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compatibilità elettromagnetica
Caratterizzazione
del campo di induzione
magnetica prodotto da cabine
secondarie
Giovanni Cangemi Antonio Cataliotti Giovanni Cipriani Vincenzo Di Dio Alessandro Lipari
Università di Palermo, Dipartimento di Energia, Ingegneria dell’Informazione e Modelli Matematici (DEIM)
Giovanni Tinè CNR, Istituto di Studi sui Sistemi Intelligenti per l’Automazione (ISSIA) Mario Melodia CEP S.r.l.
L’articolo presenta una metodologia
per la caratterizzazione del campo di induzione magnetica nei pressi
di cabine secondarie di tipo a box prefabbricato in cemento armato
vibrato, che costituisce un valido strumento per la verifica del rispetto
degli obiettivi di qualità imposti dalla legislazione vigente.
N
Introduzione
egli ultimi decenni l’esposizione della
popolazione ai campi elettromagnetici
ha subito un cospicuo incremento, innescando una crescente attenzione e preoccupazione; tuttavia, allo stato attuale, non è stata
accertata una chiara correlazione tra l’esposizione umana ai campi a frequenza di rete e l’insorgere di alcune tipologie di neoplasie. L’Agenzia Internazionale per la Ricerca sul Cancro
(IARC) ha inserito i campi elettromagnetici generati dalle cabine di trasformazione e dalle linee di trasporto e distribuzione dell’energia elettrica nel gruppo 2B “possibly carcinogenic to humans” [1], ovvero come sospetti agenti cancerogeni per i quali vi è una limitata prova di cancerogenicità negli esseri umani e un'insufficiente prova di correlazione nei modelli animali. Peraltro studi epidemiologici presenti in letteratu-
ra non confermano il nesso di causalità tra campi magnetici e neoplasie [2]. Tuttavia, le aree del
tessuto urbano, caratterizzate dalla presenza di
molteplici sorgenti di campo e da una crescente penetrazione delle reti di media e bassa tensione, sono, in via cautelativa, ambiti di particolare attenzione per la corretta valutazione dell’esposizione ai campi elettromagnetici.
La frequenza della tensione di rete, pari a
50 Hz in Europa e nella stragrande maggioranza dei Paesi e a 60 Hz negli USA, in Canada ed
in parte del Giappone, rientra nella banda 0 ÷
300 GHz (dai campi statici alle radiazioni infrarosse) all’interno della quale i fenomeni associati alla ionizzazione del mezzo risultano trascurabili per cui si parla di radiazioni non-ionizzanti (NIR - Non-Ionizing Radiation). In particolare, per questa tipologia di radiazioni, le
sorgenti di campo elettromagnetico di natura
antropica sono predominanti rispetto al conL’Energia Elettrica 41 maggio-giugno 2014
compatibilità elettromagnetica
tributo associabile alle sorgenti di radiazione
di origine naturale. In questo ambito, riveste particolare attenzione la valutazione dei campi prodotti dalle cabine secondarie, per la loro diffusione nel territorio urbano. Di specifico interesse è la valutazione dei valori di induzione magnetica, essendo l’entità del campo elettrico modesta e ben al di sotto di valori che meritano attenzione. Questo articolo si prefigge l’obiettivo
di caratterizzare la distribuzione del campo di
induzione magnetica nell’intorno di strutture
tipiche di cabine secondarie. In particolare è stata messa a punto una metodologia di misura dei
valori di campo di induzione magnetica che è
stata applicata a due cabine secondarie di tipo
a box prefabbricato in cemento armato vibrato
(C.A.V.). Le cabine scelte per la fase sperimentale sono del tipo isolato poiché meglio si prestano a misure di campo di induzione magnetica lungo tutto il loro perimetro; i risultati ottenuti hanno comunque validità generale e sono
pertanto estendibili a cabine collocate all’interno del tessuto urbano in locali annessi o attigui ad edifici residenziali o destinati al terziario.
Vale la pena però di precisare che, qualora le
cabine secondarie fossero sottostanti pavimenti o suoli di un contesto abitativo, le misure di
campo di cui al presente lavoro andrebbero integrate con le “misure su cinque punti” previste
per questa fattispecie dal paragrafo 5.4 della Norma CEI EN 62110 [3].
Legislazione tecnica italiana
in materia di inquinamento
elettromagnetico
In Italia le tematiche legate all’inquinamento
elettromagnetico sono disciplinate dalla “Legge
quadro sulla protezione dalle esposizioni a campi elettrici, magnetici ed elettromagnetici” n. 36
del 22 febbraio 2001 [4]. Obiettivo principale di
questa Legge è la definizione sia delle misure
di protezione dagli effetti sanitari acuti prodotti
dai campi elettromagnetici sia delle misure di
cautela da possibili effetti a lungo termine.
La succitata legge ha come campo di applicazione gli elettrodotti, gli impianti radioelettrici
(compresi gli impianti per telefonia mobile), i radar e gli impianti per radiodiffusione. La legge
non trova, invece, applicazione nei casi di esposizione intenzionale per scopi diagnostici o terapeutici. Nel campo di applicazione rientrano, quindi, le cabine elettriche in quanto esse costituiscono parte dell’elettrodotto che, dalla norma, è definito come “l’insieme delle linee elettriche, delL’Energia Elettrica 42 maggio-giugno 2014
le sottostazioni e delle cabine di trasformazione”.
I riferimenti per la protezione del pubblico indicati dalla Legge quadro n. 36/01 sono: il limite di esposizione, il valore di attenzione e
l’obiettivo di qualità:
❑ il limite di esposizione è il valore massimo
che non deve mai essere superato nemmeno
per brevi periodi ed è correlato agli effetti
acuti sulla salute;
❑ il valore di attenzione è il limite che non
deve essere superato negli ambienti adibiti a
permanenza prolungata (scuole, abitazioni,
luoghi di lavoro terzi, ecc.) ed è inteso come
misura di cautela ai fini della protezione da
possibili effetti a lungo termine;
❑ l’obiettivo di qualità è la soglia che viene
definita ai fini della progressiva minimizzazione dell’esposizione, in particolare nel caso
di nuovi impianti.
I valori di tali limiti sono fissati da due
D.P.C.M. attuativi della Legge quadro, entrambi emanati l’8 luglio 2003:
❑ Gazzetta Ufficiale n. 200 del 29/8/03 – relativo
alle basse frequenze (da 0 Hz a 100 kHz) [5];
❑ Gazzetta Ufficiale n. 199 del 28/8/03 – relativo
alle alte frequenze (da 100 kHz a 300 GHz) [6].
Nella tabella 1 sono riportati i valori limiti per
la frequenza di rete (50 Hz) desunti dal primo
dei sopracitati DPCM e di specifico interesse per
il presente lavoro.
Va rilevato che le cabine secondarie non sono sorgenti di campi elettrici significativi in aree
accessibili al pubblico, in quanto i valori rilevati
nell’intorno delle stesse risultano sufficientemente piccoli da poter essere ritenuti trascurabili. Nella valutazione dei campi magnetici, per
la protezione da possibili effetti a lungo termine connessi all’esposizione nelle aree di gioco
per l’infanzia, in ambienti abitativi, in ambienti
scolastici e nei luoghi adibiti a permanenza non
inferiore a quattro ore giornaliere (luoghi tutelati), in accordo con il D.P.C.M. 08/07/2003 [5],
si deve fare riferimento al valore di attenzione.
Questo è da intendersi come mediana dei valori di induzione magnetica nell’arco delle 24 h
nelle normali condizioni di esercizio. Tenuto
conto di ciò per le cabine secondarie deve essere garantito un valore di induzione magnetica non superiore a 10 µT. La tutela di cui al
D.P.C.M. 08/07/2003 si attua anche sulla regolamentazione delle nuove installazioni e/o nuovi insediamenti presso elettrodotti preesistenti
(art. 6). In tali casi il territorio viene salvaguardato mediante la previsione di fasce di rispetto (criterio di pianificazione territoriale) definite nell’allegato al Decreto 29 maggio 2008 [7]
compatibilità elettromagnetica
Tabella 1 Limiti di campo elettromagnetico (valori efficaci) per gli elettrodotti
FREQUENZA
50 Hz
GRANDEZZA FISICA
LIMITE DI ESPOSIZIONE
VALORE DI ATTENZIONE
OBIETTIVO QUALITÀ
Campo Elettrico
5 kV/m
-------
------
Induzione Magnetica
100 µT
10 µT
3 µT
(Approvazione della metodologia di calcolo per
la determinazione delle fasce di rispetto degli
elettrodotti) attraverso parametri certi e stabili
nel lungo periodo. L’art.6 comma 1 del D.P.C.M.
08/07/2003 prevede che, per la determinazione delle fasce di rispetto, si faccia riferimento
all’obiettivo di qualità di cui all’art. 4. In sostanza,
detta fascia comprende tutti i punti nei quali, in
normali condizioni di esercizio, il valore di induzione magnetica può essere maggiore o uguale all’obiettivo di qualità.
L’art.4 del D.P.C.M. 08/07/2003, fissa per la
progettazione di nuovi elettrodotti in corrispondenza di aree gioco per l'infanzia, di ambienti
abitativi, di ambienti scolastici e di luoghi adibiti a permanenze non inferiori a quattro ore giornaliere, un obiettivo di qualità pari a 3 µT per
l'induzione magnetica [5]. Il valore è da intendersi come mediana dei valori nell’arco delle 24
h e nelle normali condizioni di esercizio. Il limite, inoltre, dovrà applicarsi nella progettazione
di nuovi insediamenti, ricadenti tra le tipologie
sopracitate, in prossimità di linee ed installazioni elettriche, al fine di favorire la progressiva minimizzazione dell'esposizione ai campi magnetici. In base all’art. 6 del D.P.C.M. 8/7/2003 il proprietario di un elettrodotto (comprese le cabine
secondarie) deve individuare e comunicare (ai
fini delle verifiche) alle autorità di controllo la fascia di rispetto ed i relativi dati per il calcolo della stessa.
Le autorità di controllo verificano che all’interno della fascia di rispetto (in cui il campo magnetico può essere superiore ai 3 µT) non siano
presenti luoghi tutelati (aree gioco per l'infanzia,
ambienti abitativi, ambienti scolastici). La presenza di tali luoghi determinerebbe il diniego
dell’autorizzazione al nuovo elettrodotto. La concessione dell’autorizzazione alla realizzazione
dell’impianto implica l’impossibilità che nel futuro possano essere realizzati, all’interno della
fascia di rispetto, ambienti scolastici, aree gioco
per l’infanzia ed ambienti abitativi. Per la determinazione delle fasce di rispetto degli elettrodotti è prevista una procedura semplificata di valutazione con l’introduzione della Distanza di Prima Approssimazione (DPA). La DPA è determinabile con un procedimento semplificato in
Cabina secondaria tipo box o similari, alimentata in cavo
sotterraneo-tensione 15 kV o 20 kV
Rappresentazione della fascia di rispetto e della D.P.A.
Sezione frontale
Sezione laterale
D.P.A.
D.P.A.
D.P.A.
D.P.A.
Pianta
< 3 µT
> 3 µT
D.P.A.
D.P.A.
Figura 1 Distanza di prima approssimazione (DPA) da cabine elettriche.
conformità al § 5.1.3 del Decreto 29 maggio 2008
[7]. Tale DPA, valutata per le cabine elettriche,
è da intendersi come la distanza da ciascuna parete della cabina (tetto, e pareti laterali) oltre la
quale il campo magnetico deve presentare valori inferiori a 3 µT. Nella figura 1 è riportata una
schematizzazione dell’individuazione della DPA
sulle tre viste per una cabina secondaria [8].
La struttura semplificata sulla base della quale
viene calcolata la DPA è costituita da una linea
trifase interessata da correnti di valore pari al valore delle correnti nominali lato bassa tensione in
uscita dal trasformatore e con distanza fra le fasi
L’Energia Elettrica 43 maggio-giugno 2014
compatibilità elettromagnetica
pari al diametro reale (conduttore + isolante) dei
cavi. Per determinare la DPA si può utilizzare la
curva riportata nella figura 2 la quale descrive
l’andamento del rapporto tra la DPA e la radice
quadrata della corrente (DPA/√I), in funzione della dimensione del cavo di bassa tensione del trasformatore MT/bt [7]. Dall’equazione (1) e dalla
sua rappresentazione mostrata nella figura 2, è
possibile ricavare il valore della DPA, noto il valore della corrente e il diametro del cavo.
0.1
DPA/√I
0.08
0.06
0.04
DPA
–––– = 0.40942 · x0.5241
√I
0.02
(1)
0
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
Diametro dei cavi (m)
Figura 2 Andamento del rapporto tra DPA e radice quadrata della corrente nominale
al variare del diametro dei cavi.
Tabella 2 Distanze di prima approssimazione (DPA) per fasce a 3 µT
calcolate in alcuni casi reali
DIAMETRO DEI CAVI
[m]
0,010
0,012
0,014
0,018
0,022
0,027
0,035
TAGLIA TRASFORMATORE
[kVA]
CORRENTE
[A]
DPA
[m]
250
361
1
400
578
1
630
909
1,5
250
361
1
400
578
1,5
630
909
1,5
250
361
1
400
578
1,5
630
909
1,5
250
947
1,5
400
1199
1,5
630
1503
2
250
361
1,5
400
578
1,5
630
909
2
250
361
1,5
400
578
2
630
909
2,5
250
361
1,5
400
578
2
630
909
2,5
L’Energia Elettrica 44 maggio-giugno 2014
dove DPA è la distanza di prima approssimazione, I è la corrente nominale ed x è il diametro reale dei cavi.
Nella tabella 2 si riportano i valori di DPA
calcolati per alcuni casi reali [7].
Dalla tabella 2 si evince che a parità di corrente e di taglia del trasformatore, maggiore è il
diametro reale dei cavi e maggiore sarà la DPA.
Per Cabine Secondarie di sola consegna MT
la DPA da considerare è quella della linea MT
entrante/uscente. Nel caso in cui in uscita dal
trasformatore siano presenti più cavi per ciascuna fase va considerato il cavo unipolare di
diametro maggiore.
Metodologia di misura
del campo di induzione magnetica
nelle cabine secondarie
La metodologia di misura messa a punto permette la caratterizzazione elettromagnetica delle cabine secondarie, al fine di verificare il rispetto
dei limiti definiti dalle norme per la tutela sanitaria. Per il conseguimento di tale obiettivo sono
state definite una serie di prescrizioni sulle modalità di esecuzione delle rilevazioni, ricavate nel
rispetto delle norme e delle disposizioni legislative attualmente in vigore e rappresentate da:
❑ Norma CEI 211-6 del gennaio 2001 “Guida
per la misura e per la valutazione dei campi
elettrici e magnetici nell’intervallo di frequenza (0 ÷ 10) kHz, con riferimento all’esposizione umana” [9];
❑ Decreto Direttoriale del 29 Maggio 2008 “Approvazione delle procedure di misura e valutazione dell’induzione magnetica” che fissa il
rispetto dei principi della Legge Quadro 36/01
e del D.P.C.M. 8 luglio 2003 [7];
❑ Norma CEI EN 62110 novembre 2012 “Livelli di campo elettrico e magnetico generati da si-
compatibilità elettromagnetica
mappatura bidimensionale del campo di induzione magnetica generato.
Le rilevazioni effettuare in corrispondenza a
tali griglie di misura, sulle tre quote, daranno
luogo ad una caratterizzazione tridimensionale
dell’induzione magnetica attorno alla cabina.
Ogni misura fornisce il valore massimo dell’induzione magnetica registrato nell’arco temporale di 1 min. Al termine delle misurazioni i dati di induzione magnetica, registrati dallo strumento, vengono trasferiti su pc per la loro successiva elaborazione tramite script software, realizzati per tale scopo. In particolare, l’elaborazione delle misure darà luogo a curve di livello, che forniscono la distribuzione spaziale dell’induzione magnetica attorno alla cabina. Vengono, inoltre, rappresentati i valori dell’attenuazione dell’induzione magnetica lungo la direzione perpendicolare ad ogni parete in corrispondenza dei punti ove è stato rilevato il valore massimo di campo.
Risultati delle misure in campo
Per la caratterizzazione del campo d’induzione magnetica emesso dalle cabine secondarie di
trasformazione è stata condotta una campagna
di misure su due cabine standard attualmente in
esercizio. La prima cabina di distribuzione analizzata è una cabina utente di tipo a box prefabbricato in cemento armato vibrato (C.A.V.) di
dimensioni 440 × 244 × 270 cm, denominata
cabina A. Nella figura. 3 è riportata la vista su
pianta di tale cabina.
Lato strada
4400
3000
1200
IMS
2440
2300
stemi di potenza in c.a. – Procedure di misura
con riferimento all’esposizione umana” [3].
Le disposizioni definite ed adottate vengono di seguito elencate:
1. le misure di esposizione vanno eseguite con
uno strumento in banda larga con sonda di tipo triassiale isotropico (in questo modo viene
rilevato il valore efficace risultante dell’induzione magnetica);
2. lo strumento utilizzato deve garantire un’incertezza di misura inferiore a ± 10%;
3. la banda passate dello strumento utilizzato deve essere appropriata al contenuto in frequenza del campo in esame. Nel caso specifico di cabine secondarie, la banda passante
deve essere compresa nell’intervallo (50 ÷ 500
Hz) così da considerare oltre alla frequenza
fondamentale (50 Hz) anche le prime armoniche. Eventuali restrizioni della banda passante possono essere lecite, dietro opportune motivazioni;
4. il campo elettrico all’esterno delle cabine secondarie assume generalmente valori non significativi, per tale motivo la sua misura normalmente può essere trascurata;
5. le misure devono essere effettuate in assenza
di elementi “perturbanti”. Vanno, quindi, evitati rilievi di campo magnetico in vicinanza di
materiali ferromagnetici (esempio automobili, camion, strutture metalliche, ecc.);
6. le misure vanno effettuate nel periodo in cui
si verifica il picco di carico, individuato grazie ad una preventiva analisi del diagramma
di carico;
7. l’induzione magnetica va valutata a differenti altezze a causa della non uniformità
del campo prodotto dalla cabina, per tenere conto delle diverse parti anatomiche del
corpo umano esposte.
Per una corretta valutazione della distribuzione spaziale dei punti di misura nelle zone antistanti il perimetro della cabina, al fine di ottenere una fedele valutazione dell’esposizione
umana, sono state considerate tre differenti quote di rilevazione dal piano di calpestio (1 m –
1,5 m – 1,7 m). Tale scelta si discosta leggermente da quella suggerita dal paragrafo 5.3 della Norma CEI EN 62110 [3], ma trova motivazione nella stima della posizione media dei maggiori organi vitali per gli esseri umani (cuore e
cervello) [12].
Il numero dei punti di misura è stato scelto
in modo da ottenere una distribuzione uniforme
attorno alla cabina; la disposizione di tali punti
individua, per ciascuna delle quattro pareti, delle griglie di misura, le quali danno luogo ad una
BT
Trafo
Lato utente
Figura 3 Vista su pianta della cabina A.
L’Energia Elettrica 45 maggio-giugno 2014
compatibilità elettromagnetica
SA
1 400
1 200
3 000
437
0 463
1 122
724
Vano Enel
OBT
1.22
1 050
UT
I
I
S/INT C-R
Figura 4 Vista su pianta della cabina B.
Figura 5 Particolare trasformatore MT/bt da 630 kVA.
Figura 6 Particolare strumento di misura PMM 8053A a sinistra e Sonda EHP 50C su
treppiedi in legno a destra.
La seconda cabina oggetto della campagna di
misure, di dimensioni 665 × 244 × 255 cm, denominata cabina B, viene mostrata nella figura 4.
Entrambe le cabine sono equipaggiate con
trasformatore di taglia 630 kVA. Nella figura 5 è
mostrato un particolare delle connessioni sul trasformatore installato all’interno della cabina B.
L’Energia Elettrica 46 maggio-giugno 2014
Per la misura dell’induzione magnetica è
stato utilizzato lo strumento PMM8053A [11],
mostrato nella figura 6, con il seguente settaggio: modalità di misura wideband, banda passante 500 Hz, connessione strumento-sonda
optical, modalità di logger 60 s Def. Tali scelte
sono determinate dalla necessità di misurare
anche il campo prodotto da eventuali componenti armoniche. Per non perturbare il campo
le misure sono state effettuate con la sonda EHP
50C (collegata allo strumento tramite un cavo in
fibra ottica) posizionata su treppiedi in legno.
Nelle figure 7 e 8 sono riportate le viste su
pianta delle cabine oggetto di indagine, corredate dalle distribuzioni dei punti di misura relative a quote differenti.
Per la cabina A sono stati individuati 48 punti
per ognuna delle tre quote (1 m, 1,5 m e 1,7 m),
per un totale di 144 punti di misura. Per la cabina B, invece, sono stati individuati 51 punti, per
un totale di 153 punti di misura.
Nella tabella 3 vengono mostrati i valori massimi di induzione magnetica (in valore efficace)
registrati nell’intorno della cabina A a quota 1 m
dal piano di calpestio. Nella tabella 4 vengono
mostrati i valori massimi di induzione magnetica
(in valore efficace) registrati nell’intorno della
cabina B a quota 1,5 m dal piano di calpestio.
Nelle figure 9 e 10 vengono riportati gli andamenti dell’induzione magnetica del lato ove si
è riscontrato il valore massimo, lungo la direzione ortogonale alla parete, rispettivamente per
le cabine A e B.
Inoltre nei grafici sono riportate le equazioni
delle curve interpolanti i punti di misura. I dati
ottenuti dalle misure sono stati elaborati e trasposti graficamente in modo da visualizzare la
caratterizzazione della cabina in termini di indu-
compatibilità elettromagnetica
Lato C
27
26
25
33
30
32
29
31
28
36
45
34
Lato B
24
21
18
15
23
20
17
14
43
22
40
44
19
37
41
45
16
38
42
TR
13
39
Lato D
1.5 m
46
47
48
1.5 m
1m
0.5 m
0.5 m
1
4
7
10
2
5
8
11
3
6
9
12
Lato A
Figura 7
Cabina A - Distribuzione
spaziale dei punti di
misura relativi alla quota
di 1 m.
Lato C
78
74
76
2.22 m
73
77
Lato B
72
69
66
71
63
91
64
68
82
88
92
65
81a
79
83
85
89
93
62
81b
80
84
86
90
TR
70
6.66 m
67
81c
81
87
0.5 m
61
94
95
96
1.5 m
1m
0.5 m
Lato D
75
1.11 m
49
52
55
58
50
53
56
59
51
54
57
60
Figura 8
Cabina B - Distribuzione
spaziale dei punti di
misura relativi alla quota
di 1,5 m
Lato A
Tabella 3 Valori efficaci di induzione magnetica massimi registrati nell’intorno della cabina A a quota 1 m
dal piano di calpestio; d = distanza orizzontale dalla parete, h = altezza dal suolo
LATO
B
PUNTO DI MISURA
d [m]
h [m]
INDUZIONE MAGNETICA [µT]
16
0,5
1
29,47
17
1
1
7,92
18
1,5
1
3,43
L’Energia Elettrica 47 maggio-giugno 2014
compatibilità elettromagnetica
Tabella 4 Valori efficaci di induzione magnetica massimi registrati nell’intorno
della cabina B a quota 1,5 m dal piano di calpestio; d = distanza orizzontale
dalla parete, h = altezza dal suolo
LATO
Induzione magnetica [µT]
C
INDUZIONE MAGNETICA [µT]
PUNTO DI MISURA
d [m]
h [m]
81a
0,5
1,5
6,68
81b
1
1,5
1,57
81c
1,5
1,5
0,65
32
30
28
26
24
22
20
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
7,92 [µT]
0
0,25
0,5
0,75
Riporto delle misure di induzione
magnetica alla corrente nominale
e calcolo della DPA
B [µT] = 7,70 d–2
29,47 [µT]
1
1,25
3,43 [µT]
1,5
1,75
2
2,25
2,5
Distanza orizzontale dalla parete della cabina [m]
Induzione magnetica [µT]
Figura 9 Cabina A - Attenuazione dell’induzione magnetica lungo la direzione ortogonale alla parete lato B della cabina: punti di misura 16 - 17- 18, quota 1 m dal suolo.
7,5
7
6,5
6
5,5
5
4,5
4
3,5
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
1,57 [µT]
0
0,25
0,5
0,75
1
1,25
0,65 [µT]
1,5
1,75
2
2,25
2,5
Distanza orizzontale dalla parete della cabina [m]
Figura 10 Cabina B - Attenuazione dell’induzione magnetica lungo la direzione ortogonale alla parete lato C della cabina, punti di misura 81a - 81b - 81c, quota 1,5 m
dal suolo.
L’Energia Elettrica 48 maggio-giugno 2014
Molto spesso, le cabine secondarie lavorano
in condizioni non nominali o risultano essere
sovradimensionate rispetto al carico, in tali casi, la misura del campo rispetto alle condizioni
nominali è di difficile valutazione. Al fine di poter ricavare il valore di induzione magnetica alla corrente nominale, a partire dal valore del
campo misurato con una corrente più bassa, è
necessario conoscere il tipo di legame tra la corrente ed il relativo campo. Tale legame è stato
determinato confrontando il modello descritto
nella Norma CEI 106-12 [10] con i valori di induzione magnetica misurati. La formula approssimata scelta è stata quella relativa ad una
terna trifase di conduttori a triangolo percorsa
da una terna di correnti equilibrate:
0.1 · √6 · I · S
B (µT) = –––––––––––––
D2
B [µT] = 1,55 d–2
6,68 [µT]
zione magnetica emessa. Attraverso tali andamenti è possibile estrapolare il comportamento
dell’induzione magnetica a varie distanze dalle
pareti della cabina.
L’andamento spaziale di induzione magnetica è presentato tramite curve di livello la cui
intensità è rappresentata mediante una scala
cromatica. Nelle figure 11 e 12 vengono riportate due rappresentazioni del campo (le più
significative), ottenute rispettivamente a quota 1
m dal suolo per la cabina A ed 1,5 m dal suolo
per la cabina B.
(2)
in cui S è la distanza tra due cavi e D è la
distanza tra il punto di misura e il centro del
sistema trifase.
Nella tabella 5 è riportato il confronto tra l’induzione magnetica misurata e quella attesa dal
modello teorico calcolata tramite la eq. (2). In
particolare nella tabella 5 si fa riferimento ai
punti di misura più significativi, ovvero ai punti
17, 18 e 19 per la cabina A ed ai punti di misura 81a, 81b e 81c per la cabina B.
Per potere utilizzare il modello descritto dalla
eq. (2) è stato necessario modificare il parametro D sommando alla distanza di misura effettiva lo spessore della parete della cabina, che per
entrambe è di 0,10 m. Per quanto riguarda la
distanza tra i cavi, si ipotizza che quest’ultima sia
pari al doppio del diametro reale degli stessi. La
compatibilità elettromagnetica
1.5
1
0
0.5
2
1.5 1
IMS
1.5 1
1
Trafo
0
0.5
2
BT
0.5
1.5
1.5
2.5 2 1.5 1 0.5 0
1
3.5 3
0.5
0.5
4.5 4
0,5 m
0.5
30
25
20
1
15
10
5
1.5
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5
Figura 11 Cabina A - Distribuzione spaziale dell’induzione magnetica [µT] tramite curve di livello a quota 1 m dal suolo.
1.5
0
1
2
3
4
5
6
1
0.5
2 1.5 1 0.5 0
0.5
1
2 1.5 1 0.5 0
1.5
1.5
1
0.5
0.5
0,5 m
7
6
5
4
1
3
2
1
1.5
0
0
1
2
3
4
5
6
Figura 12 Cabina B - Distribuzione spaziale dell’induzione magnetica [µT] tramite curve di livello a quota 1,5 m dal suolo.
L’Energia Elettrica 49 maggio-giugno 2014
compatibilità elettromagnetica
Tabella 5 Confronto tra induzione magnetica misurata e teorica
CABINA
B [µT]misurato
B [µT]teorico
29,47 µT
A
26,08 µT
7,92 µT
7,76 µT
3,43 µT
3,67 µT
6,68 µT
B
5,92 µT
1,57 µT
1,76 µT
0,65 µT
0,83 µT
PUNTO DI MISURA
CABINA
B [ µT] INTERPOLATO
B [µT] RIPORTATO
16
A
1,99 µT
2,45 µT
B
0,36 µT
2,18 µT
17
18
81a
81b
81c
Tabella 6 Riporto valori di induzione magnetica cabina A e B
CABINA
B [µT]misurato
B [µT]triportato
29,47 µT
36,29 µT
DATI DI TARGA
Trasformatore
630 kVA
Diametro reale cavi
26 mm
A
B
7,92 µT
9,74 µT
Corrente misurata
737 A
Corrente nominale
909 A
3,43 µT
4,22 µT
6,68 µT
40,48 µT
Trasformatore
630 kVA
9,51 µT
Diametro reale cavi
29 mm
Corrente misurata
150 A
1,57 µT
Coefficiente di riporto
1,23
Corrente nominale
909 A
0,65 µT
3,94 µT
Coefficiente di riporto
6,06
validazione del modello si evince dal confronto
mostrato nella tabella 5. Tale confronto, dunque,
permette di poter ragionevolmente considerare
lineare il legame tra campo di induzione magnetica e corrente.
In questo modo si può, quindi, definire un
coefficiente di riporto per il calcolo dell’induzione magnetica alla corrente nominale a partire dal
valore del campo misurato con una corrente più
bassa, pari al rapporto tra la corrente nominale
e quella misurata. Nella tabella 6 sono riportati
i dati relativi rispettivamente alle cabine A e B
con il relativo riporto dell’induzione magnetica.
Per valutare se il campo generato dalle cabiL’Energia Elettrica 50 maggio-giugno 2014
Tabella 7 Valori di induzione magnetica a 2 m (DPA)
ne in esame rispetta il vincolo della DPA (calcolata sostituendo i dati di corrente nominale e
diametro reale dei cavi nell’eq. (1), ottenendo
per entrambe le cabine, un valore di DPA pari
a 2 m), sono stati estrapolati i valori di induzione magnetica dalle curve delle figure 9 e 10 a
due metri di distanza dalla parete. Inoltre, i
valori di induzione magnetica, ricavati dalle
suddette curve, sono stati ricondotti attraverso il
coefficiente di riporto alle condizioni nominali,
come mostrato nella tabella 7.
Dai valori riportati nella tabella 7, appare
evidente come i valori di induzione magnetica, calcolati alla distanza di prima approssimazione (2 m), nel caso peggiore (parete B
per la cabina A e parete C per cabina B) risultano inferiori all’obiettivo di qualità di 3 µT,
confermando la compatibilità e lo spirito cautelativo del dispositivo legislativo che regola i
limiti di emissione di campo prodotto dalle
cabine elettriche.
Conclusioni
In questo lavoro è stata sviluppata una
metodologia di misura della distribuzione del
campo dell’induzione magnetica prodotto
nello spazio circostante l’area di collocazione
di cabine secondarie di tipo a box prefabbricato in cemento armato vibrato. Il lavoro propone, inoltre, un metodo che, partendo dalla
conoscenza dei dati acquisiti con la metodologia di misura e del valore della corrente
nominale del trasformatore, collocato all’interno della cabina, consente di determinare il
valore massimo di induzione magnetica nel
caso di carico equilibrato. Nella situazione più
realistica di correnti squilibrate la metodologia proposta è applicabile se il neutro si configura in posizione baricentrica rispetto alla
terna dei conduttori.
Il metodo è stato validato sperimentalmente attraverso campagne di misura condotte su due differenti tipologie di cabine in box prefabbricato.
Per entrambe le cabine è stata realizzata una caratterizzazione del campo di induzione magnetica e ricavata la sua distribuzione nell’area circo-
compatibilità elettromagnetica
stante. Le misure effettuate hanno evidenziato
che, per entrambe le tipologie di cabine, i valori
massimi di campo si rilevano in corrispondenza
delle aree esterne della cabina prossime a quelle
di collocazione del trasformatore e dei relativi cavi di bassa tensione. Dalle grandezze misurate sono stati estrapolati i valori di campo prodotto in
condizioni di funzionamento nominale. In particolare sono stati calcolati i valori di campo alla
Distanza di Prima Approssimazione (DPA) verificando, per entrambe le tipologie di cabine, il rispetto dell’obiettivo di qualità di 3 µT.
In definitiva, il metodo proposto consente,
in conformità con le disposizioni legislative e
normative vigenti, di effettuare una caratterizzazione del campo di induzione magnetica
prodotto da una cabina secondaria senza ricorrere a misure mediane nelle 24 h, verificando in modo semplice e veloce il rispetto
degli obiettivi di qualità imposti dalla legislazione vigente.
Ringraziamenti
Questo lavoro è stato sviluppato grazie anche al
contributo offerto dal progetto “New CAB ELARC”,
finanziato nell’ambito del PO FESR Sicilia 2007-2013 Obiettivo operativo 4.1.1 - Linea di intervento 4.1.1.1
(CUP: G93F12000160004).
bibliografia
[1] IARC Monographs on the Evaluation of Carcinogenic Risks to
Humans Volume 80 “Non-ionizing radiation, part 1: Static and
extremely low-frequency (elf) electric and magnetic fields –
2002 IARC Press LYON FRANCE
[2] Bunch K.J., Keegan T.J., Swanson J., Vincent T.J., Murphy
M.F.G.: Residential distance at birth from overhead high-voltage powerlines: childhood cancer risk in Britain 1962–2008.
British Journal of Cancer 110, 1402-1408,4 March 2014
[3] Norma CEI EN 62110: Livelli di campo elettrico e magnetico
generati da sistemi di potenza in c.a. – Procedure di misura con
riferimento all’esposizione umana. 2012.
[4] Legge 22 febbraio 2001, n. 36: Legge quadro sulla protezione dalle esposizioni a campi elettrici, magnetici ed elettromagnetici. Pubblicata nella Gazzetta Ufficiale n. 55 del 7 marzo
2001 entrata in vigore il 22 marzo 2001.
[5] Decreto del Presidente del Consiglio dei Ministri 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 alla frequenza di rete (50 Hz) generati dagli elettrodotti.
[6] Decreto del Presidente del Consiglio dei Ministri 8 luglio
2003: Fissazione dei limiti di esposizione, dei valori di attenzio-
ne 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.
[7] Decreto 29 maggio 2008, Ministero dell’ambiente e della tutela del territorio e del mare: Approvazione della metodologia di calcolo per la determinazione delle fasce di rispetto per gli elettrodotti.
[8] Enel: Distanza di prima approssimazione (DPA) da linee e
cabine elettriche. Linea guida per l’applicazione del paragrafo
5.1.3 dell’Allegato al DM 29 maggio 2008.
[9] Norma CEI 211-6: Guida per la misura e per la valutazione
dei campi elettrici e magnetici nell’intervallo di frequenza 0 Hz –
10 kHz, con riferimento all’esposizione umana. 2001.
[10] Norma CEI 106-12: Guida pratica ai metodi de criteri di
riduzione dei campi magnetici prodotti dalle cabine elettriche
MT/bt. 2006.
[11] Manuale operativo PMM 8053A sistema di misura di campi
elettromagnetici. Documento P/N 8053AIT-50632-2.32 –
Copyright © PMM 2004.
[12] Proios A.N., Anagnostatos S.D., Polikrati A.D., Tsarabaris
P.T., Koufakis E.I.: MagneticField Measurements near a Compact
Kiosk Type Substation. MELECON 2010 - 201015-th IEEE Mediterranean Electrotechnical Conference, 26-28 April 2010.
L’Energia Elettrica 51 maggio-giugno 2014
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