Sähkömagneettiset kentät työympäristössä

Transkriptio

1 Sähkömagneettiset kentät työympäristössä Opaskirja työntekijöiden altistumisen arvioimiseksi Maila Hietanen Patrick von Nandelstadh Tommi Alanko TYÖYMPÄRISTÖTUTKIMUKSEN RAPORTTISARJA 14 Työterveyslaitos 2005

2 Työympäristötutkimuksen raporttisarja 14 Työterveyslaitos, 2005 Julkaisutiedot Julkaisu: Työympäristötutkimuksen raporttisarja 14, Työterveyslaitos, 2005 ISBN , ISSN Kirjoittajat: Maila Hietanen, Patrick von Nandelstadh, Tommi Alanko Otsikko: Sähkömagneettiset kentät työympäristössä - Opaskirja työntekijöiden altistumisen arvioimiseksi Vastuullinen osasto: Työterveyslaitos, Fysiikan osasto Painopäivämäärä: Toukokuu 2005 Julkaisuvapaa: Sivuja: 46 Painos: 1 Kansi Arja Tarvainen Kannen kuva Tommi Alanko Työterveyslaitos Fysiikan osasto Topeliuksenkatu 41 a A Helsinki Savion Kirjapaino Oy 2005 ISBN ISSN

3 Sähkömagneettiset kentät työympäristössä Esipuhe Nykyisin lähes kaikki työntekijät altistuvat työympäristössään sähkömagneettisille kentille (sm-kentille). Useimmissa tapauksissa kentät ovat voimakkuudeltaan vähäisiä ja terveydelle haitattomia. Kuitenkin joissakin työtehtävissä altistutaan satunnaisesti tai toistuvasti turvalliset tasot ylittäville sm-kentille, jolloin terveyshaitat ovat mahdollisia. Tämä opaskirjanen on tarkoitettu antamaan yleiskuva eri tyyppisten sm-kenttälähteiden aiheuttamista altistumistasoista. Oppaan tavoitteena on auttaa työnantajia ja työntekijöitä sekä työterveyshuollon asiantuntijoita ja työsuojeluviranomaisia terveysriskien ja mittaustarpeen arvioinnissa. Viime vuosina Euroopan Parlamentti ja Neuvosto ovat todenneet tarpeelliseksi antaa suosituksia ja määräyksiä sekä työntekijöiden että muun väestön suojelemiseksi sm-kenttiin liittyviltä terveysriskeiltä. Työntekijöitä koskevat altistumisrajoitukset ja työnantajia koskevat vaatimukset on esitetty yksityiskohtaisesti direktiivissä 2004/40/EY, jonka asettamia määräyksiä tässä katsauksessa tarkastellaan lähinnä altistumisrajojen osalta. Opaskirjan laadintaan on saatu rahoitusta Euroopan Unionilta (EU/DG EMPL/VP/1999/010) 3

4 Työympäristötutkimuksen raporttisarja 14 Työterveyslaitos, 2005 Sisällys 1 Johdanto SÄHKÖMAGNEETTISTEN KENTTIEN OMINAISUUDET SÄHKÖMAGNEETTISTEN KENTTIEN TAAJUUSALUEET Sm-kenttien vaikutusmekanismit STAATTISET SÄHKÖ- JA MAGNEETTIKENTÄT AJALLISESTI MUUTTUVAT SÄHKÖ- JA MAGNEETTI- KENTÄT Pientaajuiset sm-kentät (1 Hz khz) Radiotaajuuskentät (100 khz GHz) Altistumismittaukset PERUSKÄSITTEET ELF-KENTTIEN MITTAUKSET RF-KENTTIEN JA INDUSOITUNEEN VIRRAN MITTAUKSET OMINAISABSORPTIONOPEUS (SAR) Altistumisen raja-arvot ja toiminta-arvot AJALLISESTI MUUTTUVAT SÄHKÖMAGNEETTISET KENTÄT ( 300 GHZ) Altistumisen raja-arvot Toiminta-arvot Samanaikainen altistuminen eri taajuisille kentille STAATTISET MAGNEETTIKENTÄT STAATTISET SÄHKÖKENTÄT Sähkömagneettisten kenttien lähteitä työympäristössä STAATTISTEN SÄHKÖ- JA MAGNEETTIKENTTIEN LÄHTEITÄ Staattiset sähkökentät Staattiset magneettikentät TOIMISTOTILOJEN SÄHKÖLAITTEET SÄHKÖN TUOTANTO JA JAKELU INDUKTIOKUUMENTIMET SÄHKÖHITSAUSLAITTEET SÄHKÖJUNAT NMR- JA MRI- LAITTEISTOT VARASHÄLYTTIMET JA VASTAAVAT VALVONTALAITTEET RADIO- JA TELEVISIOLÄHETTIMET SUURTAAJUUSKUUMENTIMET MIKROAALTOKUIVAIMET MATKAPUHELIMET TUKIASEMAT ILMA- JA MERIVALVONTATUTKAT

5 Sähkömagneettiset kentät työympäristössä 6 Päätelmät Kirjallisuutta...39 Liite A. Esimerkkejä altistumisen raja-arvoista ja toimintaarvoista eri taajuuksilla...42 Liite B. Sähkömagneettisia kenttiä koskevia standardeja

6 6 Työympäristötutkimuksen raporttisarja 14 Työterveyslaitos, 2005

7 Sähkömagneettiset kentät työympäristössä 1 JOHDANTO 1.1 Sähkömagneettisten kenttien ominaisuudet Sähkömagneettiset kentät (sm-kentät) ovat osa ionisoimattoman säteilyn spektriä, ja ne jaotellaan aallonpituuden (λ) ja taajuuden (f) mukaan eri alueisiin. Aallonpituuden mittayksikkö on metri (m) ja taajuuden hertsi (Hz). Aallonpituuden ja taajuuden välillä vallitsee yhteys f = missä c on valon nopeus ( m/s). Sähkökenttä syntyy sähkövarausten aiheuttamien jännite-erojen seurauksena. Sähkökentän voimakkuus (E) ilmoitetaan voltteina metriä kohti (V/m). Esimerkiksi 240V generaattori, joka yhdistetään kahteen rinnakkaiseen, 1 metrin etäisyydellä toisistaan olevaan metallilevyyn, aiheuttaa 240 V/m sähkökentän voimakkuuden levyjen välille. Magneettikenttä liittyy puolestaan sähkövirtaan ja syntyy sähköisten varausten liikkuessa. Magneettikenttien kuvaamiseen käytetään kahta eri suuretta: magneettikentän voimakkuutta (H) yksikkönä ampeeri metriä kohti (A/m) tai magneettivuon tiheyttä (B) yksikkönä tesla (T). Magneettikentän voimakkuuden ja vuontiheyden välinen yhteys riippuu väliaineen permeabiliteetista (µ) c λ B = µh Ilman ja biologisen materian permeabiliteetti on 4π 10-7 Vs/Am, ja magneettivuon tiheys on 6 B = H Muistisääntö: 1 mikrotesla (µt) = 0.8 ampeeria metriä kohti (A/m) 7

8 Työympäristötutkimuksen raporttisarja 14 Työterveyslaitos, 2005 Virrantiheys (J) ilmaistaan ampeereina neliömetriä kohti (A/m 2 ) ja se on verrannollinen sähkökentän voimakkuuteen (E) seuraavasti J = σ E missä σ on väliaineen johtavuus, jonka yksikkö on siemens metriä kohti (S/m). Taulukko 1.1. Sähkömagneettisiin kenttiin liittyviä suureita ja yksiköitä. Suure Tunnus Yksikkö Yksikön tunnus Taajuus f Hertsi Hz Aallonpituus λ Metri m Sähkökentän voimakkuus E Voltti metriä kohti V/m Magneettikentän voimakkuus H Ampeeri metriä kohti A/m Magneettivuon tiheys B Tesla T Tehotiheys S Watti neliömetriä kohti W/m 2 Virrantiheys Ominaisabsorptionopeus J SAR Ampeeri neliömetriä kohti Watti kilogrammaa kohti A/m 2 W/kg Johtavuus σ Siemens metriä kohti S/m Permeabiliteetti µ Henry metriä kohti H/m Tyhjön permeabiliteetti µ 0 µ 0 = H/m 8

9 Sähkömagneettiset kentät työympäristössä 1.2 Sähkömagneettisten kenttien taajuusalueet Sähkömagneettisten kenttien taajuudet riippuvat niitä aiheuttavien lähteiden ominaisuuksista. Staattisten sähkö- ja magneettikenttien taajuus on 0 Hz. Ajallisesti muuttuvien sm-kenttien taajuusalue on 1 Hz GHz. Sähköä käyttävien järjestelmien perustaajuus ("verkkotaajuus") on Suomessa 50 Hz. Taulukossa 1.2 on esitetty sm-kenttien jaottelu taajuuden ja aallonpituuden mukaan sekä esimerkkejä sm-kenttien lähteistä. Taulukko 1.2. Sähkömagneettisten kenttien sovelluksia eri taajuuksilla. Taajuus Aallonpituus Taajuusalue 0 Hz Staattiset kentät 1 Hz km 300 Hz 1000 km Sovelluksia Tasavirtageneraattori Magneettikuvaus Sähkön tuotanto ja jakelu Sähköjunat Hitsaus 3 khz 100 km Pientaajuiset kentät Induktiokuumentimet 30 khz 10 km Varashälyttimet 100 khz 3 km 3 MHz 100 m AM-radio Induktiokuumentimet Varashälyttimet 30 MHz 10 m Suurtaajuuskuumentimet 300 MHz 1 m Radiotaajuuskentät ja mikroaallot Radio- ja televisiolähetykset 3 GHz 10 cm Matkapuhelimet ja tukiasemat Mikroaaltouunit ja -kuivaajat GHz 1-10 mm Tutkat 9

10 Työympäristötutkimuksen raporttisarja 14 Työterveyslaitos, SM-KENTTIEN VAIKUTUSMEKANISMIT 2.1 Staattiset sähkö- ja magneettikentät Staattiset sähkökentät kohdistuvat kehon pintaan ja aiheuttavat hiusten kohoamista ja ihokarvojen liikettä sekä muita aistiärsytyksiä. Työympäristössä staattiset sähkökentät voivat aiheuttaa sähköisiä pintavarauksia johtaviin kappaleisiin, joiden koskettaminen saattaa aiheuttaa sähkövirran kulkemisen henkilön läpi maahan. Suoran kontaktin tai kipinäpurkauksen välilliset vaikutukset vaihtelevat kivun tuntemuksesta jopa palovammoihin ja shokkireaktioihin. Yli 25 kv/m staattisten sähkökenttien on todettu aiheuttavan epämiellyttäviä tuntemuksia. Staattisen magneettikentän ja ihmiskehon väliset vuorovaikutukset ovat elektrodynaamisia tai magnetomekaanisia. Elektrodynaamiset vuorovaikutukset johtavien kudosten välillä (esim. supistuva sydänlihas) aiheuttavat sähkökenttiä ja sähkövirtoja kehon sisälle. Magnetomekaaniset vuorovaikutukset puolestaan aiheuttavat vääntövoimia magneettisessa materiassa. Voimakkaille magneettikentille altistuneet henkilöt ovat kokeneet pahoinvointia, päänsärkyä ja metallin makua suussa. Lyhytaikainen altistuminen alle 2 T magneettivuon tiheydelle ei ole osoittautunut terveydelle haitalliseksi, mutta yli 5 T magneettivuon tiheys voi aiheuttaa terveyshaittoja erityisesti henkilöille, joilla on sydänsairauksia tai muita verenkiertojärjestelmän ongelmia. Voimakkaat magneettikentät voivat aiheuttaa myös välillisiä vaaratilanteita, kuten toimintahäiriöitä sydäntahdistimiin ja muihin lääketieteellisiin implantteihin. Lisäksi magneettikenttä vetää puoleensa metalliesineitä suurella nopeudella, mikä aiheuttaa vaaratilanteita voimakkaiden magneettien lähellä. 10

11 Sähkömagneettiset kentät työympäristössä 2.2 Ajallisesti muuttuvat sähkö- ja magneettikentät Pientaajuiset sm-kentät (1 Hz khz) Alle 100 khz sähkömagneettisia kenttiä nimitetään pientaajuisiksi kentiksi (ELF, Extremely Low Frequency). Pientaajuiset sähkökentät aiheuttavat pintavarauksen ihoon, mikä synnyttää (indusoi) heikkoja virtoja kehon sisään. Myös ELF- magneettikentät aiheuttavat sähkökenttiä ja pyörrevirtoja kehoon. Nämä kentät ja virrat voivat aiheuttaa hermo- ja lihaskudoksen ärsytystä (stimulaatiota) ilman kohteen merkittävää lämpenemistä. Sisäinen virrantiheys J riippuu ulkoisesta magneettivuon tiheydestä B seuraavan yhtälön mukaisesti J = 1 db Rσ 2 dt missä R on virtasilmukan säde (m), σ on väliaineen johtavuus (S/m) ja db/dt on magneettikentän vuontiheyden muutosnopeus eli aikaderivaatta (T/s). Kenttien ollessa sinimuotoisia virrantiheys on J = π Rσ f B Kehon sisään indusoituva virtatiheys kasvaa taajuuden funktiona, joten hermoston tai sydämen stimulaatio edellyttää voimakasta ulkoista kenttää pienillä ELF taajuuksilla. Indusoituneiden virtojen vuorovaikutus silmän verkkokalvon herkkien solujen kanssa voidaan aistia valovälähdyksinä, magnetofosfeeneina. Koehenkilöt ovat kokeneet magnetofosfeeneita altistuessaan 3-5 mt ylittäville magneettikentille. Magnetofosfeeni-ilmiön kynnysvirtatiheys 20 Hz taajuudella on noin 10 ma/m 2. Muilla taajuuksilla tarvitaan suurempi ulkoinen kenttä visuaalisten aistimusten tuottamiseksi. 11

12 Työympäristötutkimuksen raporttisarja 14 Työterveyslaitos, Radiotaajuuskentät (100 khz GHz) Kiistattomasti osoitetut radiotaajuisten kenttien (RF-kenttien) biologiset vaikutukset liittyvät kudosten lämpötilan nousuun. Ihmisen kudokset absorboivat RF-energiaa, mistä voi olla seurauksena kehon tai tiettyjen elinten lämpötilan kohoaminen. Koko kehon tai kehon osan paikallinen altistuminen voimakkaalle RF-kentälle voi lisäksi aiheuttaa kehon sisäisiä RF-palovammoja. Ominaisabsorptionopeus (SAR) Ominaisabsorptionopeus eli SAR-arvo on viime aikoina vakiintunut suureeksi, jolla ilmaistaan kudoksiin absorboituvaa RF-säteilytehoa (SAR, Specific Absorption Rate). SAR ilmoitetaan watteina kilogrammaa kohti (W/kg) seuraavan yhtälön mukaisesti 2 σ E SAR = = ρ 2 J σ ρ missä σ on kudoksen johtavuus (S/m), ρ on kudoksen tiheys (kg/m 3 ), E on sähkökentän voimakkuus (V/m) ja J on virrantiheys (A/m 2 ). SAR-arvo riippuu ulkoisen sm-kentän voimakkuudesta ja taajuudesta sekä polarisaatiosta. Myös altistuvan henkilön muoto ja koko, samoin kuin sm-säteilyä heijastavat pinnat ja henkilön kontakti maahan vaikuttavat ominaisabsorptionopeuden suuruuteen. RF - energian tunkeutumissyvyys kehossa pienenee taajuuden kasvaessa siten, että yli 10 GHz taajuuksilla RF-energia absorboituu lähinnä ihoon. Koko kehon altistuminen noin 30 minuutin ajan SAR-arvolle 4 W/kg aiheuttaa noin 1 C nousun kehon lämpötilassa. Kehon lämpötilan ylittäessä 38 C pitkäaikainen altistuminen saattaa aiheuttaa lämpöuupumustilan. Kudosten paikallisen lämpötilan nouseminen yli 43 C voi aiheuttaa solukuolemia proteiinien denaturoimisen ja veden haihtumisen seurauksena. Silmän linssi (mykiö) ja muut elimet, joissa on huono verenkierto, ovat erityisen herkkiä lämmölle. 12

13 Sähkömagneettiset kentät työympäristössä 3 ALTISTUMISMITTAUKSET 3.1 Peruskäsitteet Arvioitaessa työntekijöiden altistumista sähkömagneettisille kentille joudutaan yleensä tekemään mittauksia työpaikalla. Joissain tapauksissa on mahdollista mitata suoraan indusoitunut virta tai SAR-arvo. Käytännössä ulkoisten sähkö- ja magneettikenttien mittaaminen on kuitenkin tavallisin menettelytapa. Kaupallisesti on saatavissa eri tyyppisiä ja - hintaisia mittauslaitteistoja ja tietokoneohjelmia smkentänvoimakkuuksien määrittämiseen. Altistumistasojen mittaaminen on kuitenkin useissa tapauksissa vaikeaa. Sm-kentät sisältävät yleensä päätaajuuden monikertoja (yliaaltoja, harmonisia) tai useita toisistaan erillisiä taajuuksia. Monien mittareiden taajuusvaste on rajoittunut kapealle alueelle, joten smkentän taajuudet tulee selvittää ennen mittauksia mittausten luotettavuuden varmistamiseksi. Altistumista arvioidaan useimmiten kuuden minuutin keskiarvona, koska pienten elinten, kuten silmän, lämpösäätelyn tasapainotila saavutetaan tässä ajassa. Lähteen ja kohteen välinen etäisyys on tärkeä tekijä sm-säteilyn mittauksissa. Etäisyyden ollessa lyhyt verrattuna säteilyn aallonpituuteen ollaan lähikentässä. Esimerkiksi verkkotaajuisen kentän (50 Hz) aallonpituus on 6000 km, joten työntekijät ovat aina sen lähikentässä. Kaukokenttä on kauempana lähteestä. Lähteen pisimmän mitan (L) ollessa suurempi kuin aallonpituus (λ) on lähi- ja kaukokentän raja noin 2L 2 /λ etäisyydellä. Jos etäisyys L on pienempi kuin λ, kaukokenttä alkaa suunnilleen etäisyydellä λ/2π lähteestä. Kaukokentässä E- ja H- komponentit ovat kohtisuorassa toisiaan ja säteilyn etenemissuuntaa vastaan, ja kentän intensiteetti pienenee kääntäen verrannollisena etäisyyteen lähteestä. 13

14 Työympäristötutkimuksen raporttisarja 14 Työterveyslaitos, 2005 Altistumisen määrittämiseksi kaukokentässä on tarpeen mitata joko kentän sähköinen tai magneettinen komponentti. Toinen komponentti saadaan kaavasta E H = = 377Ω Z 0 missä Z 0 on tyhjön aaltoimpedanssi. Tällöin altistumista voidaan arvioida määrittämällä tehotiheys (S) kaavasta 2 E 2 S = = H ( W / m 2 ) Lähikentässä sähkö- ja magneettikentät vaihtelevat voimakkaasti ja kentänvoimakkuudet pienenevät keskimäärin nopeammin kuin kääntäen verrannollisena etäisyyteen. Lähikentässä sekä sähkö- että magneettikenttä on mitattava erikseen. 3.2 ELF-kenttien mittaukset Pienillä taajuuksilla sähkökentän voimakkuuden mittauksiin käytetään yleensä dipoliantenneja, jotka mittaavat niihin indusoituvaa virtaa. Koska sähkökentät muuttuvat tai häiriintyvät johtavien kappaleiden vaikutuksesta, joten mittaajan tulee pysytellä mahdollisimman kaukana antennista. ELF-magneettikentän mittauksissa käytetään yleensä silmukkaantennia. Magneettivuon tiheys määritetään mittaamalla silmukkaan indusoitunut jännite. Useat mittausantennit sisältävät kolme toisiaan vastaan kohtisuorasti sijoitettua silmukkaa, jolloin mittari ilmaisee suoraan magneettikentän kokonaisvuontiheyden. Sähkökentän voimakkuus ja magneettivuon tiheys muuttuvat kääntäen verrannollisesti etäisyyteen (r) lähteestä. Kentät vaimenevat lähteen ominaisuuksista riippuen suhteessa 1/r, 1/r 2 tai 1/r 3, joten pienetkin etäisyyden muutokset voivat vaikuttaa suuresti mittaustuloksiin. 14

15 Sähkömagneettiset kentät työympäristössä 3.3 RF-kenttien ja indusoituneen virran mittaukset RF-kenttien mittaamiseen käytetään yleensä laajakaistamittareita, jotka on varustettu termopari- tai diodi-ilmaisimella. Termoparin toiminta perustuu RF-kentän aiheuttamaan ilmaisimen lämpötilan nousuun. Termopari-ilmaisimia käytetään moduloitujen ja erilaisia taajuuskomponentteja sisältävien kenttien mittaamiseen. Diodiilmaisimet soveltuvat erityisesti pulssikenttien mittauksiin. Laajakaista-antenni sisältää tavallisesti kolme ilmaisinta, jolloin saadaan aikaan isotrooppinen (suuntariippumaton) vaste. Kehoon indusoituneiden virtojen ja kontaktivirtojen määrittäminen on huomattavasti vaikeampaa kuin ulkoisten kenttien mittaaminen ja edellyttää syvällistä tietoa ja määritysmenetelmiin perehtymistä. 3.4 Ominaisabsorptionopeus (SAR) Ominaisabsorptionopeuden (SAR) määrittäminen on osoittautunut käyttökelpoiseksi menetelmäksi arvioitaessa RF-kenttien absorboitumista kehoon. SAR- määritykset tehdään mittaamalla sisäinen sähkökenttä ihmisen fysiologisia ominaisuuksia vastaavan jäljitelmän ("fantomin") sisällä. Erityisesti laitetestauksissa sovellettavia menetelmiä, joilla voidaan varmistaa SAR raja-arvojen noudattaminen, on esitetty eurooppalaisissa sähköteknillisissä standardeissa (liite B). 15

16 Työympäristötutkimuksen raporttisarja 14 Työterveyslaitos, ALTISTUMISEN RAJA-ARVOT JA TOIMINTA-ARVOT Huhtikuussa 2004 vahvistetussa EU-direktiivissä (2004/40/EY) on esitetty vähimmäisvaatimukset työntekijöiden suojelemiseksi sähkömagneettisille kentille altistumisesta aiheutuvilta riskeiltä. Direktiivin mukaan työnantajan velvollisuutena on arvioida ja tarvittaessa mitata ja/tai laskea sähkömagneettisten kenttien tasot, joille työntekijät altistuvat. Mittausta tai arviointia ei tarvitse suorittaa yleisölle avoimilla työpaikoilla, joissa on jo suoritettu arviointi väestön sähkömagneettisille kentille altistumisesta Euroopan neuvoston suosituksen (1999/519/EY) mukaisesti. Mittaukset ja arvioinnit on suunniteltava ja suoritettava pätevien henkilöiden toimesta sopivin väliajoin. Näistä altistumistason arvioinneista, mittauksista ja/tai laskelmista saadut tiedot on säilytettävä, jotta niitä voidaan käyttää myöhemmin. Direktiivin edellyttämä kansallinen lainsäädäntö tulee olla vahvistettu mennessä. Direktiivissä annetut raja-arvot perustuvat kansainvälisen ionisoimattoman säteilyn komission (ICNIRP, International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection) suosituksiin. ICNIRP:n antamat ohjearvot työntekijöiden ja väestön altistumisen perusrajoiksi ja vertailuarvoiksi on julkaistu Health Physics -lehdessä vuonna 1998 (ICNIRP 1998). 4.1 Ajallisesti muuttuvat sähkömagneettiset kentät ( 300 GHz) Sm-direktiivi koskee työntekijöiden terveyteen ja turvallisuuteen kohdistuvia riskejä, jotka johtuvat indusoituneen virran, energian absorboitumisen ja kosketusvirtojen aiheuttamista lyhytaikaisista haittavaikutuksista ihmiskehossa. Direktiivin mukaan työntekijöiden altistumista tulee arvioida määrittämällä altistumisen raja-arvot ja toiminta-arvot. Raja-arvojen noudattaminen ei välttämättä varmista lääkinnällisten laitteiden häiriintymättömyyttä. Tällaisia laitteita ovat esimerkiksi metalliset proteesit, sydäntahdistimet ja kammiovärinänpoistajat. 16

17 Sähkömagneettiset kentät työympäristössä Altistumisen raja-arvot Altistumisen raja-arvot perustuvat osoitettuihin terveysvaikutuksiin ja biologisiin tekijöihin. Niitä noudattamalla varmistetaan, että työntekijöitä suojellaan kaikilta sm-kenttien tunnetuilta haittavaikutuksilta. Altistumisen raja-arvot eivät saa ylittyä missään tilanteessa. Altistumisen raja-arvojen määrittämiseen käytetyt suureet ovat virrantiheys (J), ominaisabsorptionopeus (SAR) ja tehotiheys (S). Alle 10 MHz taajuuksilla altistumisen raja-arvot koskevat virrantiheyttä ja tavoitteena on estää sydän- ja verisuonijärjestelmään sekä keskushermostoon kohdistuvat vaikutukset. Alle 4 Hz ja yli 1 khz taajuuksilla indusoituvaan virtaan perustuva altistumisen raja-arvo riippuu hermoärsytyksen kynnysarvosta näillä taajuuksilla (Kuva 4.1). Kuva 4.1. Virrantiheyteen perustuvat altistumisen raja-arvot. Taajuusalueella 100 khz - 10 MHz raja-arvot koskevat sekä virrantiheyttä että SAR-arvoa. Alueella 10 MHz - 10 GHz raja-arvot määritetään SAR-arvoina, ja tavoitteena on estää sekä koko kehoon kohdistuvat lämpövaikutukset että kudosten paikallinen kuumeneminen. Yli 10 GHz alueella raja-arvo koskee tehotiheyttä, jolloin pyritään estämään kehon pintaa lähellä olevien kudosten kuumeneminen. 17

18 Työympäristötutkimuksen raporttisarja 14 Työterveyslaitos, 2005 Koska haittavaikutusten kynnysarvot ovat huonosti tunnettuja, käytetään turvakertoimia antamaan lisävarmuutta. Esimerkiksi alle 1 khz taajuuksilla keskushermoston stimulaatiota aiheuttavan indusoituneen virrantiheyden kynnysarvo on 100 ma/m 2. Vastaava altistumisen raja-arvo on 10 ma/m 2, joten sovellettu turvallisuuskerroin on 10. Samoin koko kehon SAR-arvo 4 W/kg aiheuttaa noin 1 C kehon lämpötilan nousun, ja työntekijöiden altistumisen rajaarvoksi annettu SAR on 0.4 W/kg Toiminta-arvot Toiminta-arvot ilmaistaan suoraan mitattavissa olevien suureiden avulla ja niiden alittaminen varmistaa yleensä vastaavien altistumisen raja-arvojen noudattamisen. Toiminta-arvojen määrittämiseen käytettäviä suureita ovat sähkökentän voimakkuus (E), magneettikentän voimakkuus (H), magneettivuon tiheys (B) ja tehotiheys (S). Taajuuksilla 100 khz - 10 GHz toiminta-arvot mitataan 6 minuutin aikakeskiarvoina. Toiminta-arvot työntekijöiden altistumistilanteissa eri taajuusalueilla sähkö- ja magneettikentille on esitetty kuvissa 4.2 ja 4.3. Kuva 4.2. Sähkökentän voimakkuuteen perustuvat toiminta-arvot. 18

19 Sähkömagneettiset kentät työympäristössä Kuva 4.3. Magneettivuon tiheyteen perustuvat toiminta-arvot. Vaikka mitattu altistumisen voimakkuus ylittää toiminta-arvon, se ei välttämättä ylitä vastaavaa altistumisen raja-arvoa. Toimintaarvon ylittyessä tulee arvioida ylittääkö altistumistaso myös rajaarvon. Aina kun altistumisen raja-arvo ylittyy, työnantajan on käynnistettävä torjuntatoimet Samanaikainen altistuminen eri taajuisille kentille Altistuttaessa pulssimuotoisille tai useille eri taajuisille sm-kentille tulee soveltaa sellaisia arviointi-, mittaus- tai laskentamenetelmiä, joiden avulla voidaan analysoida aaltomuotojen ominaisuuksia. Esimerkiksi ICNIRP:n ohjeissa (ICNIRP 1998) on esitetty menetelmä monitaajuisten kenttien aiheuttaman kokonaisaltistumisen laskentaan. 19

20 Työympäristötutkimuksen raporttisarja 14 Työterveyslaitos, Staattiset magneettikentät Sm-direktiivin mukainen toiminta-arvo staattiselle magneettivuon tiheydelle on 200 mt. Lisäksi magneettivuon tiheyden ylittäessä 3 mt tulee ottaa huomioon magneettikentän metalliesineisiin kohdistaman voiman aiheuttamat vaaratilanteet. Sydäntahdistimiin tai muihin lääketieteellisiin elektronisiin laitteisiin mahdollisesti syntyvät häiriöt tulee ottaa huomioon näiden laitteiden käyttäjien työskennellessä staattisten magneettikenttien läheisyydessä. 4.3 Staattiset sähkökentät Staattisille sähkökentille ei ole annettu toiminta-arvoa sähkömagneettisia kenttiä koskevassa direktiivissä. Amerikan työhygieenikkojärjestön ACGIH:n (American Conference of Governmental Industrial Hygienists), raja-arvoa 25 kv/m käytetään yleisesti työntekijöiden altistumisen arvioinneissa. Lisäksi ACGIH:n mukaan tulisi käyttää suojavälineitä staattisen sähkökentän ylittäessä 15 kv/m. Sydäntahdistinta tai muita lääketieteellisiä elektronisia laitteita käyttävien työntekijöiden altistumisen tulisi olla alle 1 kv/m. 20

21 Sähkömagneettiset kentät työympäristössä 5 SÄHKÖMAGNEETTISTEN KENTTIEN LÄHTEITÄ TYÖYMPÄRISTÖSSÄ 5.1 Staattisten sähkö- ja magneettikenttien lähteitä Staattiset sähkökentät Maapallon staattinen sähkökenttä lähellä maan pintaa on normaalisti noin 130 V/m. Ukkosmyrskyjen ja sateiden aikana esiintyy suuria vaihteluja alueella V/m. Voimakkaiden tasavirtalinjojen (DC, Direct Current) jännitteet voivat olla jopa 500 kv, jolloin sähkökentän voimakkuus johtojen alla voi olla 20 kv/m. Tasajännitettä käytetään julkisissa kulkuneuvoissa, kuten metrojunissa ja raitiovaunuissa. Liikennevälineiden käyttöjännite on yleensä 600 V, ja staattisen sähkökentän voimakkuus alle 30 V/m kuljettajan paikalla. Teollisuudessa työntekijät, jotka kävelevät johtamattomilla lattioilla tai käsittelevät muovimateriaaleja varautuvat sähköisesti, mikä voi aiheuttaa kv/m staattisia kenttiä. Altistumisen arviointi Sähkökenttien ylittäessä 25 kv/m, erityisesti muovituotteiden tuotannossa ja käsittelyssä syntyvät pintavaraukset voivat aiheuttaa epämiellyttäviä tuntemuksia työntekijöissä. Myös pienemmät kenttävoimakkuudet (5-10 kv/m) voivat aiheuttaa kipinäpurkauksia ja kosketusvirtoja maadoittamattomista johteista. 21

22 5.1.2 Staattiset magneettikentät Maapallon staattinen magneettikenttä on noin µt. Teollisuudessa staattisten magneettikenttien lähteitä ovat tasavirtamoottorit ja erityyppiset prosessit. Elektrolyyttisissä prosesseissa staattisen magneettikentän vuontiheys voi työntekijän kohdalla olla 8-15 mt. Kestomagneettien tuotantolaitoksissa staattiset magneettikentät vaihtelevat mt. Raitiovaunujen kuljettajien työalueella staattiset magneettikentät ovat alle 100 µt. Yleensä DC-virta tuotetaan tasasuuntaamalla vaihtovirtaa (AC, Alternating Current), jolloin myös vaihtovirran harmonisia komponentteja voi syntyä käyttötaajuuden (50 Hz) monikertoina Hz saakka. Altistumisen arviointi Staattisen magneettikentän toiminta-arvo (200 mt) ei yleensä ylity työpaikoilla. Ydinvoimaloissa ja hiukkaskiihdyttimien lähellä työskentelevät tutkijat ja huoltohenkilöt voivat satunnaisesti altistua noin 50 mt magneettikentille. Terveitä työntekijöitä koskevat altistumisrajat eivät välttämättä anna riittävää suojaa henkilöille, joilla on sydäntahdistin tai ferromagneettisia tai elektronisia implantteja kehossa. Työntekijöiden, joilla on sydäntahdistin tai defibrillaattori, tulisi välttää alueita, joissa staattinen magneettikenttä ylittää 0.5 mt. Myös muut elintärkeät sähköiset apuvälineet voivat häiriintyä jo muutaman mt:n magneettikentässä, erityisesti työntekijän joutuessa liikkumaan kyseisessä kentässä. 5.2 Toimistotilojen sähkölaitteet Toimistoissa käytetään erilaisia elektronisia laitteita, kuten tietokoneita, kopiokoneita, tulostimia ja fakseja. Vanhimmat vielä käytössä olevista tietokoneiden näytöistä ovat katodisädeputkia, joiden toiminta perustuu elektronisuihkun poikkeuttamiseen. Magneettikentät syntyvät ohjauskäämeissä ja sähkökentät lähinnä virtalähteissä. Näyttöpäätteet aiheuttavat sm-kenttiä pääasiassa kahdella taajuusalueella, Hz ja khz. Näyttöpäätteiden ympärillä voi esiintyä myös staattisia sähkökenttiä. Nykyisten ns. litteiden näyttöjen ja muiden toimistolaitteiden sähkömagneettiset kentät ovat pieniä ja aiheutuvat pääosin 50 Hz verkkovirrasta. Toimistolaitteiden lähellä tyypilliset sähkökentän voimakkuudet ovat V/m ja magneettivuon tiheydet µt.

23 Sähkömagneettiset kentät työympäristössä Altistumisen arviointi Työntekijät eivät altistu toiminta-arvot ylittäville kentille (10 kv/m ja 500 µt) toimistotyössä. Verkkotaajuiset (50 Hz) taustakentät ovat yleensä toimistotiloissa pienempiä kuin 10 V/m (E) ja 1 µt (B). Näyttöpäätteiden sm-kenttiä koskevat raja-arvot on annettu eurooppalaisessa standardissa EN Sen mukaan sm-kenttien tulee taajuuksilla 5 Hz - 2 khz olla alle 200 nt (B) ja 25 V/m (E) mitattuna 50 cm etäisyydellä. Taajuuksilla khz vastaavat raja-arvot ovat 25 nt ja 2.5 V/m. Staattisen sähkökentän tulee olla alle 5 kv/m mitattuna 10 cm etäisyydellä kuvaruudusta. Lähes poikkeuksetta nykyiset näyttöpäätteet täyttävät edellä mainitut vaatimukset. 5.3 Sähkön tuotanto ja jakelu Sähkövoiman tuotannossa henkilökunta voi altistua sähkönsiirtojohtojen aiheuttamille verkkotaajuisille sähkö- ja magneettikentille. Suoraan 110 kv siirtolinjojen alapuolella magneettivuon tiheys on noin 5 µt. Vastaavasti 400 kv siirtolinjojen alla magneettikenttä voi olla 15 µt. Suurimmat sähkökentän voimakkuudet voimajohtojen alla ovat noin 2 kv/m (110 kv) - 12 kv/m (765 kv) (taulukko 5.1). Sähkö- ja magneettikentät vaimenevat taustakenttien tasolle m etäisyydellä voimalinjan tyypistä ja virrasta riippuen. Taulukko 5.1. Sähkö- ja magneettikenttien voimakkuudet sähkönsiirtolinjojen alapuolella. Siirtolinja Sähkökentän voimakkuus (kv/m) Magneettivuon tiheys (µt) 110 kv kv kv kv

24 Työympäristötutkimuksen raporttisarja 14 Työterveyslaitos, 2005 Sähkövoimalaitosten virtakiskoissa kulkee voimakkaita virtoja, jotka aiheuttavat kohtalaisen suuria magneettikenttiä ympäristöön. Esimerkkejä sähkö- ja magneettikentistä eri työskentelyalueilla sähköntuotantolaitoksessa on esitetty taulukossa 5.2. Taulukko 5.2. Tyypillisiä sähkö- ja magneettikenttien voimakkuuksia sähkövoimalaitoksessa. Sähkökentän voimakkuus (kv/m) Magneettivuon tiheys (µt) Ohjaushuone Voimalaitos Sähköasema Altistumisen arviointi Sähkökenttien toiminta-arvo (10 kv/m) voi ylittyä sähköasemilla ja voimajohtojen alla. Sähkönsiirrossa ja -jakelussa syntyvät magneettikentät ovat yleensä toiminta-arvoa (500 µt) pienempiä. 24

25 Sähkömagneettiset kentät työympäristössä 5.4 Induktiokuumentimet Induktiokuumentimia ja -uuneja käytetään metallien kuumentamiseen ja sulattamiseen teollisuuden eri prosesseissa. Laitteistot toimivat useilla eri taajuuksilla (50 Hz - 3 MHz) ja koostuvat generaattorista, siirtojohdosta ja induktiokelasta. Matalia taajuuksia käytetään tyypillisesti metallin kuumentamiseen ennen työstöä, kun taas korkeita taajuuksia käytetään pintojen kuumakäsittelyyn. Kuumentimien nimellistehot ovat kw. Induktiokuumentimet voivat olla toiminnaltaan automaattisia tai käsin täytettäviä. Vaikka käyttäjä yleensä voi kauko-ohjata prosessin kulkua, joissain tilanteissa työntekijä joutuu säätämään laitteistoa ja siten työskentelemään induktiokelan lähellä. Altistumisen arviointi Induktiouunien ja -kuumentimien käyttäjät altistuvat voimakkaimmille teollisuudessa esiintyville magneettikentän voimakkuuksille. Esimerkiksi 1 metrin etäisyydellä 10 khz kuumentimesta magneettivuon tiheys on tyypillisesti µt, ja 10 cm etäisyydellä se voi olla jopa 5 mt. Vastaavasti 50 Hz taajuudella toimivan laitteen magneettikenttä noin 20 cm etäisyydellä laitteesta voi ylittää 5 mt, ja se voi olla 100 µt vielä useiden metrien etäisyydellä. Toiminta-arvot, jotka ovat 30.7 µt taajuudella 10 khz ja 500 µt taajuudella 50 Hz, ylittyvät siten moninkertaisesti induktiouunien läheisyydessä. 25