Introduzione alla Compatibilita' Elettromagnetica Parte Prima

Spesso leggendo la stampa, veniamo a conoscenza di incidenti disastrosi: aerei che esplodono poco dopo il decollo; apparecchiature salvavita ospedaliere che interrompono spontaneamente il loro funzionamento; valvole di controllo delle turbine di centrali nucleari che presentano malfunzionamenti ad intermittenza; disturbi durante le comunicazioni radio che impediscono di chiedere soccorsi; etc. Ognuno di questi eventi può riguardare problemi di compatibilità elettromagnetica. Ma cosa è la compatibilità elettromagnetica?

La compatibilità elettromagnetica (abbreviata nella sigla Inglese Electromagnetic Compatibility o EMC) rappresenta uno stato che contraddistingue tutti quei dispositivi di un sistema che sono in grado di funzionare senza provocare errori o malfunzionamenti nel loro ambiente elettromagnetico di lavoro.

INCIDENTI DOVUTI ALL’ “EMI”

Le interferenze elettromagnetiche (acronimo di EMI, Electromagnetic Interference) possono creare gravi incidenti se superano soglie di energia fuori standard. Di seguito riporto una carrellata non esaustiva di storici incidenti e studi scientifici che vedono come attore principale questo annoso problema.

• Chi ha la mia età si ricorderà l’incidente del volo di linea della Trans World Airlines da New York a Roma, con scalo a Parigi del 17 luglio 1996. Dodici minuti dopo il decollo dall'Aeroporto internazionale John F. Kennedy di New York, il Boeing 747-131 che operava il volo, esplose e precipitò nell'Oceano Atlantico al largo di East Moriches, New York, uccidendo tutte le 230 persone a bordo. Dopo una lunga indagine che ha comportato il recupero e la ricostruzione di parti importanti del velivolo, si concluse che la causa più probabile dell'esplosione fu provocata da una scintilla nel serbatoio del carburante dell'ala centrale che diede fuoco alla miscela aria/carburante. Questa scintilla fu probabilmente il risultato diretto di un grande transitorio di tensione, forse della linea elettrica o di una scarica elettrostatica.
• Nel 2007, i risultati di uno studio condotto da ricercatori dell'Università di Amsterdam hanno documentato quasi 50 incidenti causati da interferenze elettromagnetiche dovute all'uso di telefoni cellulari negli ospedali, classificandone il 75 per cento come significativi o pericolosi (“Interference by new-generation mobile phones on critical care medical equipment”; pubblicazione del 06 settembre 2007, Article number: R98-2007; https://ccforum.biomedcentral.com/articles/10.1186/cc6115 ).
• Un altro studio, pubblicato nel 2008 da ricercatori sempre di Amsterdam, ha dimostrato che le interferenze elettromagnetiche provenienti da dispositivi RFID possono potenzialmente causare il malfunzionamento di apparecchiature mediche per l'assistenza sanitaria critica (“Electromagnetic interference from radio frequency identification inducing potentially hazardous incidents in critical care medical equipment”; documento 10.1001/jama.299.24.2884; https://jamanetwork.com/journals/jama/fullarticle/182113 ).
• L'incidente a Nine Mile, il reattore nucleare che si trova a Scriba, New York, sul lago Ontario, del 13 agosto 1991 alle ore 5:48 del mattino, si manifestò con un problema elettrico in uno dei tre trasformatori principali del reattore. Dalle preliminari indagini tecniche condotte, sembra che questo trasformatore inviò una fluttuazione di tensione nell'impianto, non solo interrompendo l'alimentazione principale agli strumenti della sala di controllo, ma anche mettendo fuori uso due sistemi di backup, provocando l’oscuramento del "computer di processo", che era preposto alla registrazione di tutte le principali variazioni di velocità della pompa, la posizione della valvola e altre importanti funzionalità dell'impianto. Le successive conclusioni rilasciate dagli investigatori mostrarono che l'interruzione di corrente che causò la perdita di controllo sull'acqua di alimentazione del nucleo, furono causate dalle interferenze generate dai telefoni senza fili usate dai lavoratori della centrale.
• Il Roosevelt Island Tramway è un tram aereo che si trova a New York City che attraversa l'East River collegando Roosevelt Island all' Upper East Side di Manhattan. Roosevelt Island fu collegata a Manhattan da una linea di tram aerei che, dalla sua apertura nel 1909, attraversava il Queensboro Bridge. Il 18 aprile 2006, alle 17:22 circa, i due tram rimasero bloccati sull'East River per sette ore a causa di problemi meccanici, intrappolando 69 persone. Alle 22.55 furono inviate alle funivie bloccate, dei cestini di salvataggio in grado di contenere fino a 15 persone, cercando di mettere in salvo prima bambini e anziani. Ogni salvataggio durò circa 20 minuti. Tutti i passeggeri del Roosevelt Island Tramway furono salvati il 19 aprile alle 2:55 circa, mentre quelli del tram di Manhattan si misero in salvo non prima delle 4:07 del mattino. L'incidente dell'aprile 2006 era il secondo in otto mesi. Il 2 settembre 2005, più di 80 persone rimasero intrappolate sul tram per oltre 90 minuti. Dopo quell'incidente, gli ispettori citarono la società di gestione del Roosevelt Island Tramway per non aver previsto un motore di backup che funzionasse a gasolio. Il Dipartimento del lavoro di Stato decretò che il sistema non aveva superato l'ispezione elettrica e non poteva funzionare quando si verificò il blackout del 18 aprile. Il tram sospese le operazioni dopo l'incidente dell'aprile 2006, riaprendo il 1° settembre 2006. I sistemi elettrici di riserva del tram furono poi rinnovati e in caso di emergenza, ogni cabina fu dotata di coperte, acqua, cibo e un bagno. Inoltre tutti gli addetti sono stati successivamente dotati di cellulari e radio trasmittenti da usarsi in caso di emergenza.

Quella riportata è solo una piccola lista di incidenti e casi studio, ma purtroppo non si tratta di rari casi isolati. I problemi di compatibilità elettromagnetica causano ogni anno molti morti e miliardi di dollari di mancato guadagno. L'ultimo decennio ha visto un aumento esponenziale del numero e della gravità dei problemi di compatibilità elettromagnetica, principalmente dovuti alla proliferazione di dispositivi controllati da microprocessori, circuiti ad alta frequenza e trasmettitori a bassa potenza.

GLI ELEMENTI CHE ENTRANO IN GIOCO NELLA EMC

Ci sono tre elementi essenziali che devono essere considerati nello studio di un problema EMC, come illustrato nella Figura 1.

Figura 1 - I tre elementi essenziali di un problema EMC.

Come è possibile vedere, innanzitutto ci deve essere una fonte di energia elettromagnetica, un recettore (o vittima) che a causa della sorgente, non può funzionare correttamente, e un percorso che accoppia l'energia dalla fonte al recettore. Benché non è sempre facile identificarli, è condizione necessaria e sufficiente che ognuno di questi tre elementi sia sempre presente. I problemi di compatibilità elettromagnetica sono generalmente risolti identificando almeno due di questi elementi ed eliminando (o attenuando) almeno uno di essi.