極低頻 (ELF) 和極低頻 (VLF) 電場和磁場涵蓋高於靜態 (> 0 Hz) 場的頻率範圍，最高可達 30 kHz。 對於本文，ELF 定義為頻率範圍 > 0 至 300 Hz，VLF 定義為 > 300 Hz 至 30 kHz。 在 > 0 到 30 kHz 的頻率範圍內，波長從 ∞（無窮大）到 10 公里不等，因此電場和磁場基本上彼此獨立，必須分開處理。 電場強度（E) 以伏特每米 (V/m) 為單位測量，磁場強度 (H) 以安培每米 (A/m) 和磁通密度 (B) 在特斯拉 (T) 中。
使用在該頻率範圍內運行的設備的工人對可能產生的不利健康影響進行了相當多的爭論。 到目前為止，最常見的頻率是 50/60 Hz，用於電力的產生、分配和使用。 媒體報導、錯誤信息的傳播和正在進行的科學辯論加劇了人們對暴露於 50/60 Hz 磁場可能與癌症發病率增加有關的擔憂（Repacholi 1990；NRC 1996）。
本文的目的是概述以下主題領域：
- 來源、職業和應用
- 劑量學和測量
- 相互作用機制和生物學效應
- 人類研究和對健康的影響
- 保護措施
- 職業暴露標準。
提供概要說明是為了讓工作人員了解 ELF 和 VLF 主要來源的場的類型和強度、生物效應、可能的健康後果和當前的暴露限值。 還給出了安全注意事項和保護措施的概述。 雖然許多工作人員使用可視化顯示單元 (VDU)，但本文僅提供簡短的詳細信息，因為它們在本文的其他地方有更詳細的介紹 百科全書.
此處包含的大部分材料可以在最近的一些評論中找到更詳細的信息（WHO 1984、1987、1989、1993；IRPA 1990；ILO 1993；NRPB 1992、1993；IEEE 1991；Greene 1992；NRC 1996）。
職業暴露的來源
職業暴露的水平差異很大，並且在很大程度上取決於特定的應用。 表 1 總結了 > 0 至 30 kHz 範圍內頻率的典型應用。
表 1. 在 > 0 至 30 kHz 範圍內運行的設備的應用
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頻率 |
波長(公里) |
典型應用 |
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16.67、50、60 赫茲 |
18,000-5,000 |
發電、輸電和使用、電解工藝、感應加熱、電弧爐和鋼包爐、焊接、運輸等，任何工業、商業、醫療或研究用電 |
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0.3–3 赫茲 |
1,000-100 |
廣播調製、醫療應用、電爐、感應加熱、淬火、焊接、熔化、精煉 |
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3–30 赫茲 |
100-10 |
超遠程通信、無線電導航、廣播調製、醫療應用、感應加熱、硬化、焊接、熔化、精煉、VDU |
發電和配電
50/60 赫茲電場和磁場的主要人工來源是那些涉及發電和配電的來源，以及任何使用電流的設備。 大多數此類設備在大多數國家/地區以 50 Hz 的電源頻率運行，在北美以 60 Hz 的電源頻率運行。 一些電動火車系統以 16.67 赫茲運行。
高壓 (HV) 輸電線路和變電站與工人可能經常接觸到的最強電場相關聯。 導體高度、幾何配置、與線路的橫向距離以及傳輸線的電壓是迄今為止考慮地面最大電場強度的最重要因素。 在大約兩倍線高的橫向距離處，電場強度隨距離以近似線性的方式減小（Zaffanella 和 Deno 1978）。 在高壓輸電線路附近的建築物內部，電場強度通常比未受干擾的場低約 100,000 倍，具體取決於建築物的配置和結構材料。
與涉及大電流的工業應用相比，架空傳輸線的磁場強度通常相對較低。 在變電站工作或維護帶電輸電線路的電力公司員工構成了暴露於更大場強（在某些情況下為 5 mT 或更高）的特殊群體。 在沒有鐵磁材料的情況下，磁場線在導體周圍形成同心圓。 除了電源導體的幾何形狀外，最大磁通密度僅由電流大小決定。 高壓輸電線路下方的磁場主要橫向於線路軸。 地平面的最大磁通密度可能在中心線以下或外部導體以下，具體取決於導體之間的相位關係。 對於典型的雙迴路 500 kV 架空輸電線路系統，地面的最大磁通密度約為每千安傳輸電流 35 μT（Bernhardt 和 Matthes 1992）。 高達 0.05 mT 的磁通密度的典型值出現在架空線路附近的工作場所、變電站和以 16 2/3、50 或 60 Hz 的頻率運行的發電站 (Krause 1986)。
工業流程
職業性磁場暴露主要來自於在使用大電流的工業設備附近工作。 此類設備包括用於焊接、電渣精煉、加熱（熔爐、感應加熱器）和攪拌的設備。
在加拿大（Stuchly 和 Lecuyer 1985 年）、波蘭（Aniolczyk 1981 年）、澳大利亞（Repacholi，未發表的數據）和瑞典（Lövsund、Oberg 和 Nilsson 1982 年）對工業用感應加熱器進行的調查顯示，磁通密度在操作員位置範圍從 0.7 μT 到 6 mT，具體取決於使用的頻率和與機器的距離。 Lövsund、Oberg 和 Nilsson（1982 年）在對工業電工鋼和焊接設備磁場的研究中發現，點焊機（50 Hz，15 至 106 kA）和鋼包爐（50 Hz，13 至 15 kA）產生的磁場高達 10 mT，距離可達 1 m。 在澳大利亞，發現在 50 Hz 至 10 kHz 範圍內運行的感應加熱設備在操作員可以站立的位置提供高達 2.5 mT（50 Hz 感應爐）的最大場。 此外，以其他頻率工作的感應加熱器周圍的最大場在 130 kHz 時為 1.8 μT，在 25 kHz 時為 2.8 μT，在 130 kHz 時超過 9.8 μT。
由於產生磁場的線圈尺寸通常很小，所以很少對整個身體進行高度暴露，而是主要對手進行局部暴露。 操作員手上的磁通量密度可能達到 25 mT（Lövsund 和 Mild 1978 年；Stuchly 和 Lecuyer 1985 年）。 在大多數情況下，磁通密度小於 1 mT。 感應加熱器附近的電場強度通常較低。
由於電爐或其他使用大電流的設備，電化學行業的工人可能會暴露在高電場和磁場強度下。 例如，感應爐和工業電解槽附近的磁通密度可測量到高達 50 mT。
視覺顯示單元
可視顯示單元 (VDU) 或視頻顯示終端 (VDT) 的使用正以越來越快的速度增長。 VDT 操作員對低水平輻射的排放可能產生的影響表示擔憂。 在靠近屏幕表面的最壞情況下測量到的磁場（頻率 15 至 125 kHz）高達 0.69 A/m (0.9 μT)（放射衛生局 1981 年）。 許多調查都證實了這一結果（Roy et al. 1984；Repacholi 1985 IRPA 1988）。 國家機構和個別專家對 VDT 的測量和調查進行的全面審查得出結論，VDT 的輻射不會對健康造成任何影響（Repacholi 1985；IRPA 1988；ILO 1993a）。 無需執行常規輻射測量，因為即使在最壞情況或故障模式條件下，輻射水平也遠低於任何國際或國家標準的限制 (IRPA 1988)。
文件中提供了對排放的全面審查、適用科學文獻、標準和指南的總結（ILO 1993a）。
醫療應用
患有不能很好癒合或癒合的骨折的患者已接受脈衝磁場治療（Bassett、Mitchell 和 Gaston 1982 年；Mitbreit 和 Manyachin 1984 年）。 還正在研究使用脈衝磁場來促進傷口癒合和組織再生。
各種產生磁場脈衝的設備被用於刺激骨骼生長。 一個典型的例子是產生大約 0.3 mT 的平均磁通密度、大約 2.5 mT 的峰值強度，並在骨骼中產生 0.075 至 0.175 V/m 範圍內的峰值電場強度的裝置（Bassett、Pawluk 和皮拉 1974）。 在暴露的肢體表面附近，該裝置產生大約 1.0 mT 的峰值磁通密度，導致峰值離子電流密度約為 10 至 100 mA/m2 （1 至 10 μA/cm2) 在組織中。
測量
在開始測量 ELF 或 VLF 場之前，獲取盡可能多的有關源特徵和暴露情況的信息非常重要。 估計預期場強和選擇最合適的測量儀器需要此信息（Tell 1983）。
有關來源的信息應包括：
- 存在的頻率，包括諧波
- 電力傳輸
- 極化（方向 E 場地）
- 調製特性（峰值和平均值）
- 佔空比、脈衝寬度和脈衝重複頻率
- 天線特性，例如類型、增益、波束寬度和掃描速率。
有關暴露情況的信息必須包括：
- 距源的距離
- 任何散射物體的存在。 平面散射可以增強 E 2 倍的場。甚至更大的增強可能來自曲面，例如角反射器。
表 2. 磁場暴露的職業來源
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資源 |
磁通量 |
距離（米） |
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顯示器 |
最高2.8 x 10 - 4 |
0.3 |
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高壓線 |
截至到0.4 |
下劃線 |
|
發電站 |
截至到0.27 |
1 |
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焊接電弧 (0–50 Hz) |
0.1-5.8 |
0-0.8 |
|
感應加熱器 (50–10 kHz) |
0.9-65 |
0.1-1 |
|
50 赫茲鋼包爐 |
0.2-8 |
0.5-1 |
|
50 赫茲電弧爐 |
截至到1 |
2 |
|
10 Hz 感應攪拌器 |
0.2-0.3 |
2 |
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50 Hz 電渣焊 |
0.5-1.7 |
0.2-0.9 |
|
治療設備 |
1-16 |
1 |
資料來源：艾倫 1991 年； 伯恩哈特 1988； 克勞斯 1986； Lövsund、Oberg 和 Nilsson 1982； Repacholi，未發表的數據； 1986 年； Stuchly 和 Lecuyer 1985，1989。
儀器儀表
電場或磁場測量儀器由三個基本部分組成：探頭、導線和監視器。 為確保進行適當的測量，需要或希望具有以下儀器特性：
- 探測器必須只響應 E 場或 H 領域，而不是同時。
- 探頭不得對場產生明顯的擾動。
- 從探頭到監視器的導線不得顯著干擾探頭處的場，或從場耦合能量。
- 探頭的頻率響應必須覆蓋需要測量的頻率範圍。
- 如果在近場反應中使用，探頭傳感器的尺寸最好小於當前最高頻率波長的四分之一。
- 儀器應指示被測場參數的均方根（rms）值。
- 儀器的響應時間應該是已知的。 理想的響應時間約為 1 秒或更短，以便容易檢測到間歇場。
- 探頭應響應場的所有偏振分量。 這可以通過固有的各向同性響應或通過探頭在三個正交方向上的物理旋轉來實現。
- 良好的過載保護、電池操作、便攜性和堅固的結構是其他理想的特性。
- 儀器提供以下一項或多項參數的指示：平均值 E 場 (V/m) 或均方 E 領域（V2/m2); 平均 H 場 (A/m) 或均方 H 字段（A2/m2).
調查
通常會進行調查以確定工作場所中現有的場地是否低於國家標準規定的限制。 因此，進行測量的人員必須完全熟悉這些標準。
應調查所有佔用和可訪問的位置。 被測設備的操作員和驗船師應盡可能遠離測試區域。 通常存在的所有可能反射或吸收能量的物體都必須就位。 驗船師應採取預防措施防止射頻 (RF) 灼傷和電擊，尤其是在高功率、低頻系統附近。
相互作用機制和生物學效應
交互機制
ELF 和 VLF 場與生物系統相互作用的唯一既定機制是：
- 在暴露的物體上感應表面電荷並產生電流（以 mA/m 為單位測量）的電場2) 在體內，其大小與表面電荷密度有關。 根據暴露在場中的暴露條件、大小、形狀和位置，表面電荷密度可能有很大差異，導致體內電流分佈可變且不均勻。
- 磁場還通過在體內感應電場和電流作用於人體。
- 在暴露於 ELF 或 VLF 電場的導電物體（例如汽車）中感應的電荷可能導致電流通過與其接觸的人。
- 與導體（例如，鐵絲網）耦合的磁場會導致電流（與暴露場的頻率相同）通過與其接觸的人的身體。
- 當暴露在強電場中的人和金屬物體靠得足夠近時，可能會發生瞬態放電（火花）。
- 電場或磁場可能會干擾植入式醫療設備（例如，單極心臟起搏器）並導致設備故障。
上面列出的前兩個交互是人與 ELF 或 VLF 場之間直接耦合的示例。 最後四種相互作用是間接耦合機制的例子，因為它們只有在暴露的生物體靠近其他物體時才會發生。 這些身體可以包括其他人或動物和物體，例如汽車、柵欄或植入設備。
雖然已經假設了生物組織與 ELF 或 VLF 場之間相互作用的其他機制，或者有一些證據支持它們的存在（WHO 1993；NRPB 1993；NRC 1996），但沒有一種機制被證明對健康造成任何不利後果。
健康影響
證據表明，暴露於頻率範圍 > 0 至 30 kHz 的電場和磁場中的大部分已確定影響是由對錶面電荷和感應電流密度的敏銳反應引起的。 人們可以感知到極低頻電場（而不是磁場）在他們的身體上感應出的振盪表面電荷的影響； 如果足夠強烈，這些影響會變得煩人。 表 3 總結了電流通過人體的影響（感知閾值、鬆手閾值或破傷風閾值）。
表 3. 電流通過人體的影響
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影響 |
主題 |
以 mA 為單位的閾值電流 |
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50 和 60 赫茲 |
300赫茲 |
1000赫茲 |
10千赫 |
30千赫 |
||
|
知覺 |
男士 女士 兒童 |
1.1 0.7 0.55 |
1.3 0.9 0.65 |
2.2 1.5 1.1 |
15 10 9 |
50 35 30 |
|
放手閾值衝擊 |
男士 女士 兒童 |
9 6 4.5 |
11.7 7.8 5.9 |
16.2 10.8 8.1 |
55 37 27 |
126 84 63 |
|
胸部強直; |
男士 女士 兒童 |
23 15 12 |
30 20 15 |
41 27 20.5 |
94 63 47 |
320 214 160 |
資料來源：Bernhardt 1988a。
人體神經和肌肉細胞已被暴露於幾 mT 和 1 至 1.5 kHz 的磁場中感應的電流所刺激； 閾值電流密度被認為高於 1 A/m2. 暴露於低至約 5 至 10 mT（20 Hz）的磁場或直接施加於頭部的電流可以在人眼中引起閃爍的視覺感覺。 考慮到這些反應和神經生理學研究的結果表明，細微的中樞神經系統功能，例如推理或記憶，可能會受到 10 mA/m 以上的電流密度的影響2 (NRPB 1993)。 閾值可能在大約 1 kHz 之前保持不變，但此後會隨著頻率的增加而上升。
幾個 體外 研究（WHO 1993 年；NRPB 1993 年）報導了暴露於 ELF 和 VLF 電場和直接施加於細胞培養物的電流的各種細胞系中的代謝變化，例如酶活性和蛋白質代謝的改變以及淋巴細胞細胞毒性降低。 大多數影響已在大約 10 到 1,000 mA/m 的電流密度下報告2，儘管這些反應的定義不太明確（Sienkiewicz、Saunder 和 Kowalczuk 1991）。 然而，值得注意的是，神經和肌肉電活動產生的內源性電流密度通常高達 1 mA/m2 最高可達 10 mA/m2 在心裡。 這些電流密度不會對神經、肌肉和其他組織產生不利影響。 通過將感應電流密度限制在 10 mA/m 以下，可以避免這種生物效應2 在高達約 1 kHz 的頻率下。
對健康有很多影響但我們的知識有限的幾個可能的生物相互作用領域包括：松果體中夜間褪黑激素水平的可能變化和暴露於 ELF 電場或磁場引起的動物晝夜節律的改變，以及極低頻磁場對發育和致癌過程的可能影響。 此外，有一些證據表明生物對非常弱的電場和磁場有反應：這些包括腦組織中鈣離子流動性的改變、神經元放電模式的改變以及操作行為的改變。 振幅和頻率“窗口”均已被報導，這挑戰了傳統的假設，即響應的幅度隨著劑量的增加而增加。 儘管需要進一步調查，但這些影響並未得到很好的證實，也沒有為建立對人體暴露的限制提供依據（Sienkievicz、Saunder 和 Kowalczuk 1991 年；WHO 1993 年；NRC 1996 年）。
表 4. 各種生物效應的近似電流密度範圍
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影響 |
電流密度（毫安/米2) |
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直接神經和肌肉刺激 |
1,000-10,000 |
|
中樞神經系統活動的調節 |
100-1,000 |
|
視網膜功能的變化 |
|
|
內生電流密度 |
1-10 |
資料來源：Sienkiewicz 等。 1991.
職業暴露標準
幾乎所有限制在 > 0-30 kHz 範圍內的標準都需要將感應電場和電流保持在安全水平。 通常感應電流密度限制在小於 10 mA/m2. 表 5 總結了一些當前的職業接觸限值。
表 5. 暴露於 > 0 至 30 kHz 頻率範圍內電場和磁場的職業限制（注意 f 的單位是 Hz）
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國家/參考 |
頻率範圍 |
電場 (V/m) |
磁場 (A/m) |
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國際 (IRPA 1990) |
50 / 60赫茲 |
10,000 |
398 |
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美國（IEEE 1991） |
3–30 赫茲 |
614 |
163 |
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美國（ACGIH 1993） |
1–100 赫茲 100–4,000 赫茲 4–30 赫茲 |
25,000 2.5 10點¯x6/f 625 |
60 /f 60 /f 60 /f |
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德國（1996） |
50 / 60赫茲 |
10,000 |
1,600 |
|
英國 (NRPB 1993) |
1–24 赫茲 24–600 赫茲 600–1,000 赫茲 1–30 赫茲 |
25,000 6 10點¯x5/f 1,000 1,000 |
64,000 /f 64,000 /f 64,000 /f 64 |
保護措施
高壓輸電線路附近發生的職業暴露取決於工人在高電位帶電工作期間在地面上或導體上的位置。 在帶電條件下工作時，可使用防護服將體內的電場強度和電流密度降低到與在地面工作時相似的值。 防護服不會減弱磁場的影響。
應明確分配保護工人和公眾免受暴露於 ELF 或 VLF 電場和磁場的潛在不利影響的責任。 建議主管當局考慮採取以下步驟：
- 制定和採用暴露限值以及實施合規計劃
- 制定技術標準以降低對電磁干擾的敏感性，例如起搏器
- 制定標準，定義因電磁干擾而在強電場和強磁場源周圍限制進入的區域（例如，起搏器和其他植入設備）。 應考慮使用適當的警告標誌。
- 在每個具有高暴露可能性的場所，要求專門指派負責工人和公眾安全的人員
- 制定標準化測量程序和調查技術
- 對工人進行有關暴露於 ELF 或 VLF 電場和磁場的影響的教育要求以及旨在保護他們的措施和規則
- 起草 ELF 或 VLF 電場和磁場中工人安全的指南或操作規範。 ILO (1993a) 為此類準則提供了極好的指導。