俞启洪  教授级高工

随着经济建设的发展，生活水平的提高，居民对环境、健康、维权等愈加重视，这是很好的事情。

的确，继水、空气、噪音、固体垃圾之后，电磁环境的污染已经提到议事日程上来。这些是时代进步的伴生物，人类有智慧，且有可能完全解决它！

电磁环境是怎样的？电磁场和电磁波的机理；它与人类健康的关系；我们如何监管和防护；及人们应该如何对待电磁环境等就是本文论述的要点。下边，我们试图从揭露电磁场及其辐射的神秘开始，用科学来分析电场、磁场及电磁波辐射现象，剖释它们对人们日常生活的影响，消除恐惧心理，识别它从而掌握它，避害趋利，这是我们应该做的事。

电力是清洁方便的二次能源，通过长途输送它可以使人们远离能源产生地（煤矿、水力资源、风力、太阳能、地热、核安全要求等）使在城镇工业地区开展大规模生产成为可能，不可想象，当今社会如果没有电会是个什么样子？

●     我们有可能离开电磁场吗 ●

严格地讲，电磁场无处不在，人们不可能离开它！地球在有生物之前，就有一个大地磁场，大地电场。地球上有水和空气就有云，就有雷电引发的电磁场和电磁波，还有来自外星球的各种射线等。十八世纪后人类发明了电和电报，就有电力，输电和无线电，现今社会，人造电磁场更是无处不在的。形象的讲：如果电磁波可以看得见的话，就会看到千条万条线穿过我们的身体，就会觉得很恐怖！不过，我们现在不是生活得很好吗！

总的来讲，人们不能离开电磁场，就像人不能离开地球和宇宙一样！宽心吧！

报纸上有则报导：“恐辐女”晒防辐装备（口罩、防辐射手套、防辐射服、防辐射帽子等），还有网上传播日本人四部手机可爆玉米花，俄国人用四部手机煮熟鸡蛋等事情，这些他们除了未客观看待事物之外，剩下的就是闹剧了。

● 不是所有电磁场都能有放辐射电磁波●

我们知道，静止电荷会在周围空间产生电场，流动电荷形成的电流除了产生电场外，还同时产生磁场，这可以用右手定则来表达电磁关系。以上因为场量不随时间变化，就称之为静态场。静态电场和静态磁场彼此独立，互不影响，它们各自独立影响场区，可以分别讨论。

交变电流随时间而变，它产生的电场、磁场也是时间的函数。在交变频率很低时（0～300H₂）其电场、磁场特性仍和静态场相仿，即彼此独立，各自作用。但在频率较高时（约＞100KH₂）其特征就变化了；电场和磁场不再彼此独立，而是互相激励，即交变电场产生了交变磁场，而交变磁场又产生交变电场。电场、磁场互为因果，改变了电场能量和磁场能量的空间分布，产生能量流动。在适合的条件下，积聚的能量会形成从激励源通过空气介质向远方传播的电磁波，是一种有能量的电磁波辐射。

伟大的科学家麦克斯韦，在总结法拉第（发现电磁效应）等前人的经验后，创造性地建立了麦克斯韦方程组

 

 

 

 

 

 

 

 

它概括了宏观电、磁形象的基本性质，是电磁理论的基础。麦克斯韦从恒定磁场安培环路定律的实验中分析，预见了一种与电场时间变化率有关的假想电流——位移电流。位移电流也能够产生磁场，且可以通过非导体介质在真空中传播，从而预言了电磁波的存在。这一预言在后来的赫兹（电报发明人）通过火花间隙实验所证实，从而位移电流假设成立，这就是麦克斯韦的全电流定律。

在远离电磁场源的空间，场源电流J和电荷ρ均视为不存在。

方程组可简化成：

 

 

 

 

 

 

 

 

麦克斯韦预言对应上述方程描述的是一种叫做电磁波的东西，它可以在真空中不需要介质直接传播。这方程式即为电磁波方程，其中磁场的源为变化的电场，即位移电流；电场的源为变化的磁场。电场与磁场相互激励形成电磁波，由空间介质将能量传播出去。

极低频时电场变化率很微，位移电流难以产生。

对于极低频电磁场（0～300H₂）之所以不具备有效的电磁波辐射条件，还基于一个天线理论：即电磁波辐射还与电磁波场源的结构和形式有关。使电磁能量产生辐射的装置称为天线或辐射器，它是实现导行电磁波和自由空间电磁波之间过渡匹配的一种能量转换器。只有当波源的频率提高到使电磁波的波长与天线的尺寸可比拟时，天线上才会产生明显的电磁辐射。

 

 

 

 

 

 

归纳上述：时变电磁场的能量可以脱离场源，以电磁波的形式在空间中向远处传播而不再返还场源，这种现象称为电磁波的辐射。

电磁辐射存在的基本因素是：① 在时变电磁场的条件下，电场时间变化率使位移电流存在，才有能量流动。② 电路（辐射体）的几何尺寸能与电磁波的波长相比拟。总之，在频率足够高、电场时间变化率大、位移电流线数多、波长与电路几何尺寸可比拟、电路开放时，辐射就会强。

我国电力系统交流的工作频率为50H₂，按公式

λ＝V/f               V---光速

计算，其波长λ达到6000公里，现今任何一个输、变电设施都不可能和六千公里的数字相比拟。因而，工频输变电设施是不可能构成有效的电磁能量发射的。

工频超高压输变电设施为何仍能产生微弱的电磁辐射呢？这是基于“电晕放电”和“火花间隙放电”现象，高压线路导线周边的电场强度很大，其导线表面不光洁时致电场不均匀，引起空气分子电离而发生的放电现象，伴有可闻噪声，频带较狭，晚上有时可见到淡蓝光。电晕是一种有功损耗。设计和建设时都力图降低它，采用分裂导线就是其中一种方法。

间隙火花放电是因电路接触不良或线路受侵蚀而发生的弧光放电和火花放电，它多为舜间发生，频带宽，高频分量多。总的来讲，这两种都不应该是常有的现象，它关系到我们电力产品质量和是否经济运行问题。再者，从能量级别来讲，它们比起强大的电力功率来讲，是小了好几个数量级的。不构成对周边环境的影响。

下边分别简述不同的人造电磁系统产生不同特性的电磁场：

*城市广播电视发射塔周围的电磁场。频率范围是48.5～960MH₂属甚高频（VHF）超高频（VHP）发射塔天线高度都在400m以上，据测量表明均小于该频率40μW/cm²的国家标准范围。

*市郊中波广播发射台周围的电磁场。频率范围是53δ～160δMH₂，属中频（MF），选址建台时都应将电场限制在该频段40V/m国家标准内。但城市发展后，其周边应定出禁区。

*城市远郊区短波广播与通信发射台周围电磁场。f=3～30MH₂，因天线有一定仰角，沿地面传播的能量很小，且衰减较快。据测场强约10V/m，小于该频段12～40V/m国家限值。

*市内建筑楼顶的移动通信基站周边的电磁场。f=900～1800 MH₂，属特高频（SHF），天线高度20～50m之间，平行地面直线传播，建设时应规定在国家限值内。

*城市内卫星地面站周围的电磁场。频率＞800MH₂，天线有一定仰角，故天线前方一定距离的空间和天线周围的功率密度较大。

*城市中高压架空输电线和变电站周围的电磁场。f=50H₂，多采用220KV、110KV电压，对220KV线下1.5米处实测工频电场强度均不超过3KV/m，低于4KV/m限值；最大工频磁感应强度均低于30μT，也低于100μT限值。

*工业、科学、医疗、安检设备周边的电磁场。经测表明，在设备0.5～1m处有较高的场强。5m处迅速衰减到几V/m，10m之处几乎为零。故职业人群要检测和作一定防护。

*城市交通干线两侧的电磁场。汽车发动机点火系统是主要的干扰源。它频带宽，对TV图像有干扰。

*办公、家居用电器具周围的电磁场。这方面形式繁多，功率、屏蔽和应用距离千差万别，这些留在下一章讲述。

输变电设施及各种用电设备产生的电、磁场资料十分丰富，可见各种资料，此处从略。

●电场、磁场和电磁波辐射对人体影响 ●

有场源在就必然存在场的影响。在探讨其影响之前，必需厘清“生物效应”与“有害的∮健康影响”两个完全不同的概念。

因暴露在场内而引起生物系统内某种可注意到的或可检测到的生物变化时，一种“生物效应”就产生了；而当生物效应超过生物正常的代偿范围时，“有害的健康影响”就发生了；并可能导致有害的健康出现。日常生活中，如光亮作用于眼睛会导致瞳孔收缩一样，这是一种正常的生物效应，如果长时间强光作用，就可能会灼伤眼球，产生有害健康的影响。我们对电场、磁场、电磁波照射乃至电磁辐射对人体的影响，也应遵循上述这种观点。

世界卫生组织强调，不同频率的电磁源对生物体作用的机理是不同的。电磁场暴露对生物体的影响如何，决定于电磁源的频率及其能量的大小，下边分述：

电离辐射（IR）。是频率极高的电磁波（χ射线、γ射线），它具有足够的光子能量把原子或分子内的电子撞出，使之产生电离。对生物体它能断开细胞遗传物质分子中DNA的化学键，形成确定性健康危害。

非电离辐射（NIR）。是电磁频谱中频率和能量较低的以下频率，在该频段中，光子能量太弱，辐射的强度再高，也不足以产生电离。它们包括紫外线（UV）辐射和可见光，红外线，微波与射频电磁波，以及极低频与静止的电场、磁场。NIR能产生发热效应，体内感应电流效应等生物效应。本频段下边分述：

*超过10GH₂频率的射频场。因频率高，大部分能量在皮肤表面上被吸收，只有极少的能量渗透到皮下组织之中，高场强在日常生活中是碰不到的。

* 10GH₂～1MH₂频率的射频场。能约渗透到组织内，并由于吸收而产生热效应，深度随频率降低而增加。躯体组织的感应产生热，可激起各种生理与热调节上的反应，如完成任务能力降低等。但日常生活中不会遇到这种暴露。

*低于1MH₂频率的射频场。其热效应未达到值得注意的程度，但它在生物组织中感应电流和电场，只有感应电流至少超过100MA/m²时才会对生物体的正常功能产生干扰，或导致非主动性肌肉收缩，这可以用限值来保证。

*关于极低频的电场和磁场。国际上的研究一致表明，这些场对人体生物系统中的主要影响是在体内感应出电场与电流，未发现有值得注意的健康影响。

前面已讲述，极低频场的电场、磁场是分别作用和分析的。处在工频4KV/m限值下，电场内几乎没有什么影响，不存在实际健康问题。在较高的场强下，除了由人体表面电荷产生的刺激外，也没有其他的影响。处在工频100μT限值下的磁场内也没有什么影响，只有场强高时才会导致肌肉的刺激，没有潜在影响。

世界卫生组织（WHO）对极低频场的健康风险的官方评估结论是：

⑴极低频场因在人体组织中感应电场和电流与组织相互作用，这是这些场作用的唯一已确认的机制。

没有一致的证据表明，暴露于生活环境中的极低频场，会对生物的分子引起直接伤害。迄今为止进行的动物实验结果表明：极低频场并不诱发或促进癌症。

⑵没有一个重要的委员会已经得出低水平的场确实存在健康危害的结论。

⑶并不认为在输电线和配电线周围极低频场的水平对健康有危险。

WHO明确否定在现有环境的电场、磁场水平下的暴露会对人体造成实际健康危害，进而，认定了上述低水平电场与磁场在科学意义上的无害性，这结论是明确而毋庸置疑的。

不同频率时的电场、磁场感应量，电磁波辐射量是不等同的。就在同一频率下，其感应量和场强（或辐射源强），相对距离γ，暴露时间t，和屏蔽效果等都有很大关系。尤其是距离γ，观察波阻抗为γ＜λ/2π的近场区，电场和磁场相位差90°,之间存在能量交换，其场强随电偶极子电场按1/γ3，磁场按1/γ2；磁偶极子电场按1/γ2，磁场按1/γ3的非线性关系快速衰减！这对作用在近场区（感应场区）的情况十分有用。我们可以用限制场强，利用距离，减少暴露时间，提高屏蔽效果等措施，对抗在上述场中的暴露，降低影响。

关于人们在日常生活中，所碰到电场、磁场及电磁波辐射的种类繁多，情况千差万别，是需要认真分析的。

◆微波炉：f= 2.45GH₂，全靠机箱阻挡电磁辐射，工作时离开1米以上，眼睛少看。

◆电磁炉：频率相近，但靠射频通过铁锅底涡流损失产生热量工作，因其无机箱阻挡，泄露会比微波炉大，最好让它做一些人少在跟前的烹调工作。

◆电视、电脑。过去采用CRT（显像管）作显示器机子其行频15.625KH₂，且牵引射线的高压达到24KV及以上，会产生微弱射线，好在大屏幕机都在2～3m外看，情况会好些。现在机子采用LCD显示，情况要好多。

◆手机。f=900MH₂、1800MH₂，其发射场强严格限制，奈何要贴耳使用。真是又爱又恨！采取的措施有：有座机时少用手机，不要在手机上煲电话粥，外接耳机话筒，使手机离脑，少在弱信号地方使用，免辐射增加。记住：只有按下绿色键时才有辐射产生，晚上放在枕头底下监听（待机）无问题。

◆对讲机。均为单通道双工。按下通话键发话时有辐射，能离耳远点好。

◆子母电话机。f=45/48MH₂，功率均≤20MW能用主机话通就少用子机。

◆电热毯。工频电阻发热体本无什么，但睡在上面时，开启使用，其电磁场太贴近。

◆停车测距雷达。高档车的前后各有四个发射头测距，均向外。司机在车里边不在场强方向上，但车前后的人就不太好。

◆遥控器、蓝牙设备等，用红外或中频，都因功率小，不常用而不必理会。

除此之外，空调室外机、电热水器、电吹风、冰箱、风扇等都因在开关时电流突变而产生电磁场，开关时火花也能产生电磁波，但都很微弱和时间短的脉冲，且在近场区衰减快。我意不必理会。

●关于监管和防护 ●

“凡事有度”这个成语告诉我们，任何事情都有一个临界点，超过了这个点，任何安全的事情都可能变成不安全的。世界卫生组织（WHO）和国际非电离防护委员会（ICNIRP）等具有公信力的组织，通过广泛的调查研究工作，来选择这个临界点，得出具有裕度的限值来，这个工作就成了电磁场与健康问题研究的重点了。

在我国，这个组织就是国家环保局。该局发布了如GB8702-1988“电磁辐射防护规定”等国家标准，各方都应该遵守。该局参照国际非电离辐射防护委员会（ICNIRP）1998年发布的导则，结合我国国情制定有关工频电场工频磁场限值的行业标准。目前，工程环境评估采用：4KV/m作为居民区工频电场评价标准；0.1mT(即100μT)作为磁感应强度评价标准。

有了公信的监管机构和限值，电磁环境就有法可依，加上相关部门的防护措施和居民科学的自我防护意识，双管齐下，不可避免的电磁辐射就不会防碍公众的健康。

在防护方面，除了相关的场强的限制，距离的巧妙利用外，就是电磁屏蔽的措施了。以上的几种措施大大地降低了感应和辐射强度，使之达到限值的规定以下，不过电磁屏蔽不是无限制的，它受到技术瓶颈和经济的约束。

如电力变压器必需装在隔墙内，原意是为防火，现在同时作为电磁屏蔽之用就很好。现某些干式配电变压器和配电屏同在一室的做法就不妥了。

●我们应该如何对待电磁环境 ●

关于术语问题，电磁感应不等同于电磁辐射，把电磁辐射这个术语用来描述输变电工程工频电场、磁场的健康影响是张冠李戴，这除了不正确反映它与高频电磁场在物理特性及生物作用机理方面的差异外，更重要的是它混淆了极低频场和高频电磁波，和核辐射三者在环境健康风险上的本质差异。不利于公众正确理解和区分不同频率电磁源暴露的实际风险。因为，核辐射是一种已知的确定的健康危害，人们已有深刻认识，具有一定的恐惧心理，因此，在电磁场环境领域中，毫无必要引用“电磁辐射”这一极易与核辐射相混淆的术语，引起误解，也不利于公众正确解读和理解问题的实质。

严格地讲，只有极高频的致电离电磁波（如χ、γ射线）才使用“辐射”这个术语；而非电离性的高频电磁波应使用“照射”或“暴露”的这个术语。

关于用词问题，世界卫生组织（WHO）经常使用的“迄今为止的研究……”，“无一致性”，“未能证实”之类谨慎用词，就讲明她对环境健康影响评估时是尊重科学的。因为科学地阐明复杂的事实与知识是要付出很大努力的；相反，武断地下笼统的结论，或作不负责任的“推理”、“见解”是不费力气的。因此，简单地断言“有害”或“无害”是不现实，不科学的。

从逻辑上讲：科学证据已证实，在不超过暴露标准“限值”的情况下，电磁场是没有危害的。但是，科学无法提供反面证据，即无法提供电磁场绝对无害的证据，因为科学只能证明确实存在的事实或影响，却无法证明不存在的事实或影响。

走出电磁环境认识的误区是每个公民的要务，只有科学地厘清概念，才能消除不必要的恐慌。现在，国家提倡科学发展观，构建和谐社会，对外要做一个负责任的大国。那么，我们每个人都要做一个负责任的公民，要做到：知就是知，不知就是不知，不懂就去学，不要道听途说，人云亦云，这样是无助于问题解决的。

总之，人类无时不刻地生活在天然和人造的电磁环境中，通过对它的科学分析和了解，正确监管和积极防护，人类也能和电磁环境和平相处。因为电与磁为人类发展所作的巨大贡献，人类是决不能离开它们的。

 

参考资料

﹡工程电磁场与电磁波基础    张惠娟等 机械工业出版社 2009.9

﹡电磁兼容设计与测试技术    何宏等 北京航空航天大学出版社 2008.5

﹡输变电设施的电场、磁场及其环境影响   杨新材等 中国电力出版社 2007.5

﹡人居电力电磁环境   何文亮等 中国电力出版社 2009.4

﹡电磁辐射防护规定（GB8702-88）

﹡500KV超高压送变电工程电磁辐射环境影响评价技术规范（HJ/T24-1998）