Source: http://docplayer.fi/4476495-Yleison-altistuminen-pientaajuisille-sahko-ja-magneettikentille-suomessa.html
Timestamp: 2018-03-22 19:48:17+00:00
Document Index: 18039413

Matched Legal Cases: ['kko ', 'kko ', 'kko ', 'kko ', 'kko ', 'kko ', 'kko ', 'kko ', 'kko ']

1 Sosiaali- ja terveysministeriön oppaita 2003:12 Leena Korpinen Yleisön altistuminen pientaajuisille sähkö- ja magneettikentille Suomessa SOSIAALI- JA TERVEYSMINISTERIÖ Helsinki 2003
3 3 TIIVISTELMÄ Leena Korpinen. Yleisön altistuminen pientaajuisille sähkö- ja magneettikentille Suomessa. Helsinki, s. (Sosiaali- ja terveysministeriön oppaita ISSN X; 2003:12) ISBN Uusi sosiaali- ja terveysministeriön (STM) asetus (294/2002) ionisoimattoman säteilyn väestölle aiheuttaman altistumisen rajoittamisesta on tullut voimaan Uudessa asetuksessa vahvistetaan enimmäisarvot ultraviolettisäteilylle, radiotaajuiselle säteilylle ja lasersäteilylle sekä suositusarvot pientaajuisille sähkö- ja magneettikentille. Asetus koskee ainoastaan väestön altistumista. Työntekijöiden osalta on edelleen voimassa STM:n päätös (1474/1991), joka asettaa enimmäisarvot muille paitsi pientaajuisille kentille. Tämän projektin päätavoitteena on koota tietopaketti sähkön siirto- ja jakelujärjestelmän sähkö- ja magneettikentistä STM:n uuden asetuksen käytäntöönpanon tueksi. Tavoitteena on tuottaa myös WWW-muotoinen aineisto. Tietopaketin pääpaino on sähkön siirto- ja jakelujohdoissa. Tietopaketti on kirjoitettu viranomaisille esimerkiksi ympäristökeskusten ja läänin terveystarkastajien käyttöön. Tavoitteena oli, että se soveltuu myös toiminnanharjoittajien (esimerkiksi sähköyhtiöiden) käyttöön. Tietopaketti sisältää muun muassa sähkönsiirto- ja jakelujohtojen sähkö- ja magneettikentät, rakennusten sähkö- ja magneettikentät sekä kodin laitteiden kentät. Kenttien mittaaminen ja laskenta esitetään varsin yleisellä tasolla. Asiasanat: altistuminen, sähkökentät, sähkömagneettiset kentät, säteily, säteilyturvallisuus, terveydensuojelu
5 5 REFERAT Leena Korpinen. Allmänhetens exponering för lågfrekventa elektriska och magnetiska fält i Finland. Helsingfors, s. (Social- och hälsovårdsministeriets handböcker ISSN X; 2003:12) ISBN Social- och hälsovårdministeriets nya förordning om begränsning av befolkningens exponering för icke-joniserande strålning (294/2002) trädde i kraft I den nya förordningen fastställs maximivärden för ultraviolett strålning, radiofrekvent strålning och laserstrålning samt rekommenderade värden för lågfrekventa elektriska och magnetiska fält. Förordningen gäller endast exponering av befolkningen. För arbetstagarnas del gäller fortfarande social- och hälsovårdministeriets beslut (1474/1991), som föreskriver om maximivärdena för andra än lågfrekventa fält. Huvudmålsättningen för det här projektet är att sammanställa ett informationspaket om elektriska och magnetiska fält i överföringen och distributionen av el som stöd för verkställigheten av social- och hälsovårdministeriets nya förordning. Målet är också att producera material i WWW-format. Huvudvikten har lagts på överförings- och distributionsledningar. Informationspaketet har uppgjorts med tanke på myndigheterna och för att användas till exempel av miljöcentralerna och länens hälsoinspektörer. Avsikten var att det också skall kunna användas av verksamhetsutövare (till exempel elbolagen). Informationspaketet innehåller bland annat elektriska och magnetiska fält i överföringsoch distributionsledningar, elektriska och magnetiska fält i byggnader och fälten i hemmets apparater. Mätningen och beräkningen av fälten presenteras på en mycket allmän nivå. Nyckelord: elektriska fält, elektromagnetiska fält, exponering, hälsoskydd, strålning, strålningssäkerhet
7 7 SUMMARY Leena Korpinen. Public exposure to low frequency electric and magnetic fields in Finland. Helsinki, pp. (Handbooks of the Ministry of Social Affairs and Health, Finland; ISSN X; 2003:12) ISBN The new decree (294/2002) of the Ministry of Social Affairs and Health (STM) "the limitation of public exposure to non-ionizing radiation" has come into effect on 1 May The new decree enforces binding exposure limits for ultraviolet radiation, radiofrequency radiation and laser radiation and re-commendations for low frequency electric and magnetic fields. The decree concerns only public exposure. For workers STM's decision (1474/1991), that sets binding exposure limits for the whole range of radiation except low frequency fields, is still applied. The main aim of this project is to create an information package concerning electric and magnetic fields of electricity transmission and distribution systems supporting the implementation of the new STM decree. The aim is also to produce WWW-based material. The information package focuses mainly on electricity transmission and distribution lines. The information package is made for authorities, for example for the use of environmental centers and provinces' health officials. The aim is that it can be applied also to the use of corporations (for example elect-rich companies). Among others, the information package includes electric and magnetic fields of electricity transmission and distribution lines, electric and magnetic fields of buildings and fields of domestic electric devices. Measurements and calculations of the fields are presented at very general level. Key words: Electric fields, electromagnetic fields, exposure, health protection, radiation, radiation safety.
9 9 ESIPUHE Tämä julkaisu on Tampereen teknillisen yliopiston (aikaisemmin Tampereen teknillinen korkeakoulu) Sähkötekniikka ja terveys -laboratoriossa tehdyn projektin Tietopaketti sosiaali- ja terveysministeriön asetuksesta (294/2002) ionisoimattoman säteilyn väestölle aiheuttaman altistumisen rajoittamisesta liittyen sähkön siirto- ja jakelujärjestelmään yhteenveto. Hankkeen rahoittajina ovat toimineet sosiaali- ja terveysministeriö ja Fingrid Oyj. Hankkeen johtoryhmään ovat kuuluneet johtava asiantuntija Jarmo Elovaara (Fingrid Oyj), ylitarkastaja Osmo Haltia (Kauppa- ja teollisuusministeriö), ympäristöjohtaja Martti Hyvönen (Energia-alan keskusliitto ry, Helsingin Energia), yksikön johtaja Kenneth Hänninen (Sähköenergialiitto ry), tutkimusprofessori Kari Jokela (Säteilyturvakeskus), professori Leena Korpinen (Tampereen teknillinen yliopisto), erityisasiantuntija Kauko Hartikainen (aikaisemmin erityisasiantuntija Matti Laiho) (Suomen Kuntaliitto) ja ylilääkäri Mikko Paunio (Sosiaali- ja terveysministeriö). Hankkeen toteuttajana on toiminut professori Leena Korpinen. Raportin toteutuksessa ovat avustaneet insinööri Riitta Lehtelä, teknikko Leena Luoma ja yksikön johtaja Kenneth Hänninen (Sähköenergialiitto ry). Hankkeen toteutuksessa ovat myös avustaneet Fingrid Oyj, kauppa- ja teollisuusministeriö, sosiaali- ja terveysministeriö ja Säteilyturvakeskus. Johtoryhmälle ja kaikille mukana olleille henkilöille parhaat kiitokset.
11 11 SISÄLLYSLUETTELO TIIVISTELMÄ...3 REFERAT...5 SUMMARY...7 ESIPUHE...9 SISÄLLYSLUETTELO JOHDANTO SÄHKÖ- JA MAGNEETTIKENTÄT Sähkömagneettinen spektri Sähkökenttä Magneettikenttä Sähkö- ja magneettikenttien laskeminen Sähkö- ja magneettikenttien mittaaminen Sähkö- ja magneettikenttämittauksien epätarkkuus YHTEENVETO SOSIAALI- JA TERVEYSMINISTERIÖN ASETUKSESTA (294/2002) IONISOIMATTOMAN SÄTEILYN VÄESTÖLLE AIHEUTTAMAN ALTISTUMISEN RAJOITTAMISESTA Asetuksen lähtökohdat Asetuksen biologinen tausta Taloudelliset vaikutukset Asetuksessa (294/2002) esitetyt suositusarvot enintään 100 khz taajuisille sähkö- ja magneettikentille Asetuksessa (294/2002) esitetyt suositusarvot pientaajuisten laajakaistaisten kenttien osalta SUOMEN SÄHKÖJÄRJESTELMÄ Sähkön tuotanto Sähkön siirto- ja jakeluverkot Sähköjohdot SÄHKÖNSIIRTO- JA JAKELUJOHTOJEN SÄHKÖ- JA MAGNEETTIKENTÄT Asetuksen määrittelemät suositusarvot Laskentatuloksia sähkö- ja magneettikentistä erilaisilla pylväillä Mittaustuloksia siirto- ja jakelujohdoilta Asetuksen merkitys 400 kv, 220 kv ja 110 kv voimajohtoihin liittyviin maankäyttö- ja kaavoituskysymyksiin RAKENNUSTEN SÄHKÖ- JA MAGNEETTIKENTÄT Asetuksen määrittelemät suositusarvot Mittaustuloksia kiinteistömuuntamoiden lähellä olevien tilojen magneettikentistä Kodeissa esiintyviä sähkö- ja magneettikenttiä KODIN LAITTEIDEN KENTÄT Asetuksen määrittelemät suositusarvot Mittaustuloksia kodin laitteiden kentistä TULEVAISUUDEN NÄKYMÄT...58 KIRJALLISUUSVIITTEET...61 AIHEESEEN LIITTYVIÄ WWW-LINKKEJÄ...63 LIITE 1, STUK tiedottaa 1/
13 13 1 JOHDANTO Uusi sosiaali- ja terveysministeriön (STM) asetus (294/2002) ionisoimattoman säteilyn väestölle aiheuttaman altistumisen rajoittamisesta on tullut voimaan STM:n asetus perustuu Euroopan unionin neuvoston suositukseen vuodelta 1999, sekä ICNIRP:n (International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection) ohjearvoihin (Euroopan unionin neuvosto 1999, ICNIRP 1998). Uudessa asetuksessa vahvistetaan enimmäisarvot ultraviolettisäteilylle, radiotaajuiselle säteilylle ja lasersäteilylle sekä suositusarvot pientaajuisille sähkö- ja magneettikentille. Asetus koskee ainoastaan väestön altistumista. Työntekijöiden osalta on edelleen voimassa STM:n päätös (1474/1991), joka asettaa enimmäisarvot muille paitsi pientaajuisille kentille. Ennen tätä asetusta Suomessa ei ole ollut säädöstä siitä, minkälaisille pientaajuisille sähköja magneettikentille väestö saa altistua. Vuodesta 1999 lähtien on sovellettu ohjeellisesti lähinnä Euroopan unionin neuvoston julkaisemaa suositusta väestön sähkömagneettisille kentille (0 Hz 300 GHz) altistumisen arvioimisessa. Asetuksessa tai sen perusteluosassa ei ole otettu kantaa siihen, miten asetusta sovelletaan tulevaisuudessa sähkön siirto- ja jakelujärjestelmien osalta esimerkiksi uusia johtoja rakennettaessa tai vanhojen johtojen lähelle rakennettaessa. Kuitenkin voimajohtojen alla on mitattu arvoja, jotka ylittävät pitkäaikaisen altistumisen suositusarvon 5 kv/m, mutta eivät ylitä arvoa 15 kv/m, joka on määritelty altistukselle, mikä ei kestä merkittävää aikaa. Mielenkiinto sähköjärjestelmien aiheuttamista kentistä on lisääntynyt asetuksen valmistumisen myötä. On katsottu tarpeelliseksi koota STM:n uuden asetuksen käytäntöönpanon tueksi tietopaketti asetuksen merkityksestä sähkön siirto- ja jakelujärjestelmissä. Tietopaketti on kirjoitettu viranomaisille esimerkiksi ympäristökeskusten ja läänin terveystarkastajien sekä kuntien terveys- ja ympäristöviranomaisten käyttöön. Tavoitteena oli, että se soveltuu myös toiminnanharjoittajien (esimerkiksi sähköyhtiöiden) käyttöön. Tietopaketista on tuotettu myös WWW-muotoinen aineisto. Tietopaketti sisältää muun muassa sähkönsiirto- ja jakelujohtojen sähkö- ja magneettikentät, rakennusten sähkö- ja magneettikentät sekä kodin laitteiden kentät. Kenttien mittaaminen ja laskenta esitetään varsin yleisellä tasolla.
14 14 Kiinteistömuuntamoita koskeva Säteilyturvakeskuksen erillinen ohje rakennusten kenttien mittaamisesta (Jokela 2003) on liitetty tämän oppaan loppuun (liite 1). Tämä ohje käsittelee varsin kattavasti kiinteistömuuntamoiden kenttien mittaamista. Tietopaketissa on käytetty hyväksi TTY:n aikaisempia mittaus- ja laskentatuloksia. YDINASIAT Johdanto Uusi sosiaali- ja terveysministeriön (STM) asetus (294/2002) ionisoimattoman säteilyn väestölle aiheuttaman altistumisen rajoittamisesta on tullut voimaan Asetuksessa vahvistetaan enimmäisarvot ultraviolettisäteilylle, radiotaajuiselle säteilylle ja lasersäteilylle sekä suositusarvot pientaajuisille sähkö- ja magneettikentille. Tämä tietopaketti on koottu STM:n uuden asetuksen käytäntöönpanon tueksi asetuksen merkityksestä sähkön siirto- ja jakelujärjestelmissä.
15 15 2 SÄHKÖ- JA MAGNEETTIKENTÄT 2.1 Sähkömagneettinen spektri Sähköjärjestelmän aiheuttamasta ionisoimattomasta sähkömagneettisesta säteilystä ei yleensä käytetä sanaa säteily, vaan puhutaan sähkö- ja magneettikentistä. Näitä kenttiä aiheuttaa ihmisten kehittämä tekniikka. Useimpien teknisten sähköjärjestelmien kentät ovat käyttötaajuisia (50 Hz) sähkö- ja magneettikenttiä. Esimerkkejä näistä kentistä ovat sähkönsiirto- ja jakelujohtojen sekä sähkölaitteiden aiheuttamat sähkö- ja magneettikentät. Kuvassa 2.1 on esitetty koko sähkömagneettisen säteilyn spektri. Kuva 2.1. Sähkömagneettisen säteilyn spektri. 50 Hz kentät ovat lähes yksinomaan ihmisen kehittämien teknisten laitteiden aiheuttamia. (Korpinen ym. 1995) Myös luonnossa esiintyy sähkö- ja magneettikenttiä. Sähkökenttä vaihtelee sääolosuhteiden mukaan. Ukonilmalla staattisen kentän voimakkuus kasvaa jopa tasolle 20 kv/m. Maan magneettikenttä vaihtelee maaperän mukaan. Suomessa maan magneettikenttä on noin 50 µt. Edellä esitetyt luonnossa esiintyvät kentät ovat periaatteessa staattisia kenttiä. (World Health Organisation 1984) 2.2 Sähkökenttä Sähkövaraus synnyttää ympärilleen sähkökentän. Sähkökentän voimakkuus E määritellään kentän varaukseen Q kohdistaman voiman F ja varauksen Q suhteena. Sähkökentän suunta on se suunta, johon kentässä oleva positiivinen varaus pyrkii liikkumaan. Sähkökentän voimakkuuden yksikkönä käytetään volttia metriä kohti (V/m), mutta sähköjärjestelmän yhteydessä käytetään usein kilovolttia metriä kohti (kv/m). Kahden suuren, toisiaan lähellä olevan sähköisesti varatun levyn välissä vallitsee homogeeninen sähkökenttä, jonka voimakkuus voidaan laskea jakamalla levyjen välinen potentiaaliero eli jännite niiden välisellä etäisyydellä (kuva 2.2). Sähkökenttää havainnollistamaan käytetään usein kenttäviivoja. Niiden suunta kuvaa kentän suuntaa ja niiden tiheys suhteellista kentänvoimakkuutta. Kuvassa 2.2 on esimerkkinä toisistaan 1 metrin etäisyydellä ole-
16 16 vien tasomaisten levyjen välillä vallitseva homogeeninen sähkökenttä. Jos levyjen välinen jännite on 1000 V eli yksi kilovoltti, sähkökentän voimakkuus on 1 kilovoltti metriä kohti (kv/m). (Korpinen ym. 1995) Kuva 2.2. Kahden levyn välinen sähkökenttä (E on sähkökenttä, U on levyjen välinen jännite, h on levyjen välinen etäisyys). (Korpinen ym. 1995) LEVY V E = U h h = 1 m maa LEVY 2 Sähkökentän voimakkuuteen ja suuntaan voidaan vaikuttaa materiaalivalinnoilla. Esimerkiksi johtavasta materiaalista olevan häkin tai tilan sisään ulkoinen sähkökenttä ei voi ollenkaan tunkeutua. 2.3 Magneettikenttä Sähkövarausten liike eli sähkövirta synnyttää ympärilleen magneettikentän. Pitkässä viivamaisessa suorassa johtimessa kulkevan sähkövirran I aiheuttama magneettikentän voimakkuus H etäisyydellä r johtimesta on suoraan verrannollinen virtaan mutta kääntäen verrannollinen etäisyyteen. Magneettikentän voimakkuus ilmoitetaan ampeereina metriä kohti (A/m). Magneettikenttä voidaan kuvata myös toisella suureella, jota kutsutaan magneettivuon tiheydeksi. Magneettivuon tiheys B riippuu väliaineesta ja magneettikentän voimakkuudesta. Magneettivuon tiheyden yksikkö on tesla (T). Magneettikentän voimakkuutta H = 1 A/m vastaa ilmassa magneettivuon tiheys B = 1, T = 1,26 mikroteslaa ( T). Magneettisessa materiaalissa sama magneettikentän voimakkuus saattaa aiheuttaa jopa tuhatkertaisen vuontiheyden ilmaan verrattuna. Myös magneettikenttää voidaan kuvata kenttäviivoilla. Jos suoran, pitkän johtimen virta on 1000 A, magneettivuon tiheys 1 metrin etäisyydellä on 200 µt (kuva 2.3).
17 17 Kuva 2.3. Suoran virtajohtimen ympärillä esiintyvä magneettikenttä (B on magneettivuon tiheys, I on johtimessa kulkeva virta, tarkastelupiste on etäisyydellä r johtimesta). (Korpinen ym. 1995) I r B B [ µ T ] = 0,2 I [ A ] r [ m ] Magneettikentän kulkua voidaan ohjata tai osa kentästä voidaan muuntaa kentän indusoiman pyörrevirran avulla käyttämällä ferromagneettista tai hyvin sähköä johtavaa materiaalia. Esimerkiksi rakentamalla kyseisestä aineesta kotelo magneettikentän synnyttävän laitteen tai suojattavan kohteen ympärille. Yhtenä vaihtoehtona on käyttää geometriaa hyväksi esimerkiksi sijoittamalla voimalaitoksen ja kiinteistömuuntamon kiskot tasoasennuksen sijasta kolmion kärkipisteisiin. (Korpinen ym. 1995) 2.4 Sähkö- ja magneettikenttien laskeminen Sähkö- ja magneettikenttien laskenta on monesti vaikeaa ja edellyttää aina ammattitaitoa. Laskennan aikana pitää tehdä erilaisia oletuksia ja yksinkertaistuksia, jotta laskenta pystytään toteuttamaan. Esimerkiksi voimajohtojen kenttiä laskettaessa oletetaan, että johdon alla maa on tasainen, eikä siellä ole kasvillisuutta. Kenttien laskentaa tehdään analyyttisesti matemaattisten kaavojen avulla tai arvioimalla kentänjakaumaa numeerisesti. Analyyttinen laskenta soveltuu esimerkiksi voima- ja jakelujohtojen kenttien laskemiseen. Numeeriseen laskentaan käytetään esimerkiksi FEM (finite element method) -laskentamenetelmää. FEM-menetelmää käytetään esimerkiksi laskettaessa materiaalien vaimennuskykyä. 2.5 Sähkö- ja magneettikenttien mittaaminen Pientaajuisten sähkökenttien mittaamiseen voidaan käyttää sekä hetkellis- että pitkäaikaismittaria. Nämä molemmat käyttävät samoja menetelmiä sähkökentän määrityksessä. Pitkäaikaismittarissa on, toisin kuin hetkellismittauksiin käytettävässä laitteessa, laskuri sekä muisti, johon se voi tallentaa mitatut kentän arvot muistikapasiteetin sallimalta ajalta. Tämän ominaisuutensa ansiosta pitkäaikaismittaria voidaan käyttää hetkellismittausten lisäksi ihmisen sähkökentille altistumisen mittaamiseen. Tuloksia tarkasteltaessa täytyy käyttää tiettyjä korjauskertoimia ihmisen ja ympäristön mittauksiin aiheuttamien virheiden eliminoimiseksi. (Korpinen 2000)
18 18 Sähkökenttiä mitataan kolmella eri tavalla. Ensimmäisessä menetelmässä mittalaite seuraa virtaa tai varausta kahden johtavan elektrodin välillä, toisessa menetelmässä maan ja johtavan elektrodin välillä. Kolmas keino on elektro-optinen. Sähkökenttämittari koostuu periaatteessa kahdesta osasta: anturista ja ilmaisimesta. Ilmaisin sisältää signaalinkäsittelypiirin ja analogisen tai digitaalisen näytön (Korpinen 2000). Kuvassa 2.4 on esitetty sähkökentän mittausta käytännössä. Kuva 2.4. Esimerkki sähkökentän mittauksesta (oikean puoleisella mittaajalla lukulaite). Mittauksessa riittävä mittausetäisyys mittauslaitteeseen on tärkeä, koska mittaajan keho vaikuttaa sähkökentän jakaumaan ja suuruuteen. Pientaajuisten magneettikenttien mittaamiseen on saatavilla useita mittareita, jotka perustuvat induktioon, Hall -ilmiöön tai hystereesiin. Eri ilmiöihin perustuvilla mittareilla on kullekin ilmiölle tyypillinen mitta-anturi. (Korpinen 2000) Pientaajuisten magneettikenttien mittareissa voidaan käyttää yhtä anturia, jolla mitataan kentän maksimiarvoa. Magneettivuon tiheyden maksimiarvo on suurin arvo, jonka vuontiheyden amplitudi voi saavuttaa tietyssä pisteessä. Se voidaan mitata kääntelemällä yksiakselista mittaria maksimin löytämiseksi, jolloin mittarin näyttämän suurin lukema kirjataan. Yksiakselista mittaria voidaan käyttää myös mittaamaan kentän kolme ortogonaalista komponenttia, joista lasketaan vuontiheyden resultantti. Tällöin mitattavan kentän täytyy pysyä mittauksen ajan muuttumattomana, että saatu mittaustulos kuvaisi vallitsevaa kenttää. (Korpinen 2000) Sähkö- ja magneettikenttien mittaamiseen voidaan käyttää myös kolmeakselista anturia mittaamaan resultanttiarvoa, joka on kentän x-, y- ja z-komponenttien neliösumman neliöjuuri. Yleensä kolmeakselisella anturilla mitattu resultantti on suurempi kuin yksiakselisella anturilla mitattu maksimiarvo. (Korpinen 2000) Laajakaistaisia kenttiä mitattaessa pitää pystyä samanaikaisesti mittaamaan eritaajuisia kenttiä (ICNIRP 2002). Tällaista kenttien mittaamista Säteilyturvakeskus on ohjeistanut rakennusten kenttiä koskevassa mittausohjeessaan (Jokela 2003). Käytännössä 50 Hz magneettikentissä voi olla merkittävästi yliaaltoja, joiden johdosta kenttä on laajakaistainen (2 khz asti). (ICNIRP 2002, Jokela 2000)
19 Sähkö- ja magneettikenttämittauksien epätarkkuus Mittaustulos koostuu mittarin antamasta mittaustuloksesta ja siihen liittyvästä mittausepätarkkuudesta. Mittausepätarkkuus sisältää tunnetun ja tuntemattoman systemaattisen osan sekä satunnaisen osan. Tunnetun systemaattisen epätarkkuuden vaikutus mittaustuloksiin voidaan selvittää. Tuntematonta systemaattista epätarkkuutta ei saada selville mittauksilla. Satunnainen epätarkkuus saa jokaisella mittauskerralla satunnaisen arvon, jonka suuruutta mittauksessa ei voi suoraan mitata. (Aumala ja Kalliomäki 1985, Korpinen 2000) Satunnainen epätarkkuus aiheutuu satunnaisesti muuttuvista mittaukseen liittyvistä tekijöistä. Satunnaisia tekijöitä ovat sähkökentän voimakkuuden tai magneettivuon tiheyden vaihtelut, mittarin asennon epätarkkuus, inhimillinen tekijä ja ympäristöolosuhteet. (Korpinen 2000) Mittaaja voi suorittaa mittaukset jokaisella mittauskerralla eri tavoin. Myös eri mittaajat voivat suorittaa saman mittauksen eri tavalla. Virhe voi satunnaisesti riippua esimerkiksi siitä, mistä suunnasta mittaaja lukee analogista mittaria tai jos digitaalimittari ei talleta suurinta arvoa, mittaajalta saattaa jäädä se näkemättä. (Korpinen 2000) Mittausolosuhteet saattavat vaihdella mittauspaikoilla huomattavasti. Kenttien mittauksiin vaikuttavia satunnaisia ympäristötekijöitä ovat esimerkiksi EMC (electromagnetic compatibility) -häiriöt, mittauspaikan ympäristön rakenteet (sähkökentän tapauksessa jopa kasvillisuus) sekä ympäristön lämpötilan tai ilmankosteuden ero kalibrointiolosuhteisiin. (Korpinen 2000) Systemaattinen epätarkkuus aiheutuu mittaukseen liittyvistä muuttumattomista tekijöistä. Muuttumattomia tekijöitä ovat mittausmenetelmän ja mitta-anturin epätarkkuus, inhimilliset tekijät ja ympäristöolosuhteet. (Korpinen 2000) Mittaaja voi suorittaa mittaukset jokaisella mittauskerralla myös samalla tavoin virheellisesti. Tyypillisiä virheitä ovat mittarin mitta-alueen määrittämisen virheet, virheet desimaalipilkussa ja väärä kytkinten asento. (Korpinen 2000) Mittausolosuhteet saattavat vaikuttaa systemaattisesti mittauksiin. Tällaisia ympäristötekijöitä ovat esimerkiksi mittaustilan korkeat taustakentän arvot ja ilman lämpötila. Mittausta suoritettaessa taustakenttä saattaa olla suurempi kuin laitteen aiheuttama kenttä, joka aiheuttaa mittaustuloksiin merkittävän systemaattisen epätarkkuuden. Taustakenttää mitattaessa muiden laitteiden tulee olla käytössä normaalisti. Mittaustilan lämpötila saattaa vaikuttaa mittauksen epätarkkuuteen, jos se poikkeaa huomattavasti kalibrointilämpötilasta. Lämpötilasta aiheutuva systemaattinen epätarkkuus saadaan korjattua mittaustuloksesta, jos tiedetään mittarin lämpötilariippuvuus. (Korpinen 2000)
20 20 YDINASIAT Sähkö- ja magneettikentät Useimpien teknisten sähköjärjestelmien kentät ovat käyttötaajuisia (50 Hz) sähköja magneettikenttiä. Sähkövaraus synnyttää ympärilleen sähkökentän. Sähkökentän voimakkuus E määritellään kentän varaukseen kohdistaman voiman F ja varauksen Q suhteena. Sähkökentän voimakkuuden yksikkönä käytetään volttia metriä kohti (V/m). Sähköjärjestelmän yhteydessä käytetään usein kilovolttia metriä kohti (kv/m). Sähkövarausten liike eli sähkövirta synnyttää ympärilleen magneettikentän. Magneettikentän voimakkuus ilmoitetaan ampeereina metriä kohti (A/m). Magneettikentän voimakkuutta H = 1 A/m vastaa ilmassa magneettivuon tiheys B = 1, T = 1,26 mikroteslaa ( T). Sähkö- ja magneettikenttien laskeminen Sähkö- ja magneettikenttien laskenta on monesti vaikeaa ja edellyttää aina ammattitaitoa. Kenttien laskentaa tehdään analyyttisesti matemaattisten kaavojen avulla tai arvioimalla kentänjakaumaa numeerisesti. Sähkö- ja magneettikenttien mittaaminen Pientaajuisten sähkö- ja magneettikenttien mittaamiseen voidaan käyttää sekä hetkellis- että pitkäaikaismittaria. Mittaustulos koostuu mittarin antamasta mittaustuloksesta ja siihen liittyvästä mittausepätarkkuudesta. Mittausolosuhteet saattavat vaihdella mittauspaikoilla huomattavasti.
21 21 3 YHTEENVETO SOSIAALI- JA TERVEYSMINISTERIÖN ASETUKSESTA (294/2002) IONISOIMATTOMAN SÄTEILYN VÄESTÖLLE AIHEUTTAMAN ALTISTUMISEN RAJOITTAMISESTA Tähän lukuun on poimittu pientaajuisia sähkö- ja magneettikenttiä (enintään 100 khz) koskevia keskeisiä kohtia sosiaali- ja terveysministeriön asetuksesta (294/2002) ionisoimattoman säteilyn väestölle aiheuttaman altistumisen rajoittamisesta ja sen perusteluosasta (Sosiaali- ja terveysministeriön NIR-asiantuntijaryhmän muistio 2002). Sisältöä on pyritty tiivistämään ja selkiyttämään. Altistuslähteet käsitellään myöhemmissä luvuissa. 3.1 Asetuksen lähtökohdat Aikaisemmin ionisoimattoman säteilyn altistuksen enimmäisarvot radiotaajuiselle säteilylle, lasersäteilylle ja ultraviolettisäteilylle on vahvistettu säteilylain (592/1991) 43 :n nojalla annetulla sosiaali- ja terveysministeriön päätöksellä (1474/1991). Tässä päätöksessä radiotaajuista säteilyä koskevat enimmäisarvot on porrastettu sen mukaan, tapahtuuko altistuminen valvotuissa olosuhteissa (työntekijät, ns. ammatillinen altistus) tai valvomattomissa olosuhteissa julkisilla ja niihin verrattavilla paikoilla sekä yksityisillä alueilla (väestö). Uusi STM:n asetus (294/2002) korvaa aikaisemman päätöksen väestöaltistuksen osalta. Niiltä osin kuin vanhan päätöksen (1474/1991) enimmäisarvot koskevat valvotuissa olosuhteissa toimivia työntekijöitä, ne pysyvät toistaiseksi voimassa. Euroopan unionin piirissä valmistellaan työelämän fysikaalisia haittatekijöitä koskevia direktiivejä, jotka tulevat mahdollisesti sisältämään myös ionisoimattoman säteilyn enimmäisarvot. Suomessa arvioidaan ammatillisen altistuksen rajoittamiskriteerit viimeistään silloin, kun työelämän fysikaalisia haittatekijöitä koskeva yleiseurooppalainen sääntely on valmistunut. STM:n asetuksen valmistelussa on käytetty uusimpia kansainvälisiä kannanottoja ionisoimattomasta säteilystä väestölle aiheutuvan altistuksen rajoittamiseksi. Keskeisessä osassa on ollut Euroopan unionin neuvoston suositus (1999/519/EY) väestön gigahertsin (GHz) sähkömagneettisille kentille altistumisen rajoittamisesta. Tämä suositus pohjautuu YK:n tunnustaman alan kansainvälisen asiantuntijatoimikunnan ICNIRP:n (International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection) suosittelemiin altistumisen perusrajoituksiin sekä niiden noudattamisen mahdollistaviin viitearvoihin ICNIRP:n esityksessä (ICNIRP 1998). Perusrajoituksilla tarkoitetaan arvoja, joita ei voida käytännön tilanteissa mitata (fysikaalisia suureita). Varsinaiset mitattavat suureet ovat viitearvoja. STM:n asetuksessa viitearvoja kutsutaan joko enimmäisarvoiksi tai suositusarvoiksi. Enimmäisarvot ovat luonteeltaan velvoittavia ja suositusarvot ovat luonteeltaan ohjaavia. Pientaajuisten (alle 100 khz) kenttien osalta asetus sisältää vain suositusarvoja. Vanhat säännökset ionisoimattomasta säteilystä eivät sisällä alle (enintään) 100 khz sähköja magneettikenttiä. Kansainvälisiin suosituksiin nojautuen uudessa STM:n asetuksessa on esitetty suositusarvot enintään 100 khz sähkö- ja magneettikentistä aiheutuvan altistuksen rajoittamiseksi. Tämä on tuonut uutena sääntelyn piiriin sähkölaitteiden ja -johtojen aiheuttamat pientaajuiset kentät. Asetuksen enimmäisarvot koskevat yli 100 khz sähkömagneettisia kenttiä, ultraviolettisäteilyä ja lasersäteilyä. Kansainvälisten asiantuntijaelinten kannanottojen lisäksi on asetuksen valmistelussa käytetty ionisoimattoman säteilyn turvallisuutta koskevia tieteellisiä alkuperäisjulkaisuja sekä kir-
22 22 jallisuuskatsauksia, jotka on julkaistu aikakauskirjoissa tai esimerkiksi WHO:n Environmental Health Criteria -sarjassa. Lisäksi on käytetty kotimaisia tutkimusaineistoja ja esimerkiksi viitteitä (Verkasalo 1996, Ahlbom ym. 1993, Jokela 2000, Korpinen 2000, Korpinen ym. 1995, ICNIRP 1998, ICNIRP 2002). Edustava ulkomainen aineisto biologisista vaikutuksista löytyy myös Ison-Britannian säteilyturvallisuuskeskuksen NRPB:n (National Radiological Protection Board) julkaisusta (NRPB 2001). STM:n asetuksen tarkoitus on ionisoimattoman säteilyn aiheuttamien terveydellisten haittavaikutusten ehkäiseminen ja rajoittaminen. Enimmäisarvot ja suositusarvot eivät takaa kehonsisäisesti asennetun herkän sähköisen laitteen, kuten sydämentahdistimen, häiriintymättömyyttä. Tällaisten laitteiden kohdalla on syytä tarkoin noudattaa laitekohtaisten ohjeiden mukaista varovaisuutta. 3.2 Asetuksen biologinen tausta STM:n asetuksen biologinen tausta perustuu samoihin lähtökohtiin kuin ICNIRP:n ja EU:n suositukset. Näiden suositusten perustana on, että ne suojaavat kaikilta riittävän hyvin tunnetuilta sähkö- ja magneettikenttien haittavaikutuksilta. Tällaisia vaikutuksia alle 100 khz:n kentille ovat: hermo- ja lihassolujen stimuloituminen kudoksiin indusoituvan sähkövirran vaikutuksesta sekä hyvin pinnalliset ihovaikutukset, jotka aiheutuvat pienistä kipinäpurkauksista ja ihokarvojen liikkumisesta hyvin voimakkaassa pientaajuisessa sähkökentässä. Tutkimuksissa on saatu viitteitä, että erilaisia biologisia vaikutuksia voisi esiintyä selvästi pienemmilläkin altistumistasoilla kuin mitä ICNIRP:n ja EU:n suosittelemat arvot ovat. Soluviljelmäkokeissa on havaittu sähkö- ja magneettikenttien aiheuttamia muutoksia solujen toiminnoissa, ja joissakin eläinkokeissa on esiintynyt viitteitä karsinogeenisuudesta (kyky tai taipumus aiheuttaa syöpää). Epidemiologisissa tutkimuksissa on saatu viitteitä, että lasten leukemiaa voisi esiintyä hieman normaalia enemmän silloin, kun magneettikentän vuontiheys on asunnossa yli 0,4 mikroteslaa (µt). Maailman terveysjärjestön WHO:n kansainvälinen syöväntutkimuskeskus IARC (International Agency for Cancer Research) on todennut, että pitkäaikainen oleskelu asuinympäristössä yli 0,4 µt magneettikentässä saattaa aiheuttaa lapsilla syöpää (leukemia). Toisin sanoen 50 Hz magneettikentät ovat mahdollisesti syöpää aiheuttavia edellä mainitussa altistuksessa (IARC:n 2B luokitus). IARC luokittelee syöpävaarallisuutta neljään eri luokkaan. Ryhmään yksi kuuluvat ihmiselle syöpää aiheuttavat aineet tai altistusolosuhteet. Tällaisia altisteita ovat esimerkiksi asbesti ja ultraviolettisäteily. Luokkaan kaksi kuuluvat alaryhmät 2A (todennäköisesti syöpää aiheuttavat altisteet) ja 2B (mahdollisesti syöpää aiheuttavat altisteet). 2B ryhmään kuuluvat esimerkiksi noki, kahvi ja pakokaasu, pientaajuisten magneettikenttien lisäksi. Luokkaan 3 kuuluvat altisteet, joita ei ole luokiteltu karsinogeenisuuden mukaan. Tähän luokkaan kuuluvat esimerkiksi tee, pientaajuiset sähkökentät ja staattiset magneettikentät. Luokkaan 4 kuuluvat altisteet, jotka eivät todennäköisesti ole ihmiselle syöpää aiheuttavia. STM:n asetusta valmistellessa IARC:n kannanotto magneettikenttien osalta on otettu huomioon osana päätöksentekoa. Jos Suomessa näille kentille altistuva väestömäärä suhteutetaan mahdolliseen riskin lisäykseen, jota ei kuitenkaan ole epidemiologisesti pätevästi voitu osoittaa, saattaisi se merkitä muutaman lapsen sairastumista leukemiaan kymmenen vuoden aikana. Kuitenkaan sellaista biologista vaikutusmekanismia, jolla magneettikenttien mahdollinen karsinogeenisuus olisi selitettävissä, ei tunneta.
23 23 STM:n asetus noudattaa EU:n suositusta eräin poikkeuksin. Merkittävän ajan kestävässä altistuksessa suositusarvot ovat 1999/519 EY-asiakirjan mukaisia. Muuhun kuin merkittävän ajan kestävään altistumiseen sovellettavat arvot ovat EU:n suosittelemia periaatteita seuraten lievempiä. Altistuksen ollessa ei merkittävä käytetään sähkökentille kerrointa 3 ja magneettikentille kerrointa 5. Arvot on valittu siten, että ICNIRP:n ammatillisen altistumisen ohjearvoja ei merkittävästi ylitetä. Lisäksi laajakaistaisia sähkö- ja magneettikenttiä koskeviin EU-suosituksen kohtiin on tehty teknisluonteisia muutoksia. Muutoksista tärkein on laajakaistaisen magneettikentän määrittäminen ns. painotetun huippuarvon menetelmällä (Jokela 2003). Asetuksessa on esitetty suositusarvot myös kapasitiivisen purkausvirran tehollisarvoille. Kapasitiivisella purkausvirralla tarkoitetaan sähkökentässä olevasta varautuneesta henkilöstä maadoitettuun kappaleeseen ja sähkökentässä olevasta kappaleesta ihmiseen kipinäpurkauksen tai kosketuksen kautta johtuvan virran tehollisarvoa yhden sekunnin aikana. Esimerkiksi voimajohdon sähkökentässä voi esiintyä pieniä sähköpurkauksia kosketettaessa maasta eristettyä isokokoista metallinkappaletta kuten kumipyörillä varustettua autoa. Ilmiö on samankaltainen kuin kosketettaessa kuivalla ilmalla staattisella sähköllä varautunutta kappaletta eikä ole terveydelle haitallinen. 3.3 Taloudelliset vaikutukset STM:n asetuksen uudet suositusarvot eivät aiheuta olemassa oleviin laitteistoihin, laitteisiin tai asennuksiin kohdistuvia uusinvestointitarpeita. Suositusarvot enintään 100 khz sähkö- ja magneettikentille voivat vaikuttaa voimajohtojen suunnitteluperusteisiin. Tehtyjen mittausten mukaan suositusarvojen ylityksiä olemassa olevien johtojen kohdalla ei yleensä esiinny. Ainoastaan 400 kv johtojen alla mittausten mukaan noin 30 prosentilla pylväsväleistä merkittävän ajan sähkökentän altistusraja 5 kv/m voi ylittyä. Magneettikenttien osalta yksittäisiä suositusarvojen ylityksiä voidaan kohdata vanhoissa kiinteistömuuntamoissa, jos muuntamo on sijoitettu asunnon alle tai seinän taakse. Säteilyturvakeskus on mitannut joitakin suhteellisen korkeita kentänvoimakkuusarvoja ja suositellut altistuksen rajoittavia teknisiä toimenpiteitä. Säteilyturvakeskuksen tietojen mukaan osassa näistä on omaehtoisesti käynnistynyt toimenpiteitä altistumisen pienentämiseksi. Asetus ei myöskään aiheuta julkiselle taloudelle välittömästi osoitettavia taloudellisia vaikutuksia. Kuitenkin on huomioitava se, että varsinkin sähkö- ja magneettikenttien mittaukset ja niihin perustuvat altistustason määritykset vaativat korkeatasoista, jopa tieteellisen tason ongelmankäsittelytaitoa. Tällainen vaatii myös taloudellisia panostuksia niin valvontaan kuin sitä tukevaan tutkimukseenkin. 3.4 Asetuksessa (294/2002) esitetyt suositusarvot enintään 100 khz taajuisille sähkö- ja magneettikentille Asetuksen pykälässä 5 on esitetty suositusarvoja, jotka on tarkoitettu sovellettavaksi enintään 100 khz sähkö- ja magneettikenttiä aiheuttavia laitteita ja laitteistoja suunniteltaessa, sijoitettaessa ja käytettäessä silloin, kun väestön altistumisaika näille kentille on merkittävä. Staattisen magneettikentän vuontiheyden suositusarvo on 40 mt koko kehon jatkuvalle altistukselle. Sähkö- ja magneettikenttien aiheuttaman kehoon indusoituvan virrantiheyden suositusarvot on esitetty taulukossa 3.1.
24 24 Taulukko 3.1. Enintään 100 khz sähkö- ja magneettikentät. Sähkö- ja magneettikenttien aiheuttaman kehoon indusoituvan virrantiheyden tehollisarvon suositusarvot. Taajuusalue Virrantiheys (pää ja vartalo) (ma/m 2 ) - 1 Hz 8 1 Hz 4 Hz 8/f 4 Hz 1 khz 2 1 khz 100 khz f/ Taajuus f sijoitetaan laskentakaavaan hertseinä (Hz). 2. Virrantiheys tarkoittaa keskimääräistä virrantiheyden arvoa sellaista ympyrän muotoista pinta-alkiota kohden, jonka pinta-ala on 1 cm Virrantiheyden huippuarvo saadaan kertomalla tehollisarvo luvulla 2 ( 1,414). 4. Virrantiheyden suositusarvoja voidaan soveltaa enintään 100 khz taajuuksilla pulssimaisiin ja laajakaistaisiin virtoihin seuraavasti: Kehoon indusoituvan virrantiheyden painotetun huippuarvon ja suositusarvon suhde R saadaan kaavasta: R n J n cos( 2 f J n t SA, n n ) n, missä t on aika, n on taajuuskomponentin järjestysluku taajuuteen 50 Hz verrattuna (n=1, 2, 3 ), J n on virrantiheyden taajuuskomponentin tehollisarvo, f n on vastaava taajuus, n vastaava vaihekulma ja J SA,n on taulukossa 3.1 esitetty virrantiheyden suositusarvo, jota voidaan likimääräisesti kuvata funktiolla J 2 SA, n K 1 ( fn / fc ), missä vakio K=2 ma/m 2 on virrantiheyden suositusarvo pienillä taajuuksilla f n <<f c ja f c = 1000 Hz on rajataajuus, jonka yläpuolella suositusarvo kasvaa lineaarisesti taajuuden funktiona.
25 25 Painotusfunktion vaihekulma n saadaan yhtälöstä arctan( f / f ). n n c Altistumissuhteen R keskiarvo 10 minuutin aikajaksolla ei saa ylittää arvoa 1. Taulukossa 3.2 on esitetty suositusarvot sähkö- ja magneettikenttien voimakkuuksien tehollisarvoille ja taulukossa 3.3 suositusarvot kapasitiivisen purkausvirran tehollisarvoille. Taulukko 3.2. Enintään 100 khz sähkö- ja magneettikentät. Suositusarvot sähkö- ja magneettikenttien voimakkuuksien tehollisarvoille. Taajuusalue Sähkökentän voimakkuus (V/m) Magneettikentän voimakkuus (A/m) Magneettivuontiheys ( T) - 1 Hz - 3, , Hz , /f 2 4, /f Hz /f 5000/f 0,025 0,8 khz /f 4000/f 5000/f 0,8-3 khz /f 5 6, khz ,25 1. Taajuus f sijoitetaan laskentakaavaan hertseinä (Hz). 2. Sähkö- ja magneettikentän voimakkuuden huippuarvo saadaan kertomalla sen tehollisarvo luvulla 2 ( 1,414). 3. Sähkö- ja magneettikenttien suositusarvoja voidaan soveltaa enintään 100 khz taajuuksilla pulssimaisiin ja laajakaistaisiin kenttiin seuraavasti: Kentänvoimakkuuden painotetun huippuarvon ja suositusarvon suhde saadaan kaavasta R n An cos( 2 f nt n n ) A SA, n, missä t on aika, n on taajuuskomponentin järjestysluku taajuuteen 50 Hz verrattuna (n=1, 2, 3 ), A n on sähkö- tai magneettikentän taajuuskomponentin tehollisarvo, f n on vastaava taajuus, n vastaava vaihekulma ja A SA,n on taulukossa 3.2 esitetty kentänvoimakkuuden suositusarvo, jota voidaan likimääräisesti kuvata funktiolla
26 26 A SA, n 1 ( f 2 n c K, f n / f ) / f c missä vakio K on sähkökentän voimakkuuden (K=87 V/m), magneettikentän voimakkuuden (K=5 A/m) tai magneettivuontiheyden (6,25 T) suositusarvo suurilla taajuuksilla f n >>f c. f c on rajataajuus, jonka alapuolella suositusarvo kasvaa lineaarisesti taajuuden funktiona. Sähkökentälle f c =3000 Hz ja magneettikentälle f c =800 Hz. Painotusfunktion vaihekulma n saadaan yhtälöstä 2 arctan( f / f ). n / n c Altistumissuhteen R keskiarvo 10 minuutin aikajaksolla ei saa ylittää arvoa 1. Taulukko 3.3. Enintään 100 khz taajuiset sähkö- ja magneettikentät. Suositusarvot kapasitiivisen purkausvirran tehollisarvoille. Taajuusalue Purkausvirta (ma) - 2,5 khz 0,5 2,5 khz 100 khz 0, f 1. Taajuus f sijoitetaan laskentakaavaan hertseinä (Hz). 2. Purkausvirta tarkoittaa yhden sekunnin aikana laskettua virran tehollista arvoa. Jos kehoon kohdistuvaa virrantiheyttä ei voida luotettavasti arvioida, sovelletaan sähkö- ja magneettikenttien voimakkuuksien osalta taulukon 3.2 ja kapasitiivisen purkausvirran osalta taulukon 3.3 suositusarvoja. Jos altistuminen alle 100 khz sähkö- ja magneettikentälle ei kestä merkittävää aikaa, sovelletaan taulukon 3.1 mukaisia virrantiheyden suositusarvoja viisinkertaisina. Jos altistuminen muulle kuin staattiselle magneettikentälle ei kestä merkittävää aikaa eikä kehoon kohdistuvaa virrantiheyttä voida luotettavasti arvioida, sovelletaan taulukon 3.2 mukaisia magneettikentän suositusarvoja viisinkertaisina. Jos altistuminen sähkökentälle ei kestä merkittävää aikaa eikä kehoon kohdistuvaa virrantiheyttä voida luotettavasti arvioida, sovelletaan taulukon 3.2 mukaisia sähkökentän suositusarvoja kolminkertaisina.
27 Asetuksessa (294/2002) esitetyt suositusarvot pientaajuisten laajakaistaisten kenttien osalta Jos altistuminen aiheutuu pienitaajuisesta laajakaistaisesta sähkö- tai magneettikentästä (enintään 100 khz), voidaan altistumisen määrittämisessä soveltaa edellä esitetyissä taulukoissa 3.1 (selitys 4) ja 3.2 (selitys 3) esitettyjä menettelyjä. Jos altistuminen laajakaistaiselle sähkö- tai magneettikentälle ei kestä merkittävää aikaa eikä kehoon kohdistuva virrantiheys ole luotettavasti arvioitavissa, sovelletaan taulukon 3.2 mukaisia suositusarvoja. Altistumista määritettäessä ei oteta huomioon yksittäisiä sähkölaitteen verkkoon kytkennästä aiheutuvia virran ja jännitteen muutoksia eikä niihin verrattavia satunnaisia nopeasti ohimeneviä virran ja jännitteen muutoksia sähköverkossa.
28 28 YDINASIAT Yhteenveto sosiaali- ja terveysministeriön asetuksesta (294/2002) ionisoimattoman säteilyn väestölle aiheuttaman altistumisen rajoittamisesta Asetuksen valmistelussa on käytetty uusimpia kansainvälisiä kannanottoja ionisoimattomasta säteilystä väestölle aiheutuvan altistuksen rajoittamiseksi. Kansainvälisten asiantuntijaelinten kannanottojen lisäksi asetuksen valmistelussa on käytetty ionisoimattoman säteilyn turvallisuutta koskevia tieteellisiä alkuperäisjulkaisuja sekä kirjallisuuskatsauksia. Enimmäisarvot ja suositusarvot eivät takaa kehonsisäisesti asennetun herkän sähköisen laitteen, kuten sydämentahdistimen, häiriintymättömyyttä. ICNIRP:n (International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection) ohjearvojen ja EU:n (Euroopan unionin neuvoston) suosituksen perustana on, että ne suojaavat kaikilta riittävän hyvin tunnetuilta sähkö- ja magneettikenttien haittavaikutuksilta, kuten hermo- ja lihassolujen stimuloitumiselta kudoksiin indusoituvan sähkövirran vaikutuksesta sekä hyvin pinnallisilta ihovaikutuksilta. STM:n asetus noudattaa EU:n suositusta eräin poikkeuksin. Muuhun kuin merkittävän ajan kestävään altistumiseen sovellettavat arvot ovat EU:n suosittelemia periaatteita seuraten lievempiä. Asetuksen uudet suositusarvot eivät aiheuta olemassa oleviin laitteistoihin, laitteisiin tai asennuksiin kohdistuvia uusinvestointitarpeita. Asetus ei myöskään aiheuta julkiselle taloudelle välittömästi osoitettavia taloudellisia vaikutuksia. Asetuksen mukaan väestön altistuksen suositusarvot käyttötaajuisille (50 Hz) sähkökentälle on 5 kv/m ja magneettikentälle 100 µt, kun altistuminen kestää merkittävän ajan. Kun altistus ei kestä merkittävää aikaa, arvot ovat 15 kv/m ja 500 µt. Työntekijöiden osalta on edelleen voimassa STM:n päätös (1474/1991), joka asettaa enimmäisarvot muille paitsi pientaajuisille kentille.
29 29 4 SUOMEN SÄHKÖJÄRJESTELMÄ Suomen sähköjärjestelmä koostuu voimalaitoksista, siirto- ja jakeluverkoista sekä sähkön kulutuslaitteista. Suomen sähköjärjestelmä on osa yhteispohjoismaista Nordel-järjestelmää, johon Suomen lisäksi kuuluvat Ruotsi, Norja ja Itä-Tanska. Lisäksi Venäjältä Suomeen on tasasähköyhteys, jolla maiden erilaiset ominaisuudet omaavat järjestelmät voidaan yhdistää. Tämä mahdollistaa sähkön tuonnin Venäjältä. (Fingrid Oyj, www-viittaus 2003) 4.1 Sähkön tuotanto Suomessa käytettiin vuonna 2002 sähköä 84 miljardia kwh (kilowattituntia). Kasvua vuoteen 2001 oli 3 prosenttia eli 3 miljardia kwh. Kasvu johtui lähinnä kotitalouksien ja palvelujen sähkön käytön lisääntymisestä, joka oli noin kuusi prosenttia enemmän kuin vuonna Teollisuudessa kasvua oli vajaat kaksi prosenttia. (Energia-alan keskusliitto 2003) Sähkön tuotanto vuonna 2002 jakautui seuraavasti: sähkön ja lämmön yhteistuotanto (CHP) 27 miljardia kwh, ydinvoiman tuotanto 21 miljardia kwh, vesivoiman tuotanto 11 miljardia kwh, lauhdutusvoiman tuotanto 13 miljardia kwh, tuulivoiman tuotanto 0,1 miljardia kwh ja sähkön nettotuonti 12 miljardia kwh. (Energia-alan keskusliitto 2003) Suomessa sähköenergia tuotetaan pääosin ydin-, lämpö- ja vesivoimalaitoksissa. Lisäksi tuulivoimalaitokset tuottavat pieniä määriä sähköenergiaa. Suomessa huipun aikana yhtäaikaa käytettävissä oleva tuotantokapasiteetti vuoden 2001 alussa oli yhteensä MW. Kuvassa 4.1 on esitetty, miten tuotantokapasiteetti jakautui vuoden 2002 alussa. Kuva 4.1. Suomen sähkön tuotantokapasiteetin jakautuminen vuoden 2002 alussa. (Adato Energia Oy 2001) Vesivoima Ydinvoima Lauhdevoima Kaukolämpövastapaine Teollisuuden vastapaine Huippukaasuturbiinit 3 990
30 Sähkön siirto- ja jakeluverkot Sähköverkot jaetaan käytetyn jännitetason perusteella siirto- ja jakeluverkkoihin. Voimalaitoksilta sähkö siirretään ensin koko maan kattavaan siirtoverkkoon ns. kantaverkkoon. Suomen kantaverkkoon kuuluvat kaikki sellaiset johdot, joiden käyttöjännite on 400 kv tai 220 kv. Lisäksi kantaverkkoon kuuluvat tärkeimmät 110 kv johdot. Loput 110 kv johdot muodostavat ns. alueverkon. Siirtoverkko liittyy jakeluverkkoon sähköasemilla, joista sähkö kulkee eteenpäin ns. keskijänniteverkossa, jonka jännite on yleensä 20 kv. Tavallisille sähkönkäyttäjille jännite muunnetaan keskijännitteestä jakelumuuntamoilla 400 V pienjännitteeksi. Suomen kantaverkosta vastaa Fingrid Oyj. Sillä on suurjännitteisiä voimajohtoja yhteensä noin km ja sähköasemia 100 (Fingrid Oyj 2001). Kuvassa 4.2 on esitetty Suomen kantaverkko vuodelta 2002 ja kuva 4.3 on esimerkki sähköasemasta. Sähkö toimitetaan käyttäjille jakeluverkon kautta. Kaupungeissa ja taajamissa jakeluverkot on yleensä rakennettu käyttämällä maahan upotettuja kaapeleita. Maaseudulla käytetään yleensä ilma- ja avojohtoja, jotka ovat kustannuksiltaan huomattavasti kaapeleita edullisempia. Vuoden 2003 alussa Suomessa oli 93 jakeluverkon haltijaa, viisi vähemmän kuin vuoden 2002 alussa (Energia-alan keskusliitto, www-viittaus 2003).
31 31 Kuva 4.2. Suomen kantaverkko vuodelta (Fingrid Oyj, www-viittaus 2002) UTSJOKI IVALO VAJUKOSKI KOKKOSNIVA 400 kv 220 kv 110 kv muiden VALAJASKOSKI PETÄJÄSKOSKI OSSAUSKOSKI TAIVALKOSKI PIRTTIKOSKI KEMINMAA LEVÄSUO PIKKARALA PYHÄKOSKI PYHÄNSELKÄ UTANEN SEITENOIKEA KALAJOKI NUOJUA VENTUSNEVA UUSNIVALA VUOLIJOKI TUOVILA ALAJÄRVI ALAPITKÄ LIEKSA UIMAHARJU SEINÄJOKI KONTIOLAHTI KRISTIINA PETÄJÄVESI VIHTAVUORI VARKAUS HUUTOKOSKI PUHOS MERI-PORI JÄMSÄ TOIVILA MIKKELI JUVA OLKILUOTO ULVILA KANGASALA RAUMA IMATRA YLLIKKÄLÄ LIETO FORSSA HYVINKÄÄ HIKIÄ KORIA NURMIJÄRVI ANTTILA VIRKKALA LOVIISA INKOO LÄNSISALMI TAMMISTO ESPOO
32 32 Kuva 4.3. Esimerkki 400 kv sähköaseman pääkiskostosta. Suomen siirtojohtojen yhteenlaskettu pituus vuonna 2001 oli km. Näistä 110 kv johtoja oli km, 220 kv johtoja km ja 400 kv johtoja km. 400 kv kantaverkossa on 57 sähköasemaa ja alueverkoissa 740 sähköasemaa. (Adato Energia Oy 2001) Keskijännitejohdot syöttävät ns. jakelumuuntamoita. Jakelumuuntamot ovat joko pylväsmuuntamoita, puistomuuntamoita tai rakennuksiin yhdistettyjä ns. kiinteistömuuntamoita. Suomessa on keskijännitejohtoja noin km, joista maakaapeleita noin km. Jakelumuuntamoita Suomessa oli vuonna 2001 yhteensä noin , joista rakennusten yhteydessä noin (Adato Energia Oy 2001) Kuvassa 4.4 on esitetty esimerkkejä pylväsmuuntamoista ja kuvassa 4.5 on puistomuuntamo.
33 33 Kuva 4.4. Esimerkkejä keskijänniteverkon pylväsmuuntamoista. Kuva 4.5. Esimerkki keskijänniteverkon puistomuuntamosta.
34 34 Jakelumuuntamoilta sähkö siirretään asiakkaille pienjännitejohdoissa. Suomessa pienjänniteverkon jännite on yleensä 230 volttia tai 3-vaiheisena 400 volttia. Pienjänniteverkoissa johtoja on noin km joista maakaapeleita noin km. (Adato Energia Oy 2001) 4.3 Sähköjohdot Sähköjohdot voidaan jakaa maakaapeleihin ja ilmajohtoihin asennustavan mukaan. Ilmajohdot kiinnitetään pylväisiin kiinnikkeillä. Ilmajohdot ovat joko avojohtoja tai ilmakaapeleita. Kaapelit kulkevat kaapelikanavissa, kaapelihyllyillä tai ne lasketaan suoraan maahan tai veteen. (Elovaara ja Laiho 1988) Pylväät tehdään puusta tai teräksestä. Puupylväitä käytetään yleensä 110 kv jännitteeseen asti. Suurimmilla jännitteillä käytetään teräspylväitä. Lisäksi teräspylväitä voidaan keskijännitteellä käyttää paikoissa, joissa puupylvään korkeus tai lujuus eivät ole riittäviä. Kuvissa 4.6 ja 4.7 on esitetty erilaisia pylväsrakenteita. Kuva 4.6. Puupylväsrakenteita. (Elovaara ja Laiho 1988) 1,3 m 8 m a) 20 kv Ukkosjohtimet 3,5 m Teräsorsi Johtimet Harukset m Eristys b) 110 kv
35 35 Suomessa voimajohtojen pylväät ovat materiaalista riippumatta yleensä harustettuja portaalipylväitä (kuva 4.7 c). Portaalipylvään etuna on pieni maa-alan tarve pylväälle ja mataluus. Johto ei näy metsäisessä maastossa kuin johtoaukean suunnassa. Kuva 4.7. Metallipylväsrakenteita a) 110 kv, b) 400 kv c) 400 kv. (Elovaara ja Laiho 1988). Mitat ovat likimääräisiä ja riippuvat tapauksesta sekä olosuhteista. 4,6 m 4m 27 m 54 m 32 m a) 8,5 m 8,5-11m 4,5 m b) 23 m c) Taajamissa voimajohdoilla käytetään usein vapaasti seisovia teräsristikkopylväitä. Keskijännite- ja pienjännitejohdoilla käytetään lähes poikkeuksetta maahan upotettuja I-pylväitä. Ulkomailla käytetään monesti erilaisia pylväitä, mikä on syytä ottaa huomioon sähkö- ja magneettikenttien arvoja vertailtaessa.
36 36 YDINASIAT Suomen sähköjärjestelmä Suomen sähköjärjestelmä koostuu voimalaitoksista, sähkön siirto- ja jakeluverkoista sekä sähkön kulutuslaitteista. Suomessa sähköenergia tuotetaan pääosin ydin-, lämpö- ja vesivoimalaitoksissa. Voimalaitoksilta sähkö siirretään ensin koko maan kattavaan siirtoverkkoon ns. kantaverkkoon. Siirtoverkko liittyy jakeluverkkoon sähköasemilla, joista sähkö kulkee eteenpäin ns. keskijänniteverkossa, jonka jännite on yleensä 20 kv. Keskijännitejohdot syöttävät ns. jakelumuuntamoita. Jakelumuuntamot ovat joko pylväsmuuntamoita, puistomuuntamoita tai rakennuksiin yhdistettyjä ns. kiinteistömuuntamoita. Sähköjohdot voidaan jakaa maakaapeleihin ja ilmajohtoihin asennustavan mukaan. Ilmajohdot kiinnitetään puusta tai teräksestä tehtyihin pylväisiin kiinnikkeillä. Ulkomailla käytetään monesti erilaisia pylväitä kuin Suomessa. Tämä on syytä ottaa huomioon sähkö- ja magneettikenttien arvoja vertailtaessa.
37 37 5 SÄHKÖNSIIRTO- JA JAKELUJOHTOJEN SÄHKÖ- JA MAGNEETTIKENTÄT 5.1 Asetuksen määrittelemät suositusarvot Uudessa sosiaali- ja terveysministeriön asetuksessa ionisoimattoman säteilyn väestölle aiheuttaman altistumisen rajoittamisesta on määritelty suositusarvot pientaajuisille kentille sen mukaan, minkä taajuisista kentistä on kyse. Sähköjärjestelmän osalta taajuus on 50 hertsiä (Hz). Tälle taajuusalueelle on määritelty suositusarvot seuraavasti: kun altistus kestää merkittävän ajan, on suositusarvo, mitä ei saisi ylittää, sähkökentän osalta 5 kv/m ja magneettikentän 100 µt ja ei merkittävän ajan kestävässä altistuksessa 15 kv/m ja 500 µt (294/2002). Koska taajuus on sama kaikkialla yhteen kytketyssä vaihtosähköverkossa, mainitut suositusarvot altistumiselle pätevät niin voimansiirtojohtojen, jakelumuuntamoiden kuin yksittäisten sähkölaitteidenkin yhteydessä. Asetuksessa on lisäksi määritelty suositusarvot sellaiselle tilanteelle, että sähköverkossa on yliaaltoja. Yliaaltoja aiheuttavat varsinkin kyllästyviä kuristimia ja elektroniikkaa sisältävät kulutuskojeet kuten televisiovastaanottimet, tietokonelaitteistot, tasasuuntaajat jne. Myös teollisuusprosessien säädettävissä moottorikäytöissä on usein yliaaltoja aiheuttavia komponentteja. Yliaaltoja sisältävää kenttää kutsutaan asetuksessa laajakaistaiseksi kentäksi, koska se sisältää useita taajuuksia. Huomattavia yliaaltopitoisuuksia aiheuttavat tilanteet on jätetty monimutkaisuutensa tähden tämän oppaan ulkopuolelle, viitteessä (Jokela 2003)on niitä käsitelty tarkemmin. Asetuksessa on esitetty suositusarvot myös kapasitiivisen purkausvirran tehollisarvoille. Kapasitiivisella purkausvirralla tarkoitetaan sähkökentässä olevasta varautuneesta henkilöstä maadoitettuun kappaleeseen ja sähkökentässä olevasta kappaleesta ihmiseen kipinäpurkauksen tai kosketuksen kautta johtuvan virran tehollisarvoa yhden sekunnin aikana. (294/2002) Sähköjärjestelmän osalta purkausvirran tehollisarvo ei saa asetuksen mukaan ylittää arvoa 0,5 ma. (294/2002)Kapasitiivista purkausvirtaa voidaan joutua joskus arvioimaan 400 kv voimajohtojen alla. 5.2 Laskentatuloksia sähkö- ja magneettikentistä erilaisilla pylväillä Sähkö- ja magneettikenttiä on laskettu ja mitattu erilaisissa tutkimuksissa. Tähän on koottu keskeisimpiä tuloksia. Harustetulla portaalipylvästyypillä sähkökentän voimakkuus 400 kv johdolla on suurimmillaan 10 kv/m ja 110 kv johdolla alle 2 kv/m. Johtoaukeaman reunassa kentänvoimakkuus on huomattavasti pienempi. (Korpinen ym. 1995) Magneettikentän voimakkuudet riippuvat johdon kuormitusvirroista. 110 kv johdolla suurimmat kuormitusvirrat ovat yleensä 500 A ja 400 kv johdolla 1000 A. Johdon alapuolella, jossa magneettikentän voimakkuudet ovat suurimmillaan, 400 kv johdolla magneettivuon tiheyden suurin arvo on µt ja 110 kv johdolla 5 8 µt. (Korpinen ym. 1995)
1 JOHDANTO. 2 SÄHKÖKENTÄT 2.1 Sähkökenttälähteitä 2.2 Sähkökenttien mittaaminen 2.3 Voimajohtojen sähkökenttien laskenta
1 JOHDANTO 2 SÄHKÖKENTÄT 2.1 Sähkökenttälähteitä 2.2 Sähkökenttien mittaaminen 2.3 Voimajohtojen sähkökenttien laskenta 3 TTKK:N AIKAISEMMAT SÄHKÖKENTTÄMITTAUKSET 400 kv JOHDOILLA 3.1 Mittausvälineet 3.2
Tampereen teknillinen yliopisto. Energia- ja prosessitekniikan laitos. Raportti 192
Tampereen teknillinen yliopisto. Energia- ja prosessitekniikan laitos. Raportti 192 Tampere University of Technology. Department of Energy and Process Engineering. Report 192 Leena Korpinen Työntekijöiden
1. JOHDANTO. 3. KASVILLISUUSMITTAUSTEN TOTEUTUS 3.1. Perusmittaukset
1. JOHDANTO 2. SÄHKÖKENTÄT 2.1. Sähkökenttälähteitä 2.2. Sähkön siirto- ja jakelujohtojen kenttien mittaaminen 2.3. Voimajohtojen sähkökenttien laskenta 3. KASVILLISUUSMITTAUSTEN TOTEUTUS 3.1. Perusmittaukset
SÄTEILYTURVAKESKUS STUK TIEDOTTAA 1/2003. Rakennusten magneettikenttien mittaaminen
SÄTEILYTURVAKESKUS STUK TIEDOTTAA 1/2003 Rakennusten magneettikenttien mittaaminen Sisältö Lukijalle... 1 1. Johdatus aiheeseen... 2 2. Magneettikentän lähteet rakennuksissa... 3 3. Pientaajuisten magneettikenttien