Tecniche di misura per sistemi ed apparati elettrici (bassa frequenza)

Tecniche di misura per sistemi
ed apparati elettrici
(bassa frequenza)
Claudio Baratta - ISPRA
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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 2116 e 211-7) e in aggiunta da altre guide elaborate da
organismi competenti
misurazioni in bassa
frequenza
misurazioni in alta
frequenza
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Metodiche di misurazione (2)
Misurazioni in bassa frequenza
Norma Italiana CEI 211-6 (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”
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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)
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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)= 30000 m
(λ
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).
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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
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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.
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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.
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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.).
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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
le misurazioni di CE
perturbato dal corpo umano
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
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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.
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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).
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Analisi delle variazioni spaziali (2)
Mappatura dell’induzione magnetica in un tipico ambiente domestico
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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.
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Analisi delle variazioni temporali (2)
Campo magnetico
Dipendendo dalla corrente, è fortemente variabile nel
il problema è determinare un intervallo
tempo
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.
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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
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Analisi delle variazioni temporali (4)
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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
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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
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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)
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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 211-6
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
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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
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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).
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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 (Bi e Ii): se ρ ≥ 0,9 si può procedere con la
valutazione indiretta
Per ogni coppia di campioni calcolare il rapporto Ri=Bi/Ii
Calcolare la media aritmetica Rm degli Ri
Dallo storico delle correnti individuare la massima
mediana giornaliera di corrente Imax nei 365 giorni
precedenti il giorno dei rilievi
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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
Bmax=Imax·Rm e
confrontarlo
direttamente con il valore limite applicabile
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Appendice alla CEI 211-6
È in fase di predisposizione una appendice alla CEI 211-6
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.
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Linee elettriche aeree
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Linee elettriche aeree (2)
28
Linee elettriche aeree (3)
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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
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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
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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
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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
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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
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Linee elettriche in cavo interrato
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Linee elettriche in cavo interrato (2)
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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
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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
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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
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Cabine elettriche secondarie MT/BT
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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)
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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
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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)
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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
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Cabine primarie e Stazioni elettriche
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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
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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
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Fine
[email protected]
Tel. 0650072908
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