Campi elettromagnetici a bassa frequenza

I campi elettromagnetici a bassa frequenza, comunemente denominati ELF (Extremely Low Frequency), vengono emessi a frequenze comprese fra 0 Hz e 3000 Hz.

Le principali sorgenti artificiali di campi ELF sono i sistemi di trasmissione e distribuzione di energia elettrica (elettrodotti) costituiti da:

linee elettriche a differente grado di tensione (altissima, alta, media, bassa), nelle quali fluisce corrente elettrica alternata alla frequenza di 50 Hz;
sottostazioni e cabine di trasformazione elettrica, per trasferire l’energia elettrica tra linee elettriche a tensioni diverse.

Gli elettrodotti distribuiti sul territorio danno luogo, nel loro complesso, alla rete elettrica.

Rete elettrica
Il primo nodo della rete elettrica è costituito dalle centrali di produzione di energia elettrica, di tipo diverso a seconda della fonte utilizzata, ad esempio:

centrale idroelettrica: impianto che trasforma l’energia dell’acqua di un fiume o di uno sbarramento in energia elettrica. Le centrali idroelettriche in Italia per lo più sono ubicate lungo l’arco alpino ed in alcune zone appenniniche;
centrale termoelettrica: impianto che trasforma l’energia termica dei combustibili in energia elettrica attraverso la creazione di vapore o utilizzando i gas derivati dalla combustione;
centrale eolica: impianto che trasforma l’energia del vento in energia elettrica sfruttando il movimento rotatorio di turbine dette aerogeneratori.

Esistono anche altri impianti di produzione di energia da fonti rinnovabili, quali le centrali fotovoltaiche, geotermiche e a biomasse.
In Italia, la maggior parte della produzione di energia elettrica, deriva da fonte termica (64%) , idrica (18%) - (fonte Terna/Gruppo Enel, 2011) ed in minima parte da fonti geotermiche, eoliche e fotovoltaiche. La rete elettrica nazionale è articolata in una rete di trasmissione e in tre reti di distribuzione rispettivamente ad alta, media e bassa tensione.
La gestione unificata della rete di trasmissione è di competenza del Gestore della Rete di Trasmissione Nazionale (GRTN), mentre la proprietà della stessa può essere di diversi soggetti, quali Terna/Gruppo Enel, RFI, Edison, ecc.
Per quanto riguarda le reti di distribuzione, il soggetto concessionario ha il monopolio su un determinato territorio. Anche in questo caso i proprietari possono essere diversi: Enel Distribuzione, RFI, Aziende Municipalizzate (META, AMPS, HERA, ecc.).

Rete di trasmissione
La Rete di Trasmissione Nazionale (RTN) è costituita da tutte le linee elettriche ad altissima tensione (AAT: 380 kV e 220 kV), da alcune linee ad alta tensione (AT: 132 kV), nonché dalle stazioni di trasformazione AAT/AT (380-220/132 kV).
La RTN costituisce l´ossatura principale della rete elettrica nazionale e svolge il ruolo di interconnessione degli impianti di produzione nazionale (centrali) e di collegamento con la rete elettrica internazionale.
Le linee elettriche di trasmissione ad altissima tensione (380-220 kV) e ad alta tensione sono utilizzate per il trasporto dell´energia elettrica su grandi distanze. I vantaggi sono duplici:

aumentando la tensione aumenta l'efficienza di trasmissione;
occorre un minor numero di installazioni con minore compromissione del territorio.

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

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

Rete di distribuzione a media tensione
Le stazioni di trasformazione AT/MT (132-50/15 kV) o cabine primarie (CP) trasformano l´energia elettrica dall´alta tensione alla media tensione di distribuzione.

Sono ubicate nelle aree territoriali interessate dai più elevati fabbisogni di potenza ed energia elettrica. Garantiscono la fornitura di energia per i diversi settori produttivi (industrie, centri commerciali, etc.) e per gli utenti domestici di elevate dimensioni (grandi condomini).

Le linee elettriche di distribuzione a media tensione (MT: 15 kV) si distinguono in:

linee principali, denominate dorsali, alimentate dalle cabine primarie, che interessano, di norma, il territorio di più comuni;servono a garantire la fornitura di energia a grandi clienti (medie utenze industriali);
linee secondarie dette derivazioni (derivate appunto dalle dorsali), che di norma interessano i singoli territori comunali. Le linee dorsali collegano tra loro, alimentandole, le cabine di trasformazione MT/bt.

Rete di distribuzione a bassa tensione
Le cabine di trasformazione MT/bt (15 kV/380-220 V), o cabine secondarie, trasformano l´energia elettrica dalla media tensione di distribuzione alla bassa tensione di utilizzazione.

Possono essere inserite in aree vicine ad edifici o, in alcuni casi, all´interno di edifici. Più precisamente le tipologie costruttive delle cabine MT/bt sono le seguenti:

Cabine box ed a torre separate dal resto degli edifici;
Cabine minibox da collocare in ambito urbano, aventi ridotta dimensione.

In zone fortemente urbanizzate, si possono trovare cabine all´interno di edifici destinati a permanenza di persone ma la loro collocazione, in quest´ambito, o risale a costruzioni antecedenti gli anni ´90 o va fortemente motivata dal richiedente.
Nelle aree rurali, con case sparse, al posto delle cabine di trasformazione, sono previsti i posti di trasformazione su palo.

Poiché il trasporto di energia elettrica, a causa di vincoli tecnici, viene effettuato in alta e media tensione, le cabine secondarie sono impianti indispensabili per poter garantire in sicurezza la fornitura di energia elettrica a bassa tensione ai cittadini che ne fanno richiesta, in attuazione agli obblighi derivanti dalle leggi vigenti ai concessionari del servizio elettrico.

Le linee elettriche di distribuzione a bassa tensione (bt:380-220 V)
Sono quelle che trasportano la corrente per la fornitura alle piccole utenze (abitazioni, esercizi pubblici commerciali ed altre attività lavorative artigianali o della piccola industria e similari). I conduttori possono essere aerei o interrati. Solitamente sono ammarati agli edifici, entrano negli stessi ed alimentano il quadro contatori; la corrente viene poi distribuita ai singoli utenti. L´alimentazione delle linee a bassa tensione che interessano il territorio è garantita dalle cabine secondarie MT/bt.

Caratteristiche delle linee elettriche
Le caratteristiche principali di una linea elettrica sono la tensione di esercizio, misurata in chilovolt (kV) e la corrente trasportata, che si esprime in Ampére (A).
Le tensioni di esercizio delle linee elettriche in Italia sono:

0.4 e 15 kV, per la bassa e media tensione;
132, 220 e 380 kV per l’alta e altissima tensione.

In America esistono anche linee a 765 kV ed a 1000 kV. Dalla tensione di esercizio, costante all’interno della linea, dipende l’intensità del campo elettrico generato, che aumenta all’aumentare della tensione della linea. Nello spazio, l’intensità del campo elettrico diminuisce all’aumentare della distanza dalla linea e dell’altezza dei conduttori.
Il campo elettrico ha la caratteristica di essere facilmente schermabile da oggetti quali legno, metallo, ma anche alberi ed edifici. L’intensità del campo magnetico dipende invece proporzionalmente dalla corrente circolante. Tale corrente è variabile, nel tempo, in dipendenza dalle richieste di energia. Mediamente può assumere valori da alcuni Ampere ad un migliaio di Ampere, a seconda della linea elettrica. Anche l’intensità del campo magnetico diminuisce, nello spazio, all’aumentare della distanza dalla linea e dell’altezza dei conduttori. A differenza del campo elettrico, però, il campo magnetico non è schermabile dalla maggior parte dei materiali di uso comune.
Le linee elettriche possono essere aeree o interrate. Le prime sono costituite da fasci di conduttori aerei sostenuti da appositi dispositivi (tralicci o pali) che formano campate con il tipico andamento a catenaria, ed a loro volta si distinguono in linee aeree in conduttori nudi e linee aeree in cavo. Le linee interrate invece sono sempre in cavo. Nelle linee aeree in conduttori nudi, i conduttori sono distanziati tra loro, sospesi tramite isolatori e sorretti da opportuni sostegni. Nelle linee in cavo i conduttori sono isolati (rivestiti da una guaina isolante) e attorcigliati tra loro (cavi elicordati).
I conduttori attivi, ossia sotto tensione e percorsi da corrente, costituiti da corde di rame o di alluminio-acciaio, sono normalmente in numero di tre, a formare una terna trifase in cui la tensione sui singoli conduttori è la stessa, ma risulta sfasata di 120º. A seconda della disposizione dei conduttori, si distinguono per le linee aeree una conformazione a delta ed una conformazione a pino. Alcuni elettrodotti sono costituiti da due terne, e vengono perciò chiamati a doppia terna. La doppia terna può essere ottimizzata o non ottimizzata. Si parla di doppia terna ottimizzata quando le coppie di conduttori ad eguale altezza hanno fasi diverse e correnti concordi oppure fasi uguali e correnti discordi, mentre la doppia terna è non ottimizzata quando le coppie di conduttori ad eguale altezza hanno fasi uguali e correnti concordi oppure fasi diverse e correnti discordi.
Le linee aeree ad alta tensione hanno di norma un ulteriore conduttore non attivo (a potenziale nullo) detto fune di guardia, con la funzione di parafulmine.
Le linee aeree in conduttori nudi sono la tipologia più utilizzata per gli elettrodotti ad alta tensione, mentre le linee interrate, costruite frequentemente sotto le superfici stradali, ma anche sotto suolo nudo, sono usate soprattutto per la media e bassa tensione.

Tutte le informazioni aggiornate relative agli impianti a bassa frequenza sono disponibili sull'Annuario dei dati ambientali (cap. relativo alle Radiazioni non ionizzanti).

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