Elektrische und magnetische Felder

Elektrische und magnetische Felder

Tagtäglich schalten wir Licht, Herd, Fernseher, Radio und Computer ein und aus, benutzen Haartrockner, Rasierapparate und Staubsauger und telefonieren von überall her in die ganze Welt: Strom ist in unserem Alltag selbstverständlich.

Im Zusammenhang mit dem Ausbau des deutschen Stromnetzes erleben wir dennoch immer wieder Verunsicherungen bei den Menschen: Was bedeuten Höchstspannungsleitungen für unsere Umwelt und unsere Gesundheit? Und wie ist das mit den elektrischen und magnetischen Feldern (kurz: EMF)? Sind diese schädlich?

Wir wollen Ihnen zeigen, wo elektrische und magnetische Felder in der Natur, im Alltag und beim Stromtransport auftreten, wie sie wirken und welche Grenzwerte gelten.

Elektrische und magnetische Felder: Ein elektrisches Feld umgibt jede elektrische Ladung, also jeden Spannung führenden Leiter. Nehmen wir als Beispiel eine Schreibtischlampe. Ist diese über die Steckdose mit dem Stromnetz verbunden, entsteht ein elektrisches Feld, auch wenn der Lichtschalter ausgeschaltet ist. Denn überall dort, wo angeschlossene Stromleitungen sind – also Spannung vorhanden ist – gibt es elektrische Felder. Je höher die Spannung ist, desto größer ist das elektrische Feld. Seine Stärke wird in Kilovolt pro Meter (kV/m) gemessen.

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Ein magnetisches Feld entsteht, wenn elektrischer Strom fließt, es umgibt also jeden stromdurchflossenen Leiter. Für die Schreibtischlampe bedeutet das: Erst wenn die Lampe eingeschaltet ist und leuchtet, entsteht zusätzlich zum elektrischen Feld auch ein magnetisches Feld. Je mehr Strom fließt, umso stärker ist das magnetische Feld. Für die von der Feldstärke abgeleitete magnetische Flussdichte wird die Maßeinheit „Tesla“ (T) bzw. „Mikrotesla“ (μT) genutzt.

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Wirkung auf Menschen: Elektrische und magnetische Felder werden vom Menschen nicht unmittelbar über die Sinnesorgane wahrgenommen. Dennoch können elektrische und magnetische Felder Wirkungen auf den menschlichen Körper haben. Bei elektrischen Feldern kann es beispielsweise zu „Elektrischer Entladung“ kommen. Diese ist vergleichbar mit der statischen Aufladung an Kunstfasertextilien und der Entladung beim anschließenden Berühren leitfähiger Oberflächen. Dies ist aber vollkommen ungefährlich.

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Seit Ende der 70er Jahre wurde zudem in zahlreichen Studien untersucht, ob niederfrequente Felder, die auch bei der Stromversorgung auftreten, Krebs verursachen können. Einen Nachweis, dass auch bei lang andauernder Belastung ein erhöhtes Krebsrisiko besteht, gibt es jedoch nicht. Das bestätigten nationale und internationale Expertenkommissionen nach der Auswertung entsprechender Untersuchungen.
(Quelle: Deutsche Strahlenschutzkommission (SSK), Auszug aus: „Vergleichende Bewertung der Evidenz von Krebsrisiken durch elektromagnetische Felder und Strahlungen; Stellungnahme der Strahlenschutzkommission mit wissenschaftlicher Begründung, 14./15.04.2011)

Um schädliche Wirkungen auf den menschlichen Körper auszuschließen, hat die Internationale Kommission zum Schutz vor nicht-ionisierender Strahlung (ICNIRP) entsprechende Referenzwerte empfohlen. Diese werden von der WHO sowie bspw. vom Bundesamt für Strahlenschutz (BfS) anerkannt. In Deutschland sind sie in die 26. Bundes-Immissionsschutzverordnung (BlmSchV) eingeflossen, an die sich jeder Übertragungsnetzbetreiber halten muss.

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In der Wohnung

Elektrische und magnetische Felder (EMF) umgeben uns täglich zu Hause und bei der Arbeit, ohne dass wir davon etwas mitbekommen. Ein elektrisches Feld existiert bereits dann, wenn Elektrogeräte mit dem Stromkabel an eine Steckdose angeschlossen sind. Wann immer wir Haartrockner, Bügeleisen, Elektroherd, Computer oder andere Geräte einschalten, entsteht zusätzlich ein magnetisches Feld. Dabei gilt als Faustregel: Je leistungsstärker das Gerät, umso mehr Strom fließt und umso stärker ist das Magnetfeld.

Diese elektrischen und magentischen Felder existieren nur in der unmittelbaren Umgebung der Geräte. Schon im Abstand von wenigen Zentimetern sinken die Werte stark ab. Schaltet man das Gerät ganz aus, „verschwindet“ das magnetische Feld auch wieder.

Jeder haushaltsübliche Haartrockner erzeugt ein elektrisches und magnetisches Feld. Allgemein nimmt die Feldstärke mit jedem Zentimeter Entfernung vom Gerät erheblich ab. Für den Haartrockner gelten bei den folgenden Abständen repräsentative Werte*:

Abstand: 3 cm
Magnetische Flussdichte: 6 – 2000 Mikrotesla (µT)

Abstand: 30 cm
Magnetische Flussdichte: 0,01 – 0,7 Mikrotesla (µT)

Abstand: 1 m
Magnetische Flussdichte: 0,01 – 0,3 Mikrotesla (µT)

Ausführlichere Darstellungen der technischen Zusammenhänge bei elektrischen und magnetischen Feldern haben wir anhand der Beispiele Deckenlampe und Herd aufbereitet.

*Quelle: Berichte der Strahlenschutzkommission (SSK), Heft 7, 1997 „Schutz vor niederfrequenten elektrischen und magentischen Feldern der Energieversorgung und –anwendung“

Auch ein haushaltsüblicher PC erzeugt ein elektrisches und magnetisches Feld. Allgemein nimmt die Feldstärke mit jedem Zentimeter Entfernung vom Gerät erheblich ab. Für den PC gelten bei den folgenden Abständen entsprechende repräsentative Werte*:

Abstand: 3 cm
Magnetische Flussdichte: 0,5 – 30 Mikrotesla (µT)

Abstand: 30 cm
Magnetische Flussdichte: < 0,01 Mikrotesla (µT)

Ausführlichere Darstellungen der technischen Zusammenhänge bei elektrischen und magnetischen Feldern haben wir anhand der Beispiele Deckenlampe und Herd aufbereitet.

*Quelle: Berichte der Strahlenschutzkommission (SSK), Heft 7, 1997 „Schutz vor niederfrequenten elektrischen und magentischen Feldern der Energieversorgung und –anwendung“

Ein elektrisches Feld umgibt jede elektrische Ladung, also jeden Spannung führenden Leiter.

Für die Deckenlampe bedeutet dies: Ist sie über die Steckdose mit dem Stromnetz verbunden, entsteht ein elektrisches Feld, auch wenn der Lichtschalter ausgeschaltet ist. Denn überall dort, wo angeschlossene Stromleitungen sind – also Spannung vorhanden ist – gibt es elektrische Felder. Je höher die Spannung ist, desto größer ist das elektrische Feld. Seine Stärke wird in Kilovolt pro Meter (kV/m) gemessen.

Ein magnetisches Feld entsteht, wenn elektrischer Strom fließt, es umgibt also jeden stromdurchflossenen Leiter. Erst wenn die Deckenlampe eingeschaltet ist und leuchtet, entsteht zusätzlich zum elektrischen Feld auch ein magnetisches Feld. Je mehr Strom fließt, umso stärker ist das magnetische Feld. Für die von der Feldstärke abgeleitete magnetische Flussdichte wird die Maßeinheit „Tesla“ (T) bzw. „Mikrotesla“ (µT) genutzt.

Jedes haushaltsübliche Radio erzeugt ein elektrisches und magnetisches Feld. Allgemein nimmt die Feldstärke mit jedem Zentimeter Entfernung vom Gerät erheblich ab. Für das Radio gelten bei den folgenden Abständen entsprechende repräsentative Werte*:

Abstand: 3 cm
Magnetische Flussdichte: 15 – 56 Mikrotesla (µT)

Abstand: 30 cm
Magnetische Flussdichte: 1 Mikrotesla (µT)

Abstand: 1 m
Magnetische Flussdichte: < 0,01 Mikrotesla (µT)

Ausführlichere Darstellungen der technischen Zusammenhänge bei elektrischen und magnetischen Feldern haben wir anhand der Beispiele Deckenlampe und Herd aufbereitet.

*Quelle: Berichte der Strahlenschutzkommission (SSK), Heft 7, 1997 „Schutz vor niederfrequenten elektrischen und magentischen Feldern der Energieversorgung und –anwendung“

Auch ein haushaltsüblicher Staubsauger erzeugt ein elektrisches und magnetisches Feld. Allgemein nimmt die Feldstärke mit jedem Zentimeter Entfernung vom Gerät erheblich ab. Für den Staubsauger gelten bei den folgenden Abständen entsprechende repräsentative Werte*:

Abstand: 3 cm
Magnetische Flussdichte: 200 – 800 Mikrotesla (µT)

Abstand: 30 cm
Magnetische Flussdichte: 2 – 20 Mikrotesla (µT)

Abstand: 1 m
Magnetische Flussdichte: 0,13 – 0,2 Mikrotesla (µT)

Ausführlichere Darstellungen der technischen Zusammenhänge bei elektrischen und magnetischen Feldern haben wir anhand der Beispiele Deckenlampe und Herd aufbereitet.

*Quelle: Berichte der Strahlenschutzkommission (SSK), Heft 7, 1997 „Schutz vor niederfrequenten elektrischen und magentischen Feldern der Energieversorgung und –anwendung“

Haushaltsgeräte erzeugen elektrische und magnetische Felder.

Elektrische Feldstärken in der Umgebung von Haushaltsgeräten liegen in der Regel weit unterhalb des empfohlenen Referenzwerts. Lediglich unmittelbar an der Oberfläche einiger Geräte treten lokal hohe Feldstärkewerte auf - beispielsweise bei verschiedenen Rasierapparaten oder Haartrocknern. Da die Feldverteilung räumlich sehr inhomogen ist, treten die Spitzenwerte nur punktuell auf. Allgemein nehmen die Feldstärken mit jedem Zentimeter Entfernung vom Gerät erheblich ab.

Auch die Stärke von magnetischen Feldern im Haushalt ist erheblich durch den individuellen Gebrauch elektrischer Geräte bestimmt. Im Gebrauchsabstand von rund 30 cm sind die magnetischen Flussdichten der meisten Haushaltsgeräte bereits deutlich unter den empfohlenen Referenzwert abgesunken. Wenn der Referenzwert eingehalten ist, sind keine Gesundheitswirkungen zu erwarten. Durch einen Klick auf die entsprechenden Symbole können Sie die entsprechenden repräsentativen Werte magnetischer Flussdichten weiterer Haushaltsgeräten bei unterschiedlichen Abständen erfahren.

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Im Freien

In Europa basiert die Stromversorgung auf Wechselstrom mit einer Frequenz von 50 Hertz. Die niederfrequenten Felder, die hier entstehen, treten nur in der unmittelbaren Umgebung der Stromleiter auf. Ihre Stärke nimmt mit zunehmender Entfernung sehr schnell ab.

Daher sind in unserer Wohnumgebung die Felder, die von Überlandleitungen ausgehen, in der Regel viel schwächer als die von Haushaltsgeräten, die wir in unserer direkten Nähe benutzen.

Die Stärke des elektrischen Feldes am Boden unter einer Freileitung hängt von der Spannungsebene ab. Die üblichen Spannungsebenen im Bereich der Hochspannungs-Drehstromübertragung sind 380 kV, 220 kV und 110 kV. Auch die Höhe der Masten und der dadurch bedingte Abstand zum Boden hat Einfluss auf die Stärke des elektrischen und magnetischen Feldes.

Die elektrische Betriebsspannung einer Freileitung schwankt kaum. Damit ist das elektrische Feld nahezu konstant. Nur bis zu einer Entfernung von 30 bis 40 Metern sind diese Felder überhaupt noch eindeutig messbar. Das elektrische Feld einer Freileitung wird z. B. durch Gebäudewände nahezu vollständig abgeschirmt.

Die Anforderungen und Grenzwerte zum Schutz vor schädlichen Umwelteinwirkungen durch elektrische Felder sind in der 26. Bundes-Immissionsschutzverordnung (26. BImSchV) festgelegt.

Der Betriebsstrom – also der beim Transport durch die Leitung fließende Strom – schwankt je nach Stromangebot und Stromnachfrage. Im gleichen Maße ändert sich auch die Stärke der Magnetfelder, die durch den fließenden Strom entstehen. Im Regelfall liegt die magnetische Flussdichte direkt unter einer 380-kV-Drehstromleitung unter 20 Mikrotesla (µT). Selbst bei einer theoretisch möglichen kurzzeitigen Maximalbelastung wird mit 40 µT der gesetzliche Grenzwert der 26. BImSchV von100 µT deutlich unterschritten.

Das elektrische und magnetische Feld in Bodennähe hängt außerdem von der Höhe und der Anordnung der Leiterseile ab. Die höchsten Feldstärken treten unter Freileitungen dort auf, wo die Leiter dem Boden am nächsten sind, also in der Regel in der Mitte zwischen zwei Masten.

Weitere Informationen zu Gleich- und Wechselstrom
Weitere Informationen zu EMF bei Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ)

Beispielhafte Darstellung der elektrischen Feldstärken und magnetischen Flussdichten unter einer Hochspannungsfreileitung in unterschiedlichen Varianten.

Umspannwerke verbinden verschiedene Spannungsebenen (Hoch- und Höchstspannung, Hoch- und Mittelspannung) miteinander.

Umspannwerke „sammeln“ die Energie aus den Erzeugungsanlagen, wandeln sie um und verteilen sie weiter. Auch in Umspannwerken finden sich niederfrequente elektrische und magnetische Felder in der unmittelbaren Umgebung der Stromleiter. Doch obwohl in den Umspannwerken viel Energie aufeinandertrifft, nehmen die Feldstärken unmittelbar außerhalb des Umspannwerk-Geländes deutlich ab. In den öffentlich zugänglichen Bereichen liegen die elektrischen Feldstärken und die magnetischen Flussdichten auch bei einer Maximalauslastung der Anlage deutlich unterhalb der Grenzwerte der 26. BImSchV. Dies ergeben regelmäßige Untersuchungen der Übertragungsnetzbetreiber.

Die möglichen Auswirkungen auf Mensch und Umwelt sind bei der Planung und auch in den späteren Genehmigungsverfahren zu neuen Stromleitungen wichtige Kriterien.

Bei der Planung einer Höchstspannungsleitung ermitteln externe Gutachter die Stärke der elektrischen und magnetischen Felder in Abhängigkeit der Leistungsdaten der Leitung und des Abstands zum Boden. Die Ergebnisse fließen in ein Gutachten ein, das Bestandteil der Genehmigungsunterlagen ist.

Damit werden die zu erwartenden Feldstärken bereits in der Planungsphase von Freileitungen berücksichtigt. Die typischen Messwerte einer mit zwei Stromkreisen betriebenen 380-kV-Freileitung liegen auch direkt unter der Leitung deutlich unter den gesetzlichen Grenzwerten für elektrische und magnetische Felder.

In unserem Stromnetz gibt es im Wesentlichen zwei Möglichkeiten, Strom zu transportieren: über oberirdische Freileitungen und über Erdkabel. Bei Erdkabeln entstehen, ebenso wie bei Freileitungen, niederfrequente Felder.

Direkt über der Erdkabeltrasse sind die bodennahen Werte der magnetischen Flussdichte unter Umständen größer als bei einer vergleichbaren Freileitung, jedoch fällt mit größeren Abständen die magnetische Flussdichte deutlich schneller auf geringe Werte ab. Schon ab einem Abstand von ca. zehn Metern beträgt sie in etwa zehn Mikrotesla und liegt damit weit unter dem gesetzlichen Grenzwert von 100 Mikrotesla.

Die elektrischen Felder werden bei Erdkabeln vom Kabelschirm sowie vom Erdreich und Baumaterialien vollständig abgeschirmt.

Weitere Informationen

Elektrische und magnetische Felder sind auch in der Umwelt vorhanden. Dies sind zum Beispiel das elektrische Feld zwischen Erdboden und höheren Atmosphärenschichten, das natürliche Magnetfeld der Erde und die natürliche elektromagnetische Strahlung der Sonne.

Das statische Magnetfeld unserer Erde wird vorwiegend von elektrischen Strömen im Erdkern verursacht. An den Polen ist das Erdmagnetfeld mit rund 70 µT am stärksten und fällt zum Äquator hin auf rund 30 µT ab. Damit ist das Erdmagnetfeld das stärkste Magnetfeld, dem Menschen dauerhaft ausgesetzt sind. (Quelle: emf-portal.de)

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