- / -

- / -

Οι ολοένα αυξανόμενες ενεργειακές απαιτήσεις των σημερινών κοινωνιών και το γεγονός ότι οι ηλεκτρικές συσκευές και εξοπλισμός έχουν γίνει αναπόσπαστο κομμάτι της καθημερινότητάς μας, έχει οδηγήσει στην αναγωγή του ηλεκτρισμού σε κοινωνικό αγαθό. Παρόλα αυτά, η υπερβολική του χρήση έχει προκαλέσει έντονες ανησυχίες στο κοινό, όσον αφορά τα ηλεκτρομαγνητικά πεδία που εκπέμπονται λόγω του εναλλασσόμενου ρεύματος. Η παρούσα εργασία αποσκοπεί να ξεδιαλύνει το «θολό τοπίο» γύρω από τις επιδράσεις των χαμηλόσυχνων ηλεκτρομαγνητικών πεδίων (δηλαδή τα εκπεμπόμενα πεδία από τις εγκαταστάσεις ηλεκτρικής ενέργειας και τις ηλεκτρικές συσκευές) στην ανθρώπινη υγεία κι έτσι να συνεισφέρει ως ένα βαθμό στην άρση των ανησυχιών του κοινού και των επιπτώσεων που αυτές συνεπάγονται. Ειδικότερα, η εργασία μπορεί να συνοψιστεί ως εξής: Στο Κεφάλαιο 1 γίνεται μια θεωρητική αναφορά στις βασικές έννοιες της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Προσδιορίζονται οι επιβλαβείς ακτινοβολίες για την υγεία καθώς επίσης και οι ιδιότητες των χαμηλόσυχνων ηλεκτρομαγνητικών πεδίων. Ακόμη, παρουσιάζονται οι κανονισμοί προστασίας και τα όρια έκθεσης σε ηλεκτρομαγνητικά πεδία, τόσο στην Ευρώπη, όσο και στην Ελλάδα. Στο Κεφάλαιο 2 παρουσιάζονται αναλυτικά οι διαφορετικές πηγές χαμηλόσυχνων ηλεκτρομαγνητικών πεδίων και γίνεται σύγκριση των πεδιακών εντάσεων στο περιβάλλον τους. Στο Κεφάλαιο 3 γίνεται λόγος για τη βιολογική επίδραση των ηλεκτρομαγνητικών πεδίων. Παρουσιάζονται οι επιδράσεις τους στην ανθρώπινη υγεία και οι δράσεις που λαμβάνουν χώρα τόσο για τη μελέτη αυτών των επιδράσεων, όσο και για την προστασία του κοινού. Στο Κεφάλαιο 4 γίνεται ανασκόπηση του προτύπου λήψης μετρήσεων που ακολουθήθηκε. Εξετάζεται το πρότυπο ΙΕC 61786 για μέτρηση χαμηλόσυχνων ηλεκτρομαγνητικών πεδίων και αναφέρονται κάποια χαρακτηριστικά του προτύπου EN 50413 για μέτρηση ηλεκτρομαγνητικών πεδίων όλων των συχνοτήτων. Στο Κεφάλαιο 5 περιγράφεται ο σκοπός και ο εξοπλισμός των μετρήσεων. Παρατίθενται τα αποτελέσματα των μετρήσεων συνοδευόμενα με διαγράμματα και σχόλια επί της μεταβολής της μαγνητικής επαγωγής στο περιβάλλον σχολικών συγκροτημάτων. Τέλος συνοψίζονται τα συμπεράσματα που εξάγονται με βάση όσα εξετάστηκαν στην παρούσα εργασία. Σύμφωνα με αυτά δεν πρέπει να υπάρχει κανένας λόγος ανησυχίας για την επίδραση των χαμηλόσυχνων ηλεκτρομαγνητικών πεδίων στην ανθρώπινη υγεία, καθώς τηρούνται όλοι οι κανονισμοί, οι οποίοι εμπεριέχουν μεγάλους συντελεστές ασφαλείας. / The ever-increasing energy demands of today's society and the fact that electrical appliances and equipment have become an integral part of our daily lives has led to the deduction of electricity into social good. However, its excessive use has caused great concern to the public, regarding to electromagnetic fields’ emissions because of the AC current. This essay aims to unravel the "misty area" around the effects of low frequency electromagnetic fields (i.e. fields emitted from power systems and electrical appliances) to human health and thus contribute to some extent to the disentanglement of public preoccupations and the consequences arising therefrom. In particular, this essay can be summarized as follows: In Chapter 1 there is a theoretical report in the basic concepts of electromagnetic radiation. Harmful radiation as well as the properties of low frequency electromagnetic fields is identified. Moreover, protection regulations and limits on exposure to electromagnetic fields are presented, both in Europe and in Greece. In Chapter 2 different sources of low frequency electromagnetic fields are presented and the fields’ intensities in their environment are compared. Chapter 3 talks about the biological effects of electromagnetic fields. It also presents the effects on human health and the actions that take place for the study of these effects, and for the public’s protection. Chapter 4 gives an overview of the pattern of taking measurements that was followed. The IEC 61786 standard for measuring low frequency electromagnetic fields is examined and some features of the standard EN 50413 for measuring electromagnetic fields of all frequencies are presented. Chapter 5 describes the measurements’ purpose and equipment. The measurements’ results are given, which are accompanied by charts and comments about the change of the magnetic induction around school buildings. Finally, the conclusions based on this essay’s data are summed up, according to which, there should be no reason for public concern about the effect of low frequency electromagnetic fields on human health, since compliance with all special regulations, which contain large safety factors, is being performed.

- / -

Η εργασία θα ασχοληθεί με το θέμα των Ενεργειακών Τόπων. Παρά το γεγονός ότι πρόκειται για ένα θέμα εξαιρετικά πολυδιάστατο, θα επεκταθώ μονάχα σε τμήματα για τα οποία έχω αρκετές πηγές, ώστε να κατανοήσω έστω μερικώς το εκάστοτε φαινόμενο. Στο εισαγωγικό κεφάλαιο που ακολουθεί θα προσπαθήσω να κατατοπίσω τον αναγνώστη όσον αφορά το τι ακριβώς μπορούμε να ορίσουμε ως ενεργειακό τόπο, καθώς επίσης θα αναλυθούν ορισμένοι από τους κύριους μηχανισμούς που γενούν έναν ενεργειακό τόπο. Στα επόμενα κεφάλαια θα αναλυθούν χωριστά το φαινόμενο των κύκλων στα σπαρτά και στη συνέχεια θα αναφερθούμε στα μεγαλιθικά μνημεία, όπου βλέπουμε προσπάθειες του ανθρώπου να δαμάσει τα ηλεκτρικά πεδία για την καθημερινή του επιβίωση. / The main purpose of this assignment is to point out some basic aspects of sacred sites and the mechanisms that define them. The chapters refer to some well known physical phenomena which play a vital role in the forming of such a site. Also it refers to crop circles, megalithic structures and human sensitivity to vasrious fields in nature, mainly electric and magnetic in nature.

Τα συστήματα ιατρικής απεικόνισης αποτελούν τον ακρογωνιαίο λίθο της σύγχρονης ιατρικής επιστήμης. H ικανότητα να απεικονίζονται δομές και λειτουργικότητα ενός οργανισμού, χωρίς επεμβατικές τεχνικές, δίνει πληροφορίες, όχι μόνο για την διάγνωση και την θεραπεία, αλλά και πολύτιμα στοιχειά για την μελέτη και την εξέλιξη της επιστήμης. Η έρευνα επάνω στην ιατρική απεικόνιση καλύπτει ένα ευρύ φάσμα, από την ακτινοδιαγνωστική μέχρι την μαγνητική τομογραφία. Η εξέλιξη της τεχνολογίας μας δίνει συστήματα όπως Υπολογιστική τομογραφία, SPECT, Ανιχνευτές εξαΰλωσης ποζιτρονίου και Μαγνητική τομογραφία. Στις περισσότερες των περιπτώσεων, μηχανήματα και τεχνικές συνδυάζονται, με γνώμονα τη βελτιστοποίηση της διαγνωστικής ποιότητας, λαμβάνοντας τα θετικά που μπορεί να δώσει μία τεχνική, και συμπιέζοντας τα αρνητικά χαρακτηριστικά αμφότερα. Ο στόχος είναι να λαμβάνουμε τα καλύτερα δυνατά αποτελέσματα, με μία μόνο εξέταση για μεγάλο εύρος ζητημάτων. Η ιατρική απεικόνιση δεν στοχεύει μόνο στην μορφολογική και ανατομική πληροφορία, αλλά επεκτείνεται και στην απεικόνιση της λειτουργικότητας του οργανισμού. Ως παράδειγμα μπορούμε να θέσουμε το εξής: Η αυξημένη κατανάλωση γλυκόζης από τα καρκινικά κύτταρα, δίνει την ευκαιρία με την χρήση του FDG, να απεικονιστούν οι κακοήθεις όγκοι με ένα σύστημα PET. Από την άλλη, η ανατομική πληροφορία που δίνει ένα απεικονιστικό σύστημα αποτελεί σημαντικό κριτήριο και για την διάγνωση αλλά και για την θεραπεία. Για αυτόν τον λόγο έχουν αναπτυχθεί υβριδικά μοντέλα απεικόνισης. Το πιο διαδεδομένο υβριδικό σύστημα ιατρικής απεικόνισης είναι το PET‐CT, που έχει καθολική αποδοχή στην σύγχρονη κλινική πράξη. Με την εφαρμογή του υπολογιστικού τομογράφου, έχουμε αποτελέσματα στον τομέα των δομικών πληροφοριών ενός οργανισμού, και με το PET, λαμβάνεται πληροφορία, σχετικά με την λειτουργικότητα του οργανισμού προς εξέταση. Επίσης ένα πολύ σημαντικό επίτευγμα είναι ότι με την χρήση του CT, υπάρχει δυνατότητα διόρθωσης της απορρόφησης από τους ιστούς του ασθενή. Συνδυασμός εκτός από PET‐CT, μπορεί να υπάρξει και με το έτερο σύστημα πυρηνικής, το SPECT. Η σημερινή εποχή επιβάλει να μειωθεί όσο γίνεται η δόση που αποδίδεται ανά ασθενή ανά εξέταση. Ο χρυσός κανόνας της ακτινοπροστασίας είναι « τόσο λίγο όσο λογικά επιτρεπτό». Αυτός ο κανόνας φέρνει στο προσκήνιο συστήματα με χαμηλή ή και μηδενική επιβάρυνση δόσης για τον ασθενή. Μια τεχνική από αυτές είναι και η απεικόνιση μαγνητικού συντονισμού, γνωστή και ως μαγνητική τομογραφία. Πρόκειται για ένα σύστημα το οποίο δεν επιφέρει βιολογικά 6 προβλήματα στον άνθρωπο, και είναι ικανό να παράγει δεδομένα και ανατομικά αλλά και λειτουργικά. Ο μαγνητικός βασίζει την λειτουργία του στην χρήση μεγάλων ισχυρών ηλεκτρομαγνητών με σκοπό να φέρει τους πύρινες των ατόμων του υδρογόνου σε κατάσταση πόλωσης. Πρόκειται για ένα σύστημα υψηλής τεχνολογίας. Τα επιτεύγματα του, σε συνδυασμό με την μηδενική επιβάρυνση δόσης στον ασθενή, το κάνει νούμερο ένα προτίμηση στην ιατρική απεικόνιση. Όμως παρόλο που ο μαγνητικός τομογράφος αποτελεί το πρότυπο του τρόπου αντιμετώπισης των συστημάτων ιατρικής απεικόνισης, οι δυνατότητες του είναι περιορισμένες. Για να είναι όμως στο προσκήνιο ένα τέτοιο σύστημα, πρέπει να εξελιχτεί και να συνδυαστεί με κάποιο άλλο. Με τα σημερινά τεχνολογικά δεδομένα, το πρόβλημα του hardware έχει ξεπεραστεί, και οδήγησε στην δημιουργία του PET‐MRI. Με ταυτόχρονη λήψη δεδομένων και από τα δύο συστήματα, μπορούμε να έχουμε πολλές πληροφορίες για τη λειτουργικότητα αλλά και τη δομή του οργανισμού. Μία τέτοια τεχνική θα έχει ευρύ φάσμα εφαρμογών, και η κατάργηση του CT, δίνει ελάττωση της δόσης, που λαμβάνεται από κάθε ασθενή. Το σύστημα εκπομπής ποζιτρονίων βασίζεται σε ισότοπα, που εκπέμπουν ποζιτρόνια. Όπως γνωρίζουμε, όταν ένα φορτισμένο σωματίδιο εισέρχεται σε μαγνητικό πεδίο με ταχύτητα u, δέχεται μία δύναμη η οποία αναγκάζει το φορτισμένο σωμάτιο να ακολουθήσει μία προκαθορισμένη τροχιά. Αυτό είναι το θέμα, στο οποίο εστιάζει αυτή η εργασία. Υπάρχουν διάφοροι τρόποι να καταλάβουμε και να μετρήσουμε την επίδραση του μαγνητικού πεδίου στα ποζιτρόνια. Ένας από αυτούς, είναι να κάνουμε μετρήσεις απευθείας σε μία πειραματική διάταξη PET‐MR. Το εμπόδιο είναι ότι μία τέτοια μέθοδος δεν είναι ευέλικτη. Ο μαγνήτης και η ένταση του δεν αλλάζουν εύκολα, και τα συστηματικά λάθη των ανιχνευτών θα δίνουν πάντα μεγάλα σφάλματα στα αποτελέσματα μας. Μία Monte Carlo μέθοδος από την άλλη, βασιζόμενη στις γνωστές φυσικές ιδιότητες, την χρήση μαθηματικών δεδομένων και την χρήση τυχαίων αριθμών, μπορεί να δώσει αποτελέσματα σχεδόν όμοια με αυτά που δίνονται από ένα υπαρκτό σύστημα. Σε αντίθεση με τις πειραματικές εφαρμογές, οι προσομοιώσεις Monte Carlo δεν περιορίζονται στην εξαγωγή μόνο μιας τελικής τιμής, αλλά επεκτείνονται και σε αποτελέσματα σχετικά με επιμέρους συστήματα και φυσικές αλληλεπιδράσεις. Επίσης, με μία Monte Carlo τεχνική, μπορείς να ορίσει ο χρήστης οποιαδήποτε γεωμετρία, με τα χαρακτηριστικά που αυτός επιθυμεί και να λάβει αποτελέσματα παρόμοια με αυτά του πραγματικού συστήματος. Αυτό βοηθά και την κατανόηση αλλά και στο σχεδιασμό και εξέλιξη νέων συστημάτων. Ένα σύστημα Monte Carlo είναι και το GATE. Το GATE αποτελεί μία υπο‐εφαρμογή του συστήματος Geant4, το οποίο δανείζει την φυσική του. Για χρόνια το GATE χρησιμοποιείται για τη μελέτη συστημάτων πυρηνικής Ιατρικής. Πλέον, συστήματα CT μπορούν να περιγραφούν σε μία 7 προσομοίωση και να προσομοιωθούν. Η δημιουργία συστημάτων PET‐MRI, δεν φέρνει προκλήσεις μόνο στον τομέα των πειραματικών εφαρμογών, αλλά και στον χώρο των προσομοιώσεων Monte Carlo. Επίσης το GATE είναι ένα πακέτο προσομοίωσης Monte Carlo ευρείας χρήσης , με συστηματική και μεθοδική ανανέωσή του. Οι στόχοι αυτής της εργασίας είναι η ενσωμάτωση νέων χαρακτηριστικών σε αυτό το πλήρως ανεπτυγμένο λογισμικό, και η εξαγωγή αποτελεσμάτων με γνώμονα πάντα την μελέτη κίνησης των ποζιτρονίων μέσα σε μαγνητικό πεδίο. Οι αλλαγές οι οποίες πραγματοποιήθηκαν στο πακέτο Monte Carlo GATE, επιτρέπουν την εφαρμογή μαγνητικού πεδίου και σε όλη την έκταση του εικονικού χώρου αλλά και τοπικά. Μεγάλο πλεονέκτημα λαμβάνουμε από μία συγκεκριμένη αλλαγή που έγινε στο κώδικά και αφορά την καταγραφή και απεικόνιση της τρισδιάστατης κατανομής εξαϋλώσεων ποζιτρονίων, και η δυνατότητα καταγραφής δεδομένων, που έχουν να κάνουν με την χωρική κατανομή των εξαϋλώσεων. Επίσης για την αξιοποίηση αυτών των νέων χαρακτηριστικών, δημιουργήσαμε πειραματική διάταξη με χρήση διαφόρων ισοτόπων και εντάσεων μαγνητικού πεδίου. Τα αποτελέσματα επιβεβαιώνουν ότι η μέση απόσταση εξαΰλωσης μειώνεται, με την χρήση μεγαλύτερου σε ένταση μαγνητικού πεδίου. Επίσης ένα ενθαρρυντικό στοιχειό είναι ότι ισότοπα με μεγάλη μέση απόσταση εξαΰλωσης παρουσιάζουν σημαντική βελτίωση σε μαγνητικό πεδίο, το οποίο επιβάλει την αναθεώρηση των ενδοιασμών για την χρήση τους ή μη σε απεικόνιση. / Medical imaging systems are the foundation stone of modern medical science. The capability to visualize the structure and the functionality of a human body, without invasive techniques, gives capabilities not only to the diagnosis and treatment, but also to the study of medicine. In this direction medical physics science is coordinated. From the simple X‐ray to Magnetic Resonance Imaging technology, allot of research has been made. These days technology gives imaging techniques such as Computed tomography, Single Photon Emission computed tomography, Positron Emission Tomography, and MRI. Most of the cases two or more imaging systems are combined to increase the diagnostic quality, by taking advantage of their capabilities and suppress each other disadvantages. The goal is to get with a single examination the best results, on any aspect. A medical imaging doesn’t focus only to human body’s morphology but also to functionality. Imaging of the metabolic system is the field of modern research. As an example, the higher metabolism of Glucose from cancer cells, gives the opportunity to visualize cancer tissues with a PET system. On the other hand anatomical information also must be given to the therapist in order to make the best diagnosis and treatment to the patient. The most known, globally, hybrid system is PET‐CT hybrid system. This medical imaging system brings morphological information about the body structure, plus with the use of PET system, it brings functional information about the metabolic procedure we are interested to investigate. Also, a contribution is happening in this type of system, where computed tomography contributes to PET imaging, and corrects the attenuation of photons by human body. Of course this technique applied to another system, the SPECT‐CT, exactly for the same reasons. The new era brings the necessity to reduce absorbed dose by the patient. The golden standard is “As low as reasonably achievable”. This is the motive to bring ideas and systems with less or zero dose deposition. One of them is Magnetic Resonance Imaging. Is a system almost not effective to human’s body, capable of producing both anatomical and functional information about the subject of study. This system is based on the use of large, very powerful magnets, in order to bring atoms of hydrogen in a state of polarization. Is a very sophisticated system, and delicate. The benefit of this system, plus the lack of dose, makes it No 1 to medical imaging science. The difference is that only one machine cannot project anything, and the option, even they are very wide, are limited. These days, when difficulties on PET imaging system’s hardware passed, a new system, called PET/MR was created. This system combination brings good representation of morphological data, but the true benefit is that both systems can bring results of human’s functionality. The variation of applications may be bigger, and diagnosis could be done only from one medical imaging system, with the lowest dose absorption that could be done. On the other hand Positron emission tomography is based on radioisotopes, which produce the electron’s antiparticle. Combination of these two systems brings a question about positrons. As we all know, if a charged particle moves inside a magnetic field, a force is applied on it, make it to change its random track, to another one, coordinated with the magnetic field. This question comes to answer this project. There are several ways to understand the difference created by the presence of magnetic field. One of them is to make experimental calculations, with a PET/MR system and to measure the contribution. The obstacle is that the method is not flexible. The magnetic field strength is not adjustable, and the system always will have random and systematic error. The other option is simulate this procedure. A Monte Carlo simulation is based on physical processes, by the use of mathematical functions, and the contribution of a random number generator, to bring results with very similar and realistic results as the original could produce. By comparison with the experimental method, with Monte Carlo simulations, user cannot only see the output, but also the previous parts of interactions. Also the flexibility of choices is limited only by user’s imagination. Many geometries can be used, with different magnetic field strength each time, and to give such reliable results, as the original system. Many medical imaging systems were developed by use of such simulation systems. One of these Monte Carlo simulation toolkits is GATE. GATE is the acronym for Geant4 application for emission tomography. As the acronym sais is an application based on Geant4, which is the “mother” Monte Carlo simulation toolkit. For years GATE used in order to study upon the simulations of nuclear medical imaging (i.e. PET & SPECT). Recently computed tomography was taken under consideration in this toolkit, with more updates to come. The use of PET/MR, creates a new aim to target for, not only in instrumental development, but also in Monte Carlo simulation development. Also GATE is a widely known simulation toolkit, used all over the world, and with periodical improvements. Monte Carlo simulation is a part of medical physics research, and GATE is a frequently used simulation toolkit. This study is the first step, for a field of research that is still new and partially explored. The improvement of these simulation toolkits bring new data to consider about, and new goals to achieve.

- / -

Η διατριβή αποτελεί μία συμβολή στον πειραματικό και υπολογιστικό καθορισμό της έκθεσης ανθρώπων σε ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία στοιχείων συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας (εναέριες γραμμές, καλώδια, μετασχηματιστές, υποσταθμοί). Στις εναέριες γραμμές διπλού κυκλώματος και στα υπόγεια καλώδια υψηλής τάσεως (συγκρότηση των τριφασικών συστημάτων από μονοπολικά καλώδια) καθορίζονται οι διατάξεις των αγωγών των φάσεων, ώστε να επιτυγχάνεται η ελαχιστοποίηση των πεδιακών εντάσεων σε θέσεις προσιτές σε ανθρώπους. Οι δυνατότητες μετρήσεων στο δίκτυο 400kV είναι πολύ περιορισμένες και προφανώς δεν μπορούν να καλύψουν τις ανάγκες εκτεταμένων παραμετρικών διερευνήσεων. Για την πειραματική επιβεβαίωση των αποτελεσμάτων των θεωρητικών διερευνήσεων κατασκευάστηκε στο Εργαστήριο Παραγωγής, Μεταφοράς, Διανομής και Χρησιμοποιήσεως Ηλεκτρικής Ενέργειας του Πανεπιστημίου Πατρών ένα μοντέλο δύο παράλληλα οδευουσών γραμμών 400kV. Στο 1ο κεφάλαιο περιγράφονται οι στόχοι της διατριβής, γίνεται βιβλιογραφική διερεύνηση και δίνονται οι οριακές τιμές της Οδηγίας της Διεθνούς Επιτροπής Προστασίας έναντι Μη Ιονιζουσών Ακτινοβολιών (ΙCNIRP), της σχετικής Σύστασης της Ευρωπαϊκής Ένωσης και της Ελληνικής Νομοθεσίας για την προστασία των ανθρώπων από τα χαμηλόσυχνα ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία. Τα όρια αυτά ανέρχονται σε 5kV/m και 100μΤ για την συνεχή έκθεση του κοινού και σε 10kV/m και 500μΤ για την επαγγελματική απασχόληση. Στο 2ο κεφάλαιο εξετάζονται οι θεωρητικές βάσεις για την ανάπτυξη μοντέλου δύο παράλληλα οδευουσών γραμμών 400kV διπλού κυκλώματος για την μέτρηση του ηλεκτρικού και του μαγνητικού πεδίου και καθορίζονται οι συντελεστές μεταξύ των τιμών των πεδιακών εντάσεων του μοντέλου και των πραγματικών γραμμών. Το μοντέλο παρέχει την δυνατότητα μετρήσεων για διαφορετικές διατάξεις των αγωγών των φάσεων. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει η συμμετρική διάταξη των αγωγών των φάσεων και η βέλτιστη διάταξη, ώστε να επέρχεται ελαχιστοποίηση της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου και της μαγνητικής επαγωγής. Το μοντέλο πρέπει να έχει επαρκές μέγεθος, ώστε, δεδομένων των διαστάσεων των οργάνων μέτρησης της μαγνητικής επαγωγής και της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου, τα αποτελέσματα των μετρήσεων να απεικονίζουν με ακρίβεια την κατάσταση στις πραγματικές γραμμές. Για γραμμές 400kV προκύπτει, ως κατάλληλη κλίμακα, η κλίμακα 1:16. Οι διαστάσεις του μοντέλου ανέρχονται σε 12m (μήκος), 3,2m (πλάτος) και 3,6m (ύψος). Το μοντέλο αυτό, με τις πρόσθετες διατάξεις τροφοδοσίας και μετρήσεων, απαρτίζεται από τα ακόλουθα στοιχεία: - Μοντέλο των δύο παράλληλα οδεουσών γραμμών. - Μετασχηματιστές για την τροφοδότηση των γραμμών με την επιθυμητή ένταση (δύο μετασχηματιστές, ένας για κάθε γραμμή διπλού κυκλώματος). - Πηνία για την μείωση των εντάσεων στις επιθυμητές συμμετρικές τιμές (12 πηνία, ένα πηνίο ανά φάση και κύκλωμα γραμμής). - Πίνακας γραμμών με τα απαραίτητα όργανα προστασίας και τη δυνατότητα ζεύξεων ώστε να επιτυγχάνονται οι διαφορετικές διατάξεις των αγωγών των φάσεων (δύο πίνακες, ένας για κάθε γραμμή διπλού κυκλώματος) Καθορίσθηκαν με μετρήσεις ή υπολογισμούς τα ισοδύναμα κυκλώματα των μετασχηματιστών, των γραμμών, των πηνίων και συνδετικών καλωδίων συμπεριλαμβανομένων και των αντιστάσεων διέλευσης. Από το συνιστάμενο ισοδύναμο κύκλωμα προκύπτει η ένταση ανά φάση και κύκλωμα των 208Α, ενώ η αντίστοιχη μετρηθείσα τιμή ανέρχεται σε 184Α (τιμή κατά την θερμική ισορροπία του μοντέλου υπό θερμοκρασία περιβάλλοντος 16οC) Η απόκλιση αυτή οφείλεται κυρίως στην επαγωγική επίδραση των σιδηρών φορέων (εσχαρών) των συνδετικών καλωδίων και των μετασχηματιστών εντάσεως. Στο 3ο κεφάλαιο δίδονται τα αποτελέσματα συστηματικών μετρήσεων και συγκριτικών υπολογισμών της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου και της μαγνητικής επαγωγής στο περιβάλλον γραμμών 400kV διπλού κυκλώματος. Οι μετρήσεις έγιναν τόσο στο περιβάλλον πραγματικών γραμμών, όσο και στο περιβάλλον του μοντέλου γραμμών υπό κλίμακα 1:16, το οποίο περιγράφεται στο κεφάλαιο 2. Οι διερευνήσεις έγιναν για την διαπίστωση της βέλτιστης, από πλευράς πεδίων, διάταξης των αγωγών των φάσεων και της επίδρασής της στη μείωση των πεδιακών εντάσεων. Από τις μετρήσεις και τους υπολογισμούς στο περιβάλλον πραγματικών γραμμών και μοντέλου γραμμών προκύπτει η δυνατότητα δραστικής μείωσης των τιμών της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου και της μαγνητικής επαγωγής με την εφαρμογή της βέλτιστης διάταξης των αγωγών των φάσεων. Στη συνέχεια υπολογίζονται οι πεδιακές εντάσεις έκθεσης εργαζομένων κατά την πλύση μονωτήρων υπό τάση. Στο 4ο κεφάλαιο εξετάζονται διατάξεις καλωδίων δυο, τριών και περισσοτέρων τριφασικών συστημάτων, τα οποία απαρτίζονται από μονοπολικά καλώδια. Συγκεκριμένα εξετάζονται τυπικές διατάξεις καλωδίων σε επίπεδη διάταξη και διατάξεις καλωδίων εγκατεστημένων σε σήραγγες. Έγιναν παραμετρικές διερευνήσεις ως προς την διάταξη των φάσεων των καλωδίων με σκοπό την μείωση της μαγνητικής επαγωγής στο περιβάλλον των καλωδίων και το καθορισμό των διατάξεων με τις μικρότερες μέγιστες τιμές της μαγνητικής επαγωγής (βέλτιστες διατάξεις). Οι βέλτιστες διατάξεις των φάσεων επαληθεύτηκαν για διάφορα βάθη εγκατάστασης και για διαφορετικές αποστάσεις μεταξύ των μονοπολικών καλωδίων και μεταξύ των τριφασικών συστημάτων. Στις διατάξεις δύο τριφασικών συστημάτων, χωρίς εμπλοκή των φάσεων των δύο συστημάτων, υπάρχουν 36 δυνατές διατάξεις των φάσεων. Οι διατάξεις αυτές ομαδοποιούνται σε ομάδες των 6 διατάξεων οι οποίες δημιουργούν το ίδιο μαγνητικό πεδίο. Έτσι προκύπτουν 6 ανεξάρτητες ομάδες διατάξεων. Αντίστοιχα, σε διατάξεις τριών τριφασικών συστημάτων, υπάρχουν 216 δυνατές διατάξεις των φάσεων από τις οποίες προκύπτουν 36 ανεξάρτητές ομάδες. Για οποιοδήποτε αριθμό n τριφασικών συστημάτων υπάρχουν 6n δυνατές διατάξεις των φάσεων από τις οποίες προκύπτουν 6n-1 ανεξάρτητες ομάδες διατάξεων. Υπάρχει πάντοτε μια ομάδα 6 διατάξεων των φάσεων που προκαλούν τη μέγιστη μείωση (δραστική μείωση) της μαγνητικής επαγωγής στο σημείο της μέγιστης τιμής της (βέλτιστες διατάξεις). Οι βέλτιστες διατάξεις των φάσεων προκαλούν επίσης μεγάλη μείωση τις μαγνητικής επαγωγής σε όλο το περιβάλλον των καλωδίων. Στο 5ο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα αποτελέσματα συστηματικών μετρήσεων της μαγνητικής επαγωγής που έγιναν σε εννέα υποσταθμούς 150 kV /20kV υπαιθρίου τύπου του ελληνικού συστήματος. Μετρήσεις έγιναν επίσης στα κέντρα διανομής Αμαρουσίου και Ελευθερίας. Οι μετρήσεις στους υποσταθμούς υπαίθριου τύπου έγιναν: α) Στο άμεσο περιβάλλον του βασικού εξοπλισμού (μετασχηματιστές 150kV/20kV, ζυγοί 150kV, αναχωρήσεις 20kV) και σε πυκνές διαδρομές εντός του υποσταθμού, ώστε να καθοριστεί η χωρική κατανομή της μαγνητικής επαγωγής με τη βοήθεια τρισδιάστατων παραστάσεων. Μπορεί έτσι να εκτιμηθεί η έκθεση του προσωπικού σε μαγνητικά πεδία, β) Σε σημαντικές αποστάσεις από τον βασικό εξοπλισμό και στις περιοχές των γραμμών τροφοδοτήσεως 150kV και των αναχωρήσεων 20kV ώστε να μπορεί να εκτιμηθεί η μαγνητική επαγωγή στα όρια περίφραξης του υποσταθμού (θέσεις προσιτές στο κοινό) και να καθοριστεί συνεπώς η μέγιστη έκθεση του κοινού από πεδία που οφείλονται στον υποσταθμό. Οι μετρήσεις σε κέντρα διανομής έγιναν στην περίμετρο εκτός του κτιρίου (θέσεις προσιτές στο κοινό). Στο 6ο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα αποτελέσματα συστηματικών μετρήσεων της μαγνητικής επαγωγής στα Κέντρα Υπερυψηλής Τάσης (ΚΥΤ) υπαιθρίου τύπου Αχαρνών και Κουμουνδούρου και στο Κέντρο Υπερυψηλής Τάσης με μόνωση Αερίου Λαυρίου. Οι μετρήσεις στα Κέντρα Υπερυψηλής Τάσης υπαιθρίου τύπου έγιναν: α) Στο άμεσο περιβάλλον του βασικού εξοπλισμού (αυτόμετασχηματιστές 400kV/150kV, ζυγοί 400kV) και σε πυκνές διαδρομές εντός των ζυγών 400kV, ώστε να καθοριστεί η χωρική κατανομή της μαγνητικής επαγωγής με τη βοήθεια τρισδιάστατων παραστάσεων. Μπορεί έτσι να εκτιμηθεί η έκθεση του προσωπικού σε μαγνητικά πεδία,. β) Στα όρια του ΚΥΤ (θέσεις προσιτές στο κοινό) ώστε να καθοριστεί η μέγιστη έκθεση του κοινού από πεδία που οφείλονται στα ΚΥΤ. Οι μετρήσεις στο Κέντρο Υπερυψηλής Τάσης με μόνωση Αερίου Λαυρίου έγιναν εντός και εκτός της αίθουσας ζυγών 400kV. Στο 7ο κεφάλαιο εξετάζεται η μαγνητική επαγωγή στο περιβάλλον πενήντα εναερίων υποσταθμών διανομής 20kV/0,4kV (Υ/Σ). Από τα αποτελέσματα των μετρήσεων της μαγνητικής επαγωγής προέκυψε ως εύλογος ο διαχωρισμός των εναέριων Υ/Σ σε δύο κατηγορίες: - εναέριοι Υ/Σ τύπου Ε, όπου το κιβώτιο διανομής βρίσκεται σε σημαντικό ύψος από το έδαφος (περί τα 2-3 m). Οι αναχωρήσεις χαμηλής τάσης είναι κυρίως εναέριες. - εναέριοι Υ/Σ τύπου Υ, όπου το κιβώτιο διανομής είναι τοποθετημένο στο έδαφος. Οι αναχωρήσεις χαμηλής τάσης είναι κυρίως υπόγειες. Μετρήθηκε επίσης η μαγνητική επαγωγή στο περιβάλλον εννέα Υ/Σ εγκατεστημένων εντός κτιρίου και τριών Υ/Σ μειωμένων διαστάσεων. Οι μετρήσεις έγιναν σε θέσεις προσιτές στους εργαζομένους (εντός των Υ/Σ) και σε θέσεις προσιτές στο κοινό (εκτός των Υ/Σ). Η ονομαστική ισχύς των υποσταθμών που εξετάσθηκαν κυμαίνεται μεταξύ 250kVA και 1000kVA. Οι μετρήσεις έγιναν σε Υ/Σ αστικών και περιαστικών περιοχών. Από τα κεφάλαια 3 έως 7 προκύπτει ότι οι μέγιστες τιμές της μαγνητικής επαγωγής σε θέσεις προσιτές στο κοινό είναι πολύ μικρότερες από τα επιτρεπόμενα όρια. Κατά την επαγγελματική απασχόληση εμφανίζονται υψηλότερες τιμές, οι οποίες όμως δεν υπερβαίνουν τα όρια έκθεσης των εργαζομένων. / In this thesis constitutes a contribution to the experimental and calculating determination of human exposure to electric and magnetic fields generated by power systems equipments (overhead transmission lines, underground cables, transformers, substations). In double circuit overhead transmission lines and in high voltage underground cables (three-phase systems constituted by single-core cables) the phase configurations are determined in order to achieve the reduction of field intensities in areas accessible to people. The possibilities of measurements in 400kV grid are very restricted and apparently they cannot cover the needs of extensive parametrical investigations. In order to examine experimentally the effect of the theoretical investigations, a model of two parallel running 400kV double circuit lines was constructed at the Power Systems Laboratory of the University of Patras. In chapter 1, the object of this thesis is described and bibliographical research is conducted. The limit values of the guidelines of the International Committee on Non-Ionizing Radiation Protection (ICNIRP), the Recommendation of the European Union Council and Greek Legislation for the protection of humans from Extremely Low Frequency (ELF) electric and magnetic fields are given. These limits are set to 5kV/m and 100μT for constant public exposure and 10kV/m and 500μT for occupational exposure. In Chapter 2, the theoretical basis for the construction of the model of two parallel running 400kV double circuit lines to measure the electric and magnetic fields is examined. Also, the factors between the values of field intensities of the model and the ones of the actual transmission lines are determined. The model offers the potential of measurement for different arrangements of the phase conductors. What is interesting is the symmetrical arrangement of the phase conductors and the optimum arrangement in order to achieve reduction of the electric field intensity and the magnetic flux density. The model has to be big enough so that the dimensions of the measurement instruments (EMF meters) won’t affect the measurement values. The 1:16 scale occurred to be the appropriate one. The dimensions of the model are 12m (length), 3.2m (width) and 3.6m (height). This model, with its extra power and measurement supplies, is constituted by: - Model of two parallel running 400kV double circuit lines. - Transformers to supply the model with the desirable current (two transformers, one for each double circuit line). - Reactance coils for the reduction of currents to the desirable values (twelve reactance coils, 1 coil per phase and circuit of each line). - Switchboard for lines with the necessary protections and possibility of connection to achieve different phase arrangements (two switchboards, one for each double circuit line). With measurements or calculations the values of equivalent circuit of transformers, lines, reactance coils and connection cables including contact resistance were determined. From the overall equivalent circuit it occurs that the per phase and per circuit current is 208A, but the respective measured value is 184A (value in thermal steady state with environment temperature 16oC). This difference is mostly due to the inductive reactance of the cable trays of connection cable and the current transformers. In chapter 3, the results of systematic measurements and comparative calculations of the intensity of the electric field and the magnetic flux density in the environment of 400kV double circuit line are given. The measurements were conducted both in the vicinity of the real power lines and in the vicinity of the model of power lines in 1:16 scale, which is described in chapter 2. Investigations were conducted to ascertain the optimum phase arrangement as far as fields are concerned, and its effect in the reduction of field intensities. From the measurements and calculations in the vicinity of the real power lines and the model it occurs the drastic reduction of the intensity of electric field and the magnetic flux density by applying the optimum phase conductor arrangement. Following, field intensities of occupational exposure during line insulator washing under voltage are determined. In chapter 4, underground cables’ arrangements of two, three and more three-phase systems are examined, which are constituted by single-core cables. Specifically, typical flat arrangements of cables are examined as well as a typical arrangement of cables installed inside a tunnel. Parametrical investigations are conducted in the phase configurations of the cables in order to reduce the magnetic flux density in the vicinity of the cables and to determine the configurations which produce the minimum maximum values of the magnetic field (optimum configurations). The optimum phase configurations are verified for various installation depths and various distances between the cables and between the three-phase systems. In arrangements of two three-phase systems, without involvement between the two systems, there are 36 possible phase configurations. Those configurations are categorised in groups of 6 configurations which produce the same magnetic field. In this way, 6 independent configuration groups arise. Respectively, in arrangements of three three-phase systems, there are 216 possible phase configurations from which 36 independent groups arise. For any number n of three-phase systems there are 6n possible phase configurations from which 6n-1 independent configuration groups arise. There is always one group of 6 phase configurations (optimum configurations) which cause the greatest reduction (drastic reduction) of the maximum value of the magnetic flux density. The optimum phase configurations also produce great reduction of magnetic flux density in the vicinity of the cables. In chapter 5, the results of systematic measurements of magnetic flux density taken place in nine 150kV outdoor substations of the Greek grid are presented. Measurements also were conducted in 150kV GIS Indoor Substation in Amarousion and Eleftherias. Measurements in outdoor substations were conducted: a) In the direct vicinity of main equipment (150kV/ 20kV transformers, 150kV bus-bars, 20kV overhead lines) and close measurements inside the substation so as to determine in three-dimensional depiction of the magnetic flux density. In this way occupational exposure to magnetic fields can be determined. b) Far away from the main equipment and in the vicinity of 150kV overhead lines and 20kV overhead lines so that the magnetic flux density in the fencing area of the substation (areas accessible to the public) can be evaluated and, consequently, the maximum public exposure to fields owed the substation can be determined. Measurements conducted in 150kV GIS Indoor Substation in the outer perimeter of the building (areas accessible to the public). In chapter 6, results of systematic measurements of magnetic flux density taken place in 400kV outdoor substations in Aharne and Koumoundourou and in 400kV GIS Indoor Substation in Lavrio. Measurements in outdoor substations were conducted: a) In the direct vicinity of main equipment (400kV/ 150kV autotransformers, 400kV bus-bars) and close measurements inside the 400kV bus-bars so as to determine in three-dimensional depiction of the magnetic flux density. In this way occupational exposure to magnetic fields can be determined. b) Measurements conducted in the fencing area of the outdoor substation (areas accessible to the public) can be evaluated and, consequently, the maximum public exposure to fields owed the substation can be determined. Measurements conducted in 400kV GIS Indoor Substation in Lavrio were conducted inside and outside the 400kV bus-bar building. In chapter 7, the magnetic flux density in the vicinity of fifty 20kV /0.4kV outdoor distribution substations is examined. From measurements of the magnetic field, made in the vicinity of outdoor substations, the following segregation of the substation results: - Outdoor substations type O with the fuse-box in the significant height above ground (2-3m). These substations are mainly connected to the overhead grind of 0.4kV. - Outdoor substations type U with the fuse-box on the ground. These substations are mainly connected to the underground grind of 0.4kV. Measurements were conducted in the vicinity of 9 distribution substation 20kV /0.4kV installed inside building, and 3 compact substations. Measurements were conducted in areas accessible to workers (inside the substations) and in areas accessible to the public (outside the substations). The nominal power of the substations lies among 250kVA and 1000kVA. The measurements of the magnetic flux density were conducted in urban and suburban areas. From chapter 3 to 7 it occurs that the maximum values of the magnetic flux density in areas accessible to the public are mach lower than the limit values. In occupational exposure higher values occur, which however do not exceed the limit values.