Elektrische und magnetische Felder
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Elektrische und magnetische Felder Ständige Begleiter unseres Lebens 2 Inhaltsangabe Inhaltsangabe 3 Einleitung 4 Was sind elektrische und magnetische Felder? 6 Wie sehen die Felder bei Höchstspannungsleitungen aus? 7 Elektrische und magnetische Felder und Gesundheit 8 Eine der strengsten Grenzwertrichtlinien weltweit 10 Sie haben Fragen – wir liefern die Antworten 11 Weiterführende Informationen Einleitung Einleitung Der Wecker des Mobiltelefons reisst uns am Morgen aus dem Schlaf, rasch schalten wir das Licht ein, um aus dem Bett zu kommen, hören die Nachrichten im Radio, bevor wir uns zur Kaffeemaschine begeben. Nach der allmorgendlichen Dusche trocknet der Fön unsere Haare. Die Bahn bringt uns sicher und zuverlässig zur Arbeit, wo schon der Computer auf uns wartet. Über den Mittag gibt es das wohlverdiente Essen aus der Mikrowelle und das abendliche Fernsehen rundet den Tag ab. Unseren Alltag können wir uns ohne zahlreiche elektronische Begleiter und Hilfsmittel kaum mehr vorstellen. Viel weniger sind wir uns allerdings bewusst, dass überall dort, wo Strom vorhanden ist, elektrische und magnetische Felder entstehen: auch bei Produktion, Transport und Verteilung von elektrischer Energie. Elektrische und magnetische Felder können wir weder sehen noch fühlen. Wir können nur ihre Stärke messen. Diese Tatsache verunsichert viele Menschen. Mit dieser Broschüre möchten wir zur sachlichen Diskussion einladen, Missverständnisse ausräumen, über elektrische und magnetische Felder aufklären sowie deren mögliche Auswirkung auf unsere Gesundheit und die Vorsorgemassnahmen erläutern. 3 4 Was sind elektrische und magnetische Felder? Was sind elektrische und magnetische Felder? Sobald ein Gerät an die Steckdose angeschlossen wird, steht es unter Spannung. Ein elektrisches Feld entsteht selbst dann, wenn das Gerät ausgeschaltet bleibt und kein Strom fliesst. Spannung bildet sich um eine ruhende elektrische Ladung und übt einen Einfluss auf geladene Teilchen in der Umgebung aus. Dieses Einflussgebiet wird Feld genannt. Die Stärke des elektrischen Feldes wird in Volt pro Meter gemessen (V/m). Kaffeemaschine ist an Stromquelle angeschlossen, aber nicht in Betrieb. Ein elektrisches Feld entsteht. Kaffeemaschine wird nun in Betrieb genommen. Zusätzlich zum elektrischen Feld entsteht ein magnetisches Feld. Zusätzlich zu einem elektrischen Feld wird ein magnetisches Feld erzeugt, wenn Strom fliesst. Das magnetische Feld hängt von der Strommenge ab, die über die Leitung transportiert wird. Die Stärke des magnetischen Feldes wird in Mikrotesla (µT) gemessen, also dem millionsten Teil eines Tesla. Elektromagnetisches Spektrum Im Umfeld von elektrischen Leitungen entstehen Wechselfelder, weil das elektrische und das magnetische Feld in einem Rhythmus von 50 Mal pro Sekunde die Richtung wechseln. Diese Felder gehören in die Kategorie der Niederfrequenz. Im Gegensatz dazu gibt es ab 30 000 Hertz hochfrequente Felder. Pro Sekunde können diese Millionen oder gar Milliarden Mal ihre Richtung ändern. Strahlung Frequenz Nicht-ionisierende Strahlung 0 Hz Erdmagnetfeld Niederfrequenz 0 Hz bis 30 kHz 16 2/3 Hz 50 Hz Bahn Stromversorgung Hochfrequenz 30 kHz bis 300 GHz Radiofrequenz Mikrowellen Was sind elektrische und magnetische Felder? Physikalische Gesetzmässigkeiten »» Je höher die Spannung, umso stärker das elektrische Feld. »» Je grösser die Strommenge, umso stärker das magnetische Feld. »» Je grösser der Abstand zum geladenen oder stromdurchflossenen Leiter, umso schwächer werden beide Felder (zirka mit dem Quadrat des Abstandes). Diese Zusammenhänge lassen sich einfach am Beispiel eines Heizkörpers darstellen: je höher die eingestellte Stufe, umso grösser die Wärme. Je weiter weg man vom Heizkörper ist, desto weniger spürt man die Wärme, die er abstrahlt. Magnetische Felder von Haushaltsgeräten in Mikrotesla (µT) Gerät Abstand zur Quelle 3 cm 30 cm 100 cm Haartrockner 6 – 2000 0.01 – 7 0.01 – 0.3 Mikrowelle 40 – 200 4 – 8 0.25 – 0.6 200 – 800 2 – 20 0.1 – 2 60 – 700 0.6 – 10 0.02 – 0.35 3 – 60 0.1 – 1 0.01 – 0.02 2.5 – 50 0.04 – 2 0.01 – 0.15 n. a. 0.2 n. a. Staubsauger Handmixer Radiowecker Fernseher PC-Bildschirm 380-kV-Freileitung: Der Wert von 100 µT wird bis zirka 4 Meter Abstand von den Leiterseilen gemessen. Dort sollten sich allerdings keine Menschen aufhalten. Bei einem Abstand von zirka 60 Metern ist das magnetische Feld < 1 µT. Quelle: Bundesamt für Umwelt (BAFU). frequenz Ionisierende Strahlung Infrarot > 300 GHz Sichtbares Licht Ultraviolette Strahlung Röntgenstrahlung Gammastrahlung Infrarotstrahlung Legende 1 kHz Ein Kilohertz 1000 Hz 103 Hz «Tausend» 1 MHz Ein Megahertz 1 000 000 Hz 106 Hz «Million» 1 GHz Ein Gigahertz 1 000 000 000 Hz 10 Hz «Milliarde» 9 5 6 Wie sehen die Felder bei Höchstspannungsleitungen aus? Wie sehen die Felder bei Höchstspannungsleitungen aus? Elektrische Felder Magnetische Felder Die Stärke eines elektrischen Feldes ist von der Spannung und dem Abstand zur Leitung abhängig. Wie bei einem Heizkörper, wo die Wärme mit zunehmender Entfernung von der Quelle abnimmt, reduziert sich das Feld mit zunehmendem Abstand. Der maximal zulässige Wert eines elektrischen Feldes liegt bei 5 Kilovolt pro Meter. Das Magnetfeld einer Leitung hängt von der Strommenge ab, die über die Leitung transportiert wird. Die maximale Strommenge, die fliessen kann, ist wiederum vom Querschnitt des Leiterseils abhängig. Das Magnetfeld nimmt mit Vergrösserung des Abstandes zur Leitung ab (zirka mit dem Quadrat des Abstandes). Elektrische Felder bei Freileitungen Der maximal zulässige Wert eines elektrischen Feldes wird auf einer Höhe von einem Meter über dem Boden gemessen, dort wo die Leiterseile am niedrigsten hängen. Dabei spielt es keine Rolle, ob die Spannung 220 oder 380 Kilovolt beträgt. Je grösser nun also die Spannung ist, umso höher über dem Boden müssen die Leiterseile gespannt werden, um den Grenzwert einzuhalten. Der Immissionsgrenzwert, also der maximal zulässige Wert eines magnetischen Feldes, liegt in der Schweiz bei 100 Mikrotesla. Er gilt dort, wo sich Menschen aufhalten können. Also überall, auch direkt unter einer Freileitung bzw. direkt über einer Erdkabelleitung. Im Sinne der Vorsorge wird aber bei Neuanlagen das Einhalten eines Grenzwertes von 1 Mikrotesla verlangt (Anlagengrenzwert). Da das magnetische Feld unabhängig von der Spannung ist, erzeugt eine Höchstspannungsleitung nicht unbedingt ein grösseres Magnetfeld als eine Niederspannungsleitung. Bei einer Niederspannungsleitung werden allerdings in der Regel kleinere Strommengen transportiert. Magnetische Felder bei Freileitungen Bei einer Freileitung hängt das magnetische Feld von der transportierten Strommenge, von der Anordnung der Phasen und der Höhe der Leitung über dem Boden ab. 1m Wird die Entfernung zur Leitung vergrössert, so verringert sich das elektrische Feld erheblich. Zusätzlich wird das Feld durch Gebäude oder Bäume abgeschwächt oder gänzlich abgeschirmt. Elektrische Felder bei Erdverkabelungen Überall dort, wo sich elektrische Spannungen befinden, gibt es elektrische Felder. So auch bei Erdverkabelungen. Allerdings wird das elektrische Feld im Kabel vollständig abgebaut, so dass ausserhalb des Kabels kein elektrisches Feld mehr vorhanden ist. Die Kabelisolation und das Erdreich dämmen die elektrischen Felder ein. Sie werden aber an der Oberfläche immer noch wahrgenommen. Magnetische Felder bei Erdverkabelungen Bei einer Erdverkabelung ist das magnetische Feld abhängig von der transportierten Strommenge, der Anordnung der Phasen sowie dem Abstand der einzelnen Kabel. Das Magnetfeld einer Erdverkabelung ist direkt über der Leitung höher als direkt unter einer Freileitung. Da die Phasen bei einer Erdverkabelung in geringerem Abstand zueinander angeordnet werden können, wird das Magnetfeld mit zunehmendem Abstand von der Leitung allerdings überproportional schwächer. Emission und Immission Ziel des Bevölkerungsschutzes ist es, schädliche Emissionen möglichst zu verhindern, um die Menschen vor einer Belastung (Immission) zu schützen. Elektrische und magnetische Felder und Gesundheit Elektrische und magnetische Felder und Gesundheit Viel diskutiertes Thema Seit es Elektrizität gibt, sind die Auswirkungen der elektrischen und insbesondere der magnetischen Felder auf den Menschen und die Umwelt ein vieldiskutiertes Thema. Und obwohl wir uns unseren Alltag kaum mehr ohne Elektrizität vorstellen können, müssen mögliche Auswirkungen auf Mensch und Umwelt ernst genommen und im Umgang mit dieser Technologie berücksichtigt werden. Bereits im 19. Jahrhundert gab es Debatten um gesundheitliche Auswirkungen von Hochspannungsleitungen, Bahnen und Rundfunkstationen. Seit den späten 1970er Jahren wird der mögliche Einfluss von elektrischen und magnetischen Feldern auf die Gesundheit des Menschen intensiv erforscht. Gesicherte Erkenntnisse Wenn Beurteilungen über die Auswirkungen von elektrischen und magnetischen Feldern auf die Gesundheit gemacht werden, muss zwischen hoch- und niederfrequenten Feldern sowie zwischen akuten Wirkungen und einer Langzeitbelastung unterschieden werden. Es gibt zwar wissenschaftliche Hinweise, dass Höchstspannungsleitungen möglicherweise negative Auswirkungen auf die Gesundheit haben. Den Beweis dafür hat die Wissenschaft allerdings bisher nicht erbracht, weil bestimmte Wirkungen in der hiesigen Wohn- und Arbeitsumgebung nicht zweifelsohne einer Ursache zugeordnet werden können. Werden Erkrankungen festgestellt, so ist es schwierig, statistisch zu belegen, welche Ursachen für diese verantwortlich sind. Forschung Die Auswirkungen einer Langzeitbelastung sind deshalb Gegenstand der aktuellen Forschung. Die Weltgesundheitsorganisation (WHO) hat zu diesem Zweck im Jahr 1996 das «International EMF Project» gestartet. Ziel dieses Projekts ist die statistische Messung einer möglichen Auswirkung elektrischer und magnetischer Felder auf die Gesundheit der Menschen. Neue Forschungsergebnisse fliessen in die Empfehlungen für Grenzwerte der Internationalen Kommission zum Schutz vor nicht-ionisierender Strahlung (ICNIRP) ein. Die ICNIRP ist eine von der WHO anerkannte, unabhängige Nicht-Regierungs-Organisation. Die Haupterkenntnis aus den bisherigen Studien ist, dass eine Exposition gegenüber elektrischen und magnetischen Feldern, die unterhalb der empfohlenen Grenzwerte liegen, keine bekannte Auswirkung auf die Gesundheit hat. Grenzwerte und Prävention Im Jahr 1998 hat die ICNIRP zum ersten Mal Grenzwerte publiziert. Weltweit stellen diese Werte eine Minimal­ anforderung dar. Sie liegen für das elektrische Feld bei 5 Kilovolt pro Meter und für das magnetische Feld bei 100 Mikrotesla. Mittlerweile hat die ICNIRP allerdings den Wert von 100 auf 200 Mikrotesla erhöht. Immissionsgrenzwert Gilt überall dort, wo sich Menschen aufhalten können. Die Leitungen sind so zu dimensionieren, dass dieser Grenzwert immer eingehalten wird. 100 µT Anlagengrenzwert Gilt an Orten mit empfindlicher Nutzung: »» Dort, wo Menschen länger einer Belastung ausgesetzt sind, wie beispielsweise in Schlaf- und Wohnzimmer. »» Dort, wo sich Kinder häufig aufhalten, wie beispielsweise im Schulzimmer oder auf dem Kinderspielplatz. »» Flächen von unüberbauten Grundstücken, auf denen diese Nutzungen zugelassen sind. 1 µT Verhältnis von 1 : 100 Grenzwerte in der Schweiz 7 8 Eine der strengsten Grenzwertrichtlinien weltweit Eine der strengsten Grenzwertrichtlinien weltweit Grenzwerte in der Schweiz Die Schweiz hat eine der strengsten Verordnungen zu nicht-ionisierenden Strahlungen (NISV) weltweit. In der seit dem Jahr 2000 in Kraft gesetzten Verordnung hat die Schweiz die Grenzwerte der ICNIRP festgehalten. Sie müssen zwingend eingehalten werden, da ansonsten keine neuen Anlagen gebaut und keine bestehenden Anlagen weiterbetrieben werden dürfen. Im Gegensatz zur ICNIRP ist der Grenzwert für die magnetischen Felder in der Zwischenzeit nicht erhöht worden. Aktuell liegen die Immissionsgrenzwerte also bei 5 Kilovolt pro Meter bzw. 100 Mikrotesla. Die Schweiz geht sogar einen Schritt weiter. Da negative Auswirkungen bei dauerhafter Belastung durch elek­ trische und magnetische Felder weder bewiesen noch widerlegt sind, hat die Schweiz einen strengeren Grenzwert eingeführt. Der sogenannte Anlagengrenzwert liegt bei 1 Mikrotesla und gilt für sogenannte Orte mit empfindlicher Nutzung (OMEN). Dieser Anlagengrenzwert gilt demnach dort, wo eine längere Exposition wie beispielsweise in Wohn- und Schlafzimmern sowie Arbeitsplätzen besteht oder für Orte, wo sich Kinder häufig aufhalten wie in Schulzimmern oder auf Kinderspielplätzen. Den Gemeinden ist es seit dem Jahr 2000 nicht mehr erlaubt, an solchen Orten Zonen mit empfindlicher Nutzung auszuscheiden. Berechnung der Grenzwerte Für die Berechnung des Immissionsgrenzwertes in der Schweiz ist die höchste zugelassene Strommenge in der ungünstigsten Konfiguration massgebend, mit welcher eine Leitung betrieben werden kann. Die Leitung ist so zu «betreiben», dass sie diesen Grenzwert «nur in Ausnahmesituationen überschreitet (2%). In der Realität wird eine Leitung jedoch selten mit der maximal möglichen Strommenge belastet, was dazu führt, dass die Grenzwerte selten überhaupt erreicht werden. Grenzwerte in Europa im Vergleich Wie streng die gesetzlichen Bestimmungen in der Schweiz sind, zeigt ein Blick über die Landesgrenzen hinaus. In Deutschland etwa gilt der in der Schweiz geltende Immissionsgrenzwert von 100 Mikrotesla überall, also auch an Orten, wo Menschen einer dauerhaften Belastung ausgesetzt sind. Die Niederlande haben einen Immissionsgrenzwert von 100 Mikrotesla. Für die Berechnung des Anlagengrenzwertes, der in den Niederlanden bei 0.4 Mikrotesla liegt, verwenden sie allerdings als Berechnungsgrundlage die jährliche Durchschnittslast und nicht die Maximallast wie in der Schweiz. In der Realität unterscheidet sich das Resultat daher kaum. Internationaler Vergleich Elektrische Felder Magnetische Felder Immissionsgrenzwert Anlagengrenzwert 5 kV/m 200 µT – CH 5 kV/m 100 µT 1 µT D 5 kV/m 100 µT – NL 5 kV/m 100 µT 0.4 µT* ICNIRP * Andere Berechnung als in der Schweiz (siehe Text oben). Einhalten der Werte Swissgrid muss die Berechnungen für die elektrischen und magnetischen Felder beim Eidgenössischen Starkstrominspektorat (ESTI) als zuständiger Behörde einreichen. Das Bundesamt für Umwelt (BAFU) überprüft dann die Berechnungen. Messungen werden nur durchgeführt, wenn ein explizites Verlangen danach besteht. Das ESTI überwacht die Einhaltung der Grenzwerte und kann zur Kontrolle Messungen oder Berechnungen durchführen oder anordnen. 9 Begrenzung der magnetischen Felder Die magnetischen Felder können im Gegensatz zu den elektrischen Feldern kaum abgeschirmt werden. Mittels günstiger Anordnung der Leiterseile, der sogenannten Phasenoptimierung, ist aber eine Begrenzung ihrer räumlichen Ausdehnung möglich. Dabei wird einerseits eine punktsymmetrische Anordnung der Leiterseile etabliert und andererseits versucht, die Leiterseile möglichst nahe zusammenzurücken. Optimierung des magnetischen Feldes bei Freileitungen Wie aus den nebenstehenden Grafiken ersichtlich, kann durch eine optimierte Phasenanordnung die räumliche Ausdehnung des magnetischen Feldes stark eingeschränkt werden. 100 80 L1 L1 L2 L2 L3 L3 Nullpunkt = 11,3 m über dem Boden Abstand vom untersten Leiter (m) In beiden Grafiken zeigt sich, dass der Wert von 100 µT nur dort vorhanden ist, wo sich Menschen ohnehin nicht aufhalten. Bei optimierter Anordnung der Leiterseile wird der Anlagengrenzwert von 1 µT bereits ab zirka 60 Metern Abstand zur Leitung unterschritten. 120 L3 60 L2 40 L1 L1 20 0 -120 -100 -80 -60 -40 -20 0 L3 -20 L2 40 20 Nullpunkt 60 80 100 120 Boden, min. -11.3 m 60 80 100 120 Boden, min. -11.3 m Nullpunkt = 11,3 m -40 über dem Boden -60 -80 -100 -120 Abstand von Leitungsachse (m) System/Strang Mastbild mit achsensymmetrischer Anordnung L3 120 L2 100 80 Phasen L2 L1 L1 L1 L1 L2 L2 L3 L2 60 L2 L1 L1 L3 Nullpunkt L3 L3 Nullpunkt = 11,3 m über dem Boden L2 L3 Nullpunkt = 11,3 m über dem Boden Abstand vom untersten Leiter (m) 3 Eine der strengsten Grenzwertrichtlinien weltweit 40 20 0 -120 -100 -80 -60 -40 -20 -20 0 40 20 Nullpunkt -40 -60 -80 -100 -120 Abstand von Leitungsachse (m) Mastbild mit punktsymmetrischer Anordnung Mastbild mit punktsymmetrischer Anordnung 1 µT-Linie (Anlagengrenzwert) 100 µT-Linie (Immissionsgrenzwert) 10 Sie haben Fragen – wir liefern die Antworten Sie haben Fragen – wir liefern die Antworten Wo gibt es elektrische und magnetische Felder? Elektrische Felder gibt es überall, wo Geräte an das Stromnetz angeschlossen sind. Werden die Geräte eingeschaltet, bildet sich zusätzlich ein magnetisches Feld. Die Schweiz hat damit eine der strengsten Regelungen weltweit, denn die ICNIRP verlangt mittlerweile nur noch einen Grenzwert von 200 Mikrotesla und sieht keinen Anlagengrenzwert vor. Sind die von Höchstspannungsleitungen erzeugten elektrischen und magnetischen Felder stark? Die magnetischen Felder bei Höchstspannungsleitungen sind niederfrequent. Sie sind weniger stark als die hochfrequenten Felder bei beispielsweise Mikrowellen, Mobiltelefonen, Radios oder Röntgenapparaten. Wie werden die Grenzwerte berechnet? Für die Berechnung des Immissionsgrenzwertes in der Schweiz ist die höchste Strommenge in der ungünstigsten Konfiguration massgebend, mit welcher eine Leitung betrieben werden kann. Die Leitung ist so zu dimensionieren, dass sie diesen Grenzwert immer einhält. In der Realität wird eine Leitung jedoch selten mit der maximal möglichen Strommenge belastet, was dazu führt, dass die Grenzwerte kaum überhaupt erreicht werden. Die häufigsten Quellen sind die elektronischen Geräte in unserem Haushalt oder am Arbeitsplatz. Die Anlagen der Stromversorgung sind bedeutend bei den elektrischen Feldern. Diese sind im Vergleich mit den magnetischen Feldern weniger problematisch, da sie durch Bäume und Mauern sehr gut abgeschirmt werden. Sind elektrische und magnetische Felder gefährlich? Da es weder bewiesen noch ausgeschlossen ist, dass niederfrequente Felder Langzeitwirkungen verursachen können, hat die Internationale Kommission zum Schutz vor nicht-ionisierender Strahlung (ICNIRP) 1998 Grenzwerte publiziert. Neue Forschungsergebnisse, die aus einem seit 1996 laufenden Projekt der Weltgesundheitsorganisation (WHO) resultieren, fliessen laufend in diese Empfehlungen ein. Was macht die Schweiz gegen die Belastung durch elektrische und magnetische Felder? Seit dem Jahr 2000 ist die Verordnung über nicht-ionisierende Strahlung (NISV) in Kraft. Sie gibt Grenzwerte vor, welche zwingend eingehalten werden müssen. Sie liegen für die elektrischen Felder bei 5 Kilovolt pro Meter bzw. für die magnetischen Felder bei 100 Mikro­ tesla. An Orten mit empfindlicher Nutzung gilt in der Schweiz zudem der strengere Anlagengrenzwert von 1 Mikrotesla. Erzeugen elektrische und magnetische Felder Krebs? Bisher gibt es weltweit keine Studie, die belegt, dass elektrische und magnetische Felder Krebs erzeugen. Ob sie eine Krebserkrankung beschleunigen können, ist Gegenstand der aktuellen Forschung. Es ist zudem schwierig, direkte Zusammenhänge zu einer Quelle herzustellen, weil mehrere Ursachen gleichzeitig vorliegen könnten. Wie kann man sich gegen elektrische und magnetische Felder schützen? Elektrische Felder können verhindert werden, wenn Geräte von der Steckdose getrennt werden, sodass sie nicht mehr an der Stromversorgung angeschlossen sind. Magnetische Felder können im Haushalt vermindert werden, wenn Geräte ausgeschaltet sind. Sobald ein Gerät allerdings im Standby-Modus betrieben wird, gibt es magnetische Felder. Weiterführende Informationen Weiterführende Informationen Swissgrid www.swissgrid.ch Bundesamt für Energie (BFE) www.bfe.admin.ch Bundesamt für Gesundheit (BAG) www.bag.admin.ch Bundesamt für Umwelt (BAFU) www.bafu.admin.ch/elektrosmog Weltgesundheitsorganisation (WHO) www.who.int/peh-emf International Commission on Non-Ionizing Radiation (ICNIRP) www.icnirp.de Verordnung über nicht-ionisierende Strahlung (NISV) www.admin.ch (Suche nach: SR-Nummer 814.710) Forschungsstiftung Mobilkommunikation www.emf-info.ch Weitere Links www.e-smog.ch www.funkstrahlung.ch 11 S­wissgrid AG Dammstrasse 3 Postfach 22 CH-5070 Frick Werkstrasse 12 CH-5080 Laufenburg Telefon +41 58 580 21 11 Fax +41 58 580 21 21 [email protected] www.s­wissgrid.ch BRO4300_d1505 / Mai 2015 Route des Flumeaux 41 CH-1008 Prilly
