Università degli Studi di Perugia
Facoltà di Ingegneria
Corso di Impatto Ambientale
Modulo A: Pianificazione Energetica
Ing. Giorgio Baldinelli
a.a. 2011-12
Inquinamento da campi
elettromagnetici
Lo spettro elettromagnetico
Possibili sorgenti
Spettri di frequenze
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
DC
16 Hz
50 Hz
3-30 kHz
30-300 kHz
300-3000 kHz
3-30 MHz
Sistemi di trasporto su rotaie in Italia
Treni/metro europei
Impianti civili
Trasmissioni marittime
Trasmissioni navali Loran
Trasm. AM, Forni, saldatrici a fusione
Radioamatori, saldatrici, diatermia,
essiccatori, sterilizzatori
30-300 MHz FM, VHF, cordless, radiomobili, CB
300 MHz-3 GHz UHF, cellulari, diatermia, radar,
telemetria,TV
3 - 30 GHz
ponti radio, satellitari, radar, altimetri
30-300 GHz satelliti, astronomia, spettroscopia
Sorgenti naturali
• Il
Sole:
l’energia
solare
incidente
quotidianamente sulla terra è costituita da onde
elettromagnetiche in un ampio spettro di
frequenze
• La Terra: il campo magnetico terrestre prodotto
da correnti elettriche circolanti negli strati
profondi della crosta terrestre
• I
tessuti
biologici
sono
attraversati
continuamente da correnti biochimiche che
accompagnano le funzioni fisiologiche
Sorgenti artificiali
• Impianti di generazione, trasporto e distribuzione
dell’energia elettrica
• Impianti per le telecomunicazioni
televisione, telefonia cellulare)
• Tutti i dispositivi elettrici ed elettronici
(radio,
Campi elettromagnetici: le normative
L. Q. N° 36/2001: Legge Quadro sulla protezione dalle
esposizioni a campi elettrici, magnetici e elettromagnetici
LEGGE QUADRO N° 36/2001
LEGGE QUADRO N° 36/2001
LEGGE QUADRO N° 36/2001
LEGGE QUADRO N° 36/2001
DPCM 8 luglio 2003: fissazione dei limiti di esposizione,
dei valori di attenzione e degli obiettivi di qualità per la
protezione della popolazione dalle esposizioni a campi
elettrici, magnetici ed elettromagnetici generati a
frequenze comprese tra 100 kHz e 300 GHz
DPCM 8 luglio 2003
DPCM 8 luglio 2003
DPCM 8 luglio 2003
CEM da produzione dell’energia elettrica
• L’elettricità viene prodotta trasformando, in
apposite centrali, il potenziale energetico
contenuto nelle fonti esistenti in natura
– Centrali idroelettriche
– Centrali termoelettriche
– Centrali nucleari
– Centrali geotermiche
– Centrali eoliche
– Centrali fotovoltaiche
Trasmissione e distribuzione
Schema italiano di
generazione,
trasmissione e
distribuzione
dell’energia elettrica
E’ adottata la corrente
alternata con sistema di
distribuzione trifase
La frequenza adottata è
di 50Hz in Europa e
60Hz in America
Struttura del sistema elettrico
Rete di trasmissione dell’energia elettrica
• Stazioni primarie
• Rete di distribuzione primaria
• Cabine primarie
• Linee di distribuzione a media tensione
• Cabine secondarie
• Rete di distribuzione a bassa tensione
Tipologie di installazione: esempi
Cabina primaria AT/MT
Elettrodotto AT
Tipologie di installazione: esempi
Linea elettrica in
media tensione
Trasformatore
MT/BT a palo
Cabina secondaria
MT/BT
Elettrodotti - Campo elettrico
• Il campo elettrico generato dagli elettrodotti dipende
principalmente dalla tensione della linea
• Dipende dalla distanza dalla linea e dall’altezza dei
conduttori da terra
• In prossimità delle linee elettriche si misurano i seguenti
valori tipici:
– linee AAT a 380kV 4500 - 8000 V/m
– linee AT a 132kV - 150kV 2000 - 3000 V/m
– linee MT a 10kV - 30kV 200 V/m
• E’ schermato dagli edifici
Elettrodotti - Campo magnetico
• Dipende principalmente dall’entità delle correnti che
circolano nei conduttori
• Dipende dalla distanza dalla linea, dall’altezza dei
conduttori da terra e dall’ordine delle fasi
• In prossimità delle linee elettriche si misurano i seguenti
valori tipici:
– linee AAT a 380kV 15 - 20 mT
– linee AT a 132kV - 150kV 10 mT
– linee MT a 10kV - 30kV 5 mT
• Non è schermato dagli edifici
Elettrodotti - Campo magnetico
Elettrodotti - Campo magnetico
• La figura precedente mostra il “profilo laterale” del
campo magnetico a 50 Hz prodotto al suolo da un
elettrodotto 380 KV doppia terna da 2000 MW (1500 A),
a partire dall’asse della linea fino a 100 metri di distanza,
con altezza minima dei conduttori dal suolo pari a 11,34
metri (Legislazione italiana DMLP 16 gennaio 1991).
Elettrodotti - Campo magnetico: confronti
Elettrodotti
Campo magnetico: osservazioni
- La presenza di edifici nell’immediata prossimità degli
elettrodotti attenua il campo elettrico (che all’interno
degli edifici è praticamente nullo).
- Il campo magnetico, al contrario di quello elettrico, non
può essere schermato da oggetti vicini alla linea (alberi
o muri degli edifici) né si riduce sensibilmente
all’interno delle abitazioni.
- Il campo magnetico in prossimità di un elettrodotto,
essendo legato al valore dell’intensità di corrente che
circola nei conduttori, varia durante le ore della
giornata in funzione dei carichi che sono allacciati alla
linea sotto esame.
- Distanze minime: linee a 132 kV >= 10 m
linee a 220 kV >= 18 m
linee a 380 kV >= 28 m
Campo Elettromagnetico Indoor
• Qualunque apparecchio che funziona ad energia
elettrica genera un campo elettrico e magnetico a
bassissima frequenza ogni volta che è in funzione
• Quando l’apparecchio è spento si può rilevare solo il
campo elettrico generato dai conduttori di alimentazione
• Il livello di campo elettrico riscontrabile è di pochi V/m.
Quando l’apparecchio viene messo in funzione si genera
un campo magnetico che dipende esclusivamente
dall’intensità di corrente e che può assumere valori
piuttosto elevati
Valori tipici di campo elettrico
Campo elettrico [V/m] misurato a 30 cm dagli apparecchi elettrici
Lampada ad incandescenza
Aspirapolvere
Televisione
Asciugacapelli
Ferro da stiro
Frigorifero
Stereo
Coperta elettrica
* alla distanza di 1 cm
2
16 ÷ 90
30 ÷ 90
40 ÷ 80
60 ÷ 120
60 ÷ 110
90 ÷ 180
250 ÷ 4500*
Valori tipici di campo magnetico
Campo magnetico [mT] misurato a 3 e 30 cm
dagli apparecchi elettrici
Lampada ad incandescenza
Aspirapolvere
Televisione
Asciugacapelli
Ferro da stiro
Stereo
Coperta elettrica
Distanza 3cm
Distanza 30cm
400
200÷800
25÷50
60÷2000
8÷30
4
2÷3
4
2÷20
0.04÷2
0.01÷1
0.2÷0.4
0.5
0.1÷0.2
CEM a bassa frequenza: effetti biologici
• Negli ultimi 20 anni è emerso un crescente interesse
scientifico per gli effetti biologici dei campi
elettromagnetici a bassa frequenza (CEMBF)
• A livello cellulare gli effetti delle interazioni delle
radiazioni elettromagnetiche con le componenti
strutturali della cellula possono essere classificate in
– reazioni di tipo termico
– reazioni di tipo biologico
CEM a bassa frequenza: effetti biologici
Interazioni delle radiazioni con la materia vivente (1)
• Le correnti indotte da campi elettrici nei tessuti umani o
le vibrazioni molecolari trasformano l’energia
elettromagnetica in calore
• Negli animali omeotermi e nell’uomo il sistema di
termoregolazione permette di mantenere la temperatura
corporea costante
• Un riscaldamento eccessivo dei tessuti provocherebbe
un danno irreversibile alle strutture proteiche e lipidiche
• L’energia trasferita dai CEMBF è di piccola entità, per cui
il calore provocato può essere facilmente controllato dai
meccanismi di termoregolazione
CEM a bassa frequenza: effetti biologici
Interazioni delle radiazioni con la materia vivente (2)
• I CEMBF possono provocare
– alterazioni stereochimiche delle molecole
– orientamento paramagnetico molecolare
– azioni sugli elettroliti
– rottura di legami secondari
• causando così
– modificazioni a livello della membrana cellulare
– modificazioni a livello del nucleo e del DNA
CEM a bassa frequenza: effetti biologici
Interazioni delle radiazioni con la materia vivente (3)
• Sono stati segnalati effetti che provocano
– alterazioni del sistema immunitario
– alterazioni dei ritmi biologici circadiani
– alterazione nella produzione di melatonina
– effetti sul sistema nervoso ed endocrino
• La letteratura sull’argomento evidenzia che i campi
elettromagnetici producono effetti biologici
• Tuttavia molti di questi effetti sono di piccola entità e
difficili da registrare
CEM a bassa frequenza: effetti biologici
Effetti sulla salute
• Gli effetti sulla salute provocati da esposizioni prolungate
a CEMBF devono ancora essere ben studiati
• Si distingue in
– Effetti acuti
– Effetti cronici
• Effetti osservati
– alterazioni comportamentali
– alterazione dell’attività cerebrale
– induzione di neoplasie maligne
CEM a bassa frequenza: effetti biologici
Strumenti di rilevazione
A banda larga
Misura semplice ed immediata per valutare se
siamo sopra i limiti
A banda stretta
Analizzatore di spettro con indicazione della
frequenza. Misura complessa ed estesa
CEM ad alta frequenza
• I campi elettromagnetici non ionizzanti (sorgenti NIR)
hanno una banda compresa tra 300 kHz e 300 GHz
• L’agente inquinante (campo elettrico e/o magnetico)
decresce rapidamente allontanandosi dalla sorgente
• L’azione inquinante si esercita nell’ambiente solo
quando la sorgente è accesa.
• Allo stato attuale si può affermare che non esiste un
inquinamento su vasta scala territoriale, ma le zone
inquinate sono limitate alle vicinanze della sorgente
CEM ad alta frequenza: principali sorgenti
Banda
Limiti di frequenza
MF
da 300kHz a 3MHz
Radio AM; riscaldatori ad induzione
magnetica
HF
da 3MHz a 30MHz
Radiocomunicazioni internazionali;
riscaldatori a perdite dielettriche;
marconiterapia
VHF
da 30MHz a 300MHz Radio FM; televisione
UHF
da 300MHz a 3GHz
SHF
da 3GHz a 30GHz
EHF
Principali sorgenti
Televisione; telefonia cellulare; forni
a microonde; radar per il controllo
del traffico aereo; radarterapia
Sistemi di controllo a microonde;
radar, collegamenti da satellite
da 30GHz a 300GHz Radar; applicazioni scientifiche
CEM ad alta frequenza: macchine industriali
• Macchine per trattamenti termici
– trasformano l’energia elettromagnetica in calore
– sono utilizzate in processi che richiedono un
riscaldamento rapido con cicli controllabili
• In base all’azione fisica predominante si classificano in
tre categorie:
– riscaldatori a perdite dielettriche
– riscaldatori a induzione magnetica
– riscaldatori a microonde
• Sono progettate per erogare potenza in bande di
frequenza assegnate da convenzioni internazionali
CEM ad alta frequenza
Riscaldatori a perdite dielettriche
• Sono impiegati per il trattamento di materiali dielettrici
(legno, materie plastiche, fibre vegetali, ecc.)
• Sono progettati per creare forti campi elettrici (decine di
kV/m). Sono costituiti da un generatore a radiofrequenza
e da un applicatore a condensatore
• L’applicatore è formato da due superfici metalliche
affacciate (condensatore) al cui interno è sistemato il
materiale da trattare termicamente
• La potenza del generatore va dalle centinaia di W alle
decine di kW
CEM ad alta frequenza
Riscaldatori a induzione magnetica
• Sono impiegati nell’industria siderurgica (tempera
superficiale, ricottura e riscaldamento di metalli,
saldatura di tubi), nell’industria elettronica (raffinamento
di semiconduttori, produzione di fibre ottiche),
nell’oreficeria (fusione di metalli preziosi)
• Sono progettati per creare forti campi magnetici. Sono
costituiti da un generatore a radiofrequenza e da un
applicatore a bobina
• Le potenze impiegate vanno dalle centinaia di kW alle
migliaia di kW
CEM ad alta frequenza
Riscaldatori a microonde
• Si dividono in due classi:
– per usi domestici
– per usi industriali
• Gli apparati industriali sono progettati per la precottura, il
riscaldamento, l’essiccamento e la sterilizzazione di
grosse quantità di materiale
• Gli apparati industriali impiagano potenze di alcune
decine di kW
CEM ad alta frequenza
Apparati per telecomunicazioni
• Sono progettati per irradiare nello spazio onde
elettromagnetiche che trasferiscono informazione ai
sistemi riceventi
• Sono di due tipi:
– direttivi (ponti radio, comunicazioni spaziali)
– a diffusione (radio, televisione)
CEM ad alta frequenza
Sistemi radiomobili
• La potenza irradiata dalle stazioni radio base è al
massimo di alcune centinaia di W
• Valori confrontabili con gli standard di sicurezza si
raggiungono a poche decine di metri dall’antenna
CEM ad alta frequenza
Dispositivi elettronici
• Esempi di dispositivi elettronici in grado di emettere
campi elettromagnetici apprezzabili:
– telefoni cellulari
– telefoni cordless domestici e cittadini (DECT)
– babyphone
– walkie-talkie
– apparecchi per radioamatori
– forni a microonde
– sistemi di controllo a microonde
– videoterminali
– varchi magnetici
CEM ad alta frequenza
Altre applicazioni
• Radar
– a impulsi (elevata potenza di picco - fino a 2MW)
– doppler (potenze dell’ordine dei kW)
• Radioaiuti alla navigazione
• Applicazioni biomedicali
– Risonanza magnetica nucleare (10 ÷ 70 MHz)
– Termografia a microonde (0.5 ÷ 2.5 GHz)
– Marconiterapia
– Radarterapia
– Terapia ipertermica
CEM ad alta frequenza
Valutazione del campo elettromagnetico
• Il campo elettromagnetico emesso da un’antenna non è
uniforme in tutte le direzioni
Lobo orizzontale
Lobo verticale
CEM ad alta frequenza
Tipologie di installazione: esempi
Stazione radio base
Antenna per radioamatore
CEM ad alta frequenza
Tipologie di installazione: esempi
Stazione radio base
Ponte radio
CEM ad alta frequenza
Tipologie di installazione: esempi
Antenne per telecomunicazioni
CEM ad alta frequenza
Contenimento dell’impatto ambientale
Stazioni radio base camuffate da pino
CEM ad alta frequenza
Strumenti di misura
• Struttura degli apparati di misura
– a rivelazione diretta
– ad accoppiamento a radiofrequenza
• Ogni apparato di misura è formato da 3 sottosistemi:
– sensore
– linea di collegamento
– apparato di misura e visualizzazione
• Sono possibili due strategie di misura:
– a banda larga
– a banda stretta
CEM ad alta frequenza
Tipologie di sensori
• Sensori per campo elettrico
– sensori a condensatore
– sensori a dipolo o monopolo corto
• Sensori per campo magnetico
– sensori ad accoppiamento induttivo
• Antenne
– dipolo a mezz’onda
– antenne biconiche
– antenne logaritmiche
CEM ad alta frequenza
Effetti biologici
• L’esposizione a campi elettromagnetici comporta
l’innalzamento della temperatura dei tessuti biologici
(effetto termico)
• Gli effetti non termici dei campi elettromagnetici ad alta
frequenza non sono ancora ben conosciuti
• Effetti non termici osservati:
– alterazione degli enzimi della membrana cellulare
– alterazione della crescita cellulare
– alterazione del DNA e dei meccanismi di riparazione
– induzione di neoplasie
CEM ad alta frequenza
Effetti sulla salute umana
• Effetti acuti
– effetto termico, particolarmente accentuato alle alte
frequenze a causa dell’acqua presente nei tessuti
– effetti cardiaci su persone con disturbi cardiaci e pacemaker
• Effetti cronici o di lungo periodo
– effetto sul sistema nervoso (condizione di stress)
– effetti sul comportamento (comportamenti motori insoliti,
irrequietezza)
– aumento delle frequenza cardiaca e della pressione ematica
– elettrosensibilità (alterazioni cutanee, segnalate in
particolare per operatori a videoterminale)
Campi elettromagnetici e
la percezione del rischio
Il problema cruciale della valutazione dei rischi si lega:
A) da un lato a quello di una corretta analisi dei dati
scientifici
B) dall’altro a quello, non meno importante ma fino ad ora
solo in parte esplorato, dei meccanismi attraverso i quali i
rischi vengono comunicati e percepiti
Fattori che influenzano
la percezione del rischio
• Potenziale catastrofico
• Familiarita’ con la
sorgente di rischio
• Comprensione dei
meccanismi
• Incertezza nelle
conoscenze
• Controllabilita’ del rischio
• Effetti sui bambini
• Effetti sulle generazioni
future
• Gravita’ degli effetti
• Fiducia nelle istituzioni
• Attenzione dei mezzi di
informazione
• Incidenti accertati
• Equita’ di rischi e benefici
• Evidenza dei benefici
• Evidenza scientifica
• Coinvolgimento personale
Politiche cautelative
Scelte politiche indipendenti dalle valutazioni scientifiche
possono portare alla adozione di misure cautelative che, se
adeguatamente giustificate e condivise, corrispondono
anche ad un orientamento che va sempre piu’ affermandosi
verso un “principio di precauzione”
Una recente comunicazione dell’Unione Europea (CE 2001)
sul principio di precauzione richiede, prima di mettere in atto
delle politiche cautelative:
A) una accurata definizione del rischio
B) una analisi costi/benefici
Scienza, comunicazione e politica sanitaria
Esistono differenze nella valutazione del rischio dovuto ai
CEM tra comunita’ scientifica e la popolazione: questo e’
dovuto a una carenza di comunicazione nella diffusione
delle conoscenze e della loro comprensione.
Un efficace sistema di informazione sui temi sanitari tra
scienziati, governo, industria e pubblico e’ necessario per
aumentare il livello di conoscenza generale delle tecnologie
che generano CEM e quindi ridurre sfiducia e paura sia reale
che percepibile.
