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Monitoraggio dei Campi EM di origine antropica

Nelle bande ELF-LF-VHF-UHF (50 Hz, 100 kHz - 3 GHz)

Del Dott. Ing. Angelo Lozito

1. Introduzione

Il recente sviluppo di strumentazione automatica per la costituzione di reti di monitoraggio ambientale dei campi elettromagnetici rappresenta una delle principali novitànel panorama dei sistemi per la valutazione, tramite misure, dei valori che caratterizzano il campo elettromagnetico ambientale.
L'elemento di base che costituisce la rete è la centralina di rilevamento in continuo dei valori del campo elettrico o magnetico che, in prima analisi, è costituita dai seguenti moduli funzionali (figura 1):

  • modulo di misura del campo elettrico (E) o magnetico (H);
  • memoria di registrazione dei valori misurati;
  • modulo di connessine alla rete;
  • modulo di alimentazione
FIGURA 1 Moduli funzionali di una centralina di rilevamento Moduli funzionali di una centralina di rilevamento

Sotto il profilo strumentale, le centraline effettuano le misurazioni del campo con tecnica di rilevazione a banda larga. Il loro impiego, prescindendo dalle specifiche peculiarità che le caratterizzano come elementi costitutivi di una rete di monitoraggio, presenta le medesime problematiche che sono tipiche delle metodiche da adottare per la corretta esecuzione delle misure di campo che tengono conto sia delle configurazioni spaziali che assume il campo elettromagnetico, sia delle caratteristiche tecniche dello strumento di misura.
Saranno quindi esaminati preliminarmente tali aspetti, a premessa dell'analisi sulle caratteristiche funzionali delle centraline, sulle peculiarità, e sui loro limiti tecnici.

 

2.I. Le configurazioni spaziali del campo

Le tecniche e la tipologia di strumentazione per la misura dei parametri del campo elettromagnetico devono tenere conto delle configurazione spaziali e delle proprietà del campo in relazione alle dimensioni delle sorgente (antenna) ed alla lunghezza d'onda.
Un campo elettromagnetico con lunghezza d'onda λ emmesso da una generica antenna avente la massima dimensione linare “D” metri, presenta le caratteristiche spaziali e proprietà fisiche che condizionano significativamente le metodiche di misura e la scelta della strumentazione (norma CEI 211-7 del 2001 “Guida per la misura e per la valutazione dei campi elettromagnetici nell'intervallo di frequenza 10kHz-300 GHz con riferimento all'esposizione umana”).
In sintesi, assumendo come origine il centro geometrico di un'antenna, è possibile individuare le seguenti tre regioni spaziali:

  • regione di campo reattivo;
  • regione di campo vicino radiativo;
  • regione di campo lontano radiativo.

Le figure seguenti (figura 2 e figura 3) individuano queste 3 regioni anche in relazione alla dimensione dell'antenna.

FIGURA 2 Configurazione spaziale del campo elettromagnetico con D<<λ. Tale configurazione che il campo assume nello spazio dipende dalla geometria dell'antenna, dalla distanza r dalla sorgente e dalla lunghezza d'onda λ Configurazione spaziale del campo elettromagnetico con D<<λ. Tale configurazione che il campo assume nello spazio dipende dalla geometria dell'antenna, dalla distanza r dalla sorgente e dalla lunghezza d'onda λ

FIGURA 3 Configurazione spaziale del campo elettromagnetico con D>>λ Configurazione spaziale del campo elettromagnetico con D>>λ
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2.II. Gli strumenti per la misura dei livelli di campo

La strumentazione per la misura del campo elettromagnetico deve poter consentire la rilevazione delle seguenti grandezze:

  • campo elettrico E nella zona di campo vicino reattivo (elettrodotti) e campo vicino radiativo (impianti ad alta frequenza);
  • campo magnetico H nella zona di campo vicino reattivo (elettrodotti) e campo vicino radiativo (impianti ad alta frequenza);
  • densità di potenza S nella zona d'onda piana (impianti ad alta frequenza) ( S [W/m2] = E × H = E2 / 377 = 377 H2).

Le prime due misure devono essere indipendenti le une dalle altre nel senso che il sensore per la misura del campo elettrico deve essere insensibile al campo magnetico e viceversa (disaccoppiamento >20 dB).
Le caratteristiche della strumentazione devono inoltre essere adeguate alla banda nella quale si intendono effettuare le misure e devono rimanere costanti in tutta la banda misurata oppure devono essere disponibili i fattori di correzione.
L'elemento che caratterizza la banda di funzionamento degli strumenti è la sonda (sensore).
Sotto il profilo operativo, la strumentazione per la misura dei parametri del campo elettromagnetico può essere classificata in base alle specificità delle sonde sia per quel che riguarda la banda di esercizio, sia per quanto attiene alle loro caratteristiche di polarizzazione (isotropia).

FIGURA 4 Criteri di suddivisione della strumentazione in base alla banda di esercizio Criteri di suddivisione della strumentazione in base alla banda di esercizio

Una prima e fondamentale suddivisione della strumentazione riguarda la banda di esercizio in termini di banda larga e banda stretta (figura 4).
Il criteri di suddivisione degli strumenti in base alla banda di esercizio, conduce ad individuare le seguenti tipologie di sonde:

  • sonde a banda stretta che equipaggiano gli strumenti selettivi ed analizzano il campo nelle sue caratteristiche di ampiezza, frequenza polarizzazione e modulazione;
  • sonde a banda larga che operano su una porzione di banda estremamente ampia (dal kHz al GHz) ed equipaggiano gli strumenti a banda larga. Tali sonde forniscono la sola informazione dell'ampiezza del campo. La risposta in ampiezza è proporzionale a tutti i contributi dei campi presenti alle diverse frequenze nella banda di funzionamento.

Alla prima categoria, appartengono gli analizzatori di spettro che forniscono tutti i parametri del campo: intensità, frequenza, polarizzazione e modulazione.
Alla seconda categoria di strumenti appartengono i misuratori portatili che risultano di semplice impiego e di basso costo e che sono equipaggiati con sonde isotrope. Essi però forniscono la sola misura dell'intensità del campo.
Nella trattazione che segue si farà riferimento alla sola strumentazione a banda larga poiché le reti di centraline forniscono rilevazioni strumentali non selettive.

 

2.III. Strumentazione e metodi di misura a banda larga

a) Principio di funzionamento

Gli strumenti a banda larga sono equipaggiabili con sonde che possono essere per le basse frequenze (da qualche Hz a 100 kHz) o per le alte frequenze (da 100 kHz ad oltre 3 GHz). In entrambi i casi, la risposta in ampiezza delle sonde è proporzionale a tutti i contributi dei campi presenti alle diverse frequenze nella banda di funzionamento. Per ogni banda di frequenza sono previste sonde (sensori) diverse per la misura del campo elettrico e per la misura del campo magnetico.
La caratteristica della banda larga consente di ottenere la misura del valore efficace totale del campo elettrico Eeff o dell'induzione magnetica Beff come somma quadratica dei singoli contributi del campo Ef o Bf.


Le sonde a banda larga sono generalmente anche isotropiche (figura 5) poiché forniscono in uscita un segnale che è indipendente dalla polarizzazione del campo. Tale caratteristica è ottenuta disponendo tre sensori orientati lungo tre direzioni mutuamente ortogonali. Con tale geometria vengono misurate separatamente le tre componenti del campo, qualunque sia la sua polarizzazione e comunque sia posizionata la sonda, e quindi sommate vettorialmente per ottenerne la risultante.
Ad esempio, una sonda isotropica del campo magnetico per le basse frequenze è costituita da tre avvolgimenti disposti mutuamente ortogonali in modo da misurarne separatamente le tre componenti.
Le componenti del campo rilevate dalle sonde danno luogo a tre tensioni che sono applicate a rivelatori quadratici, tipicamente diodi, sui quali le sonde sono chiuse.
La somma quadratica delle tensioni in uscita dai rivelatori è proporzionale alla somma vettoriale delle singole componenti del campo.

Una relazione analoga si ottiene anche per una sonda isotropica del campo elettrico che è realizzata disponendo tre dipoli elettrici corti disposti mutuamente ortogonali in modo da misurare separatamente le tre componenti del campo elettrico lungo i tre assi individuati dalla terna di dipoli, comunque vengano disposti rispetto alla sorgente.

FIGURA 5 Sonde isotropiche per la misura del campo B e E Sonde isotropiche per la misura del campo B e E

Le caratteristiche congiunte di isotropia e di larga banda delle sonde, si combinano linearmente per cui il valore efficace del campo elettrico o magnetico dovuto a contributi di frequenza e polarizzazione diverse è dato da:

I vantaggi delle misure e dei misuratori a banda larga sono così sintetizzabili:

  • isotropia;
  • dimensione ridotta del sensore;
  • semplicità d'uso e ridotto costo degli strumenti;
  • velocità di esecuzione della misura;
  • capacità di misurare in tempo reale il valore efficace della intensità di campo presente (indipendentemente dalla forma d'onda);
  • possibilità di mediare un intervallo di tempo compatibile con i requisiti degli standard di esposizione (per esempio 6 minuti);
  • possibilità di applicare un fattore di correzione in funzione della risposta in frequenza e di diverse situazioni di esposizione.

Nella figura che segue (figura 6) è mostrata l'architettura funzionale di un misuratore isotropico a banda larga per il campo elettrico.

FIGURA 6 Misuratore isotropico a banda larga Misuratore isotropico a banda larga

b) Procedure per misure a banda larga

Le sonde a banda larga misurano il livello r.m.s. (valore quadratico medio) del campo elettrico o del campo magnetico.
Nel caso specifico di segnali di telefonia mobile, ad esempio, i segnali GSM, con tecnica di accesso TDMA, possono avere una potenza media variabile nel tempo, sulla stessa portante radio, in funzione del numero di canali attivi e della distanza dei terminali mobili collegati. In tale caso, le sonde possono misurare con precisione il livello istantaneo dei campi prodotti ed ottenerne quindi la media su di un periodo di osservazione prefissato (p. es. di 6 minuti). I livelli di campo associati alla potenza massima del centro radio possono invece essere ottenuti elaborando i risultati ottenuti in funzione del rapporto tra la potenza massima prevista all'ingresso delle antenne trasmittenti considerate e quella effettivamente presente al momento delle misure.
Per una valutazione precisa dei livelli di campo elettromagnetico presenti nei siti di misura è opportuno osservare le procedure di seguito descritte.
Le sonde richiedono un azzeramento iniziale e periodico per compensare le derive termiche. Alcuni modelli recenti effettuano questa operazione in modo automatico ed in presenza di esposizione, altri richiedono un azzeramento manuale e in assenza di campo incidente; questa operazione è determinante per la precisione della misura dei livelli prossimi al limite di sensibilità dell'apparato.
La valutazione dei livelli di campo più significativi deve essere effettuata ricercando, in corrispondenza di ogni punto di misura, il livello massimo del segnale ricevuto mediante spostamenti graduali della sonda.
è opportuno osservare che nelle situazioni di forte stazionarietà di campo, a minimi spostamenti possono corrispondere forti variazioni di livello ricevuto. L'accuratezza dedicata a questa fase di misura, quindi, è determinante per la precisione della stessa.
Le misure sono valide quando la sonda è ferma, non sono quindi da considerare i transitori che si possono manifestare nel corso degli spostamenti; se la sonda non è in posizione fissa e preferibilmente remotizzata dall'operatore sono quindi da escludere le funzioni di memoria (max-hold, average) generalmente disponibili.
Nel corso delle misurazioni la sonda non deve essere accostata o posizionata ad oggetti, in particolare metallici, per evitare effetti di risonanza degli elementi riceventi e, quindi, conseguenti letture alterate dei livelli di campo presenti nel punto di misura; al riguardo è buona norma mantenere una distanza minima di almeno 10 cm da qualsiasi oggetto.
Per ottimizzare la precisione della sonda, è necessario impostare sul misuratore ad essa collegato il fattore di calibrazione corrispondente alla banda di frequenza dei possibili segnali interferenti.
Nel caso di sorgenti variabili nel tempo è necessario utilizzare tempi e metodi di misura conformi alle vigenti normative in particolare sugli apparati che dispongono delle funzioni "peak" o "average" è possibile ottenere direttamente sull'indice del misuratore rispettivamente il livello massimo o la media dei livelli ricevuti in un tempo di ascolto prefissato.
Le misure sono effettuate preferibilmente con sonde di campo elettrico, sia per la maggiore estensione delle bande di funzionamento, sia per la maggiore sensibilità rispetto a quelle di campo magnetico.
Nel caso non sia possibile stabilire con certezza la frequenza dei segnali rilevati, è possibile considerare, come termine di confronto, i limiti di esposizione più restrittivi nell'ambito di tutte le possibili frequenze interferenti. Ovviamente l'indicazione che ne deriverà può essere molto conservativa; per un approfondimento è necessario ricorrere a misure selettive in frequenza.

c) Accuratezza degli apparati di misura a banda larga

L'accuratezza degli apparati di misura a banda larga è determinata sostanzialmente dai seguenti fattori:

  • isotropicità della sonda;
  • precisione di calibrazione in frequenza della sonda;
  • linearità di ampiezza della sonda;
  • accuratezza del misuratore applicato alla sonda;
  • risposta in frequenza non piatta;
  • risposta in temperatura (0,05 dB/°C).

Per migliorare l'accuratezza della misura, è necessario ottimizzare la precisione di lettura dello strumento impostando sul misuratore i fattori di calibrazione corrispondenti ai campi di frequenza indicati nelle istruzioni fornite a corredo delle sonde.
A questo scopo, quindi, è importante valutare, prima di effettuare ogni misura, i possibili campi di frequenza dei segnali interferenti e impostare, di conseguenza, un fattore di calibrazione mediato tra quelli corrispondenti ai suddetti campi di frequenza, o quello corrispondente all'emittente più significativa.
L'incertezza di misura totale, riferita ad ogni segnale misurato su ciascun asse considerato, è calcolata secondo le modalità indicate dallo Standard ISO TAG4 1992 per un livello di confidenza del 95%.

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3. Le reti per monitoraggio automatico e in continuo

I campi elettromagnetici emessi nell'ambiente esterno da un elettrodotto, da una stazione radio base, da un ripetitore radio o TV possono essere caratterizzati per via teorica in modo accurato ed affidabile, oppure essere valutati con misure estemporanee e di limitata durata.
Le reti di monitoraggio in continuo dei livelli di campo elettromagnetico presenti sul territorio non rappresentano una alternativa ai metodi previsionali né alle consolidate tecniche strumentali, ma costituiscono un'ulteriore risorsa tecnica che integra e da valore aggiunto al repertorio dei dati ottenibili con gli approcci tradizionali.
Infatti esse consentono di tenere sotto osservazione diverse zone o impianti nello stesso periodo e per tempi prolungati acquisendo una rilevante quantità di dati con i quali è possibile, ove necessario, focalizzare ulteriori e più approfonditi interventi con strumentazione sofisticata sulle situazioni più critiche per la loro complessità e/o per la necessità di risanamenti.
Infine, le reti di monitoraggio costituiscono un supporto pressoché indispensabile se si vogliono raccogliere grandi quantità di dati in modo prolungato nel tempo ed esteso sul territorio.

 

3.I. Stato dell'arte

Il vantaggio principale delle centraline mobili consiste nella rapida dislocabilità sul territorio, e quindi in un uso dinamico della strumentazione in relazione alle effettive esigenze di sorveglianza.
Ad oggi, sono state sviluppate diverse tipologie di centraline equipaggiabili con sensori isotropici a banda larga con campo di frequenze che va da qualche centinaio di kHz a qualche GHz (generalmente 3 GHz), per le alte frequenze e da qualche Hz a 100 kHz per le basse frequenze (figura 7 e figura 8).

FIGURA 7 Tipica centralina mobile Tipica centralina mobile

Le dimensioni ed il peso contenuti fanno sì che questi apparati possano essere facilmente ricollocabili; inoltre, il loro funzionamento è garantito per lunghi periodi in ambiente esterno poiché l'alimentazione dell'apparato è fornita da un pannello solare e batteria tampone.
Più di recente, sono state realizzate centraline multibanda che, al momento, rappresentano lo sviluppo più avanzato nello specifico settore. Nelle centraline multibanda sono integrati diversi canali di misura, uno per ogni banda di funzionamento. Ad ogni banda di funzionamento corrisponde un sensore (isotropico, a banda larga) ed una catena strumentale per la misura e la elaborazione dei segnali che provengono dalle diverse tipologie di sorgenti.

FIGURA 8 Tipica centralina mobile multibanda Tipica centralina mobile multibanda
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3.II. Principi generali di funzionamento

La struttura funzionale delle centraline

Per quanto riguarda l'hardware, le centraline sono tipicamente costituite dai blocchi funzionali rappresentati nello schema seguente:

FIGURA 9 Tipico schema a blocchi di una centralina Tipico schema a blocchi di una centralina

Le caratteristiche dei singoli blocchi funzionali sono variabili e dipendono dalle scelte progettuali dei costruttori, tuttavia è possibile indicare le funzioni di base di ciascun blocco (figura 9).

Il sensore

Ha lo scopo di convertire il valore del campo elettrico (o del campo magnetico) in una tensione proporzionale al valore efficace del campo, ottenuto come risultante delle tre componenti spaziali della polarizzazione. Il sensore comprende:

  • sistema isotropico di antenne a larga banda (tipicamente da 100 kHz a 3 GHz), nel caso di sensori ad alta frequenza, o di avvolgimenti, nel caso di sensori a bassa frequenza (da qualche Hz a 100 kHz);
  • reti di filtraggio e amplificatore operazionale;
  • sensore di temperatura e sistema di compensazione della deriva termica dei diodi.

Unità di processo e memorie

Costituisce la parte intelligente della centralina. Svolge le seguenti funzioni di base:

  • supervisione di tutti i blocchi funzionali;
  • gestione dei programmi residenti e dei settaggi esterni;
  • gestione dei campionamenti delle grandezze del campo;
  • elaborazioni statistiche dei campioni rilevati dal modulo sensore;
  • gestione delle interrogazioni remote e locali;
  • gestione trasmissione dati;
  • gestione del B.I.T.E (allarmi di mal funzionamento).

Modulo di trasmissione

Ha lo scopo di realizzare la connessione e la gestione del collegamento remoto via GSM.

Sistema autonomo di alimentazione

Fornisce l'alimentazione alla centralina. Il sistema è costituito da un pannello fotovoltaico che ricarica una batteria tampone di capacità opportunamente dimensionata.

Interfaccia locale

Consente il settaggio e lo scarico locali dei dati tramite PC.

La validazione dei dati

Come sarà successivamente trattato, le centraline inviano su interrogazione remota i dati registrati durante ogni ciclo di monitoraggio ad un centro raccolta dati (CRD).
Le modalità di interrogazione delle centraline ed il formato dei dati varieranno in relazione ai programmi residenti ed al settaggio del sistema.
I dati registrati saranno in generale costituiti da files formattati in relazione alla tipologia delle centraline utilizzate e comunque esportabili dalle centraline in modalità remota.
Prescindendo comunque dalle suddette caratteristiche, che dipendono dalle soluzioni progettuali adottate dai costruttori e quindi dal funzionamento delle centraline, i dati che esse forniscono devono comunque essere compatibili per il successivo confronto con le prescrizioni previste dalla normativa del settore.
Sorge quindi l'esigenza di validare i dati forniti dal sistema sia sotto tale profilo, sia sotto il profilo della coerenza con le finalità operative della rete stessa. A tale fine è necessario stabilire i criteri di validazione dei dati che devono tenere conto della normativa in vigore, dei limiti strumentali delle tecnologie, e delle condizioni operative nelle quali le stesse potranno essere impiegate.
Da ciò consegue una doppia verifica: la prima (validazione tecnica) riguardante la significatività dei dati registrati, nel contesto delle prescrizioni tecniche previste dalle norme; la seconda (validazione operativa) attiene all'accertamento che i dati ottenuti, ancorché corretti sotto il profilo tecnico, siano anche utilizzabili nel contesto operativo delle rete.

a) La validazione tecnica

I due D.P.C.M. dell' 8 luglio 2003 nel prescrivere i limiti per la protezione della popolazione dalla esposizione ai c.e.m. ad alta e bassa frequenza, stabiliscono che le misurazioni siano eseguite secondo le indicazioni dalla norma CEI 211-7/01, per le misure dei campi elettromagnetici ad alta frequenza, e della norma CEI 211-6/01 per la misure a bassa frequenza.
Sotto tale aspetto occorre evidenziare che le centraline adottano il sistema di misura a banda larga e quindi non solo il metodo di misura deve essere conforme alle indicazioni previste dalle citate norme CEI per tale tipologia di misura, ma i risultati delle misure devono essere assunti tenendo conto dei limiti intrinseci di dette rilevazioni strumentali.
In particolare si evidenziano i seguenti aspetti:

  • La gestione dell'incertezza del valore misurato.
    I dati misurati dallo strumento (e quindi dalla centralina) devono essere presentati unitamente all'incertezza del valore della misura (circa 3 dB per la misure alle alte frequenze, valori più contenuti per la basse frequenze).
    Tale prescrizione è fondamentale per il confronto dei risultati delle misure con i limiti previsti dalla normativa. Allo scopo di evidenziare l'importanza di tale aspetto nel contesto della validazione tecnica dei dati, si consideri la seguente situazione esemplificativa.
    Si supponga che una centralina abbia registrato una misura dell'intensità di campo elettrico ETOT in un generico punto del territorio. Occorre ora confrontare il risultato ottenuto con, ad esempio, il valore di attenzione di 6 V/m fissato dal citato decreto.
    Nella figura 10 sono riportate quattro situazioni possibili. Nella misura a, il valore ottenuto è di 5.4 V/m ed è quindi inferiore al limite di norma. Il suo intervallo di incertezza è però di ampiezza tale da superare almeno in parte i 6 V/m.
    Non essendo possibile stabilire con certezza se il valore corretto della misura appartiene o meno alla porzione dell'intervallo al di sotto del limite, nulla si può dire sulla conformità o meno del livello campo ai limiti della norma nel punto spaziale indagato.
    FIGURA 10 Esempio in cui l'incertezza incide sull'esito di una misura del campo elettrico Esempio in cui l'incertezza incide sull'esito di una misura del campo elettrico

    In situazioni come questa, la strumentazione impiegata si dimostra inadeguata a fornire indicazioni certe. Diviene pertanto necessario procedere con strumentazione e metodologie di misura più accurate (misure a banda stretta).
    Nella situazione b lo stesso risultato, 5,4 V/m, è ottenuto mediante strumentazione più accurata. In questo caso, l'intervallo di fiducia è sufficientemente stretto da poter verificare la conformità del punto di indagine ai limiti di norma. Ogni valore dell'intervallo risulta infatti inferiore al limite di 6 V/m. Situazioni analoghe alle precedenti si riscontrano nei casi c e d, in cui il valore ottenuto è questa volta di 6,6 V/m, e quindi superiore ai 6 V/m. In c, l'eccessiva incertezza di misura non permette di stabilire la “non-conformità” del sito di indagine. Diverso è invece il caso in d dove l'intero intervallo di fiducia risulta superiore al limite di norma (sito non conforme).
    Gli esempi trattati evidenziano la necessità e l'importanza di operare con accuratezze note e più elevate possibili, soprattutto nei casi in cui le misure ottenute approssimano i limiti di norma.
    D'altra parte per questo motivo, e per altri che saranno esposti successivamente, la rete di monitoraggio, allo stato dell'arte delle centraline, non può verificare il rispetto dei limiti previsti dalla normativa
    Nel paragrafo successivo saranno esaminati i possibili scenari di utilizzazione dei dati centraline, alla luce dei limiti tecnici che esse attualmente presentano.
    In tale contesto e dopo quanto esposto, è possibile anticipare che per l'utilizzazione dei dati come segnali di “warning” sarà necessario che la soglia di allarme, che deve essere settata nelle centraline in relazione al limite di legge applicabile nell'area di monitoraggio, tenga conto sia dell'ampiezza dell'intervallo di fiducia, sia del suo posizionamento, e quindi del valore misurato, rispetto al valore del limite che si applica..
    In margine all'argomento, si rappresenta che per quanto riguarda il problema degli effetti dell'incertezza di misura sulla decisione da assumere in merito al superamento di un valore di “soglia”, in assenza di più raffinate tecniche di misura, si potrebbe adottare il cosiddetto criterio del rischio condiviso (“shared risk”) tra chi esegue la misura e l'autorità che deve controllare. Tale criterio può essere schematicamente riassunto nel modo seguente. I livelli di intensità di campo misurati con una incertezza contenuta entro 3 dB possono essere confrontati direttamente con i “valori limite” prescritti dalle normative in materia: il limite è rispettato se il valore misurato è inferiore, è superato nel caso contrario. I livelli di campo ottenuti con strumenti o catene strumentali aventi incertezza superiore a 3 dB sono da ritenersi solo indicativi e possono essere utilizzati quando differiscono dai “valori limite” di una quantità superiore alla incertezza di misura dichiarata. In questo caso, infatti, se al valore misurato si aggiunge l'incertezza e la somma è ancora inferiore al “limite” si ha un'alta probabilità che il valore “presunto” del campo sia inferiore a tale limite (e similmente, ma con opposta conclusione, per un valore misurato più alto della soglia prescritta, al quale va sottratta l'incertezza prima di effettuare il confronto). Negli altri casi non si può prendere una decisione ed è necessario ripetere le misurazioni con strumentazione che garantisca una maggiore accuratezza.
  • L'isotropia della sonda
    Occorre puntualizzare un aspetto specifico riguardante l'isotropia della sonda.
    Per quanto riguarda le sonde ad alta frequenza l'uscita della sonda isotropa, costituisce il segnale proporzionale al valore efficace del campo elettrico. Questo segnale, a corrente continua, è immesso nella catena strumentale attraverso la cosiddetta discesa resistiva costituta da un conduttore sul quale però può accoppiarsi il campo elettrico esterno dando luogo ad una corrente che entra anch'essa nella catena strumentale falsando, in eccesso, il valore della misura.
    Per evitare questa fonte di errore, la norma CEI 211-7/01 prevede che prima della misura la sonda sia orientata nella direzione di minimo accoppiamento con il campo (cioè nella direzione di minima lettura). Mentre tale operazione è agilmente fattibile nella quasi totalità degli strumenti a banda larga, può essere inattuabile in quelle centraline il cui sensore è, per costruzione, solidale con la struttura della centralina che, a sua volta, ha un posizionamento obbligato rispetto al supporto di sostegno.
    Per le sonde a bassa frequenza, con specifico riferimento a quelle per la misura dell'induzione magnetica, gli aspetti dell'anisotropia si manifesta essenzialmente in regioni di campo magnetico ad elevata disomogeneità.
    Le sonde magnetiche, costituite da tre bobine miniaturizzate mutuamente ortogonali, possono non presentare un punto centrale comune, e comunque la loro estensione spaziale può essere significativa se confrontata con la disomogeneità del campo e ciò introduce un errore sistematico nella misura.
  • I dati anomali
    Si definisce anomala la classe di dati che, se pur corretti sotto il profilo della esecuzione della misura, non possono tuttavia essere utilizzati per la seguenti circostanze:
    • Interferenza del sistema di trasmissione dati con il sensore della centralina.
      Nel funzionamento in rete le centraline possono inviare al C.R.D. messaggi di allarme (SMS) legati a particolari eventi critici che tipicamente riguardano le seguenti categorie di eventi:
      • superamenti del valore della soglia di allarme del campo misurato;
      • malfunzionamenti della centralina;
      • alimentazione insufficiente.
      In tali circostanze il valore di campo misurato potrebbe essere affetto dal contributo del modem della centralina stessa e non può essere utilizzato. È quindi necessario depurare dall'insieme dei dati quelli registrati durante la trasmissione degli allarmi (in generale le centraline di ultima generazione sono dotate di specifica funzione che provvede alla marcatura di tali dati).
    • Valori di campo inferiori alla sensibilità del sensore.
      La sensibilità tipica dei sensori a larga banda è di 0,25-0,5 V/m per il campo elettrico (per le sonde ad alta frequenza) e dell'ordine di 10.nT per l'induzione magnetica (per le sonda a bassa frequenza). Se il sistema registra dati inferiori al valore della sensibilità essi non possono considerarsi validi e quindi negli istanti di registrazione e nelle statistiche, tali dati vanno sostituiti con quello della sensibilità dichiarata.
    • Valori di campo superiori ai valori attesi.
      Tale caso può essere originato da diverse cause fra le quali le più ricorrenti sono:
      • risposte anomale del sensore dovute a componenti spettrali fuori della banda di funzionamento;
      • risposte anomale del sensore in presenza di segnali modulati in ampiezza o di segnali impulsivi (per le sonde ad alta frequenza);
      • alterazione intenzionale o incidentale dei dati provocata dalla vicinanza della sonda a terminali mobili attivi (telefoni cellulari).
      Un attento esame dei dati e l'esperienza degli operatori consentono, il più delle volte, di valutare le anomalie dei valori anche ricorrendo al confronto dei dati disponibili dalla caratterizzazione elettromagnetica preventiva dell'area come indicato nel paragrafo che segue.

b) La validazione operativa

Diversamente da quella tecnica, la valutazione operativa dei dati registrati dalle centraline tende ad accertare la significatività della misure in relazione alle finalità del monitoraggio.
Potrebbe quindi verificarsi che i dati registrati delle centraline, pur corretti sotto il profilo tecnico, risultino non significativi cioè non utilizzabili nel contesto del monitoraggio.
Per la validazione operativa si prevedono attività e prescrizioni nelle fasi antecedente e seguente al ciclo di monitoraggio.

Fase precedente al monitoraggio
  • Scelta con criterio areale delle postazioni di misura.
    Lo scopo è di ricercare la conservatività spaziale più vasta possibile ai dati che saranno registrati.
    Per le alte frequenze, la scelta deve possibilmente tenere conto della tipologia degli impianti radioelettrici dislocati sul territorio (impianti per la diffusione radio televisiva, impianti per telefonia mobile o impianti per collegamenti in ponte radio), delle loro caratteristiche tecniche e, se noti, dei diagrammi di radiazione delle antenne.
    Per le basse frequenze, occorre considerare lo sviluppo lineare della campata e la eventuale compresenza di più linee nella zona in esame. In tale ultimo caso, occorre anche valutare le relazioni di fase delle correnti afferenti alle diverse linee.
  • Individuazione puntuale della localizzazione della centralina.
    Il posizionamento sul terreno della centralina deve contemperare sia esigenze tecniche per soddisfare le prescrizioni CEI 211-7/2001 (per le alte frequenze), e CEI 211-6/2001 (per le basse frequenze) previste per i sensori a banda larga, sia esigenze di sicurezza fisica e di funzionamento del sistema (copertura GSM).
  • Misure preventive di caratterizzazione elettromagnetica dell'area come da norme. CEI 211-7/2001 (per le alte frequenze), e CEI 211-6/2001 (per le basse frequenze).
    La preventiva determinazione dei livelli di campo elettromagnetico o dell'induzione magnetica presenti nell'area ha il duplice scopo di individuare il punto più critico, sia in termini di valori di campo, sia in termini di tipologia del luogo, con l'acquisizione di dati preventivi, con i quali verificare la congruenza della successiva serie di dati che saranno registrati nel ciclo di monitoraggio. In tale fase sarebbe opportuno effettuare anche l'analisi spettrale del campo per individuare il fattore di correzione da applicare ai successivi dati.
  • Durata del monitoraggio (ciclo di registrazione), per ogni posizionamento delle centraline.
    Per il monitoraggio alle alte frequenza, in fase di pianificazione il ciclo di registrazione potrà essere stabilito in 3 - 5 giorni in relazione alla tipologia degli impianti radioelettrici tributari del campo elettromagnetico totale (tipicamente 7 giorni per le stazioni radio base e 5 giorni per gli impianti per la diffusione del servizio radio e televisivo). Va comunque precisato che la durata minima del ciclo di monitoraggio deve essere valutata al termine del ciclo stesso verificando che sia stata raggiunta la stabilità dei dati.
    Per il monitoraggio degli elettrodotti, il DPCM 8 luglio 2003 prescrive che la verifica del rispetto dei limiti sia effettuata con misurazioni dell'induzione magnetica nell'arco delle 24 ore. La norma però non specifica quanti cicli di 24 ore debbano essere effettuati, nè fa riferimento agli andamenti stagionali del carico elettrico sulle line dal quale dipendono i valori dell'induzione magnetica.
Fase successiva al monitoraggio
  • Verifica di plausibilità dei dati misurati e registrati dalla centralina.
  • Verifica di congruenza dei risultati delle misure con i risultati di caratterizzazione elettromagnetica preventiva.
  • Verifica della stabilizzazione dei dati.
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3.II. Elaborazioni statistiche dei dati

Le statistiche temporali

Prescindendo dalla logica funzionale con la quale possono essere progettate le centraline, il vincolo che esse devono comunque soddisfare nella elaborazione statistica del dato va ricercato nella prescrizione della definizione dei limiti indicati dal D.P.C.M. che specifica come gli stessi debbano intendersi come valori efficaci mediati su qualsiasi intervallo 6 minuti.
Tutti i dati risultanti da medie su 6 minuti, rilevati e registrati durante il monitoraggio in continuo, costituiscono l'insieme dei dati grezzi sul quale viene eseguita la validazione e quindi una successiva elaborazione statistica.

La determinazione del valore efficace mediato su qualsiasi intervallo di 6 minuti

La prescrizione di una misurazione che fornisca il valore (efficace) del campo elettrico mediato su qualsiasi intervallo di sei minuti richiede l'elaborazione della media mobile dei valori che il campo assume in intervalli ampi 6 minuti.
Il problema può essere affrontato e risolto ricorrendo a strategie differenti. Allo scopo di approfondire i termini tecnici del problema, si analizzerà, a titolo esemplificativo, il funzionamento di una ipotetica centralina con riferimento alla funzione per la determinazione del valore della media mobile del valore efficace del campo elettrico.
Prima di procedere nella descrizione del funzionamento è opportuno richiamare, molto sinteticamente, la struttura della sonda isotropica e introdurre il principio del campionamento che è alla base del funzionamento della centralina.
Come già illustrato precedentemente, la sonda isotropica è costituita da tre dipoli corti assiemati in modo da realizzare una terna ortogonale di assi, ognuno dei quali è chiuso su un sensore alla cui uscita è disponibile una tensione proporzionale al quadrato del valore efficace della componente del vettore campo elettrico parallela al dipolo.
Nella figura 11 sono schematizzati, in linea di principio, i blocchi che svolgono le funzioni di campionamento dei segnali forniti dai sensori di una sonda isotropica, per la successiva determinazione dei valori mediati nel tempo del campo elettrico. Il funzionamento ipotizzato si basa sulla scelta di effettuare tutte le operazioni separatamente e in modo sincrono su ogni asse della sonda isotropica.
Dallo schema, nel quale sono stati esplicitati solo i blocchi relativi all'asse A, essendo gli assi B e C identici a quello A, sono facilmente deducibili i passaggi che conducono al calcolo della media temporale del valore del campo elettrico.

  • Il campo elettrico che incide sul dipolo da origine ad una tensione elettrica che viene applicata al sensore che ne fornisce il valore efficace proporzionale al quadrato del campo.
  • Il valore istantaneo della tensione in uscita dal sensore varierà nel tempo poiché i segnali a radio frequenza avranno, in generale, un andamento variabile nel tempo, (si ricorda che il sensore opera nella banda da 100 kHz a 3 GHz)
  • La logica di campionamento provvede a fissare:
    • la durata temporale dell'intervallo di campionamento (ad esempio 6 minuti);
    • il numero dei campioni nell'intervallo di campionamento;
  • La media delle ampiezze dei campioni delle tensioni è inviata ad un sommatore al quale confluiscono le omologhe medie degli altri assi. In uscita dal sommatore, si avrà una tensione proporzionale alla somma quadratica del valore efficace delle tre componenti del campo elettrico.
FIGURA 11 Schema di principio del processo di campionamento Schema di principio del processo di campionamento

Una possibile strategia

Per illustrare la strategia per ottenere la media mobile su un qualsivoglia numero di minuti, lo schema precedente deve essere ulteriormente specificato nella parte che riguarda la logica di campionamento.
Si supponga quindi di voler ottenere il valore mediato del campo elettrico su 6 minuti con media mobile di 5 minuti.
La prima operazione che viene eseguita in modo sincrono su ogni asse A,B,C è la determinazione del valore istantaneo efficace del quadrato del campo elettrico riferito a ognuno dei k intervalli nei quali si suddivide il tempo di media N.

FIGURA 12 Diagramma a blocchi che illustrare la strategia per ottenere la media mobile su un qualsivoglia numero di minuti Diagramma a blocchi che illustrare la strategia per ottenere la media mobile su un qualsivoglia numero di minuti

Per eseguire questa operazione ogni intervallo viene campionato con periodo di campionamento pari a ν secondi, e quindi in tale intervallo sono ricavati n campioni elementari, come esemplificato in figura 12.

FIGURA 13 Esemplificazione dei parametri del campionamento Esemplificazione dei parametri del campionamento

Il valore istantaneo da attribuire al campo elettrico (per l'asse A) nell'intervallo k-esimo è dato dalla media aritmetica delle ampiezze degli n campioni prelevati nel periodo ν.

FIGURA 14 Diagramma di flusso del processo di campionamento Diagramma di flusso del processo di campionamento

I valori che assumono cioè i valori di al variare del tempo, costituiscono i campioni elementari rappresentativi di ogni intervallo k (che nell'esempio adottato ha la durata di 1 minuto) all'interno della finestra di media N (che ha la durata di 6 minuti) che contiene k= 6 campionamenti.
Per ogni asse e per ogni intervallo N si potrebbe ricavare il valore medio del campo relativo dell'intervallo stesso (N6) effettuando il rapporto tra la somma dei k valori dei campioni e k Tuttavia questo non porterebbe alla determinazione della media mobile in quanto ogni intervallo N è statisticamente indipendente da quello che lo precede.
Per determinare il valore mediato del campo elettrico su 6 minuti con media mobile di 5 minuti, ferma restando la suddivisione di N in k=6 intervalli di campionamento, occorre render mobile l'intervallo di N in modo che l'intervallo successivo a quello di N1, cioè N2, comprenda i campioni relativi a k(2), k(3), k(4), k(5) registrati nell'intervallo N1 ed il campione relativo a k(1) dell'intervallo N2. Il processo è iterato per i successivi intervalli N3, N4 ecc. In figura 15 è mostrato il processo descritto

FIGURA 15 Procedimento per il calcolo della media mobile Procedimento per il calcolo della media mobile

A questo punto del processo si dispongono per ogni asse, e per ogni 6 minuti, le medie trascinate su 5 valori. Dette quindi:

  • la media mobile del valore efficace del quadrato del campo elettrico mediato per 6 minuti con media mobile su 5 valori, relativa all'asse A nell'intervallo N;
  • la media mobile del valore efficace del quadrato del campo elettrico mediato per 6 minuti con media mobile su 5 valori, relativa all'asse B nell'intervallo N;
  • la media mobile del valore efficace del quadrato del campo elettrico mediato per 6 minuti con media mobile su 5 valori, relativa all'asse C nell'intervallo N.

La centralina fornirà la serie di somme quadratiche di come medie mobili ogni sei minuti, che rappresentano i valori del campo elettrico da confrontare con il limite previsto dalla normativa o con la soglia di “warning”.

Infine, si evidenzia che nel corso del calcolo del valore mediato su 6 minuti, sono resi disponibili alcuni dati intermedi al procedimento che potrebbero risultare di un qualche interesse tecnico, quali i valori massimi su ciascuno degli assi e i valori massimi all'interno di ogni intervallo di misura.

Le statistiche spaziali

Per le caratteristiche proprie dei campi elettromagnetici, che non sono soggetti a fenomeni di trasporto o di diluizione nell'ambiente, ma a quelli della propagazione descritti dalle equazioni di Maxwell, l'elaborazione di una qualunque statistica della distribuzione del campo elettromagnetico su un territorio a partire da dati puntuali ricavati per via strumentale non è di per sé di rilevante importanza se non in termini di una valutazione qualitativa dello stato elettromagnetico di un'area. Ad esempio, il valore medio spaziale del campo di un sia pure rilevante numero di misure eseguite su una porzione di territorio, non può essere confrontato con i limiti previsti dalla normativa per poter dedurre lo stato di criticità dell'area perché ciò che invece è significativo confrontare è il valore che il campo assume in quel punto ed in quel momento. D'altra parte anche l'attuale normativa nel definire i valori dei limiti stabilisce, tra l'altro, che tali valori devono essere considerati come valori mediati su un'area equivalente del corpo umano. Appare evidente il significato di statistica spaziale della prescrizione che però, in questo caso,ha lo scopo di riferire il risultato della misura non genericamente ed astrattamente ad un punto ma ad una prestabilita geometria del recettore umano al quale sono riferiti i limiti stessi. Va tuttavia evidenziato che la norma CEI 211-7/2001, nel fissare le modalità di misura a banda larga, si limita a prescrivere rilevamenti strumentali a quote diverse ma sullo stesso asse di misura.
Il CENELEC ha in corso l'elaborazione di una guideline, nella quale si raccomanda l'esecuzione delle medie spaziali secondo il seguente schema nel quale è rappresentata la proposta di una geometria rappresentativa della sezione verticale standard del corpo umano.

FIGURA 16 Punti di misura sulla sezione verticale del corpo umano Punti di misura sulla sezione verticale del corpo umano

Ciò precisato, le statistiche spaziali dei valori misurati dalla rete possono comunque essere di notevole interesse, se incrociate con altre classi di dati, per individuare correlazioni fra i valori spaziali del campo e variabili territoriali di cui si conoscono le distribuzioni. Sarà possibile ad esempio valutare il trend di “pressione elettromagnetica” su un'area nel corso del tempo, al variare della presenza degli impianti ed eventualmente della configurazione urbanistica. Oppure incrociare dati epidemiologici locali con i valori locali del campo elettromagnetico.
Le statistiche spaziali dei valori di campo che derivano delle registrazioni in continuo delle centraline possono essere quindi funzionali alla verifica di eventuali correlazioni con altre classi di fenomeni che avvengono sul territorio.

Un ulteriore aspetto che si vuole evidenziare riguarda le rappresentazioni grafiche dell'intensità del campo (bande colorate, o curve isocampo) riportate su basi cartografiche territoriali. Anche a tali rappresentazioni non si può attribuire significato quantitativo in quanto esse derivano da un numero necessariamente limitato di valori misurati e nulla si può affermare sui valori che il campo assume tra due punti per i quali si dispone di dati misurati. Esse forniscono solo indicazioni qualitative utilizzabili, ad esempio, per valutare il trend di “pressione elettromagnetica” su un'area nel corso del tempo, al variare della presenza degli impianti ed eventualmente della configurazione urbanistica.

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4.I. Flusso dei dati e canali di connessione

La connettività della rete ha lo scopo di rendere possibile il flusso dei dati tra gli elementi hardware della rete di monitoraggio cioè tra le centraline ed il centro di raccolta dati (C.R.D.).
A tale scopo, occorre precisare che il mezzo tecnico preposto a tale funzione deve possedere non soltanto elevata affidabilità operativa ma essere idoneo a funzionare in condizioni ambientali anche avverse ed in postazioni non necessariamente equipaggiate con utenza elettrica.

FIGURA 17 Schema del flusso dati degli elementi della rete Schema del flusso dati degli elementi della rete

Per realizzare la funzione di connessione possono ipotizzarsi i seguenti mezzi di collegamento (canali):

  • ponte radio;
  • rete telefonica fissa;
  • rete telefonica mobile.

Nel seguito si esaminano sinteticamente gli elementi caratterizzanti i predetti canali.

Ponte radio

I ponti radio consentono collegamenti bidirezionali fra due postazioni fisse, effettuati a mezzo
di microonde utilizzando antenne paraboliche. I ponti radio si classificano, in base al tipo di modulazione, in analogici e numerici e utilizzano frequenze nel campo dei GHz e quindi lunghezze d'onda dell'ordine del centimetro, per cui le antenne impiegate sono in generale del tipo parabolico, fortemente direttive, ad alto guadagno, tipicamente dell'ordine dei 40 – 50 dB.

FIGURA 18 Schema di un ponte radio per la raccolta dati Schema di un ponte radio per la raccolta dati

L'elevata frequenza di funzionamento consente l'utilizzazione di bande di frequenza molto ampie (centinaia di MHz) e quindi flussi informativi di notevole capacità (centinaia di Mbit/s).
Poiché la propagazione a queste frequenze avviene in modo analogo a quella della luce (ponti radio in tecnica L.O.S “line of sight”), la trasmissione avviene in modo rettilineo, perciò le antenne devono essere in visibilità ottica, senza ostacoli intermedi che intercetterebbero il fascio di onde interrompendo la trasmissione.
Tale caratteristica pone vincoli di utilizzabilità di tale mezzo come metodo di collegamento tra le centraline ed il centro di raccolta dati poiché le centraline possono trovarsi in posizione tale, rispetto al centro di coordinamento, che il collegamento non è realizzabile per mancanza di visibilità tra le rispettive antenne. Inoltre, l'impianto in ponte radio richiede un traliccio portante gli elementi radianti (antenne) a carattere infrastrutturale e quindi non idoneo ad assicurare il collegamento di elementi mobili quali sono le centraline.

Rete telefonica fissa

In linea teorica, per la connessione tra gli elementi mobili della rete (centraline ed il centro di raccolta dati), potrebbe essere utilizzata la rete telefonica fissa.

FIGURA 19 Schema di collegamento per la raccolta dati tramite rete telefonica Schema di collegamento per la raccolta dati tramite rete telefonica

Tale possibilità presenta però alcuni limiti tecnici ed operativi che ne escludono di fatto la realizzabilità. Il primo limite riguarda la velocità del flusso dati che è fortemente condizionata dalle caratteristiche della linea telefonica. Il secondo limite, più operativo e più vincolante, è ricondotto alla necessità di portare a piè d'opera di ogni centralina una linea telefonica. Tale vincolo esclude la possibilità di utilizzare la rete telefonica per la connessione della rete.

Rete telefonica mobile

La copertura territoriale del sistema mobile GSM e le caratteristiche dello standard della trasmissione dati del sistema stesso, consentono di superare i vincoli ed i limiti propri dei sistemi già indicati e quindi la connessione tra gli elementi mobili della rete di monitoraggio (centraline) ed il centro di raccolta dati può essere realizzato utilizzando la rete del sistema GSM indicato nello schema seguente.

FIGURA 20 Schema di connessione degli elementi della rete tramite sistema GSM Schema di connessione degli elementi della rete tramite sistema GSM

In conclusione, i mezzi trasmissivi che consentono la connettività tra gli elementi costituenti la rete, non appaiono condizionare la scelta della architettura della rete stessa, potendo comunque coprire ogni topologia di rete.

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4.II. Architettura di rete

In estrema sintesi, l'architettura funzionale di una rete di monitoraggio comprende un certo numero di stazioni mobili di rilevamento in continuo dei valori del campo elettromagnetico(centraline), distribuite sul territorio, da un Centro di coordinamento e di raccolta dei dati (C.R.D.) che provvede all'esercizio tecnico delle centraline periferiche, e da un Centro di coordinamento della rete (C.C.R.) che ha la responsabilità della gestione tecnico-operativa dell'intera rete. Il sistema è completato da una infrastruttura di telecomunicazione per interconnettere i vari elementi della rete.

Di seguito è rappresentato uno schema di connessione della rete, basato sul collegamento via GSM, tra le centraline ed il C.R.D.(ad esempio l'Agenzia per la Protezione dell'Ambiente-ARPA) e via internet tra il C.R.D. ed il C.C.R (Amministratzione territoriale, ad esempio una regione o comune, preposta alla diffusione dei dati ai soggetti interessati).

FIGURA 21 Schema di connessione delle rete via GSM Schema di connessione delle rete via GSM

Per quanto riguarda l'architettura da conferire alla rete, la scelta deve tener conto oltre che di quanto già indicato, dei seguenti requisiti:

  • flessibilità: la rete deve poter essere adattata alle esigenze del monitoraggio senza alterare la sua configurazione;
  • dinamicità: gli elementi periferici della rete debbono potere essere collocati sul terreno senza che ciò impedisca il regolare funzionamento della rete nella sua interezza;
  • sopravvivenza: l'eventuale inefficienza di una parte della rete non deve comprometterne il rimanente funzionamento;
  • contenuti costi di esercizio: l'impegno di personale specialistico deve essere limitato e commisurato alle reali esigenze di monitoraggio provenienti dal territorio

I requisiti elencati possono essere agevolmente soddisfatti adottando un'architettura di rete strutturata su tre livelli come indicato nella figura 22.

FIGURA 22 Una possibile architettura di rete Una possibile architettura di reteM

Il primo livello gerarchico della rete è di competenza dell'Amministrazione preposta alla diffusione dei dati che istituisce il Centro di coordinamento della rete (C.C.R.).
Il secondo livello è di competenza dell'Ente tecnico preposto alla gestione tecnico-logistica della rete che attiva un Centro di raccolta dati (C.R.D.).
Il terzo livello gerarchico è costituito da ogni configurazione di centraline schierate sul territorio.

Centro di coordinamento della rete (C.C.R.) - Primo livello di rete

Il C.C.R. svolge le seguenti funzioni:

  • attuazione delle direttive per la gestione operativa della rete sul territorio;
  • coordinamento delle attività per la dislocazione delle centraline;
  • analisi, raccolta e archiviazione dei rapporti di monitoraggio provenienti dal centro raccolta dati.
  • diffusione dei rapporti di monitoraggio;
  • predisposizione di documentazione informativa sull'attività di monitoraggio.

Centro di raccolta dati (C.R.D.) - Secondo livello di rete

Il C.R.D svolge le funzioni necessarie al fine di assicurare la funzionalità della rete.
In particolare sono di competenza del C.R.D. le seguenti funzioni:

  • dispiegamento delle configurazioni della rete (centraline);
  • individuazione dei posizionamenti puntuali delle centraline e della durata cicli di monitoraggio;
  • validazione, raccolta ed archiviazione dei dati grezzi provenienti dalle centraline;
  • elaborazioni statistiche dei dati validati;
  • compilazione ed invio al CCR del rapporto dei dati validati ed elaborati;
  • manutenzione ordinaria del materiale di rete.

Rete di centraline – Terzo livello di rete

Ogni configurazione operativa dell'insieme delle centraline costituisce un terzo livello di rete.
Il terzo livello di rete, variabile in relazione alle diverse dislocazioni delle centraline, è di competenza del C.C.R. per quanto riguarda la scelta delle aree da monitorare, mentre sono di competenza del C.R.D. l'individuazione puntuale dei posizionamenti delle centraline e della durata dei cicli di monitoraggio.

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4.III. Criteri di configurazione

La rete ha lo scopo di realizzare una griglia dinamica e flessibile di sensori (centraline) di monitoraggio in continuo, finalizzata sia alla caratterizzazione delle condizioni di esposizione al campo elettromagnetico esistenti in punti del territorio, sia alla individuazione di situazioni critiche per le quali fornire segnali di “warning” (allarme) per le eventuali esecuzioni di successive misure dei parametri del campo elettromagnetico.
Per soddisfare tale duplice finalità è necessario fissare dei criteri guida per il posizionamento delle centraline sul territorio.
Intanto, per la caratterizzazione elettromagnetica del territorio, occorre stabilire preliminarmente le priorità per la individuazione delle aree da monitorare. In tal senso i criteri guida possono essere i seguenti:

  • recettori sui quali sono stati già accertati valori del campo elettrico, per le alte frequenze, o di induzione magnetica , per le basse frequenze, superiori al 50% dei limiti previsti dalla normativa vigente;
  • comprensori scolastici;
  • strutture per la degenza sanitaria;
  • recettori in prossimità di siti con molteplicità di impianti per le telecomunicazioni o di elettrodotti;
  • luoghi attrezzati per l'intrattenimento pubblico superiore alle quattro ore;
  • siti segnalati dai municipi;
  • siti per i quali è stata già adottata la riduzione a conformità (per gli impianti ad alta frequenza).

Per quanto riguarda poi la possibilità di utilizzare la rete con funzioni di warning, il posizionamento dei sensori, oltre a tenere conto delle priorità precedentemente elencate, richiederà:

  • la preventiva attribuzione dei limiti del valore del campo elettromagnetico in relazione alla tipologia dei luoghi, come previsto dai già citati D.P.C.M. 8 luglio 2003;
  • la scelta del punto di installazione della centralina, previa misuraa banda larga al fine di caratterizzare spazialmente il sito da monitorare;
  • la fissazione del valore di soglia da attribuire al segnale di warning, in relazione al limite applicabile alla posizione del sensore.
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4.IV. Diffusione e utilizzazione dei dati

La diffusione e la successiva utilizzazione dei dati costituiscono la fase finale del monitoraggio elettromagnetico del territorio.
La rilevante importanza di tale fase è da ricondursi alle finalità stesse attribuite alla rete.
In tal senso la misura delle grandezze del campo elettromagnetico effettuata dalle centraline non può essere considerato un modo alternativo e definitivo per la verifica del rispetto dei limiti previsti dalle normative esposte ed analizzate in Appendice
I dati scaturiti dal monitoraggio rappresentano, invece, l'elemento oggettivo di conoscenza che consente:

  • agli Enti responsabili dell'autorizzazione per l'installazione di nuovi impianti, di corroborare il processo istruttorio ai fini autorizzativi e di pianificare l'uso del territorio anche in funzione dello sviluppo di tali tecnologie;
  • agli organi di vigilanza, di pianificare i controlli sul territorio e di intervenire con misure mirate, là dove gli andamenti temporali dei valori di campo elettromagnetico mostrassero criticità;
  • alla popolazione di acquisire, la consapevolezza sui reali livelli di campo elettromagnetico presenti sul territorio ed il loro andamento nel tempo;
  • ai gestori degli impianti di telecomunicazioni e degli elettrodotti di acquisire un dato tecnico condiviso sulla possibilità di inserire ulteriori impianti sul territorio, compatibilmente con lo stato elettromagnetico già esistente.

La diffusione dei dati

Il valore mediato su sei minuti è il dato di base fornito dalla centralina non soltanto perché è con tale valore che è possibile verificare, almeno con una analisi di primo livello, la rispondenza ai limiti previsti dalla normativa, ma anche perché a partire de esso è possibile ricavare importanti parametri statistici che sono specifici del monitoraggio in continuo.
Intanto si fa rilevare che al termine di un ciclo di monitoraggio di 24 ore, ogni centralina ha elaborato 1440 medie mobili. Tale mole di dati non è di grande interesse né appare pratico che la totalità dei dati possa essere inviata al C.C.R. o ai soggetti interessati all'esito del monitoraggio. È invece necessario che, a partire dall'insieme del valori delle medie, l'informazione sugli esiti del monitoraggio che deve essere fornita al C.C.R., o ad altre amministrazioni, sia costituita da alcune elaborazioni statistiche delle medie validate. A tale fine, risultano significative le seguenti elaborazioni da inviare ai predetti soggetti al termine di ogni ciclo di monitoraggio e per ogni postazione monitorata:

  • numero dei superamenti dei limiti;
  • numero dei superamenti della soglia di warning;
  • valore massimo dell'insieme dei valori mediati su 6 minuti del campo elettrico;
  • valore medio dell'insieme dei valori mediati su 6 minuti del campo elettrico;
  • valore minimo dell'insieme dei valori mediati su 6 minuti del campo elettrico;
  • % dei valori < valore medio;
  • % dei valori misure >= valore medio*;
  • la media sul ciclo dei valori mediati su sei minuti;
  • il 98° ed il 95° percentile dei valori;
  • periodo di osservazione;
  • numero totale delle misure;
  • durata in ore del monitoraggio.

* Nel caso di centraline equipaggiate con sensori bi-banda i dati devono essere riferiti ad ogni banda di misurazione.

Alcuni di questi parametri potrebbero essere forniti direttamente dal sistema di elaborazione delle centraline, per gli altri occorrerà disporre di appositi programmi di calcolo.

Vincoli per l'utilizzazione dei dati

Nel precedente paragrafo si è fatto cenno alla impossibilità di utilizzare i dati forniti dalla centralina ai fini della verifica del rispetto dei limiti previsti dalla normativa. Si vuole ora approfondire tale aspetto esaminando i vincoli di natura tecnico-procedurale che condizionano l'utilizzazione dei dati forniti dalla rete.

I dati forniti dalle centraline ad alta frequenza

La citata norma CEI 211-7 del 2001, richiamata dal D.P.C.M. 8 luglio 2003 e quindi cogente, prescrive, in sintesi, le seguenti modalità di misura:

  1. le misure vanno effettuate ordinariamente in banda larga;
  2. il punto deve esser individuato attraverso una prima serie di misure nell'area in esame al fine di rilevare il punto di massima esposizione;
  3. i livelli del campo elettrico, magnetico e della densità di potenza devono essere mediati su qualsiasi intervallo temporale di sei minuti;
  4. i livelli del campo elettrico, magnetico e della densità di potenza devono essere mediati su un'area equivalente alla sezione verticale del corpo umano;
  5. il requisito della media spaziale richiede che vengano effettuate più misure nel punto d'indagine; almeno due corrispondenti alla testa e al tronco, quindi ad una altezza di 1.90 m e 1.10 m. Ognuna di queste dovrà essere a sua volta il risultato della media temporale su sei minuti. Se la differenza tra le due misure è maggiore del 25% del valore più elevato tra le due (maggiore quindi dell'incertezza di quella misura) è opportuno effettuarne una terza a 1.50 m da terra, per poi effettuare una media dei tre risultati.
    FIGURA 23 Prescrizioni per il rilevamento spaziale del campo elettrico ad alta frequenza Prescrizioni per il rilevamento spaziale del campo elettrico ad alta frequenza
  6. tutte le medie sopra riportate devono essere considerate come medie aritmetiche sulla densità di potenza ovvero come medie quadratiche delle intensità del campo elettrico o magnetico;
  7. nel caso in cui venga superato il 50% del valore dei limiti di legge è consigliabile effettuare l'analisi in banda stretta;
  8. oltre il 75% dei suddetti limiti tale analisi diventa obbligatoria;
  9. nelle misure a banda stretta, a causa delle dimensioni non trascurabili delle antenne (tipicamente 1.2 m x 0.4 m per le biconiche, dai 10 ai 40 cm per i dipoli in mezz'onda e circa 0.4 m x 0.5 m per le log-periodiche) è sufficiente un solo punto di misura a 1.5 m di altezza;
  10. è necessario che siano precisate le condizioni di funzionamento degli impianti esistenti al momento delle rilevazioni. Tali condizioni dovrebbero rispecchiare la massima potenzialità degli impianti stessi o consentire di valutare il valore di campo presente in quelle condizioni per estrapolazione;
  11. al fine di valutare l'adeguatezza degli strumenti di misura si ritiene utile citare, tra le altre, le norme tecniche ANSI che richiedono che gli strumenti utilizzati siano isotropi entro 1 dB ed abbiano un fattore di calibrazione noto con un'incertezza massima di 2 dB, e le norme ISO 45000 e ISO 9000, che raccomandano che gli strumenti utilizzati siano tarati e riferibili.

Allo scopo di individuare i criteri di utilizzazione dei dati forniti dalla rete, si passa ad esaminare se e come le caratteristiche tecniche e costruttive generali delle centraline consentano di soddisfare le modalità di misura precedentemente elencate.
Intanto si osserva che tutte le prescrizioni ad eccezione della 9) riguardano la misurazione a banda larga e quindi sono direttamente riscontrabili nelle caratteristiche delle centraline che, per l'appunto, sono equipaggiate con sensori a banda larga.
In particolare:

  • prescrizioni 1) e 2). Le prime due prescrizioni, che riguardano le caratteristiche delle centraline e le modalità d'impiego (misurazioni a banda larga e preventiva caratterizzazione della zona di misura) sono soddisfatte sia tecnicamente che operativamente;
  • prescrizione 3). Anche tale prescrizione à soddisfatta in quanto gli strumenti a banda larga commercializzati hanno la possibilità di integrare i valori di campo elettrico o magnetico su intervalli temporali variabili, compreso l'intervallo di 6 minuti previsto dalla vigente normativa;
  • prescrizioni 5) e 6). Le configurazioni costruttive delle centraline attualmente sul mercato, non consentono di soddisfare il dispositivo di tali prescrizioni. Infatti, non è possibile effettuare la media spaziale delle misure in quanto l'altezza del sensore non può essere variata essendo il sensore stesso montato in modo solidale alla struttura della centralina (figura 7).Tale limitazione potrebbe essere superata facendo assumere alla installazione della centralina le quote previste dalla norma. Ciò però colliderebbe con l'esigenza di una misurazione continua nel tempo. D'altra parte, anche ricorrendo alla strategia di effettuare cicli temporali di misurazioni a quote diverse, e quindi dedurre in qualche modo medie temporali/spaziali del campo, la modalità sarebbe comunque difforme dalla norma che, di fatto, richiede contestualità delle misure nel dominio spaziale;
  • prescrizioni 7) e 8). Non applicabili alle centraline per la motivazione precedente;
  • prescrizione 9). Non applicabile alle centraline in quanto riferita a strumentazione selettiva (a banda stretta);
  • prescrizione 10). La prescrizione ha valenza operativa e tecnica.. Sotto il profilo operativo essa ha lo scopo di correlare i dati misurati e registrati dalle centraline con le condizioni di funzionamento degli impianti radioelettrici i cui contributi cadono nella banda di funzionamento del sensore. Appaiono però evidenti le difficoltà operative per soddisfare il requisito. Infatti, gli impianti emettitori possono essere numerosi e dislocati nelle posizioni le più varie sul territorio. Ciò comporta una onerosa attività di verifica da parte dell'ente preposto al controllo della regolarità radioelettrica degli impianti che, inoltre, dovrebbe estendere tale controllo a tutto il periodo di registrazione dei dati. Sotto il profilo tecnico, poi, la conoscenza degli impianti che occorre sottoporre a controlli radioelettrici può essere ottenuta solo con un'analisi selettiva della banda di funzionamento della centralina, da eseguire preventivamente e nello stesso punto in cui successivamente sarà installata la centralina stessa. Infatti, solo attraverso l'analisi selettiva è possibile individuare le frequenze delle emissioni degli impianti e, da esse, risalire alla loro dislocazione. Questa complessa procedura che, tra l'altro, richiede il coordinamento stretto tra enti diversi, è adottata, con qualche semplificazione, solo nei casi di misurazioni a banda stretta. D'altra parte, prescindendo dalla necessità di individuare la dislocazione degli impianti per il loro successivo controllo radioelettrico, la preventiva analisi selettiva della banda appare quanto mai opportuna poiché solo attraverso essa è possibile determinare il valore del fattore di correzione che occorre applicare alla misura in relazione alla curva di calibrazione in frequenza della sonda fornita dal costruttore;
  • prescrizione 11). La prescrizione si riferisce ai parametri di qualità degli strumenti a banda larga che, in generale, costituiscono lo standard costruttivo attualmente adottato.

I dati forniti dalle centraline a bassa frequenza

L'analisi della utilizzabilità dei dati misurati alle basse frequenze, con specifico riferimento alla frequenza di 50 Hz degli elettrodotti, presenta alcuni aspetti comuni a quella precedentemente fatta, e peculiarità connesse sia alla sostanziale diversità degli elettrodotti rispetto agli impianti per le telecomunicazioni (alta frequenza), sia per la conseguente ed ulteriore diversità della norma CEI 211-6 del 2001 (omologa a quella citata nel precedente paragrafo per le alte frequenze), in base alla quale la normativa prevede debbano essere eseguite le misure di induzione magnetica relative agli elettrodotti.
Ciò posto, la citata norma CEI 211-6 del l2001, richiamata dal D.P.C.M. 8 luglio 2003 e quindi cogente, e lo stesso decreto prescrivono, in sintesi, le seguenti modalità di misura:

  1. le misure vanno effettuate ordinariamente in banda larga;
  2. il punto deve esser individuato attraverso una prima serie di misure nell'area in esame al fine di rilevare il punto di massima esposizione;
  3. devono essere rilevati 12 valori dell'induzione magnetica nelle 24 ore (vds.Appendice 5) nelle normali condizioni di esercizio dell'elettrodotto;
  4. l'induzione magnetica deve essere misurata ad una altezza di 1.0 m e 1,5 m dal piano di calpestio assumendo il valore massimo come indicativo del valore di esposizione;
    FIGURA 24 Prescrizioni per il rilevamento spaziale dell'induzione magnetica a bassa frequenza Prescrizioni per il rilevamento spaziale dell'induzione magnetica a bassa frequenza
  5. è necessario che siano precisate le condizioni di carico delle linee, al momento delle rilevazioni;
  6. Al fine di valutare l'adeguatezza degli strumenti di misura si ritiene utile citare, tra le altre, le norme tecniche ANSI che richiedono che gli strumenti utilizzati siano isotropi entro 1 dB ed abbiano un fattore di calibrazione noto con un'incertezza massima di 2 dB, e le norme ISO 45000 e ISO 9000, che raccomandano che gli strumenti utilizzati siano tarati e riferibili.

Allo scopo di individuare i criteri di utilizzazione dei dati forniti dalla recedei sensoria a bassa ferquenza, si passa ad esaminare se e come le caratteristiche tecniche e costruttive generali delle centraline consentano di soddisfare le modalità di misura precedentemente elencate.
Intanto si osserva che tutte le prescrizioni riguardano la misurazione a banda larga e quindi sono direttamente riscontrabili nelle caratteristiche delle centraline che, per l'appunto, sono equipaggiate con sensori a banda larga.

In particolare:

  • prescrizioni 1) e 2). Le prime due prescrizioni, che riguardano le caratteristiche delle centraline e le modalità d'impiego (misurazioni a banda larga e preventiva caratterizzazione della zona di misura) sono soddisfatte sia tecnicamente che operativamente;
  • prescrizione 3). È pienamente soddisfatta dalle centraline in quanto dotate di sistema di registrazione dei dati;
  • prescrizione 4). È soddisfatta purchè il sensore sia posizionato alla quota corrispondente al massimo valore dell'induzione magnetica;
  • prescrizione 5). La prescrizione ha lo scopo di correlare i dati misurati e registrati dalle centraline con le condizioni di carico delle linee cioè al valore della corrente che deve essere fornito dal gestore dell'elettrodotto.
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4.V. Scenari di utilizzazione dei dati

A conclusione dell'analisi svolta, si possono individuare alcuni scenari operativi d'impiego della rete e quindi il campo di utilizzazione dei dati forniti delle centraline.

  • Una prima possibilità è strettamente legata alla principale peculiarità delle centraline che, in quanto progettate per il monitoraggio continuo, consente la registrazione temporale del campo elettromagnetico. Tale caratteristica messa a sistema con i dati relativi al catasto delle sorgenti di campo, fornisce le correlazioni tra la dislocazione degli impianti sul territorio e le loro caratteristiche radioelettriche, il trend di sviluppo degli stessi, ed il trend dei valori di esposizione sul territorio.
  • Un'ulteriore possibilità è connessa alla funzione di sensore di “warning” da attribuire alle centraline. Per le motivazioni tecniche già illustrate, i valori misurati dalle centraline non possono essere direttamente utilizzati per la verifica del rispetto dei limiti previsti dalla normativa. Tuttavia è possibile utilizzare la logica interna e gli automatismi della strumentazione per impostare soglie di allarme che, se superate, consentono l'intervento mirato per l'esecuzione di misure più accurate con le modalità previste dalla normativa vigente. Tale criterio di impiego appare quanto mai opportuno in siti complessi ove i valori di campo si discostano significativamente dal valore di fondo, attestandosi su valori prossimi al limite dalla norma (tale caso comprende anche quello relativo a impianti le cui emissioni sono state ridotte a conformità).
  • Inoltre, le risultanze del monitoraggio potranno essere utilizzate per la pianificazione delle attività di vigilanza e di controllo degli impianti.
  • Infine, le centraline possono essere inoltre utilizzate come primo anello strumentale nella procedura di misura dei valori di campo elettromagnetico in quelle situazioni nelle quali i valori di campo elettrico subiscono variazioni significative a breve e medio termine. Con tale criterio, infatti, la preventiva analisi del sito eseguita con la centralina, pur tenendo conto dei limiti tecnici di cui si è gia detto, consente di eseguire le successive misure tenendo conto non soltanto della caratterizzazione spaziale del campo che viene assicurata dalla validazione dei dati, ma soprattutto dell'andamento temporale dei dati consentendo così la programmazione e l'esecuzione delle misure durante le finestre temporali più critiche.

Come esemplificazione, nella figura 25 è stato riportato il grafico dell'andamento temporale del valore di campo elettrico mediato, su intervalli di 6 minuti, misurato in un sito con prevalenza di contributi di campo generati da stazioni radio base (alta frequenza). Esso mostra come l'andamento giornaliero tipico del valore medio su 6 minuti sia caratterizzato da valori minimi durante le ore notturne e da due massimi, il primo nella fascia oraria 10-13 ed il secondo nella fascia 18-22.

FIGURA 25 Tipico andamento medio del campo elettrico nell'arco di una giornata dalle ore 00 alle ore 24 Tipico andamento medio del campo elettrico nell'arco di una giornata dalle ore 00 alle ore 24

Nel grafico successivo (figura 26) è mostrato l'andamento tipico del valore dell'induzione magnetica registrato in prossimità di un elettrodotto (grafico in rosso). La figura riporta anche il valore registrato della corrente ed il valore dell'induzione magnetica determinato con il calcolo.
Dal confronto delle curve si osserva come l'andamento dell'induzione magnetica sia strettamente correlato a quello della corrente e che il modello di calcolo adottato, pur con valori in eccesso, fornisce lo stesso andamento dell'induzione magnetica misurata.

FIGURA 26 Andamento tipico del valore dell'induzione magnetica registrato in prossimità di un elettrodotto (grafico in rosso) Andamento tipico del valore dell'induzione magnetica registrato in prossimità di un elettrodotto (grafico in rosso)
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5. Tecniche per la riduzione dell'esposizione

Si è ampiamente analizzata la circostanza che i valori misurati dalle centraline non possono essere assunti direttamente come prova strumentale di superamenti dei limiti ma piuttosto come possibili segnali di warning che consentono di attivare, da parte degli organi di vigilanza, mirate procedure di controllo e da parte delle amministrazioni competenti di adottare i conseguenti provvedimenti amministrativi ove i controlli confermassero i superamenti dei limiti.
Occorrerà pertanto definire i criteri in base ai quali fissare la soglia di warning al di sopra della quale i dati del monitoraggio siano considerati rappresentativi di situazioni critiche.

 

5.I. Procedure tecniche per le criticità dovute agli impianti per le telecomunicazioni

Si possono definire situazioni critiche quelle per le quali risulta che uno o più valori registrati dalle centraline sono superiori al 75% dei limiti imposti dalla normativa per gli impianti per le telecomunicazioni (da 100 kHz a 3GHz).

frequenza campo elettrico (V/m) campo elettrico (V/m) campo elettrico (V/m)
limiti di esposizione warning (75%) valori di attenzione warning (75%) obiettivi di quilità warning (75%)
0,1 ÷ 3 MHz 60 45 6 4,5 6 4,5
3 MHz ÷ 3.000 MHz 20 15 6 4,5 6 4,5
3.000 MHz ÷ 300 GHz 40 30 6 4.5 6 4,5

 

Le criticità delle situazioni sono deducibili dai rapporti sui dati registrati dalle centraline, che il C.R.D. (Centro Raccolta Dati) invia al C.C.R. (Centro Coordinamento Rete) termine di ogni ciclo di ogni monitoraggio.
In tali casi:

  • gli organi preposti al controllo (ARPA) procedono ad eseguire misurazioni a banda larga nel punto di posizionamento della centralina, adottando le modalità previste dalla norma CEI 211-7 del 2001, tenendo conto dei periodi delle giornata in cui sono stati registrati i superamenti, come risulta dalla registrazione dei dati delle centraline.
  • ove le misure a banda larga confermassero i superamenti della soglia, vengono attivate le procedure di misura a banda stretta che consentono, tra l'altro, di conoscere la frequenza di ogni singola emissione e quindi il gestore dell'impianto.
  • se le verifiche a banda stretta confermassero il superamento dei limiti di legge, la normativa prescrive “la riduzione a conformità delle emissioni”.

Con la ripetizione della misura con strumentazione a banda stretta, eseguita nella medesima posizione della precedente misurazione a banda larga e nello stesso periodo di tempo, si ottengono, per ogni emissione, le seguenti ulteriori informazioni:

  • frequenza;
  • contributo del campo elettrico;
  • direzione provenienza della emissione;
  • polarizzazione del campo.

Le prime due informazioni assumono decisiva rilevanza amministrativa, poiché dalla conoscenza della frequenza di emissione è possibile risalire al gestore dell'impianto, mentre la conoscenza del contributo del campo elettrico della emissione consente di verificare, noti i contributi di tutte le emittenti, il superamento evidenziato dalla misure a banda larga e dalle centraline. Ciò perché la tecnica di misura a banda stretta è caratterizzata da una maggiore precisione rispetto e quella a banda larga.
Nel caso di superamenti dei limiti, le informazioni fornite dalle misure selettive consentono di procedere alla cosiddetta riduzione a conformità dei valori di immissione del campo elettrico generato dagli impianti, come prescritto dall'Allegato C del D.P.C.M. 8-7-2003.
In sintesi tale prescrizione ha lo scopo di ridurre i singoli contributi di campo in modo che la loro somma(quadratica) rientri nei limiti previsti dalla citata norma.
Lo schema concettuale del procedimento è di seguito sintetizzato.

FIGURA 27 Schema concettuale della riduzione a conformità Schema concettuale della riduzione a conformità

La riduzione a conformità dei valori del campo elettrico di immissione Ei di n sorgenti, riferiti al punto di misura, ha il seguente presupposto:

con Ei i valori misurati del campo elettrico di ciascuna delle n sorgenti, ed Li i relativi limiti in funzione della frequenza.

In termini generali, il problema si enuncia come segue:
Calcolare il fattore di riduzione a che, applicato ai singoli valori misurati di campo elettrico Ei con riferimento ai rispettivi valori dei limiti Li, soddisfi la seguente relazione:

In tale calcolo sono esclusi i contributi minori di 1/100 del limite per essi previsto.

Occorrerà preliminarmente determinare la somma dei valori normalizzati C che, per le condizioni assunte, è maggiore di 1:

Si possono generalizzare i seguenti casi:

  1. Ciascuna delle n sorgenti fornisce un contributo EiP inferiore al proprio limite Li (situazione particolare ma più frequente).

    Il fattore di riduzione α è dato dalla:

    Quindi i valori ridotti a conformità EiPR si ottengono moltiplicando ciascun valore di campo elettrico misurato EiP per α:

  2. Situazione più generale:

    • una o più sorgenti con valori di immissione EiS superiori al limite previsto;
    • una o più sorgenti con valori di immissione EiP inferiori al limite previsto;
    • una o più sorgenti con valori di immissione EiF inferiori all'1% del limite previsto.

    La prima operazione da eseguire è la riduzione delle sorgenti che hanno un valore di immissione Eis superiore al limite previsto Li. Per tali sorgenti occorre calcolare il fattore di riduzione β

    I valori ridotti si ottengono moltiplicando per βi i valori di campo elettrico misurati EiS.

    Con tali valori si procede alla verifica della condizione generale per la riduzione a conformità

    Occorre poi verificare quali e quante sorgenti EiF forniscono un contributo inferiore all'1% del loro limite, attraverso la condizione:

    Per tali sorgenti si calcola la somma normalizzata

    Si calcola quindi la somma normalizzata CT di tutte le sorgenti che hanno un contributo superiore all'1%. Avendo già ridotto i valori di quelle sorgenti con contributi superiori al proprio limite, il fattore di riduzione a che si applica alle sorgenti che hanno contributi uguali o superiori all'1% è dato da:

    I valori ridotti a conformità si ottengono moltiplicando ciascun valore di campo elettrico da ridurre per α.

    Il procedimento va reiterato se la somma normalizzata dei quadrati dei contributi ridotti risultasse ancora maggiore di 1.

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5.II. Procedure tecniche per criticità dovute agli elettrodotti

La criticità di un elettrodotto, con riferimento all'induzione magnetica, è connessa al superamento dei limiti previsti dal D.P.C.M. 8 luglio 2003, di seguito riportati.

INDUZIONE MAGNETICA
Limiti di Esposizione
(µT)
Valori di Attenzione
(µT)
Obiettivi di Qualità
(µT)
100 10 3

 

La completa formulazione dei limiti sopra indicati necessita di ulteriori specificazioni riguardanti le condizioni di esercizio degli elettrodotti durante le misure:

  • i limiti di esposizione non devono essere superati in tutte le condizioni di esercizio degli elettrodotti;
  • i valori di attenzione e gli obiettivi di qualità sono da intendersi come mediana dell'induzione magnetica nelle 24 ore e nelle normali condizioni di esercizio dell'elettrodotto.

Nel caso in cui i dati misurati dalle centraline abbiano evidenziato superamenti dei limiti occorre ricondurre i valori dell'induzione magnetica entro i limiti precedentemente indicati.
Diversamente è per gli impianti per le telecomunicazioni, per i quali l'adozione della riduzione a conformità non comporta necessariamente la modifica dei parametri di emissione dell'impianto (potenza in antenna) o il suo spostamento, nel caso di un elettrodotto che determini il superamento dei limiti in uno o più punti del territorio, non è possibile modificarne i parametri di esercizio, ma è necessario agire sugli elementi costituenti l'elettrodotto (linee e tralicci). Va altresì specificato che in generale la normativa non impone le soluzioni tecnologiche per far rientrare i valori di esposizione nelle prescrizioni, ma si limita ad imporre le prescrizioni stesse. Pertanto sono lasciate ai gestori le scelte tecnologiche idonee per il raggiungimento di tale obiettivo che si configura come una specifica azione di risanamento.
Per ridurre l'intensità dei campi generati da un elettrodotto aereo in determinati punti, senza modificarne i parametri elettrici principali (corrente di esercizio e potenza trasportata), sono sostanzialmente possibili le seguenti soluzioni:

  1. modificare il tracciato;
  2. aumentare l'altezza dei sostegni;
  3. adottare sostegni “compatti”, che riducano l'interdistanza tra i vari conduttori di fase;
  4. ricorrere a linee split-phase;
  5. interramento.

La soluzione 1) tende ad allontanare la linea di punti critici. Il campo magnetico, a grande distanza da un elettrodotto (grande rispetto alla mutua distanza tra i conduttori) è inversamente proporzionale al quadrato della distanza stessa. La soluzione non sempre è di semplice attuazione perché lo spostamento di una campata comporta la modifica di un tratto dell'elettrodotto che comprende più campate.

La soluzione 2) aumenta l'altezza dei conduttori rispetto ai siti sensibili e ciò riduce il valore campi Il metodo risulta abbastanza efficace per abbattere i valori riscontrabili direttamente al di sotto di un elettrodotto o nelle sue immediate vicinanze (al massimo alcune decine di metri), mentre è assai meno efficace per ridurre i valori a distanze maggiori, vedasi figura 28.

FIGURA 28 Profili laterali dell'induzione magnetica ad 1 metro dal suolo, generata da un elettrodotto semplice terna 380 kV/1500 A con il conduttore più basso posto a 15 m dal suolo (curva superiore) e a 35  m dal suolo (curva inferiore) Profili laterali dell'induzione magnetica ad 1 metro dal suolo, generata da un elettrodotto semplice terna 380 kV/1500 A con il conduttore più basso posto a 15 m dal suolo (curva superiore) e a 35 m dal suolo (curva inferiore)

La soluzione 3) si basa sulla circostanza che il campo magnetico generato da un elettrodotto dipende in maniera sensibile dalle mutue distanze tra i vari conduttori che costituiscono la linea. L'adozione di sostegni “compatti” riduce tali distanze con la conseguente riduzione delle intensità del campo in tutti i punti circostanti l'elettrodotto, soprattutto ad una certa distanza da esso (vedasi figura 29).

FIGURA 29 Profili laterali dell'induzione magnetica ad 1 metro dal suolo, generata da un elettrodotto semplice terna 380 kV/1500 A con sostegni standard a traliccio (curva superiore) e da un elettrodotto analogo con sostegni innovativi tipo Foster and partners (curva inferiore); in entrambi i casi il conduttore più basso si trova ad una altezza di 25 metri dal suolo. Profili laterali dell'induzione magnetica ad 1 metro dal suolo, generata da un elettrodotto semplice terna 380 kV/1500 A con sostegni standard a traliccio (curva superiore) e da un elettrodotto analogo con sostegni innovativi tipo Foster and partners (curva inferiore); in entrambi i casi il conduttore più basso si trova ad una altezza di 25 metri dal suolo.

La soluzione 4) è una delle tecniche più efficaci per abbattere il campo magnetico. Lo split-phase consiste nel ripartire tra due o più conduttori la corrente trasportata da un singolo conduttore di fase, in modo da avere correnti minori su ciascun conduttore e contemporaneamente poter scegliere lo schema di cablaggio in modo da ottenere la massima cancellazione tra i contributi dei conduttori stessi al campo totale, sfruttando la composizione delle diverse fasi di ciascuna corrente.
Una forma attuativa di questa tecnica può consistere nel convertire a doppia terna una tratta a semplice terna, a parità di tensione e di potenza trasportata (vedasi figura 30).

FIGURA 30 Profili laterali dell'induzione magnetica ad 1 metro dal suolo di una linea semplice terna da 380 kV/1500 A, (curva superiore) e linea a doppia terna di uguale tensione e potenza con conduttori aduna altezza minima di 25 metri dal suolo Profili laterali dell'induzione magnetica ad 1 metro dal suolo di una linea semplice terna da 380 kV/1500 A, (curva superiore) e linea a doppia terna di uguale tensione e potenza con conduttori aduna altezza minima di 25 metri dal suolo

La souzione 5) prevede la sostituzione dei conduttori aerei con cavi isolati interrati.
Le più recenti tecnologie per l'isolamento dei cavi consentono di realizzare una maggiore compattezza (ovvero minore interdistanza mutua tra i vari conduttori) di un elettrodotto interrato rispetto alla configurazione aerea nella quale i conduttori non sono isolati. Ciò determina una rapida attenuazione dell'intensità del campo magnetico con la distanza dalla linea. Infatti, mentre nelle immediate vicinanze di una linea interrata ci si devono aspettare valori dello stesso ordine di grandezza di quelli riscontrabili sotto una linea aerea di caratteristiche corrispondenti, con l'aumentare della distanza, anche di pochi metri, dalla linea interrata i valori attesi decadono assai rapidamente a livelli che, per la linea aerea, richiederebbero distanze di molte decine di metri (vedasi figura 31).

FIGURA 31 Profili laterali ad 1 metro dal suolo dell'induzione magnetica generata da una linea aerea a semplice terna 132 kV/450A con il conduttore più basso posto ad una altezza di 18 metri dal suolo (curva superiore) e da linea interrata a trifoglio (curva inferiore) posta ad una profondità di 1,5 metri Profili laterali ad 1 metro dal suolo dell'induzione magnetica generata da una linea aerea a semplice terna 132 kV/450A con il conduttore più basso posto ad una altezza di 18 metri dal suolo (curva superiore) e da linea interrata a trifoglio (curva inferiore) posta ad una profondità di 1,5 metri
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