Guida alla protezione dai campi elettromagnetici a bassa frequenza (campi ELF) - terza parte - Pubblicato il: 17/05/2006 Aggiornato al: 17/05/2006 di Gianfranco Ceresini Numerose sentenze della Corte Costituzionale (e non solo) si sono succedute nel corso degli ultimi anni, per cercare di dirimere problemi di competenze Stato-Regioni.In sintesi le sentenze hanno ribadito che spetta allo stato la determinazione dei limiti di esposizione, dei valori di attenzione e degli obiettivi di qualità mentre è di competenza regionale stabilire i criteri localizzativi e gli standard urbanistici atti a ridurre il più possibile l esposizione ai campi elettromagnetici 1. Sentenze Numerose sentenze della Corte Costituzionale (e non solo) si sono succedute nel corso degli ultimi anni, per cercare di dirimere problemi di competenze Stato-Regioni. In sintesi tutte le sentenze hanno ribadito quanto già scritto abbastanza chiaramente nella legge quadro 36/01, e cioè che spetta allo stato la determinazione dei limiti di esposizione, dei valori di attenzione e degli obiettivi di qualità (quindi dei valori numerici veri e propri), mentre è di competenza regionale stabilire i criteri localizzativi e gli standard urbanistici atti a ridurre il più possibile l esposizione ai campi elettromagnetici (quindi ad esempio stabilire che un certo edificio non possa essere costruito troppo vicino ad un elettrodotto o ad un impianto radiotelevisivo). In particolare le sentenze 303 e 307 del2003 della Corte Costituzionale affermano che In sostanza, la fissazione a livello nazionale dei valori soglia, non derogabili dalle Regioni nemmeno in senso più restrittivo, rappresenta il punto di equilibrio fra le esigenze contrapposte di evitare al massimo l'impatto delle emissioni elettromagnetiche, e di realizzare impianti necessari al paese, nella logica per cui la competenza delle Regioni in materia di trasporto dell'energia e di ordinamento della comunicazione è di tipo concorrente, vincolata ai principi fondamentali stabiliti dalle leggi dello Stato. Tutt'altro discorso è a farsi circa le discipline localizzative e territoriali. A questo proposito è logico che riprenda pieno vigore l'autonoma capacità delle Regioni e degli enti locali di regolare l'uso del proprio territorio, purché, ovviamente, criteri localizzativi e standard urbanistici rispettino le esigenze della pianificazione nazionale degli impianti e non siano, nel merito, tali da impedire od ostacolare ingiustificatamente l'insediamento degli stessi. Ci possiamo chiedere: ma i comuni possono emanare regolamenti con limiti differenti? Alla luce anche delle citate sentenze della Corte Costituzionale, la potestà regolamentare, pur essendo in via generale attribuita ai Comuni, non può estendersi a materie o ad aspetti espressamente riservati alle leggi o ai regolamenti dello Stato. Pure nei casi in cui l estensione risulti consentita da norme di rango superiore, non può giungere fino al punto di disattendere, stante il principio di diritto della gerarchia delle fonti, le vigenti disposizioni statali. Quindi i regolamenti comunali non possono prevedere limiti di esposizione diversi da quelli stabiliti dallo Stato, né possono introdurre deroghe agli stessi. Riportiamo il sunto di due importantissime sentenze, la prima (Corte di Cassazione sez. I, 28 novembre 1999, n. 5626) costruita sul fatto che le onde elettromagnetiche possano essere considerate oggetti scagliati addosso alle persone, la seconda, molto recente, (TAR Veneto Sez. I - 19 agosto 2005, n. 3200) sulla competenza Stato-Regioni. 1^ sentenza Viene chiesto il sequestro preventivo di quattro conduttori di corrente elettrica ad alta tensione collocati nei pressi di una casa colonica appellandosi agli articoli 674 ( getto pericoloso di cose ) e 675 (collocamento di cose pericolose per l integrità fisica o morale delle persone senza le debite cautele ) del Codice Penale avanzando la tesi di un parallelismo tra cose materiali (a cui sicuramente pensava il legislatore nel 1930 quando l articolo fu scritto) e cose immateriali come le onde elettromagnetiche. 1
In prima istanza e in appello la richiesta viene respinta con la motivazione che i campi elettromagnetici non sono elementi di immediata percezione e suscettibili di essere gettati o versati, da cui l impossibilità, di estendere ad essi la portata dell art. 674 del Codice Penale. Il procuratore della Repubblica ricorre in Cassazione sottolineando la gravità del problema dell'inquinamento elettromagnetico, specialmente per quei soggetti che sono costretti dalle circostanze a subire, più o meno consapevolmente, le emissioni di elettrodotti e impianti di radiodiffusione, e ribattendo che il rischio di danni alla salute (insorgenza di neoplasie soprattutto nell'età infantile) è ormai ammesso dagli studiosi incaricati, a livello nazionale e internazionale. La Cassazione fa emergere la constatazione operata dal tribunale sul fatto che allo stato attuale delle ricerche, non risulta in alcun modo dimostrata l'attitudine delle onde elettromagnetiche a bassa frequenza, quali sono quelle emesse dagli elettrodotti, a recare danni apprezzabili, ancorché transitori e limitati alla sfera psichica agli individui direttamente coinvolti per ragioni di lavoro o altro. Dopo avere ricordato le leggi vigenti al momento della sentenza (DPCM 23 aprile 1992 e DPCM 28 settembre 1995) e rimarcato che, secondo lo stesso perito del pubblico ministero, i limiti previsti da queste leggi non sono varcati nel caso in questione, la Cassazione si avventura in una interessante equivalenza tra la nozione di cosa come intesa dall art. 674 del Codice Penale e l oggetto onda elettromagnetica dicendo che non sembra arbitraria, dunque, la conclusione che tra le cose di cui parla la norma incriminatrice debbono farsi rientrare anche i campi elettromagnetici, per la loro stessa essenza considerati da A. Einstein altrettanto reali della sedia su cui ci si accomoda, o, più esattamente, i treni di onde, che si disperdono in tutte le direzioni a somiglianza di quelle generate nell'acqua dal lancio di un sasso, quale effetto delle variazioni dei campi medesimi prodotte dalle oscillazioni delle cariche elettriche. In sostanza la Cassazione riconosce che le onde elettromagnetiche sono oggetti gettati addosso alle persone, ma non essendone provata la pericolosità, non è possibile applicare l articolo 674 c.p. Per questo motivo il ricorso viene rigettato. 2^ sentenza Una lottizzazione è attraversata da una linea elettrica da 220 kv e pertanto vincolata alla relativa fascia di rispetto prevista dalla legge regionale veneta n. 27 del 3 giugno 1993, la quale prevede il divieto di qualsiasi destinazione urbanistica residenziale all interno delle distanze di rispetto dagli elettrodotti, determinate in modo che il campo elettrico misurato all esterno delle abitazioni e dei luoghi di abituale prolungata permanenza non superi il valore di 0,5 kv/m ed il campo magnetico non sia superiore a 0,2 µt. Tale legge regionale stabilisce che gli strumenti urbanistici generali e le loro varianti approvati dopo la sua entrata in vigore sono tenuti a recepire tali distanze di rispetto. Il comune interessato dalla lottizzazione ha, a sua volta, approvato una variante al PRG che introduce dei limiti di rispetto e di tutela degli elettrodotti determinati in applicazione della LR 27/1993 (70 metri in terna singola e 80 per doppia terna non ottimizzata per elettrodotto da 220 KV). La società ricorrente vede in questo, una violazione e una falsa applicazione della legge e del regolamento (art. 4 della legge quadro n. 36/2001 e dell art. 4 del DPCM 8 luglio 2003), sostenendo che i valori della fascia di rispetto indicati, determinati in modo che il campo magnetico misurato all esterno delle abitazioni e dei luoghi di abituale e prolungata permanenza non superi il valore di 0,2 µt, contrastano con la normativa statale di principio, che ha fissato, con il DPCM dell 8 luglio 2003, in 3 µt il suddetto valore. La Società ricorrente sostiene che pertanto la legge regionale n. 27/93 deve ritenersi abrogata in virtù dell art. 10 della legge 62/53 e dell art. 4 della legge n. 36/2001. La Regione Veneto, pur prendendo atto del fatto che con una precedente sentenza (n. 1735/2005) il TAR Veneto ha dichiarato, in una situazione analoga, che la legge regionale n. 27/1993 deve ritenersi abrogata ai sensi dell art. 10 della legge n. 62/53 in forza del quale le leggi della repubblica che modificano i principi fondamentali nelle materie di competenza legislativa concorrente abrogano le leggi regionali che siano in contrasto con esse, ha eccepito preliminarmente che l effetto abrogativo delle norme regionali è correlato all entrata in vigore di norme di rango legislativo e non regolamentare, quale si reputa essere il DPCM del 2003, e che in ogni caso l art. 10 della legge n. 62/53 non è più applicabile per incompatibilità con il nuovo assetto costituzionale, quale risulta dopo le modifiche introdotte dalla legge costituzionale n. 3/2001 e della legge ordinaria di adeguamento. 2
La Regione Veneto sostiene che a supporto di tale tesi vige la legge n. 131/2003, (nota come legge La Loggia), la quale stabilisce all art. 1 comma 2^ che le disposizioni normative regionali vigenti alla data di entrata in vigore della presente legge nelle materie appartenenti alla legislazione esclusiva statale continuano ad applicarsi fino all entrata in vigore delle disposizioni statali in materia e che (comma 3^) nelle materie appartenenti alla legislazione concorrente le regioni esercitano la potestà legislativa nell ambito dei principi fondamentali espressamente determinati dallo stato o, in difetto, da quelle desumibili dalle leggi statali vigenti. Il Tribunale fa proprio l indirizzo tracciato dalla sentenza n. 1735/2005 riaffermando che in seguito alla sopravvenienza della normativa statale di principio in materia di protezione dalle esposizioni a campi elettrici, magnetici ed elettromagnetici (legge n. 36/2001) e della disciplina applicativa (DPCM 8 luglio 2003) avente valore su tutto il territorio nazionale, le norme regionali precedentemente in vigore, che fissano valori diversi e superiori, incompatibili con quelli introdotti dalla legge quadro, devono ritenersi abrogate ai sensi dell art. 10 della legge n. 62/53. Anche nel nuovo assetto costituzionale derivante dalla riforma del titolo V, infatti, la prevalenza delle norme statali di principio sulle norme regionali con esse incompatibili, permane come regola che risolve il conflitto in forza dell effetto abrogativo (c.d. effetto ghigliottina) previsto dall art. 10 della legge 62/53 (sentenza Corte Costituzionale 302/2003). Il TAR sostiene che l art. 10 della legge 62/53 non è stato infatti abrogato né espressamente né implicitamente dalla legge n. 131/2003, la quale, diversamente da quanto assume la Regione Veneto nelle proprie difese, non ha introdotto alcuna innovazione sostanziale nel rapporto tra le leggi regionali e le norme statali di principio, limitandosi ad affermare che nelle materie appartenenti alla legislazione concorrente le regioni esercitano la potestà legislativa nell ambito dei principi fondamentali espressamente determinati dallo stato o, in difetto, da quelle desumibili dalle leggi statali vigenti : ciò che equivale a ribadire che norme statali di principio e norme regionali incompatibili non possono coesistere, da cui l effetto abrogativo delle seconde. Pertanto, in caso di sopravvenienza di norme di principio in materie di legislazione concorrente il giudice può dichiarare, ove sia in grado di riconoscere ed affermare l incompatibilità delle norme preesistenti con i nuovi principi, l abrogazione delle prime, senza necessità di sollevare la questione di costituzionalità, la quale avrebbe peraltro, nella specie, esito scontato (sentenza Corte Costituzionale 307/2003); L eccezione, presentata dalla Regione Veneto, secondo la quale i principi possono essere introdotti e fatti valere nei confronti della legge regionale attraverso norme di rango non primario ma secondario (tale essendo il DPCM che determina i nuovi valori di campo magnetico e le distanze ad essi correlati), appare priva di fondamento, in quanto la legge quadro, affidando espressamente alla fonte secondaria la determinazione dei limiti di esposizione e dei valori soglia di emissione (art. 4 comma 2^) e prescrivendo al legislatore regionale l obbligo di adeguamento, non ha fatto altro se non elevare al rango di norma primaria la disciplina integrativa formalmente assegnata alla fonte secondaria recependone a priori il contenuto. Per tutte queste motivazioni il TAR accoglie il ricorso della Società, dichiarando l illegittimità della variante del Comune interessato dalla lottizzazione, nella parte in cui applica i valori di campo magnetico di 0,2 µt, derivati dalla LR 27/93 e fissa le fasce di rispetto dagli elettrodotti nella misura di 70 metri in terna singola e 80 per doppia terna non ottimizzata per elettrodotto da 220 KV, anziché quelle di cui al DPCM 8 luglio 2003. 3
2. Metodi e criteri di riduzione dei campi magnetici La problematica della mitigazione dei campi magnetici all interno delle cabine MT/BT era già stata affrontata dai normatori nell ultima edizione della Guida CEI 11-35. Infatti, nell edizione del dicembre 2004 (in vigore dal 1 gennaio 2005) vengono affrontate per la prima volta, in un allegato apposito, le tecniche atte a ridurre gli effetti dei campi elettromagnetici. Ora, in un progetto CEI, l argomento viene esteso e gli viene attribuita la dignità di una guida con vita autonoma. La nuova guida si propone di fornire criteri progettuali generali e di indicare soluzioni tecniche realizzative per contenere i campi magnetici a 50 Hz prodotti dalle cabine secondarie MT/BT nelle aree abitative circostanti. Tali criteri e soluzioni considerano sia la riduzione dei campi alla sorgente, attraverso lo studio della disposizione ottimale delle apparecchiature e dei circuiti, sia la riduzione dei campi nell'area da proteggere, mediante sistemi di schermatura realizzati, mediante materiali conduttori e ferromagnetici, in vicinanza di tali aree. I criteri e le soluzioni sono principalmente orientate alle cabine MT/BT, ma le indicazioni generali sono applicabili anche ad altri tipi di impianti, in cui siano presenti sorgenti di campo magnetico di tipo similare. Sorgenti di campo elettromagnetico all interno di una cabina MT/BT Premettiamo che i campi elettrici generati dalle cabine MT/BT non sono significativi ai fini dell esposizione della popolazione o dei lavoratori e che quindi il processo di riduzione riguarda solo ed unicamente i campi magnetici, unico riferimento di emissione, da qui in avanti. Per cercare di semplificare, limitando al massimo la perdita di validità dei risultati, vengono individuate due sole tipologie di sorgenti di campo: 1. La sorgente puntiforme, cioè di piccole dimensioni rispetto alle distanze alle quali interessa valutare l intensità del campo, schematizzata da una spira circolare percorsa da corrente. La sorgente puntiforme mira a simulare apparecchiature o componenti di apparecchiature presenti in cabina, ad esempio quelle contenute all interno del quadro elettrico; 2. La sorgente sistema di conduttori (filiforme), costituita da conduttori paralleli singoli, in coppia o in terna, la quale intende invece rappresentare i diversi percorsi di conduttori e cavi presenti nell impianto di una cabina. Caratteristiche e campo magnetico generato da una sorgente puntiforme Una sorgente si può ritenere sufficientemente schematizzata come fosse puntiforme, se la sua distanza dalla regione di spazio in cui si considera il campo è almeno superiore di tre volte rispetto alla dimensione maggiore della sorgente. Ad esempio un interruttore magnetotermico, di altezza circa 30 cm, posto all interno di un quadro, si può ritenere assimilabile ad una sorgente puntiforme se ci si pone a circa 1 m di distanza da esso. La schematizzazione seguita è quella di figura 39, nella quale una spira circolare (sorgente) di raggio R (m) è percorsa da una corrente I (A). In un analisi semplificata del fenomeno si può utilizzare la legge di Biot e Savart per il calcolo dell induzione magnetica nel punto P, alla distanza D dal centro della spira (induzione ortogonale al piano della spira e passante per il centro: questa è l induzione massima, diminuisce a mano a mano che diminuisce l angolo della sua direzione rispetto al piano della spira, fino ad annullarsi se l induzione è complanare alla spira). Tale legge, nei casi in cui D >> R, cioè per le distanze di pratico interesse, dimostra che il campo decresce in maniera inversamente proporzionale al cubo della distanza. B (µt) = (π x I x R2)/(5 x D3) Figura 39 Induzione magnetica prodotta da una spira circolare (C.933) 4
In pratica quindi accade che, anche se il campo magnetico è molto elevato in prossimità della sorgente (ad esempio per D = R), il suo valore decade rapidamente allontanandosi anche di poco (di 8 volte per D = 2R, di 125 volte per D = 5R ed addirittura di 1000 volte per D = 10R). Caratteristiche e campo magnetico generato da una sorgente filiforme Le possibili sorgenti formate da linee elettriche rettilinee, possono essere di diversa natura: linee unifilari, linee bifilari e linee trifase quest ultime con disposizioni differenti dei conduttori. In figura 40 vengono riportate le formule che permettono di calcolare il campo elettrico e l induzione magnetica di una linea unifilare (che rappresenta il caso di un conduttore a grande distanza dal conduttore di ritorno della corrente) e di una linea bifilare (ad esempio linea di distribuzione fase-fase o fase-neutro). Figura 40 Campo magnetico e induzione magnetica generati nel punto P da linee unifilari e bifilari (C.933) Si nota che il campo magnetico generato dalle linee bifilari è inferiore a quello delle linee unifilari, a causa dell effetto di riduzione del campo causato dalla presenza di conduttori vicini percorsi da correnti con fasi diverse. Nel caso della linea unifilare, il campo magnetico decresce solo linearmente con la distanza D dalla sorgente; Nel caso della linea bifilare, percorsa da correnti di intensità uguali, ma versi opposti, il decremento del campo è proporzionale al quadrato della distanza D, mentre cresce proporzionalmente al rapporto S/D, a parità di distanza dalla sorgente (S è la distanza fra i conduttori). In figura 41 vengono invece riportate le formule utilizzabili per il calcolo del campo generato da sistemi trifase composti da conduttori rettilinei disposti tra di loro parallelamente e percorsi da una terna di correnti simmetrica ed equilibrata. Tali formule, approssimate, hanno una loro validità per D >> S, dove D è la distanza dal centro del sistema trifase ed S è la distanza fra i conduttori. Si fa notare che la disposizione dei conduttori ai vertici di un triangolo equilatero è quella che, a parità di altre condizioni, minimizza il campo magnetico. Figura 41 Induzione magnetica generata nel punto P da una linea trifase con conduttori rettilinei, paralleli e correnti equilibrate e simmetriche (C.933) 5
In figura 42 viene effettuato un confronto fra tre diversi tipi di sorgente per analizzarne l attenuazione dell induzione magnetica con l aumentare della distanza. Figura 42 Confronto fra le attenuazioni con la distanza D, dell induzione magnetica prodotta da sorgenti puntiformi (spira circolare) e sorgenti filiformi (conduttore singolo e linea trifase). In tutti i casi si è considerata una corrente di 1 A (C.933) Spesso però nelle cabine MT/BT i conduttori non sono rettilinei, ma sono costretti a formare delle curve che alterano il valore del campo magnetico circostante. Rispetto alla situazione di un conduttore rettilineo, ad ogni curvatura del conduttore (o di un fascio di conduttori) corrisponde un aumento del campo magnetico nell area concava (parte interna alla curvatura) delimitata dal conduttore stesso, ed una diminuzione del campo magnetico nell area convessa (parte esterna alla curvatura). Vedi figura 43. La teoria dell elettromagnetismo ci insegna che all interno di un solenoide di lunghezza infinita, il campo magnetico è uniforme, mentre al suo esterno è nullo. Questo porta alla conclusione applicativa che il campo magnetico di cavi avvolti ad elica è inferiore a quello dovuto agli stessi cavi non avvolti ed è tanto minore quanto più è piccolo il passo d elica, come è dimostrato in figura 44. Figura 43 Aumento e riduzione del campo magnetico nei pressi di una curvatura di un fascio di cavi all interno di una cabina MT/BT Figura 44 Confronto tra il profilo laterale del campo magnetico associabile ad un cavo aereo precordato e quello che sarebbe prodotto dallo stesso cavo se i conduttori non fossero avvolti ad elica (simulato con un passo d elica di 100 m). Il diagramma si riferisce all induzione magnetica calcolata alla quota z=0,5 m e prodotta da un cavo ad elica visibile disposto lungo l asse y, ortogonale al foglio (C.933) 6
Metodi di schermatura del campo magnetico La schermatura di un campo magnetico a bassa frequenza non è un operazione semplicissima, ma è comunque possibile attraverso l uso di fogli, nastri, piastre o di materiale ferromagnetico ad elevata permeabilità (es. ferro), oppure di materiale conduttore ad elevata conducibilità (es. rame, alluminio, acciaio ad elevate caratteristiche magnetiche). L efficacia di uno schermo dipende da diversi parametri quali lo spessore, l estensione, la distanza dalla sorgente, la permeabilità e conducibilità del materiale, l applicazione e la connessione delle singole parti che lo costituiscono, l orientamento del campo inducente. Poiché gli schermi ferromagnetici tendono ad assorbire il flusso, anziché rifletterlo come fanno gli schermi conduttori, ne consegue la seguente conclusione: Utilizzando materiali ferromagnetici occorre realizzare schermi di forma chiusa formando strutture che circondino il più possibile le sorgenti in modo così da aumentarne l efficacia, soprattutto nelle vicinanze della sorgente stessa; Utilizzando materiali conduttori conviene realizzare schermi aperti, in modo da ottenere significativi risultati, soprattutto ad una certa distanza dalle sorgenti. Figura 45 Simulazione di un campo magnetico in assenza di schermi (Politecnico di Torino) Schermi ferromagnetici I materiali ferromagnetici, avendo una permeabilità più elevata rispetto a quella dell aria, offrono una via preferenziale al campo magnetico. In questo modo succhiano linee di flusso del campo magnetico dalla zona intorno alla sorgente da schermare. La loro efficacia schermante è pertanto elevata nelle immediate vicinanze dello schermo, mentre diminuisce di intensità all aumentare della distanza dallo schermo stesso. Operando a basse frequenze, per ottenere schermature efficaci, occorre utilizzare una notevole quantità di materiale ferromagnetico determinando pesi e ingombri molto elevati. L impiego di tali schermi è quindi da preferire per aree di dimensioni ridotte e nel caso sia importante ottenere l effetto di Figura 46 Simulazione di un campo magnetico in presenza di schermo magnetico (Politecnico di Torino) mitigazione nelle zone più vicine alla sorgente (figura 46). I parametri che bisogna valutare nella scelta di uno schermo ferromagnetico sono i seguenti: 7
La permeabilità magnetica del materiale impiegato: più è elevata e maggiore è l efficacia schermante; Lo spessore delle lamiere utilizzate è ininfluente in un range tra 5 e 10 mm (ipotizzando l uso di acciaio comune), ma diventa un fattore importante se si scende al di sotto dei 2 mm, sogli sotto la quale l efficacia schermante si riduce drasticamente; La conducibilità del materiale usato: se è elevata, allo schermo magnetico si aggiunge anche un effetto come schermo conduttore, dovuto alle correnti indotte; L estensione di uno schermo magnetico e la sua efficacia schermante vanno di pari passo. Occorre infatti fare in modo che lo schermo avvolga la sorgente, anche se non va trascurato l effetto di concentrazione di campo lungo i bordi dello schermo, dove il campo stesso può essere anche maggiore di quello iniziale; Se diminuisce la distanza tra la sorgente e lo schermo, migliora l efficacia schermante; Sono importanti, oltre che le dimensioni, anche la posizione e la forma dello schermo. Infatti, uno schermo magnetico di forma piana reagisce solo alla componente del campo magnetico ad esso parallela e quindi è importante studiare l orientamento del campo inducente. Schermi Conduttori Negli schermi conduttori, i campi magnetici variabili inducono delle correnti parassite, le quali, a loro volta creano un campo magnetico che si oppone a quello inducente. L impiego di materiali conduttori è particolarmente indicato quando si debbano ottenere riduzioni di campo magnetico, non solo nelle immediate vicinanze della sorgente (come fanno gli schermi ferromagnetici), ma anche a distanze maggiori (figura 47). I parametri che bisogna valutare nella scelta di uno schermo conduttore sono i seguenti: Figura 47 Simulazione di un campo magnetico in presenza di schermo conduttore (Politecnico di Torino) L efficacia schermante cresce linearmente con lo spessore del materiale utilizzato. Questo vale fino a spessori di 9 mm per il rame e di 12 mm per l allumino, corrispondenti alla massima profondità di penetrazione delle correnti parassite all interno dei due metalli. E evidente allora che uno spessore aggiuntivo a questi provoca solamente un aumento di peso e di ingombro, senza alcun miglioramento effettivo dello schermo; L efficacia schermante aumenta con la conducibilità del metallo impiegato. Da questo lato è sicuramente preferibile il rame, ma la minore efficacia dell alluminio può essere compensata da uno spessore superiore, essendo il suo peso specifico inferiore (in linea di massima, lastre di alluminio dello spessore di 5 mm sono equivalenti a lastre di rame dello spessore di 3 mm); L estensione di uno schermo conduttore e la sua efficacia schermante vanno di pari passo. Occorre infatti fare in modo che lo schermo avvolga il più possibile la sorgente di campo; Se diminuisce la distanza tra la sorgente e lo schermo, migliora l efficacia schermante; Il miglioramento della continuità elettrica fra gli elementi che costituiscono lo schermo, migliora l efficacia schermante, per cui è meglio saldare fra di loro le parti piuttosto che realizzare normali connessioni elettriche; Sono importanti, oltre che le dimensioni, anche la posizione e la forma dello schermo. Infatti, uno schermo conduttore di forma piana reagisce solo alla componente del campo magnetico ad esso perpendicolare e quindi è importante studiare l orientamento del campo inducente. Confronto fra schermi ferromagnetici e schermi conduttori La figura 48 mette a confronto l effetto di schermi ferromagnetici (Ferro) e schermi conduttori (Alluminio) tutti dello spessore di 3 mm. Dalla sua analisi si può concludere che con schermi conduttori, l effetto aumenta 8
con l aumentare del raggio dello schermo, mentre con schermi ferromagnetici è esattamente il contrario, cioè Figura 48 Effetto del raggio dello schermo sull efficienza schermante di schermi cilindrici (ferromagnetici e conduttori) attorno ad una terna di conduttori disposti a triangolo (C.933) bisogna stringere al massimo lo schermo cilindrico attorno ai conduttori. La figura 49 mostra invece due schermature di cavi interrati messe a confronto. In questo caso è decisamente più efficace lo schermo conduttore, ma a conferma che una soluzione non è sempre migliore dell altra, ma vanno valutati caso per caso tutti i fattori che possono influenzare il risultato, che sono, oltre all efficacia nell attenuazione del campo, anche il costo, le dimensioni, il peso, l ingombro, la facilità di posa in opera, nella linea interrata di Enel Distribuzione a 150 kv Lettere-Castellamare, sono stati schermati 4900 m di linea con una canaletta chiusa di acciaio zincato ad elevate caratteristiche magnetiche (figura 50). Lo spessore utilizzato è stato di 3 mm con all interno conduttori in alluminio da 1000 mm2. Figura 49 Effetto di schermi ferromagnetici e conduttori su una terna di conduttori in piano interrati. La schermatura è stata realizzata con piastre di ferro e di alluminio larghe 2 metri (C.933) Interventi che si possono effettuare all interno di una cabina MT/BT per ridurre il campo magnetico Vengono presi in considerazione due metodi di mitigazione dei campi magnetici generati dalle cabine, indicando nel primo sicuramente la scelta più efficace e preferibile: a) Agire sulla configurazione e componentistica della cabina eseguendo una o più delle seguenti azioni durante la messa in opera o la ristrutturazione della cabina: Allontanare le sorgenti di campo più pericolose (quadri e relativi collegamenti al trasformatore) dai muri della cabina confinanti con l ambiente esterno ove si vuole ridurre il campo. Infatti i collegamenti BT trasformatore-quadro sono in Figura 50 Esempio di montaggio della canaletta ferromagnetica schermante (a sinistra) e canaletta aperta prima della posa dei cavi (a destra) (AEIT) 9
genere quelli interessati dalle correnti e quindi dai campi magnetici più elevati; Avvicinare le fasi dei collegamenti utilizzando preferibilmente cavi cordati; Disporre in modo ottimale le fasi, nel caso in cui si utilizzino per esse più cavi unipolari in parallelo; Utilizzare unità modulari compatte; Nel caso in cui il collegamento trasformatore-quadro BT fosse ancora realizzato con piattina di rame nudo, sostituirlo con cavi posati possibilmente al centro della cabina; Utilizzare cavi tripolari cordati, piuttosto che cavi unipolari, per gli eventuali collegamenti entraesci in Media Tensione. Infatti, in particolare i circuiti che collegano le linee MT ai relativi scomparti di cabina (nel caso appunto di collegamento in entra-esci della cabina alla rete) sono percorsi da una corrente che può essere dello stesso ordine di grandezza di quelle dei circuiti di bassa tensione. Meno importanti, dal punto di vista della produzione di campi elettromagnetici, sono invece i collegamenti tra il trasformatore ed il relativo scomparto del quadro MT; in questo caso infatti la corrente è solamente di qualche decina di ampere e, generalmente, il percorso dei cavi interessa la parte più interna della cabina; Posizionare i trasformatori in modo che i passanti di media tensione (correnti basse) siano rivolti verso la parete della cabina ed i passanti di bassa tensione (correnti alte) siano invece rivolti verso il centro della cabina (questo ovviamente se i problemi sono oltre le pareti e non sopra il soffitto o sotto il pavimento). Utilizzare preferibilmente trasformatori in olio, invece che in resina, poiché la cassa in ferro rende trascurabili i flussi dispersi nell ambiente circostante, producendo un efficace azione schermante b) Utilizzazione di schermi ferromagnetici o conduttori. Se non fosse possibile mettere in atto le modalità installative viste sopra, o ancora peggio, se queste fossero insufficienti nell ottenere valori di campo magnetico nei limiti di legge, si può ricorrere alla tecnica della schermatura che viaggia su due binari: gli schermi magnetici e gli schermi conduttivi. Nel primo caso l obiettivo della schermatura è quello di distogliere il flusso magnetico dal suo percorso verso luoghi dove non dovrebbe andare, per convogliarlo in zone non presidiate da persone, mentre nel secondo si tratta di contrastare il flusso esistente con un altro contrario. La schermatura può essere limitata alle sorgenti (soprattutto cavi e quadri BT) od estesa all intero locale cabina. Tuttavia è necessario precisare alcune situazioni relative alla schermatura, individuate dalla guida CEI 11-35 e riprese dal nuovo progetto di guida: Gli interventi di schermatura, che sono facili da effettuare in fase progettuale, sono talvolta difficili (o addirittura impossibili) da realizzare su cabine esistenti e possono essere anche particolarmente costosi; La schermatura può essere parziale, limitata cioè alle principali sorgenti di campo magnetico (cavi, quadri, trasformatore) o al limite ad alcune pareti, oppure totale, ovvero estesa all intera cabina (figure 51, 52, 53); Figura 51 Esempio di schermatura di una cabina di trasformazione posta in vicinanza di locali adibiti ad abitazione (Boffelli &Pravato) Figura 52 Esempio di schermatura di una cabina di trasformazione posta in ambito industriale (Boffelli &Pravato) 10
Figura 53 Esempio di schermatura di una cabina MT/BT in ambiente industriale: immagini prima e dopo l intervento di schermatura (Boffelli &Pravato) La schermatura parziale consiste nell avvolgere le principali sorgenti di campo con schermi ferromagnetici se si vuole ridurre il campo nelle immediate vicinanze dello schermo, oppure conduttori se si vogliono ottenere migliori risultati anche a distanze maggiori. L'accoppiamento dei due tipi di schermo rappresenta la soluzione tecnica per risolvere i casi più difficili. Infatti, la geometria complessa dei circuiti di cabina, e quindi la presenza contemporanea di campi con componenti significative sia verticali che orizzontali, impone talvolta di dover ricorre a schermature combinate (con materiali conduttori e ferromagnetici); Nel caso di fasci di cavi, la schermatura può essere effettuata con profilati sagomati ad U di adeguato spessore. In questo caso lo schermo per essere efficace deve avere uno spessore di qualche millimetro; ciò conferisce per altro allo schermo buone proprietà meccaniche che lo rendono anche utilizzabile, se opportunamente sagomato, come struttura portante dei cavi da schermare; La schermatura totale di una parete può essere effettuata mettendo in opera lastre di materiale conduttore o ferromagnetico o di entrambi i tipi (figure 51, 52, 53); In alcuni casi pratici sono stati ottenuti dei buoni risultati impiegando lamiera di acciaio commerciale di spessore 3 mm 5 mm. A questo riguardo si evidenzia che gli acciai normalmente in commercio non sono caratterizzati da valori di permeabilità e conducibilità definiti, per cui la loro efficacia schermante può essere anche molto diversa da caso a caso. Per ovviare a questo inconveniente si possono utilizzare materiali ferromagnetici a permeabilità controllata, oppure materiali conduttori che hanno un comportamento ben definito ed una buona efficienza schermante; In definitiva, la scelta del tipo di schermo (sagoma, dimensioni, materiale) dipende molto dalle caratteristiche delle sorgenti e dal livello di mitigazione di campo magnetico che si vuole raggiungere. Per agevolare tale scelta progettuale appare quindi fondamentale ed indispensabile farla precedere da una fase propedeutica di caratterizzazione della cabina, attraverso la quale individuare i livelli di campo magnetico più significativi, descriverne la distribuzione spaziale in termini sia di intensità che di orientamento ed associare ad essi i componenti di cabina che verosimilmente ne rappresentano le sorgenti primarie. Esempi di schermature Varie sono le sorgenti che producono campi elettromagnetici di intensità elevata: elettrodotti e linee di distribuzione di grande amperaggio, sottostazioni elettriche, trasformatori, linee di alimentazione secondarie, apparecchi di manovra, sbarre e montanti, quadri elettrici, sistemi di messa a terra, apparecchiature per ufficio e per officina, macchinari industriali. Gli esempi di schermatura del campo magnetico qui presentati sono stati realizzati secondo la seguente procedura: rilievo del campo elettromagnetico, durante il quale viene realizzata una valutazione dettagliata delle sorgenti elettriche sulla base delle caratteristiche del campo magnetico da esse generato (valore assoluto, polarizzazione, contenuto armonico, variazioni spazio- 11
temporali). Dopo la valutazione, presa in esame delle varie strategie di gestione del campo magnetico disponibili e preparazione di una relazione, indicante anche i costi stimati per la soluzione del problema. Infine, schermatura magnetica per la riduzione delle emissioni provenienti da sorgenti ed apparecchiature elettriche, mediante schermi e barriere in rame/alluminio, acciaio a basso tenore di carbonio, ferro-silicio e nichel-ferro. Caso 1 Ufficio al di sotto di due elettrodotti Il secondo piano di un locale deve essere adibito ad ufficio. Al di sopra dell edificio passano due linee di trasmissione, una a 138 kv ed un altra a 69 kv. Siamo a New York. Sono stati registrati e simulati I livelli di campo magnetico in diverse condizioni di carico della linea, all interno ed intorno al luogo per valutare i requisiti necessari per lo schermo magnetico. L obiettivo era quello di ottenere 0,5 µt ad 1 metro sopra il pavimento e ad 1 metro dalle finestre, sia in condizioni medie di carico della linea che di picco. La soluzione adottata è quella di ricoprire con uno schermo magnetico soffitti, pavimenti e pareti del locale. Figura 54 Locale prima della schermatura. Costruito nel 1929, pavimento e travi in legno (VitaTech) Caso 2 Banca al di sopra di una cabina di trasformazione Figura 55 Locale dopo la schermatura. In oltre il 95% delle aree è stato raggiunto l obiettivo degli 0,5 µt, ed addirittura in molte zone il livello di campo è quasi nullo (VitaTech) Al di sotto del marciapiede adiacente ad una banca commerciale sono poste alcune sorgenti di campo elevato, quali linee e trasformatori facenti parte di una cabina elettrica. Siamo a Washington. La prima analisi, al piano terreno della banca, ad una altezza dal suolo di 1 metro, ha portato a incontrare valori compresi tra 1 µt e 8,6 µt. E stato installato, in quattro giorni di lavoro, uno schermo a doppio strato, nel locale posto al di sopra della cabina. Sei strati di materiale di protezione sono stati installati sulle pareti e cinque strati sul pavimento. Il risultato finale è che nel 95% dei locali protetti il campo magnetico ad 1 metro di altezza è inferiore ad 1 µt. Figura 56 Locale dopo la schermatura. In oltre il 95% delle aree è stato raggiunto l obiettivo di limitare il campo magnetico al di sotto di 1 µt (VitaTech) 12
Caso 3 Schermatura di uffici universitari All interno di tre uffici nella New York State University, posizionati al di sopra di un locale contenente apparecchiature di manovra, quadri e trasformatore, sono stati misurati valori di campo fino ai 14 µt. La schermatura, effettuata con un doppio strato di materiale magnetico, ha portato ad un livello non eccedente gli 0,5 µt. In figura 57 è rappresentata la situazione preesistente all opera di schermatura. I percorsi da start a end, indicano i punti di misura effettuati per la rilevazione spaziale della situazione. Dove non ci sono tacche significa che il campo è già inferiore agli 0,5 µt. Come si può osservare la situazione peggiore la si riscontra nella stanza 147. In figura 58 si può invece osservare la situazione dopo l operazione di schermatura. Figura 57 Misure effettuate prima della messa in opera della schermatura (VitaTech) 13
Figura 58 - Dopo la schermatura. Nonostante le finestre non siano state trattate, è stato ugualmente mantenuto un elevato tasso di riduzione del campo provocato dalle apparecchiature poste al di sotto (VitaTech) Caso 4 Schermatura di una stanza adibita computer per la stampa Sono stati rilevati campi magnetici elevati (fino a 13,5 µt) all interno di un locale contenente computer e server utilizzati per delle stampe di carattere commerciale. Al di là della parete occupata dai computer vi sono trasformatori e quadri di distribuzione, i quali causano disturbi agli schermi dei PC. Siamo in Virginia. E stato installato un doppio schermo magnetico sulla parete incriminata, mantenendo la stessa posizione delle prese a spina e delle porte di connessione dati dei PC. La schermatura ha portato a non superare la soglia di 1 µt. 14
Figura 59 Valori di induzione magnetica rilevati prima della schermatura (Vita Tech) Figura 60 Valori di induzione magnetica rilevati dopo l operazione di schermatura e fotografie dell intervento sulla parete (Vita Tech) 15
Caso 5 Schermatura di uffici di una banca Siamo a Dallas, in Texas, dove al di sotto di alcuni uffici di una banca è posizionata una cabina elettrica. Prima dell opera di schermatura il valore massimo di campo magnetico rilevato a livello del pavimento era di 40,1 µt (figura 61), dopo si è scesi a 1,2 µt (Figura 62), sempre a livello del pavimento. Le figure 63 e 64 mostrano invece i livelli di campo magnetico misurato nei vari punti del locale, prima e dopo l intervento di schermatura. In questo caso abbiamo lasciato i valori originali senza tradurli in europeo : questo per ricordare che negli Stati Uniti, per la misura del campo magnetico, vengono utilizzati i milligauss. 1 microtesla=10 milligauss, quindi per ottenere i microtesla dai milligauss basta spostare di una posizione a sinistra la virgola, ossia dividere per 10. Figura 61 Situazione dell ufficio prima della schermatura (Vita Tech) Figura 62 Situazione dell ufficio dopo la schermatura (Vita Tech) 16
Figura 63 Valori di induzione magnetica rilevati prima della schermatura (Vita Tech) 17
Figura 64 Valori di induzione magnetica rilevati dopo la schermatura (Vita Tech) 18