SÄTEILYTURVAKESKUS STUK TIEDOTTAA 1/2003. Rakennusten magneettikenttien mittaaminen

Transkriptio

1 SÄTEILYTURVAKESKUS STUK TIEDOTTAA 1/2003 Rakennusten magneettikenttien mittaaminen

2 Sisältö Lukijalle Johdatus aiheeseen Magneettikentän lähteet rakennuksissa Pientaajuisten magneettikenttien suositusarvot Magneettikenttien mittaaminen ja arviointi Mittaamisen perusteista Tekninen selvitys Magneettikenttien arviointi muuntamotilassa tehtyjen mittausten perusteella Kartoitusmittaus Varmistusmittaukset maksimipisteessä ja sen ympäristössä Asunnoissa esiintyvät taustakentät Liite 1 Mittaustekniikka Liite 2 Muistilista mittausta varten Kirjallisuutta Kirjoittaja: Tutkimusprofessori Kari Jokela, Säteilyturvakeskus Asiantuntijat: Suunnittelupäällikkö Pauli Vanhala, Helsingin Energia Ympäristöjohtaja Martti Hyvönen, Helsingin Energia Professori Leena Korpinen, Tampereen teknillinen yliopisto Johtava asiantuntija Jarmo Elovaara, Fingrid Oyj Verkostoasiantuntija Elina Lehtomäki, SENER Grafiikka: Juha Järvinen ISSN ISBN (print) ISBN (pdf)

3 Lukijalle Sähköenergiaa siirretään jakelumuuntamoiden kautta 0,4 kilovoltin (kv) pienjänniteverkkoihin ja sitä kautta edelleen kuluttajille. Asunnoissa ja vastaavissa tiloissa esiintyvät pientaajuiset 50 hertsin (Hz) magneettikentät aiheutuvat useimmiten tilan omista sähkökaapeleista, kerrosten välisistä nousujohdoista, sähköpääkeskuksista ja verkkoon kytketyistä sähkölaitteista. Suurimmat magneettikentät on mitattu sähkölaitteiden läheltä ja tiloissa, joiden välittömässä läheisyydessä on jakelumuuntamo. Tällaiset kiinteistömuuntamot on sijoitettu usein kerrostalojen kellaritiloihin, mutta niitä sijaitsee myös rivitalojen ja pientalojen läheisyydessä. Kiinteistömuuntamo on kuitenkin melko harvinainen naapuri. Suomessa niitä on noin kappaletta. Kuormituksen vaihteluista johtuu, että magneettikenttä vaihtelee huomattavasti eri aikoina. Arvioitaessa altistumista on myös otettava huomioon niin sanotut yliaallot, joita pienjännitteisissä magneettikentissä lähes aina esiintyy. Magneettikentän mittaajalla on oltava sähköteknistä perustietoa ja hänen on ymmärrettävä miten tässä julkaisussa selostettuja turvallisuusperiaatteita sovelletaan. Mittaukseen tulee käyttää tarkoitukseen sopivaa mittalaitetta. Tämä julkaisu on tarkoitettu oppaaksi jakeluverkkoyhtiöille, sähköasennuksia suunnitteleville ja tekeville yrityksille, alan ammattiviranomaisille ja muille asiantuntijoille, jotka tekevät magneettikenttien mittauksia. Vaativimmat mittaukset edellyttävät melko pitkälle erikoistunutta asiantuntemusta; niitä käsittelevä materiaali on liitteessä 1. Säteilyturvakeskuksesta saa tarvittaessa lisätietoja muun muassa mittaustekniikkaan ja mittalaitteisiin liittyvissä kysymyksissä. 1

4 1. Johdatus aiheeseen Magneettikentän mittauksen tarkoitus on varmistaa, että sosiaali- ja terveysministeriön asetuksessa (294/2002) esitettyjä suositusarvoja asuinhuoneessa tai siihen verrattavassa tilassa ei ylitetä. Kuvassa 1 esitetään, miten kiinteistömuuntamon synnyttämät magneettikentät ulottuvat muuntamon yläpuolella sijaitsevaan tilaan. Muista lähteistä kuin muuntamosta peräisin olevat magneettikentät ovat asunnoissa niin pieniä, että niiden vuoksi ei ole turvallisuudesta johtuvaa perustetta mittauksille. Tavanomaista voimakkaammat magneettikentät voivat ilmetä laitehäiriöinä, joista tavallisin on tietokoneen näyttöpäätteen kuvan vääristyminen. Laitehäiriöt ovat jo sinällään harmillisia, mutta tietoisuus häiriöistä ja niiden lähteestä voi aiheuttaa huolta myös kenttien turvallisuudesta. Magneettikenttien mittauksilla voidaan selvittää laitehäiriöiden syitä ja saada konkreettista tietoa magneettikenttien tasoista suhteutettuna asetuksessa esitettyihin suositusarvoihin. Valtaosa mahdollisista kohteista voidaan rajata paikallisilla verkkoyhtiöillä ja muilla muuntamon haltijoilla olevien tietojen ja kokemusten perusteella. Useimmiten magneettikenttien suuruusluokka voidaan arvioida rakennusta ja muuntamoa koskevien teknisten tietojen perusteella. Erityisen merkittävä on muuntajaa ja pienjännitekeskusta yhdistävän virtakiskon tai kaapelin etäisyys katosta, sen suojaus ja kuormituksesta riippuva maksimivirta. Jos arvio osoittaa, että mittaus voi olla tarpeellinen, tehdään aluksi niin sanottu kartoitusmittaus, mikä käytännössä tarkoittaa yhtä tai muutamaa yksinkertaista magneettikentän mittausta. Jos kartoitusmittauksessa havaitaan, että altistumistaso kohteena olevassa asuintilassa saattaa ylittää suositusarvon, kannattaa ryhtyä tarkempiin varmistusmittauksiin altistumisen selvittämiseksi. Tyypillinen tilanne, jossa varmistusmittaukset voivat tulla kyseeseen, on muuntamon sijainti välittömästi asunnon alapuolella tai sen vieressä. Tällöinkin on syytä tehdä ensin kartoitusmittaus. Jos mittaustulos, muuntamon tekniset ominaisuudet, komponenttien sijoitus, virrankulutus ja muut tiedot tukevat oletusta, että magneettivuon tiheys saattaa olla lähellä suositusarvoja, on aihetta selvittää altistumistaso tarkemmin. Hyvällä laitevalinnalla, suunnittelulla ja suojauksella kenttien voimakkuutta voidaan olennaisesti rajoittaa. Joissakin tilanteissa käytössä olevien muuntamoiden kenttiä voidaan vaimentaa teknisin toimenpitein ilman, että muuntamosta syötettävän sähkön määrää joudutaan rajoittamaan. Mahdolliset toimenpiteet ja niiden kustannukset ovat kuitenkin tapauskohtaisia. 2

5 1. krs 5 T 10 T 100 T virtakiskot 1 m 2 m 3 m 4 m muuntaja Kellari Kuva 1 Periaatekuva kiinteistömuuntamon aiheuttamien magneettikenttien vaimenemisesta tilan yläpuolisissa kerroksissa. Kellaritiloissa sijaitsevan muuntamon yläpuolella kulkevat virtakiskot synnyttävät ympärilleen magneettikentän, joka vaimenee etäisyyden kasvaessa. Esimerkin mikrotesla-arvot ovat painottamattomia tehollisarvoja (Scheemer HR Elektromagnetische Verträglichkeit. VDE-Verlag GmbH Berlin, 1990). 2. Magneettikentän lähteet rakennuksissa Kiinteistömuuntamon tehtävänä on muuntaa 20 kv tai 10 kv keskijännite 0,4 kv pienjännitteeksi sähkön käyttäjille. Muuntamossa, rakennuksen sähköverkossa ja siihen kytketyissä sähkölaitteissa kulkevat sähkövirrat aiheuttavat magneettikentän, joka värähtelee 50 Hz taajuudella. Sen lisäksi virroissa ja kentissä esiintyy yliaaltoja, jotka aiheutuvat sähköverkkoon kytketyistä epälineaarisista kuormista kuten loisteputkivalaisimista, tasasuuntaajista, sähkömoottoreista sekä elektroniikka- ja tietokonelaitteiden hakkuriteholähteistä. Suurimmat asunnoissa havaitut magneettikentät ovat aiheutuneet muuntajan ja pienjännitekeskuksen välisissä kiskoissa tai kaapeleissa kulkevista virroista silloin, kun ne sijaitsevat lähellä asunnon lattiaa. Pienimmillään etäisyys on ollut puoli metriä, katso kuvat 2 ja 3. Virtakisko tai kaapeli muodostuu kolmesta vaihejohtimesta ja nollajohtimesta, jotka on usein asennettu kattoon kiinnitettyyn kisko- tai kaapelisiltaan. Niiden kautta kulkee koko rakennukseen syötetty virta. Koska virta muuttuu kääntäen verrannollisesti jännitteeseen, pienjännitepuolen virta on huomattavasti suurempi kuin keskijännitepuolen virta. Kisko- ja kaapelisiltojen vaihe- 3

6 Kuva 2 Virtakiskoilla varustettu kiinteistömuuntamo. Usein tällainen ratkaisu, jossa kiskot ovat lappeellaan, johtaa tavanomaista suurempiin magneettikentän tasoihin yläpuolisissa tiloissa. Kuva 3 Kaapeleilla varustettu kiinteistömuuntamo. Eristetyt kaapelit voidaan niputtaa lähemmäksi toisiaan, jolloin kaapeleiden synnyttämät kentät kumoavat toinen toisensa paremmin kuin kuvan 2 esimerkissä. johtimissa kulkevat virrat ovat tyypillisesti amperia. Yksittäisiin asuntoihin menevät virrat ovat kuitenkin yleensä alle 10 amperia. Nollajohtimessa kulkee virtaa vain, jos eri vaiheiden kuormat ovat epäsymmetriset. Kukin vaihejohdin tuottaa magneettikentän, jonka voimakkuus on suoraan verrannollinen virtaan ja kääntäen verrannollinen etäisyyteen johtimesta. Vaihejohtimissa ja nollajohtimessa kulkevien virtojen summa on ideaalitapauksessa nolla, jolloin myös magneettikenttä on kaukana mitattuna nolla. Lähellä johtimia etäisyys kuhunkin johtimeen on eripituinen, eivätkä kentät summaudu nollaksi. Tästä seuraa, että mitä kauempana kiskot tai kaapelit ovat toisistaan, sitä kauemmaksi magneettikenttä ulottuu. Ilmaeristeisten kiskojen välinen etäisyys eli vaiheväli on suurempi kuin muovieristeisten kaapelien, joten myös ympäristöön syntyvä magneettikenttä on vastaavasti suurempi. Magneettikenttä kasvaa myös silloin, kun vaihejohtimet on sijoitettu epäsymmetrisesti. Suurimmat kiinteistömuuntamon aiheuttamat asunnoissa mitatut magneettivuon tiheydet ovat Suomessa olleet hieman yli 100 µt rms (mikroteslaa tehollisarvoina). Tällaiset arvot ovat 4

7 kuitenkin erittäin harvinaisia. Muuntamon yläpuolisessa huoneessa esiintyy metrin korkeudella yleensä alle 10 µt rms magneettikentän tasoja. Kuvassa 4 on esimerkki kiinteistömuuntamon yläpuolisessa tilassa mitatusta magneettikentän jakaumasta. Voimakkain kenttä 20 µt rms esiintyy virtakiskon päällä lattian tasalla ja vaimenee nopeasti korkeussuunnassa. Sähköasennusten puutteiden ja virheellisyyksien johdosta pieni osa virrasta voi kulkeutua esimerkiksi betoniraudoitusten ja vesijohtoputkistojen kautta. Vaikka nämä harhavirrat ovat pieniä, voivat ne lisätä merkittävästi magneettikenttää, koska meno- ja paluuvirta kulkevat eri reittiä eivätkä siten kompensoi toistensa aiheuttamia kenttiä. Harhavirran aiheuttama kenttä on aina huomattavasti pienempi kuin muuntamon virtakiskojen tai virtakaapelien aiheuttama kenttä. Muita magneettikenttien lähteitä rakennuksissa ovat sähkölaitteet ja asuntojen sähkökeskukset. Niiden aiheuttama kenttä vaimenee kuitenkin nopeasti etäännyttäessä laitteesta. Yli metrin etäisyydellä yksittäisen sähkölaitteen kenttä ei yleensä erotu taustakentästä. Sähkölämmitys ei ole erityisen merkittävä magneettikentän lähde. Yliaallot Jaksollinen virta ja sen aiheuttama magneettikenttä voidaan aina jakaa sinimuotoisiin komponentteihin, joissa yliaallot ovat perustaajuuden kerrannaistaajuuksia. Yliaaltojen johdosta magneettikenttää on altistumisen kannalta pidettävä laajakaistaisena kenttänä. muuntajan sijainti huoneen alla kaapelisilta huoneen alla Huoneen pohjapiirros Kuva 4 Kiinteistömuuntamon aiheuttama magneettikenttä yläpuolella sijaitsevassa huoneessa. Suurimmat kentän voimakkuudet esiintyvät muuntamon virtakiskojen yläpuolella. Pohjapiirroksessa esitetty mittaus on tehty lattianrajassa. Lukuarvot ovat mikrotesloja tehollisarvoina. 5

8 Sähköjärjestelmien aiheuttamille magneettikentille on ominaista, että: perustaajuus on 50 Hz, yliaallot aiheutuvat sähköverkkoon kytketyistä epälineaarisista kuormista, kuten loisteputkista, tasasuuntaajista, sähkömoottoreista sekä elektroniikka- ja tietokonelaitteiden hakkuriteholähteistä, yliaallot lisäävät painotettua huippuarvoa 2 khz taajuudelle asti, yliaalloilla ei ole suurta vaikutusta painottamattomaan tehollisarvoon, yliaaltopitoisuudet vaihtelevat ajallisesti ja paikallisesti. 3. Pientaajuisten magneettikenttien suositusarvot Sinimuotoiset kentät Sosiaali- ja terveysministeriön asetuksessa ionisoimattoman säteilyn väestölle aiheuttaman altistumisen rajoittamisesta (294/2002) on annettu suositusarvot kehoon indusoituneelle virrantiheydelle. Koska virrantiheyden määrittäminen on käytännössä hyvin vaikeaa, on asetuksessa määritetty suositusarvot myös ulkoisen magneettikentän vuontiheydelle. Pientaajuisten sähkö- ja magneettikenttien osalta asetus perustuu Euroopan unionin neuvoston suositukseen (1999/519/EY) väestön altistumisen rajoittamisesta sähkömagneettisille kentille (0 Hz 300 GHz). Taulukossa 1 on esitetty keskeisimmät väestöä koskevat magneettikentän suositusarvot 50 Hz taajuudella. Lukuarvot on esitetty tehollisarvoina ja huippuarvoina (amplitudiarvo), joka saadaan kertomalla tehollisarvo tekijällä 2. Epäselvyyden välttämiseksi on erittäin suositeltavaa merkitä aina tehollisarvot alaviitteellä rms (root-mean-square) ja huippuarvot alaviitteellä p (peak). Huippuarvoja ei kuitenkaan sovelleta lyhytaikaisiin korkeintaan muutamia minuutteja kestäviin satunnaisiin muutoksiin. Taulukossa 2 on esitetty keskeisimmät työntekijöitä koskevat magneettikentän suositusarvot 50 Hz taajuudella. Luvussa 4 annetaan ohjeita siitä miten kiinteistömuuntamon magneettikentät mitataan ja miten mittaustuloksia verrataan asetuksen suositusarvoihin. Jos suositusarvot alitetaan, tämä on riittävä osoitus turvallisuudesta. Suositusarvojen ylittyminenkään ei ehdottomasti osoita puutetta säteilyturvallisuudessa. Tässä tapauksessa on kuitenkin syytä mitata magneettikentän voimakkuus ja selvittää mahdollisesti tarvittavat toimenpiteet. 6

9 Laajakaistaiset kentät Koska pienjännitteisistä jakeluverkoista on harvinaista löytää puhtaasti sinimuotoista magneettikenttää, on yliaallot otettava huomioon, kun määritetään altistumista tarkemmin (kuva 5). Tämä tehdään määrittämällä asetuksen mukaisesti painotettu huippuarvo. Painotuksessa jokaista taajuuskomponenttia painotetaan sen biologisen tehokkuuden mukaisesti. Painotus voidaan toteuttaa esimerkiksi suodattamalla signaalia. Menetelmää on tarkemmin selostettu liitteessä 1. 0,8 huippuarvo 0,6 0,4 suodattamaton signaali suodatettu signaali (800 Hz ylipäästö) 0,2 Amplitudi 0-0,2-0,4-0,6-0,8 0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025 0,03 0,035 0,04 0,045 Aika (s) Kuva 5 Esimerkki biologisen painotuksen vaikutuksesta magneettikentän aaltomuotoon. Painotus on toteutettu suodattamalla signaalia 800 Hz ylipäästösuodattimella (liite 1). Kuvassa on esitetty alkuperäinen painottamaton (suodattamaton) magneettivuontiheys sekä painotettu (suodatettu) aaltomuoto. Lisäksi suodatuksen aiheuttama vaimennus 50 Hz taajuudella on kompensoitu kertomalla koko signaali tekijällä 16. Yliaaltosuodatus korostaa yliaaltoja ja ne näkyvät puhtaan siniaallon säröytymisenä. Suodatetusta signaalista luetaan huippuarvo, jota verrataan suositusarvoihin (taulukko 1). Pelkästään virran tai painottamattoman magneettikentän säröytymisestä ei voida arvioida yliaaltojen vaikutusta altistumiseen. 7

10 Taulukko 1 Sosiaali- ja terveysministeriön väestöä koskevat suositusarvot magneettivuontiheydelle tehollisarvoina ja huippuarvoina taajuudella 50 Hz. Magneettikentän voimakkuus ampeereina metriä kohden (A/m) saadaan jakamalla mikrotesloina ilmoitetut magneettivuontiheyden lukuarvot tekijällä 0,4π. Taajuus Magneettivuon tiheys tehollisarvo µt huippuarvo 1) µt 50 Hz Taulukko 2 Kansainvälisen ionisoimattoman säteilyn toimikunnan ICNIRPin ohjearvot työntekijöiden magneettikenttäaltistumisen rajoittamiseksi 50 Hz taajuudella. Magneettikentän voimakkuus (A/m) saadaan jakamalla mikrotesloina ilmoitetut magneettivuontiheyden lukuarvot tekijällä 0,4π. Näitä rajoja sovelletaan muun muassa magneettikentälle altistuviin sähkötyöntekijöihin. Taajuus Magneettivuon tiheys tehollisarvo µt huippuarvo 1) µt 50 Hz ) Sähkö- ja magneettikentän voimakkuuden huippuarvo saadaan kertomalla sen tehollisarvo luvulla 2 (= 1,414). 4. Magneettikenttien mittaaminen ja arviointi 4.1 Mittaamisen perusteista Mittaamisen tärkein tavoite on selvittää, miten magneettikentästä aiheutuva altistuminen suhteutuu asetuksen mukaisiin suositusarvoihin. Tämän lisäksi voidaan tarvittaessa suorittaa lisämittauksia asukkaiden informaatiotarpeen tyydyttämiseksi tai mahdollisten laitehäiriöiden syiden selvittämiseksi. Altistumisarviota tehtäessä tulee mittaustulosten lisäksi ottaa huomioon sellaisia tekijöitä kuten muuntajan kuormistusvaihtelut ja yliaallot. Tähän tarvitaan kolmea asiaa: tietoa, kokemusta ja asianmukaisia mittalaitteita. Altistumista ei voida käytännön oloissa määrittää tarkasti, vaan on tyydyttävä riittävän yksinkertaiseen menettelytapaan, joka kuitenkin varmistaa sen, että suositusarvoja ei todennäköisesti ylitetä. Magneettikentän mittaukset tulisi mahdollisuuksien mukaan suorittaa ajankohtana, jolloin muuntaja on vähintään normaalikuormitettu. Mittaamiseen voidaan käyttää painottamattoman 8

11 tehollisarvon mittaria tai painotetun huippuarvon mittaria. Markkinoilla on painottamattoman tehollisarvon mittaamiseen sopivia isotrooppisia ja epäisotrooppisia mittareita. Painotetun huippuarvon mittari voidaan toteuttaa suhteellisen helposti kytkemällä kaupallisesti saatavan mittarin analogialähtöön yksinkertainen RC-suodatin ja oskilloskooppi. Suodattimen vaimennus tulee ottaa huomioon mittaustuloksia luettaessa. Mittaustekniikkaa on tarkemmin kuvattu liitteessä Tekninen selvitys Ennen mittaamista hankitaan tekniset perustiedot mittauskohteesta. Tietojen perusteella arvioidaan ovatko mittaukset ylipäätään tarpeellisia. Tärkein asia on muuntamon sijainti kiinteistössä. Lisäselvityksiä ei tarvita, jos muuntamotilaan ei rajoitu asuntoja tai niihin rinnastettavia tiloja. Lisäselvityksiä ei tarvita myöskään silloin kun muuntaja on yhdistetty pienjännitekeskukseen lattiaa pitkin asennetuilla kaapeleilla. Magneettikenttä vaimenee riittävästi myös silloin, kun katon lähellä kulkeva virtakisko tai kaapeli on suojattu oikeanlaisella alumiinikotelolla tai kourulla. Jos muuntaja ja pienjännitekeskus on sijoitettu selät vastakkain toistensa läheisyyteen, magneettikenttä jää suhteellisen pieneksi, koska kiskoja tai kaapeleita ei tarvitse tukea kattoon ja kisko/kaapelisilta jää lyhyeksi. Myös tehdasvalmisteinen matalakenttäiseksi suunniteltu muuntamo käy sellaisenaan, kunhan se on asennettu valmistajan antamien ohjeiden mukaisesti. Edellä esitettyjä tarkempia seulontakriteerejä voidaan kehittää, mutta niiden kehittäminen ja soveltaminen vaatii hyvää sähköalan ammattitaitoa ja tietoa sähköjärjestelmien magneettikentistä. Kiinteistömuuntamoiden kark arkea seulonta teknisten ominaisuuksien perusteella Magneettikentän mittauksille ei ole tarvetta, jos jokin seuraavista ehdoista toteutuu: Muuntamo ei rajoitu asuin- tai työtilaan. Muuntaja on yhdistetty pienjännitekeskukseen lattialla kulkevalla kaapelilla. Katon lähellä kulkeva kisko on suojattu kotelolla tai kourulla tai kenttää on muuten vaimennettu riittävästi. Muuntaja ja pienjännitekeskus on sijoitettu selät vastakkain. Matalakenttäiseksi suunniteltu tehdasrakenteinen muuntaja on asennettu valmistajan antamien ohjeiden mukaisesti. 9

12 4.3 Magneettikenttien arviointi muuntamotilassa tehtyjen mittausten perusteella Mittaajat eivät aina pääse helposti muuntamotilan läheisyydessä sijaitseviin huoneistoihin, mutta jakeluverkkoyhtiöiden työntekijöillä on pääsy rakennuksiin sijoitettuihin muuntamotiloihin. Muuntamon teknisten tietojen perusteella voidaan laskennallisesti arvioida kuinka suuria kenttiä viereisissä asunnoissa esiintyy ja tarvitaanko tarkempia kartoitusmittauksia. Virtakiskojen ja -kaapeleiden synnyttämien kenttien mallintaminen voidaan melko helposti tehdä riittävällä tarkkuudella (Keikko 2003). Laskentamalli on syytä tarkistaa vertaamalla laskentatuloksia muuntamotilassa tehtyihin mittauksiin. Mittauspisteet on paras valita siten, että muutamassa suunnassa saadaan selville magneettikentän vaimeneminen mittausetäisyyden ollessa vähintään 20 cm kiskoista tai kaapelista. Sähkötyöntekijän altistumisen määrittämiseksi voidaan myös mitata magneettikenttiä muuntamohuoneessa työskentelyalueella ja verrata tuloksia ICNIRPin ammatillisiin ohjearvoihin, jotka on esitetty taulukossa 2 samassa muodossa kuin väestöä koskevat ohjearvot. 4.4 Kartoitusmittaus Jos tekninen selvitys ei osoita mittaamista selvästi tarpeettomaksi, tehdään aluksi niin sanottu kartoitusmittaus. Käytännössä se tarkoittaa yhtä tai muutamaa suhteellisen yksinkertaista magneettikentän mittausta karkean kuvan saamiseksi kentän tasosta. Jos kartoitusmittauksessa havaitaan, että altistuminen mittauskohteessa saattaa ylittää suositusarvon, on perusteltua ryhtyä tarkempiin varmistusmittauksiin. Kartoitusmittaus tehdään huoneessa tai huoneissa, jotka ovat lähimpänä muuntajan virtakiskoja tai kaapeleita. Mittaria liikutellaan niillä lattia- tai seinäpinnoilla, jotka rajoittuvat muuntamotilaan. Suurin havaittu magneettivuon tiheys kirjataan muistiin. Jos painotettu huippuarvo on korkeintaan 140 µt p, ei ole tarvetta tarkempiin mittauksiin. Edellytyksenä on kuitenkin, että kuormituksen vaihtelu on asianmukaisesti huomioitu (kohta 4.5). Kun magneettivuon tiheys ylittää maksimikuormalla arvon 140 µt p, määritetään magneettikentät tarkemmin kohdan 4.5 mukaan. Ensin on kuitenkin varmistettava, että maksimipisteen sijainti ja tarvittaessa mittapään asento on määritetty niin tarkasti, että mittaus voidaan myöhemmin toistaa. Kartoitusmittauksissa on suositeltavinta käyttää isotrooppista eli suunnasta riippumatonta mittaria. Jos kuitenkin käytetään suuntaherkkää mittaria, on mittapää käännettävä jokaisessa mittauspisteessä sellaiseen asentoon, että saadaan maksimilukema. Jos mittauksessa käytetään tavanomaista tehollisarvon mittaria ja suurin mitattu arvo on korkeintaan 30 µt rms (painottamaton tehollisarvo), ei ole tarvetta tarkempiin mittauksiin. Kun painottamaton tehollisarvo on yli 30 µt rms, on siirryttävä käyttämään painotetun huippuarvon mittaria (liite 1). 10

13 4.5 Varmistusmittaukset maksimipisteessä ja sen ympäristössä Varmistusmittauksella määritetään lattian tasalla tai seinän pinnalla löytynyt maksimi tarkasti ja tulos skaalataan maksimikuormalle muuntamolta saatavien virtatietojen avulla. Mittaustuloksen perusteella päätellään, voiko suositusarvo ylittyä. Maksimipisteen magneettivuon tiheys mitataan painotetun huippuarvon mittarilla. Mittauksissa voidaan käyttää isotrooppista tai epäisotrooppista yksiakselista mittaria. Epäisotrooppinen mittari on kuitenkin käännettävä sellaiseen asentoon, että saadaan maksimilukema. Oletuksena on, että lukema ei merkittävästi vaihtele yliaaltopitoisuuden muuttuessa kuormituksen mukaan. Maksimipisteen magneettivuon tiheys olisi pyrittävä määrittämään mahdollisimman suuren kuormituksen aikana. Asunnoissa kuormitushuiput sattuvat yleensä ajankohtaan kello Maksimikuormituksen aikana esiintyvän magneettivuon tiheyden arvioimiseksi mitattu magneettivuon tiheys kerrotaan muuntamon maksimivirran ja mittaushetkellä vallitsevan hetkellisvirran suhteella. Maksimivirralla ja hetkellisvirralla tarkoitetaan tässä virtojen tehollisarvoa muutamien minuuttien aikavälillä määritettynä. Jos suositusarvo ylittyy, määritetään myös se kynnysvirran arvo, jolla ylitys tapahtuu. Se saadaan kertomalla hetkellisvirta suositusarvon ja mitatun magneettivuontiheyden hetkellisarvon suhteella. Hetkellisvirta määritetään samanaikaisesti maksimipisteessä suoritetun magneettikentän valvontamittauksen kanssa. Hetkellisvirran arvona käytetään muuntajan pienjännitepuolen vaihevirtojen keskiarvoa. Virrat voi mitata vaihekohtaisesti esimerkiksi pihtimittarilla. On kuitenkin huomattava, että tällaisen mittauksen saa tehdä vain siihen oikeutettu sähköalan ammattilainen. Maksimivirta voidaan arvioida muuntamon vuorokautisesta kuormituskäyrästä tai virran pysyvyyskäyrästä, joihin vaikuttaa oleellisesti se, onko muuntamo asuin-, teollisuus- vai toimistoalueella. Kulutuksen tyyppi vaikuttaa myös yliaaltoihin: vähiten yliaaltoja aiheutuu asumisesta syntyvästä kuormituksesta. Jos kuormitustietoja ei ole saatavilla, voidaan käyttää nimellisvirtaa, joka antaa konservatiivisen eli suurimman mahdollisen arvion maksimivirrasta. Muuntamon virta on maksimikuormitustilanteessakin usein vain noin 60 prosenttia nimellisvirrasta. Varmistusmittaus maksimipisteessä suoritetaan niin lähellä lattia- tai seinäpintaa kuin mahdollista. 11

14 Maksimipisteessä tehtävän mitauksen lisäksi on hyvä suorittaa lisämittauksia voimakkaan magneettikentän ulottuvuuden havainnollistamiseksi. Tässä voidaan käyttää kahta vaihtoehtoista menettelyä. Ensimmäisessä vaihtoehdossa magneettikenttä mitataan kolmessa kohtisuorassa suunnassa maksimipisteestä lähtien. Yksi suunnista osoittaa kohtisuoraan sitä lattiaa tai seinää, jonka takana muuntamo sijaitsee. Magneettikentän lukemia otetaan riittävästi, että saadaan selville magneettikenttien vaimeneminen muihin kentän lähteisiin nähden. Toisessa vaihtoehdossa magneettikenttä kartoitetaan mittaamalla magneettivuontiheyden jakauma lattian tasalla ja yhden metrin korkeudella. Mittauspisteet on hyvä merkitä lattiaan suorakulmaiseksi mittauspisteverkoksi. Verkko voi kattaa koko huonetilan tai osan siitä, jolloin on huolehdittava siitä, että ainakin magneettikentän maksimipiste sisältyy mittauspisteisiin. Magneettivuontiheyden jakauma esitetään taulukkona tai graafisesti huoneen pohjapiirroksen päällä (kuva 4). Jos muuntamo sijaitsee huoneen alapuolella, pohjapiirrokseen voidaan tarvittaessa hahmotella muuntaja, pienjännitekeskus sekä niiden väliset virtakiskot tai -kaapelit. 4.6 Asunnoissa esiintyvät taustakentät Asuinhuoneistossa tai työtiloissa voidaan tarvittaessa hahmottaa taustakenttien taso myös niissä huoneissa, jotka eivät rajoitu muuntamotilaan. Taustakentät mitataan huoneiden keskipisteessä. Tarvittaessa lisäpisteitä saadaan vastakkaiset nurkat yhdistävältä suoralta keskipisteen ja nurkkien välistä (kuva 6). Suositeltava mittauskorkeus on 1 m. Asuntomittausten yhteydessä voidaan myös vertailun vuoksi mitata muutaman tavallisen kotitaloudessa käytettävän sähkölaitteen magneettikenttä. Näistä tiedoista on hyötyä, jotta asukkaat osaavat suhteuttaa muuntamon aiheuttaman magneettikentän muista lähteistä aiheutuvaan kenttään. Sopivia laitteita ovat esimerkiksi mikroaaltouuni, hiustenkuivaaja, porakone, tuuletin ja sähkövatkain. Lisäksi voidaan mitata sähköpääkeskuksen tai sulaketaulun aiheuttama magneettivuon tiheys. Pienin mittausetäisyys sähkölaitteen pinnasta on 20 cm tai laitteen käyttöetäisyys. Mittaussuunta määräytyy siitä suunnasta, jossa magneettikenttä on suurimmillaan. 3,70 m ,15 m Kuva 6 Esimerkki magneettikentän mittauspisteistä huoneessa mitattaessa taustakenttiä. Mittauskorkeus on yksi metri (Korpinen 2000). Myös muuntamotilan läheisyydessä sijaitsevissa tiloissa tehdyt mittaukset on hyvä ajoittaa sellaiseen ajankohtaan, että kuormitus on mahdollisimman suuri. On myös suositeltavaa laittaa päälle niin monta sähkölaitetta kuin kyseisessä taloudessa tai työtilassa normaalisti käytetään. 12

15 LIITE 1 Mittaustekniikka Magneettikentän mittauksissa voidaan käyttää painotetun huippuarvon tai painottamattoman tehollisarvon määrittämiseen perustuvia mittareita. Kun tehdään tarkkaa varmistusmittausta, on maksimipisteessä kuitenkin syytä käyttää painotetun huippuarvon mittaria. Painotettu huippuarvo Painotettu huippuarvo mitataan sellaisella mittarilla tai mittaussysteemillä, jossa magneettivuon tiheys on suodatettu kuvassa 7 esitetyllä ylipäästösuodattimella ja näin muokatun aaltomuodon huippuarvo rekisteröidään. Mittalaitteisto voidaan toteuttaa sellaisella tavanomaisella magneettikentän mittarilla, jossa on analoginen lähtö ja jonka ulostulojännite on suoraan verrannollinen mittauskelan läpäisevään magneettivuohon (kuva 7). Lähtöön yhdistetään RC-ylipäästösuodatin, jonka ulostulossa esiintyvä huippujännite mitataan esimerkiksi oskilloskoopilla, oskilloskooppi-ohjelmalla varustetulla mikrotietokoneella tai sähköverkon yliaaltoanalysaattorilla. Signaalin käsittely voidaan toteuttaa myös kokonaisuudessaan digitaalisesti. Mittarin kaistanleveyden tulee olla vähintään 2 khz. Suodatin voidaan toteuttaa esimerkiksi yksinkertaisen RC-ylipäästösuodattimen avulla, jossa vastus R ja kapasitanssi C määräytyvät rajataajuudesta f c (800 Hz) siten, että 1 RC = 2π. (1) f c Passiivinen suodatin aiheuttaa vaimennusta, joka on kompensoitava siten, että kalibrointi ei muutu 50 Hz taajuudella (kuva 8). Kompensointi suoritetaan siten, että passiivisen suodattimen lähdöstä mitattu painotettu huippuarvo kerrotaan rajataajuuden f c (800 Hz) ja 50 Hz taajuuden suhteella 800/50=16. Kompensointi voidaan suorittaa myös elektronisesti. Isotrooppinen eli suunnasta riippumaton mittari mittaa samanaikaisesti kolmessa kohtisuorassa suunnassa painotetun magneettivuontiheyden vektorisumman eli magneettikenttävektorin itseisarvon (neliöjuuri kolmen vektorikomponentin neliösummasta). Kuvassa 7 esitetty mittapää on epäisotrooppinen eli suuntaherkkä, minkä vuoksi sitä on käänneltävä sellaiseen asentoon, että saadaan suurin mahdollinen lukema. Maksimisuunta voi vaihdella eri mittauspisteissä. 13

16 On myös mahdollista mitata magneettivuon tiheys erikseen kolmessa kohtisuorassa vektorisuunnassa ja summata hetkellisarvot neliöllisesti yhteen. Tällöin on kuitenkin huomioitava, että vektorikomponentit on tallennettava niin, että niiden keskinäiset vaiheet säilyvät oikeina. Tämän voi tehdä käyttämällä yhtä komponenttia oskilloskoopin ulkoisena liipaisusignaalina. Jos huippuarvot mitataan erikseen ja summataan neliöllisesti yhteen, komponenttien vaihetieto häviää ja saadaan herkästi liian suuri magneettivuontiheyden arvo. Painotetun huippuarvon menetelmällä mitattua arvoa verrataan suositusarvoon 140 µt p. db/dt C mittapää integraattori 800 Hz ylipäästösuodatin oskilloskooppi R OSC huippuarvo Kuva 7 Magneettikentän painotetun huippuarvon mittarin periaate. Magneettikentän anturilla rekisteröidään magneettivuon tiheys, joka suodatetaan ylipäästösuodattimella. Suodatetusta signaalista ilmaistaan sen huippuarvo (kuva 5). Painottamaton tehollisarvo Tavanomaista tehollisarvon mittaria voidaan käyttää ainakin kartoitusmittausten suorittamiseen. Mittausmenetelmä ei kuitenkaan huomioi riittävästi yliaaltoja. Arvoja voidaan tietyin edellytyksin korjata yliaaltokertoimella, joka on tyypillisesti väliltä 1,5-3. Yliaaltokertoimella korjattua mittaustulosta verrataan suositusarvoon 100 µt rms. Jos yliaaltokerrointa ei tunneta, täytyy olettaa, että se voi olla jopa 3. Eli kun painottamaton tehollisarvo on yli 30 µt rms, lähestytään väestörajaa 100 µt rms (3x30 µt rms ). Tällöin on suositeltavaa siirtyä käyttämään painotetun huippuarvon mittaria. Painottamattoman tehollisarvon mittarin kaistanleveyden tulee olla vähintään Hz. Yliaaltokertoimen määrittäminen Yliaaltokertoimen määrittäminen ei ole välttämätöntä, mutta se antaa hyödyllistä tietoa magneettikentän säröytymisestä. Tietyissä tapauksissa se myös helpottaa mittaamista. Yliaaltokerroin määritetään edellä kuvatulla ylipäästösuodattimella varustetulla suuntaherkällä mittausjärjestelmällä. Mittapää tai mittari sijoitetaan maksimikentän pisteeseen ja mittapää käännetään sellaiseen asentoon, että saadaan suurin mahdollinen lukema painotetulle huippuarvolle (kuva 5). Tulos skaalataan 50 Hz taajuudelle kertomalla tekijällä 16. Seuraavaksi pidetään 14

17 mittapää tarkasti samassa asennossa ja poistetaan ylipäästösuodatin ja mitataan magneettivuontiheyden painottamaton tehollisarvo, joka kerrotaan tekijällä 2. Näin saadaan ekvivalenttinen huippuarvo, joka on puhtaasti sinimuotoisessa tapauksessa todellinen huippuarvo. Yliaaltokerroin on 50 Hz taajuudelle skaalattu painotettu huippuarvo jaettuna ekvivalenttisella huippuarvolla (kuva 5). Yliaaltokertoimen voi myös määrittää käyttämällä ekvivalenttisen huippuarvon sijasta perustaajuisen (50 Hz) komponentin huippuarvoa, joka voidaan suodattaa signaalista numeerisesti. Käytännössä ero ekvivalenttiseen huippuarvoon on pieni, yleensä alle 10 %, koska neliösummaus vaimentaa huomattavasti yliaaltoja laajakaistaisessa mittauksessa. Huomattakoon, että magneettikenttien aaltomuoto ja yliaaltopitoisuus vaihtelevat yleisesti ajan ja paikan funktiona. Tämän johdosta maksimipisteessä määriteltyä yliaaltokerrointa ei yleensä voi käyttää muissa mittauspisteissä. Muuntajasta peräisin olevan kentän mittaustulokset voidaan kuitenkin korjata likimääräisesti, koska aaltomuoto määräytyy muuntajan ja pienjännitekeskuksen välillä kulkevan virran aaltomuodosta eikä vaihtele huomattavasti paikan funktiona. Magneettikentän mittaukset on kuitenkin syytä tehdä mahdollisimman samanaikaisesti kuin yliaaltokertoimen määritys, jotta kuormitusolosuhteet ja niiden myötä yliaaltopitoisuudet eivät oleellisesti muutu kertainen siirtofunktio paloittainen lineaarinen malli Vahvistus 1 1/16 3 db -vaimennus suodattimen siirtofunktio 50 Hz 800 Hz 0, Taajuus (Hz) Kuva 8 Ylipäästösuodattimen siirtofunktio eli taajuusvaste. Taajuusvaste noudattaa altistumissuosituksissa annettua magneettikentän painotusta kullekin taajuudelle. 15

18 Monitaajuussääntö Toinen tapa huomioida yliaallot on käyttää spektrimittaukseen perustuvaa menetelmää. Tämä niin sanottu monitaajuussääntö on esitetty EU:n ministerineuvoston suosituksessa väestön sähkömagneettisille kentille altistumisen rajoittamiseksi (1999/519/EY). Suosituksen mukaan magneettivuon tiheys mitataan perustaajuudella ja kaikilla merkittävillä yliaaltotaajuuksilla. Kullakin taajuudella määritetään magneettivuontiheyden tehollisarvon ja vastaavalla taajuudella voimassa olevan suositusarvon (taulukko 3) suhde. Altistumissuhde on näiden suhdelukujen summa. Jos se on alle 1, ovat magneettikentät suositusarvojen alapuolella. Monitaajuussääntöön perustuva mittaus antaa aina tiukemman rajoituksen kuin asetukseen (294/2002) perustuva painotetun huippuarvon mittaus. Jos saatu altistumissuhde on suurempi kuin 1, on mittaus syytä suorittaa uudestaan painotetun huippuarvon menetelmällä. Taulukko 3 Kansainvälisen ionisoimattoman säteilyn toimikunnan ICNIRPin ohjearvot väestön magneettikenttäaltistumisen rajoittamiseksi alle 150 khz taajuudella. Magneettikentän voimakkuus (A/m) saadaan jakamalla mikrotesloina ilmoitetut magneettivuontiheyden lukuarvot tekijällä 0,4π. Taajuus Magneettivuon tiheys tehollisarvo (µt) - 1 Hz 4, Hz 4, /f Hz 5000/f 0,025 0,8 khz 5000/f 0,8 3 khz 6, khz 6,25 Taajuus f ilmaistaan hertseinä. Kalibrointi Suodattimella varustettu mittaussysteemi suositellaan kalibroitavaksi sinimuotoisessa kentässä 50 Hz taajuudella. Painotetun mittaussysteemin kalibrointi ei kuitenkaan ole välttämätöntä, jos painottamaton magneettikentän mittari on kalibroitu asianmukaisesti ja suodattimen taajuusvaste on kuvan 8 alemman käyrän mukainen. On kuitenkin muistettava kertoa mittarin lukema tekijällä 16, kuten edellä on esitetty. Lisäksi on syytä varmistaa, että suodattimen taajuusvaste ei muutu magneettikentän mittarin ja oskilloskoopin aiheuttaman kuormituksen johdosta. Painotetun huippuarvon mittarilla saatua lukemaa verrataan suositusarvoon 140 µtp. 16

19 Kuva 9 Esimerkki hyvin suojatusta kiinteistömuuntamosta. Kiskojen sijaan on käytetty kaapeleita, jotka on suojattu tiiviillä alumiinikotelolla. Niputetut kaapelit kulkevat lattian kautta pienjännitekeskukseen. Sekä painotetun että painottamattoman magneettivuontiheyden mittauksen epävarmuuden tulisi olla pienempi kuin ±25 %. Mittarien kalibroinnin epävarmuuden tulisi olla alle ±5 %. On suositeltavaa, että kalibrointi tarkistetaan kolmen vuoden välein. Kalibrointeja tehdään muun muassa Säteilyturvakeskuksessa. 17

20 Liite 2 Muistilista kiinteistömuuntamon magneettikentän mittausta varten Esitietoina ilmoitetaan Mittauksen tilaaja Yhteyshenkilöt Muuntajan tyyppi Mittauskohteen osoite Mittauksen päivämäärä Mittauksen suorittajat. Muuntaja Tyyppi Nimellisvirta Teho/nimellisjännite Virtakiskojen/kaapeleiden rakenne, suojaus, sijainti ym. Magneettikentän entän mittareista seuraavat tiedot Tyyppi Kaistanleveys Suuntaherkkyys Onko kyseessä painotettu vai painottamaton mittari Onko kyseessä tehollisarvon vai huippuarvon mittari. Magneettivuon tiheyden arvot on esitettävä niin yksikäsitteisesti, että tiedetään ovatko o ne Tehollisarvoja (rms) Huippuarvoja (p) Painotettuja magneettivuontiheyksiä (w niin kuin weighted) Painottamaton magneettivuon tiheys. Sulkeissa on suosituksia yksikön perään tulevasta lyhenteestä, jonka voi tarvittaessa esittää alaindeksinä tai sulkeissa. 18