TEOLLISUUDEN 10. SÄTEILYTURVALLISUUSPÄIVÄT Jyväskylän Paviljonki 9.-10.4.2014 Teollisuuden sähkö- ja magneettikentät Lauri Puranen Säteilyturvakeskus Ionisoimattoman säteilyn valvonta
Esityksen sisältö Sähkömagneettisen säteilyn lajit Ionisoimattoman säteilyn lajit ja vaikutukset Sähkömagneettiset (SM) kentät Staattiset sähkö- ja magneettikentät Pientaajuiset sähkö- ja magneettikentät Radio- ja mikroaallot (radiotaajuinen ja mikroaaltosäteily) Optinen säteily Infrapuna- eli lämpösäteily (Näkyvä) valo Ultraviolettisäteily Altistumisen rajoittaminen SM-kentille Työpaikan SM-kentille altistumista rajoittava direktiivi ja riskinarviointi Esimerkkejä altistumisesta teollisuuden sähkö- ja magneettikentille 2
Sähkömagneettisen säteilyn lajit Sähkömagneettiset kentät Fotonin energia kasvaa Optinen säteily 3 12,4 ev
IONISOIMATTOMAN SÄTEILYN VAIKUTUKSIA 4
Miten sähkömagneettiset (SM) kentät vaikuttavat ihmiseen? Voimakkaassa staattisessa magneettikentässä (> 2 T) liikkuminen synnyttää päähän sähkökentän, joka voi aiheuttaa huimausta, pahoinvointia tai valon välähdyksiä silmissä, ns. magnetofosfeeneja Pientaajuisten kenttien tunnettuja vaikutuksia ovat: hermo- ja lihasärsytykset eli stimulaatio sekä magnetofosfeenit kipinäpurkaukset ja ihokarvojen värinä Pientaajuisten magneettikenttien epäillään lisäävän hieman voimajohtojen lähellä asuvien lasten leukemiariskiä. Radioaaltojen tunnettuja vaikutuksia ovat: kudosten lämpeneminen, sisäiset palovammat, harmaakaihi... Suurimmat altistumiset tapahtuvat teollisuudessa tiettyjen laitteiden läheisyydessä. Lievästä ylialtistumisesta ei jää fysiologisesti havaittavia muutoksia elimistöön. 5
SM-kentille altistumisen rajoittaminen Työntekijöiden altistumisrajat suojaavat suurilla turvakertoimella kaikilta tunnetuilta haittavaikutuksilta. Väestön altistumisrajojen turvakertoimet ovat monta kertaa suuremmat, koska väestössä voi olla yksilöitä, joiden sietokyky on heikompi. Väestön altistumista SM-kentille valvoo Suomessa Säteilyturvakeskus STM:n asetus 1306/1993 ionisoimattoman säteilyn valvonnasta STM:n asetus 294/2002 ionisoimattoman säteilyn väestölle aiheuttaman altistumisen rajoittamisesta Työssä altistumista valvovat työsuojeluviranomaiset (aluehallintovirastojen työsuojelun vastuualueet) Työtehtävissä olevan turvallisuudesta vastaa aina työnantaja Altistumisrajat 100 khz 300 GHz on säädetty STM:n päätöksellä (1474/1991), joka korvataan työturvallisuuslain 738/2002 nojalla annettavalla valtioneuvoston asetuksella viimeistään 1.7.2016. Valtioneuvoston asetuksella toimeenpannaan 29.6. 2013 voimaantullut EU-direktiivi 2013/35/EU, jolla rajoitetaan työssä altistumista SMkentille 0 300 GHz. 6
EU-direktiivi 2013/35/EU Vähimmäisvaatimukset työntekijöiden suojelemiseksi SM-kentille altistumisesta aiheutuville riskeille Työpaikoilla on tehtävä toimiva ja tehokas riskinarviointi On huomioitava erityiset työntekijäryhmät, jotka ovat erityisen alttiita riskeille, kuten henkilöt, joilla on metallisia proteeseja, sydämentahdistin, kammionvärinän poistaja, sisäkorvaistute yms. Työnantajan on tarvittaessa mitattava tai laskettava SM-kenttien tasot, joille työntekijät altistuvat työpaikalla. Altistumisen määrittämisessä on käytettävä päteviä palveluntuottajia. Työntekijöille on annettava tarvittaessa tietoa ja koulutusta SMkentille altistumisesta ja haitallisista terveysvaikutuksista. Valtaosalla työpaikoista ei tarvitse arvioida altistumista, esim. yleisölle avoimilla työpaikoilla, joilla riskinarviointi on tehty väestön altistumisrajojen perusteella. 7
Altistumisen rajoittaminen staattisille ja pientaajuisille kentille Altistumisen raja-arvot asetettu lyhytaikaisten ja akuuttien suorien vaikutusten, kudosten sähköisen stimulaation perusteella Kehon ulkoisen magneettivuon tiheytenä 0 1 Hz Kehon sisäisen sähkökentän voimakkuutena 1 Hz 10 MHz Altistumisen raja-arvoja ovat Terveysvaikutusraja-arvot, joiden ylittyessä ilmenee haitallisia terveysvaikutuksia, hermo- ja lihaskudokset voivat stimuloitua Aistimusraja-arvot, joiden ylittyessä aistihavainnot saattavat hetkellisesti häiriintyä ja aivotoiminnat voivat vähäisesti muuttua Toimenpidetasot ovat ulkoisen sähkö- tai magneettikentän voimakkuuksia, jotka voidaan mitata. Matala toimenpidetaso suojaa sähkökentässä mahdollisesti aiheutuvilta kipinäpurkauksilta suojaa magneettikentän aiheuttamilta aistimuksilta (magnetofosfeenit) Korkea toimenpidetaso sähkökenttä voi aiheuttaa kipinäpurkauksia, joilta voi suojautua asianmukaisilla varusteilla magneettikenttä voi aiheuttaa aistimuksia, mutta ei stimulaatiota 8
Altistumisen raja-arvot ulkoisen magneettivuon tiheydelle 0 1 Hz Tavanomaiset työolosuhteet Paikallinen raajojen altistuminen Aistimusraja-arvot 2 T 8 T Terveysvaikutusraja-arvot Terveysvaikutusraja-arvot sisäisen sähkökentän voimakkuudelle 1 Hz 10 MHz Taajuusalue Terveysvaikutusraja-arvot 1 Hz 3 khz 1,1 V/m (huippuarvo) 3 khz 10 MHz 3,8 x 10-4 f V/m (huippuarvo) Aistimusraja-arvot sisäisen sähkökentän voimakkuudelle 1 400 Hz Taajuusalue Aistimusraja-arvot 1 10 Hz 0,7/f V/m (huippuarvo) 10 25 Hz 0,07 f V/m (huippuarvo) 25 400 Hz 0,0028 f V/m (huippuarvo) 8 T 9
Sähkökentän toimenpidetasot 1 Hz 10 MHz Taajuusalue Matala toimenpidetaso V/m (rms) Korkea toimenpidetaso V/m (rms) 1 25 Hz 2,0 x 10 4 2,0 x 10 4 25 50 Hz 5,0 x 10 5 /f 2,0 x 10 4 50 Hz 1,64 khz 5,0 x 10 5 /f 1,0 x 10 6 /f 1,64 3 khz 5,0 x 10 5 /f 6,1 x 10 2 3 khz 10 MHz 1,7 x 10 2 6,1 x 10 2 f hertseinä 10
Magneettikentän toimenpidetasot 1 Hz 10 MHz Taajuusalue Matala toimenpidetaso µt (rms) Korkea toimenpidetaso µt (rms) Toimenpidetaso raajoille µt (rms) 1 8 Hz 2,0 x 10 5 /f 2 3,0 x 10 5 /f 9,0 x 10 5 /f 8 25 Hz 2,5 x 10 4 /f 3,0 x 10 5 /f 9,0 x 10 5 /f 25 300 Hz 1,0 x 10 3 3,0 x 10 5 /f 9,0 x 10 5 /f 300 Hz 3 khz 3,0 x 10 5 /f 3,0 x 10 5 /f 9,0 x 10 5 /f 3 khz 10 MHz 1,0 x 10 2 1,0 x 10 2 3,0 x 10 2 f hertseinä 11
Kosketusvirran toimenpidetasot Taajuus < 2,5 khz 1,0 2,5 100 khz 0,4 f 100 khz 10 MHz 40 f kilohertseinä Kosketusvirta ma (rms) Staattisen magneettikentän toimenpidetasot Vaarat Aktiivisten implanttien, mm. sydämentahdistimien, häiriintyminen Vetovoima- ja sinkoutumisriski Voimakkaiden kenttien (> 100 mt) äärialueilla Toimenpidetaso ma (rms) 0,5 mt 3 mt 12
Altistumisen rajoittaminen radiotaajuisille kentille Altistumisen raja-arvoja ovat kehon sisäiset Terveysvaikutusraja-arvot, joiden ylittyessä ilmenee haitallisia liialliseen lämpöön perustuvia terveysvaikutuksia Aistimusraja-arvot, joiden ylittyessä saattaa ilmetä kuuloaistimuksia lyhyillä mikroaaltopulsseilla taajuusalueella 0,3 6 GHz Toimenpidetasot ovat ulkoisen sähkö- tai magneettikentän voimakkuuksia tai tehotiheyksiä, kosketusvirtoja ja raajoihin indusoituvia virtoja, jotka voidaan mitata. Terveysvaikutusraja-arvot 100 khz 6 GHz Terveysvaikutusraja-arvot Koko kehon keskimääräinen SAR Pään ja vartalon paikallinen SAR 1) Raajojen SAR 1) 6 minuutin aikakeskiarvo 0,4 W/kg 10 W/kg 20 W/kg 1) 10 g yhtenäistä kudosmassaa kohti, voi olla kuutio tai pallo 13
Aistimusraja-arvot 0,3-6 GHz Taajuusalue (GHz) Paikallinen ominaisabsorptio 0,3-6 10 mj/kg 10 g kudosmassaa kohti Terveysvaikutusraja-arvot 6-300 GHz Taajuusalue (GHz) Tehotiheys 6-300 50 W/m 2 keskiarvona 20 cm 2 altistunutta kudosalaa kohti 1 cm 2 keskiarvo saa olla korkeintaan 20-kertainen 6 10 GHz keskiarvona kuuden minuutin ajanjaksoilta yli 10 GHz taajuuksilla keskiarvona 68/f 1,05 minuutin jaksoilta f gigahertseinä 14
Toimenpidetasot 100 khz 300 GHz Taajuusalue Sähkökentän toimenpidetaso V/m (rms) Magneettikentän toimenpidetaso µt (rms) 100 khz 1 MHz 610 2,0 x 10 6 /f 1 10 MHz 6,1 x 10 8 /f 2,0 x 10 6 /f 10 400 MHz 61 0,2 400 MHz 2 GHz 3,0 x 10-3 /f 1,0 x 10-5 /f 2 6 GHz 140 0,45 6 300 GHz 140 0,45 f hertseinä 15
Jatkuvan kosketusvirran ja raajaan indusoituvan virran toimenpidetasot Taajuusalue Jatkuvan kosketusvirran tehollisarvo (ma) 100 khz 10 MHz 40-10 110 MHz 40 100 Raajaan indusoituvan virran tehollisarvo (ma) Raajaan indusoituvan virran toimenpidetaso lasketaan virran tehollisarvon neliön keskiarvona kuuden minuutin ajanjaksoilta. 16
Direktiivin 2013/35/EU poikkeukset Altistumisen raja-arvot voidaan ylittää terveydenhuoltoalalla potilaille tarkoitettuja MRI-laitteita asennettaessa, testattaessa, käytettäessä, kehitettäessä sekä huollettaessa ja näihin liittyvässä tutkimuksissa tietyin edellytyksin. Vastaava tai erityisluonteisempi suojelujärjestelmä voidaan toteuttaa henkilöstölle, joka työskentelee operatiivisten sotilaallisten laitteistojen kanssa tai joka osallistuu sotilaallisiin toimiin, myös yhteisissä kansainvälisissä harjoituksissa, edellyttäen, että haitalliset terveysvaikutukset ja turvallisuusriskit estetään. Altistumisen raja-arvot voidaan ylittää tilapäisesti tietyin edellytyksin sellaisilla erityisillä aloilla ja sellaisessa erityisessä toiminnassa, jotka eivät kuulu edellä mainittuihin, asianmukaisesti perustelluissa tapauksissa ja vain niin kauan kuin on perusteltua. 17
Direktiivin 2013/35/EU soveltamisohjeita Practical guide julkaistaneen vuonna 2015. CENELEC on julkaissut vuonna 2008 standardin EN 50499 Procedure for the assessment of the exposure of workers to electromagnetic fields, jossa esitetään menettely työpaikan SMkenttien aiheuttamien riskien arviointiin. Standardin EN 50499 mukaan erityistä riskinarviointia vaativat teollisuuden työpaikat, joissa on seuraavia laitteita: Magneettikuvauslaitteet ja voimakkaat magnetisoijat/demagnetisoijat Elektrolyysilaitteet Sähkönjakelu- ja sähkönsiirtoverkon laitteet Sähköhitsaus tai sulatuslaitteet Induktiokuumentimet ja valokaariuunit Suurtaajuuskuumentimet (liimankuivaimet ja muovinsaumaimet) Suuritehoiset radiotaajuuksia hyödyntävät valaisimet ja plasmalaitteet Suuritehoiset antennit Mikroaaltokuumentimet ja -kuivaimet 18
Magneettikuvauslaitteet Magneettikuvauksessa otetaan käyttöön laitteita, joissa on entistä voimakkaampi staattinen magneettikenttä. Nykyisin on käytössä 3 T:n laitteita, ja 7 T:n laitteita on tulossa. Voimakkaamman magneettikentän laitteet toimivat suuremmilla radiotaajuuksilla, jolloin kehon pintakudokset altistuvat enemmän radiotaajuiselle SM-kentälle. Magneetin vetovoima kasvaa, jolloin ferromagneettisten kappaleiden sinkoutumisriski suurenee. Sydämentahdistimet häiriintyvät yli 0,5 mt:n staattisessa magneettikentässä. 19
Magneettikuvauslaitteiden riskit Nopeat liikkeet voimakkaassa staattisessa magneettikentässä voivat aiheuttaa pahoinvointia, päänsärkyä ja huimausta sekä raudanmakua magnetofosfeeneja (valon välähdyksiä näkökentän reunoilla) pieniä muutoksia EKG:ssä ja verenpaineessa häiriöitä silmän motoriikassa (> 3T) Magneettikuvauksella ei ole toistaiseksi todettu olevan pitkäaikaisvaikutuksia. Kehossa olevat vähänkin magneettiset kappaleet ja istutteet voivat aiheuttaa kudosten tai verisuonten repeämiä. Tatuoinnit ja meikit voivat aiheuttaa ihovaurioita. Pientaajuisen magneettikentän gradientit indusoivat kehoon sähkökenttiä ja -virtoja, jotka voivat ärsyttää hermoja ja lihaksia. Radiotaajuiset SM-kentät voivat aiheuttaa palovammoja. 20
Elektrolyysilaitoksen tasasuuntaaja VIRTAKISKOT TYRISTORIKATKOJAT Suuret hyvin säröytyneet virrat (kymmeniätuhansia ampeereita) Magneettikentän matala toimenpidetaso ylittyy jopa kaksinkertaisesti virtakiskojen läheisyydessä. 21
Sähkönjakelu- ja sähkönsiirtoverkon laitteet Merkittäviä pientaajuisia sähkökenttiä on vain sähköasemien kytkentäkentällä. Suurimmat pientaajuiset magneettikentät ovat pienjännitekeskuksissa 20/0,4 kv jakelumuuntamon ja sähköpääkeskuksen välisen 3-vaihekaapelin tai kiskosillan läheisyydessä. Rakennukseen sijoitetun jakelumuuntamon, ns. kiinteistömuuntamon, magneettikenttä voi ylittää yläpuolisen huoneen lattiatasolla väestön suositusarvon. Työntekijän toimenpidetaso ei todennäköisesti ylity pienjännitekeskuksessa työskenneltäessä.
Sähköhitsaus Kaapeleissa kulkevien suurten virtojen aiheuttamat magneettivuon tiheydet voivat olla 2 mt kaapelien pinnalla. hitsaajan käsissä 1-2 mt hitsaajan kehossa 100-200 µt Matala toimenpidetaso 1 mt voi ylittyä paikallisesti, mutta raajojen 18 mt toimenpidetaso ei ylity. Hitsausvirrassa 50 Hz lisäksi harmonisia ja muita taajuuksia
Altistumisen vähentäminen pientaajuiselle magneettikentälle sähköhitsauksessa Kaapelit pidetään yhdessä. Kaapelit järjestetään kehon toiselle puolelle kohtisuoraan pois päin kehosta. Teholähde ja kaapelit pidetään mahdollisimman kaukana kehosta ja päästä. Työpidike yhdistetään työstettävään kappaleeseen mahdollisimman lähelle hitsauskohtaa. 24
Induktiokuumentimet toimivat taajuusalueella 50 Hz - 3 MHz suurimmat tehot megawatteja käyttökohteita metallin sulattaminen teräksen karkaisu juottaminen esi- ja jälkilämmitys hitsauksen yhteydessä liimaliitoksen kuumennus metallipintojen muovitus muovattavien materiaalien lämmitys 25
Induktiokuumentimen periaate Teholähde syöttää virtaa induktiosilmukkaan, jonka sisälle syntyy voimakas magneettikenttä. Magneettikenttä indusoi pyörrevirtoja silmukan sisälle asetettuun metallikappaleeseen, joka kuumenee nopeasti. Kappaleen pintaosat kuumennetaan korkeilla taajuuksilla.
Altistuminen induktiokuumentimien magneettikentille Voimakkaimpia teollisuudessa esiintyviä pientaajuisia magneettikenttiä 50 Hz laitteistolla 5 mt ylittyy 20 cm etäisyydellä ja 100 µt monen metrin etäisyydellä laitteesta 10 khz laitteistolla magneettivuon tiheys 30-500 µt metrin etäisyydellä Taajuudella 50 Hz työntekijöiden matala toimenpidetaso 1 mt voi ylittyä alle puolen metrin etäisyydellä, mutta korkea toimenpidetaso 6 mt ei ylity yli 20 cm etäisyydellä. Taajuudella 10 khz työntekijöiden toimenpidetaso 100 µt voi ylittyä alle metrin etäisyydellä. 27
Valokaariuunit Käytetään suurten raakametallimäärien sulattamiseen tai teräksen valmistamiseen. Voivat sulattaa 150-200 tonnia metallia 90 minuutissa. Tehot muutamasta megawatista sataan megawattiin. Sulatus grafiittielektrodien ja metallin välille syntyvällä valokaarella. Suurimmat magneettivuon tiheydet ovat elektrodeja syöttävien kaapelien läheisyydessä, jossa työntekijöiden matala toimenpidetaso (1000 µt, 50 Hz) voi ylittyä.
Magneettivuon tiheyksiä valokaariuunin läheisyydessä 50 MW 17 MW taajuudella 50 Hz: matala toimenpidetaso 1 000 µt korkea toimenpidetaso 6 000 µt raajoille 18 000 µt 29
Suurtaajuuskuumentimet Liimankuivain Muovinsaumain 30
Suurtaajuuskuumentimet Liimankuivaimet taajuus yleensä 13,56 MHz suurin radiotaajuinen (RF) teho jopa 250 kw RF-teho yhtäjaksoisesti päällä useita minuutteja työntekijän ei tarvitse olla elektrodin lähellä RF-tehon ollessa päällä työstettävänä materiaalina puu ja dispersioliima valmistettavina tuotteina parketit, elementit, laminaatit Muovinsaumaimet taajuus yleensä 27,12 MHz RF-teho 1-25 kw RF-teho yhtäjaksoisesti päällä muutamia sekunteja manuaalisilla laitteilla työntekijä on elektrodin lähellä myös RF-tehon ollessa päällä työstettävänä materiaalina yleensä PVC-muovi valmistettavina tuotteina sade- ja pelastusasut, suojapeitteet, muovikansiot ja -taskut, elintarvikepakkaukset, altaat ja säiliöt 31
Altistuminen suurtaajuuskuumentimien SM-kentille Liimankuivaimilla ja automaattisilla muovinsaumaimilla altistuminen ei yleensä ylitä toimenpidetasoja radiotaajuisen tehon ollessa päällä. Puoliautomaattisilla muovinsaumaimilla altistuminen ylittää yleensä toimenpidetasot radiotaajuisen tehon ollessa päällä, mutta työskentelyajan suhteen keskiarvoistettu altistuminen ei ylitä. Käsikäyttöisillä muovinsaumaimilla myös työskentelyajan suhteen keskiarvoistettu altistuminen ylittää usein toimenpidetasot, mutta ei yleensä terveysvaikutusraja-arvoa. 32
Altistumisen vähentäminen Laitteen siirtojohdot, työterä, metallirakenteiset syöttö- ja ohjauslaitteet ympäröidään kupari- tai alumiinilevyllä, jotka ovat hyvässä kontaktissa generaattorin maahan. Generaattori maadoitetaan lyhyillä ja leveillä maadoitusliuskoilla. Mekaanisiin liitoksiin hyvä sähköinen johtavuus (hitsaus, juotos, puristus). Generaattorin ja sähköverkon väliin RF-suodattimet. Kapasitiivinen suojaus (maadoituselektrodi) Työntekijän alle vähintään 10 cm paksuinen eristekerros Metallinen jalkakytkin päällystetään eristeellä Työtapoja muuttamalla kädet ja jalat mahdollisimman kauas työterästä vältetään metalliosien koskettamista 33
Altistuminen suurtehoisten antennien SM-kentille Suurimmat tehot ja SM-kentät suuritehoisten radio- ja tvlähetysantennien läheisyydessä. Toimenpidetasot ylittyvät antennien sisällä radio- ja tv-mastoissa. Antennien syöttötehoa vähennettävä tai katkaistava antennin läpi kiivettäessä ja työskentelyn ajaksi katkaistava. Matkapuhelintukiasema-antennien edessä toimenpidetaso voi ylittyä muutaman metrin etäisyydellä. Mikroaaltolinkkiantennien edessä toimenpidetaso voi ylittyä yli 10 metrin etäisyydellä. Katolle asennettavat antennit on varustettava mikroaaltosäteilyn varoitusmerkeillä, joissa ilmoitetaan turvaetäisyys jatkuvaa työskentelyä varten. 34
319 m Radio- ja tv-maston yläosa UHF TV 299 m DVB-T VHF TV 255 m ULA radio ULA radio (varaantenni) 215 m 35
Katolle asennettu tukiasema-antenni ja vaadittava varoitusmerkki 36
Mikroaaltokuivaimet kostuneen betonirakenteen kuivaukseen (2450 MHz) noin 1000 W mikroaaltoteho 40 cm x 40 cm -kokoisesta tasokuivurin aukosta tehotiheys aukon edessä yli 1000 W/m 2 kuivattavan rakenteen takana voi olla merkittävä tehotiheys järjestettävä valvonta kuivauksen ajaksi
Toiminta onnettomuustilanteissa Onnettomuustilanteissa henkilön altistuminen SM-kentille voi ylittää moninkertaisesti toimenpidetasot ja jopa terveysvaikutusraja-arvot. Tällöin on toimittava seuraavasti: Ylialtistunut henkilö poistetaan heti altistumislähteen läheltä. Ensiapua ja välitöntä hoitoa tarvitaan, jos henkilöllä on palovammoja, kipua tai kohonnut kehon lämpötila. Epäillystä ylialtistumisesta ilmoitetaan työnjohdolle ja työterveyshuollolle. Ylialtistunut henkilö hakeutuu lääkärintarkastukseen. Tapahtumasta tehdään mahdollisimman nopeasti esiselvitys, josta selviää tilanteeseen johtaneet syyt ja altistumisen taso. Työterveyslaitos on julkaissut toimintamallin RF-kenttien aiheuttamiin ylialtistumistilanteisiin: http://www.ttl.fi/fi/verkkokirjat/documents/rf-ylialtistuminen.pdf 38
Yhteenveto Altistuminen työntekijän altistumisrajan ylittävälle pientaajuiselle sähkö- tai magneettikentälle voi muuttaa tilapäisesti hermoston toimintaa, joka palautuu normaaliksi, kun altistuminen loppuu. Radioaalloille altistumisen ylittäessä moninkertaisesti työntekijän altistumisrajan, voi syntyä kehon sisäisiä vammoja, joiden vakavuus riippuu altistumisen tasosta ja kestosta. Direktiivin altistumisrajat ja toimenpidetasot suojaavat tunnetuilta haittavaikutuksilta. Riskin arviointi on tehtävä sellaisilla työpaikoilla, joilla on suuritehoisia SM-kenttien lähteitä. 39