cercetĂri asupra mĂsurĂrii Și limitĂrii ......mijlocii. de asemnea, sunt definite metrici...
TRANSCRIPT
i
UNIVERSITATEA TEHNICĂ “GHEORGHE ASACHI” DIN IAŞI
CERCETĂRI ASUPRA MĂSURĂRII ȘI LIMITĂRII NIVELULUI
PERTURBAȚIILOR ELECTROMAGNETICE
-REZUMATUL TEZEI DE DOCTORAT-
Ing. Bogdan Dumitru Alistar
Conducător de doctorat : Prof. dr. ing. Alexandru Sălceanu
IAŞI, 2019
iii
Mulţumiri
Adresez cele mai respectuoase mulțumiri Domnului Prof. Univ. Dr. Ing.
Alexandru Sălceanu pentru șansa și încrederea necondiționat acordate, pentru,
sprijinul constant și ajutorul oferit pe întreaga perioadă a stagiului doctoral
precum și pentru oportunitatea acestei experiențe stiințifice unice.
Totodată mulțumesc colectivului din cadrul Laboratorului de Compatibilitate
Electromagnetică și întregului colectiv didactic al Departamentului de Măsurări
Electrice și Materiale Electrotehnice pentru contribuția Dumnealor la educarea și
formarea mea profesională.
Toată recunoștința și mulțumirile mele domnilor referenți științifici,
Prof.univ.dr.ing. Radu-Ioan Munteanu, Prof.univ.dr.ing.Sorin Dan Grigorescu și
Conf.univ.dr.ing. Eduard Luncă pentru atât de necesarele sugestii oferite cu
prilejul recenzării tezei dar și pentru amabilitatea de a accepta să fie referenți
oficiali în Comisia de Susținere Publică a prezentei lucrări.
Îmi exprim deosebita recunoștiință familiei, pentru sprijinul necondiționat,
încurajările și înțelegerea pe care mi le-au oferit pe toată perioada stagiului
doctoral.
Iași, Septembrie 2019 Drd. Ing. Bogdan Dumitru ALISTAR
iv
CUPRINS REZUMAT TEZ Ă DE DOCTORAT
Pagina
Structura tezei 1
Capitolul 1. Analiză sintetică a spectrului electromagnetic din perspectiva efectelor biologice 3
1.1 De la compatibilitate la biocompatibilitate electromagnetică 3
1.2 Criterii de diferențiere și clasificări aferente 3
Capitolul 2. Dinamică și diversitate în legislație și reglementări specifice 9
2.1 Directiva Europeană 2013/35/UE, armonizări cu normativele ICNIRP si IEEE 9
2.2 Expunerea la câmp electric și magnetic, de la valori limită de expunere (ELV) la nivele
de acțiune (AL)
11
Capitolul 3. Sprijin logistic pentru întreprinderile micro, mici si mijlocii 21
3.1 Senzori externi (probe) de câmp electric și magnetic, realizați artizanal, în laborator 21
3.2 Definirea unor metrici pentru expunerea la câmpuri electrice și magnetice multiple (de
frecvențe diferite). Aplicare și studiu de caz
25
3.3 Studiu asupra emisiilor de câmp electric și magnetic asociate monitoarelor PC 31
3.4 Concluzii 35
Capitolul 4. Studiu asupra câmpurilor magnetice și electrice generate de LEAÎT 36
4.1 Relevanța dispunerii (transpunerii) fazelor asupra câmpului magnetic generat de
LEAÎT
36
4.1.1 Cadrul general 36
4.1.2 Simulări realizate cu software FEMM 4.2 40
4.1.3 Simulari realizate cu software EMFACDC. Influenţa distribuţiei fazelor asupra
intensităţii câmpului magnetic
46
4.1.4 Concluzii 50
4.2 Relevanța transpunerii fazelor asupra câmpului electric generat de LEAÎT 51
4.2.1 Studiu comparativ al eficienței transpunerii fazelor în reducerea intensității
câmpului electric generat, pentru toate cele trei tipuri de configurații posibile
51
4.3 Influența conductivității solului asupra câmpului magnetic produs de LEAÎT. 57
4.4.1 Comparatii cu modelări software 58
4.4.2 Concluzii 63
4.4 Influența caracteristicilor electrice ale solului asupra câmpului electric generat de LEAÎT 64
v
4.4.1 Influența conductivității solului asupra câmpului electric asociat LEAÎT 64
4.4.2 Concluzii 69
Capitolul 5. Modelări și simulări ale curenților induși în corpul uman de câmpurile electrice și
magnetice asociate LEAÎT
71
5.1 Liniile electrice aeriene, surse importante de câmpuri electrice și magnetice de
Extrem de Joasă Frecvență (EJF-50 Hz)
71
5.2 Modelul cilindric eliptic al corpului uman dezvoltat în cadrul CST SUITE STUDIO 72
5.3 Rezultate ale simulării și relevanța practică 74
5.4 Concluzii 77
Concluzii generale, rezultate cu valoare de contribuții si abordări viitoare 79
BIBLIOGRAFIE 84
Lucrări publicate 92
vi
CUPRINS TEZĂ DE DOCTORAT
Pagina
Definiții, Acronime, Abrevieri, Notații și Simboluri 1
Capitolul 1. Analiză sintetică a spectrului electromagnetic din perspectiva efectelor biologice 13
1.3 De la compatibilitate la biocompatibilitate electromagnetică 13
1.4 Criterii de diferențiere și clasificări aferente 13
1.5 Specificitatea câmpurilor electrice și magnetice de foarte joasă frecvență (10 Hz-
100kHz) din perspectiva studiului efectelor biologice
18
Capitolul 2. Dinamică și diversitate în legislație și reglementări specifice 34
2.3 Clasificări ale surselor de câmp electromagnetic, standarde și norme 34
2.4 Exemple reprezentative, valori orientative 35
2.5 Directiva Europeană 2013/35/UE, armonizări cu normativele ICNIRP si IEEE 37
2.6 Expunerea la câmp electric și magnetic, de la valori limită de expunere (ELV) la nivele
de acțiune (AL)
40
Capitolul 3. Sprijin logistic pentru întreprinderile micro, mici si mijlocii 49
3.5 Argumente privind necesitatea susținerii IMM-urilor din punct de vedere al obligațiilor
ce decurg din Directiva 2013/35/UE
49
3.6 Senzori externi (probe) de câmp electric și magnetic, realizați artizanal, în laborator 50
3.7 Definirea unor metrici pentru expunerea la câmpuri electrice și magnetice multiple (de
frecvențe diferite). Aplicare și studiu de caz
55
3.8 Studiu asupra emisiilor de câmp electric și magnetic asociate monitoarelor PC 62
3.9 Concluzii 66
Capitolul 4. Studiu asupra câmpurilor magnetice și electrice generate de LEAÎT 67
4.2 LEAÎT-surse importante de câmpuri magnetice și electrice în ambientul rezidențial și
ocupațional
67
4.3 Relevanța dispunerii (transpunerii) fazelor asupra câmpului magnetic generat de
LEAÎT
70
4.1.5 Cadrul general 70
4.1.6 Simulări realizate cu software FEMM 4.2 73
4.1.7 Simulari realizate cu software EMFACDC. Influenţa distribuţiei fazelor asupra
intensităţii câmpului magnetic
79
vii
4.1.8 Concluzii 85
4.3 Relevanța transpunerii fazelor asupra câmpului electric generat de LEAÎT 85
4.2.2 Studiul transpunerii în cazul unei linii trifazate duble de 110 kV (rețea de
distribuție din zona limitrofă marilor aglomerări urbane)
85
4.2.3 Studiu comparativ al eficienței transpunerii fazelor în reducerea intensității
câmpului electric generat, pentru toate cele trei tipuri de configurații posibile
87
4.4 Influența conductivității solului asupra câmpului magnetic produs de LEAÎT. 94
4.4.3 Dimensionarea curenților imagine induși de câmpul magnetic 95
4.4.4 Comparatii cu modelări software 97
4.4.5 Concluzii 103
4.5 Influența caracteristicilor electrice ale solului asupra câmpului electric generat de LEAÎT 103
4.4.3 De la tensiune la densitate de sarcină 104
4.4.4 Influența conductivității solului asupra câmpului electric asociat LEAÎT 109
4.4.5 Influența permitivității relative a solului 114
4.4.6 Concluzii 115
Capitolul 5. Modelări și simulări ale curenților induși în corpul uman de câmpurile electrice și
magnetice asociate LEAÎT
116
5.2 Liniile electrice aeriene, surse importante de câmpuri electrice și magnetice de
Extrem de Joasă Frecvență (EJF-50 Hz)
116
5.3 Cadrul legislativ și științific 117
5.3 Efecte dăunătoare produse de câmpurile electrice și magnetice de EJF 118
5.4 Simulări, rezultate, comparări 121
5.5 Modelul cilindric eliptic al corpului uman dezvoltat în cadrul CST SUITE STUDIO 124
5.6 Rezultate ale simulării și relevanța practică 127
5.7 Concluzii 131
Concluzii generale, rezultate cu valoare de contribuții si abordări viitoare 132
BIBLIOGRAFIE 137
Lucrări publicate 145
1
Structura tezei
Teza de doctorat intitulată “CERCETĂRI ASUPRA MĂSURĂRII ȘI LIMITĂRII
NIVELULUI PERTURBAȚIILOR ELECTROMAGNETICE” este structurată pe cinci capitole,
precedate de capitolul introductiv cu Definiții, Acronime, Abrevieri, Notații și Simboluri. La
finalul tezei de doctorat sunt prezentate Concluzii generale, rezultate cu valoare de contribuții
aduse în cadrul lucrării pe parcursul studiilor doctorale si abordări viitoare. De asemenea, tot
la sfârșitul lucrării de găsește și o listă a articolelor publicate ca prim autor, respectiv ca și
coautor. Structura tezei va fi prezentată pe scurt, pe capitole, în cele ce urmează:
Capitolul 1 conține o scurtă Analiză sintetică a spectrului electromagnetic din perspectiva
efectelor biologice. De asemenea, sunt descrise succint informațiile privind spectrul de
frecvențe, energia fotonului și acronimele internaționale. Capitolul 1 se încheie cu o succintă
descriere a câmpurilor electrice și magnetice de foarte joasă frecvență (10 Hz-100kHz) din
perspectiva studiului efectelor biologice.
Capitolul 2 prezintă succint legislația și reglementările specifice prin clasificări ale surselor
de câmp electromagnetic, standarde și norme de testare a câmpurilor electromagnetice,
exemple reprezentative și valori orientative încheindu-se cu prezentarea valorilor limit ă de
expunere și nivelele de acțiune a expunerii la câmp electric și magnetic.
Capitolul 3 prezintă o serie de echipamente ieftine, analizor spectral Spectran NF5035 și
senzori realizabili în condițiile unui laborator obișnuit, pentru prelucrarea simplă a
rezultatelor relativ complexe care pot fi un sprijin logistic pentru întreprinderile micro, mici si
mijlocii. De asemnea, sunt definite metrici pentru expunerea la câmpuri electrice și magnetice
multiple (de frecvențe diferite) cu aplicații și studiu de caz. În încheiere s-a pus accent pe
studiul asupra emisiilor de câmp electric și magnetic asociate monitoarelor de calculator,
certificări specifice, restricții, măsurări și analiză comparativă.
Capitolul 4 este dedicat prezentări și exemplificării studiului asupra câmpurilor magnetice și
electrice generate de LEAÎT și a relevanței transpunerii fazelor asupra câmpului electric și
magnetic generat de acestea. Metoda dispunerii fazelor este utilizată în cadrul simulărilor
efectuate, pentru șase transpuneri de faze (primul circuit fix și al doi-lea transpuns) a șase
tipuri de stâlpi pilon a unei rețele electrice trifazate duble, cu soft-urile FEMM 4.2 si EMF
ACDC. De asemnea, au fost scoase imagini cu modelările efectuate, au fost exportate
rezultatele obținute și au fost trasate grafice comparative. Tot în acest capitol sunt prezentate
influența conductivității solului asupra câmpului electric și magnetic produs de LEAÎT
2
comparând rezultatele analitice obținute cu exemple de modelări realizate cu ajutorul a trei
software: FEMM 4.2, EMF ACDC și respectiv CST Studio.
Capitolul 5 este concentrat pe modelări și simulări ale curenților induși în corpul uman de
câmpurile electrice și magnetice asociate LEAÎT. Sunt prezentate simulările, relevanța
practică și rezultatele experimentale obținute pentru modelul corpului uman dezvoltat în
cadrul CST SUITE STUDIO.
Capitolul 6 prezintă concluziile și contribuțiile aduse în urma cercetării efectuate pe parcursul
stagiului doctoral.
3
Capitolul 1
Analiză sintetică a spectrului electromagnetic din perspectiva efectelor biologice
1.1 De la compatibilitate la biocompatibilitate electromagnetică
Emisiile (radiațiile) electro-magnetice, asociate unui potențial electric sau unui curent
electric, pot avea cauze naturale (fenomene independente de activitatea umană) sau cauze
artificiale (direct asociate unei activități umane).
Pentru început aceste emisii au fost studiate din perspectiva posibilelor aplicații tehnice.
Ulterior au fost cercetate efectele perturbative pe care aceste emisii, utile pentru o
anumită aplicație, pot să le producă asupra altor echipamente (în special
electrice/electronice/IT) funcționând în mediul respectiv, așa numita compatibilitate
electromagnetică.
În ultimele decenii s-au extins preocupările multor organisme naționale sau
internaționale privind studierea posibilelor efecte dăunătoare pe care aceste emisii pot să le
aibă asupra organismelor vii în general, asupra ființei umane în mod special.
O definiție foarte generală a radiației identifică cele trei elemente esențiale:
a) Sursa (emițătorul) care emite energie;
b) Mediul (sau spațiul) prin care se transmite energia;
c) Receptorul (cel care primește, absoarbe) energia.
Transmisia (radiația) are loc sub forma undelor electromagnetice (plane), fiind valabil
și dualismul undă/particulă stipulat în fizica cuantică pentru frecvențe mai mari de 1012 Hz
(limita inferioară fiind astfel domeniul infraroșu).
În numeroase situații, ”susceptorul” energiei electro-magnetice (termen mai sugestiv
decât ”receptor”, atunci când este vorba de o ”recepție” nedorită, potențial perturbatoare sau
chiar dăunătoare) este OMUL. Atât din perspectiva inginerească cât și din cea medicală,
putem vorbi acum și de biocompatibilitate electromagnetică.
1.2 Criterii de diferențiere și clasificări aferente
Există numeroase clasificări, bazate pe cele mai diferite criterii.
Atât din punctul de vedere al aplicațiilor, cât și din punctul de vedere al potențialelor
efecte dăunătoare asupra ființei umane, radiațiile electromagnetice se împart în neionizante și
ionizante.
4
Aici, principalul criteriu este reprezentat de energia particulelor (fotonilor) asociați
radiației.
Raportul dintre energia vehiculată de un foton și frecvența lui de oscilație este dat de
constanta lui Plank :
ℎ = = 6,63 ∙ 10 ∙ (1.1)
Lungimea de undă a unei radiații este definită ca spațiul parcurs de frontul de undă în
timp de o perioadă:
= ∙ = (1.2)
Pe baza acestor formule se poate stabili o corespondență biunivocă între frecvența de
oscilație, lungimea de undă și energia transportată de particula oscilantă numită foton:
= ℎ ∙ = ℎ ∙ (1.3)
În concluzie, cu cât frecvența de oscilație este mai ridicată, cu atât lungimea de undă
este mai redusă și energia vehiculată mai mare.
O radiație ionizantă va avea suficientă energie pentru a produce ionizarea la nivelul
moleculelor corpului incident, absorbant. Adică, un electron de pe stratul periferic primește
suficientă energie pentru a se desprinde de molecula respectivă, care devine ion pozitiv. O
astfel de modificare la nivelul unei celule vii are efecte direct dăunătoare, ducând la
denaturarea structurii proteice sau, cel mai riscant, la deteriorări ale ADN-ului. Drumul de la
perturbarea codului genetic care controlează creșterea, funcționarea și reproducerea celulelor
la apariția tumorilor maligne este scurt și direct.
Granița între radiațiile ionizantă-neionizantă este osmotică și aproximativă, depinzând
de natura moleculei supuse radiației.
Pornind de la faptul că peste 60% din corpul unui adult este apă, un punct de plecare ar
fi energia fotonului care produce ionizarea unei molecule de H2O, aproximativ 33 electron-
Volți (eV).
Deși nu este unitate din SI, eV este foarte folosit atunci când se lucrează cu energii
(mici) asociate uneia sau mai multor particule.
Prin definiție, 1 eV este energia (primită sau cedată) de un electron care se deplasează
într-un câmp electric de potențial 1 V, energia fiind egală cu produsul dintre sarcina
vehiculată și potențialul câmpului.
Corespondența dintre unitatea de energie în SI, Joule și eV este stabilită prin relația:
1 = 16 ∙ 10 ! ∙ " ∙ 1 = 16 ∙ 10 ! ∙ " ∙ #$ = 16 ∙ 10 ! ∙ (1.4)
5
Să calculăm frecvența de oscilație a fotonului care ar purta o energie de 33 eV:
= % = ∙#&∙#!'(
&,&∙#!)*∙ ≅ 7,96 ∙ 10#./0 (1.5)
Acestei frecvențe îi corespunde o lungime de undă de 37,68 nm:
= ∙#!12,3&∙#!4 = 37,68 ∙ 1036 = 37,6876 (1.6)
Există anumite modificări ale distribuției electronilor pe nivele interne ale structurii
moleculare care apar la valori energetice mai mici. Se adoptă în general o marjă de siguranță,
astfel încât se consideră drept frontieră (orientativă) între radiațiile ionizante și cele non-
ionizante lungimea de undă de 280 nm (de la care începe banda C a radiațiilor ultraviolete),
corespunzătoare unei frecvențe de 1,07 x 1015 Hz. Energia unui foton oscilând cu această
frecvență este de aproximativ 4,5 eV.
Într-un sens mai larg se spune că radiația ultravioletă (între 200 și 400 nm) reprezintă
puntea (zona de tranziție) între spectrul ionizant și cel neionizant.
În concluzie, succesiunea crescătoare (după frecvență) a radiațiilor electromagnetice
este următoarea:
Câmpuri electrice și magnetice de frecvență extrem de joasă, neradiante, ELF
(Extremely Low Frequency), cele mai des întâlnite fiind frecvențele de 50 Hz-60 Hz, ale
rețelor de transport și distribuție a energiei electrice în Europa, respectiv in SUA;
Frecvențe pentru radio-comunicații;
Frecvențe pentru microunde și Laser
Infraroșu;
Lumina vizibilă (lumina albă);
Ultraviolete;
Raze X;
Raze gamma- γ.
Am sintetizat toate aceste informații, referitoare la spectrul de frecvențe, energia
fotonului și acronimele internaționale folosite în Tabelul 1.1.
6
Tabelul 1.1. Informații privind spectrul de frecvențe, energia fotonului și acronimele
internaționale
Clasa
Radiații Neionizante
Radiații Ionizante Câmpuri electrice și magnetice neradiante
Unde radio și microunde
Lumina vizibil ă și invizibil ă
ELF
SLF
ULF
VLF
LF
MF
HF
VHF
UHF
SHF
EHF
FIR
MIR
NIR
VS
NUV
EUV
SX
HX
Y
Frecventă (limită
inferioara)
3
Hz
- 30
Hz
30
Hz
–
300 Hz
300
Hz
-
3 kHz
3
kHz –
30 kHz
30 kHz
–
300 kHz
300 kHz
-
3 MHz
3 MHz
-
30 MHz
30 MHz
–
300 MHz
300
MHz
-
3 GHz
3 GHz
-
30 GHz
30 GHz
–
300 GHz
300
GHz
-
3 THz
3
THz -
30 THz
30 THz
–
300 THz
420
THz
-
750
THz
300 THz
-
3
PHz
3
PHz –
30
PHz
30 PHz
-
3 EHz
3 EHz
-
30 EHz
30 EHz
–
300 EHz
Lungimea de undă
100 Mm
-
10
Mm
10
Mm
-
1
Mm
1
Mm
-
100
km
100
km
-
10
km
10
km
-
1
km
1
km
-
100
m
100 m
-
10
m
10
m
-
1
m
1
m
-
1
dm
1
dm
-
1
cm
1
cm
-
1
mm
1
mm
-
100
µm
100
µm
-
10
µm
10
µm
-
1
µm
700
nm
-
400
nm
1
µm
-
100
nm
100
nm
-
10
nm
10
nm
-
100
pm
100 pm
-
10
pm
10
pm
-
1
pm
Energia (fotonului)
12,4
feV
-
124
feV
124
feV
-
1,24 peV
1,24
feV
-
12,4
peV
12,4
peV
-
124
peV
124
peV
-
1,24
neV
1,24
neV
-
12,4
neV
12,4
neV
-
124
neV
124
neV
-
1,24
µeV
1,24
µeV
-
12,4
µeV
12,4
µeV
-
124
µeV
124
µeV
-
1,24
meV
1,24
meV
-
12,4
meV
12,4
meV
-
124
meV
124
meV
-
1,24
eV
1,77
eV
-
3,1
eV
1,24
eV
-
12,4
eV
12,4 eV
-
124
eV
124
eV
-
12,4
keV
12,4
keV
-
124 keV
124
keV
-
1,24
MeV
Legendă
ELF - Frecvență extrem de joasă SLF - Frecvență super joasă ULF - Frecvență ultra joasă
VLF - Frecvență foarte joasă LF - Frecvență joasă MF - Frecvență medie HF - Frecvență înaltă
VHF - Frecvență foarte înaltă
UHF - Frecvență ultra înaltă
SHF - Frecvență super înaltă
EHF - Frecvență extrem de înaltă
FIR - Infrarosu îndepărtat
MIR - Infraroșu mediu NIR - Infraroșu apropiat VS - Spectru vizibil NUV - Ultraviolete apropiate vizibil
EUV - Ultraviolete extreme SX - Raze X moi HX - Raze X dure Y - Raze Gamma
Din punctul de vedere al efectelor asupra ființelor vii, câmpurile electrice și magnetice
de foarte joasă frecvență și undele radio având frecvența până la 100 kHz, produc efecte non-
termice, inducând curenți de valori relativ mici în organismul uman.
Există o zonă de tranziție (100 kHz-10 MHz) în care se fac resimțite atât efectele non-
termice cât și cele termice, (fiecare într-o mai mică măsură).
Undele radio pentru telecomunicații de frecvențe mai mari (10 MHz până la
aproximativ 6 GHz) și microundele produc efecte termice, încălzind corpul ce le absoarbe
(efectul pelicular face ca liniile de câmp indus să rămână doar într-o zonă periferică foarte
subțire). Acest efect termic poate fi măsurat prin cantitatea de energie absorbită în unitatea de
timp, de o anumită masă de țesut. Este vorba de așa numitul SAR (Specific absorbtion rate,
rata specifică de absorbție), exprimat în J/s x kg, adică W/kg. Trebuie specificat dacă este
supus radiație întregul corp sau doar o anumită parte a lui. Al doilea caz este mai favorabil,
suplimentul de energie calorică care este acumulat într-o anumită zonă este distribuit de către
circulația sangvină în restul corpului, unde temperatura a rămas cea normală. Cu alte cuvinte,
7
SAR-ul acceptabil doar pentru o parte a corpului este mai mare decât SAR-ul acceptabil
pentru cazul expunerii întregului corp la radiația de RF. De exemplu, pentru telefoanele
mobile, recomandările ICNIRP specifică o valoare maximă a SAR-ului de 2W/kg, valoare
medie pe 10 grame țesut, măsurată în regim de emisie. Experimentele și simulările
desfășurate cu echipamente extrem de sofisticate arată că în cazul expunerii întregului corp
uman la o radiație care produce un SAR de 4 W/kg (o valoare relativ mare), timp de 30
minute, încălzirea corpului este mai mică de 10C. Prin adoptarea unui factor de siguranță de
10, se ajunge la valoarea de 0,4 W/kg pentru expunerea ”ocupațională”, iar un factor de
siguranță suplimentar având valoarea 5, conduce la impunerea limitei maxime de 0,08 W/kg,
pentru asigurarea protecției publicului larg.
Așa cum am spus, măsurarea efectivă a SAR-ului se poate face doar pe manechini (așa
numitele fantome) realizați din material care simulează proprietățile termo-electrice ale pielii
umane, umpluți cu diverse lichide, care diferă funcție de frecvența la care se face testarea,
având proprietăți de conducție electrică și termică cât mai apropiate de media ponderată a
celor ale țesuturilor și organelor umane, [Alist, 2014]. De aceea, tehnic este mai simplu să se
măsoare intensitatea câmpului (electric sau magnetic) în aer, într-o zonă în care se presupune
că ar putea fi subiectul uman. La frecvențe de peste 10 MHz (și la distanțe mai mari de 5 m
față de sursă) putem vorbi de radiație electromagnetică, de undă electromagnetică plană,
[David2, 2009].
Într-un punct oarecare în care a ajuns frontul undei plane, vectorul câmp magnetic este
perpendicular pe vectorul câmp electric, ambele fiind perpendiculare pe direcția razei
vectoare; raportul între intensitățile câmpurilor electric, respectiv magnetic este constant și
egal cu așa numita impedanță de undă a mediului respectiv, Zu. Pentru aer (spațiul liber),
această valoare este aproximativ 377 Ω și se calculează ca rădăcina pătrată a raportului dintre
permeabilitatea magnetică și permitivitatea electrică:
89 = :; = :<(
=( = 120? = 377Ω (1.7)
Puterea vehiculată de această undă într-un anume punct poate fi caracterizată fie prin
valoarea intensității câmpului magnetic H[A/m], fie prin valoarea intensității câmpului
electric [V/m], fie prin densitatea spațială a puterii vehiculate de unda plană, P[W/m2]:
A = 'BC = / ∙ 89 = ∙ / (1.8)
De principiu, pentru o anumită bandă de frecvențe, normele ICNIRP permit o
”echivalare aproximativă” cu valoare orientativă, între SAR, respectiv E, H sau P.
8
De exemplu, pentru frecvența câmpului electromagnetic de 900 MHz (aparținând unei
benzi foarte utilizate în telecomunicațiile mobile, începând încă din epoca G2, a GSM 900,
dar continuând până la.. generația de ieri G4-LTE) avem următoarea corespondență, în cazul
limitelor acceptate pentru expunerea ocupațională:
SAR =0,4 W/kg........E=90 V/m..........H=0,24 A/m...........P=22,5 W/m2
În cazul valorilor acceptate pentru expunerea cvasi-permanentă a publicului larg,
factorul suplimentar de siguranță 5 se respectă pentru SAR și P, în timp ce pentru intensitățile
câmpurilor electric, respectiv magnetic, factorul de siguranță devine egal cu rădăcina pătrată
a lui 5=2,23:
SAR =0,08 W/kg........E=40 V/m..........H=0,11 A/m...........P=4,5 W/m2
Undele infraroșii, lumina vizibilă și regiunile A și B ale undelor ultraviolete, produc
efecte de încălzire, de excitare a electronilor periferici sau efecte foto-chimice.
În general, când spunem ”radiație” ne gândim la undele electromagnetice, produse de
un circuit oscilant și obținute ca soluții ale ecuațiilor lui Maxwell. În acest caz, intensitea
câmpului magnetic, respectiv electric scade direct proporțional cu distanța față de sursă.
La frecvența industrială de 50 Hz, avem câmpuri electrice și magnetice asociate mai
ales liniilor de înaltă tensiune (peste 100 kV), care transportă curenți de sute de Amperi, dar
nu se poate vorbi de radiație. Câmpurile electric și magnetic trebuie considerate separat (nu
mai poate fi vorba de reciproca generare ce se propagă sub forma undei electromagnetice) iar
energia inductivă sau capacitivă a acestor câmpuri nu se propagă prin radiație. Efectul posibil
perturbator al acestor câmpuri este semnificativ diminuat cu distanța; mai precis, intensitatea
acestor câmpuri depinde invers proporțional cu dα, unde d este distanța față de sursă, iar α are
valori cuprinse între 2 și 3. Mai precis, dacă sursa de câmp are comportament unui dipol,
atunci scăderea intensității câmpului are loc proporțional cu pătratul distanței. Dacă sursa are
comportament de quadripol (doi dipoli intre care nu este o dependență liniară, fără defazaj),
atunci scăderea intensității câmpului este mai drastică, proporțională cu cubul distanței față
de sursă.
9
Capitolul 2
Dinamică și diversitate în legislație și reglementări specifice
2.1 Directiva Europeană 2013/35/UE, armonizări cu normativele ICNIRP si IEEE
La 26 iunie 2013, în Jurnalul Oficial al Uniunii Europene, a fost publicată Directiva
2013/35/UE a Parlamentului European și a Consiliului Europei, concentrându-se asupra
cerințelor minime de securitate și sănătate referitoare la expunerea lucrătorilor la câmpuri
electromagnetice, [Direc, 2013]. Trebuie făcută precizarea că un act legislativ european (cu
putere de recomandare, fără a fi ”executiv”), a fost elaborat încă din anul 1999, fiind dedicat
protecției la câmpuri electromagnetice a publicului larg, [Counc, 1999], în timp ce Directiva
35 face parte din pachetul legislativ general, dedicat siguranței și sănătății la locul de muncă,
ocupaționale.
Această directivă (implicit dispozițiile ei) a intrat în vigoare de la 1 iulie 2016, fiind
obligatorie pentru orice societate sau întreprindere acționând în Uniunea Europeană. Prin
urmare, există un mare interes printre angajatori, angajați, dar și autoritățile de reglementare
și control privind aplicarea eficientă a prevederilor acestei directive. Cum s-ar putea decide
dacă este necesar să acționăm (sau nu) pentru a rezolva o situație (ipotetic) periculoasă? În
prima etapă este responsabilitatea angajatorului, însă în cea de-a doua etapă, poate interveni
autoritatea de protecție și reglementare (a statului) care are atribuții legale privind verificarea
încadrării emisiilor electromagnetice în limitele impuse. Practic, este vorba de sănătate și
siguranță la fiecare loc de muncă, o condiționare fundamentală în întreaga Uniune Europeană.
Încă din luna iunie 1989, Uniunea Europeană (EEC la acel moment) și-a asumat fără
echivoc prioritățile în domeniul sănătății și securității angajaților prin adoptarea Directivei-
cadru 391/89 privind îmbunătățirea condițiilor de protecție generală a lucrătorilor la locul de
muncă, așa-numita Siguranță și Sănătate Ocupațională-la locul de muncă- (SSM sau, acronim
în engleză, OSH). În cadrul acestei directive generale, a fost de asemenea adoptată, a 20-a
directivă specifică 2004/40/CE, concentrată strict asupra riscurilor generate de expunerea
umană la câmpurile electrice și magnetice, [Direc, 2004].
Datorită impresionantei viteze de creștere a volumului și diversității traficului
electromagnetic și a prezenței cvasi-generalizate a echipamentelor care doar utilizează
energia electrică sau, în plus, transmit informații și energie prin unde radio
(electromagnetice), a crescut în aceeași măsură interesul (atât al publicului larg cât și al
specialiștilor sau autorităților de reglementare) față de efectele (potențial) negative ale acestor
10
câmpuri asupra sănătății umane. Aceasta a impus înlocuirea directivei menționate mai sus,
după numai după 9 ani de aplicabilitate, ceea ce este un ”record de perisabilitate” în domeniul
legislației europene.
Această dinamică neobișnuită este un argument convingător și simplu atât pentru
actualitatea dar și pentru subtilitățile problematicii câmpurilor electromagnetice ambientale.
Mai exact, noua directivă presupune valori mai riguroase definite pentru așa-numitele limite
de expunere (ELV) și niveluri de acțiune (AL), atât pentru câmpurile electrice induse în
corpul uman cât și pentru intensitățile câmpurilor electro-magnetice neionizante măsurate în
ambientul inconjurator subiectului.
În esență, acest document nu se referă decât la posibilele efecte pe termen scurt (acute)
ale câmpurilor electrice și magnetice variabile. În privința efectelor pe termen lung, continuă
să existe și în prezent în comunitatea internațională a celor mai puternice și bine finanțate
colective interdisciplinare de cercetători, opinii și abordări fundamental diferite.
Directiva stabilește în principal, într-o manieră inginerească, limitarea expunerii la
câmpuri electrice și magnetice la valori inferioare celor la care efectele biofizice (directe sau
indirecte) au fost dovedite științific.
Un principiu de bază prevede: mai bine să previi decât să vindeci, mai bine să păstrezi
sănătatea decât să plătești sume considerabile ca să o recâștigi. Liniile directoare inițiale
stabilite de Comisia Internațională pentru Protecția împotriva Radiațiilor Neionizante
(ICNIRP) se bazează pe înregistrarea efectelor senzoriale pe termen scurt legate de acțiunea
câmpurilor electrice interne asupra sistemului nervos central, [ICNIR, 2010], fenomenul cel
mai cunoscut fiind „ fosfenele”, mai pe românește ”stele verzi”. Cu alte cuvinte, apariția unor
”imagini” de genul ”puncte albe sau verzi” în lipsa unui semnal optic, cauzate însă de un alt
tip de stres, mecanic (lovire) sau electric (câmp electric indus intern, care excită nervul optic).
Există multe abordări cvasi-diferite în ceea ce privește „corelația” dintre intensitatea
câmpului electric și magnetic înregistrat în ambientul subiectului uman și respectiv valorile
câmpurilor electrice induse în corp sau a densităților de curent stabilite prin inducție, în
interiorul corpului uman.
În esență, sunt considerate ca fiind inacceptabile, densitățile de curent care devin
comparabile cu cele asociate activității cardiace sau care produc excitații senzoriale sesizabile
ale nervului optic sau ale nervului acustic. Acestea sunt praguri a căror atingere devine
deranjantă pentru om și sănătatea lui, în timp real (pe termen foarte scurt).
Orice angajator, pentru a-și proteja angajații trebuie să adopte măsuri adecvate astfel
încât valorile măsurabile ale câmpurilor electrice și magnetice din ambientul locului de
11
muncă să nu ajungă la nivelul impus de AL. Atât ELV-urile cât și AL-urile stipulate în
Directiva 35 se bazează pe limitele impuse de ICNIRP, în 1998 și ulterior în 2010, cu
precizarea că limitele și definițiile s-au modificat între cele 2 ediții relativ apropiate în timp.
Cea mai importantă modificare se referă la mărimea pentru care se stabilesc restricțiile de
bază (fundamentale): în 1998 era densitatea de curent indus, în 2010 s-a preferat câmpul
electric intern indus.
Mai precis, ELV-urile se referă la nivelurile maxime acceptate pentru câmpurile
electrice induse în corpul uman datorită prezenței în mediul de lucru a unor câmpuri
magnetice sau electrice alternative (în termenii folosiți de ICNIRP, restricții de bază, valori
ce practic nu pot fi direct măsurate), în timp ce AL corespund, conform terminologiei
ICNIRP, valorilor de referință, pentru câmpurile electrice și magnetice externe care ar putea
fi măsurate direct.
Efectele pot fi: directe (termice, mai precis de încălzire, dar și non-termice, cum ar fi
excitarea nervilor, a organelor de simț sau a mușchilor) sau indirecte, cauzate de acțiunea
specifică a unui obiect plasat în câmp (stimulatoare cardiace, implanturi, detonatoare sau foc
produs ca urmare a unei scântei).
Așteptările tuturor părților implicate față de rezultatele cercetărilor inginerești din acest
domeniu sunt concentrate, în prima fază, pe creșterea preciziei înregistrate la măsurarea
câmpurilor externe incidente și, în etapa următoare, la calcularea (prin modelare-simulare sau
chiar prin metode analitice) a densităților de curent sau a câmpurilor electrice induse în
corpul uman (ținând cont de diversitatea organelor și țesuturilor, inclusiv din perspectiva
conductivității și permitivității electrice).
2.2 Expunerea la câmp electric și magnetic, de la valori limită de expunere (ELV) la nivele de acțiune (AL)
Liniile directoare elaborate de autoritățile internaționale, axate în principal pe efectele
asupra sănătății câmpurilor electrice și magnetice, consideră în general trei "borne de
frecvență", 1 Hz, 100 kHz și 10 MHz, care împart spectrul în patru intervale: static, extrem de
joasă frecvență, frecvență joasă și înaltă frecvență. Această partiție este justificată de natura
intrinsecă a efectelor dominante: non-termice (stimulare nervoasă sau musculară), dominantă
pentru frecvențe mai mici de 100 kHz sau termice (încălzirea țesutului ca rezultat al
12
absorbției de energie, în primul rând în regiunea pielii), pentru frecvențe mai mari, cu diferite
tehnici de măsurare și instrumentație asociată utilizate pentru o determinare precisă.
Pentru frecvențe de până la 100 kHz, zona de câmp apropiat este o sferă având centrul
în sursa de emisie și raza de cel puțin 500, implicând obligativitatea măsurărilor diferite,
separate, pentru câmpurile electrice și respectiv magnetice [Salce, 2017].
În principiu, tensiunile mari (adică densitatea liniară ridicată a sarcinii, măsurate în C /
m) generează câmpuri electrice dominante, în timp ce curenții mari sunt în principal surse de
câmpuri magnetice dominante. Evident, câmpurile electrice sau magnetice au unități de
măsură diferite, astfel încât acestea nu pot fi comparate ca atare. Cu toate acestea, ele ar putea
fi comparate prin valorile energetice (densitatea spațială de energie) asociate cu ele, εE2/2 și
respectiv µΗ2/2.
În cazul în care densitățile acestor energii stocate sunt egale (în spațiu liber), pentru
raportul dintre intensitățile câmpului electric și magnetic se obține valoarea 120π (377Ω),
adică se obține binecunoscuta impedanță caracteristică a spațiului liber. O valoare mai mare
pentru acest raport înseamnă preponderența câmpului electric, în timp ce o valoare mai mică
înseamnă preponderența câmpului magnetic.
Precizez că în această teză m-am ocupat numai de studiul câmpurilor electrice și/sau
magnetice care au frecvențe mai mici de 100 kHz, implicit de expunerea umană la aceste
câmpuri de (extrem) de joasă frecvență.
Câmpurile electrice sunt principial generate de sarcini electrice care produc o diferență
de potențial între plăcile unui condensator (permanent sau doar ocazional apărut). Legătura
bi-univocă dintre tensiune și câmp electric ar putea fi foarte ușor deranjată de orice obiect cu
anumite proprietăți electrice, amplasat între sursă și punctul de măsurare. Mai precis, corpul
uman, care este un conductor bun la frecvențe joase, perturbă în mod semnificativ distribuția
liniilor de câmp electric din vecinătatea sa. Din punct de vedere al proprietăților magnetice,
țesuturile vii nu au astfel de proprietăți, astfel încât prezența subiectului uman practic nu
produce distorsionări ale câmpului magnetic ambiental.
Există numeroase agenții și organizații internaționale implicate în stabilirea științifică a
restricțiilor de expunere (de bază): ICNIRP, Institutul Inginerilor Electrotehniști și
Electroniști - Comitetul Internațional pentru Securitate Electromagnetică (IEEE-ICES),
Organizația Mondială a Sănătății (OMS) sau Agenția Internațională pentru Cercetare în
domeniul Cancerului (IARC).
13
În esențî, un câmp electric extern (alternativ) induce o sarcină electrică superficială pe
suprafața corpului expus. Acest fenomen implică apariția curenților interni necesari pentru a
"mișca" încărcăturile electrice induse pe suprafața corpului.
Medicii și biologii au ajuns la un consens (aproximativ) asupra valorilor câmpurilor
electrice interne care pot determina efecte senzoriale, alături de valorile (mai ridicate) care ar
putea produce efecte adverse asupra sănătății, valori sintetizate în Tabelul 2.1.
Tabelul 2.1. Intensitatea câmpului electric intern, valori de vârf (așa numitele restricții de
bază) la care se produc efecte senzoriale, respectiv efecte asupra sănătății.
Domeniul de
frecvențe
(Hz)
Efecte senzoriale,
valori de vârf (V/m)
Efecte asupra sănătății,
valori de vârf (V/m)
1-10 0.7/f 1.1
10-25 0.07 1.1
25-400 0.0028 x f 1.1
400-1000 0.0028 x f 1.1
103-3x103 - 1.1
3x103-107 - 3.8 x 10-4 x f
Trebuie reamintit faptul că în documentele anterioare elaborate de ICNIRP în 1998 și
asumate de UE imediat după 2000, sunt menționate ca restricții de bază nu câmpurile
electrice induse interne ci densitățile de curent induse care ar putea produce stimuli ai
sistemului nervos central. Aceste valori au fost estimate (aproximativ, desigur) în jurul valorii
de 10 mA/m2.
Oricum, densitatea de curent stabilită J [A/m2] și indicele câmpului electric indus Eint
[V/m] sunt vectori legați prin conductivitatea electrică σ [S/m], dependentă de frecvență a
mediului, ecuația (2.1), o expresie derivată din legea lui Ohm:
= Dint (2.1)
Pornind de la aceste restricții de bază, au fost stabilite nivele de referință (valorile
maxime acceptate pentru câmpul electric sau magnetic exterior (incident), denumite și AL),
care nu trebuie depășite.
14
Ideea de bază este că măsurarea exactă și neinvazivă a câmpurilor electrice de
aproximativ 1 V/m sau a densităților de curent de ordin 10 mA/m2 (toate stabilite în interiorul
corpului uman) reprezintă o sarcină practic imposibilă. Măsurarea câmpurilor electrice având
patru ordine de mărime mai mari, în spațiul liber, este o țintă mult mai ușor de atins. Aceste
niveluri de referință sunt calculate pe baza modelelor simplificate, luând în considerare
cuplarea maximă posibilă a câmpului la persoana expusă, inclusiv o marjă de siguranță
justificat aleasă.
Experții care se ocupă de dozimetrie pentru expunerea la CEMJF sunt, în principiu, de
acord cu câteva aserțiuni (constatări) cvasi-general acceptate:
• luând în considerare un anumit câmp extern, valorile cele mai înalte ale câmpului
electric intern sunt înregistrate atunci când corpul este ferm legat la pământ, în timp ce
valorile cele mai scăzute sunt asociate cu situația "spațiului liber" (corp izolat față de
pământ);
• curentul stabilit prin corpul împământat este influențat în mod semnificativ de
dimensiunile fizice (înălțime și greutate) și de poziție (așezat, în picioare sau chiar așezat pe
podea), [Sidik, 2011];
• distribuția curenților induși în interiorul corpului nu este uniformă, determinată
decisiv de conductivitatea considerabil diferită a organelor și țesuturilor, [Irimi, 2015];
• cuplarea maximă este realizată atunci când avem paralelism între câmpul electric
extern și axa verticală a corpului.
Este util să ne amintim că un contact cu un corp bun conductor plasat într-un câmp
electric ar putea fi o sursă (indirectă) de curenți induși în corp.
Ca ordin de mărime, câmpul indus intern este mult mai mic decât cel exterior (de
exemplu, aproximativ cu 6 ordine de mărime mai mic la frecvența industrială). Intensitatea
câmpului electric intern este foarte greu de evaluat, dar poate fi calculată prin utilizarea unor
modele eterogene electrice sofisticate. Se recomandă aplicarea unui factor de reducere
suplimentar de 3 la valorile astfel calculate, pentru a acoperi marile incertitudini din domeniul
dozimetric [Anggo, 2014].
La prima vedere, câmpul indus intern în corpul uman pare prea mic în comparație cu
câmpul electric exterior. Acest lucru poate fi ușor de înțeles prin impunerea condiției de
continuitate pentru densitatea fluxului electric, care este produsul dintre permitivitatea
(dielectrică) și intensitatea câmpului electric. La frecvențe joase, permitivitatea relativă a
țesuturilor și organelor umane are valori foarte mari, de ordinul 105-107 [Korov, 2016], deci
15
valorile intensității câmpurilor induse în corp vor fi de 105-107 mai mici decât cele ale
intensității câmpului electric ambiental.
Aceste niveluri de acțiune ar putea fi măsurate, calculate (analitic sau prin simulare-
modelare) și ulterior raportare la cele mai mari valori întâlnite, funcție de poziția corpului
angajaților. Trebuie să observăm că în anumite condiții non-sinusoidale, evaluarea expunerii
trebuie să se bazeze pe metoda vârfului ponderat, care implică filtrarea în domeniul timp.
Trebuie luate în considerare două niveluri ale limitelor de expunere:
• pentru populația generală, denumită și "public" sau " mediu rezidențial" (persoane de
diferite vârste și stări de sănătate, inclusiv copii, gravide și persoane în vârstă, neinstruiți și
neinformați, fiind posibil să rămână 24 ore pe zi în acel mediu);
• pentru anumite grupuri de muncitori (așa-numita expunere profesională, într-un mediu
controlat), adică adulți instruiți, informați, bine echipați, care lucrează doar câteva ore pe zi în
acest mediu ”cu risc”, respectând în același timp anumite norme de protecție.
În Tabelul 2.2 sunt rezumate valorile de referință pentru intensitatea câmpului electric
extern, acceptate de ICNIRP iar în Tabelul 2.3, valorile corespunzătoare stabilite de
reglementările cvasi-echivalente ale IEEE.
Tabelul 2.2. Nivelurile de referință ICNIRP (atât ocupaționale cât și publice, valori medii)
pentru expunerea la câmpurile electrice variabile în timp
Domeniul de frecvențe
(Hz)
Intensitatea câmpului electric
(V/m), expunere ocupațională
Intensitatea câmpului electric
(V/m), expunere publică
1-50 20.000 5.000
50-3x103 5 x 105/f 2.5 x 105/f
3x103-107 170 83
Tabelul 2.3. Expunerea maximă admisă la câmp electric de JF, conform standardelor IEEE
Domeniul de frecvențe
(Hz)
E (V/m)-val. efective,
mediu controlat
E (V/m)-val. efective,
mediu public (rezidențial)
1-272 20.000 5.000
272-368 5.44 x 106/f 5.000
368-3x103 5.44 x 106/f 1.84 x 106/f
3x103-107 1810 610
16
Frecvența f inclusă în formulele din coloanele 2 și 3 ale tabelurilor precedente este
exprimată în Hz.
Nivelurile de expunere maximă admisă (MPE in Engtleză, EMP acronim pentru
traducerea în limba română), așa cum sunt denumite de reglementările emise de IEEE,
corespund într-o anumită măsură nivelurilor de referință stabilite de ICNIRP, pentru
expunerea întregului corp la câmpuri electrice sinusoidale.
Pentru situații ocupaționale, IEEE utilizează sinonimul aproximativ "mediu controlat".
Raportul dintre valorile admise pentru nivelul ocupațional și respectiv cel public este de 4
(pentru frecvențe până la 272 Hz) și variază de la 2 (cazul recomandărilor ICNIRP) până la 3
(cazul restricțiilor IEEE), pentru spectrul frecvențelor mai mari.
Directiva europeană 2013/35/UE se concentrează în principal pe expunerea
profesională, cu două niveluri de "alarmă", Low(scăzut), respectiv High(ridicat), prezentate
în tabelul 2.4. În cazul în care valorile efectiv măsurate în ambient se apropie de EMP, se
recomandă imediat anumite acțiuni care asigură o reducere a expunerii, cea mai simplă fiind
mărirea distanței față de sursa emițătoare.
Modele anatomice (realiste sau simplificate) pot fi utilizate pentru calculul (prin
simulare) a densităților de curent induse sau a câmpurilor electrice induse, numindu-se în
limbaj curent ”fantome”.
Tabelul 2.4. Niveluri de acțiune (valori efective) pentru expunerea profesională, în
conformitate cu Directiva 2013/35 / UE (f exprimată în Hz)
Domeniul de frecvențe (Hz) Intensitatea câmpului
electric, (V/m), nivelul de
actiune coborât(AL jos),
produce efecte senzoriale
Intensitatea câmpului
electric, (V/m), nivelul de
actiune ridicat(AL ridicat),
este dăunător sănătății
1-25 20.000 20.000
25-50 5 x 105/f 20.000
50-1640 5 x 105/f 106/f
1640-3000 5 x 105/f 610
3000-107 170 610
17
În concluzie, este vorba de obligativitatea ca toți agenții economici, mari sau mici, care
operează pe teritoriul Uniunii Europeane să-și asume responsabilitatea protejării angajatilor,
inclusiv fata de efectele potențial dăunătoare ale câmpurilor magnetice si electrice.
Complementar, dar foarte important: legislatia europeană este o legislație a egalității de
șanse, a liberei și neîngrăditei concurențe. Trebuie evitată pentru IMM-uri impunerea unor
cerințe excesive, cărora le-ar putea face față doar marii operatori. Cu alte cuvinte, să nu se
introducă, în mod exagerat, prevederi mai restrictive, mai dure decât cele necesare, care nu ar
putea fi îndeplinite decât de operatori economici mari, puternici, eliminându-se astfel în mod
incorect, o parte a concurenței.
O dificultate majoră atât pentru angajatori cât și pentru organismele de reglementare și
control, este stabilirea unui mod de lucru, bazat pe realizarea unor măsurări credibile, dar nu
foarte laborioase și consumatoare de timp și resurse (umane și materiale), prin care să se
poată decide asupra necesității exercitării unor acțiuni specifice suplimentare.
Elaborarea unei astfel de Directive necesită un volum de muncă important, având la
bază una din principalele prevederi stipulate în Tratatul privind funcționarea Uniunii
Europene: obligativitatea asigurării unui mediu de lucru care să nu pună în pericol securitatea
și sănătatea angajaților, indiferent dacă sunt ”gulere albe” sau ”albastre”. S-a pornit de la o
directivă cadru, 89/391/CEE și ulterior s-au elaborat numeroase directive specifice diverșilor
factori care pot afecta sănătatea lucrătorilor. Directiva privind protecția la radiații
electromagnetice (neionizante) este cea de-a douăzecea astfel de directivă specifică.
În principal sunt introduse condiții minimale privind respectarea sănătății și securității
în muncă într-un mediu în care existența celor mai diversificate (din punct de vedere al
intensității, al spectrului de frecvențe, al conținutului de armonici) câmpuri electrice,
magnetice sau electromagnetice este cauzal legată de funcționarea oricărui dispozitiv,
echipament sau sistem alimentat cu energie electrică.
Conform Tratatului fundamental al UE, statele membre pot alege fie să respecte
cerințele (oarecum minimale) stipulate în normativele europene sau chiar să impună
respectarea unor cerințe mai stricte decât cele din Directiva respectivă.
În cazul concret al câmpurilor electromagnetice, Directiva stipulează reglementări
privind atât câmpuri electrostatice sau magnetostatice, cât și câmpuri electromagnetice
variabile, având frecvențele în spectrul extrem de larg, de la sub 1 Hz până la 300 GHz.
Studiile epidemiologice asupra posibilelor efecte negative ale expunerii la câmpuri
electrice și magnetice sunt extrem de laborioase, necesită elaborarea unor statistici asupra
18
multor ani și urmărirea subiecților voluntari pe încă mulți, mulți ani. Din cauza acestor
dificultăți practic insurmontabile, rezultatele acestor studii nu au relevanța scontată.
Există numeroase instituții, organisme inter-guvernamentale, autorități naționale,
organizații mondiale care sunt preocupate de studierea câmpurilor electrice și magnetice, din
perspectiva efectelor lor biologice, de stabilirea unor valori măsurabile, care să garanteze un
mediu de muncă și viață nepericulos și din acest punct de vedere.
Chiar dacă există diferențe (neesențiale totuși) ca denumire sau ca valorile maxime
considerate nepericuloase, marea majoritate a specialiștilor converg spre următoarele abordări
comune:
a) Corpul omenesc este bun conducător de electricitate, dar și de căldură. Există două
borne de hotar, care împart spectrul frecvențelor în trei domenii diferite din punctul de vedere
al comportarii organismului uman expus la câmpuri electromagnetice.
• sub 100 kHz, câmpurile electrice și magnetice din ambient induc câmpuri electrice
în corp, care pot produce curenți electrici (caracterizați mai ales prin densitatea de curent),
mai general spus, efecte non-termice;
• peste 10 MHz, efectul pelicular este foarte puternic, liniile de câmp induse rămân
doar la suprafață, energia absorbită se transformă în căldură, care se transmite în organism
prin conducție termică, din aproape în aproape, corpul omenesc fiind relativ bun conducător
de căldură.
• În intervalul de tranziție 100 kHz-10 MHz, ambele mecanisme de influențare a
organismului uman trebuie luate în considerație, ținând cont totuși de faptul că din punct de
vedere al câmpurilor electromagnetice existente în ambient, al aplicațiilor dezvoltate, această
bandă spectrală este mai puțin aglomerată. Totuși, preponderent rămâne efectul non-termic,
conversia energiei electromagnetice absorbite în căldură fiind relativ redusă.
b) Trebuie luate în calcul două tipuri de expunere:
• expunerea permanentă (24 de ore din 24, care mai este numită și ”rezidențială”), la
care suntem supuși fiecare din noi, indiferent de vârstă, stare de sănătate sau profesie;
• expunerea ocupațională, care se referă la anumite locuri de muncă, unde activează
numai oameni sănătoși, cu vârste mai puțin vulnerabile, cu un program (eventual redus)
foarte bine precizat și care, fiind instruiți, respectă reguli de protecție specifice, inclusiv
eventuala purtare a unor echipamente de protecție sau distanțarea față de sursa cea mai
puternică.
19
c) Se pot măsura, pe baza unor metode care trebuie utilizate cu profesionalism,
câmpurile electrice sau magnetice din ambientul studiat. Valorile unor mărimi (curent,
densitate de curent, câmp electric, temperatură) care apar în organismul uman, ca urmare a
existenței în ambient a unor câmpuri electrice și magnetice, nu pot fi măsurate direct, pot fi
mult mai simplu și deloc invaziv, evaluate, estimate, prin modelare și simulare. Există
modele foarte sofisticate (dar si foarte scumpe) ale corpului uman, care pot fi utilizate de soft-
uri specializate. Cele mai uzuale metode de rezolvare numerică (aproximativă) a ecuațiilor cu
derivate parțiale de ordin 2 (cazul nostru concret, sistemul de 4 ecuații reprezentat de
ecuațiile lui Maxwell) sunt:
• Metoda Diferențelor Finite în Domeniul timp, (FDTD), care este un algoritm
numeric pentru rezolvarea ecuațiilor diferențiale ale lui Maxwell (interacțiunile câmpurilor
electromagnetic în domeniul timp). Spațiul este discretizat în celule în care derivatele funcție
de spațiu și timp ale câmpurilor electrice și magnetice sunt aproximate de ecuații de ordinul
doi.
• Metoda Elementului Finit, (FEM), se bazează pe subdivizarea spațiului
tridimensional în niște tetraedre (numite voxel-i, corespondentul pixell-ului din 2 D) pe care
se aplică o serie de algoritmi numerici pentru rezolvarea ecuațiilor diferentiale ale lui
Maxwell.
Cercetarea mea, sintetizată în această teză, se limitează doar la frecvențe ale câmpurilor
de până la 100 kHz, în acest spectru relația dintre câmpurile electrice și magnetice nu este
biunivocă, cunoașterea valorii intensității câmpului magnetic nu implică deducerea prin
calcul a intensității câmpului magnetic și invers. Mai concret, raportul dintre intensitatea
câmpului electric și intensitatea câmpului magnetic nu reprezintă acea impedanța care
caracterizează propagarea undei (electromagnetice) în mediul respectiv. Suntem în zona de
câmp apropiat (pentru 100 kHz, frontiera care desparte zona de câmp apropiat, preponderent
reactivă, de cea de câmp depărtat, preponderent radiantă, este la aproximativ 500 metri). În
concluzie, câmpurile electrice, respectiv magnetice, trebuie tratate separat, atât din
perspectiva măsurării propriu-zise, cât și din perspectiva efectelor biologice.
În concluzie, în domeniul de frecvențe de până la 100 kHz, protecția constă în a limita
efectele de electrostimulare a celulelor și/sau ale țesuturilor sistemului nervos, ale sistemul
cardiac sau altor sisteme biologice, produse de câmpurile electrice induse, de curenți sau de
densitățile de curent stabilite în diverse organe sau țesuturi. In plus, câmpurile electrice pot
produce și efecte indirecte, cum ar fi descărcări electrice tip scânteie sau curenți de contact.
20
Toate limitele de expunere formulate de diverse standarde pornesc de la restricția de
bază, care stabilește valoarea maximă a câmpului electric intern Eint considerată ca fiind
nedăunătoare pentru organismul omenesc. Eceastă valoare este imposibil de măsurat direct,
fiind necesare calcule și metode de modelare-simulare numerică; dacă se cunosc
caracteristicile câmpului extern și proprietățile electrice ale țesutului de interes, utilizând un
model de inducție și un soft adecvat se pot determina prin simulare valorile câmpurilor
electrice interne corespunzătoare.
21
Capitolul 3
Sprijin logistic pentru întreprinderile micro, mici si mijlocii
3.1 Senzori externi (probe) de câmp electric și magnetic, realizați artizanal
Voi prezenta foarte succint analizorul mobil de Joasă Frecvență SPECTRAN NF 5035
(realizat la un raport preț/calitate foarte bun, de către un start-up de succes din Germania,
Aaronia, [AARON, 2016]), figura 3.1, ale cărui performanțe pot fi substanțial îmbunătățite,
folosind senzori externi de câmp electric sau magnetic, conectabili printr-o mufă specială, tip
SMA la aparat. Trebuie precizat că analizorul NF 5035 are încorporați senzori interni, atât
pentru câmp magnetic (trei bucle circulare concentrice, perpendiculare două câte două), cât și
pentru câmp electric (fir neecranat, tip ”ciot”).
Figura 3.1. Analizor Spectran NF 5035, conectat prin USB la laptop
Un senzor extern poate crește sensibilitatea și poate oferi acces în spații înguste. Un alt
avantaj al senzorului extern este că, manipulat cu ajutorul unui baston dielectric, perturbă mai
puțin câmpul electric din zona de interes; câmpul magnetic nu este practic deloc perturbat.
Senzorii prezentați în acest capitol au fost realizați artizanal și ulterior testați și
calibrați, în laboratorul de Compatibilitate Electromagnetică din cadrul departamentului de
Măsurări Electrice și Materiale Electrotehnice al Facultății noastre. Indicațiile constructive
detaliate permit multiplicarea lor, cu costuri minime, în orice alt laborator (de
electronică/electrotehnică), având o dotare obișnuită.
Performanțele acestui analizor spectral pot fi mult îmbunătățite prin conectarea USB la
un laptop pe care rulează software de firmă, cu acces liber, MCS Aaronia Spectran,
[AARON, 2016].
22
Utilizarea senzorului extern este, așa cum am afirmat, complementară. Am realizat un
astfel de senzor, de tip capacitiv, alimentat de la baterie, având datele constructive din Figura
3.2.
În esență este vorba de un condensator cu armăturile în formă de cerc cu raza de 40
mm, având suprafața comună de aproximativ 50 cm2, separate de un dielectric (din
sticlotextolit) având grosimea de 1mm. Capacitatea acestui condensator, funcție de
permitivitatea relativă a textolitului (permitivitatea relativă la 50 Hz fiind de aproximativ
5.5), variază între 100 și 200 pF.
Figura 3.2. Senzor de câmp capacitiv, realizat din cablaj imprimat (PCB) dublu stratificat
(suport din sticlotextolit verde, tip FR4), grosime 1mm
Spre deosebire de cazul senzorilor de câmp magnetic, principiile fizice de măsurare
pentru câmpurile electrice de frecvență joasă sunt mai puține numeroase. Foarte importante în
alegerea senzorului și în consecință, a principiului de lucru sunt:
influența pe care senzorul însuși o exercită asupra intensității câmpului măsurat
(în ce măsură prezența senzorului perturbă câmpul electric investigat),
sensibilitatea funcție de frecvență,
intervalul de lucru,
liniaritatea.
Posibile abordări mai moderne pentru măsurarea câmpului electric ar putea fi utilizarea
efectului electro-optic sau a efectului variației tensiunii poartă-sursă, întălnit la anumite tipuri
de tranzistoare cu efect de câmp.
Figura 3.2. detaliază datele constructive ale acestui ”traductor” relativ ușor de realizat,
chiar și într-un laborator cu dotare minimală. Condensatorul anterior prezentat, calibrat la o
valoare de 150 pF este urmat de un amplificator diferențial, care măsoară astfel sarcinile
electrice induse de câmpul supus determinării.
23
Geometria cea mai uzuală a senzorului este placa (circulară sau dreptunghiulară).
Atunci când se dorește o sensibilitate mai mare (evident, cu prețul scăderii rezoluției spațiale
care permite localizarea mai exactă a sursei perturbative), se pot utiliza și senzori de formă
sferică. Încărcarea electrică indusă pe o jumătate din acest senzor de câmp este direct
proporțională cu câmpul electric care este paralel cu axa sa, sensibilitatea depinzând de
valoarea ariei suprafeței pe care poate fi indusă sarcina electrică:
H = IJ! (3.1)
unde, așa cum am menționat anterior, S este proporțională cu suprafața activă a senzorului, în
cazul nostru 50 cm2 (suprafața unui cerc cu raza de 4 cm).
Curentul stabilit între electrozii senzorului capacitiv este derivata funcție de timp a
sarcinii induse (câmpul fiind sinusoidal, armonic în timp), în timp ce ”aparatul de măsură”
este considerat izolat față de sol sau, altfel spus, "corp liber" :
K = LωSJ! (3.2)
Prin integrarea acestui semnal indus cu constanta de timp RC, se obține la ieșirea
integratorului o tensiune direct proporțională cu intensitatea câmpului electric incident:
(3.3)
Un alt tip de senzor, de această dată non-direcțional, care poate fi de asemenea, ușor de
realizat manual, este prezentat în Figura 3.3.
Figura 3.3. Senzor tip ”ciot” realizat din cablu coaxial tip RG 59
Ecran conductor
Conector BNC , 50 Ω
RG 59, cablu
coaxial
Izolator electric din PVC
Polietilenă
Cupru, conductor intern (6-10 mm lungime) – elementul activ
××
==RC
EεSdt
indV
RC
1
outinV
24
Datorită lungimii relativ mici (și, bineînțeles, suprafața aferentă fiind și mai mică),
această probă are o sensibilitate redusă, dezavantaj parțial compensat de posibilitatea
localizării exacte a sursei de emisie.
Senzorul tip ”sferă” este o soluție bună atunci când se dorește un senzor mai sensibil
(care să poată "măsura" câmpurile electrice de valoare mai mică), plătind prețul unor
dimensiuni mai mari (însemnând scăderea rezoluției). Mânerul este realizat dintr-un cablu
coaxial semi-rigid de 50 Ω conectat la conectorul BNC cu ajutorul unui rezistor de 50 Ω,
având rol de adaptare de impedanță. La celălalt capăt al cablului coaxial, conductorul central
este atașat la o sferă conductivă având un diametru de 3-5 cm. Ansamblul devine rigid din
cauza materialului izolator din plastic, prevenind astfel un eventual scurtcircuit care ar putea
apărea în timpul măsurărilor.
Datorită faptului că prezintă simetrie spațială, ambele sonde, fir și respectiv sferă, sunt
omnidirecționale.
Sondele de câmp magnetic realizate artizanal sunt de tip buclă și sunt prezentate în Figura
3.4 și 3.5.
Interstiţiu decupat
Ecran electric
Conector BNC 50 Ω
Cablu coaxial
Cablu coaxial 50 Ω de tip RG Izolaţie electrică din PVC
(nu este figurată)
Material dielectric –
Conductor
Punct de sudură
Figura 3.4. Probă de câmp magnetic apropiat, buclă circulară, realizată din cablu coaxial
40
mm
Interstiţiu de2 mm , practicat în tub
Tub de Cu, cu izolaţie electrică
prin tub varnish montat la cald
Punct de cositorire fir cald
50 Ω, rezistor peliculă metalică,
Cositorire de-a lungul întregii circumferinţe,
între tubul de cupru şi ecranul cablului coaxial
Cablu Coaxial, 50 Ω
conector BNC, 50 Ω
Fir de Cupru
electrolitic, emailat,
S=4 mm2
25
Figura 3.5. Probă de câmp magnetic apropiat, cadru dreptunghiular, recomandată pentru
evaluarea emisiilor magnetice ale unui cablaj imprimat.
Principiul de lucru al unei astfel de bobine (ecranată electric de un ecran conductor și
având o suprafață bine cunoscută) este bazat pe integrarea tensiunii induse:
(3.4)
(3.5)
3.2 Definirea unor metrici pentru expunerea la câmpuri electrice și magnetice
multiple (de frecvențe diferite). Aplicații și studiu de caz
Valorile limitelor maxime de expunere considerate drept acceptabile de către
standardele în vigoare au fost de regulă stabilite cu margini de siguranță confortabile. Aceste
margini de siguranță au tocmai rolul de a reduce cât mai mult riscurile pentru sănătatea
omului. Aceste valori sunt diferențiate pe domenii ale spectrului, fiind puternic influențate de
frecvența de oscilație a sursei electromagnetice poluante.
Problema este foarte complicată, deoarece intensitatea câmpului electric și respectiv
magnetic sunt mărimi multidimensionale care variază în funcție de spațiu și timp, în timp ce
interacțiunea propriu-zisă câmp-corp uman depinde esențial de proprietățile electrice (și
magnetice) ale corpului omenesc, de variația lor semnificativă cu frecvența.
Abordarea este și mai dificilă dacă polarizarea câmpului este neliniară, sursele au
frecvențe multiple, câmpurile sunt neuniforme (spațial sau temporal), nesinusoidale sau cu un
conținut ridicat de armonici. Ar fi de dorit să avem un singur număr (rezultat în urma unor
operații aditive, de sumare) care să ”reprezinte” cantitativ o anumită situație de expunere, în
vederea comparării cu așa numitele ”nivele de acțiune” stipulate ca atare în Directiva 35.
Pentru atingerea unui astfel de obiectiv, sunt necesare multe măsurări efectiv realizate,
prelucrate și apoi analizate cu un algoritm corect ales.
În domeniul ”joasă frecvență” (până la 100 kHz), valorile (metricile) cu semnificație
reală sunt valoarea de vârf a vectorului ”intensitate câmp electric” sau, mai ales, valoarea
efectivă (rms) a aceluiași vector, mediată pe o anumită perioadă, corect aleasă funcție de
spectrul de frecvențe care prezintă interes.
În situațiile de expunere simultană la câmpuri electrice cu frecvențe diferite sau
câmpuri nesinusoidale cu armonici semnificative, respectarea limitelor impuse trebuie să fie
t
HμS
t
BS
t
Φ
indV
∂∂
××=∂
∂×=
∂∂
=
××
=×
==RC
HμS
RC
BSdt
indV
RC
1
outinV
26
verificată pentru fiecare frecvență în parte dar și în mod suplimentar, cumulativ, conform
metodologiei sumative sintetizată de formula de calcul (3.6) :
∑ imeasTRef
≤ 1#!! XYZ[\# YZ (3.6)
unde Eimeas reprezintă valorile efective ale câmpului electric măsurate pentru fiecare frecvență
a spectrului de interes existent și EiRef este valoarea de referință (valoarea maximă admisibilă)
corespunzătoare pentru acea frecvență, așa cum este specificată în documentele și standardele
ICNIRP, IEEE sau în Directivele și normele Uniunii Europene. În esență, se raportează
fiecare valoare măsurată la valoarea maximă considerată ca fiind acceptabilă, pentru fiecare
frecvență din spectrul de interes.
Dacă suma acestor rapoarte este tot subunitară, atunci expunerea cumulată este sub
limitele considerate maxim acceptabile, nepericuloase.
Cu scopul de a descompune câmpurile cu variație pulsatorie, tehnicile bazate pe
Transformata Fourier Rapidă (FFT) sunt cea mai bună opțiune; de obicei FFT sunt incluse în
software-ul de firmă al analizorilor de spectru moderni (fie chiar și în varianta lor mai simplă,
adică portabile, de mână).
Cu ajutorul analizorului de joasă frecvență portabil Spectran NF 5035, care poate utiliza
propriul său senzor (încorporat) de câmp electric sau poate fi cuplat cu senzori artizanali
externi, din categoria celor anterior prezentați, am trasat profilele intensității câmpului
electric în clasa de laborator-rețea de calculatoare, inclusiv o hartă 3D.
Mi-am propus să măsor expunerea în zona regiunilor unde se presupune că vor fi cel
mai probabil, efectiv așezați, cei 15 studenți (zona capului, cea mai sensibilă la orice gen de
perturbații). Câmpul electric ar putea fi ușor perturbat de orice obiect (conductor); în
consecință, în timpul măsurărilor, sala de clasă a fost fără elevi, senzorul a fost introdus
mecanic în zona de interes prin utilizarea unui prelungitor (o extensie) din fibră de sticlă de
1,5 metri, timp în care PC-urile executau o rutină repetitivă.
La o primă baleiere a spectrului, au fost identificate câmpuri electrice având trei
frecvențe: 50 Hz (frecvența rețelei de distribuție a energiei electrice), 56 kHz (frecvența de
lucru a celor 16 monitoare LCD, realizate în tehnologie T(hin)F(ilm)T(ranzistor) și 62 kHz
(valori ale câmpului mult mai scăzute decât cele două anterioare), fiind datorate funcționării
surselor în comutație ce echipează PC-urile, subansamble compacte, relativ usor de ecranat
electric.
27
Citirile RMS au fost mediate în spațiu și timp (5 minute).
Aceste valori, exprimate în V / m, pentru cele 16 locuri de interes și 2 frecvențe
semnificative sunt prezentate grafic în Figura 3.6 și în detaliu, în Tabelul 3.1.
Figura 3.6. Valorile măsurate ale intensității câmpului E, la 50 Hz (galben deschis) și 56 kHz
(maro închis).
Tabelul 3.1. Valorile măsurate ale intensității câmpului electric măsurat (50 Hz, respectiv 56
kHz) în cele 16 puncte de interes (zona capului)
E(V/m) 50 Hz 56 kHz
Desk 190 26
1L 175 24
1M 170 23
1R 150 21
2L 210 29
2M 200 30
2R 160 27
3L 230 32
3M 220 36
3R 210 30
4L 205 29
4M 190 26
4R 170 23
5L 160 24
5M 140 22
5R 120 19
28
Distribuția lor spațială în sala de laborator este prezentată în Figura 3.7 a (pentru 50
Hz) și Figura 3.7 b (pentru 56 kHz).
Am aplicat formula sumativă (3.6), calculând suma raporturilor dintre cele mai înalte
valori ale câmpului E măsurate în clasa de laborator la 50 Hz, 56 kHz și 62 kHz și nivelurile
de referință corespunzătoare, considerate acceptabile(nepericuloase) pentru expunerea
publică, rezidențială:
∑ imeasTRef
= !.!!! + &
^ + 3^ = 0.588 ≤ 1& XYZ[\.!YZ (3.7)
Această valoare este semnificativ mai mică decât valoarea unitară acceptată ca fiind
maximă, deci nu se atinge limita periculoasă pentru expunerea non-ocupațională (sau
publică).
Figura 3.7.a) Harta 3 D a câmpurilor electrice având frecvența de 50 Hz
Figura 3.7.b) Harta 3 D a câmpurilor electrice având frecvența de 56 kHz
29
Masurări asemănătoare, însoțite de introducerea unei metrici bazate pe același principiu
sumativ al expunerii relative la diverse frecvențe, am realizat și pentru câmpul magnetic (fie
pentru intensitatea câmpului magnetic exprimată în A/m, fie pentru densitatea de flux
magnetic sau inducția, exprimată în nT sau µT).
Am introdus astfel, pentru câmpurile magnetice, o metrică asemănătoare cu cea anterior
definită pentru câmpurile electrice:
(3.8)
unde Himeas reprezintă valorile efective ale intensității câmpului magnetic măsurate pentru
fiecare frecvență a spectrului și HiRef sunt valoarile de referință corespunzătoare (dependente
de frecvență), așa cum sunt specificate în documentele și standardele ICNIRP, IEEE sau în
Directivele și normele Uniunii Europene (prin valoare de referință se înțelege valoarea
maximă considerată nepericuloasă).
Pentru aceleași frecvențe (ale tensiunii de alimentare, respectiv ale funcționării
monitoarelor din sala de laborator, tip LCD în tehnologie TFT, producție 2012), valorile
inducției magnetice măsurate în zona capului potențialilor operatori sunt sintetizate în tabelul
3.2 și repartizate grafic, intuitiv, în Figura 3.8.
Figura 3.8. Valorile măsurate ale densității de flux magnetic (nT), la 50 Hz (galben deschis)
și 56 kHz (maro închis).
Aceste valori sunt prezentate sintetic în tabelul 3.2.
=
≤kHz
Hzi fi
imeas
H
H100
1 Re
1
30
Tabelul 3.2. Valorile măsurate ale densității de flux magnetic, nT(50 Hz, respectiv 56 kHz)
în cele 16 puncte de interes (zona capului)
B(nT) 50 Hz 56 kHz
Desk 550 1365
1L 530 890
1M 570 1210
1R 400 920
2L 690 1525
2M 710 1820
2R 580 1050
3L 860 1850
3M 870 2100
3R 720 1730
4L 470 1120
4M 620 1230
4R 340 875
5L 380 660
5M 320 760
5R 180 550
Pe baza acestor măsurări, s-au realizat hărțile 3D din Fig. 3.9, a și b
Figura 3.9.a) Harta 3 D a inducției magnetice (exprimate în nT) având frecvența de 50 Hz
31
Figura 3.9.b) Harta 3 D a inducției magnetice (exprimate în nT) având frecvența de 56 kHz
Observații și limite:
Harta inducției magnetice nu ne oferă informații legate de orientarea vectorilor de
densitate a fluxului magnetic.
Câmpul magnetic produs de un sistem trifazic combină contribuțiile celor 3 curenți de
pe fiecare fază; un posibil dezechilibru de curenți nu poate fi identificat prin măsurarea
distribuției câmpului magnetic.
Întregul set de măsurări s-a prelevat într-un interval de aproximativ 1.5 ore. Sursele pot
avea fluctuații în această perioadă, fapt ce poate compromite coerența și repetabilitatea hărții
câmpului magnetic.
Un model de calcul poate oferi multe informații detaliate cu privire la distribuția
câmpului magnetic (mărime, orientare) și evoluția în timp. Odată formulat corespunzător și
validat, un model numeric are o mare flexibilitate, poate fi în măsură să producă inclusiv hărți
magnetice pentru o multitudine de condiții de operare. Este posibil să fie analizate o
diversitate de configurații ale sursei și să evaluăm mediul magnetic, la orice oră, în orice loc.
Pentru o interpretare adecvată a rezultatelor măsurărilor și/sau calculelor este necesară
cunoașterea problemelor teoretice și a principiilor experimentale.
3.3 Studiu asupra emisiilor de câmp electric și magnetic asociate monitoarelor PC
În cadrul determinărilor anterior prezentate, o pondere importantă au emisiile electrice
și magnetice ale monitoarelor PC, ”alături” de care lucrăm mai mult de 8 ore pe zi.
Acest afișaj se află la o distanță mică (aproximativ 50 cm) de organele cele mai
sensibile ale omului: creierul și ochii. Dispozițiile și recomandările legale incluse în Directiva
32
35, se bazează în primul rând pe valorile propuse de studiile ICNIRP, completând unele
norme anterioare, care au fost incluse în așa-numita "certificare TCO".
În mod complementar, există această "certificare TCO", care se concentrează în
principal pe emisiile electrice și magnetice ale monitoarelor de calculator.
TCO este o abreviere a denumirii în suedeză a sindicatelor așa-numitor "gulere albe",
acei angajați cu o înaltă calificare, care lucrează chiar mai mult de 8 ore pe zi în fața unui
monitor de computer.
Punctul de plecare al TCO, la începutul anilor '90, a reprezentat preocuparea justificată
a angajaților și a angajatorilor cu privire la efectele negative ale emisiilor electrice și
magnetice generate de singurele monitoare existente la acel moment, cele bazate pe tubul cu
raze catodice, așa numitele CRT.
Desigur, astăzi, monitoare CRT sunt istorie, nu a fost ușor să găsesc un astfel de
echipament care să fie funcțional, să-l folosesc ca referință și termen de comparație pentru
studiile întreprinse. Bineințeles, certificarea TCO a fost extinsă și pentru monitoarele actuale,
"plate" (tehnologia LCD și, cea mai recentă, cu LED).Certificarea TCO s-a extins ulterior, de
la emisiile electrice și magnetice vizând direct sănătatea operatorilor, la un angajament
general al producătorilor de echipamente privind cei 4 E: Emisii scăzute, Economie de
energie, Ergonomie și Ecologie, totul însemnând grijă față de mediu, așa cum este sintetizat
în etichetele de certificare din Figura 3.10, a) și b).
a) b)
Figura 3.10. Sigle de certificare TCO, sugerând preocuparea permanentă pentru
implementarea obiectivului celor 4 E, a preocupării pentru o lume curată, ”verde”
În Tabelul 3.3 am rezumat nivelurile maxime acceptate pentru câmpurile electrice și
magnetice, în conformitate cu principiile directoare TCO, împărțite pe două benzi de
frecvență specifice. Prima bandă se adresează în principal frecvenței de 50Hz, completată
fiind de rata de refresh (cadre) și, fără îndoială, de armonicile asociate. A doua bandă este
destul de largă, depășind limita superioară de 100 kHz a efectelor non-termice. Cele mai
semnificative emisii înregistrate în acest domeniu se datorează frecvenței de lucru a
diferitelor oscilatoare și a surselor de alimentare în comutație.
33
Distanța de 50 cm impusă de standarde este raportată la punctul central al ecranului,
intersecția celor două axe de simetrie: față-spate(de la nord la sud) și lateral, de la stânga la
dreapta (de la est la vest).
Trebuie să subliniem că cea mai mare frecvență inclusă în standardul TCO este 400
kHz, λ/2π , granița aproximativă între câmp apropiat și câmp depărtat reprezentând pentru
această frecvență 120 m. Evident, 50 cm în jurul monitorului înseamnă ”câmp apropiat”, fiind
nevoie de sonde diferite pentru măsurarea câmpului magnetic și respectiv electric.
Ultimele două coloane din tabelul 3.3 prezintă, din motive comparative, nivelurile de
referință considerate ca fiind nepericuloase pentru sănătate, în conformitate cu instrucțiunile
emise de ICNIRP. Ele sunt semnificativ mai mari decât nivelurile TCO.
Măsurările efectuate s-au bazat pe analizorul de spectru de joasă frecvență SPECTRAN
NF-5035, inclusiv sondele externe despre care am vorbit, unele realizate artizanal în
laboratorul nostru, altele incluse în setul ”Near-Field Probe Set 7405”, furnizat de ETS-
Lindgren. Pentru aceste sonde este obligatoriu să cunoaștem raportul dintre câmpul electric
sau magnetic incident și tensiunea indusă corespunzătoare furnizată la ieșirea senzorului,
raport puternic dependent de frecvența, așa numitul factor de performanță PF.
Tabelul 3.3. Restricții TCO (ieri și azi), comparate cu limitările (mai relaxate) ICNIRP
Numele domeniului
Domeniul frecvență
Limite B
(valori TCO mai
vechi)
Limite B
(valori TCO
actuale)
Limite E
(valori TCO mai
vechi)
Limite E
(valori TCO
actuale)
Pozitionarea punctului de
măsură
ICNIRP, B
Valoarea de
referin ță, expunerea generală
ICNIRP, E
Valoarea de
referin ță, expunerea generală
TCO Banda I
(5 Hz-2000 Hz)
< 250 nT
< 200 nT
< 25 V/m
< 10 V/m
50 cm, în fața monitorului
200 µT (medie)
610 V/m (medie)
TCO Banda II
(2 kHz-0.4 MHz) < 25
nT < 25 nT
< 2.5 V/m
< 1.0 V/m
Pe o rază de 50 cm în jurul monitorului.
27 µT 83 V/m
Am efectuat măsurările în 8 puncte distribuite din 450 în 450, pe un cerc orizontal,
având raza de 50 cm, impusă de standardul TCO, aceasta fiind și distanța recomandată între
ochi și monitor. Am testat 4 monitoare, fabricate în ani diferiți, cu tehnologii diferite, dar
toate având diagonala de 15 inches ( adică, 38.1 cm).
Câteva dintre ”ecranele” cele mai reprezentative sunt prezentate în figurile următoare.
34
Figura 3.11. La 50 cm în spatele monitorului CRT, depășire a valorii acceptate pentru emisia
de câmp electric (210V/m, 67 kHz)
Figura 3.12. Depăsire a emisiei de câmp magnetic (240nT) la frecvența de 47.5 kHz pentru
un monitor LCD-TN care a fost reparat (probabil are ecranarea deteriorată)
Figura 3.13. Depășire a emisiilor electrice la spatele monitorului tip LCD-IPS
Valorile maxime de câmp electric înregistrate sunt prezentate sintetic în Tabelul 3.4
35
Tabel 3.4. Valori maxime ale intensității câmpului electric (V/m) circular distribuite în jurul
celor 4 monitoare (raza de 50 cm)
Tehnologie monitor,
an fabricație
In față
(Sud)
S-V Stânga (Vest)
N-V Spate (Nord)
N-E Dreapta (Est)
S-E Expuneri cumulative(cazul
retelei de PC)
TRC, 1998 27 21 16 15 18 20 15 22 44 LCD-TN, 2008
5.3 3.9 2.6 2.6 2.4 2.7 2.6 4.3 8.1
LCD-IPS, 2012
3.1 2.5 1.7 1.8 1.6 2.1 2.0 2.4 5.4
LED, AH-IPS, 2016
1.6 1.4 0.9 1.2 0.7 0.9 0.8 1.5 2.9
Valorile maxime de câmp magnetic înregistrate sunt prezentate sintetic în Tabelul 3.5
Tabel 3.5. Valori maxime ale densității de flux magnetic (nT), circular distribuite în jurul
celor 4 monitoare
Tehnologie monitor,
an fabricație
In față
(Sud)
S-V Stânga (Vest)
N-V Spate (Nord)
N-E Dreapta (Est)
S-E Expuneri cumulative(cazul
reteleide PC)
TRC, 1998 480 470 460 540 540 520 490 480 990 LCD-TN, 2008
43 50 52 57 64 68 53 49 78
LCD-IPS, 2012
25 28 42 36 38 40 31 29 56
LED, AH-IPS, 2016
18 17 17 20 18 17 18 16 222
3.5 Concluzii
Am realizat măsurări privind intensitatea câmpului electric și inducția câmpului
magnetic emise de 4 tipuri de monitoare de PC ( vârste și tehnologii semnificativ diferite),
din perspectiva verificării încadrării în limitele impuse de ICNIRP si, complementar, de
certificările TCO.
S-au înregistrat depășiri ale limitelor (măsurate pe un cerc cu raza de 50 cm, în jurul
monitorului), în principal pentru monitoare CRT vechi, dar și pentru cele LCD încă utilizate.
Trebuie să precizez că, în general, aceste depășiri erau în părțile din spate sau laterale, ceea ce
înseamnă că protecția suplimentară în ceea ce privește emisia de câmp E & H spre partea
frontală a monitorului,acolo unde sunt ochii care operatorului, are eficiență până la un punct.
Această abordare este doar parțial liniștitoare. Dacă computerul face parte dintr-o rețea a unei
săli de laborator sau a unei săli de lectură a unei biblioteci, capul (creierul și nervul optic)
operatorului care stă într-un anumit rând este situat, de asemenea, aproximativ la o distanță
36
comparabilă de calculatorul din spate sau din lateral. În concluzie, toate laturile unui monitor
trebuie tratate în mod egal din perspectiva ecranării electrice și magnetice.
Problema emisiilor de pe câmp a fost tratată mai atent de producător în ultimii ani, cele
mai noi monitoare având nivele acceptabile în jurul lor, considerate ca fiind nepericuloase
pentru sănătatea operatorului.
Fără îndoială, monitoarele cu LED-uri de ultima generație, toate având cel puțin
eticheta "TCO'03 Certified" sau chiar "TCO'05 Certified" respectă limitele TCO. Eticheta
TCO este în principal o garanție pentru emisii electro-magnetice reduse, în contextul
dezvoltării durabile generale.
37
Capitolul 4
Studiu asupra câmpurilor magnetice și electrice generate de LEAÎT
4.1 Relevanța dispunerii (transpunerii) fazelor asupra câmpului magnetic generat de LEAIT 4.1.1 Cadrul general
În principal am studiat modul în care transpunerea fazelor influențează valorile maxime
și distribuția în profilul transversal a câmpului electric, respectiv magnetic rezultat.
Transpunerea fazelor (mai scurt, fazarea) este distribuția relativă a celor trei faze ale
unui circuit, în raport cu poziționarea fixă a fazelor unui circuit apropiat, simetric, considerat
drept referință. Evident, problematica transpunerii efective a fazelor se pune doar în cazul
unor circuite trifazate duble sau chiar quadruple, [Salce1, 2018]. Este doar unul dintre
numeroșii factori care influențează valoarea câmpurilor electrice și magnetice generate de
LEAÎT, [Salce2, 2018].
Inițial, problema permutărilor circulare între pozițiile spațiale ale celor trei faze (defazaj
de 1200), preponderent denumite în literatura europeană R, S și T a fost abordată din
perspectiva echilibrării pierderilor celor trei faze. Alături de efectul corona și de pierderile
prin efect caloric, pierderile datorită cuplajului capacitiv între fază și pământ, dar și între faze,
au un anumit rol. Dacă pierderile datorate acestor cuplaje capacitive sunt diferite pentru cele
trei faze (datorită în principal, distanței diferite față de pământ), apar dezechilibre între faze
care afectează receptorii aflați la capătul liniei de transport.
Singura soluție posibilă o reprezintă intercalarea unor piloni având construcție specială,
care permit aceste permutări ale poziției relative a fazelor față de pământ. Sigur, această
soluție implică niște costuri, dar care sunt justificate financiar în cazul liniilor mai lungi de 50
km. Pentru o astfel de linie, intercalarea a 2 stâlpi de permutare a pozițiilor celor trei faze are
eficiență economică. Sugestiv, această soluție este prezentată în Figura 4.1.
Figura 4.1. Principiul transpunerii fazelor în cazul unei rețele trifazate simple
R S T
0° 120° 240°
38
Odată cu dezvoltarea sistemului de transport a energiei electrice, au devenit foarte
răspândite rețelele trifazate duble, când 2 circuite trifazate distincte, dar foarte asemănătoare
ca parametri, sunt plasate simetric, la stânga și la dreapta stâlpului de susținere. În perioade
mai recente, s-a pus problema dacă transpunerea fazelor nu ar avea efect și asupra
compensării (parțiale), a câmpurilor electrice și magnetice generate de aceste rețele, față de
situația nedorită când aceste câmpuri s-ar suma.
În mod evident, pentru studiul eficienței efective a transpunerii fazelor, efectuarea de
măsurări ”in situ”, [AARON, 2016], [AARON,2017] nu poate constitui decât un argument
orientativ, datorită multitudinii de variante ce trebuie considerate. În etapa de proiectare,
suportul oferit de software de simulare electromagnetică este obligatoriu, [Vujev, 2011],
[Xiao, 2014].
Noi am utilizat 2 software open source, FEMM 4.2[Meeke, 2015], [FEMM4, 2018]și
respectiv EMFACDC [EMFAC, 2016], [ITU-T, 2018] dorind simularea câmpurilor generate,
pentru 6 configurații reprezentative de circuite trifazate duble. Caracteristicile rețelelor
selectate sunt sintetizate în Tabelul.4.2.
Am inclus în acest tabel și coordonatele punctului de conectare la stâlp al conductorului
de protecție (de împământare) N1 și eventual N2, doar ca un detaliu constructiv, contribuția
lui la valoarea și distribuția câmpurilor electrice și magnetice din ambient fiind neglijabilă.
Tabelul 4.2. Coordonatele punctelor de conectarea a izolatorilor de sticlă pentru 6
configurații reprezentative de rețele trifazate duble. (Centrul axelor de coordonate este
considerat la intersectia dintre axa de simetrie a stalpului si sol)
Tipul Stâlpului și al
Coordonatele punctului de conectare la stâlp a izolatorilor de sticlă verticali (m)
Sn 110252 110KV,640 A,
triunghi isoscel vertical
(0; 31.1)
(-3.05; 27.3)
(-4.55; 22.3)
(-3.05; 17.3)
- (3.05; 27.3)
(4.55; 22.3)
(3.05; 17.3)
Sn 110402 110 kV, 640 A
triunghi isoscel
orizontal
(-3.15; 29.5)
(-5.65; 26.5)
(-7.65; 22)
(-3.65; 22)
(3.15; 29.5)
(5.65; 26.5)
(7.65; 22)
(3.65; 22)
Sn 220202 220 kV,920 A
triunghi
(0; 41.4)
(-5; 35)
(-8; 28.5
(-5; 22)
- (5; 35)
(8; 28.5)
(5; 22)
39
isoscel vertical
Sn 220252 220 kV,920 A,
Linie orizontală
(-10.6; 26.5)
(-15; 21.5)
(-10; 21.5)
(-5; 21.5)
(10.6; 26.5)
(15; 21.5)
(10; 21.5)
(5; 21.5)
Sn 400232 400 kV, 2760
A triunghi isoscel
orizontal
(-14.3; 41.5)
(-10.3; 39)
(-13.3; 27)
(-7.3; 27)
- (10.3; 39)
(13.3; 27)
(7.3; 27)
Sn 400202 400 kV, 1840
A triunghi
isoscel vertical
(0; 58)
(-7; 50)
(-11; 41)
(-7; 32)
- (7; 50)
(11; 41)
(7; 32)
Așa cum am precizat și în prima coloană a tabelului1, există în practică numai 3
configurații de rețele trifazate duble (și simetrice), reprezentate schematic în Figura 4.2, a), b)
și c): cu fazele amplasate în triunghi isoscel (obtuzunghic) având baza verticală, cu fazele
amplasate în triunghi isoscel (ascuțitunghic) cu baza orizontală și respectiv, cu fazele
distribuite în linie orizontală.
a) b) c)
Figura 4.2. Cele trei configurații posibile pentru distribuirea fazelor în cazul rețelelor trifazate
duble: triunghi isoscel cu baza verticală (a), triunghi isoscel cu baza orizontală (b), linie
orizontală (c).
Un studiu detaliat al inflenței transpunerii fazelor asupra câmpurilor electrice și
magnetice generate de liniile de înaltă tensiune trifazate duble este prezentat în [Salce1, 2018]
și [Salce2, 2018].
40
4.1.2 Simulări realizate cu software FEMM 4.2
Softul FEMM abordează câteva cazuri ale ecuațiilor lui Maxwell. Problemele abordate
sunt cele care pot fi considerate probleme de joasă frecvență în care curenții de deplasare pot
fi ignorați. Curenții de deplasare sunt de obicei relevanți pentru problemele magnetice doar la
frecvențele radio.
Meniul de editare a acestui program este unul interactiv si uşor de utilizat prin care se
pot efectua multe sarcini utile.
Cele mai importante funcţii care trebuie avute în vedere în simulările realizate cu acest
soft sunt cele de a selecta tipul de problemă, de a defini problema, de a defini materialul,
frontiera şi circuitul modelului realizat.
Definirea problemei se face selectând din bara de meniu opţiunea „Problem” (Figura
4.3.). Accesând această opţiune avem posibilitatea de a alege unitatea de măsură, frecvenţa,
adâncimea şi precizia pentru rezolvarea problemei.
Figura 4.3. Fereastra pentru ”definirea problemei”
Selectând din bara de meniu opţiunea “Properties” avem posibilitatea de a defini
materialul, frontiera şi circuitul. Materialul se poate defini în totalitate, denumire, proprietăţi
electrice, conductivitate electrică, curent etc. sau poate fi selectat din biblioteca programului,
având toate caracteristicile specifice.
Frontiera este proprietatea folosită pentru a defini liniile și arcele de cerc ce vor urma să
fie limite pentru domeniul de calcul al soluției. Figura 4.3’ arată fereastra care se deschide
atunci când se dorește impunerea unor condiții de frontieră.
41
Figura 4.3’. Fereastră pentru stabilirea frontierei
Tipul frontierei trebuie ales în funcţie de geometria modelului. Pentru un rezultat cât
mai corect se recomandă selectarea tipului prescris de program.
Scopul definirii proprietăților circuitelor este pentru a-i permite utilizatorului să
stabilească valoarea curentului şi tipul circuitului (serie sau paralel) și să controleze trecerea
curentului în unul sau mai multe blocuri.
Postprocesorul magnetic din FEMM este folosit pentru a vedea soluțiile generate de
simulator. Fereastra postprocesorului magnetic poate fi accesată fie încărcând o soluție
anterioară fie pentru a vedea o nouă soluție.
Postprocesorul operează în trei moduri (Figura 4.4.):
• Proprietățile punctului: în acest mod avem posibilitatea de a prelua rezultatele
procesate intr-un anumit punct dat.
• Contur – în acest mod prelua și exporta rezultatele din contururi arbitrare pentru a
se observa variația diferitelor mărimi pe întregul contur.
• Aria – în acest mod putem prelua rezultate integrale de volum pentru modelul
definit.
Figura 4.4. Moduri de operare ale postprocesorului
Pentru simulările efectuate am luat în considerare coordonatele (în metri) a centrului
secţiunilor transversale ale cablurilor de fază la mijlocul distanței dintre stâlpi, caz cel mai
defavorabil admis de standard, când firele sunt cel mai aproape de sol (Tabelul 4.2).
42
Principalele caracteristici pentru cele 6 configuraţii de stâlpi simulate în FEMM 4.2
sunt sintetizate în Tabelul 4.3.
Tabelul 4.3. Caracteristici aconfiguraţii LEAÎT
Tipul Stâlpului Tensiunea LEA ÎT
(kV)
Imax acceptabil
(rms-valoare efectivă)
A
Conductor activ
(ACSR) secțiune
transversală a
conductorul de
aluminiu, mmm2
Sn 110252 110 640 3x240
Sn 110402 110 640 3x240
Sn 220202 220 920 3x450
Sn 220252 220 920 3x450
Sn 400202 400 1840 3x450
Sn 400232 400 2760 3x450
Conductorul ACSR de 240/40 mm2 are diametrul exterior de 22 mm, din care 8 mm
este conductorul Ol iar cel de 450/40 mm2 are diametrul exterior de 28 mm din care 8 mm
este oţel. Conductorul din oţelul este folosit pentru susţinerea conductorului din aluminiu.
Proprietăţile electrice a acestor materiale sunt: conductivitatea electrică a aluminiului
σ=37MS/m, conductivitatea electrică a oţelului σ=5,6 MS/m şi permitivitatea relativă εr=1.
Prima etapă din programul de simulare estea cea în care am definit si modelat tipul de
conductor specific fiecarui tip de stâlp (Figura 4.4’). conform descrierilor anterioare.
Figura 4.4’. Conductor Oţel-Aluminiu (ACSR)
43
În următoarele etape am trecut la realizarea modelul de stâlp conform Tabel 4.1,
stabilrea frontierei (de zece ori înalţimea stâlpului), procesării şi stocării rezultatelor.
Întrucât circuitele sunt defazate cu 120o fazele în program au fost definite pentru fiecare
tip de stâlp conform Tabel 4.3, astfel: faza R - Imax , faza S conform formulei 4.1. iar faza T
conform formulei 4.2.
Kabcbd = Kebf g− # + K √
j = Kebfk−0,5 + K ∙ 0,865l (4.1)
Kabcbm = Kebf g− # − K √
j = Kebfk−0,5 − K ∙ 0,865l (4.2)
Modelul simulat în soft pentru cele trei configurații posibile privind distribuirea fazelor
în cazul rețelelor trifazate duble este prezentat în figura 4.5.
Figura.4.5.a) Configurație stâlp în linie
Figura.4.5.b) Configurație stâlp în triunghi isoscel cu baza orizontală
44
Figura.4.5.c) Configurație stâlp în triunghi isoscel (cu baza verticală)
În cadrul studiului întreprins am insistat asupra relevanței efective a acestor transpuneri,
atât prin raportare relativă, cât și prin referire la valorile maxime considerate nepericuloase și
acceptate de standarde. Simulările au fost făcute atât pentru câmpul magnetic cât și pentru cel
electric, dovedint faptul că fazarea contribuie într-o măsură mai mare la compensarea
reciprocă a câmpurilor magnetice decât a celor electrice.
Simulările au fost efectuate pentru fiecare din cele 6 configurații din Tabelul 4.2.
Pentru fiecare din aceste configurații, există câte 6 poziții relative în care pot fi plasate
cele trei faze (din dreapta stâlpului de susținere) prin raportare la cele trei faze din stânga,
considerate fixe, de referință (permutări de 3 faze, P3=3!=6).
Din punct de vedere al prelucrării, comparării și stocării datelor, o facilitate pe care o
permite software FEMM 4.2 este salvarea rezultatelor în format text, ce poate fi imediat
importat in Excel, cu avantajele bine cunoscute. În Figura 4.6. prezentate pe același grafic,
profilurile laterale (+/- 50 metri la stânga și la dreapta stâlpului de susținere) ale inducției
magnetice (densitatea de flux magnetic), trasate la 1 metru înălțime față de sol, pentru o rețea
trifazată dublă de 110 kV, echilibrată (vehiculând curenți aproximativ egali de 640 A rms) și
utilizând stâlpi de susținere tip SN 110 252.
45
Figura 4.6. Influența transpunerii fazelor asupra densității de flux magnetic pentru o rețea
trifazată dublă tip SN 110252
O altă facilitate pe care o are acest soft este cea de a extrage diverse imagini, după
procesarea modelului, inclusiv cu distribuția densității de flux magnetic și trasarea acesteia în
jurul conductoarelor electrice (Figura 4.7.).
Figura.4.7. Vizualizarea distrubuției densității de flux magnetic, stâlp Sn 110252
46
4.1.3 Simulari realizate cu software EMFACDC. Influenţa distribuţiei fazelor asupra intensităţii câmpului magnetic Pentru studiul câmpului magnetic am utilizat aceleași 6 transpuneri de faze ale rețelelor
trifazate duble pentru cele 3 configurații de stâlpi electrici,triunghi isoscel obtuzunghic,
triunghi isoscel ascuțitunghic și în linie (Figura 4.2).
Pentru fiecare tip de configurație am stocat imagini cu grafice cu intensitate câmp
magnetic pe orizontală (Figura 4.8) și pe verticală (Figura 4.9.), cazurile sol conductor
(conductivitate mare), respectiv sol neconductor (sol uscat, rezistivitate mare).
a) b)
Figura 4.8. Intensitate câmp magnetic pe orizontală, configuraţie în triunghi isoscel optuzunghic RST-RST: a)sol conductor, b) sol neconductor
Figura 4.9. Intensitate câmp magnetic pe verticală, configuraţie în triunghi isoscel
optuzunghic RST-RTS
Se poate observa în Figura 4.9 că valoarea maximă a intensității câmpului magnetic,
respectiv 40 A/m, se atinge la înăltimea de 14 m față de sol.
Putem observa în Figura 4.10.distribuția (colorată) a câmpului magnetic în jurul
fazelor, pentru o configurație (RST-STR).
47
Figura 4.10. Conturarea câmpului magnetic în jurul conductoarelor (RST-STR triunghi
isoscel optuzunghic)
După cum se poate vedea, conductivitatea solului influențează câmpul magnetic. Un sol conductor va determina creșterea valorilor câmpului magnetic.
Pentru configuraţia în triunghi echilateral cu transpunerea fazelor RST se înregistrează
cele mai mari valori ale câmpului magnetic (Figura 4.11.). După cum se observă și din Figura
4.12. valorile câmpului din jurul conductoarelor sunt considerabil mai mari.
Figura 4.11. Intensitate câmp magnetic pe verticală, configuraţie în triunghi isoscel baza
orizontală, RST-RST
48
Figura 4.12. Distribuția câmpului magnetic în jurul conductoarelor (triunghi isoscel
ascuțitunghic, RST-RST)
Dupa cum se vede din Figura 4.13, pentru configuraţie în linie RST-RST, valoarea maximă a intensitatii câmpului magnetic pe verticală, respectiv 47 A/m, se atinge la înalțimea de 4 m față de sol.
Figura 4.13. Distribuția intensitate câmp magnetic pe verticală, configuraţie în linie RST-RST
În Tabelul 4.4 care sintetizează rezultatele obținute, au fost selectate (din motive de
spațiu și de coerență) doar trei din aceste configurații, reprezentative atât pentru distribuția
fazelor cât și pentru tensiunile înalte utilizate în sistemele de transport și distribuție din
Romania:
• SN 110402 (110 kV, dispunere a fazelor în triunghi isoscel ascuțitunghic, cu
baza orizontală),
• SN 220252 (220 kV, dispunere a fazelor în linie orizontală) și
• SN 400202 (440 kV, dispunere a fazelor în triunghi isoscel obtuzunghic, cu
baza verticală).
49
Pentru fiecare din aceste structuri am luat în calcul ambele variante, cu sol conductor,
respectiv neconductor, iar valorile reținute pentru câmpul magnetic au fost cele selectate în
trei puncte relevante: valoarea maximă, valoarea exact sub stâlpul de susținere și respectiv
valorile la +/- 20 m în laterala lui.
Tabelul 4.4. Valorile comparative ale intensității câmpului magnetic generat de linii trifazate
duble, simetrice, funcție de transpunerea fazelor, în profil orizontal
Intensitatea campului magnetic H (A/m)-Profil orizontal
Configuratie Nr.
per
Succesiunea
fazelor
Sol conductor Sol neconductor
H axa
vert
H
maxim
H
(+20;-
20m)
H axa
vert
H
maxim
H
(+20;-
20m)
SN 400202
(baza
verticală)
1 R S T 19 19.2 2.8 11.5 12.5 2.5
2 R T S 14.8 15.8 2.1 11 11.2 2.2
3 S R T 18.3 18.5 3 11.8 12.7 2.3
4 S T R 11.3 14 2.2 11.4 11.7 1.8
5 T R S 11.2 14 2.1 11.2 11.5 1.7
6 T S R 8.1 12.4 1 11.7 11.7 1
Raport max/min 2.35 1.55 2.8 1.07 1.13 2.5
SN 110402
(baza
orizontală)
1 R S T 40 44 22.5 22.5 34.8 20
2 R T S 14.9 37.5 25 8 30.2 20.3
3 S R T 39.8 45.2 30 27.8 39.8 20.2
4 S T R 22 42.5 30 25 36 20
5 T R S 22 42.6 30 24.8 35.8 20
6 T S R 28 39.8 22 29 32 16.5
Raport max/min 2.68 1.17 1.36 3.47 1.31 1.23
SN 220252
(linie
orizontală)
1 R S T 43 43 15 27.5 28 8
2 R T S 27.5 27.5 15 16.5 24 9
3 S R T 42.5 42.5 13.5 27.4 27.8 8.5
4 S T R 22.4 25.3 15 14 22.6 10
5 T R S 22.4 25.3 15 14 22.6 10
6 T S R 16.3 25.8 15 11 19 10
Raport max/min 2.63 1.7 1.11 2.5 1.47 1.25
50
În Tabelul 4.5. am sintetizat valoarile maxime de la baza stâlpului în profil vertical și
înălțimea față de sol pentru aceleași trei configurații, pentru sol conductor și respectiv, sol
neconductor.
Tabelul 4.5. Valorile comparative ale intensității câmpului magnetic generat de linii trifazate duble, simetrice, funcție de transpunerea fazelor, în profil vertical
Configuratie Nr. per-mu-tare
Succesiunea fazelor Intensitatea câmpului magnetic H, (A/m), profil
vertical Sol conducător Sol neconducător
Val. Max
H (A/m)
Inaltime fata de sol
(m)
Val. max H
(A/m)
Inaltime fata de sol
(m)
SN 400202 (baza verticală)
1 R S T 37 14 39 14 2 R T S 40 14 43 14 3 S R T 17 9 42 9 4 S T R 36 16 35 16 5 T R S 36 16 35 16 6 T S R 39 16 39 16
Raport max/min 2.35 1.23 SN 110402
(baza orizontală) 1 R S T 52,5 15 59 14,8 2 R T S 53 12,5 57 12,5 3 S R T 44 17 47 15 4 S T R 45,5 9 47 9 5 T R S 45,5 9 47,5 8 6 T S R 51,5 8 55 8
Raport max/min 1.19 1.25 SN 220252
(linie orizontală) 1 R S T 47 4 37,5 8 2 R T S 58 6,5 54 6,5 3 S R T 47 4 37,5 8 4 S T R 62 6 58 7 5 T R S 62 7 57 7 6 T S R 64 7 60 7
Raport max/min 1.36 1.6
4.1.4 Concluzii
Alegerea corectă a distribuirii relative a fazelor, în cazul circuitelor trifazate duble
poate duce la reduceri foarte importante, de până la 58% ale intensității câmpului magnetic
(raportul dintre valoarea intensității câmpului magnetic, într-un anume punct de interes, în
cazul fazelor netranspuse, respectiv a fazelor optim transpuse). Chiar dacă acest procent este
51
în valoare absolută foarte mare, prin compararea acestor rezultate cu valoarea maximă
considerată nepericuloasă a intensității câmpului magnetic (800 A/m la 50 Hz), rezultă un
procent de maxim 7%. În concluzie, costurile impuse de intercalarea unor stâlpi de
construcție specială pentru realizarea transpunerii fazelor sunt justificate doar atunci când
beneficiul este dublu: echilibrarea încărcărilor capacitive și reducerea câmpurilor electrice și
magnetice. În cazul în care avem o distribuție în linie orizontală a celor 2x3 faze, echilibrarea
din punct de vedere capacitiv este practic rezolvată (înălțimea față de pământ este aceeași),
iar o reducere (orientativă) de la 5% la 3% (raportată la valoarea acceptată de standarde) nu
justifică eventualele cheltuieli suplimentare de montaj.
4.2 Relevanța transpunerii fazelor asupra câmpului electric generat de LEAÎT
4.2.1 Studiu comparativ al eficienței transpunerii fazelor în reducerea câmpului
electric generat, pentru toate cele tipuri de configurații posibile
Prin intermediul software-ului EMFACDC am simulat pentru 3 configuraţii ale
stâlpilor în triunghi isoscel ascuțitunghic, în linie şi în triunghi isoscel optuzunghic, câte 6
transpuneri de faze (Tabelul 4.2). Modelele reprezentate sunt circuite trifazate duble cu
primul circuit fix şi al doilea circuit transpus. Identificarea fazelor este făcută utilizând un cod
al culorilor aplicat în marea majoritate a convențiilor: faza R-culoarea roșie,faza S-culoarea
galbenă, faza T-culoarea albastră.
În figura 4.16. avem reprezentarea schematică pentru configuraţia stâlpului cu fazele în
triunghi isoscel ascuțitunghic, cu fazele netranspuse (RST-RST).
Figura 4.16. Configuraţie stâlp cu faze în triunghi echilateral faze netranspuse (RST-RST)
52
În figura 4.17.a) avem profilul lateral ( o distanţă pe orizontală de +/- 60 m) al
intensității câmpului electric (în kV/m), pentru configuraţia fazelor în triunghi isoscel
ascuțitunghic, cu fazele netranspuse (RST-RST) cu solul conductor iar în Figura 4.17.b)
același profil lateral în cazul solului neconductor.
Figura 4.17.a) Profil lateral intensitate câmp electric pe orizontală, configuraţie în triunghi
isoscel ascuțitunghic, RST-RST (netranspus)– sol conductor
Figura 4.17.b) Profil lateral intensitate câmp electric pe orizontală, configuraţie în triunghi
isoscel ascuțitunghic, RST-RST(netranspus) – sol neconductor
În figura 4.18. a), b) avem aceleași profile laterale ale intensității câmpului electric
(cazul sol conductor, respectiv neconductor), dar în varianta fazelor transpuse.
Figura 4.18.a) Profil lateral intensitate câmp electric pe orizontală, configuraţie în triunghi isoscel ascuțitunghic, RST-RTS (transpus)– sol conductor
53
Figura 4.18.b) Profil lateral intensitate câmp electric pe orizontală, configuraţie în triunghi
isoscel ascuțitunghic, RST-RTS (transpus)– sol neconductor
Putem observa în Figura 4.19.a), b) distribuția intensității câmpului electric în jurul
secțiunii transversale a conductoarelor asociate celor 2x3 faze, pentru cazurile distincte sol
conductor-sol neconductor.
a) b)
Figura 4.19. Distribuția intensității câmpului electric în jurul secțiunii transversale a conductoarelor asociate celor 2x3 faze: a) sol conductor, b) sol neconductor
Pentru configurația RST-SRT am simulat distribuția intensității câmpului electric pe
verticală până la o înălțime de 40 metri față de nivelul solului, tot în cele doua variante, cazul
sol conductor vs. sol neconductor (Figura 4.20.a), respectiv 4.20 b)).
54
a) b)
Figura 4.20. Profilul transversal al intensității câmpului electric pe verticală, configuraţie în triunghi isoscel cu baza orizontală, faze transpuse RST-SRT: a) sol conductor, b) sol
neconductor
Se poate observa că de regulă, un sol conductor determină valori mai mari ale
intensității câmpului electric în vecinătatea LEAÎT.
Pentru cazul configurației în linie orizontală, intensitatea pe orizontală la aceleași
repere ca la configurația în triunghi intensitatea câmpului electric este mai mare iar forma
graficului rezultat este diferită pentru ambele situații.(Figura 4.21. a), b) configurația RST-
RST).
a) b) Figura 4.21. Profil lateral intensitate câmp electric pe orizontală, configuraţie în linie, RST-
RTS (netranspus) a) respectiv RST-TSR (transpus), b
Urmatoarele simulări vor argumenta influenţa transpunerii fazelor în configuraţia triunghi isoscel optuzunghic dar şi a solului conductor sau nu, asupra intensităţii câmpului electric (Figura 4.22.a),b)).
55
a) b)
Figura 4.22. Profilul lateral al intensității câmpului electric, LEAÎT în configuraţie triunghi isoscel optuzunghic RST-RST(netranspus): a)sol conductor, b)sol neconductor
Distribuția câmpului electric în jurul secțiunii transversale a celor 6 conductori de fază,
pentru configurația triunghi isoscel optuzunghic, varianta netranspusă, cazurile sol conductor-
sol neconductor, este prezentată în Figura 4.23. a), b)) .
a) b) Figura 4.23. Distribuția câmpului electric în jurul secțiunii transversale a celor 6 conductori
de fază, pentru configurația triunghi isoscel optuzunghic, varianta netranspusă: a)sol conductor, b)sol neconductor
Pentru fiecare configuraţie am simulat în EMFACDC şi am exportat datele pentru
intensitatea câmpului electric, în varianta cu sol conductor şi cu sol neconductor, profil lateral
pe o distanţă de -/+ 20 m, în linie orizontală (Tabelul 4.7) şi respectiv de-a lungul unei linii
verticale (de la baza stâlpului până la o înălţime de 40 m (Tabelul 4.8).
Tabelul 4.7. Valorile comparative ale intensității câmpului electric generat în linie orizontală pentru 3 configuraţii ale stâlpilor, funcție de transpunerea fazelor şi de sol Intensitatea campului Electric E (kV/m)-Linie orizontala
Configuratie Nr.caz R S T Sol conductor Sol neconductor
E pe E E E pe E E
56
Tabelul 4.8. Valorile comparative ale intensității câmpului electric generat, pe linie verticală
pentru 3 configuraţii ale stâlpilor, funcție de transpunerea fazelor şi de sol
Intensitatea campului electric E (kV/m)-Linie verticala
Configurat
ie
Nr
.
cz
R S T
Sol conductor Sol neconductor
Val.
Max
E
(V/m
)
Inalti
me
fata de
sol (m)
Val.
Min
E
(V/m
)
Inalti
me
fata de
sol (m)
Val.
max
E
(V/m
)
Inalti
me
fata de
sol (m)
Val.
min
E
(V/m
)
Inalti
me
fata de
sol (m)
A.Triungh
i
Isoscel
1 R S T 4.7 16 0.5 40 3.2 14 0.3 40
2 R T S 4.7 14 0.2 40 3.3 14 0.1 40
3 S R T 4.8 9 0.25 40 3.3 9 0.2 40
axa maxim (+20;-
20m)
axa maxim (+20;-
20m)
A.Triunghi
isoscel
obtuzunghic
1 R S T 2.65 2.7 0.25 0.78 0.88 0.25
2 R T S 2.3 2.4 0.2 1.02 1.08 0.22
3 S R T 2.3 2.35 0.4 0.75 0.83 0.18
4 S T R 1.6 1.9 0.1 1.1 1.2 0.1
5 T R S 1.6 1.9 0.2 1.1 1.2 0.1
6 T S R 1.17 1.65 0.1 1.04 1.04 0.1
B.Triunghi
echilateral
1 R S T 4.6 5.2 2.8 1.7 2.6 1.4
2 R T S 2.5 4.6 3 0.8 2.3 1.6
3 S R T 4.5 5.2 3.3 2.2 3 1.5
4 S T R 2.5 4.7 3 1.8 2.7 1.4
5 T R S 2.5 4.7 3.2 1.9 2.7 1.4
6 T S R 2.7 4.2 2.6 2.3 2.4 1.1
C.Linie 1 R S T 6.7 6.7 2.6 3.3 3.4 0.7
2 R T S 5.5 5.5 2.6 2.4 3.2 0.9
3 S R T 4.5 5.2 3.2 2.2 3 1.5
4 S T R 2.5 4.7 3 1.9 2.6 1.4
5 T R S 2.5 4.6 3.2 1.9 2.7 1.3
6 T S R 2.8 4.25 2.6 2.3 2.4 1.1
57
obtuzungh
ic
4 S T R 4.6 16 0.2 40 3.2 6 0.1 40
5 T R S 4.55 16 0.2 40 3.2 6 0.1 40
6 T S R 5.1 16 0.1 40 3.55 6 0.1 40
B.Triungh
i
echilateral
1 R S T 5.2 15 0.2 27 4.2 15 0.4 40
2 R T S 5.2 12 0.2 26 3.8 14 0.3 27
3 S R T 4.5 16 0.3 40 3.7 15 0.4 40
4 S T R 5.2 9 0.4 40 3.7 9 0.5 40
5 T R S 5.2 9 0.4 40 3.7 8 0.5 40
6 T S R 5.6 8 0.2 16 4.3 8 0.4 16
C.Linie
1 R S T 7.5 4 0.1 40 4.6 4 0 6
2 R T S 11.5 6 0.1 40 7.3 6 0.2 40
3 S R T 7.5 4 0.05 40 4.5 4 0.2 40
4 S T R 12 6 0.1 40 7.8 6 0.2 40
5 T R S 12 6 0.1 40 7.8 6 0.2 40
6 T S R 12.5 6 0.1 40 8 6 0.2 40
Valorile câmpului electric măsurate la nivelul solului în apropierea LEAÎT depășesc
nivelul maxim rezidențial permis, fiind destul de apropiate chiar și de nivelul maxim
ocupațional permis. Aceasta justifică efortul de menținere a intensității câmpului E cât mai
scăzut posibil, o distribuție optimă a celor trei faze ale circuitelor simetrice fiind o abordare
care nu implică costuri deosebite. Dar pentru aceasta, trebuie să fie asumată și implementată
încă din faza proiectării și apoi a construirii LEAÎT trifazate duble, simetrice.
4.3 Influen ța conductivității solului asupra câmpului magnetic produs de LEAÎT
Valoarea câmpului magnetic produs de liniile aeriene de înaltă tensiune este calculată
prin metode de superpoziție (suprapunere), la calcul participând atât curenții aerieni cât și cei
induși în (sub)sol de către câmpurile magnetice variabile produse de liniilor aeriene de
transport și distribuție.
De regulă, proprietățile solului din regiunile parcurse de LEAÎT au fost inițial studiate
din perspectiva prizelor de pământ ale pilonilor de susținere, care sunt destinate preluării
supratensiunilor induse în linia de nul (protecție) a sistemului de către fenomene tranzitorii
rapide și extreme, [X.Legr1, 2007]. Din punct de vedere electric, solul are proprietăți care pot
varia în mod obișnuit chiar și în raportul 1:1000, funcție de gradul de umiditate (un sol umed
58
este mult mai bun conducător) dar și de natura straturilor de sol, de prezența anumitor
minerale în aceste straturi. Concret, conductivitatea solului poate varia de la 1000 S/m
(pentru solurile foarte umede) până la valori foarte mici, de 0.001 S/m, [Direct1 2004]. În
limbajul curent al studiilor privind influența câmpurilor electrice și magnetice ambientale
asupra sănătății omului, se spune despre solul care are σ=103 S/m că este un conductor
perfect. Sigur, această exprimare are justificare prin raportare la conductivitatea medie a
corpului omenesc la frecvențe joase, care este de ordinul 0.2 S/m și în niciun caz prin
comparare cu conductivitatea metalelor (de ordinul MS/m).
Permitivitatea relativă a solului la aceste frecvențe poate varia într-o marjă mult mai
redusă, orientativ între 1 și 50.
În majoritatea cazurilor, solul nu are proprietăți magnetice, permeabilitatea relativă variind în
jurul unității. Chiar și solurile care conțin diverși oxizi de fier (așa numitele magnetite), care
determină anomalii ale câmpului magnetic terestru datorită magnetizării lor permanente sau
doar remanente), nu au efect asupra câmpului magnetic ambiental produs de liniile de înaltă
tensiune, având frecvența de 50 Hz. Magnetizarea permanentă a rocilor magnetice este un
fenomen magnetostatic.
Din acest punct de vedere se pune în mod legitim întrebarea referitoare la influența
solului din preajma LEAIT asupra câmpurilor magnetice astfel generate. În ce condiții este un
fenomen ce trebuie considerat și în ce procente?
4.3.1 Comparatii cu modelări software
Am comparat rezultatele analitice astfel obținute cu modelări realizate cu ajutorul a trei
software: FEMM 4.2, EMFACDC si respectiv CST Studio, [CST, 2017].
Fiecare din aceste 3 soft-uri are posibilități diferite de a defini solul.
Pentru CST Studio, care este un program 3D, am definit domeniul de lucru aer-sol ca
un paralelipiped dreptunghic.
59
Figura 4.25. Domeniul paralelipiped dreptunghic sol+aer (și rețeaua aferentă)
Lăţimea acestui paralelipiped am fixat-o la 100 m (adică de la -50 m la +50 m, zona de
maxim interes pentru calculul profilului lateral). Adâncimea am definit-o variabilă, funcție de
him la care se formează curentul imagine, care depinde, la rândul ei, de valoarea asumată
pentru conductivitatea solului. Desigur, adâncimea la care se definește materialul ”pământ”
trebuie adunată cu înălțimea subdomeniului „aer”, care trebuie și el să fie cel puțin de 3-4 ori
mai mare decât înălțimea la care se află firul conductor aerian. Dacă definim o adâncime mai
mare decât este necesar, crește nejustificat timpul de rezolvare prin metode numerice, a
ecuațiilor diferențiale. Dacă însă definim o adâncime prea mică, este riscul ca valoarea
curentului imagine indus (simulat) să fie mai mică decât valoarea reală. In esență, este
necesară o estimare analitică a ordinului de mărire al adâncimii him, înainte de setarea
mărimilor de intrare. Lățimea acestui paralelipiped am fixat-o la numai 10 m, nu are influență
deosebită asupra profilului lateral al câmpului magnetic pentru că, în secțiune transversală,
problema noastră are în principal o natură 2D.
Orice conduită de bune practici a unei modelări-simulări impune că rezultatele furnizate
de modelarea numerică să fie validate, fie prin calcule analitice, fie prin măsurări reale, fie
măcar prin comparări cu alte softuri de aproximativ același tip.
Am considerat pentru început un singur conductor din aluminiu prin care să treacă un
curent alternativ având frecvența de 50 Hz și valoarea efectivă maximă de 1840 A.
Acceptând o densitate de curent maximă pentru Al de 1.2 A/mm2 (conductor aerian, cu
posibilitate bună de răcire), a rezultat din calcul o rază a acestui conductor circular de 22 mm.
Am plasat acest conductor la o inalțime față de sol de 14 m (situație intâlnită în mod curent la
jumătatea distanței dintre 2 stălpi de susținere consecutivi). Pentru sol am fixat niște valori
60
uzuale, situate la mijlocul domeniului real de variație: permitivitate relativa (εr) 40,
conductivitate (σ): 0,1 S/m; bineînțeles permeabilitatea relativă (µr) esta practic unitară.
Liniile de câmp magnetic (componenta din planul secțiunii transversale) sunt sugestiv
reprezentate în figura 4.26.
Figura 4.26. Distribuția liniilor de câmp magnetic în aer și sol.
Pentru o primă verificare a programării am redus la jumătate valoarea curentului (920
A, 50Hz, rms). Au rezultat câmpurile magnetice prezentate cumulativ în Figura 4.27, în profil
lateral, la 1 m înălțime față de sol.
Figura 4.27 Variație a intensității câmpului magnetic de la dublu la simplu, la înjumătățirea
curentului (profil lateral, 1 m înălțime față de sol).
Prin calcule analitice, făcute pe baza formulelor anterior prezentate, s-au obținut valori
care au diferit cu mai puțin de +/- 5%, atât în punctele situate pe axa verticală a
conductorului, cât și în punctele laterale situate la +/- 10m, 20m, 30m, 40m și respectiv 50m.
După această primă validare a modelului, am studiat influența conductivității solului,
pentru 4 valori ale acesteia= 0.01, 0.1, 10, respectiv 100 S/m.
Rezultatele sunt sugestiv reprezentate în figura 4.28.
61
Figura 4.28. Reprezentare comparativă a influenței conductibilității electrice a solului asupra
intensității câmpului magnetic produs de o linie aeriană de inaltă tensiune.
Un rezultat care trebuie explicat teoretic îl reprezintă ordinea diferită a valorilor celor 4
câmpuri magnetice, funcție de poziția punctului de comparare. În mod perfect previzibil, pe
verticala conductorului aerian, valoarea câmpului magnetic este cu 60% mai mare în cazul
solului bun conductor, decât în cazul solului aproape izolator.
În punctele situate în lateral, la +/- 40 m, se constată o aproximativă inversare, care nu
are relevanță practică (valorile sunt de ordinul unităților de A/m, mult sub limita considerată
periculoasă), dar poate ridica o discuție teoretică. O primă explicație a acestei ”anomalii” ar
putea fi dată de domeniul limitat pe care l-am ales pentru modelare (pe considerente de
resurse limitate ale sistemului de calcul). Apropierea de frontiera în astfel de cazuri poate
produce erori.
Tot din acest motiv, rețeaua de discretizare a domeniului de tip tetraedal, a fost setată la
o valoare medie, având nivelul de precizie de numai 10-6. O precizie mai bună asigură o
”netezire” a reprezentărilor grafice (calcule mai detaliate), cu prețul unui timp mai îndelungat
de procesare.
O altă explicație ar putea fi furnizată de componenta ”imaginară” , la 900 față de
componenta reală, verticală, a adâncimii de pătrundere în sol, având valoarea
71/σ1/2 , stabilită în relația (4.5). Odată cu creșterea rezistivității solului, crește și influența
componentei imaginare a adâncimii de pătrundere, orientată pe orizontală.
Așa cum am afirmat anterior, este binevenită realizarea acelorași modelări, cu alte
softuri.
62
Am utilizat softul EMFACDC. Pentru exact aceeași configurație, am setat solul ca fiind
perfect conducător obținând profilul din Figura 4.29.a), respectiv neconducător, ce a condus
la rezultatul din Figura 4.29.b)
Figura 4.29.a)Câmpul magnetic al curentului de 1840 A, sol perfect conductor
Figura 4.29.b)Câmpul magnetic al curentului de 1840 A, sol neconductor
Strict din punct de vedere al calcului matematic, cele 2 valori modelate cu EMFACDC
sunt mai mari, respectiv mai mici decât cele modelate cu CST studio, pentru că în acest al
doilea caz, am luat valorile extreme pentru conductivitatea solului, lucru care nu se întâmplă
în practică.
Utilitatea unor astfel de softuri de modelare este mult mai evidentă în cazul
configurațiilor mai complexe de LEAÎT. Aici verificarea rezultatelor modelării prin calcule
analitice, utilizând metoda superpoziției este mai complicată, iar influența solului poate fi
mult mai semnificativă.
Un astfel de exemplu este oferit de simularea profilului lateral al câmpului magnetic
generat de o configurație trifazată dublă 2x3x400kV, 2000A, curenți de fază echilibrați,
construită pe stâlpi (piloni) tip SN 400202.
63
În figura 4.30.a) este prezentat acest profil lateral realizat tot la 1 m înălțime față de
orizontală, ținând cont de conductivitatea foarte bună a solului, în timp ce în Figura 4.30.b.
influența solului este practic neglijată.
Figura 4.30.a) Profilul lateral al câmpului magnetic generat de LEAÎT tip SN 400202,
considerând solul bun conducător
Figura 4.30.b)Profilul lateral al câmpului magnetic generat de LEAÎT tip SN 400202, fără a
considera influența solului, considerat bun izolator.
De asemenea, am studiat, atât cu softul CST cât și cu EMFACDC influența
permitivității relative a solului. Conform predicțiilor bazate pe calcule analitice, s-a constatat
că influența permitivității solului (variind între 1 și 50) asupra curenților imagine induși în
subteran poate fi considerată neglijabilă.
4.3.2 Concluzii
Influența curenților imagine asupra câmpurilor magnetice produse de LEAÎT la
înălțimea de 1 m față de sol este cu atât mai semnificativă cu cât conductivitatea solului este
mai ridicată. Dacă pentru o conductivitate ”perfectă” de 1000 S/m, contribuția curentului
imagine poate ajunge la 83%, pentru un sol ”izolator”, având conductivitatea 0.001S/m,
64
contribuția aceluiași curent devine practic nesemnificativă, sub 1%. Pentru valorile relativ
uzuale ale conductivității solului, cuprinse între 100 și 0.01 S/m, contribuția curentului
imagine variază, orientativ, între 3 și 70%.
Ca o măsură de protecție, prin reducerea câmpului magnetic generat de LEAÎT, se
recomandă, în apropierea zonelor locuite, realizarea unui drenaj cât mai bun, care să asigure
un sol uscat, cu conductivitate scăzută.
4.4 Influen ța caracteristicilor electrice ale solului asupra câmpului electric
generat de LEAÎT
Valoarea câmpului electric produs de liniile aeriene de înaltă tensiune în diverse puncte
de interes este calculată prin metode de superpoziție (suprapunere), la calcul participând
cumulativ alături de sarcinile electrice aeriene și imaginile acestor sarcini electrice, formate
în subsolul pământului.
Este de real interes determinarea prin calcul analitic a câmpurilor electrice și magnetice
generate de liniile de înaltă tensiune, care sunt, în același timp la un potențial electric foarte
mare (sute de kV) dar sunt și parcurse de curenți de sute sau mii de amperi. Valorile astfel
obținute sunt utilizate în primul rând pentru validarea corectitudinii unor modelări sau ale
unor măsurări bazate pe anume metodologii.
4.4.1 Influen ța conductivității solului asupra câmpului electric asociat LEAÎT
Ne-am propus să calculăm analitic și apoi să simulăm software câmpul electric
alternativ de 50 Hz, generat de un conductor având tensiunea de fază efectivă(rms) 220 kV,
situat la o înălțime de 14 m față de sol. Am ales această configurație foarte simplă pentru a
reduce volumul de calculele analitice.
Pentru a studia efectul conductivității pământului asupra câmpului electric generat, am
considerat 2 valori aproape extreme ale conductivității pământului σ: 0.01 S/m, respectiv 100
S/m.
Rezultatele analitice, obținute pe baza formulelor anterior enunțate dar și prin
aplicarea unor metode prezentate în literatură [Xudon, 2012], [Vujev, 2011], au fost
comparate cu simulări realizate cu ajutorul a trei software: CST Studio, FEMM 4.2, si
respectiv EMFACDC.
65
În timp ce EMFACDC poate alege doar între cele 2 extremități (doar teoretic
posibile), sol perfect conductor sau perfect izolator, celelalte două softuri permit definirea
proprietăților electrice (și chiar magnetice) ale materialului numit ”soil”.
Concret, pentru CST Studio, care este un program 3D, am definit domeniul de lucru
aer-sol ca un paralelipiped dreptunghic, Figura 4.33.
Figura 4.33. Domeniul de calcul, un paralelipiped dreptunghic (100x100x10) cm
Deoarece imaginea sarcinii aeriene este simetrică față de linia solului, am considerat
înălțimea în aer a domeniului cam de 4 ori mai mare decât înălțimea față de sol la care se
găsește conductorul, adică 50 m. Fiind vorba de imagini în oglindă, ”adâncimea” solului
trebuie să fie egală cu ”înălțimea” aerului, rezultând un total de 2x50 m=100 m. Pentru
conductor am ales tipul ACSR 680/85. Dacă considerăm un coeficient mediu de umplere a
secțiunii transversale de 1.33, rezultă pentru o suprafata de 680 mm2 Al, susținută de un miez
de otel având secțiunea transversală de 85 mm2, o suprafață reală de 1017 mm2, căreia îi
corespunde o rază echivalentă a conductorului real de 18 mm. În toate cele trei direcții s-a
optat pentru frontieră deschisă, ceea ce a implicat impunerea unor dimensiuni pentru fundal
(aer) cu câte 1 m mai mari , la stânga și la dreapta, atât pentru axa Ox cât și pentru axa Oy.
Pentru axa Oz această condiție nu este necesară, ”materialul” aer fiind pe toată înălțimea de
50 m deasupra solului.
A trebuit să realizăm un compromis între dimensiunea celulelor din care este realizată
discretizarea domeniului și timpul de calcul. Acest parametru al numărului de celule este
esențial pentru precizia simulărilor efectuate mai ales în zona muchiilor domeniului ales.
In figura 4.34.a) este prezentată discretizarea domeniului în varianta Mesh 20, iar în Figura
4.34.b), discretizarea aceluiași domeniu în varianta Mesh 100.
66
a) b)
Figura 4.34. Discretizarea subdomeniului ”sol” în varianta Mesh 20 (Figura 4.a), respectiv
Mesh 100 (Figura 4.b)
Evident, un număr mai mare de celule conferă graficelor obținute o variație mai lină,
fără tranziții bruște. În Figura 4.35 sunt prezentate comparativ profilele laterale ale câmpului
electric, la o înălțime de 1.5 m față de sol, atât în varianta Mesh 20 cât și în varianta Mesh
100.
Figura 4.35. Aspect al profilului lateral al câmpului electric, pentru discretizarea Mesh 100 si
respectiv Mesh 20.
În secțiune transversală, vectorul câmp electric se reprezintă ca în Figura 4.36.
67
Figura 4.36. Reprezentare în secțiune transversală a vectorului câmp electric.
Este cazul să formulăm o observație referitoare la această figură: întotdeauna, vectorul
câmp electric este perpendicular pe sol, confirmând astfel rolul solului ca suprafață
echipotențială nulă. Această precizare este bineînțeles valabilă și când se studiază curenții
induși de câmpul electric al liniilor de înaltă tensiune în corpul omenesc. Orientarea lor este
verticală, de la cap către talpa piciorului, spre deosebire de curenții induși de câmpul
magnetic al acelorași linii, care sunt curenți circulari, tip buclă, având valoarea maximă în
zona trunchiului.
Scopul principal al prezentului studiu este să verificăm influența conductivității solului
asupra câmpului electric generat de linia aeriană de înaltă tensiune. Pentru cele 2 cazuri,
conductivitatea solului de 0.01, respectiv 100 S/m, s-au obținut reprezentările ”degrade”,
foarte sugestive, din Figura 4.37, a) si b).
a) σ=0.01 S/m b) σ=100 S/m
Figura 4.37. Distribuția câmpului electric produs de tensiunea de 220 kV, pentru cele 2 valori
ale conductivității solului
68
Din dorința de a face o comparație corectă între cele 2 situații, am păstrat același ecart
pentru intensitatea câmpului electric, între 0 și 5.3 kV. Din figura 4.37. se observă, intuitiv și
calitativ, contribuția mai mare a subdomeniului sol la câmul electric rezultant, în cazul unei
conductivități mai bune. Același lucru, dar mai riguros, cantitativ este ilustrat de Figura 4.38.
Figura 4.38. Profilul lateral al intensității câmpului electric, calculat la înălțimea de 1.5 metri,
pentru cele 2 valori extreme ale conductivității electrice.
S-a constatat astfel, în zona centrală, a verticalei firului aflat sub tensiune, o creștere de
aproximativ 65% a intensității câmpului electric, datorată conductivității mult mai bune a
solului din ambientul determinărilor.
Simulările realizate cu ajutorul oricărui software trebuie validate fie de măsurări
efective (acolo unde este posibil), fie de calcule analitice, în cazul unor configurații mai
simple. O altă metodă o reprezintă compararea cu simulările realizate utilizând un alt
software dedicat calcului mărimilor electromagnetice.
Utilizând programul EMFACDC, opțiunile pentru sol sunt limitate la două cazuri
extreme, ambele doar cu valoare teoretica: sol perfect conductor (conductivitatea infinit) și
sol perfect izolator (conductivitatea zero).
Păstrând aceeași configurație a unui singur fir la 220 kV, la 14 metri înălțime, cele 2
simulări sunt prezentate în Figura 4.39.
69
a) Sol (perfect) izolator b) Sol (perfect) conductor
Figura 4.39. Valori ale câmpului electric maxim ce diferă cu aproape 90%, pentru cele 2
cazuri extreme, doar teoretic posibile.
În acest caz simplu, influența solului este doar asupra valorii maxime a câmpului
electric. În cazul unor configurații mai laborioase, influența solului este mai puternică,
afectând atât valorile maxime cât și forma profilului lateral, Figura 4.40.
a) Sol (perfect) izolator b) Sol (perfect) conductor
Figura 4.40. Influența conductivității solului asupra profilului lateral al câmpului electric
generat de o linie aeriană de înaltă tensiune, trifazată dublă, construită pe piloni tip SN
400202 (2x3x400 kV)
4.4.2 Concluzii
Am dezvoltat o metodă care permite calcularea densității liniare de sarcină funcție de
valoarea efectivă a tensiunii de fază și calcularea potențialului electric la suprafața
conductorului aflat sub tensiune. Pe această bază, am calculat analitic valorile intensității
câmpului electric în plan transversal, la inaltimea de 1.5 m, generat de un fir de Al, având
raza de18 mm, aflat la înălțimea de 14 m, la tensiunea de 220 kV. A rezultat o bună
70
similitudine cu rezultatele obținute prin simulare numerică. Am studiat influența rezistivității
solului asupra acestor valori, rezultând o creștere de aproximativ 65% în cazul unui sol umed,
foarte bun conductor. Această concluzie nuanțează foarte mult aprecierile superficiale, destul
de răspândite în literatura destinată studierii interacțiunilor dintre câmpurile electromagnetice
de foarte joasă frecvență și corpul uman, conform cărora, din punctul de vedere al formării si
influenței sarcinii electrice imagine din sol, orice sol este un perfect conductor, parametrul
conductivitate sol având influență foarte redusă, practic neglijabilă.
În cazul în care LEAIT traversează o zonă locuită, se recomandă efectuarea unor lucrări
de drenaj, astfel încât solul să fie uscat, slab conductor.Complementar, pentru reducerea
efectelor pe termen lung, casele din această zonă este stric recomandabil să fie acoperite cu
tablă sau țigle metalice, cu rol de ecran electric.
71
Capitolul 5
Modelări și simulări ale curenților indu și în corpul uman de câmpurile electrice
și magnetice asociate LEAÎT
5.1 Liniile electrice aeriene, surse importante de câmpuri electrice și magnetice
de E(xtrem) de J(oasă) F(recvență)-50-60 Hz
În majoritatea covârșitoare a cazurilor, activitatea umana este însoțită și condiționată de
folosirea energiei electrice. Un curent electric (determinat la rândul său de o diferență de
potențial, deci de un dezechilibru de sarcini electrice) va genera simultan în jurul său atât un
câmp electric (datorat densității de sarcină liniară distribuită de-a lungul conductorului) cât și
un câmp magnetic (datorită deplasărilor de sarcini electrice, adică curentului propriu-zis).
Există la ora actuală o largă preocupare privind efectele biologice ale câmpului
electric și magnetic, atât în rândul publicului larg cât și în rândul autorităților și a
angajatorilor cu responsabilități privind sănătatea oamenilor în general, a lucrătorilor în mod
special.
Organismul uman se comportă fundamental diferit în joasă frecvență (până la 100
kHz) în prezența câmpurilor electrice și magnetice (interacțiune diferită a celor două
câmpuri); cu totul altfel se prezintă interacțiunea corp uman-radiație electromagnetică la
peste 10 MHz. În joasă frecvență, dominant este efectul inducerii unor câmpuri electrice în
organism (care la rândul lor determină curenți în organism). În radio frecvență (peste 10
MHz) dominante sunt efectele termice, încălzirea țesuturilor umane, în mod special a
creierului ca urmare a transformării energiei radiante în energie termică, la impactul dintre
frontul undei electromagnetice și corpul omenesc.
Câmpul electric este generat de sarcinile electrice separate (care produc o diferență de
potențial), iar cel magnetic de curent electric (sarcini electrice în mișcare). În joasă frecvență
cele două câmpuri se generează și se comportă separat, în timp ce în înaltă frecvență, devin o
entitate inseparabilă (undă electromagnetică) care se propagă prin generare reciprocă.
O sursă omniprezentă de câmpuri electrice și magnetice de extrem de joasă frecvență
(EJF) o constituie liniile de transport și distribuție a energiei electrice având frecvența de 50
Hz (cu excepția Statelor Unite și a Japoniei, unde frecvența este 60 Hz). La aceaste
frecvențe, lungimea de undă este de ordinul a 5000-6000 km. Evident, este incomparabil mai
mare decât ”sistemul” pe care dorim să-l studiem, efectele de undă care se propagă sunt
complet neglijabile. Cu alte cuvinte, la 50 Hz suntem în cazul ”quasi-static”.
72
5.2 Modelul cilindric eliptic al corpului uman dezvoltat în cadrul CST SUITE
STUDIO
Mi-am propus să simulez densitatea curentului indus la suprafața corpului uman cât și
densitatea de curent stabilită prin organism datorită vecinătății unei LEAÎT pe baza unui
model mai rafinat decât cel prezentat anterior. În acest scop, trunchiul a fost modelat sub
forma unui cilindru eliptic, având secțiunea transversală cu razele 28, respectiv 16 cm (mult
mai apropiat de forma reală decât cilindrul circular), mâinile și picioarele fiind modelate
distinct, figura 5.7.
Figura 5.7. Variantă de modelare simplificată, 3 D a corpului uman
Acest model a fost realizat cu ajutorul modulului CAD aferent programului CST Suite
Studio [CST, 2017] din sectiunea „Modeling”. In aceasta interfata CAD s-au selectat diverse
forme geometrice precum: con, cilindru, sfera, forme cărora li s-au dat valori in funcție de
înălțimea si circumferințele unui corp omenesc de dimensiuni medii. Datorită modelării
distincte a celor două picioare, axa verticală dupa care se va realiza distributia grafica a
valorilor densitatii de curent (in sectiunea Post Processing Template) pe suprafata corpului,
nu va fi luata din originea sistemului de axe ci se va considera în centrul tălpii (circulare) a
unui picior situat la o distanta de 14 cm fata de originea sistemului de axe, pe directia axei
OX sau OY, funcție de pozitia paralelă, respectiv normală a omului fata de linia de inalta
tensiune. In cazul in care această axă verticală de distribuție a densităților de curent s-ar fi
considerat in originea sistemului, reprezentarea ar fi inceput de la inaltimea de 73 cm
conform modelului propus, inaltimea de la care incepe bazinul corpului omenesc fata de sol.
Aceste ”rafinări” ale modelului propus au relevanță in primul rând din perspectiva studierii
curentilor induși în corp, functie de poziția relativă a subiectului față de liniile de înaltă
tensiune (cu secțiunea verticală mare a planului trunchiului paralelă, respectiv normală fată
73
de planul determinat de doi piloni consecutivi). Din punct de vedere al parametrilor electrici,
am considerat o structură electro-omogenă a țesuturilor și organelor interne având
permitivitatea relativă (la 50 Hz) εr=107și conductivitatea electrică σ=0,2 S/m; este general
acceptat că materia vie nu are proprietăți magnetice.
Pentru simularea curenților induși s-a ales o situație concretă des întâlnită în România,
în cartierele rezidențiale recent dezvoltate la marginea marilor orașe: o rețea dublă trifazată
de 110 kV cu un singur conductor de nul, susținută pe piloni Sn 110252. Fazele se consideră
echilibrate, valoarea rms (efectivă) a fiecărui curent de fază fiind 640 A, (valoarea maximă
permisă pentru conductorii ACSR 3x240). Lungimea izolatorilor de sticlă verticali este 1.8
metri, săgeata maximă, la mijlocul distanței dintre doi stâlpi consecutivi fiind 9.2 m.
În aceste condiții, pentru calculul distribuției de câmp electric și magnetic a fost necesar
să stabilim coordonatele conductorilor, pentru cele două situații extreme (înălțime maximă în
dreptul pilonului și înălțime minimă, la mijlocul distanței), conform sintezei din Tabelul 5.1.
Tabelul 5.1. Coordonatele (în secțiune transversală) ale celor 2x3 conductori activi și ale
unicului conductor de nul
Punct de
interes
Sn 110252, coordonatele celor 6 conductori de fază, ACSR 240/40 dar și ale
conductorului de punere la pământ (fără relevanță pentru câmpurile emise)
N
La stâlp (0;
31.1)
(-3.05;
27.3)
(-4.55;
21.6)
(-3.05;
17)
(3.05;
27.3)
(4.55;
21.6)
(3.05;
17)
La mijlocul
distantei
(săgeată9.2m)
(0;
21.9)
(-3.05;
16.3)
(-4.55;
10.6)
(-3.05;
6)
(3.05;
16.3)
(4.55;
10.6)
(3.05;
6)
Stabilirea parametrilor cazului simulat de mine s-a realizat în cadrul modulului
STATICS and LOW FREQUENCY, submodulul EMC/SHIELDING. Pentru determinarea
separată a valorilor de câmp electric s-a utilizat Electrostatics Field Solver iar pentru cele de
câmp magnetic, s-au utilizat atât Magnetostatics Field Solver cât și Full-wave Solver, rețea
tetraedrică cu rezoluție 10-6.
74
Figura 5.8. Definirea conductorului activ
Cele 2x3 conductoare ACSR 240/40 au fost definite din punctul de vedere al tensiunilor
și curenților în submeniul Modelling, secțiunea Curves, aria secțiunii transversale
conductoare fiind de 240 mm2 Al, figura 5.8.
Discurile D1 și D2 au fost definite ca fiind ”Perfectly Electric Conducting” (PEC).
Valorile curenților (amplitudine și fază) au fost setate în submeniul ”Current Path” iar cele
ale tensiunilor au fost setate în submeniul „Electric Potential”.
5.3 Rezultate ale simulării și relevanța practică
Am determinat în primul rând densitatea curentului indus în corpul uman de către
câmpul electric generat, considerându-se omul neizolat față de un sol având permitivitatea
relativă εr=10 și conductivitatea electrică σ=10-2
S/m. Valorile obținute sunt prezentate grafic
în Figura 5.9.
Figura 5.9. Densitățile de curent induse de câmpurile electrice (omul poziționat lângă stâlp-cu
albastru, respectiv cazul cel mai dezavantajos, la mijlocul distanței dintre stâlpi, cu orange)
Curent
D2 (PEC) D1 (PEC)
Conductor
75
Densitatea de curent indusă la suprafața corpului, de același câmp electric, în cazul cel
mai defavorabil , la mijlocul distanței dintre stâlpi este sugestiv prezentată în Figura 5.10.
Figura 5.10. Densitatea de curent indusă de câmpul electric, la suprafața modelului (A/m2)
Așa cum anticipam și teoretic, densitățile de curent induse de câmpul electric nu depind
de orientarea trunchiului cilindru eliptic față de firele rețelei ci numai de distanța efectivă față
de acestea.
Lucrurile stau diferit în cazul curenților induși de câmpul magnetic asociat rețelei.
Tensiunea indusă în trunchi depinde de mărimea suprafeței care este normală la liniile de
câmp magnetic. Teoretic, când axa mare a trunchiului cilindru eliptic este paralelă cu
conductoarele rețelei, (denumită în cele ce urmează poziția ”paralel”) tensiunea indusă,
respectiv curenții induși sunt mai mari decât atunci când corpul este rotit cu 900 (denumită în
continuare poziția ”normal”). Acest lucru este confirmat de rezultatele simulării prezentate în
Figura 5.11, atunci când subiectul este plasat chiar lângă stâlp.
76
Figura 5.11. Comparație între curenții induși în corp (de câmpul magnetic), funcție de poziția
corpului față de LEAÎT (paralel sau normal). Simulare la baza stâlpului de susținere
(inălțime maximă a conductorilor)
Se observă, conform așteptărilor, densități de curent mai mari în zona gleznelor și a
gâtului, acolo unde secțiunea transversală mică determină creșterea densității de curent, luând
în calcul ipoteza omogenității electrice a modelului studiat.
Distribuția densității de curent la suprafața corpului în cazul ”poziției paralele” este
sugestiv reprezentată în Figura 5.12.
Figura 5.12. Distribuția (gradient de culori) densității de curent la suprafața corpului, poziție
paralelă, chiar lângă stâlp
Se observă, datorită acestui gradient de culoare (am putea să-l numim cu termenul
consacrat, provenind din limba franceză, ” dégradé”) caracterul simetric al distribuției
densității de curent, perfect justificat de orientarea paralelă.
Aproximativ același raport între densitățile de curent induse de câmpul magnetic în cazul
orientărilor perpendicular, respectiv paralel se menține și la mijlocul distanței dintre stâlpi,
conform celor prezentate în figura 5.13.
77
Figura 5.13. Comparația densităților de curent induse în organism în funcție de orientarea
acestuia (paralel, respectiv normal). Conductorii plasați la înălțimea minimă.
Distribuția densității superficiale de curent pentru orientarea normală a corpului nu mai
are simetria asociată orientării paralel, asimetria fiind determinată și de modelarea separată a
membrelor superioare și inferioare, Figura 5.14.
Figura 5.14. Distribuția (gradient de culori) densității de curent la suprafața corpului, poziția
normală, la mijlocul distanței dintre stâlpi (cazul cel mai defavorabil)
5.4 Concluzie
Simulările efectuate pentru stabilirea densităților de curent interne (pe axă verticală, de
către un câmp electric vertical extern, respectiv pe axă orizontală de către un câmp magnetic
orizontal) sunt în bună concordanță cu alte rezultate publicate în literatura de referință.
78
Un prim beneficiu ar fi că am identificat și utilizat creator resursele software CST Studio
pentru Extrem de Joasă Frecvență (a căror utilizare raportată în literatură este practic
neglijabilă în raport cu cea a aplicațiilor de Radiofrecvență).
Al doilea rezultat, util și important, este fundamentarea unei recomandări privind
orientarea normală vs. paralelă a axei mari a secțiunii transversale a trunchiului față liniile
aeriene de înaltă tensiune. O astfel de reducere, de ordinul 33% poate fi importantă atunci
când operatorul este aproape de LEAÎT, în timpul unor operațiuni de întreținere sau depanare.
79
Concluzii, contributii și abordari viitoare
În mod real, în general, orice consumator de energie electrică, dar în mod special o linie
de înaltă tensiune (de transport sau chiar distribuție) generează simultan atât câmp electric
(datorită diferențelor de potențial, sau altfel spus, datorită densității de sarcină distribuite) cât
și câmp magnetic, datorită curentului vehiculat.
Expunerea umană la câmpurile electrice și magnetice de Extrem de Joasă Frecvență
(EJF) în general, dar în mod special cele emise de Linii Electrice Aeriene de Înaltă
Tensiune (LEAÎT) este un subiect care ridică îngrijorare în rândul publicului larg, mai ales
în contextul creșterii nivelului de urbanizare, care face ca noile cartiere rezidențiale să devină
tot mai aproape de liniile de 110 kV, aflate în România în exploatarea companiilor de
distribuție a energiei electrice. Pentru studiile de caz s-au ales rețele trifazate (mai ales duble)
cu unul sau două conductoare de nul (legate la pământ prin intermediul pilonilor de
susținere), larg răspândite în România, susținute pe stâlpi standardizați.
Pentru a considera efectul cumulat al acestor câmpuri asupra corpului omenesc, am
aplicat și dezvoltat realizările prezentate în capitolele tezei.
Mai concret, domeniul de rezoluție ce a fost ales în cadrul simulărilor realizate cu
software din familia celor care rezolvă aproximativ ecuațiile diferențiale ale lui Maxwell cu
metoda elementului finit, a fost împărțit în trei subdomenii (regiuni): corpul omenesc, aerul și
solul. Sursele de câmp electric sunt definite pe baza condițiilor Dirichlet. Cele de câmp
magnetic pot fi calculate și în absența corpului uman, prin metode analitice sau numerice.
Într-o primă fază mi-am propus să studiez densitatea curentului indus de o linie de
înaltă tensiune într-un model omogen, cu simetrie de rotație, al corpului uman, utilizând
software CST. După o sintetică trecere în revistă a problematicii curenților induși de
câmpurile electrice și magnetice având frecvența rețelei, am dezvoltat un model uman
simplificat, omogen, cu simetrie axială, format din 9 corpuri de roație adiacente: o emisferă, 4
cilindri și 4 trunchiuri de con.
Simulările realizate cu ajutorul softului CST pentru distribuțiile de curent induși
separat, de câmpurile electric, respectiv magnetic, generate de o linie de înaltă tensiune sunt
în bună concordanță cu rezultatele comunicate în literatură, dar obținute fie prin alte metode,
fie prin utilizarea altor programe de rezolvare numerică a ecuațiilor lui Maxwell. Sunt apoi
prezentate domeniile de rezoluție și condițiile de frontieră utilizate pentru a facilita calculul
curenților induși prin metoda elementelor finite implementată în CST software. Drept
referință și puncte de plecare au fost studiate două cazuri extreme: tensiune de 220 kV, fără a
considera influența curentului prin linia de înaltă tensiune, respectiv un curent de 900 A, fără
80
a lua în calcul efectele tensiunii înalte. Pentru ambele cazuri sunt prezentate și comentate
rezultatele obținute: distribuția curentului indus pe suprafața corpului, alături de distribuția
curenților induși pe axa verticală sau pe o axă orizontală poziționată în dreptul plămânilor.
Rezultatele obținute sunt comparate cu alte determinări sau simulări comunicate în
literatura de specialitate. Sunt evidențiate avantajele simulărilor realizate, atât din perspectiva
studierii simultane a efectului cumulativ al acestor curenți induși, în anumite părți ale
corpului uman cât și din punctul de vedere al studierii influenței pe care anumiți factori
ambientali (natura solului, talpa încălțămintei purtate de subiect) o pot avea asupra curenților
induși.
Într-o a doua etapă am propus un model mai detaliat al corpului uman, alcătuit din
corpuri de rotație, cu cele 2 picioare și respectiv 2 mâini ca elemente distincte. Trunchiul este
modelat nu ca un cilindru circular, ci ca un cilindru eliptic. Utilizând Software CST SUITE
STUDIO, am calculat densitățile de curent induse la suprafața corpului uman atât de câmpul
electric generat de tensiunea trifazată dublă de 110 kV cât și de câmpul magnetic generat de
cei 2x3 curenți de fază având intensitatea maxim admisă de 640 A. Pentru modelul propus am
calculat densitatea curentului indus în interiorul organismului (considerat electric omogen)
de-a lungul axei verticale. Rezultatele obținute prin simulare sunt in concordanță cu teoria dar
și cu alte rezultate obținute utilizând alte modele ale corpului uman sau alte metode sau
diferite software. Sunt desprinse concluzii utile privind relevanța adoptării unor modele mai
detaliate ale corpului uman și posibilitatea reducerii expunerii la câmpurile electrice și
magnetice produse de LEAÎT.
Modelările și simulările realizate au condus la rezultate în deplină concordanță cu
valorile obținute cu alte software, demonstrând versatilitatea software CST, perfect adaptabil
și la studiul câmpurilor de extrem de joasă frecvență (EJF). Al doilea model 3D propus, cu
picioare separate si cele doua maini (pozitionate pe langa corp) garantează o asemanare mai
bună cu corpul omenesc, rezultatele simulărilor diferind față de cazul simplificat al modelului
cu simetrie axială de rotație doar în cazul ”poziție normală”.
Rezultatele obținute demonstrează inducerea unor densități de curent mai mici în
corpul omenesc în cazul orientării normale, aceasta putând constitui o recomandare utilă
pentru muncitorii de la întreținere care sunt nevoiți să lucreze foarte aproape de
conductoarele aflate sub tensiune. Familiarizarea cu resursele software CST in EJF va
permite abordarea unor teme mai subtile, cum ar fi efectele cumulative ale cuplajelor
inductive și capacitive asupra curenților induși, influența diferitelor categorii de sol sau
81
influența fazării relative a celor două circuite trifazate asupra reducerii emisiilor de câmp
electric și magnetic.
Toate aceste eforturi sunt justificate de faptul că dozimetria numerică (inclusiv în joasă
frecvență) este cea mai accesibilă abordare necesară pentru a face legătura dintre restricțiile
de bază impuse densităților de curent stabilite prin corpul uman (maxim 10mA/m2 pentru
lucrători, respectiv 2mA/m2 pentru publicul larg) și valorile de referință asociate, măsurabile
în mediul imediat înconjurător al persoanei expuse.
Necesitatea elaborării ghidului de bună practică pentru implementarea Directivei
2013/35/EU este de strictă actualitate și necesită un suport activ din partea comunității
inginerilor electroniști și electrotehniști. Pornind de la limitările normative și considerațiile
practice, trebuie elaborate și testate proceduri de măsurare și evaluare pe joasă frecvență a
mediului electric și magnetic. Totul, coerent cu prevederile Directivei.
Simularea numerică este o alternativă eficientă la măsurarea ”hard”, trebuind
considerată o soluție complementară la măsuratorile executate în litera și spiritul Directivei
2013/35/EU, în ceea ce privește evaluarea din perspectiva radiațiilor neionizante a locurilor
de muncă din întreaga Uniune Europeană.
Statele membre ale UE au transpus în prezent Directiva 35/2013 / UE în legislația lor.
Este necesar să se asigure, atât pentru angajatori, cât și pentru autoritățile competente, o
procedură aplicabilă, bazată pe un echipament simplu și relativ ieftin, destinat să decidă prin
măsurări dacă o anumită locație este riscantă sau nu din punctul de vedere al expunerii la
câmpuri electrice și, de asemenea, magnetice.
Am realizat și simulări de câmpuri electrice cu softul FEMM 4.2 (statice sau de joasă
frecvență) sau CST Studio, ce au fost validate prin comparare cu rezultatele măsurărilor
efectiv realizate.
Acestea sunt totuși teste interne, măsurări de casă, realizate cu economii de resurse
materiale dar și de timp, fiind în special destinate IMM-urilor.
Doar dacă în urma acestor teste se obțin valori apropiate de cele maxim permise, se
poate decide asupra oportunității de a solicita firme specializate, care să-și facă propriile
măsurări și să propună soluții de reducere a expunerii la câmp electric și magnetic.
Deși în marea majoritate a cazurilor în mod real întâlnite, valorile intensității câmpului
electric și magnetic (atât cele măsurate cât și cele modelate) sunt sub valorile considerate
drept acceptabile (nepericuloase) de către standardele în vigoare, nu înseamnă că nu trebuie
monitorizate și pe cât posibil reduse, deoarece până în prezent nu au putut fi studiate
82
expunerile pe termen lung, și de asemenea, diversele efecte cumulative datorate prezenței și a
altor factori perturbatori (poluanți) din ambientul cotidian.
Concluzionând pe scurt rezultatele obținute în cadrul unei activități desfășurate pe
parcursul a mai bine de 5 ani, în mijlocul unui colectiv cu experiență, notorietate și rezultate
larg apreciate, pot spune că am realizat un ghid practic, care permite întreprinderilor din
categoria IMM să efectueze, cu resursele umane și materiale limitate, teste corecte de
preconformitate (teste de casă) care să monitorizeze expunerea la câmpuri electrice și
magnetice de joasă frecvență.
In acest cadru am obținut următoarele rezultate, care pot fi considerate contribuții în
domeniu și care, în cea mai mare parte, au permis elaborarea unor recomandări privind
reducerea expunerii umane la câmpuri electrice și magnetice de joasă frecvență:
Am realizat o sinteză comparativă (în scopul aducerii la același numitor) a
normelor, limitelor dar și a terminologiei din domeniul expunerii umane la
câmpuri electrice și magnetice de joasă frecvență, prezentate cu oarecari diferențe
de INCIRP, IEEE sau Directiva EU 35/2013;
Am realizat, prezentat și dezvoltat simulări realizate cu software din categoria
”open source” (FEMM 4.2 si EMFACDC) care s-au dovedit foarte utile mai ales
în situațiile în care simularea 2D a fost suficientă (secțiuni în plan transversal și
longitudinal); rezultatele obținute au fost comparate (în vederea validării) cu cele
furnizate de un software foarte puternic, CST Studio, cu care s-au realizat inclusiv
simulări la JF;
Am propus și verificat (utilizat) practic o metrică pentru evaluarea expunerii
simultane la câmpuri electrice de frecvențe diferite;
Am propus și verificat (utilizat) practic o metrică pentru evaluarea expunerii
simultane la câmpuri magnetice de frecvențe diferite;
Am propus, realizat efectiv și utilizat 2 tipuri de senzori de câmp electric, care
extind (prin conectare la mufa externă) domeniile de aplicabilitate ale unui
analizor spectral portabil.
Am propus, realizat efectiv și utilizat senzori tip buclă de câmp magnetic, în mai
multe variante constructive, care extind (prin conectare la mufa externă)
domeniile de aplicabilitate ale unui analizor spectral portabil;
Am propus o metodă și am aplicat-o practic, realizând un studiu privind
respectarea normelor TCO la 4 monitoare de PC realizate în tehnologii diferite;
83
Am propus o metodă și am aplicat-o practic într-un studiu privind relevanța
transpunerii fazelor (2 circuite trifazate simetrice) din punctul de vedere al
reducerii expunerii umane la câmpuri electrice și magnetice EJF;
Am propus o metodă, am dezvoltat-o teoretic, am verificat-o prin simulare și am
aplicat-o practic într-un studiu privind relevanța proprietăților electrice ale solului
(conductivitate și permitivitate) din perspectiva reducerii câmpurilor electrice și
magnetice generate de LEAÎT.
Am propus și utilizat două modele ale corpului omenesc, unul mai ”compact”,
format din nouă subansamble, toate corpuri de rotație circulare, cel de-al doilea
având trunchiul de forma unui cilindru elipsoidal, atât membrele superioare cât și
cele inferioare fiind evidențiate în mod distinct; am identificat și comparat
avantajele și limitele fiecărei variante din punctul de vedere al simulării densității
curenților induși;
Am realizat simulări (susținute de justificări teoretice) care permit desprinderea
unor concluzii privind poziționarea trunchiului corpului uman față de LEAÎT, în
vederea minimizării expunerii la câmpurile magnetice generate. O reducere de
33% poate fi foarte importantă atunci când operatorul este aproape de LEAÎT.
Ca teme viitoare de studiu îmi propun:
realizarea unui model mai sofisticat al corpului uman, care să țină seama de
proprietățile electrice (conductivitate și permitivitate) diferite ale organelor și
țesuturilor interne;
elaborarea, dezvoltarea și aplicarea unor abordări simultan cumulative care să
permită, în cadrul simulărilor cu CST Studio, (dar și cu alte softuri performante,
cum ar fi COMSOL sau ANSYS), considerarea simultan sumativă a curenților
induși în corpul uman, de mai multe câmpuri electrice cât și câmpuri magnetice,
având frecvențe și intensități diferite.
84
Bibliografie
[AARON,
2016]
https://www.aaronia.com/Datasheets/Spectrum_Analyzer/Spectran-NF-
Series.pdf
[AARON,2017] http://dev.aaronia-shop.com/downloads/v4/manuals/mcs-manual-en-
20150811.pdf
[Abdel, 2013] Abdelmalek Laissaoui, Bachir Nekhoul, Kamal Kerroum,Khalil El
Khamlichi Drissi and Dragan Poljak, „On The Rotationally-Cylindrical
Model of the Human Body Exposed To ELF Electric Field”, Progress In
Electromagnetics Research M, 2013, Vol. 29, pp. 165-179
[Ahmad, 2010] H. Ahmadi, S. Mohseniand A. A. Shayegani Akmal, “Electromagnetic
fields near transmission lines – problems and solutions”, Iran. J.
Environ,Health. Sci. Eng., Iranian Journal of Environmental Health,
Science and Engineering, Iranian Association of Environmental Health
(IAEH),Vol. 7, No. 2, pp. 181-188, 2010.
[Anis, 2012] H. Anis,“Comparative Exposure to Magnetic Fields ofLive-Line Workers
on Power Lines”, Hatem ElBidweihy ;, PES T&D 2012, pp. 1 – 8, 2012.
[Anggo, 2014] B. Anggoro and A. Qodir, “The Induced Current Density Calculation by
Charge Simulation Method for Grounded and Isolated Man Model
Exposed Under 500 kV Transmission Line”, 2014 International
Conference on Electrical Engineering and Computer Science (ICEECS),
pp. 269 – 273, 2014.
[Alist, 2014] Bogdan-Dumitru Alistar, Andrei Salceanu, Gabriel Lupuleasa, 2014,
Approach on Simulating and Measuring the SAR, Proceedings of 8-th
International Conference and Exposition on Electrical and Power
Engineering (EPE), 16-18 October 2014, Iasi, pp. 437-441
[Alist, 2019] Bogdan Dumitru Alistar, George Daniel Costin, Constantin Dan Neagu,
Dragos Florin Bordeianu, 2019, Phasing Relevance on Magnetic Fields
Generated by Overhead Power Lines, accepted paper (ID 142),
Proceedings of the 12-th International Conference on Electromechanical
and Power Systems, SIELMEN, 10-11 October 2019, Chisinau, Republic
of Moldova
85
[ANSYS, 2018] ANSYS, https://www.ansys.com/.
[Chiba, 1999] Chiba, A. and K. Isaka, “Density distribution of currents induced inside
the brain in the bead part of the human model exposed to power frequency
electric field," IEEE 11th Int. Symp. High Voltage Eng., Vol. 1, No. 467,
307-310, London, 1999
[COMSOL,
2018]
COMSOL MULTIPHYSICS, https://www.comsol.com/.
[CST, 2017] CST STUDIO SUITE, https://www.cst.com/.
[Counc, 1999] 1999/519/EC: Council Recommendation of 12 July 1999 on the limitation
of exposure of the general public to electromagnetic fields (0 Hz to 300
GHz), Publications Office of the European Union,
https://publications.europa.eu.
[David1, 2009] David V., Nica I., Salceanu A., Breniuc L., 2009, Monitoring of
environmental low frequency magnetic fields, Environmental Engineering
and Management Journal, Vol. 8, No. 5, pag. 1253-1261,
[David2, 2009] David V., Nica I., Salceanu A., 2009, Survey of Electromagnetic
Environment due to Mobile Communications, Environmental Engineering
and Management Journal, Vol. 8, No. 2, pag. 341-345, ISSN: 1582-9596
[Direc, 2004] Directive 2004/40/Ec Of the European Parliament and of the Council of
29 April 2004 on the minimum health and safety requirements regarding
the exposure of workers to the risks arising from electromagnetic fields,
Publications Office of the European Union, https://publications.europa.eu.
[Direc, 2013] European Commission, "Directive 2013/35/EU of the European
Parliament and of the council of 26 June 2013 on the minimum health and
safety requirements regarding the exposure of workers to the risks arising
from physical agents (electromagnetic fields)", Official J. Eur. Union,
2013, 1791, pp. 1-21.
[EMFAC,
2016]
EMFACDC, Version 1.0, International Telecommunication Union ITU-T
”Evaluation techniques and working procedures for compliance with
exposure limits of network operator personnel to power-frequency
electromagnetic fields”.
[Europ, 2012] European Agency for Safety and Health at Work, "European survey of
86
enterprises on new and emerging risks",
https://osha.europa.eu/en/node/6745/file_view.
[Europ, 2013] http://data.europa.eu/eli/dir/2013/35/oj.
[FEMM 4,
2018]
FEM Magnetics 4.2, http://www.femm.info/wiki/HomePage
[Green, 2000] Sander Greenland, Asher R. Sheppard et al, A Pooled Analysis of
Magnetic Fields, Wire Codes, and Childhood Leukemia, Epidemiology,
November 2000, Vol. 11 No. 6, pp. 624-634
[ICNIR, 2010] ICNIRP, "Guidelines for limiting exposure to time-varying electric and
magnetic fields (1 Hz - 100 kHz)", Health Physics 99(6), 2010, pp.818-
836.
[Irimi, 2015] D. Irimia and E. Crenguta Bobric, “Determination of Induced Currents in
Human Body Sitting under an Overhead Power Line”, 2015 9th
International Symposium on Advanced Topics in Electrical Engineering
(ATEE), pp. 404 – 407, 2015.
[ITU-T] https://www.itu.int/ITU-T/recommendations/rec.aspx?rec=11633”
[Korov, 2016] N. Korovkin and V. Goncharov, “Calculation of Induced EMF by
Overhead Lines”, 2016 IEEE NW Russia Young Researchers in Electrical
and Electronic Engineering Conference (EIConRusNW), pp.608 – 610,
2016.
[Kuzne, 2018] Kuznetsov, B.Bovdui, I. et al.,Modeling and Active Shielding of Magnetic
Field in Residential Buildings Located near Group of High Voltage Power
Lines, 2018 IEEE 3rd International Conference on Intelligent Energy and
Power Systems (IEPS), Kharkiv, Ukraine, 2018.
[Legra1, 2007] X.Legrand, A. Xemard, P. Auriol, C.A. Nuci, O. Berrard, Comportement
des Prises de Terre des Pylones en HF , International Conference on Power
Systems Transients (IPST’07) Lyon, France, June 4-7, 2007
[Legra2, 2007] X. Legrand, A. Xémard, P. Auriol, C.A. Nucci and C.Mouychard,
“Modeling of substation grounding for fast front overvoltage studies,”
International Conference on Power Systems Transients (IPST'07), 2007.
[Legra3, 2007] X. Legrand, A. Xemard, P. Auriol, C.A. Nuci and O. Berrard,
87
“Comportement des Prises de Terre des Pylones en HF ,” International
Conference on Power Systems Transients (IPST'07), 2007.
[Liang, 2013] Z. Liang, Y. Jiang, J. He, D. Jiang and F. Guo, “Induced Current in Human
Body by Electric Field of Overhead Lines”, Proceedings of 2013 3rd
International Conference on Computer Science and Network Technology,
pp. 101 – 104, 2013.
[Lunca, 2012] Lunca E., Ursache S., Salceanu A., 2012, Study of the power frequency
magnetic fields in residences and schools, Buletinul Agir, Nr.3/2012,
pp.689-694 , ISSN 1224-7928
[Lunca, 2013] Lunca E., Istrate M., Salceanu A.,2013, Comparative analysis of the
extremely low-frequency magnetic field exposure from overhead power
lines, Environmental Engineering and Management Journal, Vol. 12, No.
6, pag. 1145-1152, ISSN: 1582-9596
[Lunca, 2017] Lunca,E., Ursache, S., Salceanu A., 2017, Characterization of the Electric
and Magnetic Field Exposure from a 400 kV Overhead Power
Transmission Line in Romania, Proceedings of the 22-nd IMEKO TC4
International Symposium and 20-th International Workshop on ADC
Modelling and Testing, 14-16 September 2017, Iasi, Romania, pp. 239-
244
[Lunca1, 2018] Lunca, E., Ursache, S., Salceanu, A. Computation and analysis of the
extremely low frequency electric and magnetic fields generated by two
designs of 400 kV overhead transmission lines, Measurement Journal,
Volume 124, August 2018, Pages 197-204
[Lunca2, 2018] Luncă E., Salceanu A, 2018, Zgomote și interferențe în instrumentație.
Aplicaţii, Editura PIM, Iaşi, 156 pagini, ISBN 978-606-13-4699-8
[Lunca3, 2018] Lunca E., Vornicu S., Salceanu A., and Bejenaru O., 2018, 2D Finite
Element Model for computing the electric field strength-rms generated by
overhead power lines, Journal of Physics: Conf. Series 1065 (2018)
052024
[Medve, 2015] D. Medve, L. Mišenčík, M. Kolcun, J. Zbojovský and M. Pavlík,
“Measuring of Magnetic Field around Power Lines”, The 8th International
Scientific Symposium Elektroenergetika, 2015.
88
[Medve, 2019] D.Medved, M.Pavlík and J.Zbojovský, “Computer modeling of
electromagnetic field around the 22 kV high voltage overhead lines”,2018
International IEEE Conference and Workshop in Óbuda on Electrical and
Power Engineering (CANDO-EPE), pp. 000289 – 000294, 2019.
[Meeke, 2015] D. Meeker, "Finite Element Method Magnetics, Version 4.2, User's
Manual", October 25, 2015,
http://www.femm.info/Archives/doc/manual42.pdf.
[Mezou, 2010] Y. Mezoued, S., B. Nekhoul, D. Poljak, K. ElKhamlichi Drissi and K.
Kerroum, “Human exposure to transient electromagnetic fields using
simplified body models," Engineering Analysis with Boundary Elements,
Vol. 34, No. 1, 23-29, 2010.
[Ögel, 2010] Ögel, E.G., Özen, S. et al.,Evaluation of the electric and magnetic field
levels of around the medium voltage power lines in related to public
health, 2010 15th National Biomedical Engineering Meeting, Antalya,
Turkey,21-24 April 2010,2010.
[Paule, 2018] Paulet M, Lazarescu C., Salceanu A., 2018, Modeling the Currents
Induced in the Human Body by an Overhead High Voltage Power Line,
Proceedings of 10-th International Conference and Exposition on
Electrical and Power Engineering, 18-19 October 2018, Iasi, Romania, pp
0189 – 0192
[Paule1, 2019] Paulet M., Lazarescu C., Bejenaru O., Salceanu A., 2019, Study on
Induced Currents in an Elliptical Cylindrical Model by Overhead High
Voltage Power Lines, Proceedings of 11-th International Symposium
Advanced Topics in Electrical Engineering, 28-30 March 2019, Bucuresti,
Romania
[Paule2, 2019] M.V. Paulet, A. Salceanu, C. Lazarescu, O. Bejenaru, B.D. Alistar “Study
Upon the Influence of Human Body Torso Stance on the Inductive
Coupling”, Proceedings of 24th IMEKO TC4 International Symposium,
September 17-20, 2019，Xi’an, China
[Polja, 2005] Poljak, D., C. Gonzales, and A. Peratta, “Assessment of human exposure
to extremely low frequency electric fields using different body models and
the boundary element analysis," 18th ICECom International Conference
89
on Applied Electromagnetics and Communications, 109-112, 2005.
[Salce, 2015] Salceanu A., Luncă E., Neacsu O., Paulet M., Ursache S., 2015,
Compatibilitate electromagnetică. Aplicaţii, , Editura PIM, Iaşi, 206
pagini, ISBN 978-606-13-2812-3
[Salce1, 2016] Salceanu, A., Paulet, M., Ursache, S., Poenaru, M.M., 2016, Evaluating
the Cumulative Exposure to Low Frequency Electric Fields, Proceedings
of the9-th International Conference and Exposition on Electrical and
Power Engineering (EPE 2016), 20-22 October, Iasi, Romania, pp.408-
412,
[Salce2, 2016] Salceanu, A., Poenaru, M.M., Anghel, M.A., Paulet, M., 2016, Approach
on the Evaluation of Exposure to Low Frequency Electric Fields,
Proceedings of the 21st IMEKO TC4 International Symposium and 19th
International Workshop on ADC Modelling and Testing, 7-9 September
2016, Budapest, Hungary, pp. 32-36
[Salce3, 2016] Salceanu, A., Lunca, E., Neacsu O., Iacobescu, F., 2016, Assessing the
Close Field Non-Ionizing Emissions of PC-Monitors, Proceedings of the
9-th International Conference and Exposition on Electrical and Power
Engineering (EPE 2016), 20-22 October, Iasi, Romania, pp. 592-597,
ISBN: 978-1-5090-6128-0
[Salce, 2017] Salceanu A., Lunca E., Paulet M., 2017, Affordable evaluation of low
frequency electric fields from the standpoint of Directive 2013/35/EU,
ACTA IMEKO, E-Journal of the International Measurement
Confederation (IMEKO),Vol. 6, No. 4, (December 2017) pp.37-45
[Salce1, 2018] Salceanu A., Paulet M., Lunca E., 2018, Upon the Effect of Transposed
Phasing on the Magnetic Field Produced by Overhead Power Lines,
Proceedings of 10-th International Conference and Exposition on
Electrical and Power Engineering, 18-19 October 2018, Iasi, Romania, pp
0755 – 0758,
[Salce2, 2018] Salceanu A., Ursache S., Asiminicesei O.M., Lazarescu C., Phasing Effect
on the Electric Fields Generated by High Voltage Overhead Power Lines,
2018, Proceedings of 10-th International Conference and Exposition on
Electrical and Power Engineering, 18-19 October 2018, Iasi, Romania, pp
90
0759-0764
[Salce1, 2019] Alexandru Salceanu, Eduard Lunca, Bogdan Dumitru Alistar, Silviu
Ursache, 2019, Upon the Influence of Charge Image on the Electric Field
Intensity, accepted paper (ID 146), Proceedings of the 12-th International
Conference on Electromechanical and Power Systems, SIELMEN, 10-11
October 2019, Chisinau, Republic of Moldova
[Salce2, 2019] Alexandru Salceanu, Marius Paulet, Bogdan Dumitru Alistar, Oana
Asiminicesei, 2019, Upon the Contribution of Image Currents on the
Magnetic Fields Generated by Overhead Power Lines, accepted paper (ID
144), Proceedings of the 12-th International Conference on
Electromechanical and Power Systems, SIELMEN, 10-11 October 2019,
Chisinau, Republic of Moldova
[Sidik, 2011] M. A. B Sidik, H. Ahmad, Z. A. Malek, Z. Buntat, N. Bashir, M. I. A.
Zarin et all “Induced Voltage on Objects under Six-Phase Transmission
Line”, TENCON 2011 - 2011 IEEE Region 10 Conference, pp. 968 – 970,
2011.
[Skowr, 2016] Skowron, M, Syrek, P., Ciesla, A. Bio-Stimulation of Camelina Seed by
Magnetic Field, PROCEEDINGS OF THE 2016 INTERNATIONAL
CONFERENCE AND EXPOSITION ON ELECTRICAL AND POWER
ENGINEERING (EPE 2016), pp. 79-82, 2016 Determination of safety
zones in the context of the magnetic field impact on the surrounding
during magnetic therapy
[Syrek, 2017] P.Syrek and M. Skowron, “The impact of overhead lines for employees
with stents,” IOP Conference Series: Materials Science and Engineering,
Vol. 200, No. 012013, pp. 1-6, 2017.
[Vorni, 2018] Vornicu S., Lunca E., Salceanu A., 2018, Computation of the Low
Frequency Magnetic Fields Generated by a 12/20 kV Underground Power
Line, Proceedings of 10-th International Conference and Exposition on
Electrical and Power Engineering, 18-19 October 2018, Iasi, Romania, pp
0630 – 0633
[Vujev, 2011] S. Vujević, D. Lovrić, T. Modrić, "2D computation and measurement of
electric and magnetic fields of overhead electric power lines", Proc. of the
91
Joint INDS'11 & ISTET'11, , Klagenfurt, AustriaJuly 25-27, pp. 1-6, 2011.
[Willi, 2000] Tim Williams, Keith Armstrong, 2000, EMC for Systems and
Installations, Newnes, Great Britain, ISBN 0 7506 4167 3
[Wu, 2018] X. Wu, D. J. Meisner, K. D. Stechschulte, V. Simha. R. J. Wellman, M.
Thakur and K. R. Posey, “Induced Voltage & Current Simulations, Safety
Criterion, and Mitigations for EHV Transmission Lines in Close
Proximity”, 2018 IEEE Industry Applications Society Annual Meeting
(IAS), pp. 1 – 8, 2018.
[Xiao, 2014] L. Xiao, K.E. Holbert, "Development of software for calculating
electromagnetic fields near power lines", North American Power Symp.
(NAPS), Sep. 7-9, 2014, Pullman, U.S., pp. 1-6.
[Xudon, 2012] Xudong, D, Guangning, W. et al.,Influence Analysis of Soil Resistivity to
Induced Voltage and Current for Transmission Systems, 2012 IEEE
Symposium on Electrical & Electronics Engineering (EEESYM), Kuala
Lumpur, Malaysia, 06 August 2012.
92
Lucr ări publicate
In timpul stagiului doctoral am participat la manifestările științifice de prestigiu internațional organizate sau coorganizate de Facultatea de Inginerie Electrică, Energetică și Informatică Aplicată, Universitatea Tehnică ”Gheorghe Asachi” din Iasi:
• Conferința internațională EPE (aflată la a X-a ediție) • Conferința internațională SIELMEN (aflată la a XII-a ediție) • Simpozionul IMEKO TC 4 (aflat la a 24-a ediție)
Cu această ocazie am publicat în calitate de prim autor sau coautor, următoarele lucrări științifice:
1. Bogdan-Dumitru Alistar , Andrei Salceanu, Gabriel Lupuleasa, 2014, Approach on Simulating and Measuring the SAR, Proceedings of 8-th International Conference and Exposition on Electrical and Power Engineering (EPE), 16-18 October 2014 , lucrare indexata in WoS
2. Bogdan Dumitru Alistar , George Daniel Costin, Constantin Dan Neagu, Dragos Florin Bordeianu, 2019, Phasing Relevance on Magnetic Fields Generated by Overhead Power Lines, accepted paper (ID 142), Proceedings of the 12-th International Conference on Electromechanical and Power Systems, SIELMEN, 10-11 October 2019, Chisinau, Republic of Moldova, lucrarea va fi indexată in IEEExplore și ulterior în WoS, conform protocolului semnat între IEEE și Comitetul de organizare al Conferintei SIELMEN 2019
3. Alexandru Salceanu, Marius Paulet, Bogdan Dumitru Alistar , Oana Asiminicesei, 2019, Upon the Contribution of Image Currents on the Magnetic Fields Generated by Overhead Power Lines, accepted paper (ID 144), Proceedings of the 12-th International Conference on Electromechanical and Power Systems, SIELMEN, 10-11 October 2019, Chisinau, Republic of Moldova, lucrarea va fi indexată in IEEExplore și ulterior în WoS, conform protocolului semnat între IEEE și Comitetul de organizare al Conferintei SIELMEN 2019
4. Alexandru Salceanu, Eduard Lunca, Bogdan Dumitru Alistar , Silviu Ursache, 2019, Upon the Influence of Charge Image on the Electric Field Intensity, accepted paper (ID 146), Proceedings of the 12-th International Conference on Electromechanical and Power Systems, SIELMEN, 10-11 October 2019, Chisinau, Republic of Moldova, lucrarea va fi indexată in IEEExplore și ulterior în WoS, conform protocolului semnat între IEEE și Comitetul de organizare al Conferintei SIELMEN 2019
5. M.V. Paulet, A. Salceanu, C. Lazarescu, O. Bejenaru, Bogdan Dumitru Alistar “Study Upon the Influence of Human Body Torso Stance on the Inductive Coupling”, Proceedings of
24th IMEKO TC4 International Symposium, September 17-20, 2019，Xi’an, China, lucrarea va fi indexată in Scopus, conform protocolului semnat între Elsevier și Comitetul de organizare al Simpozionului IMEKO TC4 2019