ELF (Exstremely low frequencies)

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1 ELF (Exstremely low frequencies) STRUMENTAZIONE DI MISURA E METODICHE DI MISURAZIONE Maria Logorelli Roma, 8 Novembre

2 Frequency Spectrum Lo spettro di frequenza è normalmente suddiviso in due parti: Bassa frequenza (fino a 10kHz) Alta frequenza (da 10 khz) Roma, 8 Novembre

3 Frequency Spectrum Inserire spettro di frequenza Roma, 8 Novembre

4 Introduzione Nell ambito della normativa per la protezione delle persone da esposizione ai campi elettrici, magnetici ed elettromagnetici, devono essere stabilite tecniche di misura appropriate per la verifica dei livelli di campo elettromagnetico nei diversi ambienti in cui possono trovarsi la popolazione e i lavoratori. Roma, 8 Novembre

5 Problematiche La problematica delle misure si presenta abbastanza articolata in relazione a: tipologia ed eventuale molteplicità delle sorgenti caratteristiche del campo emesso dalla/e sorgente/i (ampiezza, frequenza, tipo di modulazione, etc.) caratteristiche del campo nell area di misura (variabilità spaziale e temporale) e nel punto di misura (campo vicino, lontano, etc.) obiettivo delle misure (sorveglianza, indagine sistematica, analisi puntuale, interventi di bonifica) Roma, 8 Novembre

6 Scopo La scelta della strumentazione e della metodologia da utilizzare nelle misure dipende dalla particolare situazione in cui ci si trova Scopo : valutare l esposizione ai campi elettrici e magnetici al fine di verificare la compatibilità della situazione espositiva con le prescrizioni imposte dalla normativa vigente Roma, 8 Novembre

7 Tipologia della misura Le misure con finalità protezionistica possono essere di 2 tipi: misure di esposizione livelli di riferimento per valutare le grandezze che caratterizzano il campo (elettrico, magnetico o elettromagnetico) cui l organismo è esposto misure dosimetriche limiti di base per valutare l energia assorbita dall organismo umano esposto e determinare la distribuzione delle correnti e dei campi all interno dello stesso Roma, 8 Novembre

8 Richiami Limiti di base e livelli di riferimento Le restrizioni sull esposizione sono basate su effetti sanitari accertati e vengono chiamate restrizioni (o limiti) di base. Secondo la frequenza, le grandezze fisiche usate per specificare le restrizioni di base per l esposizione a campi elettromagnetici sono la densità di corrente indotta, il SAR e la densità di potenza. Per la protezione da effetti nocivi per la salute, non si devono superare queste restrizioni di base. I livelli di riferimento vengono forniti ai fini di un confronto pratico con i valori misurati di determinate grandezze fisiche (E, H, B, S): il rispetto di tutti i livelli di riferimento assicura il rispetto delle restrizioni di base. Se i valori misurati sono superiori ai livelli di riferimento, non ne consegue necessariamente che siano superate le restrizioni di base, ma è necessaria un analisi più dettagliata per verificare il rispetto di queste ultime. Roma, 8 Novembre

9 Metodiche di misurazione Le metodiche di misurazione, valutazione e analisi dei campi elettrico e magnetico sono stabilite dalla normativa tecnica di settore (Norme CEI 211-6) e in aggiunta da altre guide elaborate da organismi competenti 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 Roma, 8 Novembre

10 Metodiche di misurazione Misure a banda larga (broadband): vengono eseguite con l impiego di strumenti che, entro un certo intervallo di frequenza, hanno una sensibilità pressoché indipendente dalla frequenza stessa e forniscono il valore globale del CE o del CM nell intervallo considerato. La larghezza di banda deve essere abbastanza ampia da consentire la misura di tutte le frequenze rilevanti Roma, 8 Novembre

11 Misure di esposizione Misure in bassa frequenza La valutazione dell esposizione viene condotta attraverso la misura di: valore efficace di E (in V/m) valore efficace di B (in T o meglio T) Poiché in bassa frequenza le misure vengono condotte sempre in regione di campo vicino reattivo [considerando la frequenza più alta dell intervallo, 10 khz, =(c/f)= m] e poiché in questa regione CE e CM non sono in relazione, la caratterizzazione completa dell esposizione prevede la misura di entrambi. Le misure vengono eseguite in banda larga. Roma, 8 Novembre

12 Roma, 8 Novembre Misure in bassa frequenza Normalmente vengono misurati i valori efficaci delle componenti di E e di B in 3 direzioni mutuamente ortogonali. Il valore efficace globale di E e di B vale pertanto: z y x E E E E z y x B B B B

13 Misure dosimetriche Misure in bassa frequenza Si tratta di misure di densità di corrente indotta su fantocci simulanti il corpo umano esposti a CE e CM di caratteristiche note Nel prosieguo considereremo esclusivamente le misure di esposizione Roma, 8 Novembre

14 Misure 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 Roma, 8 Novembre

15 Calcoli vs. Misure La caratterizzazione del CE e del CM può essere effettuata sia attraverso le misure che attraverso il calcolo. Il calcolo (indispensabile quando le valutazioni riguardano impianti in fase di progetto) è di solito limitato a configurazioni per le quali la sorgente del campo può essere ragionevolmente semplificata (es. linee elettriche). Nel caso delle linee elettriche per il calcolo di E deve essere nota la tensione mentre per il calcolo di B la corrente. La tensione di una linea è costante mentre la corrente può variare notevolmente a seconda della richiesta di potenza le valutazioni basate sui calcoli possono non essere sufficienti e dovrebbero essere verificate con misure Roma, 8 Novembre

16 Calcoli vs. Misure Nel caso in cui la sorgente sia in condizioni di variabilità temporale (es. variabilità della corrente), al fine di ottenere una valutazione completa, le misure andrebbero condotte per un periodo di tempo significativo. In alternativa, qualora vengano effettuate misure per periodi di tempo non sufficientemente lunghi da coprire l intera gamma di variabilità e nel caso in cui si conoscano le variazioni dei carichi in corrente, possono essere effettuate delle estrapolazioni sui valori di induzione magnetica prodotti (grazie al legame di proporzionalità diretta tra corrente circolante e B), eseguendo correzioni sui valori misurati per ottenere i valori di campo ai massimi carichi. Roma, 8 Novembre

17 Strumentazione di misura Le misure 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. Roma, 8 Novembre

18 Strumentazione di misura 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 misure devono essere condotte con strumentazione la cui taratura sia in corso di validità. Roma, 8 Novembre

19 Sensori Parametri fondamentali alla valutazione dell idoneità di uno strumento per una misura sono: l accuratezza, cioè l attitudine a fornire risposte prossime al valore vero (incertezza strumentale); la sensibilità, cioè il livello del minimo segnale misurabile; la gamma dinamica, che è il rapporto tra il valore minimo ed il valore massimo misurabili; la banda passante, che specifica l intervallo di frequenze a cui lo strumento fornisce una risposta corretta entro determinati margini di errore. Roma, 8 Novembre

20 Catena strumentale Nella struttura generale degli strumenti di misura si riconoscono tre componenti fondamentali: il sensore, che si accoppia al campo generando ai suoi terminali una grandezza elettrica (tensione o corrente) proporzionale al campo; la linea di collegamento, che trasferisce il segnale dal sensore all apparato di misura; l apparato di misura, che elabora il segnale ricevuto e fornisce una indicazione quantitativa del valore di campo misurato Roma, 8 Novembre

21 Sensori Devono rispondere ad un solo parametro (E, H) in modo significativo; Devono avere dimensioni tali da non perturbare la misura. Roma, 8 Novembre

22 Sensori capacitivi Sono formati da due masse metalliche di dimensioni tali che il campo possa considerarsi uniforme su di esse; Per induzione elettrica, si formano su di esse delle cariche che variano nel tempo secondo il campo inducente; Nel circuito di misura che collega le due masse scorre una corrente proporzionale ad intensità e frequenza del campo E incidente. Roma, 8 Novembre

23 Sensori capacitivi Un sensore di questo tipo è il dipolo corto, costituito da due bracci metallici isolati e contrapposti; La struttura aperta lo rende insensibile al campo magnetico; Ai capi dei due bracci si rende disponibile una tensione proporzionale al campo E incidente: Roma, 8 Novembre

24 Sensori induttivi Sono costituti da una superficie anulare chiusa che taglia le linee di forza di un campo magnetico; Le dimensioni devono essere tali da poter considerare H costante sul sensore; Per induzione magnetica, è disponibile ai terminali una tensione proporzionale all intensità del campo ed alla sua frequenza. Roma, 8 Novembre

25 Sensori induttivi Un sensore di questo tipo è la spira piccola, ai cui capi si produce una tensione pari a: V 2 f D 2 2 H : permeabilità magnetica del mezzo Le tensioni indotte in ogni tratto dell anello si annullano, quindi sono insensibili al campo elettrico Roma, 8 Novembre

26 Isotropia Gli strumenti isotropici sono dotati di tre sensori disposti in tre direzioni ortogonali che forniscono tre segnali (tensioni) che sommati danno il valore del campo in un punto Variando l orientamento del sensore la misura teoricamente non cambia, quindi è sufficiente una singola misura per ogni punto In realtà i tre sensori, non essendo perfettamente identici, daranno origine ad un certo errore di anisotropia Roma, 8 Novembre

27 Esempio di strumento di misura EFA 3 (Wandel & Goltermann) Roma, 8 Novembre

28 EFA 3 L EFA 3 può essere utilizzato sia per misure di campo magnetico sia per quelle di campo elettrico con i relativi sensori Possono rilevarsi valore di picco o valori efficaci (da meno di 1nT fino a 31,6 mt per il campo magnetico e da 1V/m a 100 kv/m per il campo elettrico) Roma, 8 Novembre

29 Misure in continuo Volendo analizzare l andamento del campo elettrico e magnetico nel tempo in prossimità di una sorgente a bassa frequenza possiamo utilizzare le centraline di monitoraggio. Roma, 8 Novembre

30 Misura dell esposizione umana Misure effettuate in un campo elettrico o magnetico pressoché uniforme corrispondono all esposizione dell intero corpo umano. Misure in presenza di campi non uniformi richiedono valutazioni più complesse poiché la misura 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 misure di B su rasoi elettrici, asciugacapelli, macchine per cucire, etc.) Roma, 8 Novembre

31 Misura dell esposizione umana 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 misure di CE devono essere eseguite in condizione di non vicinanza dell operatore e di qualsiasi altro soggetto (almeno 3 m) Evitare la misura di campo elettrico in vicinanza di punte (arbusti, spigoli di recinzioni, balconi, etc.), altro elemento perturbante Evitare la misura di campo magnetico in vicinanza di masse ferrose Roma, 8 Novembre

32 Misura dell esposizione umana 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. Roma, 8 Novembre

33 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 misure aggiuntive posizionando la sonda di misura alle altezze di 1.1 m e 1.9 m dal piano di calpestio. Roma, 8 Novembre

34 Analisi delle variazioni spaziali Mappatura dell induzione magnetica in un tipico ambiente domestico Roma, 8 Novembre

35 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. Roma, 8 Novembre

36 Campo magnetico Analisi delle variazioni temporali 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 misure eseguite 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. Roma, 8 Novembre

37 Analisi delle variazioni temporali A causa delle differenti condizioni atmosferiche le correnti di carico hanno subito variazioni significative anche B ha subito variazioni significative Roma, 8 Novembre

38 Analisi delle variazioni temporali Roma, 8 Novembre

39 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 siano 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; aggiungere 2 rilevazioni a 1.5 m e 1.9 m in caso di campi non uniformi Roma, 8 Novembre

40 Protocollo di misura: sintesi Nelle misure 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 misure di CM devono essere evitati gli effetti di vicinanza con materiali ferromagnetici. La distanza tra il punto di misura e la sorgente deve essere di almeno 1 m Per acquisire informazioni sulle variazioni temporali, le misure dovrebbero essere eseguite su periodi di 24 h con intervalli di campionamento sufficientemente dettagliati. 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 Roma, 8 Novembre

41 Presentazione dei risultati I risultati delle misurazioni vengono riportati in una relazione tecnica finale che deve contenere: descrizione dell impianto sorgente dei campi rilevati (es. corrente di carico, tensione, etc.) costruttore, modello, numero di serie, incertezza di misura totale e data ultima taratura dello strumento misuratore data e durata delle misure banda passante dello strumento misuratore e frequenza di campionamento metodica di misura adottata (es. altezza della sonda rispetto al piano di calpestio) Roma, 8 Novembre

42 Presentazione dei risultati documentazione (foto, disegni) che descrivano l area in cui sono state eseguite le misure condizioni atmosferiche al momento dei rilievi tecnico o tecnici che hanno eseguito i rilievi riferimenti normativi (leggi, raccomandazioni e norme tecniche applicabili) conclusioni sui risultati ottenuti in base ai limiti di riferimento per la popolazione e/o i lavoratori Roma, 8 Novembre

43 Grazie per l attenzione! Roma, 8 Novembre