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Campi elettromagnetici a bassa frequenza

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ELF (extremely low frequency) è la terminologia anglosassone per definire i campi elettromagnetici a frequenze estremamente basse, ossia comprese tra 0 Hz e 3000 Hz. Nell´uso comune tali campi sono anche detti semplicemente "a bassa frequenza".

Le principali sorgenti artificiali di campi ELF sono:

  • i sistemi di trasmissione e distribuzione dell´energia elettrica, comunemente detti elettrodotti e costituiti da:
    - linee elettriche a differente grado di tensione (altissima, alta, media, bassa), nelle quali fluisce corrente elettrica alternata alla frequenza di 50 Hz
    - impianti di produzione dell´energia elettrica
    - stazioni e cabine di trasformazione elettrica
  • i sistemi di utilizzo dell´energia elettrica, ossia tutti i dispositivi, ad uso domestico ed industriale, alimentati a corrente elettrica alla frequenza di 50 Hz, quali elettrodomestici, videoterminali, etc.

In USA, Canada e Giappone si utilizza corrente alternata alla frequenza di 60 Hz.

In prossimità di un elettrodotto si generano un campo elettrico e un campo magnetico e l´esposizione è valutabile misurando separatamente l´entità del campo elettrico e del campo magnetico. Infatti a tale frequenza le dimensioni e distanze reciproche degli oggetti sono molto inferiori alla lunghezza d´onda.

 

SISTEMI DI TRASMISSIONE E DISTRIBUZIONE DELL´ENERGIA ELETTRICA

Linee elettriche

Le caratteristiche principali di una linea elettrica sono la tensione di esercizio, misurata in chilovolt (kV) e la corrente trasportata, che si esprime in Ampére (A).
Le tensioni di esercizio delle linee elettriche in Italia sono 0.4 e 15 kV per la bassa e media tensione, 132, 220 e 380 kV per l´alta e altissima tensione. In America esistono anche linee a 765 kV ed a 1000 kV. Dalla tensione di esercizio dipende l´intensità del campo elettrico generato, che aumenta all´aumentare della tensione della linea. La tensione di esercizio è un parametro costante all´interno della linea: quindi per una linea ad una data tensione, il campo elettrico in un determinato punto risulta costante nel tempo.
Nello spazio l´intensità del campo elettrico diminuisce all´aumentare della distanza dalla linea e dell´altezza dei conduttori. Il campo elettrico ha la caratteristica di essere facilmente schermabile da oggetti quali legno, metallo, ma anche alberi ed edifici: tra l´esterno e l´interno di un edificio si ha una riduzione del campo elettrico che è in funzione del tipo di materiale e delle caratteristiche della struttura edilizia.
Ad esempio se al di sotto una linea a 380 kV si possono misurare valori di campo elettrico di 4.5-5 kV/m, all´interno di edifici posti nelle vicinanze della linea si riscontrano livelli di campo di 10-100 volte inferiori, a seconda della struttura del fabbricato e del materiale usato per la costruzione.

L´intensità del campo magnetico dipende invece proporzionalmente dalla corrente circolante. Tale corrente è variabile nel tempo in dipendenza dalle richieste di energia e mediamente può assumere valori da alcuni Ampere ad un migliaio di Ampere, a seconda della linea elettrica.
Anche l´intensità del campo magnetico diminuisce nello spazio all´aumentare della distanza dalla linea e dell´altezza dei conduttori. A differenza del campo elettrico, però, il campo magnetico non è schermabile dalla maggior parte dei materiali di uso comune, per cui risulta praticamente invariato all´esterno e all´interno degli edifici. Ad es. se si misurano livelli di campo magnetico di 15-20 µT sotto una linea a 380 kV, all´interno di edifici vicini i valori di campo rilevati risultano di entità paragonabile.

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Le linee elettriche possono essere aeree o interrate. Le prime sono costituite da fasci di conduttori aerei sostenuti da appositi dispositivi (tralicci o pali) che formano campate con il tipico andamento a catenaria, ed a loro volta si distinguono in linee aeree in conduttori nudi e linee aeree in cavo. Le linee interrate invece sono sempre in cavo. Nelle linee aeree in conduttori nudi i conduttori sono distanziati tra loro, sospesi tramite isolatori e sorretti da opportuni sostegni. Nelle linee in cavo i conduttori sono isolati (rivestiti da una guaina isolante) e attorcigliati tra loro (cavi elicordati).

I conduttori attivi (ossia sotto tensione e percorsi da corrente), costituiti da corde di rame o di alluminio-acciaio, sono normalmente in numero di tre, a formare una terna trifase in cui la tensione sui singoli conduttori è la stessa, ma risulta sfasata di 120ş. A seconda della disposizione dei conduttori, si distinguono per le linee aeree una conformazione a delta ed una conformazione a pino.

 

Rete elettrica

 Alcuni elettrodotti sono costituiti da due terne, e vengono perciò chiamati a doppia terna. La doppia terna può essere ottimizzata o non ottimizzata. Si parla di doppia terna ottimizzata quando le coppie di conduttori ad eguale altezza hanno fasi diverse e correnti concordi oppure fasi uguali e correnti discordi, mentre la doppia terna è non ottimizzata quando le coppie di conduttori ad eguale altezza hanno fasi uguali e correnti concordi oppure fasi diverse e correnti discordi.

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Le linee aeree ad alta tensione hanno di norma un ulteriore conduttore non attivo (a potenziale nullo) detto fune di guardia, con la funzione di parafulmine.
Le linee aeree in conduttori nudi sono la tipologia più utilizzata per gli elettrodotti ad alta tensione, mentre le linee interrate, costruite frequentemente sotto le superfici stradali, ma anche sotto suolo nudo, sono usate soprattutto per la media e bassa tensione.
Nelle linee interrate il campo elettrico è fortemente attenuato sia dal terreno sia dalla schermatura dei cavi, mentre lo stesso non avviene, come sopra illustrato, per il campo magnetico.
In generale si può affermare che l´intensità del campo elettrico a livello del suolo immediatamente al di sopra dei cavi di una linea interrata è inferiore a quella del campo elettrico immediatamente al di sotto di una linea aerea in conduttori nudi alla medesima tensione. Ciò è dovuto soprattutto ad una maggiore compensazione delle componenti vettoriali associate alle diverse fasi, per effetto della reciproca vicinanza dei cavi, che essendo isolati, possono essere accostati l´uno all´altro.

 

Impianti di produzione dell´energia elettrica

Sono di diversi tipi a seconda della fonte di energia che viene utilizzata per produrre energia elettrica; di seguito vengono elencate le principali categorie di centrali di produzione:

Centrale idroelettrica: impianto che trasforma l´energia dell´acqua di un fiume o di uno sbarramento in energia elettrica. Le centrali idroelettriche in Italia per lo più sono ubicate lungo l´arco alpino ed in alcune zone appenniniche.

Centrale termoelettrica: impianto che trasforma l´energia termica dei combustibili in energia elettrica attraverso la creazione di vapore o utilizzando i gas derivati dalla combustione. E´ composta da tre parti fondamentali: caldaia, turbina e alternatore.

Centrale eolica: impianto che trasforma l´energia del vento in energia elettrica sfruttando il movimento rotatorio di turbine dette aerogeneratori.

Esistono anche altri impianti di produzione di energia da fonti rinnovabili, quali le centrali fotovoltaiche, geotermiche e a biomasse.

centrale termoelettrica centrale idroelettrica centrale eolica



Stazioni e cabine di trasformazione elettrica

Una stazione o cabina di trasformazione è costituita da un complesso di apparecchiature che servono per trasferire l´energia elettrica tra linee elettriche a tensioni diverse. La conversione ad un livello di tensione inferiore è effettuata tramite uno o raramente due trasformatori con una potenza di alimentazione adeguata.

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Gli elettrodotti distribuiti sul territorio danno luogo nel loro complesso alla rete elettrica.
La rete elettrica nazionale è articolata in una rete di trasmissione e in tre reti di distribuzione rispettivamente ad alta, media e bassa tensione.
La gestione unificata della rete di trasmissione è di competenza del GRTN (Gestore della Rete di Trasmissione Nazionale), mentre la proprietà della stessa può essere di diversi soggetti, quali Terna/Gruppo Enel, RFI, Edison, etc. Per quanto riguarda le reti di distribuzione, il soggetto concessionario ha il monopolio su un determinato territorio ed anche in questo caso i proprietari possono essere diversi: Enel Distribuzione, RFI, Aziende Municipalizzate (META, AMPS, HERA, etc.).
Il primo nodo della rete elettrica è costituita dalle centrali di produzione dell´energia elettrica, che in Italia sono per la maggior parte (2/3) termoelettriche, per 1/5 idroelettriche ed in minima parte geotermiche, eoliche e fotovoltaiche.

Rete di trasmissione:

La Rete di Trasmissione Nazionale (RTN) è costituita da tutte le linee elettriche ad altissima tensione (AAT: 380 kV e 220 kV) (linee di trasmissione ad altissima tensione), da alcune linee ad alta tensione (AT: 132 kV) (linee di trasmissione ad alta tensione) nonché dalle stazioni di trasformazione AAT/AT (380-220/132 kV). La RTN costituisce l´ossatura principale della rete elettrica nazionale e svolge il ruolo di interconnessione degli impianti di produzione nazionale (centrali) e di collegamento con la rete elettrica internazionale.
Le linee elettriche di trasmissione ad altissima tensione (380-220 kV) e ad alta tensione sono utilizzate per il trasporto dell´energia elettrica su grandi distanze.
I vantaggi delle linee ad altissima ed alta tensione si possono individuare nei punti seguenti in quanto:
- aumentando la tensione aumenta l´efficienza di trasmissione;
- occorre un minor numero di installazioni e quindi si ha una minore compromissione del territorio.

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Le stazioni di trasformazione AAT/AT (380/132 kV) o stazioni primarie sono collocate in prossimità di alcuni centri o utenze importanti (grandi città o grandi complessi industriali) e trasformano l´energia dalla tensione di trasporto a quella della rete di distribuzione ad alta tensione. Le stazioni primarie occupano spazi notevoli sul territorio e sono il punto di arrivo e partenza di più linee aeree; sono solitamente costruite in zone con scarsa presenza di abitazioni e pertanto generalmente non pongono problemi dal punto di vista dell´esposizione della popolazione.

Rete di distribuzione ad alta tensione:

Le linee elettriche di distribuzione ad alta tensione (AT: 132-50 kV) collegano le stazioni di trasformazione AAT/AT alle stazioni di trasformazione AT/MT e in alcuni casi sono deputate alla fornitura di energia elettrica alle grandi utenze (es. industrie con elevati consumi). La necessità della costruzione di linee di distribuzione ad alta tensione scaturisce dalla crescente richiesta di energia elettrica e dalla conseguente esigenza di collegare i luoghi di produzione con i luoghi di consumo di tale energia.

Rete di distribuzione a media tensione:

Le stazioni di trasformazione AT/MT (132-50/15 kV) o cabine primarie (CP) trasformano l´energia elettrica dall´alta tensione alla media tensione di distribuzione. Sono ubicate nei territori provinciali nelle aree territoriali interessate dai più elevati fabbisogni di potenza ed energia elettrica e garantiscono la fornitura di energia per i diversi settori produttivi (industrie, centri commerciali, etc.) e per gli utenti domestici di grandi dimensioni (grandi condomini).
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Le linee elettriche di distribuzione a media tensione (MT: 15 kV) si distinguono in linee principali denominate dorsali, alimentate dalle cabine primarie, che interessano, di norma, il territorio di più comuni e servono a garantire la fornitura di energia a grandi clienti (medie utenze industriali), e da linee secondarie dette derivazioni (derivate appunto dalle dorsali), che di norma interessano i singoli territori comunali. Le linee dorsali collegano tra loro, alimentandole, le cabine di trasformazione MT/bt.

Rete di distribuzione a bassa tensione:

Le cabine di trasformazione MT/bt (15 kV/380-220 V) o cabine secondarie trasformano l´energia elettrica dalla media tensione di distribuzione alla bassa tensione di utilizzazione, e possono essere inserite in aree vicine ad edifici o in alcuni casi all´interno di edifici. Più precisamente le tipologie costruttive delle cabine MT/bt sono le seguenti:
- Cabine box ed a torre separate dal resto degli edifici;
- Cabine minibox da collocare in ambito urbano aventi ridotta dimensione.
In casi estremi, soprattutto nell´ambito di zone fortemente urbanizzate si possono trovare trovare cabine all´interno di edifici destinati a permanenza di persone ma la loro collocazione in quest´ambito o risale a costruzioni antecedenti gli anni ´90 o va fortemente motivata dal richiedente.
Nelle aree rurali, con case sparse, al posto delle cabine di trasformazione, sono previsti i posti di trasformazione su palo.
Poiché il trasporto di energia elettrica, a causa di vincoli tecnici, viene effettuato in alta e media tensione, le cabine secondarie sono impianti indispensabili per poter garantire in sicurezza la fornitura di energia elettrica a bassa tensione ai cittadini che ne fanno richiesta, in attuazione agli obblighi derivanti dalle leggi vigenti ai concessionari del servizio elettrico. L´esigenza di costruire nuove cabine MT/bt si può manifestare nei seguenti casi: a) nell´ambito delle opere di urbanizzazione primaria e/o generale, nel caso si debbano elettrificare centri residenziali, aree lottizzate, aree destinate a pluralità di insediamenti industriali, artigianali, terziari, autorizzati, di norma, attraverso Piani Particolareggiati di iniziativa pubblica o privata; b) per soddisfare nuove richieste di allacciamento avanzate da singoli cittadini; c) in conseguenza dell´aumento di potenza richiesto dai cittadini già allacciati alla rete elettrica (introduzione di nuovi elettrodomestici, modifiche di destinazione d´uso di locali, ristrutturazione degli edifici...).
In riferimento ai valori di campo elettrico e magnetico prodotti nelle aree confinanti, da misure sperimentali, nel caso specifico di cabine di trasformazione MT/bt con collegamenti in cavo interrato in ingresso ed in uscita, a distanza dalle pareti superiori a 50 cm si trovano in genere valori di E < 5 V/m e di H < 10 µT.

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Le linee elettriche di distribuzione a bassa tensione (bt:380-220 V)

sono quelle che trasportano la corrente per la fornitura alle piccole utenze (abitazioni, esercizi pubblici commerciali ed altre attività lavorative artigianali o della piccola industria e similari). I conduttori possono essere aerei o interrati. Solitamente sono ammarati agli edifici, entrano negli stessi ed alimentano il quadro contatori; la corrente viene poi distribuita ai singoli utenti. L´alimentazione delle linee a bassa tensione che interessano il territorio è garantita dalle cabine secondarie MT/bt.

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