esempi di misure di campi elettromagnetici nei luoghi di...
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Istituto di Fisica Applicata “Nello Carrara”Consiglio Nazionale delle RicercheArea della Ricerca di Sesto FiorentinoVia Madonna del Piano 1050019 Sesto Fiorentino (FI)
Esempi di misure di campi elettromagnetici nei luoghi di elettromagnetici nei luoghi di
lavoro
ing. Nicola Zoppetti [email protected]
(1)Verifica del rispetto dei valori di azione
TRE APPROCCI
• Calcolo/valutazionecon
In generale, le misure sono il più oneroso dei tre approcci,
“Il datore di lavoro valutae, se del caso, misura e/o calcolai livelli
dei campi elettromagnetici ai quali sono esposti i lavoratori”
Art 9. comma 1Dlgs 81
Convegno "Esposizione dei lavoratori ai campi elettromagnetici e alle radiazioni ottiche alla luce del D.LGS. 81/2008", Bolzano, 10-11 giugno 2010
• Calcolo/valutazionecon metodi (analitici) più o meno semplificati
• Calcolocon metodi numerici più o meno raffinati
• Misure sul campo
più oneroso dei tre approcci, a causa dei costi connessi
con la strumentazione (acquisizione e gestione), con la formazione del personale e
con l’esecuzione delle campagne sul territorio
Utilizzo di misure
Inoltre, le misure possono essere utilizzate:
• a conferma (puntuale) dei risultati di una valutazione (più generale) del rispetto
“Il datore di lavoro valutae, se del caso, misura e/o calcola i livelli
dei campi elettromagnetici ai quali sono esposti i lavoratori”
Art 9. comma 1Dlgs 81
Convegno "Esposizione dei lavoratori ai campi elettromagnetici e alle radiazioni ottiche alla luce del D.LGS. 81/2008", Bolzano, 10-11 giugno 2010
(più generale) del rispetto dei valori di azione con metodi semplificati
• ai fini della modellazione delle sorgenti nel contesto di approfondimenti dosimetrici con tecniche numeriche
“..qualorarisulti che siano superati i valori di
azione ….. il datore di lavoro valuta e, quando necessario, calcolase i valori limite di
esposizione sono stati superati”
Art 9. comma 2Dlgs 81
Fattori che influenzanola selezione della strumentazione
• Modalità di misura (banda larga/stretta)
• Frequenza
• Posizione del sito di misura rispetto alla sorgente
• Grandezza da misurare (campo E/campo H)
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Modalità di misura: banda larga/banda stretta
Banda larga: un unico valore indica il livello complessivodi campo elettromagnetico presente nel sito di misura
Banda stretta: una misura per ogni sorgente
Misure a banda larga
+ Sono più pratiche, semplici e veloci.
+ Richiedono strumentazione più economica, il cui utilizzo presuppone minori competenze.
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minori competenze.
+ Forniscono risultati più immediati e sintetici.
- L’operatore non ha il pieno controllo su cosa sta effettivamente misurando.
Struttura generale di uno strumento per misure NIR
a rivelazione diretta
La strumentazione a rivelazione diretta è utilizzata di regola per le misure a banda
larga
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Segnale DC
RIV
Esempio di sensore di campo
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sensore di campo elettrico a banda larga (da 100 kHz a 3 GHz, da 1 a
800 V/m)
Misure a banda stretta+ Forniscono una caratterizzazione completa
delle situazioni complesse, poiché permettono di determinare frequenza, ampiezza ed occupazione di banda di ciascuna sorgente presente.
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ciascuna sorgente presente.
- Richiedono strumentazione costosa e notevole competenza specifica.
Struttura generale di uno strumento per misure NIR
ad accoppiamento RF
La strumentazione ad accoppiamento RF è utilizzata soprattutto per le misure a banda
stretta
Segnale RF
Esempi di apparati per misure a banda stretta
Catena 1-10 GHz
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Anritsu MT8220AUMTS Master
Misure a banda stretta: quandosono necessarie?
Quando sono presenti sorgenti in diverse “bande normative”
Quando, in caso di superamento del Quando, in caso di superamento del limite di sicurezza, è necessario attribuire a ciascuna sorgente il proprio contributo
Regioni EM e requisiti per le misure
Esigenze strumentali tipiche per la sorveglianza fisica in ambiente di lavoro
Esposizioni in campo di
prossimità o in campo radiativo
vicinoLe sonde devono avere
Sorgenti ben identificate,
raramente sono necessarie misure a banda stretta
La complessità e la grande specificitàdelle
situazioni espositive limita l’applicabilità dei
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Forti gradienti spaziali
Le sonde devono avere sensori di dimensioni piccole rispetto alla lunghezza d’onda
La conseguente perdita di sensibilitànon rappresenta in genere un problema, poiché i
campi sono intensi, spesso anche superiori ai limiti normativi
metodi di valutazione teorica
Complessa variabilità temporale
EN 50499Procedura per la valutazione dell'esposizione dei lavoratori ai campi elettromagnetici
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1. Forme d’onda sinusoidali.
2. Esposizione simultanea a
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2. Esposizione simultanea a sinusoidi con frequenza diversa o forme d’onda complesse.
Riscaldamento industrialea perdite dielettriche
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a perdite dielettricheT.2.4
Riscaldamento industrialea perdite dielettriche
Daniele Andreuccetti, IFAC-CNR – Relazione alla GdS AIRP-AIRM, Frascati (Roma), 14 novembre 2006 - 18/42
Incollaggio del legno
Riscaldamento industrialea perdite dielettriche
Saldatura della plastica
Daniele Andreuccetti, IFAC-CNR – Relazione alla GdS AIRP-AIRM, Frascati (Roma), 14 novembre 2006 - 19/42
Riscaldamento industrialea perdite dielettriche
Daniele Andreuccetti, IFAC-CNR – Relazione alla GdS AIRP-AIRM, Frascati (Roma), 14 novembre 2006 - 20/42
Strumenti a rivelazione
Sensore
Segnale DC
Equalizzatore,rivelatore, filtropassa basso adalta costante ditempo
Voltmetro DC
Daniele Andreuccetti, IFAC-CNR – Relazione alla GdS AIRP-AIRM, Frascati (Roma), 14 novembre 2006 - 21/42
rivelazione diretta ed
integrazione completa
Riscaldamento industrialea perdite dielettriche
Daniele Andreuccetti, IFAC-CNR – Relazione alla GdS AIRP-AIRM, Frascati (Roma), 14 novembre 2006 - 22/42
I valori di campo riscontrabili in ambiente di lavoro possono porre - per problemi di compatibilità elettromagnetica - severe
limitazioni alla strumentazione utilizzabile
Daniele Andreuccetti, IFAC-CNR – Relazione alla GdS AIRP-AIRM, Frascati (Roma), 14 novembre 2006 - 23/42
PMM 8053A con sensore EP-408
Essiccatrice a perdite dielettriche
(T.2.4)(T.2.4)
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Per gentile concessione di Azienda USL 7 di SienaDipartimento di Prevenzione
Laboratorio Agenti FisiciStrada di Ruffolo53100 S I E N A
Essiccatrice RF a perdite dielettricheSTALAM
SP02-170 Radio Frequency Dryerhttp://www.china-deyi.com/endefault.asp
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Strumentazione utilizzata
NARDA
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NARDAEMR-300 Radiation Meter
Zonizzazione EN50499
Zona 0: sono rispettati i limiti per lavoratori e popolazione.
Zona 1: sono rispettati i limiti per lavoratori ma NON quelli per la popolazione.
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popolazione.Zona 2: NON sono rispettati i limiti per
lavoratori ( e ovviamente anche quelli per la popolazione).
Risultati misure e zonizzazioneLimiti per la popolazione a 27.12 MHz:
E: 28V/m
H:0.073 A/m.
Limiti per i lavoratori a 27.12 MHz:
E: 61 V/m
H: 0.16 A/m
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Alimentazione elettrica di grossi apparati industriali
(compressori gruppi frigoriferi)(compressori gruppi frigoriferi)T.2.16
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In collaborazione con Azienda USL 7 di SienaDipartimento di Prevenzione
Laboratorio Agenti FisiciStrada di Ruffolo53100 S I E N A
EN50499
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Sala compressori
Da un primo screening è risultato come le sorgenti significative fossero i circuiti di alimentazioni dei compressori
Sono considerati conformi per l’esposizione ai campi
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l’esposizione ai campi magnetici (inclusi in Tabella 1) tutte le installazioni elettriche / circuiti singoli /circuiti con conduttori vicinicon corrente di fase/netta non superiore ai 100A (popolazione) e 500 A (lavoratori).
Potenza nominale del gruppo frigorifero [KW]
Corrente nel momento della misura [A]
B misurato a 10 cm circa dai cavi [µT]
132 X 2 200 93
132 X2 200 46
315 450 200
315 450 150
750 800 100
750 800 70
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Allegato F (informativo) EN50499
][2.02
0 Td
I
d
IB effeff
RL µπ
µ ==][
5002.0 m
Id eff
lavoratori =
][100
2.0 mI
d effepopolazion =
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Potenza nominale del
gruppo frigorifero [KW]
Corrente nominale [A]
Corrente nel momento della
misura [A]
B misurato a 10 cm circa dai cavi
[µT]
B calcolato (BiotSavart) a 10 cm circa
dai cavi [µT]
Distanza minima di avvicinamento lavoratori [m]
Distanza minima di avvicinamento per la
popolazione [m]
132 X 2 381.05 200 93 400 0.15 0.76
132 X2 381.05 200 46 400 0.15 0.76
315 454.66 450 200 900 0.18 0.91
315 454.66 450 150 900 0.18 0.91
750 1082.53 800 100 1600 0.43 2.17
750 1082.53 800 70 1600 0.43 2.17
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Strumenti con risposta in frequenza piatta e misura del vero valore efficace
• Induzione magnetica:
• versione standard da 0,01 a 300 �T• versione high fieldda 0,4 a 12000 �T
• Campo elettrico (con sonda esterna) da 0,01 a 18 kV/m
• Precisione tipica �
1 %
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• Risposta in frequenza da 40 a 800 Hz
• Misura il Vero valore efficace (TrueRMS) dell’induzione magnetica
Emdex II
( )[ ]∫+
=T
rms dttBT
Bτ
τ
21
NARDA ELT400
• Sonda di campo magnetico• 1Hz-400kHz
Disponibilità di 3 uscite analogiche che possono essere acquisite con unità esterne.
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mashek esm-100
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Acquisizione Bx , By , Bz
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Riscaldamento industrialead induzione magneticaad induzione magnetica
T.2.3
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Forno ad induzione• Used in the gold
industry
• Magnetic field only
• F = 3450 Hz
• I = 400 A
• Monophase source
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• Monophase source
Strumentazione ad accoppiamento RF con analisi nel dominio del tempo (con oscilloscopio)
Close field probe:Modello HP 11941A: da 9 kHz a 30 MHz(può essere
utilizzata anche al di sotto dei 9 kHz previa calibrazione)
Sensibilità tipica a 3 kHz: 12 �V per A/m
Risultati delle misure
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A 3450 Hz il valore di azione è pari a 30,7 µT.
Riscaldamento industriale ad induzione magnetica
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ESPOSIZIONE SIMULTANEA A FREQUENZE DIVERSE
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FREQUENZE DIVERSE(FORME D’ONDA COMPLESSE e/o
IMPULSIVE)
Alta frequenzaLinee guida ICNIRP 1998
Nel caso di forme d’onda non impulsive e nel caso in cui si considerino intervalli di frequenze entro i quali i livelli di riferimento ICNIRP possano essere considerati costanti con la frequenza.
Utilizzo di strumentazione a banda larga
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a banda larga
Si confronta l’indicazione strumentale con il limite alla
frequenza considerata
Alta frequenza
Linee guida ICNIRP 1998
Più in generale, nel caso di forme d’onda non impulsive
• Misure in banda larga con “weighted (shaped) probes”
• Misure in banda stretta
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Si considerano gli effetti termici e non ci si deve preoccupare delle fasi delle componenti spettrali.
RADAR
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Procedura per la misura di Campi EM emessi da impianti Radar utilizzabile in campagne di Sorveglianza Fisica Ambientale
http://puma.isti.cnr.it//linkdoc.php?idauth=23&idcol=18&icode=2010-IS-027&authority=cnr.ifac.fi&collection=cnr.ifac&langver=it
Misura del campo EM emesso dal Radar Primario ATCR-33S installato presso L'aeroporto di Firenze-Peretola
http://puma.isti.cnr.it//linkdoc.php?idauth=23&idcol=18&icode=2010-IS-024&authority=cnr.ifac.fi&collection=cnr.ifac&langver=it
1. Antenna CLS, Ailtech mod. No. 93491-22. Il diode detector hp 8473C (ora presente sul
mercato con il marchio Agilent)
Alta frequenza, forme d’onda impulsive
Corpo intero-6 minuti
48
Corpo intero-picco
Prescrizioni ICNIRP a 3 GHz
•Il valore medio su 6 minuti del campo elettrico non deve superare i 61 V/m.
corpo intero-6 minuti
corpo intero-picco
•Il valore di picco del campo elettrico non deve superare i 1952 V/m
corpo intero-picco
m
V195232
m
V61 =⋅
Bassa frequenzaLinee guida ICNIRP 1998
• Nessuna operazione di media temporale sui 6 minuti.
• Il razionale è quello di limitare il valore istantaneo.
• Reference level definiti in termini di valore efficace.
Se si considerano forme d’onda il cui spettro è confinato in un intervallo di frequenze in cui il livello di riferimento ICNIRP per le esposizioni dei
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di riferimento ICNIRP per le esposizioni dei lavoratori ha un valore costante, indipendente dalla frequenza.
( )1<
−
∑
rmsL
iirms
B
fB
( ) rmsLpkLi
ipk BBfB −− =<∑ 2
Si suppongono che tutti i contributi a frequenze diverse siano in fase tra loro.
Forme d’onda con armoniche i cui rapporti di fase siano relativamente stabili
Per questo tipo di forme d’onda l’ approccio di somma in fase è spesso eccessivamente cautelativo!
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ICNIRP Statement March 2003"Guidance on determining compliance of exposure to pulsed and complex non-sinusoidal waveforms
below 100 kHz with ICNIRP guidelines”
Si definisce un nuovo approccio nel dominio del tempo, detto “Weigthed peak” (Metodo del Picco Ponderato, MPP) secondo il quale ciascuna componente cartesiana del campo viene pesata con dei filtri la cui risposta in frequenza rappresenta l’inverso dei livelli di riferimento definiti nelle linee guida.La forma d’onda all’uscita di tali filtri deve essere minore di 1 per indicare il rispetto della normativa.
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• Nello statement si indica l’utilizzo di filtri RC del primo ordine per la realizzazione in hardware dei filtri di ponderazione ammettendo quindi uno scostamento massimo di 3 dB della risposta in frequenza del filtro rispetto all’inverso dei limiti ICNIRP
• Si dà inoltre una giustificazione “biologica” allo sfasamento introdotto dal filtro del primo ordine a 800-820-1000Hz (B/H/E pop -B/H/E lav-J pop/lav)
B(t) W(t)
Approccio STD (Shaped Time Domain)
Figure tratte dalla norma EN62311
B(t) W(t)
In varie norme CENELEC e nelle bozze di linee guida ICNIRP sottoposte ad inchiesta pubblica nel 2009, si estende questo approccio a tutte le frequenze caratteristiche dei livelli di riferimento ICNIRP
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L’uscita del filtro può rappresentare:• un valore di induzione “equivalente”, da confrontare con il livello di riferimentoICNIRP preso
ad una opportuna frequenza;• un indice, il cui valore minore o maggiore dell’unità esprime il rispetto o la violazione dei limiti
di sicurezza, senza riferimento esplicito ad una particolare frequenza
Approccio STD (Shaped Time Domain)
• CENELEC EN62311 Assessment of electronic and electrical equipment related to human exposure restrictions for electromagnetic fields (0 Hz -300 GHz)
• CEI-CENELEC EN 62233: "Metodi di misura per campi elettromagnetici degli apparecchi elettrici di uso domestico e similari con riferimento all'esposizione umana"
• Draft ICNIRP Guidelines July 2009: "Guidelines for limiting exposure to time-varying electric and magnetic fields (1 Hz to 100 kHz)".
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time-varying electric and magnetic fields (1 Hz to 100 kHz)".
Approfondimenti:Procedura di verifica del rispetto dei livelli di riferimento dell'induzione magnetica in presenza di forme d'onda
complesse con frequenze fino a 100 kHz. PARTE I: ASPETTI GENERALIREPORT n. CNR-IFAC-TR-02-010.
http://puma.isti.cnr.it//linkdoc.php?idauth=23&idcol=18&icode=2010-IS-001&authority=cnr.ifac.fi&collection=cnr.ifac&langver=it
Esposizione della popolazione a sorgenti ELF con forma d'onda complessa: valutazione del campo magnetico e della densita' di corrente indotta.
REPORT n. CNR-IFAC-TR-04-010http://puma.isti.cnr.it//linkdoc.php?idauth=23&idcol=18&icode=2010-IS-029&authority=cnr.ifac.fi&collection=cnr.ifac&langver=it
ELT-400 Modalità STD(Shaped Time Domain)
( ) ( ) ( )222 tWtWtW ZYX ++
( ) ( ) ( )[ ]∫+
++Tt
t
ZYX dWWWT
ττττ 2221
( )tWX
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( ) ( ) ( ){ }222max tWtWtW ZYX ++
Stimolazione magnetica transcranica
T.2.13T.2.13(apparecchiature mediche che irradiano intenzionalmente con esposizione
elettromagnetica o applicazione di correnti)
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In collaborazione con Azienda USL 7 di SienaDipartimento di Prevenzione
Laboratorio Agenti FisiciStrada di Ruffolo53100 S I E N A
Stimolazione magnetica transcranica
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Stimolazione magnetica transcranica
A 16 cm dal centro della spira in direzione assiale ci sono oltre 35 mT
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Stimolazione magnetica transcranica
A 96 cm dal centro della spira in direzione assiale ci sono oltre 150 µT
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Come fare a confrontare una forma d’onda del genere con dei limiti
specificati in funzione della frequenza ?
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Misurare l’ampiezza di picco Ap
Misurare la durata dell’impulso tpCalcolare feq = 1/2tpIndividuare il valore limite ICNIRP L
corrispondente alla frequenza f
Metodo della frequenza
equivalente
Lo statement ICNIRP-2003 per le forme d’onda complesse a bassa frequenza
Caso 1: impulso singolo rettangolare
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corrispondente alla frequenza feq
Verificare il rispetto della normativa con la relazione:
2eqp fA L<
Misura a 64 cm dall’applicatore,
in asse
300
400
500
600
Indu
zion
e m
agne
tica
[mic
roT
]
Modulo
Durata 1 msFrequenza
equivalente 500 Hz
Limite ICNIRP-OCC. @ 500 Hz 50
microTIndice ICNIRP
circa 7
0
100
200
300
0 0.0005 0.001 0.0015 0.002 0.0025
Indu
zion
e m
agne
tica
[mic
roT
]
Tempo [s]
Durata
Misura a 64 cm dall’applicatore,
in asse
300
400
500
600
Indu
zion
e m
agne
tica
[mic
roT
]
Modulo
Durata 0.57 msFrequenza
equivalente 877 HzLimite ICNIRP-OCC. @ 877 Hz
30.7 microTIndice ICNIRP circa
11
0
100
200
300
0 0,0005 0,001 0,0015 0,002 0,0025
Tempo [s]
Indu
zion
e m
agne
tica
[mic
roT
]
Durata
5
6
7
8
9
10In
dice
ICN
IRP
Misura a 64 cm dall’applicatore,
in asse
MPP applicato nel dominio del tempo per via hardware
analogico (ELT400)
0
1
2
3
4
0 0,0005 0,001 0,0015 0,002 0,0025
Tempo [s]
Indi
ce IC
NIR
P
Misura a 64 cm dall’applicatore,
in asse
MPP applicato nel dominio del tempo per via numerica
5
6
7
8
9
10
Indi
ce IC
NIR
P
0
1
2
3
4
5
0 0,0005 0,001 0,0015 0,002 0,0025
Tempo [s]
Indi
ce IC
NIR
P
Stimolazione magnetica transcranica
• Le misure effettuate sono state utilizzate come base per modellare la sorgente con una spira, determinandone raggio e prodotto corrente per spire (fit sui valori di picco del campo).
• Il raggio e la corrente calcolati sono risultati in ottimo accordo con quelli comunicati dal costruttore.
Convegno "Esposizione dei lavoratori ai campi elettromagnetici e alle radiazioni ottiche alla luce del D.LGS. 81/2008", Bolzano, 10-11 giugno 2010
Utilizzo del modello di sorgente
Determinazione del campo nella postazione di lavoro
Determinazione della densità di corrente indotta nell’organismo del
lavoratore
Convegno "Esposizione dei lavoratori ai campi elettromagnetici e alle radiazioni ottiche alla luce del D.LGS. 81/2008", Bolzano, 10-11 giugno 2010
Trasporti alimentati elettricamente
T.2.12T.2.12(apparecchiature mediche che irradiano intenzionalmente con esposizione
elettromagnetica o applicazione di correnti)
Convegno "Esposizione dei lavoratori ai campi elettromagnetici e alle radiazioni ottiche alla luce del D.LGS. 81/2008", Bolzano, 10-11 giugno 2010
EN 50499Procedura per la valutazione dell'esposizione dei lavoratori ai campi elettromagnetici
Convegno "Esposizione dei lavoratori ai campi elettromagnetici e alle radiazioni ottiche alla luce del D.LGS. 81/2008", Bolzano, 10-11 giugno 2010
CENELEC EN 50500:2008
La norma in questione prevede che il rispetto dei livelli di riferimento (o dei valori di azione) venga accertato nel modo descritto di seguito.• Si considerando tanti intervalli di misura successivi, ciascuno avente una durata di 0,5 s, senza sovrapposizione. • In ognuno di questi intervalli devono essere acquisiti i valori istantanei dell’ampiezza di ciascuna delle tre
componenti cartesiane (x,y,z) dell’induzione magnetica, con una frequenza di campionamento di almeno 40 kS/sec. • Ciascun gruppo di campioni così ottenuto (relativo ad una data componente e ad un dato intervallo di 0,5 s) deve
essere sottoposto al filtro di Hann e quindi ad analisi spettrale con la tecnica DFT (Discrete Fourier Transform), in modo da determinare le ampiezze delle componenti spettrali.
• Detti B (f ), B (f ) e B (f ) i valori efficaci di queste ampiezze (relativi al medesimo intervallo di 0,5 s), si deve
"Measurement procedures of magnetic field levels generated by electronic and electrical apparatus in the railway environment with respect to human exposure”
Date of ratification: June 1st, 2008.
Convegno "Esposizione dei lavoratori ai campi elettromagnetici e alle radiazioni ottiche alla luce del D.LGS. 81/2008", Bolzano, 10-11 giugno 2010
• Detti Bx(f i), By(f i) e Bz(f i) i valori efficaci di queste ampiezze (relativi al medesimo intervallo di 0,5 s), si deve procedere alla determinazione dell’indice ICNIRP per l’induzione magnetica IB in base all’espressione:
( ) ( ) ( )( )∑
++=
i iL
iziyix
B fB
fBfBfBI
222
Dove:• BL(fi) è il valore del limite da rispettare alla frequenzafi.• Nella somma indicata si devono includere unicamente i termini spettrali che si riferiscono a frequenze comprese
tra 5 Hz e 20 kHz• Nella somma indicata si devono includere unicamente i termini spettrali le cui ampiezze risultanti (valori a
numeratore) superino il 10% dei rispettivilivelli di riferimento riportati a denominatore.• Il limite si considera rispettato se l’indice calcolato risulta inferiore all’unità per qualunque intervallo di 0,5 s.