Tecniche di misura per sistemi ed apparati elettrici (bassa frequenza) Claudio Baratta - ISPRA

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1 Tecniche di misura per sistemi ed apparati elettrici (bassa frequenza) Claudio Baratta - ISPRA 1

2 Metodiche di misurazione Le metodiche di misurazione, valutazione e analisi dei campi elettrico, magnetico ed elettromagnetico sono stabilite dalla normativa tecnica di settore (Norme CEI e 211-7) e in aggiunta da altre guide elaborate da organismi competenti misurazioni in bassa frequenza misurazioni in alta frequenza 2

3 Metodiche di misurazione (2) Misurazioni in bassa frequenza Norma Italiana CEI (anno 2001): 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 Decreto direttoriale 29 maggio 2008: Approvazione delle procedure di misura e valutazione dell induzione magnetica 3

4 Misurazioni in bassa frequenza Misure di esposizione La valutazione dell esposizione viene condotta attraverso la misurazione di: valore efficace di E (in V/m) valore efficace di B (in T o meglio µt) 4

5 Misurazioni in bassa frequenza (2) Poiché in bassa frequenza le misurazioni vengono condotte sempre in regione di campo vicino reattivo [considerando la frequenza più alta dell intervallo, 10 khz, λ=(c/f)= m (λ/10)= 3000 m] e poiché in questa regione CE e CM non sono in relazione, la caratterizzazione completa dell esposizione prevede la misurazione di entrambi. Le misurazione vengono eseguite con misuratori di tipo a banda larga (con eventuale presenza di filtri, FFT). 5

6 Misurazioni in bassa frequenza: obiettivi Le misure di esposizione sono finalizzate alla verifica della compatibilità di una data situazione espositiva con i limiti definiti dalle norme e/o raccomandazioni per la tutela sanitaria 6

7 Strumentazione di misura Le misurazioni dovrebbero essere condotte con uno strumento in banda larga triassiale (isotropico) in modo da indicare direttamente il valore efficace del campo misurato. La banda passante dello strumento deve essere appropriata al contenuto in frequenza del campo in esame. Nel caso di impianti elettrici di potenza la banda passante deve estendersi da 50 a 500 Hz per considerare oltre alla frequenza fondamentale (50 Hz) anche le prime armoniche. In situazioni di vicinanza alle linee la banda passante può essere più stretta. 7

8 Strumentazione di misura (2) Nel caso di sorgenti diverse dagli impianti elettrici di potenza, con frequenza fondamentale diversa dai 50 Hz (es. alcuni sistemi di trazione), è necessario scegliere la banda passante in modo appropriato. Le misurazioni devono essere condotte con strumentazione la cui taratura sia in corso di validità. 8

9 Valutazione dell esposizione umana Misurazioni effettuate in un campo elettrico o magnetico pressoché uniforme corrispondono all esposizione dell intero corpo umano. Misurazioni in presenza di campi non uniformi richiedono valutazioni più complesse poiché la misurazione del campo rappresenta l esposizione umana solamente per quella parte anatomica che coincide con il punto di misura. La scelta del punto di misura varia in funzione della sorgente del campo e della posizione relativa del soggetto umano (es. differenze tra misurazioni di B su rasoi elettrici, asciugacapelli, macchine per cucire, etc.). 9

10 Valutazione dell esposizione umana (2) Quello che viene misurato sono i campi elettrico e magnetico non perturbati: vengono misurati cioè in assenza dei soggetti esposti e di elementi perturbanti. A differenza del campo magnetico, il campo elettrico è perturbato dal corpo umano le misurazioni di CE devono essere eseguite in condizione di non vicinanza dell operatore e di qualsiasi altro soggetto (almeno 3 m) Evitare rilievi di campo elettrico in vicinanza di punte (arbusti, spigoli di recinzioni, balconi, etc.) Evitare rilievi di campo magnetico in vicinanza di masse ferrose 10

11 Valutazione dell esposizione umana (3) Una valutazione completa dell esposizione umana in una zona specificata richiede che vengano misurati sia il campo elettrico che il campo magnetico. Devono inoltre essere analizzate e caratterizzate le variazioni spaziale e temporale del campo in esame. 11

12 Analisi delle variazioni spaziali I punti di misura devono essere distribuiti in maniera uniforme sull intera area da caratterizzare e devono essere in numero commisurato alla superficie in esame. In ambienti interni, ad esempio, può essere definito un punto di misura ogni mq di superficie. La sonda di misura deve essere posta all altezza di 1 m (o 1,5 m) dal piano di calpestio. In casi di campo molto disuniforme possono essere effettuate misurazioni aggiuntive posizionando la sonda di misura a differenti altezze dal piano di calpestio (la scelta deve essere motivata). 12

13 Analisi delle variazioni spaziali (2) Mappatura dell induzione magnetica in un tipico ambiente domestico 13

14 Analisi delle variazioni temporali Campo elettrico Dipendendo dalla tensione, è praticamente costante nel tempo. Piccole variazioni possono essere rilevate al variare delle condizioni atmosferiche (es. strutture umide in un giorno di pioggia). Anche oggetti conduttori in movimento vicino al punto di misura causano variazioni di CE. 14

15 Analisi delle variazioni temporali (2) Campo magnetico Dipendendo dalla corrente, è fortemente variabile nel tempo il problema è determinare un intervallo temporale per la registrazione delle misure che capti abbastanza variazioni del campo da poter ottenere una valida registrazione statistica. Inoltre, nel caso di una linea elettrica, tramite i valori misurati in un determinato momento e la conoscenza della corrente trasportata nei diversi periodi dell anno possono essere effettuate delle estrapolazioni per individuare i livelli di esposizione più gravosi. Anche oggetti ferromagnetici (es. automobili, camion, etc.) in movimento vicino al punto di misura causano variazioni di CM. 15

16 Analisi delle variazioni temporali (3) A causa delle differenti condizioni atmosferiche le correnti di carico hanno subito variazioni significative anche B ha subito variazioni significative 16

17 Analisi delle variazioni temporali (4) 17

18 Protocollo di misura: sintesi Scelta della strumentazione (preferibilmente triassiale) e con incertezza di misura minore del ± 10%) Identificazione delle sorgenti Indagine preliminare mediante misurazioni spot per identificare i punti in cui i livelli di CE e CM sono più elevati (le misure di CM dovrebbero essere eseguite, se possibile, nei periodi in cui le correnti di funzionamento delle sorgenti sono massime) Nei punti di misura individuati tramite l indagine spot (punti peggiori) eseguire le rilevazioni con la testa della sonda posta a 1 m (o 1,5 m) dal piano di calpestio nel caso in cui i campi siano uniformi; eseguire una misurazione su tre altezze in caso di campi non uniformi 18

19 Protocollo di misura: sintesi (2) Nelle misurazioni di CE la sonda deve essere posta a distanza da superfici conduttrici. Si devono evitare gli effetti di vicinanza anche dell operatore e di eventuali osservatori Nelle misurazioni di CM devono essere evitati gli effetti di vicinanza con materiali ferromagnetici. La distanza punto di misura sorgente deve essere di almeno 1 m Per acquisire informazioni sulle variazioni temporali, le misurazioni dovrebbero essere eseguite su periodi di 24 h con intervalli di campionamento sufficientemente dettagliati (30 s 1 min). I risultati delle misurazioni spot e la conoscenza delle variazioni temporali delle correnti di funzionamento possono essere usati per estrapolare i valori dell induzione magnetica in altri periodi temporali 19

20 Decreto 29 maggio 2008 induzione magnetica Decreto direttoriale 29 maggio 2008: Approvazione delle procedure di misura e valutazione dell induzione magnetica Stabilisce la procedura di misura e valutazione dell induzione magnetica generata da elettrodotti ai fini della verifica del non superamento del valore di attenzione e dell obiettivo di qualità (rif. DPCM 8 luglio 2003) Elettrodotto: insieme delle linee elettriche, delle sottostazioni e delle cabine di trasformazione (art. 3 comma e) LQ 36/2001) 20

21 Decreto 29 maggio 2008 induzione magnetica (2) Corretta caratterizzazione spaziale del campo (numero di punti di misura e loro posizionamento adeguati) Altezze di misura come da norma CEI Evitare o minimizzare l effetto di eventuali sorgenti di CM escluse dall ambito di applicazione del decreto Distanza minima raccomandabile di 10 cm tra il sensore e qualunque superficie Registrare i valori di induzione magnetica, rilevati con frequenza di campionamento di almeno 1 min, per almeno 24 ore nelle normali condizioni di esercizio Le misurazioni andrebbero condotte nel periodo dell anno in cui gli elettrodotti sono a massimo carico, informazione desumibile dallo storico disponibile circa l andamento dei carichi 21

22 Decreto 29 maggio 2008 induzione magnetica (3) Nel caso in cui lo storico dei carichi non sia disponibile o in caso di rilievi presso sorgenti complesse (cabine di trasformazione o più elettrodotti insistenti sulla medesima area), se la mediana di B nelle 24 ore è superiore al 50% del valore limite da applicare, devono essere condotte ulteriori indagini strumentali in diversi periodi dell anno L incertezza del misuratore deve essere inferiore al 10% I livelli di induzione magnetica ottenuti in queste condizioni devono essere confrontati direttamente con i valori limite da applicare 22

23 Decreto 29 maggio 2008 induzione magnetica (4) Valutazione indiretta dell induzione magnetica Per stimare il livello di esposizione in qualunque giorno dell anno, anche diverso da quello di misura, è possibile, in determinate condizioni, ricorrere ad un metodo indiretto estrapolando il valore di B a partire dai valori misurati e dai dati di corrente storici dell elettrodotto (si deve dimostrare l esistenza di una relazione causa/effetto tra la corrente circolante nell elettrodotto e l induzione magnetica rilevata nel punto di misura, relazione non sempre verificata in presenza di più elettrodotti o di altre sorgenti di CM 50 Hz). 23

24 Decreto 29 maggio 2008 induzione magnetica (5) Acquisire almeno 100 valori di B in sincronia con altrettanti valori di corrente per un periodo pari ad almeno 24 ore (i valori di B 0,1 µt devono essere esclusi) Calcolare il coefficiente di correlazione ρ tra le due serie di dati (B i e I i ): se ρ 0,9 si può procedere con la valutazione indiretta Per ogni coppia di campioni calcolare il rapporto R i =B i /I i Calcolare la media aritmetica R m degli R i Dallo storico delle correnti individuare la massima mediana giornaliera di corrente I max nei 365 giorni precedenti il giorno dei rilievi 24

25 Decreto 29 maggio 2008 induzione magnetica (6) Calcolare il valore di B rappresentativo di quella giornata (e quindi il valore massimo nel periodo considerato) come B max =I max R m e confrontarlo direttamente con il valore limite applicabile 25

26 Appendice alla CEI È in fase di predisposizione una appendice alla CEI sulle tecniche di misura specifiche per i sistemi di trasmissione e distribuzione dell energia elettrica in corrente alternata ai fini della valutazione dell esposizione della popolazione. 26

27 Linee elettriche aeree 27

28 Linee elettriche aeree (2) 28

29 Linee elettriche aeree (3) 29

30 Linee elettriche aeree (4) Campo elettrico Individuare il punto peggiore effettuando una serie di misurazioni spot per valutare il profilo longitudinale del campo in corrispondenza dell asse della linea con la sonda posta a 1 m o 1,5 m dal piano di calpestio In corrispondenza del massimo valore di E rilevare il profilo trasversale del campo Le misurazioni spot vanno condotte con passo massimo di 1 m Nel caso in cui la zona in indagine non includa l area in corrispondenza dell asse della linea, il rilievo longitudinale del campo andrà effettuato alla minima distanza da esso 30

31 Linee elettriche aeree (5) Nel caso di misurazione in corrispondenza di edifici, i rilievi devono essere effettuati solamente nelle aree accessibili esterne Nel punto peggiore devono essere misurati i valori di E alle altezze di 0,5 m, 1 m e 1,5 m dal piano di calpestio e deve essere calcolata la media aritmetica dei tre valori misurati Se il campo può essere considerato uniforme si può effettuare cautelativamente un solo rilievo di campo posizionando il sensore nel punto di massima esposizione Deve essere misurato il campo imperturbato 31

32 Linee elettriche aeree (6) Campo magnetico Individuare il punto peggiore effettuando una serie di misurazioni spot per valutare il profilo longitudinale del campo in corrispondenza dell asse della linea con la sonda posta a 1 m o 1,5 m dal piano di calpestio In corrispondenza del massimo valore di B rilevare il profilo trasversale del campo Le misurazioni spot vanno condotte con passo massimo di 1 m Nel caso in cui la zona in indagine non includa l area in corrispondenza dell asse della linea, il rilievo longitudinale del campo andrà effettuato alla minima distanza da esso 32

33 Linee elettriche aeree (7) Nel caso di misurazione in corrispondenza di edifici, i rilievi devono essere effettuati nelle aree accessibili sia esterne che interne È necessario registrare l istante temporale di ogni rilievo al fine di essere in grado di correlare i valori istantanei misurati ai corrispondenti valori di corrente circolante nella linea Nel punto peggiore devono essere misurati i valori di B alle altezze di 0,5 m, 1 m e 1,5 m dal piano di calpestio e deve essere calcolata la media aritmetica dei tre valori misurati 33

34 Linee elettriche aeree (8) Se il campo può essere considerato uniforme si può effettuare cautelativamente un solo rilievo di campo posizionando il sensore nel punto di massima esposizione Deve essere misurato il campo imperturbato 34

35 Linee elettriche in cavo interrato 35

36 Linee elettriche in cavo interrato (2) 36

37 Linee elettriche in cavo interrato (3) Campo elettrico Il campo elettrico è efficacemente schermato dalle guaine metalliche dei cavi non è necessario condurre rilievi Campo magnetico Individuare il punto peggiore effettuando una serie di misurazioni spot per valutare il profilo longitudinale del campo in corrispondenza dell asse della linea con la sonda posta a 1 m o 1,5 m dal piano di calpestio In corrispondenza del massimo valore di B rilevare il profilo trasversale del campo Le misurazioni spot vanno condotte con passo massimo di 1 m 37

38 Linee elettriche in cavo interrato (4) Nel caso in cui la zona in indagine non includa l area in corrispondenza dell asse della linea, il rilievo longitudinale del campo andrà effettuato alla minima distanza da esso Nel caso di misurazione in corrispondenza di edifici, i rilievi devono essere effettuati nelle aree accessibili sia esterne che interne È necessario registrare l istante temporale di ogni rilievo al fine di essere in grado di correlare i valori istantanei misurati ai corrispondenti valori di corrente circolante nella linea Nel punto peggiore devono essere misurati i valori di B alle altezze di 0,5 m, 1 m e 1,5 m dal piano di calpestio e deve essere calcolata la media aritmetica dei tre valori misurati 38

39 Linee elettriche in cavo interrato (5) Nel caso in cui sia possibile che una persona si stenda sul terreno o che siano presenti bambini (ad esempio in un parco), la sola misurazione effettuata posizionando la sonda a 20 cm dal piano di calpestio può essere cautelativamente considerata rappresentativa dell esposizione Deve essere misurato il campo imperturbato 39

40 Cabine elettriche secondarie MT/BT 40

41 Cabine elettriche secondarie MT/BT (2) Campo elettrico Le cabine secondarie non sono sorgenti di campi elettrici significativi in aree accessibili al pubblico non è necessario condurre rilievi Campo magnetico Individuare il punto peggiore effettuando una serie di misurazioni spot a una distanza di 10 cm dalla superficie esterna della cabina e a diverse altezze dal piano di calpestio (particolare cura deve essere posta nel caratterizzare le zone in corrispondenza dell ingresso del cavo MT e dell uscita dei cavi BT e le aree adiacenti al trasformatore e ai quadri BT) 41

42 Cabine elettriche secondarie MT/BT (3) Nel punto peggiore devono essere misurati i valori di B alle altezze di 0,5 m, 1 m e 1,5 m dal piano di calpestio e deve essere calcolata la media aritmetica dei tre valori misurati (per le cabine il campo non è sicuramente spazialmente uniforme) Se ritenuto opportuno possono essere considerate altezze diverse dal piano di calpestio motivandone opportunamente la scelta 42

43 Cabine elettriche secondarie MT/BT (4) Nel caso in cui l area sovrastante la cabina sia accessibile (es. cabine poste all interno di edifici) si deve condurre un ulteriore analisi (analisi su 5 punti) ponendo la sonda a 20 cm dal piano di calpestio e deve essere calcolata la media aritmetica dei tre valori misurati maggiori (nel caso in cui sia molto improbabile che una persona si distenda sul pavimento/terreno, una misurazione su 3 altezze, nel punto in cui B rilevata a 20 cm è massima, è considerata sufficiente) 43

44 Cabine elettriche secondarie MT/BT (5) Deve essere misurato il campo imperturbato Poiché il campo magnetico generato da una cabina secondaria, sebbene dipenda dalle condizioni di carico della cabina stessa, non ha una correlazione statisticamente significativa con esse, non è possibile effettuare estrapolazioni ed è quindi necessario effettuare misurazioni prolungate nel tempo per almeno 24 ore 44

45 Cabine primarie e Stazioni elettriche 45

46 Cabine primarie e Stazioni elettriche (2) Campo elettrico Le CP e le SE non sono sorgenti di campi elettrici significativi in aree accessibili al pubblico devono essere considerate solamente le linee elettriche aeree in ingresso e in uscita 46

47 Cabine primarie e Stazioni elettriche (3) Campo magnetico Le CP e le SE non sono in genere sorgenti di campi magnetici significativi in aree accessibili al pubblico devono essere considerate solamente le linee elettriche aeree e in cavo interrato in ingresso e in uscita 47

48 Fine Tel