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EMF von Stromtechnologien
2. NF-EMF von elektrischen Energieanwendungen 2.1 NF-EMF in der Elektrizitätsversorgung aktuelle Situation
2.1.1 Grundsätzliche Eigenschaften der EMF
Die Betriebsmittel der Elektrizitätsversorgungsnetze erzeugen in ihrer Umgebung je nach ihrer Funk- tion, Konstruktion und Spannungsebene elektrische und magnetische Felder in unterschiedlichem Ausmass. Nur bei Freileitungen und luftisolierten Hochspannungsanlagen entstehen elektrische Fel- der in der Umgebung der Betriebsmittel. Andere Hochspannungskomponenten verfügen üblicherweise über einen metallischen Schirm oder eine metallische Kapselung, welche das elektrische Feld auf das Innere der Komponente beschränken. Magnetische Felder entstehen bei allen Betriebsmitteln, auch bei unterirdischen Kabelleitungen und im Bereich von Unterwerken und Trafostationen. Letztere befin- den sich zum Teil in Gebäuden mit häufigem Personenaufenthalt. Da die Netzspannungen konstant gehalten werden, die Ströme aber den schwankenden Lasten unterworfen sind, bleiben die elektri- schen Felder auch bei Schwachlast konstant, wohingegen die Magnetfelder sich proportional zum Energietransport bzw. Verbrauch verhalten.
Im Niederfrequenzbereich werden Magnetfelder anders als die elektrischen Felder durch schwach leit- fähige Feststoffe (typische Baumaterialien) nicht abgeschwächt und dringen deshalb auch von aussen durch Wände in Innenräume ein. Daher stehen die magnetischen Felder bezüglich ihrer Auswirkung auf die Umwelt und den Menschen im Vordergrund. Im Folgenden werden deshalb die Magnetfelder ausführlicher behandelt und auf die elektrischen Felder (E-Feld in V/m) nur eingegangen, wo sie sich bemerkbar machen. Bei den Magnetfeldern (H-Feld oder B-Feld) sind grundsätzlich die magnetischen Flussdichtefelder gemeint, Symbol B in der Einheit Tesla (1 T = 1 Vs/m2 = 10 kGauss). Im Allgemei- nen sind die Effektivwerte (zeitliches quadratisches Mittel des Feldvektorbetrags) gemeint. Ausnah- men sind Hochfrequenzimpulsfelder, bei denen Spitzen- oder Quasi-Spitzenwerte angegeben werden (siehe entsprechende Hinweise im Text).
Elektrische Energiesysteme zeigen im Abklingverhalten ihrer magnetischen Flussdichtestreufelder mit der Distanz unterschiedliches Verhalten auf. Felder von linearen Quellen, wie Freileitungen und Bahn- linien nehmen langsamer mit der Distanz ab als jene von räumlich begrenzten Apparaten. Abbildung 1 zeigt typische Wertebereiche der magnetischen Flussdichte einiger elektrischer Systeme in Funktion des Abstands. Drei unterschiedlich steile Abklingcharakteristiken sind in dieser Darstellung erkennbar (a, b, c).
Der physikalische Hintergrund der Unterschiede in den drei Fällen wird vereinfacht in Abbildung 2 er- klärt: Der asymptotische Verlauf der magnetischen Flussdichte in Funktion der Entfernung von der Quelle ist in grafischer Form dargestellt und als Formelbeziehung angegeben. Die Beziehungen zei- gen im Übrigen, dass die abstandsabhängigen magnetischen Streuflussdichten von Betriebsmitteln in einfachen Fällen mit kleinem Rechenaufwand zuverlässig bestimmt werden können (Bräunlich & Bräunlich, 2009). Magnetfelder von Bahnlinien klingen am langsamsten ab, da 20% bis 30% des Trak- tionsrückstroms nicht in den Schienen und Rückleitern, sondern in einem breiten Korridor von mehre- ren 100 m Breite im Erdboden zurückfliesst. Das Bahntrassee, welches einen Nettostrom (Hin- minus Teilrückstrom) führt, fungiert damit quasi als grosser Einzelleiter. Erst in grösserer Entfernung geht das Abklingverhalten in eine inverse quadratische Abhängigkeit über.
Streuflussdichtefelder von Leitungen (Typ b, mit einem Zwei- oder Dreiphasensystem) besitzen eben- falls eine grössere Reichweite (insb. Freileitungen). Sie klingen mit dem inversen Abstand im Quadrat
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