Magnetfält från induktiv elbilsladdning

Transkript

1 Dokumentstatus: Godkänt Mätprotokoll Datum: Handläggare: Jimmy Estenberg Diarienr: SSM Magnetfält från induktiv elbilsladdning Sammanfattning Strålsäkerhetsmyndigheten (SSM) har mätt magnetfält i och runt elbil och hybridbil som laddas induktivt. Laddningssystemet alstrar magnetfält med frekvensen 19,5 khz. Mätningarna visar att magnetfälten under laddning kan uppgå till 44 µt alldeles intill bilens bakre del. Under bilen är magnetfältet högre. Inne i bilen har magnetfält upp till 0,3 µt mätts upp under laddning. Med hänsyn till att magnetfälten kraftigt överstiger SSM:s referensvärde (6,25 µt vid frekvensen 19,5 khz enligt SSMFS 2008:18) på platser runt och under bilen vid laddning finns anledning att inte använda systemet på platser som allmänheten eller privatpersoner har tillträde till innan dess att tillverkaren kan visa att laddningssystemet inte innebär några strålskyddsrelaterade risker. I Sverige används systemet hittills endast i forskningsoch utvärderingssyfte och då på platser som är begränsade till arbetstagare. Där gäller Arbetsmiljöverkets insatsnivå (100 µt vid frekvensen 19,5 khz enligt AFS 2016:3). Bakgrund och syfte Evatrans system för induktiv laddning av elbilar ingår i ett svenskt forskningsoch demonstrationsprojekt (Wireless Charging of electric vehicles, WiCh) som initierats och till stor del finansierats av Energimyndigheten och leds av Viktoria Swedish ICT. Strålsäkerhetsmyndigheten har bidragit till projektet genom att mäta magnetfältsexponering i och runt den laddande bilen. Magnetfältsmätningarna i denna studie är en del av SSM:s miljöövervakning och syftet var att myndigheten skulle få en uppfattning om vilken magnetfältsexponering som det innebär för personer som vistas i och runt bilen under laddning. Mätobjekt Mätningarna gjordes på Evatrans system för statisk induktiv laddning (Plugless L2 Power) vid SP i Borås Systemet har en primärspole (sändande enhet) som är placerad på marken och alstrar ett magnetfält med frekvensen 19,5 khz under laddning, se figur 1. Under bilen är en sekundärspole monterad som tar upp magnetfältet och omvandlar det till elektrisk ström som efter likriktning laddar bilbatteriet. Primärspolen drivs via kabel av en enhet som är placerad på väggen framför laddningsplatsen, se figur 1. I väggenheten omvandlas elnätets 50 Hz till frekvensen 19,5 khz. Strålsäkerhetsmyndigheten Swedish Radiation Safety Authority SE Stockholm Tel: E-post: registrator@ssm.se Solna strandväg 96 Fax: Webb: stralsakerhetsmyndigheten.se

2 Sida 2 (8) Figur 1. Bilden till vänster visar primärspolen, bilden till höger visar enheten på väggen. Två olika fordon användes under mätningarna; Chevrolet Volt (laddhybrid, reg. nr. DLS 362) och Nya Nissan Leaf (elbil, reg. nr. NKP 349). Mätningarna som gjordes med Chevrolet benämns i detta protokoll som Mätning 1 och mätningarna som gjordes med Nissan benämns som Mätning 2. Mätning 2 omfattar inte alla mätpositioner som ingick i Mätning 1. Bilen som visas i figur 1 användes inte vid de aktuella mätningarna. Mätutrustning Vid mätningarna användes magnetfältsmätaren MFM3000 som presenteras i Tabell 1. Instrumentet är frekvensselektivt vilket betyder att magnetfältskomponenter på enskilda frekvenser kan analyseras. Mätantennen är isotrop vilket innebär att den inte är riktningsberoende utan ger samma resultat oavsett hur den hålls i fältet. Tabell 1. Mätinstrumentet Modell MFM3000 Tillverkare Combinova s/n 106 Mätområde 10 nt 10 mt Frekvensområde 5 Hz 400 khz Mätonoggrannhet +/- (1% + 2 nt) Kalibreringsdatum

3 Sida 3 (8) Instrumentet kan ställas in för att mäta antingen i tidsdomänen eller i frekvensdomänen. Alla mätningar som presenteras i detta protokoll gjordes med instrumentet inställt i frekvensdomänen. Kalibrering Instrumentet kalibrerades av tillverkaren Strålsäkerhetsmyndigheten har gjort verifikationsmätning och konstanskontrollmätning enligt den interna rutinen STYR för att säkerställa instrumentets funktion före och efter mätningarna. Under mätningarna fästes mäthuvudet till MFM3000 i ett mätstativ. Stativet ingick inte vid kalibrering, verifikations- eller konstanskontrollmätning. Därför gjordes en mätning i kontrollerad miljö för att undersöka om stativet påverkade mätresultatet. Mätningen gjordes för frekvenserna 50 Hz, 500 Hz och 20 khz. Resultatet blev att stativets inverkan var mindre än en procent. Mätmetod och genomförande Magnetfälten är starkast när laddningsströmmen är maximal. Därför eftersträvades så hög ström som möjligt under mätningarna. Vid samtliga mätningar som presenteras var strömmen till väggenheten ungefär 25,6-27 A vid 230 V. Vid mättillfället fanns ingen standard för hur magnetfält från induktiv laddning av bilar ska mätas. Mätningarna gjordes därför på platser där allmänheten kan vistas och som hade förväntat höga magnetfält. Magnetfälten mättes både i och runt bilen samt nära primärspolen och intill väggenheten. Som jämförelse mättes bakgrundsnivån när laddningssystemet var avstängt. Figur 2 visar mäthuvudets position samt hur det förflyttades vid horisontell respektive vertikal mätning. Vid horisontell mätning mättes magnetfältet på en höjd som motsvarar ungefär hälften av bilens markfrigång. Den vertikala mätningen gjordes med mäthuvudets centrum ungefär 5 cm från bilen, vilket innebär att mäthuvudet hölls direkt mot bilens bakre del.

4 Sida 4 ( 8 ) Dokumentnr : SSM V e r tik a l m ä tr ik tn in g Figur 2. Mäthuvudets position och förflyttning vid mätning utanför bilen. Närvarande vid mätningarna var Jimmy Estenberg (SSM), Torsten Augustsson (SSM), Yngve Hamnerius (Chalmers tekniska högskola) och Ellen Olausson (Viktoria Swedish ICT).

5 Sida 5 ( 8 ) Dokumentnr : SSM Resultat Här presenteras resultaten från mätningarna runt och i bilen samt från mätning arna runt väggenheten. Vid databehandlingen har mätvärdena för laddningssystemet begränsats till att omfatta frekvensområdet 10 Hz 400 khz för att exkludera de lågfrekventa frekvens - komponenter som registrerats när mätinstrumentet genom skakningar fångad e upp jordens magnetfält. Bakgrundsnivån var 0,022 µt varav 0,015 µt utgjordes av magnetfält med frekvensen 50 Hz. Den låga bakgrundsnivån innebär att dess inverkan på mätresultaten är försumbar. Runt bilen under laddning Magnetfältet runt bilen i Mätning 1 visas i figur 3. 0,08 µt 0,1 µt 0,1 µt 1 µt 1 µt 10 µt 44 µt 11 µt Figur 3. Magnetfält runt bilen, sett ovanifrån med fronten uppåt. Primärspolens placering visas i rött. Figur 4 visar hur magnetfältet avtog när mäthuvudet förflyttades bort från den sändande enheten, i horisontell riktning. Figur 5 visar hur magnetfältet avtog när mäthuvudet i höjdled förflyttades bort från den sändand enheten (vertikal riktning). Figur 4 och 5 visar även Strålsäkerhetsmyndighetens referensvärde för den aktuella frekvensen. Referensvärdet d en rekommenderad e maxnivå n för allmänheten.

6 Sida 6 (8) Figur 4. Magnetfält i horisontell mätriktning enligt figur 2. Figur 5. Magnetfält i vertikal mätriktning enligt figur 2.

7 Sida 7 ( 8 ) Dokumentnr : SSM Inne i bilen under laddning Magnetfältet i bilen vid Mätning 1 presenteras i tabell 2. Tabell 2. Magnetfält i bilen under laddning Mätposition Magnetfält [µt] Bakgrundsnivå Förarsäte 0,022 0,06 Förarplats golv 0,07 Passagerarsäte vänster bak 0,15-0,3 Passagerarsäte vänster golv 0,09 Runt väggenheten under laddning Tabell 3 visar magnetfältsnivån i väggenhetens närområde. I figur 6 visas magnetfältets spektrala fördelning. Där framgår tydligt att de dominerande frekvenserna är 50 Hz och 19,5 khz samt deras övertoner. Tabell 3. Magnetfält runt väggenheten Mätposition Magnetfält [µt] Direkt mot framsidan (mätproben direkt mot) 36 µt 50 cm mitt framför 0,58 µt* Direkt bakom väggen 0,29 µt *Magnetfältets spektrala fördelning visas i figur 6. Figur 6. Magnetfältets spektrala fördelning runt väggenheten.

8 Sida 8 (8) Diskussion och slutsatser Mätningarna som presenteras i denna rapport är gjorda på ett begränsat antal platser på två specifika bilar. Mätvärdena är därför att betrakta som exempel på hur exponeringen kan se ut i och runt en bil som laddas med Evatrans induktiva laddningssystem. En orsak till att magnetfältsnivån skiljer mellan de båda mätningarna som presenteras i figur 4 kan vara bilens placering över primärspolen. Under mätningarna visade det sig att sämre positionering ger upphov till högre magnetfält runt primärspolen. Mätningarna visar att magnetfälten kan uppgå till 44 µt alldeles intill bilens bakre del, vilket är en plats där människor normalt vistas vid i- och urlastning. Primärspolen aktiveras endast när ett laddande fordon är placerat över den. Den ger därför inget magnetfält när bilen inte står där. Det högsta magnetfältet (481 µt vid frekvensen 19,5 khz) uppmättes nära primärspolen under laddning. Det är inte en plats där människor normalt befinner sig men det finns inget säkerhetssystem som stoppar laddningen om exempelvis ett litet barn eller djur skulle krypa under bilen. Med hänsyn till att magnetfälten kraftigt överstiger SSM:s referensvärde (6,25 µt vid frekvensen 19,5 khz enligt SSMFS 2008:18) på platser runt och under bilen vid laddning finns anledning att inte använda systemet på platser som allmänheten eller privatpersoner har tillträde till innan dess att tillverkaren kan visa att laddningssystemet inte innebär några strålskyddsrelaterade risker. I Sverige används systemet hittills endast i forskningsoch utvärderingssyfte och då på platser som är begränsade till arbetstagare. Där gäller Arbetsmiljöverkets insatsnivå (100 µt vid frekvensen 19,5 khz enligt AFS 2016:3). Magnetfältet är lågt inne i bilen under laddning (<0,3 µt). Alldeles intill väggenheten är magnetfältet 36 µt (huvudsakligen 50 Hz med övertoner) men det avtar snabbt i styrka med avståndet och redan vid 0,5 meters avstånd är nivån nere på 0,58 µt. Det är ungefär samma magnetfältsnivåer som en dammsugare eller hårtork kan alstra. Magnetfältsnivån i bilen och bidraget från väggenheten under laddning kan därför inte anses utgöra något strålskyddsproblem. Jimmy Estenberg Teknisk ledare, EMF-mätverksamhet Strålsäkerhetsmyndigheten