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Elektromagnetische Felder 1996

Kartenbeschreibung

Karte 08.05.1: Kraftwerke, Verbund- und Verteilungsnetz

Die Karte zeigt das Hoch- und Höchstspannungsnetz der Bewag mit den Spannungsebenen 380 kV, 220 kV und 110 kV. Über die 380- und 220-kV-Leitungen ist das Bewag-Netz mit dem überregionalen deutschen Verbundnetz verknüpft. Der Anschluss erfolgt über die großen Umspannwerke (UW) Teufelsbruch im Westen, Malchow im Norden und Wuhlheide im Südosten der Stadt.

Gegenwärtig wird innerhalb der Stadt eine 380-kV-Diagonalverbindung vom UW Teufelsbruch über das UW Mitte zum UW Friedrichshain und bis 2000 weiter zum UW Marzahn im Osten der Stadt als unterirdische Kabelverbindung errichtet. Vom UW Marzahn zum UW Neuenhagen (östlich der Stadt) wird derzeitig eine neue 380-kV-Freileitung gebaut. Nach der Fertigstellung der 380-kV-Diagonale können die derzeit noch notwendigen 110-kV- und 220-kV-Freileitungen vom UW Neuenhagen zum Stadtgebiet rückgebaut werden.

Über das 110-kV-Netz werden die innerstädtischen Kraftwerke der Bewag in das Berliner Stromversorgungssystem eingebunden. Gleichzeitig werden über diese Spannungsebenen die ca. 80 der 110/10(6) -kV-Umspannwerke versorgt, die zur regionalen Verteilung im Stadtgebiet betrieben werden. Die 110-kV-Leitungen sind im Westteil der Stadt überwiegend verkabelt, im Ostteil Berlins bildet ein 110-kV-Freileitungsnetz das Rückgrat der Stromversorgung.

Karte 08.05.2: Magnetische Flussdichte unter Hochspannungsfreileitungen (50 Hz)

In der Abbildung ist die von den Hochspannungsfreileitungen in Berlin-Buch/Karow erzeugte magnetische Flussdichte in 1 m Höhe über dem Erdboden dargestellt. Es ist zu erkennen, dass die Bereiche gleicher Fußdichten unter den Freileitungen ineinander verlaufen. Eine Trennung der Feldanteile einer “einzelnen” Freileitung ist nicht möglich. Im unteren Teil des Bildes ist deutlich der Verlauf der teilweise als Erdkabel ausgeführten 110-kV-Trasse zu erkennen. Obwohl die Feldstärken über der Trasse gleichbleibend sind, ist die räumliche Ausdehnung im Bereich des Erdkabels vermindert. Ursache hierfür ist die kompakte Verlegeart der 110-kV-Erdkabel, wodurch nur ein schwacher Restfeldanteil übrigbleibt. Direkt über dem Kabel wird dieser Vorteil jedoch vom gegenüber den Leiterseilen geringen Abstand des Kabels zur Erdoberfläche aufgehoben. Auf höheren Spannungsebenen sind die Feldstärken über Erdkabeln sogar größer als unter äquivalenten Freileitungen, weil die Kabel aufgrund der hohen Übertragungsleistung eine zusätzliche Kühlung benötigen, welche eine kompakte Verlegung verhindert.

Die berechneten maximalen magnetischen Flussdichten der Hochspannungsfreileitungen in einer Höhe von 1 m über dem Erdboden betragen gemäß DIN VDE 0848 T1 (VDE 0848 1995) bei den angenommenen Leitungsparametern (mittlere Last):

Freileitung 1

Die Gültigkeit der Berechnungen wurde durch ausgewählte Messungen sichergestellt. Im Falle einer größeren Last steigt die magnetische Flussdichte proportional zur Leistung an. Die berechneten maximalen Feldstärken des 110-kV-Erdkabels in 1 m Höhe über dem Erdboden betragen bei durchschnittlicher Übertragungsleistung:

Verlegeart

Zur Einordnung der berechneten Werte sei die im Gebiet Berlin-Buch/Karow an Erdkabeln der Spannungsebenen 1- und 10-kV in 1 m Höhe über dem Gehweg gemessene magnetische Flussdichte angegeben. Diese betrug maximal 0,67 µT und liegt damit über den Werten des 110-kV-Kabels.

Karte 08.05.3: Ungestörte elektrische Feldstärke unter Hochspannungsfreileitungen (50 Hz)

In dieser Karte ist das elektrische Feld ohne jeden Umgebungseinfluss (Ausnahme Masteinfluss) verzeichnet. Das Flächengebiet entspricht dem der Karte 08.05.2. Die berechneten maximalen elektrischen Feldstärken der Hochspannungsfreileitungen in einer Höhe von 1 m über dem Erdboden betragen gemäß DIN VDE 0848 T1 (VDE 0848) bei den angenommenen Leitungsparametern:

Freileitung 2

Die Gültigkeit der Berechnungen wurde wieder durch ausgewählte Messungen sichergestellt. Grundsätzlich ist die elektrische Feldstärke unabhängig vom Stromfluss. Im Falle einer geringeren Last sinkt die elektrische Feldstärke jedoch leicht ab, weil die Temperatur der Leiterseile abnimmt, die Seile “straffer gespannt” sind und der Abstand zum Erdboden sich vergrößert.

Die elektrische Feldstärke überschreitet in kleinräumigen Gebieten Werte von 5 kV/m, es handelt sich jedoch hier ausschließlich um Flächen wie Wald und Wiesengebiete, die im Allgemeinen nicht zum ständigen Aufenthalt von Personen bestimmt sind. Für die Beurteilung der maximalen gemessenen elektrischen Bodenfeldstärke von 7 kV/m unter der 380-kV-Freileitung sind zudem die besonderen Umstände bei der Leitungsplanung zu berücksichtigen. Die Leitung wurde im Jahre 1979 errichtet. Die Projektierung erfolgte in der ehemaligen DDR entsprechend TGL 200-0614. Die Feldstärken sind nicht als kritisch anzusehen, da diese ausschließlich auf unbebauten Flächen auftreten und in der Realität eine Reduzierung durch den Bewuchs vorliegt. Zusätzlich ist das berechnete elektrische Feld besonders in größerer Entfernung von den Freileitungen als idealisiert zu betrachten, da es in der Realität auch hier durch Bebauung und Bewuchs deutlich reduziert wird.

Über dem Erdkabel ist die elektrische Feldstärke Null (siehe Kapitel Methode).

Karten 08.05.4 und 08.05.5: Magnetische Flussdichte und ungestörte elektrische Feldstärke an Hochspannungsfreileitungen (50 Hz) im Vertikalschnitt

Die Position der Schnitte ist in den Karten 08.05.2 und 08.05.3 eingetragen. Anhand der Abbildungen wird deutlich, dass die Feldstärken nicht nur in der Horizontalen, sondern auch in der Vertikalen variieren. Insbesondere sind in dieser Darstellungsart die Leiterseile als Quellen der Feldstärken zu erkennen. Die Feldstärken nehmen von den Leiterseilen mit 1/r (r = radialer Abstand zum Leiterseil) ab. Die Grenzwerte der 26. BImSchV für die magnetische Flussdichte werden hier nur in unmittelbarer Nähe der Leiterseile überschritten, in einem Bereich der weit innerhalb des zulässigen Sicherheitsabstandes für Personen liegt. Im Falle einer Annäherung wäre eine Person zunächst vom Funkenüberschlag betroffen, bevor sie in den Bereich einer Grenzwertüberschreitung vorstoßen könnte. Die Grenzwerte der elektrischen Feldstärke werden bei der dargestellten ungestörten Ausbreitung im Bereich des tiefsten Durchhanges hier gerade erreicht.

Karte 08.05.6: Einfluss von Bäumen auf die Verteilung der elektrischen Feldstärke unter einer Freileitung (50 Hz)

Häuser, Bäume oder Büsche verzerren das elektrische Feld merklich. Ein Beispiel einer 220-kV-Hochspannungsfreileitung, unterhalb derer sich 3 Bäume einer Höhe von 5 m befinden, ist in dieser Abbildung dargestellt. Die Feldstärke am Geäst der Bäume steigt im Vergleich zur gegenüberliegenden ungestörten Seite an (links). Direkt unterhalb der Bäume ist die Feldstärke dafür geringer, weil das elektrische Feld von den Baumkronen abgeschirmt wird. Ohne die Bäume ergäbe sich eine völlig symmetrische Verteilung der Feldstärke (das Feld könnte an einer vertikal durch den Mast verlaufenden Achse gespiegelt werden).

Die Reduktion der elektrischen Feldstärke in der unmittelbaren Umgebung eines Baumes beträgt z. B. bei einer 380-kV-Leitung etwa 85 %, nach 5 m sind es noch etwa 50 % (IZE 1994).

Karte 08.05.7: Magnetische Flussdichte an einer Netzstation (50 Hz)

Die Auslastung der Station während der Messung in 1 m Höhe betrug ca. 50 % der Nennleistung (630 kVA).

Im Inneren der Station sind keine Feldstärken dargestellt, da dieser im allgemeinen unzugängliche Bereich für die Messungen nicht betreten werden konnte. In der Umgebung der Station treten an zwei Stellen lokale Maxima der magnetischen Flussdichte auf: In der rechten unteren Ecke, in der sich der Transformator und die Niederspannungsverteilung befinden, und an der oberen Wand, dem Standort der Hochspannungsschaltanlage. Bei Messungen an 9 verschiedenen Netzstationen lag die magnetische Flussdichte dieser Maxima im Bereich von 0,85 bis 3,54 µT. Mit der Entfernung von der Gebäudewand fiel die Flussdichte stark ab und betrug in 1,75 m Abstand nur noch 0,3 µT.

Bedingt durch die Bauart können an Netzstationen auch höhere Feldstärken auftreten. Dies ist immer dann der Fall, wenn Teile der elektrischen Anlage, insbesondere die Niederspannungsverteilung, direkt an einer Außenwand montiert sind. Situationen, in denen es in unmittelbarer Umgebung (ca. 1-2 m Abstand) zur Beeinträchtigung der Bildqualität von Datensichtgeräten durch niederfrequente Magnetfelder kommen kann, treten jedoch auch dann nur auf, sofern die Station in ein Gebäude integriert ist (sogenannte Einbaustationen).

Karte 08.05.8: Magnetische Flussdichte an der Fernbahnstrecke (16 2/3 Hz) im Streckenabschnitt Savignyplatz

Dargestellt ist das magnetische Wechselfeld bei einer Frequenz von 16 2/3 Hz in der Umgebung des Streckenabschnittes Berlin-Savignyplatz, das vom Stromfluss auf der Oberleitung und den Schienen der Fernbahn erzeugt wird. Dieses Feld ist nicht kontinuierlich vorhanden, sondern tritt nur bei Fahrvorgängen auf dem Streckenabschnitt Zoologischer Garten – Savignyplatz auf. Für die Berechnung wurden zwei Höhen gewählt. Die Höhe von 1 m über dem Erdboden, die für auf Gehwegen, Straßen und in Geschäften am Savignyplatz anwesende Personen relevant ist und die Höhe von 1 m über dem Bahnsteig, die auf Fahrgäste und Personal auf dem Bahnhof Savignyplatz anzuwenden ist.

Die berechneten maximalen Feldstärken der Streckenführung der Fernbahn beim Aufenthalt von Personen auf dem S-Bahnhof Savignyplatz betragen bei einem Fahrstrom von 226 A: 4,8 µT bzw. 0,4 kV/m (16 2/3 Hz).

Die durchschnittlichen magnetischen Flussdichten liegen mindestens eine Größenordnung niedriger. In der Umgebung des Bahndamms (1 m über dem Erdboden) beträgt die maximale magnetische Flussdichte 2 µT (16 2/3 Hz).

Die von der Fernbahn verursachten Spitzenwerte auf Bahnanlagen sind in Relation zu den Werten der 50 Hz-Energieversorgung relativ hoch. Sie treten jedoch nur kurzzeitig auf – es sind aber auch die Grenzwerte für 16 2/3-Hz-Felder höher (10 kV/m und 300 µT). Bahnsteige z. B. dienen nur zum vorübergehenden Aufenthalt von Menschen, weil die Verweilzeit des Einzelnen dort in der Regel gering ist, und fallen demzufolge nicht unter die 26. BImSchV. Auch schienengebundene Verkehrsmittel werden nicht von der 26. BImSchV erfasst, da es sich bei solchen Fahrzeugen nicht um ortsfeste Anlagen handelt.

Karte 08.05.9: Magnetische Flussdichte an der S-Bahnstrecke (0 Hz, Gleichfeld) im Streckenabschnitt Savignyplatz

Bei der Betrachtung des magnetischen Gleichfeldes auf dem S-Bahnhof Savignyplatz und in der Umgebung der S-Bahnstrecke ist zu beachten, dass hier maximale Fahrströme zugrunde liegen. Die berechneten maximalen Feldstärken beim Aufenthalt von Personen auf dem S-Bahnhof Savignyplatz betragen 79 µT (0 Hz, Gleichfeld).

Die durchschnittlichen magnetischen Flussdichten liegen mindestens eine Größenordnung niedriger. In der Umgebung des Bahndamms (1 m über dem Erdboden) beträgt die maximale magnetische Flussdichte 25,8 µT (0 Hz).

Die in den Zügen gemessenen magnetischen Flussdichten liegen um eine Größenordnung über den in Straßen unterhalb des Bahndamms gemessenen Werten, da auch die Felder an Bahnanlagen sehr schnell mit der Entfernung abfallen. Noch geringere elektromagnetische Emissionen sind nur von hochgradig optimierten Verkehrssystemen wie dem zwischen Berlin und Hamburg geplanten Fahrweg der Magnetschwebebahn Transrapid 07 zu erwarten (Stenzel, Plotzke 1996).

Der Vergleich der magnetischen Flussdichten der Hochspannungsfreileitungen mit denen an Streckenführungen der S-Bahn und Fernbahn bereitet einige grundsätzliche Schwierigkeiten. Die Flussdichten an S-Bahnanlagen liegen zwar über denen der 50 Hz-Energieversorgung, die Ausschöpfung der Richtwerte ist jedoch sehr gering, da die Richtwerte der IRPA/ICNIRP für magnetische Gleichfelder 40 mT (= 40 000 µT) betragen (Bemerkung: Die 26. BImSchV definiert keine Grenzwerte bei 0 Hz). Dennoch treten in unmittelbarer Umgebung häufig Störungen der EMV auf, die nur durch eine magnetische Abschirmung (Naunheim 1991) der betroffenen Geräte behoben werden können.

In Tab. 5 sind alle wesentlichen Mess- und Berechnungsdaten zusammengefasst. Die Feldstärken sind nach Frequenzen (0, 16 2/3 und 50 Hz) aufgeschlüsselt und stellen je nach Fall durchschnittliche oder Spitzenwerte dar.

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Tab. 5: Zusammenfassung wesentlicher Mess- und Berechnungsdaten
Bild: Umweltatlas Berlin