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認識電磁場? 1特斯拉=10,000高斯,1高斯=1,000毫高斯(mG) !

 

在我們的生活環境中充滿各種不同頻率電波,如家電用品、行動電話及各種醫療器材等,因此我們幾乎每天與電磁場為伍。即使如此,但有多少人知道什麼是電場?什麼是磁場?電磁場與人體健康有何關聯?接著就讓大家一起來了解電磁場。

 
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電場是由電壓產生,磁場是由電流產生。當輸配電導體帶電後,即使未有負載電流,導體周圍已存在電場,當輸配電線路中有負載電流流動後,電場與磁場同時存在。單相電流迴路之正負導體或三相導體擺放同一管線內且三相負載電流平衡,電磁場將會大部份被抵消,如一迴路之正負導體或三相導體未能擺放同一管線內,線路周圍將會有電磁場存在,如圖1所示。輸配電線路周圍之電磁場分佈,將會干擾臨近通訊設備之通訊品質與電腦螢光幕產生電子束之高壓線圈。常見之實例為辦公室電腦螢光幕受埋設於地板或牆壁內之配電線路三相不平衡電流或中性線零序電流之外洩磁場影響而扭曲,或臨近台電輸配電線路下亦同,位電腦螢光幕映像管部位之磁場強度高於8~10毫高斯時,螢光幕就有扭曲現象,扭曲程度與上述臨近三相負載電流不平衡率成正比關係。

電場很容易被屏蔽,如金屬外殼、鋼筋建築物、樹木及人體皮膚表面等。電力設備如變壓器、電纜等均有金屬外殼,其外面幾乎沒有電場;屋內式變電所之所有設備都在鋼筋混凝土建築物內,對電場屏蔽更佳。又人體皮膚對電場有極佳的屏蔽(約衰減一億倍),進入人體電場幾乎為零。因此,世界上在電磁場對人體健康影響之研究(流行病學)已將電場排除,而以磁場為主。

 
磁場之屏蔽非常困難,但如方向相反、大小相同的電流產生的磁場可以互相抵消,且磁場之強度會隨著與發生源的距離加大而急速衰減。台電輸電線均為三相線路,其所產生之電磁場亦有互相抵消作用,但因排列方式設限無法完全抵消,如垂直排列之輸電線,對輸電線下之電磁場影響比等距離之左右側大(如台電345kV、161kV與69kV之輸電線);水平排列之輸電線,對輸電線下之電磁場影響比等距離之左右側小。圖2所示為水平排列之11.4kv系統配電線圖,為配電線下遮蔽物體對電場與磁場隔離情形之實例。
 
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電場單位為仟伏特/米(kV/m),磁場之單位為特斯拉(Tesla)或高斯(Gauss)或毫高斯(mG)。 1特斯拉=10,000高斯,1高斯=1,000毫高斯(mG)。目前商用測量儀器種類很多,價格由幾仟元到幾拾萬元都有,視其測量空間軸、頻寬與測量強度範圍而定。
 
 
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事實上,我們幾乎每天與電磁場為伍,因大地南北極有近0.5高斯之地磁(直流),家庭中有各式各樣之電器用品,生活周圍充滿各種不同頻率電波,目前正流行之行動電話(交流),以及各式各樣醫療器材皆含有不等之交流電磁場,如表1︰英國國家輻射保護局(NRPB)公佈之家電磁場資料(一)與圖3︰生活周遭的磁場圖所示。圖4所示為生活周遭環境電磁場頻率分佈與能量、輻射對照(二),磁場頻率越高其能量與輻射隨之增加。
 

圖 1 電流不平衡線路周圍之電磁場分佈

 

圖2 配電線下遮蔽物體之電場與磁場隔離情形

 
對於低頻率之磁場,頻率約介於 0 ~ 3×Hz,如電力公司50/60 Hz之電力系統,能量最弱不會破壞生物細胞分子也不會產生溫度,亦不會在人體或生物體產生累積效應,為無熱效應之非游離輻射磁場;磁場頻率約介於3×~3×Hz,能量弱不會破壞生物細胞分子但會產生溫度,為有熱效應之非游離輻射,如微波爐可煮熟食物;磁場頻率約介於3×~3×Hz的能量最強,可破壞生物細胞分子,會有累積效應,除有熱效應外亦有游離輻射,如X光有輻射劑量,有累積效果,故照射次數不宜過多。

電磁場與人體健康是否有關聯?近年來,科學家一般認為極低頻率(Extremely low frequency, ELF)30~300Hz之電磁場(就是一般電力線及電力設備所產生的電磁場),就能量觀點而言,既不能打斷電子鍵或化學鍵,也不會因微量的熱而對人體健康產生不良影響,雖然某些流行病學研究懷疑少部份癌症與電磁場有”統計學上的相關性“ (如下註解),但這些研究在設計及解釋上還有很多問題存在,但也有一些研究認為沒有關連,故至目前為止”尚無定論”(三)。

註:”統計學上的相關性“一詞意義並不意味因果關係。例如清晨天快亮公雞會啼叫,但公雞啼叫時並不一定天快亮。

 
距離 3公分 1公尺
電器產品
電 視 25 ~500 (毫高斯) 0.1 ~ 1.5 (毫高斯)
微波爐 750 ~ 2,000 (毫高斯) 2.5 ~ 6.0 (毫高斯)
吹風機 60 ~ 20,000 (毫高斯) 0.1 ~ 3.0 (毫高斯)
冰 箱 5 ~ 17 (毫高斯) < 0.1 (毫高斯)
電鬍刀 150 ~ 15,000 (毫高斯) 0.1 ~ 3.0 (毫高斯)
洗衣機 8 ~ 500 (毫高斯) 0.1 ~ 1.5 (毫高斯)
吸塵器 2,000 ~ 8,000 (毫高斯) 1.3 ~ 20 (毫高斯)
檯 燈 400 ~ 4,000 (毫高斯) 0.2 ~ 2.5 (毫高斯)

表1 英國國家輻射保護局(NRPB)公佈之家電磁場資料

 
 

圖3 生活周遭的磁場

 

圖4 生活周遭環境電磁場頻率分佈與能量、輻射對照

 
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各先進國家對於50/60 Hz電場限制之推薦值(kV/m)與磁場之推薦值(mG),如表2與表3所示。因台灣地理位置、人種及體型與日本相近,對於電場建議為短時間暴露職業人員不超過30 kV/m,一般民眾不超過10 kV/m為宜,連續暴露職業人員不超過10 kV/m,一般民眾不超過5 kV/m為宜。對於磁場建議為短時間暴露職業人員不超過100高斯,一般民眾不超過10高斯為宜,連續暴露職業人員不超過50高斯,一般民眾不超過2高斯為宜。
 
 
國家/機構 限制值(kV/m)
職業人員 一般民眾
國際輻射保護協會(IRPA/INIRC/WHO) 全天 10 5
數小時 30 10
日 本 連續暴露 10 5
短時間暴露 30 10
波 蘭 連續暴露 15 (家中、醫院、學校) 1
(其他) 10
2小時 20
蘇 聯 8小時 5 -
半小時 20 -
英國國家輻射保護局(NRPB) 12.3 12.3
美國政府工衛學者聯盟(ACGIH) 25 -
捷 克 15 -
德 國 20.7 20.7
澳 洲 同IRPA 同IRPA

表2 先進國家對於50/60 Hz電場限制之推薦值

 
國家/機構 限制值(mG)
職業人員 一般民眾
國際輻射保護協會(IRPA/INIRC/WHO) 全天 5,000 1,000
  數小時 50,000 10,000
日 本 連續暴露 50,000 2,000
  短時間暴露 100,000 10,000
蘇 聯 8小時 18,000 -
  1小時 75,000 -
英國國家輻射保護局(NRPB) 20,000 20,000
美國政府工衛學者聯盟(ACGIH) 10,000 -
德 國 50,000 50,000
澳 洲 同IRPA 同IRPA

表3 先進國家對於50/60 Hz磁場限制之推薦值

 
國際放射防護學會(International Radiation Protection Association,IRPA)早在1974年即成立一非游離輻射(Non-ionizing radiation,NIR)研究小組,專門調查與研究各式非游離輻射環境中可能發生之問題與保護對策,並於1977年在法國巴黎正式成立國際非游離輻射委員會(International Non-Ionizing Radiation Committee,INIRC),與世界衛生組織(World Health Organization,WHO)之環境衛生分會(Environmental Health Division)合作發展出非游離輻射安全標準文件,作為世界衛生組織環境保健之準則,並成為聯合國環境安全之綱領。綱領中包含人體特性(physical characteristics)概觀、測量方法、使用儀器、發生源與非游離輻射環境建議值之應用,以及非游離輻射之生物效應(Biological effects)文獻整理與暴露在非游離輻射環境之健康威脅評估。這些安全標準文件,對於暴露限制值之結論和非游離輻射實際術語,提供相當之科學數據。

IRPA於1992年5月18~22日假加拿大蒙特婁爾(Montreal)召開第八屆國際會議,並正式成立一個獨立運作之科學組織,稱為非游離輻射國際委員會(International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection,ICNIRP),以取代原先隸屬於IRPA之國際非游離輻射委員會(IRPA/INIRC),主要功能在調查存在人類周遭環境各種非游離輻射型態與提出暴露於非游離輻射環境之國際準則,以及各式電磁場生物效應之防護對策。

行政院環保暑參考ICNIRP於1998年發表之非游離輻射環境國際準則,於90年1月12日正式公告"非游離輻射環境建議值"相關內容與名詞定義如下:

(一)為防制環境中非游離輻射,特訂定本建議值。

(二)非職業場所之一般民眾於環境中暴露各類段非游離輻射之環境建議值如 下:

頻 段 電場強度(V/m) 磁場強度
(A/M)
磁通量密度
(μT)
功率密度Seq(W/㎡)
< 1Hz - 3.2× -
1~8 Hz 10,000 3.2× -
8~25 Hz 10,000 4,000/ f 5,000/ f -
0.025~0.8k Hz 250/ f 4/ f 5/ f -
0.8~3k Hz 250/ f 5 6.25 -
3~150k Hz 87 5 6.25 -
0.15~1M Hz 87 0.73/ f 0.92/ f -
1~10M Hz 871 0.73/ f 0.92/ f -
10~400M Hz 28 0.073 0.092 2
400~2,000M Hz 1.375 0.0037 0.0046 f/200
2~300G Hz 61 0.16 0.20 10

表4 非職業場所之一般民眾於環境中暴露各類段非游離輻射之環境建議值

 

(三)本建議值各項名詞定義如下:

  1. 頻段:係指特定之頻頻範圍。
  2. 電場強度:係指在空間某點上電場的電場強度向量大小均方根值,以單位長度伏特數(V/m)表示。
  3. 磁場強度:係指在空間某點上磁場的磁場強度向量大小均方根值,以單位長度安培數(A/m)表示。
  4. 磁通量密度:係指在空間某點上磁場的磁通量密度向量大小均方根值,以微特斯拉(μT)表示。
  5. 功率密度:係指在空間某點上等效
    平面電磁波輻射功率密度之均方根值,以單位面積之瓦特數(W/m2)表示。
  6. f:係指頻率,以表中相對應頻段之頻率單位表示。

(四)本建議值之量測方法如下:

  1. 交流電力頻率及其低階諧波電磁場之量測:
    空曠地區架空高壓線附近區域電磁場之量測,可依國際電工協會(IEC) Publication 833 (1987)或美國國家標準(ANSI/IEEE) Standard 644 (1987)的兩項量測技術標準進行。其餘場所空間電磁場之量測,可取場源附近人體較易長期接近區域內量測的均方根值中之最大(peak)值。
  2. 300k Hz以上電磁場之量測:
    依美國聯邦通訊委員會(FCC)之建議採ANSI/IEEE C95.5-1992之量測技術標準進行。

(五)本建議值及量測技術標準將配合國際狀況適時修正。