Prove sperimentali di emissioni di campo elettromagnetico prodotto da apparecchi illuminanti con lampade fluorescenti. Andamento del campo

 2
interferenza di diverse apparecchiature che dovessero 
venire a trovarsi nello stesso ambiente. 
L'inquinamento elettromagnetico può dare origine a 
malfunzionamenti delle apparecchiature sensibili (o non 
sufficientemente immuni) alle interferenze causate da altre 
apparecchiature.  
In quest'ottica, in questo lavoro sono presentate delle 
prove sperimentali finalizzate alla verifica dei livelli dei 
disturbi elettromagnetici non ionizzanti emessi da un 
apparecchio di illuminazione che monta lampade 
fluorescenti, in diverse configurazioni. 
Le rilevazioni sono state eseguite all’interno di una 
camera semianecoica e schermata focalizzando l’attenzione 
sulle emissioni con frequenza compresa nell’intervallo  
120 Hz ÷ 3 GHz. 
Non vengono riportate rilevazioni relative alla 
frequenza di rete poiché non è stato possibile isolare il 
disturbo provocato dal sistema di alimentazione. 
Tenendo conto delle frequenze di lavoro 
dell’apparecchiatura illuminante (dai 50 Hz ai circa 
 3
50kHz), non sono state effettuate misure a frequenze 
superiori ai 3 GHz. 
La tesi si struttura in 6 capitoli: nel primo, di carattere 
introduttivo, sono presentate le informazioni di base dell' 
elettromagnetismo e della compatibilità, con particolare 
riguardo alle metodologie e le indicazioni utili per 
effettuare ed interpretare correttamente le misure dei 
campi elettromagnetici. 
Il capitolo 2 è dedicato all'analisi della normativa 
vigente in materia di compatibilità elettromagnetica, sia 
dal punto di vista generale (Direttiva Comunitaria 89/336 e 
successive modifiche) che specifico per gli apparecchi di 
illuminazione elettrici (Norma CEI EN 55015). 
Nel capitolo 3 si illustrano il misurando oggetto delle 
nostre misurazioni e la strumentazione utilizzata a tale 
scopo. 
Si riporta nel capitolo 4 la trattazione statistica 
effettuata sui singoli dati di misura. In particolare sono 
stati eseguiti test di normalità dei dati per evitare che 
l'incorrere di cause speciali portasse a risultati fallaci. 
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Il capitolo 5 è dedicato all'analisi dei risultati di misura 
ottenuti predisponendo il misurando in diverse 
configurazioni, nell' intento di mettere in luce quali siano i 
parametri che influiscono sul campo elettromagnetico 
emesso e dare quindi indicazioni sulle configurazioni 
preferibili dal punto di vista della compatibilità. 
Nel capitolo 6 è presentato, infine, lo studio del campo 
elettromagnetico emesso da una particolare configurazione 
dell'apparecchio illuminante allo scopo di evidenziare 
l'andamento della radiazione nello spazio ed i livelli di 
campo assunti a varie distanze dall'apparecchio in esame. 
Tale analisi è utile per poter prendere una decisione 
corretta per il posizionamento di altri apparati elettrici o 
elettronici; infatti dalla conoscenza puntuale dei livelli di 
campo è possibile stabilire quale debba essere la distanza 
fra i due dispositivi tale da non comportare problemi di 
compatibilità. 
 5
 
Capitolo 1 
 
 
Compatibilità elettromagnetica. 
Emissioni radiate non ionizzanti 
 
 
1.1 Il campo elettromagnetico 
Una distribuzione costante nello spazio e nel tempo di cariche 
elettriche libere agisce mediante delle forze sulle cariche elettriche 
circostanti. Il campo di forze originato da tali cariche su una carica 
unitaria posta nello stesso punto si definisce campo elettrico. 
Una distribuzione di cariche elettriche libere in movimento agisce, 
invece, mediante forze sulle correnti circostanti. Si definisce campo 
magnetico la forza esercitata, per ogni punto dello spazio, dalle 
cariche mobili (correnti) su cariche anch'esse in movimento. 
Compatibilità elettromagnetica. Emissioni radiate non ionizzanti 
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 6
 Per ogni assegnata distribuzione di sorgenti, siano esse cariche 
fisse o correnti, questi campi vanno intesi come strumenti per 
determinare, in ogni punto dello spazio, le forze che le sorgenti 
eserciterebbero su cariche o correnti in quel punto eventualmente 
presenti. 
Se le sorgenti restano costanti, il campo elettrico e quello 
magnetico restano indipendenti tra loro, mentre nei casi dinamici non 
è più possibile considerarli indipendenti. 
I valori dei due campi si legano, l’esistenza dell’uno implica 
obbligatoriamente l’esistenza dell’altro, e si deve quindi parlare di 
campo elettromagnetico. Tale campo si propaga nello spazio a una 
velocità elevata dando origine alla cosiddetta onda elettromagnetica. 
I campi sono dunque stati introdotti per descrivere una 
distribuzione di forze: per la rappresentazione delle forze è 
necessario indicare in che punto dello spazio sono valutate, punto di 
applicazione, in che direzione si esercitano, direzione, e che intensità 
manifestano, la lunghezza: dal punto di vesta grafico questa 
rappresentazione utilizza dei vettori.  
Il campo elettromagnetico può dunque essere rappresentato dai 
vettori campo elettrico e campo magnetico. 
Compatibilità elettromagnetica. Emissioni radiate non ionizzanti 
_________________________________________________________________ 
 
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Per sorgenti dinamiche fissato un punto dello spazio, il campo 
varia nel tempo: ciò comporta che, scegliendo uno dei due campi 
varia almeno una componente del vettore rappresentativo. 
Allo scorrere del tempo l’estremo libero appare muoversi intorno 
al suo punto di applicazione. Quando tale movimenti nel tempo 
seguono una regola precisa il campo si dice polarizzato. 
È facile capire che correnti differenti generano campi differenti, 
cioè fanno registrare forze differenti su cariche libere o correnti 
circostanti. Questa proprietà è la base di un sistema di 
comunicazione. 
Le antenne sono delle strutture metalliche sulle quali attivare le 
correnti che servono come sorgenti per la trasmissione delle 
informazioni; le stesse possono essere adoperate come supporto sul 
quale far scorrere le correnti indotte necessarie alla ricezione. 
In genere ogni apparecchiatura elettrica o elettronica è 
potenzialmente una antenna intenzionale o meno e da qui nascono i 
problemi di compatibilità. 
Compatibilità elettromagnetica. Emissioni radiate non ionizzanti 
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1.2 Compatibilità Elettromagnetica 
Ogni dispositivo che utilizza un'alimentazione elettrica emette, 
anche solo involontariamente, campi elettromagnetici. Ogni elemento 
di materiale conduttore, presente nel medesimo ambiente, è in grado 
di ricevere tali campi elettromagnetici.  
Si definisce Compatibilità Elettromagnetica la capacità di 
un’apparecchiatura, di un componente o di un sistema, di operare in 
un dato ambiente elettromagnetico, senza subire disturbi che gli 
impediscano lo svolgimento delle sue funzioni operative e anche 
senza produrre, a sua volta, disturbi all’ambiente circostante. 
Un sistema è quindi elettromagneticamente compatibile se 
soddisfa i tre seguenti criteri: 
 ξ  non causa interferenza verso altri sistemi; 
 ξ  non è suscettibile alle emissioni elettromagnetiche di altri 
sistemi; 
 ξ  non causa interferenza verso se stesso (autoimmunità). 
Lo studio della compatibilità elettromagnetica è teso a 
determinare tecniche e metodologie  di progetto che consentano di 
minimizzare tutti i tipi di interferenza elettromagnetica e di 
schermare gli apparati da campi elettromagnetici interferenti; in altre 
Compatibilità elettromagnetica. Emissioni radiate non ionizzanti 
_________________________________________________________________ 
 
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parole il fine è quello di rendere un apparato elettrico o elettronico 
elettromagneticamente compatibile con l’ambiente in cui opera. 
Tali tecniche possono inoltre essere d'ausilio nel contenimento dei 
campi elettromagnetici irradiati sul corpo umano e per esso 
indesiderati. 
La disciplina che si occupa degli effetti dei campi elettromagnetici 
sugli organismi viventi è detta bioelettromagnetismo. I risultati 
ottenuti da tale disciplina non sono esaustivi. Infatti, quando un 
organismo interagisce con un campo elettromagnetico, il suo 
equilibrio viene perturbato, ma ciò non si traduce automaticamente in 
un effetto biologico apprezzabile e ancor meno in un danno. 
Infatti si ha effetto biologico solo in presenza di variazioni 
morfologiche o funzionali a carico di strutture di livello superiore, 
mentre si può parlare di danno solo nel caso in cui l'effetto biologico 
superi i limiti di efficacia di adattamento dell'organismo. 
Altro aspetto estremamente interessante è la valutazione degli 
effetti cooperativi tra esposizioni a campi elettromagnetici e altri 
inquinanti (sia chimici che fisici) che possono portare, così come 
riportato in letteratura (Scarfì, 1997), a danni ben più gravi rispetto a 
quelli prodotti dall'esposizione al solo campo elettromagnetico. 
Compatibilità elettromagnetica. Emissioni radiate non ionizzanti 
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1.3 Dimensioni elettriche 
Un concetto fondamentale nelle analisi di compatibilità è quello 
relativo alle dimensioni elettriche di un circuito elettronico o di una 
struttura che genera o irradia campi elettromagnetici.  
 Le dimensioni fisiche, per se stesse, non incidono sulla capacità di 
una sorgente di accoppiarsi con un ricevitore; ben più importanti 
sono invece le dimensioni elettriche, perché esse determinano 
l'efficienza di tale fenomeno di accoppiamento. 
 Le dimensioni elettriche si misurano in lunghezze d'onda. La 
lunghezza d'onda si definisce come la distanza tra due creste 
successive dell'onda. A stretto rigore essa è valida solo per onde 
piane uniformi ma può essere generalizzata ad altri tipi di onde che 
hanno caratteristiche simili.  
 La variazione di fase è legata al tempo di propagazione dell'onda 
tra due punti. Per ora ci si limita semplicemente a determinare le 
dimensioni elettriche di un circuito o di una struttura 
elettromagnetica in termini di lunghezze d'onda, rappresentate 
mediante il simbolo λ. 
Compatibilità elettromagnetica. Emissioni radiate non ionizzanti 
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Si considereranno dapprima onde elettromagnetiche che si 
propagano in mezzi non conduttivi (senza perdite). In tal caso la 
lunghezza d'onda può essere ottenuta con la formula seguente: 
f
v
   Ο  
dove υ rappresenta la velocità di propagazione dell'onda e f la sua 
frequenza. Una struttura, le cui dimensioni fisiche (in metri) vengano 
indicate con L, ha una dimensione elettrica (k), adimensionale, pari a 
v
LfL
k     
 Ο
 
La dimensione elettrica di una struttura dipende quindi dalle sue 
dimensioni fisiche, dalla frequenza e dalla velocità di propagazione 
dell'onda nel mezzo in cui la struttura è immersa.  
Si dice che un circuito elettronico o una struttura che irradia 
campi elettromagnetici è elettricamente piccola se le sue dimensioni 
fisiche L sono molto più piccole di 1 lunghezza d'onda:  
 Ο    L   oppure  1  k  
Per quanto questo rappresenti un criterio approssimato, si assume 
che un circuito o una struttura elettromagnetica sia elettricamente 
piccola nel caso in cui:  Ο
10
1
  L . 
Compatibilità elettromagnetica. Emissioni radiate non ionizzanti 
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La velocità di propagazione di un'onda nello spazio libero viene 
indicata con c e il suo valore è approssimativamente è smc /103
8
 υ  . 
Nello spazio libero la dimensione di  1m corrisponde a una 
lunghezza d'onda alla frequenza di 300 MHz. Le lunghezze d'onda 
nello spazio libero, per frequenze diverse da 300 MHz, possono 
essere facilmente calcolate impostando una proporzione 
(proporzionalità inversa). 
Nella tabella seguente sono riportati alcuni valori significativi di 
frequenza e lunghezza d'onda.  
 
Lunghezze d'onda (in aria) a diversi valori di frequenza: 
   50 Hz 6000 km 
3 kHz  100 000 m 
   30 kHz 10 000 m 
300 kHz 1000 m 
3 MHz 100 m 
   30 MHz 10 m 
300 MHz 1 m 
3 GHz 10 cm 
Compatibilità elettromagnetica. Emissioni radiate non ionizzanti 
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È importante saper calcolare le dimensioni elettriche di un circuito 
o di una struttura elettromagnetica per poter così stabilire se esso sia 
o non sia elettricamente piccolo. Ad un circuito elettricamente 
piccolo, infatti, si possono applicare concetti e calcoli più semplici di 
quelli necessari per descrivere un circuito le cui dimensioni elettriche 
siano grandi rispetto alla lunghezza d'onda. 
Per esempio le leggi di Kirchhoff per le tensioni e per le correnti 
così come i modelli circuitali a parametri concentrati degli elementi 
possono essere applicati solo nel caso in cui la dimensione maggiore 
del circuito sia elettricamente piccola! In caso contrario non si può 
far altro che ricorrere alle equazioni di Maxwell (o a qualche loro 
appropriata semplificazione). 
Il calcolo si imposta nel modo seguente: in primo luogo si 
determina il valore della lunghezza d'onda alla più elevata frequenza 
di interesse, quindi si ricava il fattore k dalla relazione  ΟkL   , 
ottenendo così: 
 Ο
L
k   . 
Si consideri per esempio il nostro circuito come una struttura 
radiante la cui dimensione maggiore e 1 m e che operi alla frequenza 
di 50 kHz. Poiché nello spazio libero alla frequenza di 50 kHz 
Compatibilità elettromagnetica. Emissioni radiate non ionizzanti 
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corrisponde una lunghezza d'onda di 300x10
3
/50 =6000 m, si ha che 
la dimensione elettrica del circuito è:  
3
1067,1
6000
1
  
        
 Ο
L
k      cioè <1. 
 
1.4 Unità di misura della compatibilità elettromagnetica. 
Decibel 
I fenomeni di principale interesse in compatibilità 
elettromagnetica sono le emissioni condotte (tensioni espresse in V e 
intensità di corrente in A) a le emissioni radiate (campi elettrici 
espressi in V/m, campi magnetici in A/m e induzione magnetica in 
T). A queste grandezze primarie sono associate la potenza, espressa 
in W, oppure la densità di potenza in W/m
2
. 
L'intervallo di valori possibili per tali grandezze può essere 
piuttosto ampio; per esempio i campi elettrici possono assumere 
valori the variano da un 1 µV/m fino a più di 200 V/m: si tratta 
quindi di una dinamica di più di 8 ordini di grandezza (10
8
).  
Poiché nel settore della compatibilità elettromagnetica si 
incontrano frequentemente tali ampie variazioni, le grandezze 
misurate sono solitamente espresse in decibel (dB). Infatti l’utilizzo 
dei decibel permette di comprimere la dinamica dei dati: per 
Compatibilità elettromagnetica. Emissioni radiate non ionizzanti 
_________________________________________________________________ 
 
 15
esempio, variazioni di tensione dell’ordine di l0
8
 equivalgono a 
variazioni di 160 dB.  
È  quindi assolutamente necessario per chi opera nel settore delta 
compatibilità elettromagnetica essere in grado di trattare grandezze 
misurate in dB. È inoltre importante associare un significato 
concettuale ai valori espressi in dB delle varie unità di misura 
utilizzate in compatibilità elettromagnetica.  
Il decibel fu introdotto in telefonia per descrivere l’effetto del 
rumore in un circuito telefonico. L'orecchio tende a percepire i suoni 
secondo una scala logaritmica; pertanto risulta naturale descrivere 
l’effetto del rumore in dB.  
In generale si introduce il rapporto di due quantità elettriche in 
decibel come segue: 
 
 ξ  potenza  
 ÷
 ÷
 ≠
 •
 ♦
 ♦
 ♥
 ♣
  
1
2
10
log10
P
P
dB  
 ξ  tensione  
 ÷
 ÷
 ≠
 •
 ♦
 ♦
 ♥
 ♣
  
1
2
10
log20
v
v
dB  
 ξ  corrente  
 ÷
 ÷
 ≠
 •
 ♦
 ♦
 ♥
 ♣
  
1
2
10
log20
i
i
dB