Το ηλεκτρικό μαγνητικό πεδίο σε δίκτυα και εγκαταστάσεις ως παράγων περιβαλλοντικών επιπτώσεων

Abstract

The title of this thesis is “The electric and magnetic field in nets and installations as a factor of environmental consequences”. This thesis concerns human’s exposure into the power frequency electric and magnetic fields. Measurements are compared with respect to the international accepted limits, in order to show if these are compatible with the values in the electromagnetic environment. Also, the possible consequences of such fields to the human being are examined. The first chapter is an introduction in which the reference limits are compared for exposure in power frequency (50Hz) electric and magnetic fields. Also, in this introduction a presentation of the artificial electric and magnetic fields is done based on measurements carried out in Greece and in other countries. In the last part of the introduction, the natural and biological electric and magnetic fields are reviewed, while useful data concerning the functions of the living tissues and cells are referred for use in this thesis. The second chapter presents the scope of this thesis: a) the artificial electromagnetic environment determination, through measurements, and b) the theoretical model analysis in macroscopic and microscopic range, in order to explore experimentally and theoretically the influence of these fields. The third chapter presents the measurements results conducted in high voltage centers, medium voltage substation and distribution transformer cores. The fourth chapter discusses these results and deduces several conclusions. In the fifth chapter the influence of electric and magnetic fields in the human is examined through macroscopic and microscopic model analyses. In the macroscopic level, the human is examined as a whole considering a generic geometry for the human body. In the microscopic level, models are proposed for the investigation of possible biological phenomena in tissues and in cells. The model’s analysis leads to several conclusions and reliability checks are performed. Moreover, with the assistance of appropriate software, parameters such as conductance and relative permittivity of the human body are estimated. Software analyses΄inducing the reference limits of electric and magnetic fields to the human body proves no harm for any human tissue leading to the conclusion that no further reduction of the limits is necessary. The general conclusion yielding from the experimental and theoretical results is that when the reference limits are observed, the principles of prevention and precaution are not forced, and the public health is not in danger by the exposure in power frequency electric and magnetic fields. In the sixth chapter some opinions against the electric energy transportation lines are presented. The current research proves such viewpoints scientifically incorrect, while they unreasonably disorientate the public opinion. The seventh chapter reviews the environmental consequences of the high voltage centers. Following, the eighth chapter presents the contribution of this thesis in the research and the practical applications. Finally, a list of the symbols, abbreviations and the literature used in this thesis is provided.

Αντικείμενο της διατριβής είναι η έκθεση του ανθρώπου εντός των ηλεκτρικών και μαγνητικών πεδίων εγκαταστάσεων βιομηχανικής συχνότητας. Γίνεται μία σύγκριση των μετρήσεων με τα διεθνώς αποδεκτά όρια ώστε να φανεί αν αυτά συμβαδίζουν με τις τιμές στο ηλεκτρομαγνητικό περιβάλλον. Επίσης εξετάζονται θεωρητικώς με τη βοήθεια μοντέλων, οι πιθανές επιπτώσεις σε έναν άνθρωπο εντός των παραπάνω πεδίων. Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μία εισαγωγή στην οποία παρουσιάζονται τα όρια ασφαλείας για έκθεση σε ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία βιομηχανικής συχνότητας (50Ηζ). Επίσης στην εισαγωγή γίνεται μια παρουσίαση των τεχνητών ηλεκτρικών και μαγνητικών πεδίων βάση μετρήσεων που έχουν γίνει τόσο στην Ελλάδα όσο και σε άλλες χώρες. Στο τελευταίο κομμάτι της εισαγωγής γίνεται μια αναφορά στα φυσικά και βιολογικά ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία, όπου παρατίθενται χρήσιμα στοιχεία για τις ιδιότητες των ζωντανών ιστών και των κυττάρων, με σκοπό την εφαρμογή αυτών στη συνέχεια της εργασίας. Στο δεύτερο κεφάλαιο παρουσιάζεται ο σκοπός της εργασίας ο οποίος είναι: αφενός ο προσδιορισμός με μετρήσεις του τεχνητού ηλεκτρομαγνητικού περιβάλλοντος και αφετέρου η ανάλυση θεωρητικών μοντέλων τόσο σε μακροσκοπικό όσο και σε μικροσκοπικό επίπεδο, ώστε να διερευνηθεί πειραματικά και θεωρητικά η επίδραση των προαναφερθέντων πεδίων. Στο τρίτο κεφάλαιο δίνονται οι μετρήσεις οι οποίες πραγματοποιήθηκαν σε κέντρα υψηλής τάσης, σε υποσταθμό μέσης τάσης καθώς και σε πυρήνες μετασχηματιστών διανομής. Στο τέταρτο κεφάλαιο γίνεται ο σχολιασμός επί των αποτελεσμάτων των μετρήσεων και εξάγονται συμπεράσματα από αυτές. Στο πέμπτο κεφάλαιο γίνεται μακροσκοπική και μικροσκοπική ανάλυση της επίδρασης του ηλεκτρικού και μαγνητικού πεδίου στον άνθρωπο. Η ανάλυση γίνεται με τη βοήθεια μοντέλων. Σε μακροσκοπικό επίπεδο λαμβάνεται υπόψη μια γεωμετρία για το ανθρώπινο σώμα και ο άνθρωπος εξετάζεται συνολικά. Σε μικροσκοπικό επίπεδο προτείνονται μοντέλα για τη διερεύνηση πιθανών βιολογικών εκδηλώσεων σε ιστούς και σε κύτταρα. Από την ανάλυση των μοντέλων προκύπτουν κάποια συμπεράσματα, ενώ γίνεται και ένας έλεγχος αξιοπιστίας των ορίων ασφαλείας. Επίσης με τη βοήθεια υπολογιστικού προγράμματος προσδιορίζονται για ανθρώπινους ιστούς: η αγωγιμότητα, η σχετική διηλεκτρική σταθερά, καθώς και παράμετροι υπολογισμού των πεδίων. Από την εφαρμογή των ορίων ασφαλείας στο υπολογιστικό πρόγραμμα δεν προκύπτουν αποτελέσματα για το ηλεκτρικό και μαγνητικό πεδίο για κανέναν ιστό. Συνεπώς δεν φαίνεται να χρειάζεται περαιτέρω μείωση των ορίων ασφαλείας. Το γενικό συμπέρασμα που προκύπτει από τα πειραματικά και θεωρητικά αποτελέσματα είναι ότι με την τήρηση των ορίων ασφαλείας δεν παραβιάζονται οι αρχές πρόληψης και προφύλαξης και δεν κινδυνεύει η δημόσια υγεία από την έκθεση σε ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία βιομηχανικής συχνότητας. Στο έκτο κεφάλαιο παρουσιάζονται διάφορες αιτιάσεις που προβάλλονται σε βάρος των γραμμών μεταφοράς της ηλεκτρικής ενέργειας, οι οποίες φαίνεται ότι δεν ευσταθούν επιστημονικά και αναίτια αποπροσανατολίζουν την κοινή γνώμη. Στο έβδομο κεφάλαιο γίνεται μια αναφορά στην μελέτη περιβαλλοντικών επιπτώσεων για τα κέντρα υψηλών τάσεων. Ακολούθως, στο όγδοο κεφάλαιο δίνεται η συνεισφορά της εργασίας στην έρευνα και τις πρακτικές εφαρμογές. Τέλος δίνονται οι συμβολισμοί, οι συντμήσεις καθώς και η βιβλιογραφία που χρησιμοποιήθηκε.