1. 1
MINISTERUL EDUCAȚIEI NAȚIONALE
UNIVERSITATEA DIN ORADEA
Școala doctorală: Științe Inginerești
Domeniul: Inginerie Energetică
Doctorand:
Marius - Savu LOLEA
TEZĂ DE DOCTORAT
Conducător științific:
Prof.univ.dr.ing. Ioan FELEA
Oradea
2017
Tarca Radu Catalin
Aprob acest document
08/01/2018 11:51:40 UTC+02
2. 2
Investeşte în oameni!
Proiect cofinanţat din Fondul Social European prin Programul Operaţional Sectorial pentru Dezvoltarea Resurselor
Umane 2007 –2013
Axa prioritară: 1. „Educaţie şi formare profesională iniţială de calitate în sprijinul dezvoltării şi creşterii economice”
Domeniul major de intervenţie: 1.5. Programe doctorale şi postdoctorale în sprijinul cercetării
Titlul proiectului: „Spre cariere de cercetare prin studii doctorale”
Cod Contract: POSDRU/CPP107/DMI1.5/S/77265
Beneficiari: Universitatea Politehnica din Timișoara, Universitatea din Pitești, Universitatea din Oradea
Autor: ing. Marius - Savu LOLEA
TEZĂ DE DOCTORAT
Cercetări privind impactul câmpului
electromagnetic asupra mediului
artificial şi natural
Conducător științific:
Prof.univ.dr.ing. Ioan FELEA
Oradea
2017
3. 3
CUPRINS
Mulţumiri...... ......................................................................................................................1
Cuvânt înainte .....................................................................................................................2
Notaţii şi abrevieri............................................................................................................... 3
Capitolul 1. INTRODUCERE.......................................................................................... 5
1.1. Actualitatea temei.........................................................................................................5
1.2. Obiectivele și structura tezei........................................................................................ 6
Capitolul 2. STADIUL ACTUAL ÎN DOMENIUL ANALIZEI
ŞI REGLEMENTĂRII IMPACTULUI CÂMPULUI ELECTROMAGNETIC........ 8
2.1. Considerații preliminare............................................................................................... 8
2.2. Organizații de reglementare în domeniul limitării expunerii la câmpuri
electromagnetice și a compatibilității electromagnetice......................................................8
2.3. Sinteză privind rezultatele unor studii în domeniul efectelor câmpului electric
și magnetic la impactul cu mediul artificial și natural.........................................................9
2.3.1. Direcții de cercetare.......................................................................................9
2.3.2. Câmpul electromagnetic generat de telefonia mobilă și
dispozitivele wireless...............................................................................................11
2.3.3. Câmpul electromagnetic generat de aparatele electrocasnice și similare......11
2.3.4. Rezultate la nivel național și internațional.....................................................12
2.3.4.1.Influența câmpului electromagnetic asupra organismelor animale.......... 15
2.3.4.2. Modelul electromagnetic al organismului uman..................................... 17
2.3.4.3. Influența câmpului electromagnetic asupra organismului uman.............20
2.3.4.4. Câmpul electric și magnetic în instalaţiile electroenergetice.................. 24
Capitolul 3. METODE DE CALCUL A CÂMPULUI ELECTRIC ȘI MAGNETIC
PENTRU COMPONENTELE REȚELELOR ELECTRICE.......................................25
3.1. Considerații preliminare............................................................................................... 25
3.2. Câmpul electromagnetic(CELM) generat de liniile electrice.......................................26
3.2.1. Calculul mărimilor de câmp electric..............................................................26
3.2.2. Calculul mărimilor de câmp magnetic...........................................................34
3.3. CELM al bobinelor și transformatoarelor electrice......................................................39
3.4. CELM al generatoarelor electrice................................................................................ 39
3.5. CELM al izolatoarelor electrice................................................................................... 40
3.6. CELM în staţiile electrice.............................................................................................41
Capitolul 4. CONTRIBUŢII LA DETERMINAREA EXPERIMENTALĂ
A DISTRIBUȚIEI CÂMPULUI ELECTROMAGNETIC PENTRU
ECHIPAMENTE CARE DESERVESC SISTEMUL ELECTROENERGETIC.......43
4.1. Măsurarea mărimilor de câmp electromagnetic........................................................... 43
4.1.1. Generalităţi.................................................................................................... 43
4.1.2. Aparatele de măsură utilizate.........................................................................43
4.2. Determinarea experimentală a distribuţiei mărimilor CELM pentru
stațiile electrice....................................................................................................................44
4.2.1. Algoritmul de lucru........................................................................................44
4.2.2. Măsurători în celulele de MT........................................................................ 44
I
4. 4
4.2.3. Măsurători în SE exterioare...........................................................................46
4.2.4. Măsurători la nivelul aparatelor de înaltă tensiune........................................48
4.2.5. Măsurători în camera bateriilor de acumulatoare..........................................49
4.3. Determinarea experimentală a distribuției mărimilor CELM pentru
echipamentele din centralele electrice.................................................................................51
4.3.1. Metodologia şi rezultatele măsurătorilor din cadrul CHE.............................51
4.3.2. Metodologia şi rezultatele măsurătorilor din cadrul CET............................. 64
4.4. Determinarea experimentală a CELM pentru LEA de înaltă tensiune.........................70
Capitolul 5. CERCETAREA SISTEMATICĂ A SURSELOR
ŞI NIVELULUI POLUĂRII ELECTROMAGNETICE ÎN MEDIUL URBAN.
STUDIU DE CAZ: PEM ÎN MUNICIPIUL ORADEA.................................................79
5.1. Generalităţi................................................................................................................... 79
5.2. Surse publice de poluare electromagnetică în perimetrul municipiului Oradea...........79
5.2.1 Stațiile de bază pentru telecomunicaţii mobile...............................................79
5.2.2. Sistemul de tracțiune electrică urbană...........................................................81
5.2.3. Staţiile electrice şi posturile de transformare.................................................82
5.2.4. Liniile electrice aeriene de înaltă și foarte înaltă tensiune.............................83
5.3. Evaluarea câmpului electromagnetic din vecinătatea surselor publice de
câmp electromagnetic din perimetrul analizat.....................................................................83
5.3.1 Cazul SBGSM................................................................................................ 83
5.3.2 Cazul STE - MO.............................................................................................84
5.3.3. Cazul LEA din MO........................................................................................87
5.3.4. Cazul posturilor de transformare................................................................... 90
5.3.5. Cazul Staţiilor Electrice…….........................................................................90
5.4. Harta electromagnetică a MO.......................................................................................92
5.4.1. Elemente conceptuale....................................................................................92
5.4.2. Distribuţia teritorială a S - PEM integrate în HEM – MO............................ 93
Capitolul 6. EVALUAREA PROBABILITĂŢII ASOCIATĂ RISCULUI
DE EXPUNERE ÎN CÂMP ELECTROMAGETIC................................................... 100
6.1. Considerații generale privind riscul..............................................................................100
6.2. Modelarea riscului de afectare prin expunere în CELM.............................................. 102
6.3. Modelul de evaluare a probabilităţii asociate riscului..................................................103
6.3.1. Modelul general.............................................................................................103
6.3.2. Modelul de evaluare a probabilităţii în cazul MC ale CELM...................... 104
6.4. Algoritmul de calcul asociat modelului de evaluare a probabilităţii de depăşire
a valorilor admisibile a MC................................................................................................104
6.5. Rezultate obţinute.........................................................................................................105
6.5.1. Cazul analizei separate a MC........................................................................ 105
6.5.2. Cazul analizei cuplate a MC..........................................................................111
Capitolul 7. CONTRIBUŢII LA TRATAREA FUZZY A CONSECINŢEI
EXPUNERII PERSOANELOR ÎN CÂMP ELECTROMAGNETIC
STABILIZAT.....................................................................................................................114
7.1. Modelarea fuzzy ..........................................................................................................114
7.2. Succintă prezentare a modulului Fuzzy din Matlab..................................................... 125
7. 3. Aplicarea modelării fuzzy pentru aprecierea consecinţelor expunerii
în câmp electromagnetic......................................................................................................129
7.4. Studiu de caz.................................................................................................................131
7.4.1. Cazul SE Sinteza Ioşia...................................................................................132
7.4.2. Cazul SE........................................................................................................ 135
II
5. 5
7.4.3. Cazul LEA..................................................................................................... 140
7.4.4. Sinteza rezultatelor pentru subsisteme ale SEE.............................................143
Capitolul 8. CONCLUZII.................................................................................................135
8.1. Concluzii generale........................................................................................................135
8.2. Contribuţii originale..................................................................................................... 139
8.3. Perspective de dezvoltare ulterioară.............................................................................142
Bibliografie..........................................................................................................................143
ANEXE................................................................................................................................155
Anexa 1. Rezultatele cercetărilor bibligrafice..................................................................155
Anexa 2. Rezultatele determinărilor experimentale......................................................... 158
Anexa 3. Rezultatele simulărilor......................................................................................188
III
6. 1
MULŢUMIRI
Ţin să mulţumesc cu sinceritate, în primul rând conducătorului ştiinţific, domnului
prof.univ.dr.ing. Felea Ioan, care mi-a oferit oportunitatea de a accede la studiile doctorale şi m-a
sprijinit cu sfaturi deosebit de pertinente în conceperea şi definitivarea tezei. Ajutorul domniei
sale s-a materializat şi prin disponibilitatea asigurării unei părţi din aparatura de măsură şi a
tehnicii de calcul, indispensabile pentru partea aplicativă practică a lucrării.
Mulţumiri doresc să aduc în al doilea rând, colegilor din Departamentul de Inginerie
Energetică al Universităţii din Oradea care au avut sugestii importante pe problematica abordată
în teză. Dintre aceştia ţin să îi remarc în special pe doamna Simona Dziţac, care prin încurajările
continue m-a ajutat să depăşesc momentele dificile apărute în elaborarea tezei şi care a avut
contribuţii semnificative în recenzia şi evaluarea ştiinţifică a acesteia, precum şi pe domnii Călin
Secui şi Vasile Moldovan care au adus un aport însemnat de informaţii pe partea de aplicaţii
software.
Calde mulţumiri adresez şi colaboratorilor din cadrul Sucursalei Hidrocentrale Oradea şi
S.C. Electrocentrale Oradea S.A. ce au răspuns solicitărilor mele legate de partea experimentală
a tezei. Cei mai apropiaţi dintre aceştia au fost ing. Gabor Gheorghe şi dr. ing. Ciobanca Adrian,
care mi-au facilitat accesul în instalaţiile energetice şi mi-au pus la dispoziţie date privind
caracteristicile tehnice ale echipamentelor ce au constituit sursele de câmp electromagnetic din
incinta obiectivelor energetice abordate.
Nu în ultimul rând, apreciez suportul necondiţionat acordat de către studentul masterand
ing. Gabriel Cheţiu în efectuarea măsurătorilor şi prelucrării datelor experimentale, căruia îi
mulţumesc de asemenea pe această cale.
Oradea, septembrie 2017
Drd.ing. Marius Lolea
7. 2
CUVÂNT ÎNAINTE
Mediul electromagnetic este o realitate în care ne trăim viața și în care se desfășoară toate
procesele energetice. Pentru generarea acestuia participă atât sursele naturale cât și cele care sunt
rodul gândirii creatoare a omului. Organismul uman reprezintă la rândul lui un sistem energetic
complex fiind generator de câmp electromagnetic care interacționează cu alte câmpuri electrice
și magnetice emise de diverse surse, devenind astfel un receptor. În contextul profesiei și
meseriei mele, de inginer energetician și cadru didactic universitar, mi - am focalizat
investigațiile, teoretice, operaționale și experimentale cu preponderență spre diverse entități din
cadrul sistemului electroenergetic. Astfel, în urma studiului bibliografic dar și ca urmare a
măsurătorilor practice realizate, mi-am propus să identific valorile câmpului electric și magnetic
precum și modul de acțiune a acestora supra diverselor componente ale rețelelor electrice,
generatoare și transformatoare precum și a altor echipamente și aparate electrice din structurile
analizate. Evidențierea gradului de expunere în câmp electromagnetic al lucrătorilor din sistemul
energetic sau a populației generale ce au acces în vecinătatea surselor de câmp electromagnetic a
constituit o direcție prioritară în cercetările întreprinse de către mine.
Sunt aspecte care mi-au trezit curiozitatea și care s-au transformat în întrebări; întrebări la
care am încercat să găsesc răspunsul odată cu inițierea și elaborarea prezentei teze de doctorat.
Cercetarea și studiul necesare pentru elaborarea tezei s-au desfășurat pe parcursul a mai
multor ani, timp în care după parcurgerea disciplinelor din programul de pregătire teoretic am
identificat, studiat și analizat un număr de peste 500 de articole și lucrări științifice sau cărți de
specialitate, elaborate atât de oameni de știință din România cât și de pe întreg mapamondul. O
parte semnificativă dintre acestea sunt evidențiate în lista bibliografică atașată la sfârșitul lucrării
sau citate în textul acesteia. Nu ascund faptul că, de foarte multe ori procurarea lor s-a dovedit un
proces foarte costisitor. În final însă, satisfacțiile pe care mi le-au generat, le consider maxime și
profund justificate.
Un aport substanțial pentru definitivarea tezei de doctorat, s-a datorat participării mele în
cadrul programului de studii doctorale derulat prin proiectul POSDRU/CPP107/DMI1.5/S/77265
„ Spre cariere de cercetare prin studii doctorale”. Am avut astfel oportunitatea de a-mi completa
și aprofunda cunoștințele științifice legate de subiectele abordate sau de a-mi achiziționa o parte
din materialele documentare și aparatura necesară derulării cercetărilor experimentale, prin
suportul financiar al programului.
Într-un domeniu pe care l-am îndrăgit foarte mult, consider, dincolo de toate eforturile
depuse, atât din partea mea, cât și ale tuturor acelora care m-au sprijinit, că rostul acestora nu
este și nu va fi în zadar. Eu personal, nu am nici un regret și sunt pe deplin mulțumit.
ing. Marius – Savu LOLEA
Oradea, 2017
8. 3
Notaţii şi abrevieri
ACER – Asociația de Compatibilitate Electromagnetică din România;
ATM – Antene de telecomunicaţii mobile;
BD – Bază de date;
BDI – Bază de Date Internaţională;
CC – Cameră de comandă;
CEI – Comisia Electrotehnică Internațională;
CENELEC – Comitetul European pentru standardizare în electrotehnică(European Commitee for
Electrotechnical Standardization);
CIGRE - Conférence Internationale des Grands Réseaux Electrique = Consiliul International al Marilor
Retele Electrice - cu sediul la Paris;
CELM – Câmp electromagnetic;
CEM – Compatibilitate electromagnetică;
CET – Centrală electrică de termoficare ;
CHE – Centrală hidroelectrică ;
EE – Energie electrică;
ETSI – European Telecommunication Standard Institute;
ICNIRP – Internațional Comission on Non Ionizing Radiation Protection;
ICPE – Institutul de Cercetări pentru Electrotehnică;
IE – Izolatoare electrice;
IRPA - International Radiation Protection Association(Asociaţia Internaţională de protecţie
împotriva Radiaţiilor);
HG – Hidroagregat;
HF – High frequency = înaltă frecvență;
HEM – Harta electromagnetică;
TG – Termoagregat;
LE – Linie electrică;
LEA - Linie electrică aeriană;
LEA ÎT = Linie electrică aeriană de înaltă tensiune;
LEA FÎT - Linie electrică aeriană de foarte înaltă tensiune;
LES - Linie electrică subterană;
LT – Linie de tramvai;
LEC - Linie electrică în cablu;
MEPA - Motor electropompă apă;
MO - Municipiul Oradea;
MT – Medie tensiune;
PT - Post de transformare;
PEM – Poluare electromagnetică;
PTZ - Post de transformare în cabină zidită;
PTA - Post de transformare aerian;
PTM – Post de transformare în cabină metalică;
PTAB – Post de transformare în anvelopă de beton;
RSA - rata specifică de absorbţie(SAR = Specific Absorbtion Rate);
9. 4
RMS - Root mean squared = prescurtare pentru calculul şi denumirea valorii efective a unei mărimi
alternative;
S – sursă;
S – CELM – Surse de câmp electromagnetic;
S- PEM – Surse de poluare electromagnetică;
SED - Stații electrice de distribuție
SBGSM - Stații de bază pentru sisteme globale de comunicații mobile;
SEE - Sistemul Electroenergetic;
SEEB - Sistemul Electroenergetic Bihor;
SEN - Sistemul Energetic Național;
SE - Stație electrică;
SEI - Stație electrică de interconexiuni;
SEEV - Stație electrică de evacuare;
SI - Sistemul Internaţional al unităţilor de măsură;
SP – Servicii proprii;
SPG – Servicii proprii generale;
SPB – Servicii proprii de bloc;
STR - Stație de transformare –redresare
STE – Sistem de tracţiune electrică;
ST – Stâlp al LEA;
TA – Termoagregat;
TD – Teza de doctorat;
TEP – Transformator electric(de evacuare) de putere;
TTI - Tehnica tensiunilor înalte;
Trafo – Transformator de forță;
UE – Uniunea europeană;
ZIS - Zona industrială Sud;
ZIV - Zona industrială Vest;
WHO – World Heatlh Organization(Organizația Mondială a Sănătății - OMS);
10. 5
I. INTRODUCERE
,,Savantul trebuie să fie un om care doreşte să asculte orice presupunere,
dar care stabileşte el însuşi dacă ea este justă sau nu.”
Michael Faraday
1.1. Actualitatea temei
Fascinaţia produsă de utilitatea energiei electromagnetice a cuprins lumea modernă
imediat după inventarea primelor dispozitive care aveau menirea să o stăpânească și să o pună în
slujba omului. Au rămas celebre cuvintele lui Michael Faraday care, întrebat la ce este bună
electricitatea de către un politician englez aflat în vizită la unul dintre laboratoarele sale în
vederea observării fenomenului de inducție electromagnetică, a răspuns: „ Nu știu deocamdată la
ce este bună electricitatea, dar știu că la un moment dat, primul ministru va pune impozit pe
ea”. După descoperirea teoretică de către Maxwell a undelor electromagnetice și validarea
experimentală de către Hertz a acestora, aplicațiile ce au urmat, cum ar fi radioul, s-au bazat pe
producerea, radiația și recepția undelor electromagnetice. Nu au încetat așadar să apară pe lângă
efectele produse de contactul direct cu instalațiile electrice și efecte produse prin radiație, mai
exact prin propagarea prin spațiu a câmpului electromagnetic.
Omul, involuntar, se află permanent sub acţiunea periculoasă pentru sănătatea sa a
radiaţiilor câmpurilor negative artificiale, create de sistemele electronice şi de sistemele de
alimentare cu energie. Iar intensitatea acestui mediu electromagnetic negativ din sfera vieţii
creşte rapid.
Una dintre problemele stringente de igienă din ultimul timp o reprezintă înlăturarea
tuturor urmărilor nocive pentru sănătatea omului, provocate ca urmare a implementării pe scară
largă a echipamentelor şi dispozitivelor electromagnetice.
Actualitatea temei rezidă din următoarele condiseraţii:
Creşterea accentuată a numărului şi puterii reţelelor electrice şi dispozitivelor
electromagnetice cu generarea în spaţiul învecinat de radiaţii de frecvenţe şi
lungimi de undă dintr-o gamă largă a spectrului;
Necesitatea identificării de materiale noi care să crească gradul de compatibilitate
electromagnetică şi protecţiei organismului uman;
Creşterea temerilor legate de posibilele implicaţii asupra sănătăţii amplificate de
numărul tot mai mare de studii şi cercetări care certifică aceste efecte negative sau
le indică ca fiind datorate expunerii în câmp electromagnetic;
Influenţa perturbaţiilor electromagnetice generate de reţelele electrice asupra
transmisiilor de date în emisiunile radio-tv;
Afectarea semnalului util în sistemele de telecomunicaţii;
Creşterea pierderilor de putere în reţele electroenergetice datorită efectelor
câmpului electromagnetic transmise prin conducţie;
Necesitatea creşterii siguranţei la locul de muncă şi în spaţiul public în condiţii de
minimizare a riscurilor privind expunerea în câmp electromagnetic;
Stabilirea de noi soluţii privind reducerea efectelor negative ale câmpului
electromagnetic asupra mediului natural şi artificial odată cu creşterea eficacităţii
celor existente.
1.2. Obiectivele și structura tezei
Cercetările din cadrul tezei au fost focalizate în special pe mediul electromagnetic generat
de surse aparţinând obiectivelor electroenergetice (LEA, LEC, generatoare şi motoare electrice,
transformatoare de putere etc) şi influenţa acestuia asupra entităţilor învecinate .
11. 6
În acest context obiectivul central al tezei constă în evaluarea efectelor câmpului
electromagnetic asupra organismului uman, în vederea identificării de soluţii pentru anularea sau
reducerea efectelor negative.
Obiective specifice sunt:
Stabilirea efectelor care apar la impactul câmpului electromagnetic cu mediul artificial
şi natural;
Identificarea căilor de propagare a câmpului electromagnetic între surse și receptoare;
Stabilirea parametrilor mediului electromagnetic din cadrul structurilor energetice
abordate;
Analiza distribuției mărimilor de câmp electric și magnetic din proximitatea
echipamentelor și aparatelor electrice considerate;
Identificarea de soluții pentru compatibilizarea electromagnetică dintre surse și
receptoare;
Identificarea și aplicarea unor metode de evaluare a riscurilor generate de expunerea în
câmp electromagnetic.
Pentru îndeplinirea obiectivelor enumerate am întreprins următoarele demersuri:
Identificarea în literatura de specialitate a unor aspecte teoretice legate de
definirea şi caracterizarea câmpului electric şi magnetic;
Selectarea şi analiza informațiilor din resursele bibliografice consultate cu
privire la efectele generate de impactul câmpului electromagnetic cu mediul
natural și artificial;
Stabilirea pe baza cunoştinţelor acumulate a mecanismelor de generare a
câmpului electric și magnetic, precum și a fenomenelor sau proceselor
electromagnetice legate de manifestarea acestora la interacţiunea cu mediul
natural şi artificial;
Măsurarea valorilor mărimilor de câmp din vecinătatea surselor analizate;
Sintetizarea valorilor obţinute prin măsurători, prelucrarea statistică şi
reprezentarea grafică a acestora;
Compararea valorilor măsurate cu cele limită normate considerate periculoase
pentru sănătatea umană şi stabilirea abaterilor dintre acestea.
Din punct de vedere structural, teza cuprinde un număr total de 8 capitole incluzând
introducerea şi contribuţiile autorului. Lista referințelor bibliografice cuprinde 200 de titluri, din
care 30 sunt lucrări elaborate de către doctorand în calitate de unic autor, autor principal sau
coautor. Obiectivele tezei, a rezultatelor urmărite şi a structurii acesteia sunt prezentate în
capitolul introductiv al lucrării.
În capitolul 2, intitulat “Stadiul actual în domeniul studiului și cercetării impactului
câmpului electromagnetic asupra sistemelor tehnice și biologice”, sunt prezentate sintetic
rezultatele unor cercetări ce vizează interacțiunea câmpului electromagnetic cu diverse
componente din mediul natural şi artificial. Prin cercetarea bibliografică realizată am putut
identifica principalele direcţii de cercetare privind studiile de impact ale câmpului
electromagnetic cu sistemele analizate.
Capitolul 3 are titlul “Metode de calcul a mărimilor de câmp electric și magnetic
pentru componentele rețelor electrice” şi este dedicat prezentării succinte a caracteristicilor
generale ale câmpului electromagnetic, a mărimilor caracteristice ale acestuia şi a efectelor
produse la impactul cu principalele categorii de materiale electrotehnice, care intră în structura
echipamentelor electroenergetice. În cadrul capitolului sunt prezentate principalele categorii de
metode consacrate, care stau la baza rezolvării problemelor de câmp electromagnetic, grupate
astfel: metode analogice, grafice şi grafo-analitice, analitice şi numerice. Totodată sunt
prezentate particularităţi ale aplicării metodelor de calcul ale mărimilor caracteristice ale
câmpului electromagnetic pentru diverse componente ale reţelelor electrice.
12. 7
Capitolul 4 se numeşte “Contribuţii la determinarea experimentală a distribuției
câmpului electromagnetic pentru echipamente care deservesc sistemul electroenergetic”,
fiind primul din teză dedicat cercetărilor experimentale. Acestea au rolul determinării distribuţiei
câmpului electromagnetic în interiorul unor obiective electroenergetice. Măsurătorile sunt
efectuate în scopul comparării valorilor reale ale mărimilor de câmp electric şi magnetic cu cele
limită normate considerate periculoase din punct de vedere a expunerii personalului operativ,
precum şi a stabilirii gradului perturbaţiilor electromagnetice dintre sursele şi receptoarele de
câmp electromagnetic existente în zonele avizate. La începutul capitolului sunt expuse principiile
de bază privind conceperea schemelor de măsură şi dispozitivele utilizate împreună cu
caracteristicile tehnice ale acestora. Urmează apoi prezentarea rezultatelor măsurătorilor. În
finalul capitolului sunt prezentate şi analizate valorile mărimilor de câmp electric şi magnetic
preluate prin măsurători.
Capitolul 5 se intitulează “Cercetarea sistematică a surselor şi nivelului poluării
electromagnetice(PEM) în mediul urban. Studiu de caz: PEM în municipiul Oradea ” şi are
dublu caracter din punct de vedere al abordării. Este al doilea capitol dedicat cercetărilor
experimentale. Faţă de capitolul precedent acestea sunt efectuate cu scopul determinării
distribuţiei mărimilor de câmp electric şi magnetic în exteriorul unor obiective electroenergetice
amplasate pe teritoriul unui oraş, în particular oraşul Oradea.
În conexiune cu partea experimentală a tezei, în prima parte a capitolului se prezintă şi
rezultatele măsurătorilor asupra mărimilor de câmp care participă la poluarea electromagnetică
făcând parte din abordarea empirică. Prin aplicaţiile dezvoltate şi prezentate în partea a doua a
capitolului, acesta îşi propune să aducă un aport original la studiul şi analiza efectelor câmpului
electromagnetic asupra mediului artificial şi natural. Acestea se includ în abordarea operaţională
şi analitică a capitolului.
În cadrul capitolului 6 denumit „Evaluarea probabilităţii asociată riscului de
expunere în câmp electromagetic” se prezintă modalităţi de evaluare a riscurilor la care sunt
expuşi lucrătorii din domeniul energetic şi populaţia, ca urmare a acţiunii câmpului
electromagnetic asupra acestora. Gradul de expunere este determinat prin analiza valorilor
mărimilor de câmp obţinute prin măsurători în spaţiile de lucru şi pe domeniul public. Riscul
generat de expunere este determinat prin utilizarea unor modele de calcul probabilistic.
Întrucât consecințele expunerii nu pot fi evaluate direct determinist, se propune aplicarea
de modele probabilistice, dezvoltate şi concretizate în cadrul lucrării.
Pe baza acestor analize , la finalul capitolului sunt enunţate câteva soluţii de reducere a
efectelor negative a expunerii în câmp electromagnetic, aplicabile atât personalului de exploatare
din reţelele electrce cât şi populaţiei generale.
Capitolul 7 este dedicat modelării prin logică fuzzy a unor probleme de câmp
electromagnetic şi se intitulează: “Contribuţii la tratarea fuzzy a consecinţei expunerii
persoanelor în câmp electromagnetic staţionar”.
Ca şi în capitolul precedent, se ţine cont de faptul că fenomenele electromagnetice au
caracter aleator. Ca urmare, se propune evaluarea gravităţii efectelor expunerii în câmp
electromagnetic pe baza logicii fuzzy.
Capitolul vizează creşterea acurateţii evaluării efectelor CELM asupra persoanelor care
se expun în regim stabilizat a câmpului electromagnetic. În prima parte sunt evidenţiate câteva
aspecte teoretice privind logica fuzzy. În continuare se prezintă modelele de tratare propuse
pentru evaluarea gravităţii consecinţei expunerii persoanelor în CELM stabilizat, justificându-se
oportunitatea şi utilitatea acestora. Metodologia de tratare propusă şi aplicată în capitolele 6 şi 7
este una originală.
Capitolul 8 înglobează concluziile generale ale tezei cu prezentarea sintetică a
contribuțiilor originale ale autorului. De asemenea, în cadrul capitolului se trasează direcțiile
viitoare de cercetare, în conexiune cu aplicaţiile și rezultatele obținute cu ocazia elaborării
lucrării.
13. 8
II. STADIUL ACTUAL ÎN DOMENIUL ANALIZEI ŞI REGLEMENTĂRII
IMPACTULUI CÂMPULUI ELECTROMAGNETIC
2.1. Considerații preliminare
Câmpul electromagnetic(CELM) cu cele două componente ale sale, mijloceşte
interacţiunile de natură electrică şi magnetică între diverse sisteme şi componentele acestora.
Procese electromagnetice sunt deosebit de complexe iar efectele lor necesită conlucrarea
mai multe categorii de specialişti(figura 2.1)[101].
Fig. 2.1. Schema interdisciplinarității pentru rezolvarea problemelor de interacțiune a
câmpului electromagnetic cu mediul biologic[101]
2.2. Organizații de reglementare în domeniul limitării expunerii la câmpuri
electromagnetice și a compatibilității electromagnetice
Există instituţii sau organizaţii la nivel internaţional cu preocupări intense, în directă
legătură cu protecţia sănătăţii umane la influenţa câmpurilor electromagnetice şi a căror
activitate este recunoscută la nivel mondial. Dintre acestea fac parte WHO (Whorld Health
Organuzation – în engleză) adică Organizaţia Mondială a Sănătăţii(OMS), ICNIRP(International
Commission on Non-Ionizing Radiation Protection – în engleză), Comisia Internaţională de
Protecţie Împotriva Radiaţiilor Neionizante, sau IRPA-Asociaţia Internaţională pentru Protecţia
împotriva Radiaţiilor.
OMS este o entitate constituită în scopul protejării sănătăţii umane împotriva tuturor
factorilor agresivi, ce a luat naştere în anul 1948 prin semnarea actului constitutiv la 7 aprilie,
dată declarată ca “Ziua mondială a sănătăţii”. În cadrul OMS, există programe derulate în
vederea protecţiei oamenilor împotriva efectelor expunerii în câmp electromagnetic existând
informări pe următoarle direcţii[196]: câmpurile electromagnetice din locuinţe, evaluarea
riscurilor de expunere la locul de muncă pe domenii de frecvenţe, standardizare şi ghiduri,
proiecte şi publicaţii derulate de diverse organizaţii partenere, conferinţe şi alte întâlniri din
domeniu.
Comisia Internațională pentru Protecția împotriva Radiațiilor non Ionizante (ICNIRP)este
o structură organizaţională independentă, ce furnizează consultanță științifică și îndrumări cu
privire la efectele asupra sănătății a mediului electromagnetic format din radiații neionizante, în
scopul de a proteja oamenii și mediul natural de efectele negative ale expunerii[192]. Radiațiile
neionizante se încadrează în componentele spectrului electromagnetic din gama undelor
ultraviolete, a luminii vizibile, radiaţiilor infraroșii sau a undelor radio şi microundelor.
Organizaţia a fost fondată în anul 1992 în Germania, de către Asociaţia Internaţională pentru
Protecţia împotriva Radiaţiilor(IRPA), a cărei subsidiară este şi astăzi.
IRPA este o organizaţie ştiinţifică fondată în urmă cu 50 de ani cu rol de a evalua şi
proteja omul împotriva radiaţiilor electromagnetice în special de natură ionizantă. În buletinul
organizaţiei sunt publicate informaţii cu privire la politicile acesteia împreună cu alte informări şi
INGINERIE
FIZICĂ
CHIMIE
BIOLOGIE
MEDICINĂ
Câmpuri
sursă
Expunere Câmpuri
interne
Traductor
semnal
Efect
biologic
Efect
asupra
sănătăţii
14. 9
studii legate de efectele radiaţiilor electromagnetice[195]. Fondată în anul 1965 la Los Angeles
la data de 19 iunie prin unirea iniţială a altor entităţi existente la acea vreme: Societatea central
europeană ce reunea Germania, Austria şi Elveţia, Societatea franceză de radioprotecţie ,
Societatea de fizica sănătăţii din SUA şi Canada. Organizaţia a avut primul congres la Roma, în
perioada 5-10 septembrie 1966. IPRA are asociaţii în 56 de ţări inclusiv în România: Societatea
Română de Radioprotecţie înfiinţată în anul 1992 – SRRP[186]. Obiectivele SRRP sunt similare
cu ale IPRA şi includ: protejarea populaţiei şi lucrătorilor din zone cu expunere la radiaţie
ionizantă, să dezvolte şi să facă cunoscute aspectele ştiinţifice, tehnice, medicale, şi legale
privind protecţia împotriva radiaţiilor la nivel naţional, să implice şi societatea civilă în analizele
de risc/beneficiu legate de utilizarea radiaţiilor etc. Pe domeniul acţiunii câmpurilor
electromagnetice, cele două organizaţii au o strânsă colaborare. OMS a lansat încă din anul 1996
proiectul "The International Electromagnetic Fields Project" prin care, ca şi obiectiv prioritar, se
afirmă sprijinul în dezvoltarea standardelor internaţionale de largă recunoaştere privind
reglementarea expunerii umane la câmp electromagnetic şi încurajarea ţărilor membre de a
adopta aceste reglementări în legislaţia naţională. Aceste instituţii posedă grupuri de lucru
permanente sau consultative, formate din specialişti de renume, care au ca scop reunirea şi
analiza rezultatelor celor mai credibile studii şi cercetări elaborate la nivel mondial, pentru a
formula concluzii pertinente legate de efectele expunerii organismelor vii în câmp
electromagnetic.S-au putut astfel stabili valorile limită considerate periculoase pentru sănătate în
cazul lucrătorilor din instalaţiile electrice şi a populaţiei generale. Din legislaţia internaţională
prin intermediul Comisiei europene, acestea au fost transpuse şi în cea românească şi adoptate
prin HG 1136/30.08.2006 - Cerinţele minime de securitate şi sănătate referitoare la expunerea
lucrătorilor la riscuri generate de câmpuri electromagnetice şi H.G 1.193 /29.09. 2006 -
Limitarea expunerii populaţiei generale la câmpuri electromagnetice de la 0 Hz la 300 GHz,.
Fiecare ţară are interes în protecţia propriilor cetăţeni împotriva efectelor negative ale radiaţiilor
electromagnetice sau creşterea gradului compatibilităţii electromagnetice dintre surse şi
receptoare. În acest scop s-au creat organisme naţionale interne care lucrează fie independent fie
conectate la alte organisme internaţionale de profil. Sunt impuse limite minime internaţionale
pentru valorile mărimilor de câmp electric şi magnetic la care expunerea este considerată
periculoasă pentru sănătate.
Comisia Internaţonală de Electrotehnică(IEC), este o organizaţie nonguvernamentală şi
non-profit, fondată în anul 1906 la Londra care azi numără peste 15 000 de specialişti din 160 de
ţări, ce elaborează şi publică standarde internaţionale pentru tehnologiile electrice şi
electronice[197]. În structura IEC intră şi Comitetele Naţionale care concură la obţinerea
rezultatelor şi le transpun după eventuale ajustări în legislaţiile naţionale. Academicianul român
Remus Răduleţ a fost cel de-al 17 preşedinte al CEI. În cadrul IEC atribuţii legatede
compatibilitatea electromagnetică le are în primul rând Comitetul Internaţional Speciale de
perturbaţii radioelectrice – CISPR. Recomandările şi prescripţiile elaborate de CISPR cu
participare internaţională reprezintă baza pentru standardele naţionale ale tuturor ţărilor[197].
Pentru a armoniza standardele naţionale cu cele ale IEC sub forma unor norme europene codate
EN conform directivelor Comisiei Europene, au fost create organisme regionale cum sunt
CENELEC(Comité Européen de Normalisation Electrotechnique) sau ETSI – European
Telecommunication Standard Institute, care dispun de comisii tehnice specializate. CENELEC
este o asociaţie a institutelor de standardizare din domeniul electrotehnic din ţările Uniunii
Europene şi alte ţări din Europa de Est.
2.3. Sinteză privind rezultatele unor studii privind efectele CELM
2.3.1. Direcții de cercetare
Principalele direcţii de cercetare legate de impactul câmpului electromagnetic asupra
mediului natural şi artificial sunt:
Perfecţionarea tehnicilor de măsurare şi ecranare în compatibilitatea electromagnetică;
15. 10
Reducerea perturbaţiilor în sistemele de transport şi distribuţie a energiei electrice în
radiodifuziune, televiziune şi telecomunicaţii;
Influenţa asupra comportamentului animalelor şi afecţiuni patologice induse;
Incidenţa asupra sănătăţii umane;
Stimularea germinării semintelor şi creşterii plantelor;
Îmbunătăţirea performanţelor materialelor electrotehnice din construcţia aparatelor
electrice.
Măsuri de reducere a coroziunii materialelor conductoare din cadrul reţelelor electrice.
Din punct de vedere al influenței câmpului electromagnetic asupra sistemului
electroenergetic se pot menționa: degradarea izolației, descărcările corona, coroziunea și
afectarea personalului. În literatura românească, nu există multe lucrări ştiinţifice care să
certifice, prin rezultatele proprii ale autorilor, faptul că expunerea în câmp electromagnetic pe
nivele de frecvenţă şi intensitate să fie dăunătoare sănătăţii, mai ales pentru durate de expunere
limitate. Datorită dificultăților generate de rezolvarea numerică a problemelor complexe de câmp
electromagnetic, o atenție deosebită o acordă specialiștii din întreaga lume în dezvoltarea de
programe informatice ca una dintre direcțiile primordiale de cercetare în investigarea efectelor
câmpului electromagnetic la impactul cu sistemele tehnice și biologice. Acestea au ca scop
crearea de modele ce permit simularea şi analiza numerică a propremelor de câmp
electromagnetic prin rezultate din ce în ce mai exacte. La dezvoltareaa acestora lucrează mai
multe categorii profesionale. La nivel mondial numărul produselor software destinate
problemelor de câmp electromagnetic este însă greu de evaluat. Problema efectelor biologice ale
câmpurilor electromagnetice este dezbătută de peste şapte decenii, comunitatea ştiinţifică
internaţională fiind încă în căutarea unui răspuns definitiv. În general, se analizează, distinct,
efectele câmpurilor de joasă frecvenţă (50 Hz sau 60 Hz) şi respectiv efectele câmpurilor
electrice de înaltă frecvenţă (0.9 – 1.9) GHz. Efectele câmpurilor electrice şi magnetice (CEM)
asupra organismelor vii se raportează la transformarea energiei acestora în alte forme de energie
(termică, mecanică, electrică, chimică etc.) inoportună pentru organismul în cauză.
Dintre specialiştii români a căror activitate a condus de-a lungul timpului la obţinerea
unor rezultate notabile privind câmpul electromagnetic și impactului acestuia cu mediul natural
şi artificial, fac parte: C-tin I.Mocanu - teoria câmpului electromagnetic[106], Gheorghe
Hortopan - compatibilitate electromagnetică(CEM)[50], Alimpie Ignea - CEM [51], Simona
Miclăuş - unde electromagnetice de frecvenţă radio şi microunde[103], Ileana Băran - câmpul
electric din reţele electrice [10], Dorin Cristescu - câmpul electric din reţele electrice[19] , Gleb
Drăgan - câmpul electric din reţelele electrice[22], Violeta Calotă - unde electromagnetice de
frecvenţă radio şi microunde[103], Călin Munteanu - modelarea numerică a câmpului
electromagnetic[112,133,114, 115], Florea Hănţilă - câmp electromagnetic de înaltă
frecvenţă[46, 47], Viorel Titihăzan - câmpul electric din reţelele electrice[92, 152], Flavius
Şurianu - CEM a reţelelelor electrice[159, 160], Mihaela Morega – bioelectromagnetism,
bioimpactul câmpului electromagnetic[109,110,111], Nicolae Golovanov - câmpul electric al
reţelelor electrice[45], Sorin Coatu - câmpul electric din reţelele electrice[10, 45], Cristian
Goiceanu - bioimpactul câmpului electromagnetic şi expunere profesională [43, 44], Sorin
Hurdubeţiu - câmpul electric din reţelele electrice[136] etc. Şi la Universitatea din Oradea, există
preocupări în direcţia modelării şi evaluării operaţionale a riscului de afectare a omului prin
expunerea în CELM[27, 31, 33]. Cea mai importantă asociaţie profesională neguvernamentală,
sub egida căreia se reunesc specialiştii români din domeniul efectelor CELM este ACER[200].
Există multe publicaţii sau “proceedings”ale unor conferinţe care alocă capitole sau
secţiuni problemei interacţiunilor câmpului electromagnetic cu mediul biologic. De mare
recunoaştere la nivel mondial în domeniu sunt revistele Nature&Science sau Biolectromagnetics
Journal. Aceasta din urmă este elaborată de Societatea de Bioelectromagnetism(BEMS) ce a fost
fondată în anul 1978 în SUA. Organizaţia reuneşte membrii din rândul fizicienilor, biologilor,
medicilor sau inginerilor, care provin din circa 40 de ţări.
16. 11
2.3.2. Câmpul electromagnetic generat de telefonia mobilă și dispozitivele wireless
Prin dispozitive “wireless”(din engleză, cu traducerea: fără fir) se înțeleg telefoane
celulare, routere “wi-fi”, calculatoare și telefoane fără fir, stații de emisie-recepție și în general,
orice dispozitive care emit radiație electromagnetică în vederea stabilirii unei căi de comunicație.
Pentru aprecierea gradului de penetrare şi a efectului temic al undelor electromagnetice asupra
ţesuturilor vii, în special cele de la nivelul capului uman, se utilizează machete sau manechine
numite şi fantome(phantom în engleză), combinate cu generatoare şi traductoare de semnal sau
utilizarea efectivă a terminalele telefonice şi a altor dispozitive wireless[7, 9, 58, 95, 111].
De mare actualitate şi frecvent utilizate sunt simulările numerice utilizând aplicaţiile
software dedicate cum ar fi CST Microwave Studio, Comsol Multiphisics, BiosZim, SEMCAD
X, Radia Electromagnetic Pollution, Flux, Ansys, EFC 400, CDEGS şi altele[82, 120].
2.3.3. Câmpul electromagnetic generat de aparatele electrocasnice sau similare
Această categorie de dispozitive au poate cea mai mare răspândire în rândul populației
sau diverselor instituții publice sau private, indiferent de forma de organizare. De aceea, este
perfect justificabil ca problemele de interferență și compatibilitate electromagnetică să trezească
interesul cercetătorilor. Modelul câmpului electric şi magnetic generat de aparatura
electrocasnică, pe traseul de alimentare cu energie electrică, se prezintă în figura. 2.2. Liniile de
câmp electric sunt radiale pe conductorul de alimentare iar cele de câmp magnetic circulare.
a. b.
Fig. 2.2. Modelul grafic al liniilor de câmp electric și magnetic
pentru alimentarea aparaturii electrocasnice: a. sub tensiune, b. sub sarcină
În literatură se regăsesc multiple cazuri în care diverși cercetători publică situații cu
valorile mărimilor de câmp electromagnetic în vecinătatea aparatelor electrocasnice, de birou sau
de uz gospodăresc[34, 76, 45] etc. În multe dintre aceste cazuri, autorii prezintă valorile medii
măsurate pe categorii de dispozitive, fără a indica tensiunea de funcţionare, puterea sau curenții
absorbiți. Ca atare este imposibilă corelarea între aceste mărimi și cele de câmp electric și
magnetic. Ca exemplificare sunt indicate în tabelul 2.1 valorile inducţiei magnetice pentru câteva
dispozitive conform [45, 190]. Unele cazuri provenite de la autorii Măţoi A. şi Helerea E., nu
indică parametrii electrici de funcţionare ale dispozitivelor asupra cărora s-au efectuat măsurători
dar arată distanţele punctelor de măsură şi plajele de variaţie a mărimilor de câmp.
Tabelul 2.1. Valorile indicției magnetice generate de aparatura electrocasnică[45, 124]
Nr.crt Dispozitivul B[mG] Nr.crt Dispozitivul B[mG]
1 Fierăstrău circular 200 7 Cuptor cu microunde 200
2 Mașină de spălat rufe, vase 20 8 Aparat de ras electric 100
3 Uscător de păr 300 9 Mixer de bucătărie 100
4 Aparat de aer condiționat 300 10 Copiator 90
5 Umidificator portabil 100 11 Aspirator 80
6 Uscător de păr 300 12 Lampă fluorescentă 40
Măsurătorile proprii, desfăşurate pe o gamă largă de aparate electrocasnice, cu indicarea
atât a valorilor mărimilor de câmp electromagnetic cât şi a parametrilor energetici pentru
dispozitivele investigate, sunt prezentate în tabelul 2.2.
E
B
0 1
17. 12
Tabelul 2.2. Valorile inducției magnetice și a intensității câmpului electric generate de aparatura
electrocasnică la diverse distanțe obținute prin măsurători directe
Nr.
crt
Dispozitivul U
(V)
Dist. de
măsură
(cm)
I
(A)
P
(W)
F
(Hz)
E
(V/m)
B
(μT)
1 Cuptor cu microunde 230 20 2 850 50 300 0,23
2 Lampă cu incandecență 230 20 0,5 100 50 120 1,45
3 Servomotor electric 230 20 1 350 50 650 3,47
4 Uscător de păr 230 20 1,4 200 50 780 4,67
5 Fierastrău electric liniar cu lanț 230 20 2,5 1000 50 300 2,13
6 Fierăstrău vertical cu pânză 230 20 3,6 1800 50 120 0.887
7 Aparat de tuns 230 20 0,8 150 50 650 0,567
8 Aparat de bărbierit 230 20 0,6 100 50 780 2,15
9 Prăjitor de pâine 230 20 1,5 500 50 300 0,23
10 Calculator PC 230 20 0,8 150 50 300 1,45
11 Televizor CRT 230 20 1,2 250 50 120 3,47
12 Televizor LCD 230 20 0,5 80 50 650 4,67
13 Radiator electric 230 20 3,6 2000 50 780 2,13
15 Televizor plasmă 230 20 0,8 250 50 300 0.887
16 Filtru de cafea 230 20 0,6 200 50 500 0,567
17 Frigider 230 20 1,5 650 50 650 4,67
18 Maşină de spălat 230 20 1,6 1500 50 780 2,13
19 Plită cu inducţie 380 20 0,8 2500 50 300 0.887
2.3.4. Rezultate la nivel național și internațional
Există un mare interes în ceea ce priveşte studiul şi analiza efectelor produse de
interacţiunea câmpului electromagnetic cu diverse sisteme existente în vecinătatea sau în care
sursele de câmp sunt înglobate, dovadă stând multitudinea articolelor şi lucrărilor apărute la
nivel mondial pe această temă. Pentru evidenţierea acestui fapt s-a recurs la investigarea
publicaţiilor cu tematică comună, apărute în baze de date internaţionale de prestigiu. Aceste baze
de date sunt: Science Direct, IEEE Xplore şi SpringerLink. Criteriile de căutare sunt formate prin
combinaţia tradusă în limba engleză a cuvintelor: efecte – câmp – elecromagnetic – electric –
magnetic - poluare electromagnetică -radiounde.
În urma cercetării bazelor de date menţionate, am ajuns la rezultate statistice prezentate
grafic în figurile următoare. Criteriile obţinute sunt menţionate la explicativa figurilor. De
exemplu în figura 2.3. criteriul de căutare este “electric field” iar în figura 2.6 acesta este
“magnetic field”.
Fig. 2.3. Rezultate statistice după criteriul de căutare ” electric field” a articolelor din bazele de
date: ScienceDirect, IEEE şi SpringerLink
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
anul 2010anul 2011anul 2012anul 2013anul 2014
SpringerL
IEEE X
Science D
18. 13
Fig. 2.4. Rezultate statistice după criteriul de căutare ” magnetic field” a articolelor din bazele
de date SpringerLink, IEEE şi ScienceDirect
Alte statistici se prezintă în Anexa 1 a tezei. Articolele analizate au fost publicate în
perioada 2010-2014. Pe ansamblul criteriilor de interes, prelucrarea statistică a acestora este
prezentată în diagramele din figurile 2.5. şi 2.6.
Fig. 2.5. Studii publicate pe ani în domeniul câmpului electric
pentru bazele de date investigate
Fig. 2.6. Studii publicate pe ani în domeniul câmpului magnetic
pentru bazele de date investigate
Ponderea articolelor şi lucrărilor ştiinţifice identificate pentru perioada de interes se
prezintă în figura 2.7.
0
5000
10000
15000
anul
2010
anul
2011
anul
2012
anul
2013
anul
2014
SpringerL
IEEE X
Science D
4430
5256
3354
2425
6311
5240
3441 3185
6283 6404
6211
5202
4321
5512
3609
3505
4602
5698
4442
6384
3235
4208 4511
6603
7506
2010 2011 2012 2013 2014
Criteriul 1 Criteriul 2 Criteriul 3 Criteriul 4 Criteriul 5
4213
2554
3576 3465
4203
2674
4554
2558 2218
3784
4652
2880
3788
5023
6772
5005
4566
6777
4564
3118
2893 3242
5085
3456
2819
2010 2011 2012 2013 2014
Criteriul 1 Criteriul 2 Criteriul 3 Criteriul 4 Criteriul 5
19. 14
Fig. 2.7. Studii publicate pentru perioada 2010-2014 în domeniul
câmpului electromagnetic
La momentul cercetării bazei de date IEEE-Xplore, în acesta erau înregistrate un numar
de 3 745 732 articole, SpringerLink gestiona 1 768 932 articole iar ScienceDirect, 2 789 244. Din punct
de vedere al propagării câmpului electromagnetic şi al efectelor generate în raport cu mediul
biologic se utilizează noţiunile de mediu electrobiologic, conductor electrobiologic şi
bioelectromagnetism.
În tabelul 2.3. se prezintă o statistică pe anii investigaţi privind numărul de articole pe
baze de date analizate care au în titlu unul din termenii de interes menţionaţi înainte.
Tabelul 2.3. Articole ştiinţifice publicate la nivel mondial incluse în BDI
Baza de date
On-line
(BDI)
An Criteriu de căutare Total
anual
C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7
Science Direct 2010 6809 6499 5342 360 2658 4723 67 26458
2011 8279 7671 6137 409 3061 5308 60 30925
2012 9365 8130 6689 511 3724 6109 78 34606
2013 11032 9653 7823 628 4264 6808 65 40273
2014 12221 10054 8197 674 4655 7481 76 43358
IEEE Explore 2010 1743 3102 6724 4522 3432 3412 3424 26102
2011 2045 3122 7612 4243 3456 5434 5422 31829
2012 2044 4107 4512 4543 5456 4534 6522 32114
2013 2275 2126 5624 3422 2332 4512 4524 34102
2014 2355 1426 4512 6743 5456 5234 5522 23389
SpringerLink 2010 3783 6773 8724 3422 3532 2212 3224 23102
2011 4167 2452 1342 5643 3456 2334 3422 22816
2012 4786 5623 5624 5422 4432 3412 5524 34823
2013 4201 4572 3312 3443 4556 3334 4522 27940
2014 4582 4422 3412 5443 5456 5434 3422 32171
Notă: semnificaţia criteriilor de căutare a lucrărilor ştiinţifice gestionate de BDI este următoarea:
C1 - Electric field of power lines; C2 - Magnetic field of power lines; C3 - Electromagnetic field effects; C4 - lectromagnetic
pollution; C5 - Electric field and health; C6 - Magnetic field and health;C7 - Radiowave effects.
Încă de la primele constatări de la nivel mondial, interacțiunea și efectele câmpului
electromagnetic cu mediul natural și artificial a trezit interesul specialiștilor din țara noastră. Au
apărut sute de articole, cărți sau alte publicații care redau într-o formă complexă, cu înalt grad
științific rezultatele acestor interacțiuni.
În contextul cercetărilor din domeniu, numărul proiectelor derulate a crescut . Am
identificat utilizând internet-ul[116, 117], pentru intervalul 1990-2014, un număr de 62 proiecte
de cercetare axate pe următoarele probleme:
Ecologie electromagnetică(4);
criteriul 1
17 %
criteriul 2
17 %
criteriul 3
18 %
criteriul 4
11 %
criteriul 5
13 %
criteriul 6
14 %
criteriul 7
10 %
Rezultate pe criterii pentru perioada 2010-2014
20. 15
Riscuri generate de expunerea în câmpuri electrice şi magnetice în mediul
lucrativ(8);
Ecrane electromagnetice(5);
Utilizarea câmpului electromagnetic în tehnologii medicale(6);
Câmpul electromagnetic din reţelele electrice(4);
Dotarea laboratoarelor de compatibilitate electromagnetică(9);
Tehnologii inovative în compatibilitate electromagnetică(6);
Optimizarea efectelor câmpului electromagnetic în vederea creşterii
performanţelor echipamantelor şi aparatelor electrice(5);
Tehnologii cu microunde(7);
Expunerea în câmpurile electromagnetice generate de telefonia mobilă(6).
2.3.4.1.Influența câmpului electromagnetic asupra organismelor animale
Influenţa reală pe care expunerea la câmp electromagnetic o poate avea asupra
organismelor animale, se studiază prin două mari categorii de metode de investigare: studiile
epidemiologice desfăşurate asupra unor anumite populaţii şi experimente de laborator prin care
diverse ţesuturi şi chiar organisme pe ansamblu, sunt supuse unui program de expunere
controlată şi studiile pe modele cu simulări asistate informatic[111]. Caracterizarea acțiunii
câmpului electromagnetic și a trecerii curentului electric prin țesuturile vii se poate face printr-o
mărime fizică numită bioimpedanță[111]. Bioimpedanța depinde în primul rând de forma și
volumul țesuturilor. Totodată este în strânsă legătură cu caracteristicile biofizice ale
constituienților ce formeaază țesuturile vii[118]: celule, proteine, fluide intra și extracelulare,
nucleu,constituienți celulari, membrane etc. Proprietățile electrice ale țesuturilor, cum ar fi
conductivitatea și permitivitatea electrică depind de frecvența câmpului electromagntetic deci
implicit şi bioimpedanța depinde de aceasta. Prin analiza spectrografică a țesuturilor s-a putut
stabili modul de trecere a curentului prin bioimpedanța acestora. Astfel, la injectarea unui curent
alternativ de joasă frecvență membranele celulare nu lasă să treacă curentul prin interiorul
acestuia ci îl va circula prin lichidul extracelular. La frecvențe înalte membranele celulare nu
constituie bariere pentru pătrunderea câmpului electromagnetic[62]. Aceste exemple sunt
prezentate în figura 2.8. Celulele nervoase – axonii gigant de la specii de calamari, moluşte
cefalopode din ordinul Teuthida, are prin dimensiunile mari(0,5-1 mm), permiteau observaţii mai
uşoare, au stat la baza studiilor de electrofiziologie iniţiate de biologul englez A.Hodgkin şi
colaboratorii săi în anul 1939, care i-au permis stabilirea primului model electric al membranei
celulare.
Fig. 2.8. Modelul trecerii curentului prin țesutul viu la joasă(a) și înaltă frecvență(b)[62]
La animale, testele de expunere în câmp electric şi magnetic urmăresc identificarea unor
caracteristici şi rezultate care pot fi generalizate sau traspuse şi la om: imunitate, dereglarea
metabolismului, sterilitate etc. Rezultate ce evidenţiază influențe asupra țesuturilor şi
comportamentului animalelor au fost semnalate de autori în [21, 23,26, 36, 111, 127]. De
Curent electric Lichid extracelular Lichid intracelular
21. 16
exemplu, din studiile efectuate pe şobolani tineri menţionate în[127] se afirmă că după o
expunere de durată(30 zile) în câmpuri magnetice alternative de 50 Hz şi valori ale inducţiei de
0,5 mT, se pot produce schimbări genotoxice şi citogenetice, generatoare de cancere. Totodată s-
a constatat că expunerea în acest tip de câmp a dus şi la deteriorarea ADN-ului în celulele
creierului. Şi Drăgulinescu A. prezintă în [24], alte efecte asupra şobolanilor sau cobailor
obţinute de cercetători din toate colţurile lumii pentru câmpuri electromagnetice de frecvenţe
ridicate şi diverse intervale de expunere. Testele de laborator sunt efectuate şi pentru
identificarea pragului de sensibilitate al mărimilor de câmp electric şi magnetic la care
reacţionează anormal animalale marine. Valorile din[101,154], indică că pentru rechinii din
genul Carcharhinus plumbeus pragul schimbării comportamentului la intensitatea câmpului
electric este de 1μV/m iar la cei din genul Ginglymostoma cirratum acest prag este situat în
intervalul 0.5 – 2.5 1μV/m. Câmpurile electrice cu intensităţi începând de la 7 mV/m produc de
exemplu reduceri ale ritmului cardiac la anghile şi salmonide[168]. De asemenea, sunt semnalate
abateri ale vieţuitoarelor marine mai mult sau mai puţin accentuate, de la traseele de migraţie, ce
trec prin vecinătatea cablurilor de energie şi telecomunicaţii precum şi un comportament agitat al
acestora[101, 121, 124, 125]. Problema efectului negativ al expunerii în câmp electric şi
magnetic s-a pus şi în domeniul zootehnic. S-au efectuat experimente pentru constatarea
influenţei producţiei de lapte şi a texturii cărnii rezultate la diverse rase de bovine [48, 49].
Producţia de ouă a păsărilor şi vitalitatea acestora este diminuată ca urmare a expunerii în
CELM[26, 36, 82, 146].
Sintetizând alte informaţii existente în literatura de specialitate[24, 55], expunerea
organismelor animale inclusiv a oamenilor la unde electromagnetice de frecvenţe specific
telecomunicaţilor fără fir conduce la următoarele efecte:
Modificarea materialului genetic al celulei;
Alterarea expresiei genelor şi alterarea structurilor celulare;
Modificarea metabolismului calciului în creier(studii pe pisici);
Scăderea gradului de reproducere(studii pe musca Drosophila melanogasther) ;
Modificarea mecanismelor apărării celulare;
Alterarea sistemului imunitar;
Diminuarea rezistenţei cutanate şi alterarea proteinelor din piele;
Creşterea numărului limfoamelor;
Activarea apoptozei;
Alterarea metabolismului sinapselor la nivelul creierului
Facilitarea crizelor de epilepsie;
Tulburări ale ritmului cardiac şi ale presiunii sangvine;
Reducerea fluxului sangvin cerebral;
Creşterea cantităţii de mercur în urină;
Proliferarea crescută a bacteriilor patogene.
Procesarea alimentelor la microundele generate de cuptoarele de gătit, conduce la
următoarele efecte[24]:
Distrugerea rapidă a antioxidanţilor din fructe şi legume;
Alterarea constituenilor sanguini cu creşterea compuşilor de oxidare ai colesterolului şi
distrugerea valorii nutriţionale a nucleoproteinelor din carne;
Pierderea unor proporţii însemnate de acizi graşi esenţiali de tipul celui linoleic din
brânzeturi;
Creşterea nivelului de acizi graşi polisaturaţi cu molecule izomere de tip trans,
dăunătoare sănătăţii în lapte;
Pierderea proprietăţilor antiinfecţioase al laptelui matern;
Creşterea compuşilor nocivi din carne ce pot cauza cancer de tipuld-nitrosodietanolamină
şi destabilizarea compuşilor biomoleculari cu proteină activă;
Alterarea comportării catabolice a glucosidei, galactositei şi alcaloizilor din fructe şi
legume;
22. 17
Scăderi semnificative a biodisponibilităţii vitaminelor de tipul B, C şi E cu distrugerea
mineralelor esenţiale şi lipotrofocelor.
Microundele afectează aşadar valoarea nutritională a alimentelor, care este redusă
semnificativ. Modificarea structurii chimice a alimentelor poate produce disfuncţii ale sistemului
digestiv şi implicit apoi, dificultăţi la procesarea metabolică a acestora[24]. Cercetări efectuate
de cercetători ruşi au reliefat că ingerearea alimentelor tratate la cuptoare cu microunde conduce
la creşterea incidenţei cancerelor la stomac şi la intestine, a degradării ţesuturilor celulare
periferice şi disfuncţiilor sistemului limfatic.
2.3.4.2. Modelul electromagnetic al organismului uman
Principalele fenomene fizice care caracterizează expunerea în câmp electric sunt:
percepţia directă, acumularea de sarcină electrică prin influenţă sau inducţie, respectiv, variaţia
sarcinii în regimuri tranzitorii. Parametrii care caracterizează efectele biologice ale expunerii
organismului uman în câmp electric sunt: intensitatea câmpului electric (E) şi densitatea
curentului de conducţie (J). Prezenţa organismului uman influenţează distribuţia spaţială a
câmpului electric. Analiza efectelor se poate face prin evaluarea celor doi parametrii (E, J),
aplicând legile specifice electrotehnicii, având în vedere valorile mărimilor de material
(conductivitate şi permitivitate). La evaluarea efectelor câmpului electric asupra organismului
uman sunt importante atât valoarea, cât şi distribuţia curentului. Pentru evaluarea acestor mărimi
se utilizează metode de simulare şi metode experimentale pe bază de model. Parametrii
caracteristici pentru efectele biologice ale câmpului magnetic sunt inducţia (B) şi densitatea
curentului indus - Foucault (JF). Legătura între cei doi parametrii este stabilită pe baza legii
inducţiei electromagnetice şi a legii conducţiei electrice, având ca şi factor de influenţă
conductivitatea echivalentă a corpului uman [107, 111, 153].
Actualmente, se operează, în principal, cu limitele admise ale unor mărimi (Ea, Ba) uşor
măsurabile, limite stabilite pe baza efectului termic al CEM asupra organismului uman. Un
parametru esenţial utilizat în stabilirea limitelor admisibile este “rata specifică de absorţie” a
puterii undelor electromagnetice RSA(în engleză Specific Absorbtion Rate /SAR)[174, 175]:
γ
E
σ
dV
γ
dW
dt
d
RSA
2
i
(2.1)
unde,
dW – cantitatea de energie disipată/absorbită; dV – elementul de volum;
- densitatea ţesutului biologic;Ei – intensitatea câmpului electric în ţesut.
La impactul cu în organismul uman a câmpului electromagnetic au loc următoarele
fenomene[102]:
Câmpul electrostatic produce acumulări de sarcină la suprafaţa pielii considerată în
anumite condiţii ca mediu dielectric;
Variaţia în timp a fluxului magnetic produce tensiuni electromotoare induse şi respectiv
curenţi induşi, mediul interior ţesuturilor fiind predominant electrolitic deci conductor, în
special de speţa a II-a;
Câmpul electric realizează deplasare de sarcini electrice, deci curenţi electrici; Aceşti
curenţi produc încălziri locale ale ţesuturilor;
În funcţie de frecvenţa câmpului electromagnetic adâncimea de pătrundere variază de la
nivelul pielii până la atingerea anumitor organe;
În anumite condiţii ambientale şi de vestimentaţie, corpul uman are caracteristici de
izolator la exterior şi de conductor nemagnetic în interior putând fi considerat opac pentru
liniile câmpului electric şi transparent pentru cele ale câmpului magnetic.
Modelul expunerii în câmp electromagnetic de joasă frecvenţă radiat de liniile electrice
aeriene pentru organismul uman considerat omogen din punct de vedere al proprietăţilor
electrice şi magnetice se prezintă în figura 2.9. – cazul câmpului - electric, respectiv în figura
2.10. – cazul câmpului magnetic[9].
23. 18
Fig. 2.9. Modelul interacțiunii omului în câmpul electric generat
de rețelele electrice de frecvență industrială
Fig. 2.10. Modelul expunerii omului în câmpul magnetic generat
de rețelele electrice de frecvență industrială
a. Imagine anterioară(ventrală) b. Imagine posterioară(dorsală)
a. Imagine anterioară(ventrală) b. Imagine posterioară(dorsală)
solenoidal
E solenoidal
E
0
B
0
B
Foucault
J
Foucault
J
Curent alternativ
UF
Up = 0V
J
,J
0
E 0
E
interior
E ,
rezultant
E rezultant
E
interior
E
UF
Up = 0V
24. 19
Câmpul electric static generează acumulări de sarcini la suprafaţa corpului iar cel
staţionar deplasări ale sarcinilor în mediul electrolitic interior organismului, dând naştere unui
curent caracterizat prin densitatea Jint. Câmpul magnetic variabil al curentului alternativ din
reţelele electrice, produce câmp electric solenoidal în corp şi curenţi turbionari datorită
autoinducţiei.
Din punct de vedere al comportării electromagnetice fiecare om este unic în felul său.
Modelul electrostatic clasic al corpului uman(HBM – Human Body Model, în engleză), a fost
conceput ca un condensator care se încarcă prin inducţie sau frecare, care se descarcă naturale
apoi printr-o rezistenţă de scăpări[40]. Dispersia valorilor capacităţii electrice a corpului uman,
în legătură cu cea a rezistenţelor asociate a impus acceptarea unor compromisuri. Acestea au
condus la conceperea unui model al corpului prin care omul poate fi modelat printr-un
condensator de 100 pF care se descarcă printr-un rezistor de 1,5 kΩ[40].
Fig. 2.11. Repartiţia câmpului electric şi a densităţii de curent într-un organism uman[111]
În [111] se prezintă, după rezultatele lui W.T. Kaune, un model schematic privind
repartiţia densităţii de curent în diverse zone ale corpului cu înălţimea de 1,80 m(fig.2.11.)
obţinute prin măsurători, la diverse distanţe faţă de sol. Câmpul electric în care este amplasat
organismul considerat omogen ca structură, este uniform, având valoarea E0 = 10 kV/m,
frecvenţa de 50 Hz şi liniile de câmp la depărtare sunt paralele cu axa longitudinală a corpului.
Prin calcule, considerând conductivitatea medie a organismului uman σmed = 0,2 S/m şi subiectul
în contact cu solul au rezultat valorile distribuţiei de câmp în diverse zone ale corpului aşa cum
sunt reprezentate în figură. Din aceeaşi sursă[111], se mai poate constata că la acest tip de
expunere, intensitatea curentului care intră în organism prin suprafaţa expusă a capului este de
0,06 mA. În urma repartizării pe suprafaţa creştetului care are aproximativ 0,03 m2
, rezultă o
densitate de current de 2 mA/m2
.
Implicaţiile biologice ale expunerii organismului uman la câmpuri electrice şi magnetice
se pot studia metodologic, într-o abordare cibernetică sau în una analitică[89, 111, 135]:
Metoda cibernetică – consideră sistemul biologic ca pe o cutie neagră caracterizat numai
prin mărimi de intrare(câmpul electromagnetic cu mărimile caracteristice), mărimi de
ieşire(efectele biologice) şi legături între acestea, stabilite în cea mai mare parte pe baze
empirice.
Metoda analitică – se bazează pe modelare matematică a sistemului biologic pornind de
la modele foarte simple pe care le apropie treptat de realitate;
S-a dovedit că efectele biologice ale câmpului electromagnetic nu se pot reduce la relaţia
directă cauză – efect, ci s-a constatat iniţierea unor lanţuri de procese implicând sistemul nervos
şi modalităţile de transmitere a informaţiei, urmând o schemă similară celei prezentate în figura
2.12[111].
1,1 cm 12,8
cm
E=10 kV/m E=10 kV/m E=10 kV/m
GÂT
PIEPT
TALIE
GENUNCHI
GLEZNĂ
Pământ
3,25
2
0,95
0,7
3,7
15
4,7
2,2
1,5
6 4,5
1
1,4
2,9
7
J[mA/m
2
] J[mA/m
2
]
J[mA/m
2
]
7,5 ·10
-2
V/m
1,75 ·10
-2
V/m
3 ·10
-2
V/m
0,75 ·10
-2
V/m
4,5 ·10
-2
V/m
25. 20
Fig. 2.12. Organismul uman ca sistem biologic expus în câmp electromagnetic[111]
2.3.4.3. Influența câmpului electromagnetic asupra organismului uman
Studiile efectuate pe organismul uman, nu sunt atât de reliefante ca și cele efectuate pe
plante sau animale. În aceste situații apar probleme de ordin moral, deontologic și juridic. Nu
sunt posibile studii în vitro în câmpuri electromagnetice intense iar la cele în vivo sunt extrase
din rezultatele expunerii doar când aceasta este naturală sau provine din mediul ambiant
ocupațional. Având în vedere constrângerile enunțate, multe rezultate privind comportarea
organismului uman s-au obținut prin modelare şi simulare cu utilizarea calculatoarelor digitale
[12, 34, 58, 65, 75, 82, 102]. Multiple cazuri sunt semnalate în literatura de specialitate, inlusiv
în România, în care persoane fizice sau organizaţii au iniţiat acțiuni în justiţie pentru a demonstra
nocivitatea telefoniei asupra omului[70]. De exemplu, în municipiul Oradea, două asociații de
proprietari au obținut rezultate pozitive în instanţă, în lupta cu operatorii de telefonie mobilă. Un
caz notabil este cel al profesorului Mudura Pavel, care a demonstrat că efecţiunile cerebrale pe
care le-a contactat, se datorează antenelor montate pe blocul unde locuia, obţinând ca urmare a
acţiunilor sale, o sentinţă judecătoreacă care obliga operatorii de telefonie respectivi să schimbe
amplasamentul acestora. Drăgulinescu Andrei, în cartea intitulată”Idolii fără fir: Telefonia
mobilă și poluarea electromagnetică”[24], prezintă sintetic rezultatele unui număr de peste 700
articole și lucrări științifice precum și 20 de cărți de specialitate, care au ca scop demonstrarea
faptului că există efecte nocive ale tehnologiilor wireless asupra sănătății omului.Reprezentativă
pentru literatura de profil din România este şi cartea care îi are ca autori pe Mihai Zamfirescu,
Ioan Rusu, Gheorghe Sajin și colaboratorii, intitulată „Efecte biologice ale radiațiilor
electromagnetice de radiofrecvența și microunde„[167]. Autorii americani Dafna Tachover, şi
Richard A. Stein, pun în evidență efectele expunerii la radiațiile emise de telefonia mobilă în
lucrarea intitulată „The Truth about Cell Phone Radiation, What theIndustry Has Done to Hide
It, and How to Protect Your Family”. Probleme aduse sănătății de expunerea în câmp
electromagnetic, sunt evidențiate și în cartea lui Samuel Milham intitulată „Dirty Electricity,
Electrification and the Diseases of Civilization”, apărută la New York în anul 2012 [104].
Scopul raportului OMS din anul 2014 intitulat „ IARC Classifies Radio Frequency
Electromagnetic Fields as Possibly Carcinogenic for Humans”, la care au participat un număr de
31 de cercetători din 14 țări, a fost să identifice elemente de impact şi de risc privind generarea
de gliomuri - o formă malignă de cancer cerebral, asociate utilizării telefoanelor mobile.
Concluziile studiului inclus în raport, au fost ca există potențiale riscuri în această privință și s-a
recomandat prin intermediul, Dr. Johnatan Samet, președintelui grupului de lucru, de la
University of Sothern California - SUA, să continue observaţiile asupra legăturii dintre
FACTORI
INTERNI
RĂSPUNSURI
BIOLOGICE
GLANDE
ENDOCRINE
Condiţii
de mediu
Expunere la câmp
electromagnetic
INIMĂ SÂNGE
Prelucrare excitaţii
Modificări fiziologice
informaţie
ASISTEM NERVOS
CENTRAL
Producere de
Semnale electrice
Producere de
Semnale hormonale
26. 21
telefoanele celulare și riscul de cancer. Alte efecte asupra organismului uman asociate utilizării
telefoanelor mobile sau altui tip de aparatură wireless sunt menționate și în [6, 40,95, 104, 167].
Comitetul Ştiinţific pentru Riscuri Sanitare emergente şi nou identificate (SCENIHR -
Scientific Committee on Emerging and Newly Identified Health Risks) din cadrul Directoratului
pentru sănătate publică al Comisiei Europene, a publicat în ianuarie 2015, un Raport(precedentul
fiind publicat în anul 2009) privind potenţiele riscuri generate asupra sănătăţii privind expunerea
în câmp electromagnetic(Potential health effects of exposure to electromagnetic fields). Efectele
expunerii sunt defalcate pe benzi de frecvență : frecvență radio - RF ( 100 kHz < f ≤ 300 GHz ),
frecvență intermediară - IF ( 300 Hz < f ≤ 100 kHz ) , extrem de joasă frecvență - ELF ( 0 < f ≤
300 Hz ) și statice ( 0 Hz ). Informațiile pe care se bazează grupul de lucru al Comitetului au fost
obținute în principal din lucrări de cercetare originale publicate în reviste științifice
internaționale[176]. După analiza studiilor din cadrul raportului, ca exemple, se arată pentru
câmpul magnetic de frecvenţă foarte joasă, că există un risc crescut de leucemie la copii, dacă
valorile medii zilnice ale inducţiei depăşesc 0,3 – 0,4 μT la expunere de lungă durată sau că este
neclar dacă boala Alzheimer şi alte afecţiuni neurodegenerative sunt amplificate de acest tip de
expune[176].
Chiar dacă există controverse între cercetători, doar anumite afecţiuni sau simptome
fiind asociate direct expunerii în câmp electromagnetic, depinzând şi de parametrii acestuia,
durata expunerii sau distanţa faţă de sursă, gradul de percepţie al populaţiei faţă de aceste
probleme este diferit. Analizând instrumente de sondare a opiniei publice de tipul
Eurobarometrelor, iniţiate de Comisia Europeană, se poate afirma că există temeri ale populaţiei
europene, legate de faptul că expunerea în câmp electromagnetic poate afecta negativ sănătatea
umană. Un extras din Eurobarometrul 347/2010[169] - ultimul dat publicităţii de către Comisia
Europeană după cel din 2006 până la data efectuării cercetărilor din prezenta teză de doctoarat -
cu răspunsuri pe criteriul afectării sănătăţii datorită expunerii în câmpul electromagnetic generat
de Liniile electrice de înaltă tensiune pe ţări şi ca medie a UE, are aliura din figura 2.13.
Fig. 2.13. Percepţia polulaţiei UE privind afectarea sănătăţii datorită expunerii în câmpul
electromagnetic generat de liniile electrice de înaltă tensiune[169]
78 73
59 56
44 42 42 38 37 35 35 32 32 31 30 28 28 25 24 23 23 22 20 16 16 15 13 13
17
16
36
28
36
33 38
33
44
35 38
33 33
28
42 41 44
38 43 43
36
30 35
35
49
38 39 35
3
9
3
12 16 22 15
25
15
25
26
30 30
24
22 28 24
15
28 27
35 44
26
42
30
41 44 47
2 2 2 4 4 3 5 5 4 5 1 5 5
17
6 3 4
22
5 7 6 4
19
7 5 6 4 5
Italia
Cipru
Grecia
Portugalia
Spania
Slovenia
Irlanda
Ungaria
Austria
U.E.
Belgia
Luxemburg
Franţa
Malta
Polonia
Germania
Slovacia
Bulgaria
Suedia
Lituania
Estonia
Danemarca
România
Letonia
Cehia
Marea
Brit
Finlanda
Olanda
Foarte mult Moderat Deloc Nu ştiu
Răspunsuri privind gradul de afectare[%]
27. 22
În cazul temerile generate de CELM generat de aparatura electrocasnică şi a
telefoanelor mobile, cu aceleaşi tipuri de răspunsuri, o sinteză extrasă din sursa menţionată
anterior[169], pentru trei ţări şi ansamblul UE, se prezintă în figurile 2.14. şi 2.15. şi Anexa 1.
Fig. 2.14. Tipul de surse: Aparate electrocasnic Fig. 2.15. Tipul de surse: telefoane mobile
Din raportul final privind rezultatele eurobarometrului, se pot extrage date cu privire la
temerile globale privind riscurile asupra sănătăţii generate de expunerea în câmp
electromagnetic, comparativ pentru două etape de efectuare a sondajelor, prima din anul 2006 iar
a doua din anul 2010. La nivelul U. E., valorile procentuale medii ale răspunsurilor pentru
diverse grade ale temerilor sunt prezentate în figura 2.16[169].
a). b).
Analizele clinice evidenţiate în[154], arată incidenţa crescută a unor afecţiuni
cardiovasculare dobândite de un grup de control constituit din 44 de subiecţi din rândul
personalul operativ din staţii electrice înaltă tensiune. În luna mai a anului 2015, un grup de 190
de oameni de știință și cercetători, din 39 de țări, au semnat un apel adresat Organizației
Națiunilor Unite (ONU) și Organizației Mondiale a Sănătății (OMS), prin care atrag atenţia
asupra efectelor negative ale câmpurilor electromagnetice asupra sănătăţii umane şi solicită
revizuirea normelor de protecţie din acest domeniu. Semnatarii apelului meníonat au publicat
peste 2000 de lucrări ştiinţifice pe tema efectelor asupra sănătăţii ale radiaţiilor neionizante, ale
câmpurilor electromagnetice de foarte joasă frecvenţă provenite din domeniul transportului şi
distribuţiei energiei electrice sau de radiofrecvenţă utilizate pentru comunicaţii fără fir [104].
Rezultatele simulărilor numerice provenite de la specialişti din SUA încă din anul 1996,
şi prezentate în[24, 127], arată gradul de penetrare al undelor electromagnetice provenite de la
telefoane mobile în capul omului în diverse stadii de viaţă.
0%
20%
40%
60%
80%
100%
Grecia
Romania
Finlanda
U.E.
Nu ştiu
Puţin
Moderat
Foarte
mult
0%
20%
40%
60%
80%
100%
Bulgaria
Romania
Cehia
U.E.
Nu ştiu
Puţin
Moderat
Foarte
mult
48%
49%
3%
foarte îngrijoraţi
puţin îngrijoraţi sau deloc
nu ştiu
51%
46%
3%
foarte îngrijoraţi
puţin îngrijoraţi sau deloc
nu ştiu
Anul 2006 Anul 2010
Fig.2.16. Răspunsuri cu privire la temerile asupra riscului generat de câmpul electromagnetic
asupra sănătăţii, la nivelul Uniunii Europene[169]: a). pentru anul 2006; b). pentru anul 2010
Tip răspuns:
Tip răspuns:
28. 23
Acele rezultate pentru copii de 5 şi 10 ani precum şi de la adulţi, indică o creştere a
penetrării ţesuturilor craniene inclusiv a creierului în stadiile incipiente ale vieţii cu procente
semnificative faţă de cele de la vârste mai avansate. Grafica acestor simulări este prezentată în
figura 2.17[24, 191].
Fig. 2.17. Pătrunderea câmpului electromagnetic generat de telefoanele mobile în creier[ 191]
În conformitatea cu prevederile directivelor europene preluate şi la nivel naţional, se
disting următoarele categorii de efecte asupra organismului uman datorate expunerii în câmp
electromagnetic[182, 185]:
A. Efecte biofizice directe - efectele asupra corpului uman cauzate în mod direct de
prezenţa acestuia într-un câmp electromagnetic, inclusiv: efecte termice, precum încălzirea
ţesuturilor prin absorbţia de energie provenită de la câmpurile electromagnetice; efecte
nontermice, precum stimularea muşchilor, a nervilor sau a organelor senzoriale. Aceste efecte
pot avea consecinţe dăunătoare asupra sănătăţii mintale şi fizice a lucrătorilor expuşi. În plus,
stimularea organelor senzoriale poate duce la simptome tranzitorii, precum fosfene sau vertij.
Aceste efecte pot crea o perturbare temporară sau pot afecta funcţia cognitivă sau alte funcţii
cerebrale sau musculare şi astfel pot influenţa capacitatea unui lucrător de a-şi desfăşura
activitatea în condiţii de securitate; curenţi induşi în membre.
B. Efecte indirecte - efectele cauzate de prezenţa unui obiect într-un câmp
electromagnetic, care pot determina un risc pentru sănătate sau securitate, cum ar fi: interferenţa
cu echipamente şi dispozitive medicale electronice, inclusiv stimulatoare cardiace şi alte
dispozitive medicale implantate sau purtate pe corp; riscul de proiectare de obiecte
feromagnetice în câmpuri magnetice statice; iniţierea dispozitivelor electroexplozive
(detonatoare); incendii şi explozii rezultate din aprinderea materialelor inflamabile din cauza
scânteilor produse de câmpurile induse, de curenţii de contact sau de descărcările cu scânteie;
curenţi de contact.
Valorile limită de expunere şi de declanşare a acţiunii câmpurilor electromagnetice
asupra organismului uman evidenţiate prin mărimi specifice, sunt înscrise în reglementări, pentru
următoarele categorii de afecţiuni[84, 183,185]:
Încălziri interne ale ţesuturilor întregului corp
Efecte generale asupra sănătăţii
Efecte senzoriale
Stress termic localizat la nivelul membrelor şi capului
Apariţia fosfenelor şi modificări minore tranzitorii ale anumitor funcţii cerebrale
Stimularea electrică a ţesuturilor nervoase periferice şi autonome de la nivelul capului şi
al trunchiului
Stimularea electrică a tuturor ţesuturilor din sistemul nervos central şi periferic din
organism, inclusiv capul.
Valorile de prag ale mărimilor de câmp electromagnetic considerate dăunătoare asupra
sănătăţii sunt stabilite de reglementări legislative sau recomandări la nivel global, european [170,
171, 173] sau naţional[174,175, 185].
Copil de 10 ani
Copil de 5 ani Adult
29. 24
2.3.4.4. Câmpul electric și magnetic în instalaţiile electroenergetice
Preocupări constante le au specialiștii români sau străini în ceea ce privește evaluarea
practică sau prin calcul și simularea numerică a câmpului electric și magnetic pe teritoriul sau în
vecinătatea unor componente ale rețelelor electrice. Reprezentative în acest sens sunt rezultatele
prezentate în [4, 5, 8, 10, 37, 41, 53, 60, 83, 87]. Prin compararea valorilor obţinute cu cele
limită admise se apreciază gradul de expunere în câmp electromagnetic al muncitorilor şi ricurile
profesionale asociate acestuia [23, 27, 32, 56, 129, 142]. Alte studii se bazează pe investigaţii
clinice pe grupuri martor de lucrători din sistemele electroenergetice şi compararea rezultatelor
cu ale unor persoane de aceleaşi categorii de vârstă, sex sau stil de viaţă constituite în grupuri de
control şi care nu desfăşoară activităţi în sectorul energiei electrice. Reliefante în acest scop sunt
lucrările[44, 88, 90, 91].
Există şi autori care au dezvoltat aplicații program proprii pentru generarea distribuției
mărimilor de câmp electromagnetic pentru echipamentele analizate. Astfel în[130], Ioan T. Pop
şi Călin Munteanu, precum și lucrările [113,114,115, 116], redau rezultatele simulării distribuției
câmpului electric și magnetic pe teritoriul stațiilor electrice de înaltă tensiune. Autorii au utilizat
o aplicație dezvoltată în programul utilitar Mathematica. Un exemplu în acest sens[113, 130], cu
indicarea valorilor intensității câmpului electric pe teritoriul stației electrice Roșiori din judeţul
Satu-Mare, din gestiunea companiei Transelectrica S.A., este prezentat în figura 2.18. Imaginea
reprezintă o hartă în cod de culori a distribuţiei câmpului electric pe teritoriul staţiei.
Fig. 2.18. Distribuția câmpului electric pe teritoriul SE 400/220 kV Roșiori[113][130]
Dincolo de măsurătorile obligatorii pe care trebuie să le efectuieze angajatorii în vederea
asigurării siguranţei personalului la locul de muncă, investigarea mărimilor de câmp electric şi
magnetic pe teritoriul staţiilor electrice(SE) au constituit cu preponderenţă şi obiectul unor
lucrări ştiinţifice. Dintre aceste staţii, se amintesc: SE Roşiori[39, 130], SE Cluj Centru şi Cluj
Sud[113], S.E. Oradea Centru, S.E. Beiuş, SE Vaşcău[34, 35], SE. Brazi Vest, SE Dârste, Cluj
Est[112], SE Lacu Sărat, SE Constaţa Nord, SE Tulcea Vest[88] sau Sibiu Sud[161].
Cercetările experimentale privind distribuţia câmpului electric şi magnetic în vecinătatea
liniilor electrice aeriene şi în cablu se află de asemenea printre preocupările specialiştilor[1, 10,
16, 23, 37, 39, 57, 60, 83,93, 94, 98, 102,122,123, 128, 139, 151, 160]. De exemplu, măsurătorile
privind intensitatea câmpului electric prezentate în[167], indică valori maxime de 450 V/m la
distanţa de 10 m de aliniamentul unei LEA 110 kV cu dublu circuit. Studiul nu face însă
precizări legate de apropierea conductoarelor faţă de sol. În[93] pentru un stâlp tip SN de 110 kV
se indică pentru intensitatea câmpului electric, valori de 428,571 V/m în axul acestuia la distanţa
de 2 m faţă de sol şi respectiv 87,414 V/m la distanţă de 10 metri faţă de stâlp la aceeaşi înălţime
de măsură.
LEGENDA
E [kV/m]
30. 25
III. METODE DE CALCUL A MĂRIMILOR DE CÂMP ELECTRIC ȘI MAGNETIC
PENTRU COMPONENTELE REȚELOR ELECTRICE
3.1. Considerații preliminare
Capitolul curent face referire la determinarea mărimilor de câmp electric şi magnetic pe
baza modelelor de calcul matematic. Modelele matematice au apărut din necesitatea de a descrie
şi studia pe bază de analiză formală, comportarea unei categorii de sisteme reale, cu scopul de a
controla şi dirija activitatea lor viitoare[22, 38].
Pentru calculul câmpului electromagnetic se porneşte de la ecuaţiile lui fundamentale,
urmărindu-se apoi obţinerea unor metode de evaluare care să conducă în final la rezultate
numerice cu precizie cât mai bună. Sunt cunoscute numeroase metode pentru determinarea
câmpului electric şi magnetic. Acestea se disting în metode numerice, analitice, grafice, grafo-
analitice și analogice[22, 24, 38,100, 106, 107, 108,153, 163].
Cu metodele analitice se obțin soluții care se exprimă prin anumite funcții cunoscute.
Soluțiile analitice prezintă avantajul că permit interpretarea calitativă a rezultatelor. Însă numărul
configurațiilor care poate fi abordat cu metode analitice este redus. Principalele metode analitice
sunt: metoda elementară(sau directă), metoda integrării ecuațiilor Poisson-Laplace prin separarea
variabilelor, metoda imaginilor electrice, metoda funcțiilor de variabilă complexă - asociată cu
transformări comforme și metoda funcțiilor Green[22, 105, 153].
Metodele numerice se pot aplica oricărei configurații, cu o eroare care depinde de
metoda folosită și de partiționarea domeniului de camp. Principalele metode numerice sunt
metoda diferențelor finite , metoda elementelor finite, metoda elementelor de frontieră, metoda
integrărilor finite etc. [22, 117, 153].
Metodele grafice se bazează pe trasarea spectrului câmpului studiat, iar metoda grafo-
analitică folosește aproximarea formei liniilor de câmp prin segmente drepte și arce de cerc sau
mai rar, arce de elipsă. Metodele analogice folosesc reprezentarea câmpului electromagnetic prin
câmpuri de altă natură(în care să se determina mai ușor prin măsurători anumite mărimi de
câmp)[22, 153, 167].
După numărul de coordonate spațiale de care depinde câmpul, se disting câmpuri tri(3D)
- , bi(2D) - și uni(1D)- dimensionale [135, 163]. În cadrul câmpurilor bidimensionale se disting
câmpuri plan-paralele[153,163] -nu depind de coordonata axei perpendiculare pe plan, și plan
radiale - nu depind de unghiul de azimut al planului meridian care trece prin axa unei
configurații cu simetrie față de o axă.
Studiul analitic al problemelor de câmp electric și magnetic se face parcurgând
următoarele etape principale[ 22, 34, 153, 163]:
Determinarea ecuației sau ecuațiilor diferențiale care descriu fenomenele;
Stabilirea condițiilor la limite și/sau a celor inițiale pentru cazul studia;
Integrarea ecuației sau sistemului de ecuații diferențiale astfel încât să
satisfacă toate condițiile impuse;
Confruntarea rezultatelor obținute pe cale analitică cu datele experimentale;
În prezent, fiecare dintre etapele amintite beneficiază de o bază de date științifică
puternică, care se perfectează și completează în continuu. De exemplu, ecuațiile diferențiale și
metodele lor de integrare sunt tratate în lucrări ca [38, 43, 123, 135].
Scopul unei probleme de câmp electromagnetic constă în determinarea distribuției
vectorilor CELM {E(r,t), D(r,t), H(r,t), B(r,t)} sau , în funcţie de configurație, doar a unei părţi
din aceștia – într-un domeniu r DΣ precizat și, în general, într-un interval temporal t
[0,T]specificat, pornind de la anumite date necesare și suficiente.
Rezolvarea unei probleme de câmp electromagnetic implică soluționarea unei ecuații -
numită ecuație originală – care se poate formula astfel[153]:
C∙u = f , (3.1)
31. 26
unde C, este un operator care acționează din spațiul X (al funcțiilor printre care este
căutată soluția u zisă soluție exactă) în spațiul Y(al funcțiilor unde este dată funcția – sursă f).
Deseori, soluția ecuației originale anterioare rezultă foarte complicată încât, este practic
inutilizabilă. Metodele de calcul numeric al câmpului electromagnetic urmăresc, de aceea sa
determine o soluție discretă, aproximativă, a unei probleme de câmp. În acest scop spațiul X (al
soluției) și Y(al sursei) sunt înlocuite prin spații de funcții mai simple Xh și respectiv Yh, finit
dimensionale, iar operatorul C al problemei originale este aproximat prin operatori discretizați,
mai simpli Ch, astfel încât ecuației originale îi este asociată o familie sau un șir de ecuații de
aproximare[153]:
Chuh = fh (3.2)
unde uh Xh numită soluție discretă(aproximativă) aproximează soluția u când fh Yh
aproximează sursa f iar h este un parametru care caracterizează rafinarea disctretizării(și implicit,
precizia aproximării).
Rezolvarea corectă a unei probleme de câmp electromagnetic în orice regim specific se
reduce din punct de vedere matematic la rezolvarea unor ecuații diferențiale cu derivate parțiale.
Pentru ca o problemă de câmp să fie corect formulată trebuie îndeplinite următoarele condiții[38,
54, 153]:
Problema de câmp să admită soluție;
Soluția să fie unică;
Soluția să depindă continuu, de datele problemei.
Verificarea acestor condiții presupune demonstrarea unor teoreme particulare de
existență, de unicitate, respectiv de continuitate a soluției. Dintre aceste condiții o importanță
teoretică și practică sporită o au teoremele de unicitate, care stau la baza formulării corecte a
problemelor asociate modelelor studiate.
3.2. Câmpul electromagnetic(CELM) generat de liniile electrice
Liniile electrice aeriene pot fi reduse la pentru calcule ca fiind conductoare cilindrice
despărțite de izolație de aer. Ca metode de calcul chiar dacă aproximative sunt aplicate metoda
sarcinilor echivalente sau metoda imaginilor[22, 98]. Abaterea dintre metode nu trebuie să
depășească un procent de 10%. De asemenea erorile introduse nu trebuie să conducă la abateri
mai mari de 10 % considerate acceptabile[22, 129] între rezultatele obținute prin calcul și cele
experimentale.
3.2.1.Calculul mărimilor de câmp electric
Modelul fizic transversal al unei linii electrice aeriene trifazate şi schema electrică
echivalentă monofazată sunt reprezentate în figura 3.1[16, 129].
Se poate constata că o LEA formează un sistem de capacităţi atât faţă de pământ cât şi
între faze. De-a alungul liniilor electrice tensiunea şi curentul se modifică, fapt ce dovedeşte
prezenţa unor parametrii longitudinali daţi de = R + jX, precum şi a unor parametri transversali
înglobaţi în = G + jB. Parametrii specifici ai liniilor electrice aeriene raportaţi la unitatea de
lungime, necesari evaluării câmpului electromagnetic la frecvenţă industrială sunt[68, 129]:
rezistenţa ro [Ω/km], reactanţa inductivă xo = Loω[Ω/km], conductanţa go[S/km] şi susceptanţa
bo= Coω[S/km].
Rezistenţa totală a unei LEA trifazate de lungime l[km], se calculează cu relaţia[16, 129]:
Rt = ro [Ω] (3.3)
32. 27
Fig. 3.1. Modelul fizic al unei LEA(a) şi schema electrică echivalentă monofazată(b)
cu r0 – 0,122 [Ω/km] conform[16] ca fiind valoarea rezistenţei specifice pe unitatea de
lungime, la temperatura mediului de 20 o
C.
Reactanţa totală aceluiaşi tip de linii se poate calcula cu formula[16]:
Xt = xo [Ω], cu xo = 0,1445lg [Ω/km], (3.4)
în care:
Dm – distanţa medie geometrică dintre conductoarele liniei electrice, în mm.
r – raza conductorului, în mm
Susceptanţa totală este dată de relaţia[16]:
Bt= ωCsl [S] (3.5)
Iar capacitatea echivalentă a sistemului de capacităţi format de conductoarele LEA este
denumită capacitate de serviciu sau de lucru[129] şi se poate calcula în general cu relaţia:
C = (3.6)
Ea reprezintă raportul dintre sarcina electrică Q pe care o poartă conductoarele LEA şi
diferenţa dintre potenţialul fiecărui conductor V1,2,3, şi potenţialul de referinţă Vo.
Câmpul electric generat de un conductor al unei LEA aflată sub tensiune, într-un un punct
P situat la distanța d față de sol şi r faţă de conductor este dat de relația[45]:
(3.7)
unde qi este sarcina punctiformă în punctul de referinţă i iar este vectorul de poziţie al
punctului P faţă de sarcina q. Intensitatea câmpului electric pentru un sistem trifazat se va obţine
prin suma vectorială a intensităţilor câmpurilor electrice produse sarcinile electrice ale
conductoarelor LEA, adică:
= + + (3.8)
Procedura de însumare vectorială se aplică şi în cazul câmpului magnetic pentru liniile
electrice polifazate.
Modelul de calcul prezentat în[93, 94] are la bază metoda imaginilor electrice şi schema
din 3.2. Pentru calculul potenţialului V se foloseşte relaţia următoare:
= α· (3.9)
Cm
Cm Cm
Cp Cp Cp
R S
T C C
C
C
Conductor de fază
Conductor de nul
33. 28
Fig. 3.2. Model de calcul al intensităţii câmpului electric pentru LEA s.c de Î.T.[93, 94]
Iar expresiile pentru calculul componentelor intensităţii câmpului electric sunt:
(3.10)
(3.11)
În relaţiile de calcul prezentate mai sus termenii necunoscuţi au semnificaţia următoare:
α = şi εo = şi Fpk = - (3.12)
iar rpki = distanţa de la conductorul k la punctul P în care se face calculul
= distanţa de la punctul P la imaginea electrică a conductorului de fază k;
n = numărul de conductoare care îşi aduc aportul la valoarea mărimii calculate;
qk = sarcina electrică a conductorului de fază k distribuită liniar;
Sarcina electrică distribuită liniar pe conductoarele de fază se determină pe baza relaţiilor
lui Maxwell referitoare la capacităţi, scrise matricial astfel[126, 127]:
[U] = [p][q] (3.13)
unde [U ] este matricea potenţialelor faţă de pământ ale conductoarelor de fază, iar [p] este
matricea coeficienţilor de potenţial alcătuită cu elemente de forma[126, 127]:
pij = α·ln şi pii = α·ln (3.14)
cu Dij fiind distanţa între conductorul i şi j iar, distanţa între conductorul i şi imaginea
conductorului j faţă de pământ, iar roi este raza conductorului i. Coeficientul α are valoarea
1/2πε0. Câmpul electric format va avea intensitatea:
Epi = (3.15)
Câmpul magnetic generat de LEA utilizând modelul grafic din figura 3.3. pentru acelaşi
punct este dat de curenţii armonici generaţi în conductoare după direcţia z de forma ( .,
z
R1
S1
T1
T2
S2
R2
H3
H2
H1
x
d2
d1
d3
P(x;y)
y
34. 29
). Inducţia magnetică va avea următoarele componente după axele x şi y în punctul P din
vecinătate:
= - β ; = - β ; Bpi = (3.16)
cu coeficientul β = µo/2π
Adaptat la o porţiune de LEA 400 kV cu trei faze modelul are schema din figura 3.3. iar
dimensiunile standard ale unui stâlp tip Pass 400 sunt evidențiate în figura 3.4.
Fig. 3.3. Schema de calcul adaptată pentru conductoarele LEA 400 kV
Imaginea de ansamblu și dimensiunile tipului de stâlp considerat se prezintă în figura 3.4.
a. b.
Fig. 3.4. Imagine de ansamblu(a) și schița cu dimensiunile stâlpului de tip Portal PASS 400(b)
Tot pornind de la metoda imaginilor, pentru cazul conductoarelor LEA de foarte înaltă
tensiune, simplu circuit, calculul intensităţii maxime a câmpului electric se poate efectua
conform [118],aplicând relaţia:
Em= 1,05 (3.17)
în care,
Umr – tensiunea maximă de funcţionare a liniei;
H – distanţa faţă de sol; D – distanţa între fazele liniei;
C1 – capacitatea lineică a sistemului de succesiune directă
C1 = 1,02·5,55·10-8
lg(Dec/rec) ; Dec= 1,26 D (3.18)
Rec – raza echivalentă a conductoarelor fasciculare
R S T
1 2 3
11 m 11 m
22,5
m
18,00 m
hR hS hT
P1(26;2)P2(46;2)P3(66,2)P4(86,2) P5(106,2)
y
x
0
z
Z1÷10=30
P10
35. 30
r- raza conductorului echivalent în cm(raza reală a conductorului unei LEA se înmulţeşte cu un
coeficient care ţine seama de torodarea firelor conductorului)
Notând cu ri raza conductorului i şi cu hi distanţa lui faţă de sol, pentru cazul general când
conductoarele unei linii electrice nu sunt în acelaşi plan rezultă[118]:
D’ij = (hi + hj)2
+ (3.19)
În practică înălţimea conductoarelor faţă de sol este afcctată de mai mulţi factori şi
variază în lungul unei deschideri şi de la o deschidere la alta, astfel încât hi şi hj , care se introduc
în calcule, vor fi considerate ca înălţimi medii:
Astfel, înălţimea medie de suspendare a conductorului activ I, pentru săgeata maximă fmax
este[118]:
hmedI = hi – 2/3fmax , [m] (3.20)
pentru determinarea capacităţii lineice a sistemului de sucesiune directă C1 este necesar să fie
evaluată raza echivalentă a conductoarelor fasciculare.
Dispunerea conductoarelor şi mărimile de calcul pentru o linie de 400 kV se prezintă în
figura 3.5[118].
Fig. 3.5. Dispunerea conductoarelor LEA 400 kV[118]
Calculul câmpului electric periferic şi din vecinătatea conductoarelor fasciculate are
importanţă la nivele foarte ridicate ale tensiunii unde apare această echipare. Liniile de foarte
înaltă tensiune, începând cu nivelul de 220 kV sunt echipate aproape în exclusivitate cu un
fascicul de mai multe conductoare pe fază(2, 3 sau 4) denumite şi conductoare jumelate. Această
dispoziţie permite menţinerea câmpurilor superficiale ale conductoarelor la valori admisibile.
Fasciculele de conductoare(fig. 3.6) ale unei faze sunt caracterizate prin următoarele mărimi:
ro – raza conductoarelor elementare în cm;
n – numărul conductoarelor elementare;
σ
11 m
0,4 m
a b c
ν σ σ
Daν,bσ
Daν,bν
ν
ν ν ν
ν
σ σ σ
b c
a
h
i
=
14,3
m
h
i
=
h
=
14,3
m
11 m
0,4 m 0,4 m
dbν,cσ
dbσ,cσ
dbν,cν
dbσ,cν
36. 31
R – raza cercului circumscris fasciculului(cercul care trece prin centrele tuturor conductoarelor),
în cm;
a – distanţa între două conductoare jumelate consecutive, în cm şi calculată cu relaţia:
a = 2R sinπ/n
re – raza echivalentă a fasciculului este raza unui conductor unic fictive, care are aceleaşi
capacităţi de serviciu ca şi fasciculul real în raport cu celelalte conductoare învecinate şi este dată
de expresia[118]:
re = Rp·n·ro/R (3.21)
Fig. 3.6. Explicativă privind mărimile geometrice de calcul ale unui fascicul de n conductoare
Pentru cazul a 2 conductoare mărimile geometrice de calcul sunt prezentate în figura 3.7.
În determinarea intensităţii câmpului electric generat de întregul fascicul este necesară
determinarea numărului de conductoare elementare şi a razei echivalente a fasciculului.
Dacă analizăm formula prin care se determină raza echivalentă , se observă faptul că este
necesar să se determine numărul conductoarelor elementare, respectiv valoarea lui R[118]:
re = R [cm], (3.22)
Valoarea medie a intensităţii câmpului electric al unui conductor din fascicul, este dat de
relaţia[118]:
Emed = ·
πε
= 0,018 , [V/cm] (3.23)
Unde Q = sarcina lineică a fasciculului, iar ro = raza unui conductor;
Se defineşte deci un câmp maxim şi un câmp minim, astfel:
Emax = Emed , [V/cm], Emin = Emed [V/cm] (3.24)
Se admite în general că variaţia câmpului în jurul conductorului este de forma [118]:
a
a a
1
2
n
h
Rp
ro
2ro
R
re
Emin
Emax
Emed
θ
Eo
0
p
