大量“特低频电磁辐射”之中．日积月累，持续作用

1．21．No．2，Aprl1，1994
){ 一门
居室电源布线与特低频电磁辐射’
√
吕子君李胜兰 陈忠煊
一(瓤
摘 要
脚
X ／2，
本文讨论了家用电器馈(电)线所产生的。特低频电磁辐射 问题．阐明了此种“辐射”的存
在、特点I给出了其电、磁场量的近似计算结果I并对此结果进行实验验证I最后，指出了研究
此种辐射对人体影响的必要性．
关键词：电磁辐射；特低频；电磁波污染监测
中图分类号：X123
引言
当前，随着居室电气化程度的不断提高，斗室之内各种供(馈)电线路(明线，暗线)，纵
横交错；在床头，案边随意拉设，而人们从未认识到已将自身暴露在馈线系统所产生的大
量“特低频电磁辐射”之中．日积月累，持续作用，其后果又如何呢?鉴于目前对这方面的研
究不多，知之较少，故本文将对这种辐射的存在、大小和检测等作初步探讨，以期引起人
们，特别是环保、建筑设计专家们的重视和研究、
1 特低频交变电磁场是似稳电磁场
1．1 特低频电磁场的基本属性
众所周知，居室电源频率为50赫兹，这一频率在无线电波段的划分中属特低频范围，
在一些文献和书籍中，甚至将低频电磁波不列入无线电波波段之内，这是因为电磁波的辐
射强度随频率的降低而急剧减小，从通讯角度衡量，只有波长( )小于几千米，相当于频
率(，)高于几百千赫的电磁波才有实用意义，而波长大于几百千米(约10 米)以上，相当
于频率在3千赫以下的特低频电磁波，已无远距离通讯的应用价值，故通常不引起人们的
重视和兴趣，从而使对这方面的研究，留下较多的空白、
在麦克斯韦方组中，电磁波的形成是由两个关键式子来表述的，一个是：一般情况下
· 本文1993年6月20日收到
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空问总电场( )是静电场( )和涡旋电场(茁 )的叠加．或者说电荷和变化的磁场都能激
发电场，都是电场的场源．即
f ·aT=f ( ，+J L J L 或川7一O+ J L · O一Ⅱ · (1)
f 一另Ⅱ一 萼个· 是：】一都能般激情发磁况场下，都，是传磁导场的电场流源．【 即。 一l loJ · }和位移电流
f 雷· 7一L+ · 一Ⅱ j· + Ⅱ 等· (2)
这两个式子联系起来看，就是人们常说的变化着的电磁场，彼此交替，相互激发形成
了电磁波．
从(1)，(2)式不难看出，两等式右端第二项，8 8柙O D都和频率有关
，其中磁感应强度
对时间的变化率雩既正比于营，也正比于 ( 一2 ，)，即 。。 ，同理有 。。 ，当电
磁波频率f f一 }下降到某一范围(例如“特低频”区)时，这两项往往可以忽略，这时会
出现两种后果．一是特低频电磁波难于向“远区”传播，因为在电荷电场和传导电流磁场
(即(1)，(2)两等式右端第一项)可以忽略的“远区”，空间交变电磁场 和曰主要取决于
a ~相a ／)
，如果这两项都减小或一O，势必影响 ，疗的量值，并导致那里远区的辐射强度
一应× 曰(或S —E ·日)也跟着减小或一0．二是在电荷电场和传导电流的磁场的
影响，不可忽略的“近区’(例如传输线周围)，如果署和 a／)两项都减小到可以忽略，那么
(1)．(2)式变成(1) 与(2) 式形式；(且 一定× 疗仍然成立．)
蠢· 一f · 一0 (1)
f 霄· 一L (2)
(1) (2) 两式表明了特低频电磁场的基本特征；即在任何时刻，传输线周围空间的电磁场
分布和同一时刻导线中的电流和电荷分布的关系，都和稳恒电路的情形完全一样；任一瞬
时的电、磁场，都具有静态场的特点，只不过它们在随电路中的电流和电荷分布的“缓慢”
(相对高频而言)变化，而作相应的同步变化罢了．
1．2 家用电器馈线产生的电磁场满足似稳条件
在上节中，对特低频电磁场的基本特性已有说明，但这并不意味着稳恒电路所遵从的
基本规律(如高斯定理，环流定理，欧姆定律，基尔霍夫定律，毕一萨定律等等)以及解直流
电路的方法都可以无条件地搬用．在此还需考虑家用电器馈线的长度(工)，是否满足下
述的似稳条件： ．
一c．T 》L (3)
(3)式中， 为特低频电磁渡波长，c为波速； 为周期．很明显，如果 ≯ L，而是 一三，甚
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距离的远近，依次落后不同的位相；具有不同的数值，这种同一传输线上出现各量多值，且
变化不同步的情况，将使得解稳恒电路的基本定律和方法难以应用，只有(3)式满足，才
能将它们近似地视为单值而同步地变化，使问题得以简化．在(3)式中，^、c、T各量均为已
知，一般用电器馈线长度L≤ 3米，将各量代入(3)式得到(3) 式：
^= f·T 一3× 1O 米／秒·0．02秒= 6× 10‘米》L一3米 (3)
完全满足似稳条件，因此可以肯定馈电线所产生的特低频电磁场是似稳电磁场，一切解稳
恒电路行之有效的规律和方法，在此都是适用的．
2 双平行馈电线的电磁场近似表达式和雹、疗线的瞬时分布
设电器馈电线M 和Ⅳ 相互平行，长为L，某一瞬时其中通有电流为i，电源端压为
u(内阻不计)，负载白炽灯视为纯电阻R，传输线 和Ⅳ 的电阻《R，可以忽略，如图1．
由于电路此刻与一具同样电流和电压的稳恒电路特性相同．故服从高斯定理．
图l 通有瞬时电流为i的平行传输线
已知长为L的平行双线电容量C一丌芑。L／In(d／a)，则此时导线 (或Ⅳ)所带的电量
口一c·u=叱s。U／1n(鲁)，根孥高斯定理；
· = Σ (4)
将q值代入(4)式，可求得载流导线中部区域距离为y处的电场为：
一 1 [，
一 —
ln(d—／a)，
或
E 一 1 而U丽， 1
—
U
一 而 7 ’E 一
—In(d—／a)
因此导线附近空域内任一点的电场为壶，一立 + 雹 如图2所示．
于是有
E 一、／E + E 一2EME cosq~，
一√[ ]。·( + )+[z
= — —
u L 1 一 2In(d／a )L +。 +。
U
一 而7
J
U 1 d
‘ 丽‘ 一 2
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杭州大学学报(自然科学版) 第2l卷
故任意时刻的电场表达式为 一 dU ．
丽sin ，
实用中胶合的平行双线，其 (一2mm)《 或y (几+一几米)．故 ≈y 一y，于是
上式可写成：
一
d U ．
面。in (5)
同理可写出同一瞬时在P点的磁场强度，见图3．
根据毕一萨定律；长为L通有电流为i的传输线中部，相距为 和y 处的磁场强度
分别为
H 一丽 - H 厶 F两 ’
故合场强疗 一疗 + 疗 或
一
用 — y ≈ y代入上式得到：
一 =
故任意时刻在P点的磁场强度为：
H 历巧dL I． 吾sin (6
在与导线M，N相垂直的截面上，可以作出整个电磁场的瞬时分布图如图4·图中显
示此时M线电势高于Ⅳ 线，营线由M会聚到Ⅳ ，疗线环绕在两导线周围，两导线附近空域
内辐射强度 和 均由电源指向甩电器方向，且在Ⅳ 线电势高于M线，立，疗均反向时，
其方向保持不变．
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罂
，(米)
圈4 平行双线附近的电磁场瞬时分布 圈5 电磁场量E,H随离7的变化曲线(理论值)
3 E 一 曲线和H 一 曲线(理论值)
考虚到实测过程只能观察到变化电磁场量的平均效应，为此可将(5)，(6)式求平均
值f
一
。
E ．dr一—27q
n (d／a}k
r
T／2J
r
o
／z
s ]一 [ ](5)
= 丽i 。 础=
2 (470+ L )
2， (47 + L ) [ ]
[ s n 出]
(6)
取胶合平行双线d= 2mm，n= 0．5mm，L = 0．3安(相当45W 白炽灯电流)，代入
(5) ，(6) 式得到：
E 一 B十 —_×— —刁 ■一·’ 嘉一0o’． 145嘉(【伏优／ 术米)
+
dI．
[1+f
一6 × i0
]
1
星 二： 二：
[ +f詈 n
y [1+f ]“。 (安／米)，
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170 杭州大学学报(自然科学版) 第21卷
取不同的y值，得E ，H 随y的变化如表．
表1 E} ，H+ 与y的对应值
y(米) f o．s{o．75 f l f 1．25 f I．s II．75 f 2 2．25 f 2．5
(相对值)l 24．95 l l1．04 I 6．2l7 I 3．9l3 I 2．783 l 2．043 l 1．565 1．217 l
H，(相对值)1 46．32 l 1 9．39 l 10．21 l 6．122 I 3．857 l 2．7l4 l 1．837 1．347 l
为便于比较，将表中，距离y一2．5米处的E，，H 值定为“1，，，定出其他距离上E，，H
的相对值(倍数)．并据此作出的E— y和日一y曲线，如图5．
4 特低频交变电场检测
4．1 检测电路
检测电路的输入级为“放大—— 检波”式交流电压表形式，但其关键的放大部份采用
由高开环放大信效，高输入电阻，兼具MOS和双极型器件长处的BIMDS运算放大器(如
CA3130，CA3140等)组成零阻电流计来担任，该电流计的原理图如图6(a)，此时输入信号
电流与输出电压之间的关系如(7)式．
U；一 (R1+R，+瓦R1R，) (7)
只要适当地选择R ，R 和R，的值，(由(7)式可知)便能将微弱的信号电流转换成一
般电压表可以直读的电压输出．图6(b)为输入级的实际电路． 、
4．2 实测E 随7变化的数据和E —y圉线
实测条件和数据略．按比数据作出的E 一y图线如图7．图中将E —y的理论曲线(虚
线)重新画入以资比较．
由于实测环境、条件等的差异(例如难以避免与受测的悬垂线相连的其他电源布线的
影响等)使实测曲线(E 一y线)与理论曲线并不重台，但不难发现两者的变化规律是很
相似的，特别在远离悬垂馈线的地方(如图7中> l_5米的区域)，两者更加趋近．
结 语
理论计算和实测结果都表明，用电器馈电线周围有特低频电磁辐射存在．交变电磁场
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图7 实测 —T曲线
在任一瞬时都具有静态场特点，彼此可以独立(以上实测
过程中，困双线的 一0，仅有 存在)．只要用电器馈电
线插头(未拔去)仍插在电源插座上，即使该电器不用(如
台灯开关不开通)，人们仍将受到这种交变电场的影响，且
布线越多，距离越近，影响也越大．
布线方式不同， 的影响也不同，实测居室中央悬垂
馈线与靠近墙壁的台灯(悬)线，和紧贴墙壁的电源布线
(“明 线)的 值之比约为100：70：28．
对射频的危害性(如导致人体生理时钟紊乱，以及消
化，神经，循环系统的病变等)，国内外早有公论，并各自定
有安全标准(例如我国77年发布的安全界限为：中，短波
的电场 为20V／m；磁场日 为5A／m；微波辐射强度(
)为38MW／cm。)．但对人们日常生活中遭受辐射强度较
大，时间最长，最普遍的特低频电磁辐射，在国内外尚来见
到有更多的研究和报道，如果说它与射频辐射相似，对人
体是有害的，那么，就个人而言；人们应当尽量减少或改变
深夜工作的习惯，避免安装床头灯，居室内床与各种电线
距离应在1米以上，以求减轻这种辐射的影响；就环保及建
筑设计角度而言，就应当使居室电器尽可能用短馈线，暗线．反这若这种辐射是有益的，则
建筑设计中可以有意识地多用悬垂馈线，长线，增设壁灯，吊灯，床头灯等等．总之，笔者认
为，时至今日，特低频电磁辐射对生物体影响的研究，应当受到人们和有关专家们的重视，
刻不容缓地把它提到议事日程上来．
参 考 文 献
扬恩跃等．电磁场与微波技术．北京：北京理工大学出版社f1988
何启智．电动力学．北京：高等教育出版杜 1985
郭硕鸿．电动力学．北京：高等教育出版杜 1986
赵凯华等．电磁学上、下册．北京：高等教育出版杜I1985
大学物理编辑部．电磁学专辑．北 t北京工业大学出版杜}1988
南京工学院物理组译，(美)R·Resni 等着．物理学习题解答．南京：南京工学院出版杜I 1980
刘永辉．化学测试技术．北京：北京航空学院出版杜&1987
扬有启．静电安全技术．北京：化学工业出版社I1983
施良驹．集成电路应用集锦．北京：北京电子工业出版杜}1988
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172 杭州大学学报(自然科学版) 第2l卷
The Power—supply W iring in Living Room and
Electromagnetic Radiation with Very Low Frequency
．Lu Ziiun Li Shenglan Chen Zhongxuan
(Physics Dept．)
Abstract
This pap~r analyses the electromagnetic radiation with very low [requency caused by the po er．
5upp1y wIring 0f household appliarices．The characteri5tics of such fadiationtand the aPProxi,,~te caleu‘
1ated fe5u1t5 0f its eleerric and magnetic[ields are expounded and v~ fied with experiments The paper
a1so indic日tes that the effects of such radiation on huma n bodies should be attention and investigated fur‘
Key words!electromagnetic radiation,~very low frequencies；electromagnetic wa e
pollution moniforing
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