不知道曝露情况或防护与缓解方法的工作场所。

       4.2 生物物理作用的机制
       一个已确认的人体机制是具有下列特性的机制：
         a：它可用来预测人体中的生物效应；
         b：可用公式或参数关系作出明确的模型；
         c：在未受损人体内已得到证实，或动物的数据能够有信心地外推到人体上；
         d：被强力的证据所支持；
         e：为科学团体内专家所广泛接受。

       不具备这些特性的机制，被分类为“建议的”。对建议机制的研究进展应当予以监控和评估，以便确定是否能够列入到已确认机制的清单上去。

       已确认的机制根据这些准则（Reilly [B75]，[B76]，[B77]）已经得到鉴定。机制的一个级别关联到膜的极化，即是，由于生物组织内的电场而使细胞膜的自然静止电位发生改变。神经和肌肉膜的去极化可导致它们的激励，在此称之为“电刺激”；这些效应决定了对频率从约1Hz到约3kHz（本标准的界限）作用的*小阈值。作用到流体中移动电荷上的磁流体动力效应，则支配1Hz以下的生物作用。

       这些机制产生短期效应，即它们使得电场和磁场的作用，是发生在曝露开始之后几秒之内的（通常是几分之1秒）。热效应是众所周知的，但并不支配100 kHz以下的频率，因此它（热效应）并不影响到本文件内所制订的曝露限值。

       产生电刺激效应的基本作用力是在生物组织内的电场，而不是内部的电流密度（见6.1节）。对电刺激效应的更*的限值可作为组织内电场的函数导出，而不是内部的电流密度，这（电流密度）在过去已经是一种通常的做法（Bernhardt [B11]；ICNIRP [B43]；IEEE [B46]）。生物组织内的电场在躯体内的分布与电流密度的分布是不同的，而生物组织内电场的计算，与内部电流密度相比，较不敏感于组织导电率的假设性。

       被分类为“建议的”相互作用机制涉及长期或慢性的曝露效应（Olden [B68]；Reilly [B76]）。这些机制典型地会在关于低水平电场与磁场慢性曝露影响的假设中被提及，包括癌症、生殖影响、神经系统影响等等。在这些机制不能视为不相干而不予考虑的情况下，此方面现有的知识不足以构成可作为导出人体曝露限值可靠基础的已确认的机制。

       4.3 有害生物影响
       *大曝露限值是根据避免下列的短期作用：
       a：对感觉或运动神经元产生厌恶的或痛苦的刺激；
       b：在完成存在潜在危险的活动时，会引起伤害的肌肉激励；
       c：神经元的激励或大脑中突触活动的直接改变；
       d：心脏的激励；
       e：与在躯体内快速运动电荷上（诸如血流）感应电势或作用力相关联的有害影响。

5. 曝露限值
       5.1 基本限值
       基本限值是对生物组织内电动力的限制，以适当地避免有害的影响。这些限值是考虑了有害电气阈值、在人群中的分布、以及安全因子（见第6章）而得出的。

       表1针对生物媒质内的电场，列出了对躯体特定部位的基本限值，在表中列出了在生物组织内场的基强度Eo和频率参数fe。限值按表1，并按方程式（1a）和方程式（1b）确定：

       Ei＝Eo（f∕fe）    当 f≥fe                                     （1b）

       这里Ei是在生物组织内感应的*大许可电场。在生物组织内电场的基本限值是在表1所示的组织内任何方向上，取0.5 cm长度直线段，所确定的算术平均值。

       除表1中所列出的生物组织内电场的限值之外，生物组织内低于10 Hz的磁场应当限制到对一般公众为峰值167 mT，受控环境内为500 mT。对超出10 Hz的频率，在生物组织内磁场的限值在本标准中并不予以规定。

       表1. 应用到躯体各部位的基本限值a,b

曝露的组织	fe （Hz）	公众	受控的环境
		E0-rms （V/m）	E0-rms （V/m）
脑	20	5.89×10-3	1.77×10-2
心脏	167	0.943	0.943
手、腕、脚、踝	3350	2.10	2.10
其他组织	3350	0.701	2.10

       a.表的解释如下： 对f≤fe，Ei（基本限值）＝E0；对f≥fe，Ei＝E0 （f∕fe）
       b.除上述限值外，头部与躯干曝露到低于10Hz的磁场，公众限值为峰值167mT，受控环境中则为500mT；对频率大于10Hz的磁场，本标准不予规定。（译注：躯体body与躯干torso是有区别的）

       5.2 *大许可曝露（MPE）值：磁通密度
       5.2.1头部与躯干对正弦形场的曝露
       表2列出了对头部与躯干*大许可的磁场限值（磁通密度B和磁场强度H）。对一项均方根值（rms）测量的平均时间，*频率超出25 Hz而言、是0.2秒。对较低的频率，其平均时间要求平均值内至少要包含5个周波，但*大的时间是10秒。

       表2. *大许可的磁场曝露水平（MPE）：头部和躯干的曝露a,b

频率范围（Hz）	公 众		受控的环境
	B-rms (mT)	H-rms (A/m)	B-rms (mT)	H-rms (A/m)
< 0.153	118	9.39×104	353	2.81×105
0.153 – 20	18.1∕f	1.44×104∕f	54.3∕f	4.32×104∕f
20 – 759	0.904	719	2.71	2.16×103
759 – 3000	687∕f	5.47×105∕f	2060∕f	1.64×106∕f

       a. f 是频率，单位Hz。
       b. MPE 指空间*大值。

       符合表2可确保符合表1的基本限值。然而，不符合表2并不必然地意指不符合基本限值，但是更确切地说，这可能需要来评估是否基本限值已经得到满足。如果表1中的基本限值并未超过，那么表2中的MPE数值可以超过。所以，验证是符合表1、或是符合表2，*足够了。

       为了证明是否符合本标准，表2和表4应当各别地进行考虑，而不是相加。

       本标准表1中和其它各处的数值有时给出的是3位有效数字。提供这种程度的*性，使读者能够追踪本标准中所提出的各种派生关系及曲线，而并不意指数字的量已认知到这种*度。

       5.2.2正弦形磁场内的不均匀曝露
       当头部和躯干上的磁场在其数值、方向、和相对相位上非恒定值时，头部和躯干上的*大磁场应当限制到表2中的水平上。作为另一种选择，验证是符合基本限值也应当是允许的。

       5.2.3 手臂或腿的曝露
       手臂或腿的*大许可曝露（MPE）在表3中列出。 符合表3可确保符合表1的基本限值。然而，不符合表3并不必然地意指不符合基本限值，但是更确切地说，这可能需要来评估是否基本限值已经得到满足。
表3. 磁通密度*大许可曝露水平：手臂或腿的曝露

频率范围（Hz）	公众B-rms (mT)	受控的环境B-rms (mT)
< 10.7	353	353
10.7 – 3000	3790∕f	3790∕f

       a. f 是频率，单位Hz。

       5.2.4 脉冲场或非正弦形场
       当磁通密度的波形不是正弦形时，*大许可曝露应当符合表1或表2的均方根限值（rms）。此外，*大曝露限值应当符合分节5.2.4.1或是5.2.4.2（因为两种指标都是保守的，只要验证符合*大许可曝露限值或是基本限值之一，已是足够的了）。

       5.2.4.1基于峰值场的限值
       验证符合下述两个分节之一，*足以证实已符合基于峰值场的限值了。分节5.2.4.1.1适用于生物组织内的感应电场，而分节5.2.4.1.2适用于环境场。

       5.2.4.1.1 在生物组织内的峰值场
       生物组织内的峰值场应当限制到表1内的rms限值乘上 所得的数值。对非正弦形波形，该表中的频率f系规定为f＝1∕（2 tp），其中tp是生物组织内电场偏幅的相持续时间。相持续时间规定为一个波形（具有零平均值）两个零交叉点间的时间。对一个指数型波形，tp被解释为从波形峰值到衰减成0.37（1∕e）峰值这一点间的持续时间。峰值的限值适用于使用带宽从零到*高频率（适用于所考虑的波形）所测量到的瞬时数值。

       5.2.4.1.2 峰值环境场
       峰值环境磁场B应当按照下列程序予以限制，其中B是一个待考虑其是否符合的时变磁通密度波形。
       a：确定环境场的时间导数（微分），dB∕dt＝ 。
       b：鉴定 任何偏幅的峰值和相持续时间。相持续时间应当按5.2.4.1.1中来确定。
       c：从表2中确定 的许可峰值限值，取为 p＝  MPEB（2πf）；这里 p是 的*大许可数值，MPEB是与表2与表3一致的磁通密度，f＝1∕（2 tp），而tp是 的相持续时间。

       5.2.4.2 基于傅立叶（函数）分量的限值
       ≤1…………………………………………………（2）

       对由多种频率组成的一个曝露波形，测试曝露波形是否符合应当满足下列准则：
       这里 Ai 是曝露波形第i次傅立叶分量的数值。……

       MEi 是频率为fi的单个正弦形波形的*大许可曝露或生物组织内基本限值。

       其和是从曝露波形的*低频率到*高频率5MHz间进行的。注意Ai 和MEi 必须以相同量以及相同的单位进行度量。举例：如果Ai是磁通密度波形的数值，则MEi也必须以磁通密度度量。另外，Ai和MEi两者都可以用场的时间导数来度量，也可以是在生物组织内的感应电场或是感应电流密度。

       可能必须在本标准限值以外的频率，对方程式(2)进行评估。为了这种评估，应用到超过3kHz频率的MEi数值应当决定如下：
       a：基本限值（表1）。生物组织内电场（Eob）的基强度数值应当假设为频率从fe到5 MHz。

       b：磁场MPEs（表2和表3）。B或H的MPE值应当被确定到*大频率3350 Hz，使用表中*末一行的表达式。对于3350 Hz－5 MHz，MPE值应当等于3350 Hz的MPE值。

       c：电场MPEs（表4）。适用到3000 Hz的MPE值应当假设为*大频率5 MHz。

       d：感应和接触电流MPEs（表5）。在3000 Hz所列出的MPE值应当使用以下关系式外推到*大频率5 MHz：MPEi＝MPE3000（f∕3000），这里MPEi是相应频率为3kHz和5 MHz间的限值，而MPE3000是3000 Hz时的限值，f是频率以Hz计。

       5.3 *大许可曝露值：环境电场
       5.3.1整个躯体曝露到不变的（常数）正弦形电场
       表4列出针对未畸变（没有人的）环境场E的*大电场限值。这是假设在人体躯体空间范围上，未畸变场的数值、方向、和相对相位是恒定值。对一项均方根值（rms）测量的平均时间，*超出25 Hz的频率而言、是0.2秒。对较低的频率，其平均时间是这样的、即平均值内至少要包含5个周波，但*大的时间是10秒。对受控的环境，其中曝露的个人并不在可触及接地物体的范围之内的，则超出表4中的限值可以是接受的。本标准并不规定包括接触到未接地的物体这种情况下的限值。

       为了验证是否符合本标准，表2和表4应当各别地进行考虑，而不是相加。

       表4. 环境电场*大许可曝露水平（MPE），整个躯体的曝露

公 众		受 控 环 境
频率范围（Hz）	E– rms（V∕m）	频率范围（Hz）	E– rms（V∕m）
1–368c	5,000a,d	1–272c	20,000b,e
368–3000	1.84×106∕f	272–3000	5.44×106∕f
3000	614	3000	1813

       a.在电力线走廊内，公众的MPE在正常负荷工况下是 10 kV∕m。
       b.痛感的放电在20 kV∕m时是很容易发生的，而在5－10 kV∕m 没有防护措施时，是有可能的。
       c.1Hz以下的限值不小于1Hz时所规定的数值。
       d.在5 kV∕m时，感应的火花放电对约7% 的成人（良好绝缘的个人碰触到接地体）会有痛感。
       e.当工作者并不处于触及接地导电物体范围之内时，在受控的环境中，20 kV∕m的限值可以超过。在本标准中，并不提供特定的限值。

       5.3.2 不均匀或部分躯体曝露到正弦形电场
       在人体躯体尺寸范围内，当环境的电场在数值、方向、和相对相位上非恒定值时，平均的环境场应当限制到表4所列出的水平。对受控的环境中，曝露的个人并不在碰触到接地导电物体范围之内时，则超出表4中的限值是可以接受的。本标准并不规定这些情况下的限值。任何情况下，表1的基本限值或是表5中的接触电流限值都不可超过。

       5.3.3 脉冲或非正弦形场 
       当电场的波形为非正弦形时，诸如脉冲或混合频率的波形，MPE限值应当符合表4的rms限值，同时也应符合在5.2.4.1 和5.2.4.2中所述判据之一。对这种应用中，环境的磁场由未畸变电场来替代，Ai被理解为代表环境电场波形的第i次傅立叶分量的数值，而MEi是在频率fi下*大许可电场的数值。

       *电场曝露而言， 5.2.4.1 和5.2.4.2对公众应当适用于368－3000 Hz间的频率，而对受控环境适用于272－3000 Hz。 在低于这些频率而高于1 Hz时，峰值的电场对于公众和受控环境应分别不超过7100 和28000 V∕m （即5kV∕m× 和20 kV∕m× ），而在电力线路的走廊内对公众不应超出14100 V∕m（即10 kV∕m× ）。

       5.4 接触和感应电流的*大许可曝露限值
       5.4.1 正弦形电流
       接触电流应当按表5进行限制，分别下列情况：

       a：表5的限值对自由站立而不接触到金属物体的个人，应不超出列在表明“双脚”、“每脚”行内的数值。

状 况	公众（mA－rms）	受控的环境（mA－rms）
双脚	2.70	6.0
每脚	1.35	3.0
接触，握紧	─	3.0
接触，碰摸到	0.50	1.5

       b：在表5中的接触限值，假设自由站立的个人在碰触到一个导电的对通路地时，是与地绝缘的，这个判据并不必然地能够防止在直接接触到接地通路之前和之后瞬间，来自火花放电的厌恶感觉。

       c：对一项均方根值（rms）电流测量的平均时间，*超出25 Hz的频率而言、是0.2秒；对较低的频率，其平均时间应当至少要包含5个周波，但*大的时间是10秒。对峰值曝露的限值，是针对采用从零到*高频率的带宽所测量到的瞬时值。

       d：在受控环境中，握紧接触的限值应用于那里人员受过训练来实现握紧的接触，并避免对导电物体碰摸接触的场合，这种是存在痛感接触电流可能性的接触。握紧接触的面积假设是15 cm2。使用防护手套、金属物体的禁止、或是人员的训练，可能已足以保障在受控环境中符合接触电流的MPE。对于公众，假设接近与准入、接触的方法、和保护的措施都是无约束的。

       e：对公众来说，碰触（碰摸接触）假设具有 1 cm2的接触面积。

       表5. 连续正弦波形的感应和接触电流MPEs（mA－rms），0－3 kHz a,b

       a. 握紧接触的限值适用于受控的环境，那里人员受过训练来实现握紧的接触，来避免对导电物体的碰摸接触－后者存在痛感接触的可能性。
       b. 限值适用于流经人体与人员可能接触到的接地物体间的电流。

       5.4.2 非正弦形（脉冲或混合频率）电流
       当电流的波形不是正弦形时，诸如带有脉冲或混合频率的波形，MPE限值应当符合表5的rms限值，同时也应符合在5.2.4.1 和5.2.4.2中所述的任一准则。在这种应用之中，环境场由应用的电流来替代，Ai被理解为代表电流波形的第i次傅立叶分量的数值，而MEi是在频率fi时*大许可电流的数值。