Università degli Studi di PerugiaFacoltà di Ingegneria
Inquinamento da campi elettromagnetici
Corso di Impatto AmbientaleModulo A: Pianificazione Energetica
Ing. Giorgio Baldinelli
a.a. 2012-13
Lo spettro elettromagnetico
Possibili sorgenti
• DC Sistemi di trasporto su rotaie in Italia• 16 Hz Treni/metro europei• 50 Hz Impianti civili• 3-30 kHz Trasmissioni marittime• 30-300 kHzTrasmissioni navali Loran• 300-3000 kHz Trasm. AM, Forni, saldatrici a
fusione• 3-30 MHz Radioamatori, saldatrici, diatermia,
essiccatori, sterilizzatori• 30-300 MHz FM, VHF, cordless, radiomobili, CB• 300 MHz-3 GHz UHF, cellulari, diatermia, radar,
telemetria,TV• 3 - 30 GHz ponti radio, satellitari, radar, altimetri• 30-300 GHz satelliti, astronomia, spettroscopia
Spettri di frequenze
• Il Sole: l’energia solare incidente quotidianamente sulla terra è costituita da onde elettromagnetiche in un ampio spettro di frequenze
• La Terra: il campo magnetico terrestre prodotto da correnti elettriche circolanti negli strati profondi della crosta terrestre
• I tessuti biologici sono attraversati continuamente da correnti biochimiche che accompagnano le funzioni fisiologiche
Sorgenti naturali
• Impianti di generazione, trasporto e distribuzione dell’energia elettrica
• Impianti per le telecomunicazioni (radio, televisione, telefonia cellulare)
• Tutti i dispositivi elettrici ed elettronici
Sorgenti artificiali
Campi elettromagnetici: le normativeL. Q. N° 36/2001: Legge Quadro sulla protezione dalle esposizioni a campi elettrici, magnetici e elettromagnetici
LEGGE QUADRO N° 36/2001
LEGGE QUADRO N° 36/2001
LEGGE QUADRO N° 36/2001
LEGGE QUADRO N° 36/2001
DPCM 8 luglio 2003: fissazione dei limiti di esposizione, dei valori di attenzione e degli obiettivi di qualità per la protezione della popolazione dalle esposizioni a campi elettrici, magnetici ed elettromagnetici generati a frequenze comprese tra 100 kHz e 300 GHz
DPCM 8 luglio 2003
DPCM 8 luglio 2003
DPCM 8 luglio 2003
CEM da produzione dell’energia elettrica
• L’elettricità viene prodotta trasformando, in apposite centrali, il potenziale energetico contenuto nelle fonti esistenti in natura– Centrali idroelettriche– Centrali termoelettriche– Centrali nucleari– Centrali geotermiche– Centrali eoliche– Centrali fotovoltaiche
Trasmissione e distribuzione
Schema italiano di generazione, trasmissione e distribuzione dell’energia elettrica
E’ adottata la corrente alternata con sistema di distribuzione trifase
La frequenza adottata è di 50Hz in Europa e 60Hz in America
Struttura del sistema elettrico
Rete di trasmissione dell’energia elettrica
• Stazioni primarie
• Rete di distribuzione primaria
• Cabine primarie
• Linee di distribuzione a media tensione
• Cabine secondarie
• Rete di distribuzione a bassa tensione
Tipologie di installazione: esempi
Cabina primaria AT/MT Elettrodotto AT
Tipologie di installazione: esempi
Linea elettrica in media tensione
Trasformatore MT/BT a palo
Cabina secondaria MT/BT
Elettrodotti - Campo elettrico
• Il campo elettrico generato dagli elettrodotti dipende principalmente dalla tensione della linea
• Dipende dalla distanza dalla linea e dall’altezza dei conduttori da terra
• In prossimità delle linee elettriche si misurano i seguenti valori tipici:– linee AAT a 380kV 4500 - 8000 V/m– linee AT a 132kV - 150kV 2000 - 3000 V/m– linee MT a 10kV - 30kV 200 V/m
• E’ schermato dagli edifici
Elettrodotti - Campo magnetico
• Dipende principalmente dall’entità delle correnti che circolano nei conduttori
• Dipende dalla distanza dalla linea, dall’altezza dei conduttori da terra e dall’ordine delle fasi
• In prossimità delle linee elettriche si misurano i seguenti valori tipici:– linee AAT a 380kV 15 - 20 mT– linee AT a 132kV - 150kV 10 mT– linee MT a 10kV - 30kV 5 mT
• Non è schermato dagli edifici
Elettrodotti - Campo magnetico
• La figura precedente mostra il “profilo laterale” del
campo magnetico a 50 Hz prodotto al suolo da un
elettrodotto 380 KV doppia terna da 2000 MW (1500 A),
a partire dall’asse della linea fino a 100 metri di distanza,
con altezza minima dei conduttori dal suolo pari a 11,34
metri (Legislazione italiana DMLP 16 gennaio 1991).
Elettrodotti - Campo magnetico
Elettrodotti - Campo magnetico: confronti
- La presenza di edifici nell’immediata prossimità degli elettrodotti attenua il campo elettrico (che all’interno degli edifici è praticamente nullo).
- Il campo magnetico, al contrario di quello elettrico, non può essere schermato da oggetti vicini alla linea (alberi o muri degli edifici) né si riduce sensibilmente all’interno delle abitazioni.
- Il campo magnetico in prossimità di un elettrodotto, essendo legato al valore dell’intensità di corrente che circola nei conduttori, varia durante le ore della giornata in funzione dei carichi che sono allacciati alla linea sotto esame.
- Distanze minime: linee a 132 kV >= 10 m linee a 220 kV >= 18 m linee a 380 kV >= 28 m
ElettrodottiCampo magnetico: osservazioni
Campo Elettromagnetico Indoor
• Qualunque apparecchio che funziona ad energia
elettrica genera un campo elettrico e magnetico a
bassissima frequenza ogni volta che è in funzione
• Quando l’apparecchio è spento si può rilevare solo il
campo elettrico generato dai conduttori di alimentazione
• Il livello di campo elettrico riscontrabile è di pochi V/m.
Quando l’apparecchio viene messo in funzione si genera
un campo magnetico che dipende esclusivamente
dall’intensità di corrente e che può assumere valori
piuttosto elevati
Valori tipici di campo elettrico
Lampada ad incandescenza 2Aspirapolvere 16 ÷ 90Televisione 30 ÷ 90Asciugacapelli 40 ÷ 80Ferro da stiro 60 ÷ 120Frigorifero 60 ÷ 110Stereo 90 ÷ 180Coperta elettrica 250 ÷ 4500*
* alla distanza di 1 cm
Campo elettrico [V/m] misurato a 30 cm dagli apparecchi elettrici
Valori tipici di campo magnetico
Distanza 3cm Distanza 30cm
Lampada ad incandescenza 400 4Aspirapolvere 200÷800 2÷20Televisione 25÷50 0.04÷2Asciugacapelli 60÷2000 0.01÷1Ferro da stiro 8÷30 0.2÷0.4Stereo 4 0.5Coperta elettrica 2÷3 0.1÷0.2
Campo magnetico [mT] misurato a 3 e 30 cmdagli apparecchi elettrici
CEM a bassa frequenza: effetti biologici
• Negli ultimi 20 anni è emerso un crescente interesse
scientifico per gli effetti biologici dei campi
elettromagnetici a bassa frequenza (CEMBF)
• A livello cellulare gli effetti delle interazioni delle
radiazioni elettromagnetiche con le componenti
strutturali della cellula possono essere classificate in
– reazioni di tipo termico
– reazioni di tipo biologico
Interazioni delle radiazioni con la materia vivente (1)
• Le correnti indotte da campi elettrici nei tessuti umani o le vibrazioni molecolari trasformano l’energia elettromagnetica in calore
• Negli animali omeotermi e nell’uomo il sistema di termoregolazione permette di mantenere la temperatura corporea costante
• Un riscaldamento eccessivo dei tessuti provocherebbe un danno irreversibile alle strutture proteiche e lipidiche
• L’energia trasferita dai CEMBF è di piccola entità, per cui il calore provocato può essere facilmente controllato dai meccanismi di termoregolazione
CEM a bassa frequenza: effetti biologici
• I CEMBF possono provocare
– alterazioni stereochimiche delle molecole
– orientamento paramagnetico molecolare
– azioni sugli elettroliti
– rottura di legami secondari
• causando così
– modificazioni a livello della membrana cellulare
– modificazioni a livello del nucleo e del DNA
Interazioni delle radiazioni con la materia vivente (2)
CEM a bassa frequenza: effetti biologici
• Sono stati segnalati effetti che provocano
– alterazioni del sistema immunitario
– alterazioni dei ritmi biologici circadiani
– alterazione nella produzione di melatonina
– effetti sul sistema nervoso ed endocrino
• La letteratura sull’argomento evidenzia che i campi
elettromagnetici producono effetti biologici
• Tuttavia molti di questi effetti sono di piccola entità e
difficili da registrare
Interazioni delle radiazioni con la materia vivente (3)
CEM a bassa frequenza: effetti biologici
Effetti sulla salute
• Gli effetti sulla salute provocati da esposizioni prolungate
a CEMBF devono ancora essere ben studiati
• Si distingue in
– Effetti acuti
– Effetti cronici
• Effetti osservati
– alterazioni comportamentali
– alterazione dell’attività cerebrale
– induzione di neoplasie maligne
CEM a bassa frequenza: effetti biologici
Strumenti di rilevazione
A banda larga
Misura semplice ed immediata per valutare se siamo sopra i limiti
A banda stretta
Analizzatore di spettro con indicazione della frequenza. Misura complessa ed estesa
CEM a bassa frequenza: effetti biologici
• I campi elettromagnetici non ionizzanti (sorgenti NIR)
hanno una banda compresa tra 300 kHz e 300 GHz
• L’agente inquinante (campo elettrico e/o magnetico)
decresce rapidamente allontanandosi dalla sorgente
• L’azione inquinante si esercita nell’ambiente solo quando
la sorgente è accesa.
• Allo stato attuale si può affermare che non esiste un
inquinamento su vasta scala territoriale, ma le zone
inquinate sono limitate alle vicinanze della sorgente
CEM ad alta frequenza
Banda Limiti di frequenza Principali sorgenti
MF da 300kHz a 3MHz Radio AM; riscaldatori ad induzionemagnetica
HF da 3MHz a 30MHz Radiocomunicazioni internazionali;riscaldatori a perdite dielettriche;marconiterapia
VHF da 30MHz a 300MHz Radio FM; televisione
UHF da 300MHz a 3GHz Televisione; telefonia cellulare; fornia microonde; radar per il controllodel traffico aereo; radarterapia
SHF da 3GHz a 30GHz Sistemi di controllo a microonde;radar, collegamenti da satellite
EHF da 30GHz a 300GHz Radar; applicazioni scientifiche
CEM ad alta frequenza: principali sorgenti
• Macchine per trattamenti termici– trasformano l’energia elettromagnetica in calore– sono utilizzate in processi che richiedono un
riscaldamento rapido con cicli controllabili
• In base all’azione fisica predominante si classificano in tre categorie:– riscaldatori a perdite dielettriche– riscaldatori a induzione magnetica– riscaldatori a microonde
• Sono progettate per erogare potenza in bande di frequenza assegnate da convenzioni internazionali
CEM ad alta frequenza: macchine industriali
• Sono impiegati per il trattamento di materiali dielettrici
(legno, materie plastiche, fibre vegetali, ecc.)
• Sono progettati per creare forti campi elettrici (decine di
kV/m). Sono costituiti da un generatore a radiofrequenza
e da un applicatore a condensatore
• L’applicatore è formato da due superfici metalliche
affacciate (condensatore) al cui interno è sistemato il
materiale da trattare termicamente
• La potenza del generatore va dalle centinaia di W alle
decine di kW
CEM ad alta frequenzaRiscaldatori a perdite dielettriche
• Sono impiegati nell’industria siderurgica (tempera
superficiale, ricottura e riscaldamento di metalli,
saldatura di tubi), nell’industria elettronica (raffinamento
di semiconduttori, produzione di fibre ottiche),
nell’oreficeria (fusione di metalli preziosi)
• Sono progettati per creare forti campi magnetici. Sono
costituiti da un generatore a radiofrequenza e da un
applicatore a bobina
• Le potenze impiegate vanno dalle centinaia di kW alle
migliaia di kW
CEM ad alta frequenzaRiscaldatori a induzione magnetica
• Si dividono in due classi:
– per usi domestici
– per usi industriali
• Gli apparati industriali sono progettati per la precottura, il
riscaldamento, l’essiccamento e la sterilizzazione di
grosse quantità di materiale
• Gli apparati industriali impiagano potenze di alcune
decine di kW
CEM ad alta frequenzaRiscaldatori a microonde
• Sono progettati per irradiare nello spazio onde
elettromagnetiche che trasferiscono informazione ai
sistemi riceventi
• Sono di due tipi:
– direttivi (ponti radio, comunicazioni spaziali)
– a diffusione (radio, televisione)
CEM ad alta frequenzaApparati per telecomunicazioni
• La potenza irradiata dalle stazioni radio base è al
massimo di alcune centinaia di W
• Valori confrontabili con gli standard di sicurezza si
raggiungono a poche decine di metri dall’antenna
CEM ad alta frequenzaSistemi radiomobili
• Esempi di dispositivi elettronici in grado di emettere campi elettromagnetici apprezzabili:
– telefoni cellulari
– telefoni cordless domestici e cittadini (DECT)
– babyphone
– walkie-talkie
– apparecchi per radioamatori
– forni a microonde
– sistemi di controllo a microonde
– videoterminali
– varchi magnetici
CEM ad alta frequenzaDispositivi elettronici
• Radar– a impulsi (elevata potenza di picco - fino a 2MW)– doppler (potenze dell’ordine dei kW)
• Radioaiuti alla navigazione• Applicazioni biomedicali
– Risonanza magnetica nucleare (10 ÷ 70 MHz)– Termografia a microonde (0.5 ÷ 2.5 GHz)– Marconiterapia– Radarterapia– Terapia ipertermica
CEM ad alta frequenzaAltre applicazioni
• Il campo elettromagnetico emesso da un’antenna non è uniforme in tutte le direzioni
CEM ad alta frequenzaValutazione del campo elettromagnetico
Lobo orizzontale Lobo verticale
CEM ad alta frequenza Tipologie di installazione: esempi
Stazione radio base Antenna per radioamatore
Stazione radio base Ponte radio
CEM ad alta frequenza Tipologie di installazione: esempi
Antenne per telecomunicazioni
CEM ad alta frequenzaTipologie di installazione: esempi
CEM ad alta frequenzaContenimento dell’impatto ambientale
Stazioni radio base camuffate da pino
CEM ad alta frequenzaStrumenti di misura
• Struttura degli apparati di misura– a rivelazione diretta– ad accoppiamento a radiofrequenza
• Ogni apparato di misura è formato da 3 sottosistemi:– sensore– linea di collegamento– apparato di misura e visualizzazione
• Sono possibili due strategie di misura:– a banda larga– a banda stretta
CEM ad alta frequenzaTipologie di sensori
• Sensori per campo elettrico– sensori a condensatore– sensori a dipolo o monopolo corto
• Sensori per campo magnetico– sensori ad accoppiamento induttivo
• Antenne– dipolo a mezz’onda– antenne biconiche– antenne logaritmiche
CEM ad alta frequenzaEffetti biologici
• L’esposizione a campi elettromagnetici comporta l’innalzamento della temperatura dei tessuti biologici (effetto termico)
• Gli effetti non termici dei campi elettromagnetici ad alta frequenza non sono ancora ben conosciuti
• Effetti non termici osservati:– alterazione degli enzimi della membrana cellulare– alterazione della crescita cellulare– alterazione del DNA e dei meccanismi di riparazione– induzione di neoplasie
CEM ad alta frequenzaEffetti sulla salute umana
• Effetti acuti– effetto termico, particolarmente accentuato alle alte frequenze
a causa dell’acqua presente nei tessuti– effetti cardiaci su persone con disturbi cardiaci e pacemaker
• Effetti cronici o di lungo periodo– effetto sul sistema nervoso (condizione di stress)– effetti sul comportamento (comportamenti motori insoliti,
irrequietezza)– aumento delle frequenza cardiaca e della pressione ematica– elettrosensibilità (alterazioni cutanee, segnalate in particolare
per operatori a videoterminale)
Campi elettromagnetici ela percezione del rischio
Il problema cruciale della valutazione dei rischi si lega:
A) da un lato a quello di una corretta analisi dei dati
scientifici
B) dall’altro a quello, non meno importante ma fino ad ora
solo in parte esplorato, dei meccanismi attraverso i quali i
rischi vengono comunicati e percepiti
Fattori che influenzanola percezione del rischio
• Potenziale catastrofico• Familiarita’ con la
sorgente di rischio• Comprensione dei
meccanismi• Incertezza nelle
conoscenze• Controllabilita’ del rischio• Effetti sui bambini • Effetti sulle generazioni
future• Gravita’ degli effetti
• Fiducia nelle istituzioni• Attenzione dei mezzi di
informazione• Incidenti accertati• Equita’ di rischi e benefici• Evidenza dei benefici• Evidenza scientifica• Coinvolgimento personale
Politiche cautelative
Scelte politiche indipendenti dalle valutazioni scientifiche possono portare alla adozione di misure cautelative che, se adeguatamente giustificate e condivise, corrispondono anche ad un orientamento che va sempre piu’ affermandosi verso un “principio di precauzione”
Una recente comunicazione dell’Unione Europea (CE 2001) sul principio di precauzione richiede, prima di mettere in atto delle politiche cautelative:
A) una accurata definizione del rischio
B) una analisi costi/benefici
Scienza, comunicazione e politica sanitaria
Esistono differenze nella valutazione del rischio dovuto ai CEM tra comunita’ scientifica e la popolazione: questo e’ dovuto a una carenza di comunicazione nella diffusione delle conoscenze e della loro comprensione.
Un efficace sistema di informazione sui temi sanitari tra scienziati, governo, industria e pubblico e’ necessario per aumentare il livello di conoscenza generale delle tecnologie che generano CEM e quindi ridurre sfiducia e paura sia reale che percepibile.