Elektrische und magnetische Felder der Stromversorgung
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STRAHLENSCHUTZKONKRET Elektrische und magnetische Felder der Stromversorgung | Verantwortung für Mensch und Umwelt | Was sind elektrische und Die Verfügbarkeit von elektrischer Energie in allen magnetische Felder? Lebensbereichen wird von Das elektrische Feld einem weit verzweigten Ungleichnamige elektrische Ladungen, also Stromnetz gewährleistet. positive und negative, ziehen sich an. Zwischen geladenen Körpern baut sich Wird Elektrizität transportiert, unterschiedlich ein elektrisches Kraftfeld auf. Die Stärke dieses Feldes hängt von der an­ entstehen zusätzlich liegenden Spannung ab, außerdem von den zu den elektrischen auch Eigenschaften des Materials zwischen den Körpern und vom Abstand. Die Feldstärke wird magnetische Felder. in Volt pro Meter (V/m) angegeben. Alle elek­ trischen Leitungen, an denen eine Spannung Im Folgenden erfahren Sie anliegt, sind von e ­ lektrischen Feldern umgeben. mehr zu Ursachen und Ihre Feldkräfte können die Oberfläche von Materialien und auch den menschlichen Körper Wirkungen elektrischer und elektrisch aufladen. magnetischer Felder sowie Schutzkonzepten und Ladungen verursachen Vorsorgemaßnahmen. ein elektrisches Feld. Die Spannung zwischen den Leiterseilen und dem Erdboden erzeugt ein elektrisches Feld. 2 Das magnetische Feld Immer wenn Strom fließt, das heißt, wenn elek­ trische Ladungen durch die Leitungen bewegt werden, entsteht zusätzlich ein magnetisches Feld. Je größer die Stromstärke wird, desto hö­ her ist auch die magnetische Feldstärke. Diese wird üblicherweise in der Einheit der magne­ tischen Flussdichte Tesla (T) angegeben. Gleich- und Wechselstrom Fließt der Strom immer in die gleiche Richtung, spricht man von Gleichstrom. Es entstehen ­elektrische und magnetische Gleichfelder. Än­ dert der Strom fortlaufend seine Richtung, zum Beispiel 100-mal pro Sekunde beim 50-HzWechselstrom, so werden sowohl das ­elektrische als auch das Magnetfeld im gleichen R ­ hythmus umgepolt. Es entstehen elektrische und magne­ tische Wechselfelder mit der gleichen Frequenz. Das Stromnetz Bei Erdkabeln nimmt die magnetische Fluss­ dichte zu den Seiten der Trassen hin schneller ab. Wartungs- und Reparaturarbeiten an Freileitungen sind einfacher. Freileitungen werden oft als störend für das Landschaftsbild empfunden. Das elektrische Feld wird durch Kabelmantel und Erdreich ab­geschirmt. Direkt über den Erdkabeln und direkt unter den Freileitungen treten ähnlich hohe Magnetfeldwerte auf. © FOTOLIA / ANDY ILMBERGER Mit Hochspannungsleitungen überbrückt man Freileitungen oder Erdkabel? große Distanzen auf dem Weg zum Verbrau­ Bei den Diskussionen um den Ausbau der cher. Die Leitungen transportieren derzeit fast Strom­netze und um neue Übertragungs­ ausschließlich Wechsel­strom, in Zukunft soll leitungen spielt häufig die Frage „Frei­leitun­ aber auch Gleichstrom fließen (Hochspannungs-­ gen oder Erdkabel“ eine wichtige Rolle. Gleichstrom-Übertragung, HGÜ), da hier die Bei Freileitungen werden sogenannte Seile Transportverluste niedriger sind als bei Wechsel­ als elektrische Leiter verwendet. Da Seile – spannung. Transformatoren ­ver­binden die mit ­anders als Kabel – nicht von einer isolieren­ unterschiedlichen Spannungen arbei­tenden den Schicht umgeben sind, hängen sie über Transport- und Verteilnetze miteinander. Über Isolatorketten befestigt einzeln an hohen Letztere gelangt der Strom schließlich zum Masten. Hoch- und Höchstspannungsleitun­ Abnehmer. In der Steckdose zu Hause kommt gen sind in Deutschland überwiegend als Frei­ der Strom mit einer Spannung von 230 Volt leitungen ausgeführt. Erdkabel können einen (230 V) an. Für den Transport dorthin werden oder mehrere Leiter enthalten, die jeweils jedoch weit höhere Spannungen verwendet. Bis einzeln durch eine Isolierung vor gegen­ zu 400.000 Volt (400 kV) beträgt die Spannung seitiger Berührung geschützt sind. Deshalb, auf Überland­leitungen in Drehstromtechnik für und weil sie zum Beispiel bei Wind nicht den Strom­transport von den Kraftwerken zu wie Freileitungsseile seitlich ausschwingen, den Städten und Ballungsgebieten. Hohe Span­ können die Leiter in einem geringen Abstand nungen sind für die Übertragung elektrischer verlegt werden. Energie günstiger als niedrige, weil bei hohen Spannungen weniger Ver­luste durch Leiter­ widerstände entstehen. Feldlinien tung rich m Stro Wenn Strom fließt, entsteht ein magnetisches Feld. 3 Wirkungen elektrischer und magnetischer Felder auf den Menschen In allen Lebewesen, also auch im Menschen, kommen natürliche elektrische Felder und Ströme vor. Bei vielen Stoffwechselvorgängen Elektrische Wechselfelder führen zu einer Aufladung der Körperoberfläche. werden elektrisch geladene Teilchen bewegt. Nerven leiten ihre Signale in Form von elek­ trischen Impulsen weiter und auch das Herz ist elektrisch aktiv. Die natürlichen elektrischen Feldstärken im Körper liegen zwischen 5 und 50 mV/m (Millivolt pro Meter). Von außen einwirkende elektrische wie auch magneti­ sche Felder können im menschlichen Körper zusätzliche elektrische Felder erzeugen. Bleiben die zusätzlichen Felder schwach, das heißt im Bereich der natürlichen körper­eigenen Felder, haben sie nach dem heutigen Stand der ­Wissenschaft keine nachteilige Wirkung. Überschreiten die Feldstärken, die durch die von außen einwirkenden Felder im Körper erzeugt werden, Schwellen­werte, können gesundheitliche Wirkungen auftreten. Je weiter die Schwellen überschritten werden, umso größer sind die gesundheitlichen Risiken. Die Hauptauswirkungen magnetischer Wechselfelder sind mehr oder weniger ausgeprägte Wirbelfelder im Inneren des menschlichen Körpers. Elektrisches Feld im Körper 12 V/m Wahrnehmungsschwelle nachgewiesene Gesundheitsgefahr: erhöhte Erregbarkeit von Nerven- und Körperzellen Empfindliche Personen können elektrische Felder, die von außen auf den Körper wirken, ab 1 Kilovolt pro Meter wahrnehmen. Die Felder werden durch Hautkribbeln oder Vibrationen von Körperhaaren spürbar. Be­ rührt man unter Hochspannungsfreilei­tungen akute Schädigung: zusätzlich Herzkontraktionen, Herzkammerflimmern Ab dem Hundertfachen des Basiswertes sind Gesundheitsschäden nachgewiesen. 2 V/m nachgewiesene Wirkungen: optische Sinneseindrücke Einfluss auf zentrales Nervensystem große metallische Gegenstände, können aufgrund von Ableitströmen Elektrisierungen auftreten. Meist wird dies als unangenehm 50 mV/m und belästigend empfunden. Hierdurch verursachte Gesundheitsschäden sind jedoch nicht bekannt. 4 International festgelegter Basiswert (Obergrenze) für zusätzlich erzeugte Felder im Körper. 20 mV/m keine nachgewiesenen Wirkungen; Bereich natürlich vorhandener elektrischer Feldstärken im Körper Weitere, wissenschaftlich diskutierte Wirkungen niederfrequenter Felder Neurodegenerative Erkrankungen Leukämie im Kindesalter Kommission zum Schutz vor Nichtionisierender Vor allem im Zusammenhang mit beruflicher Anders stellt sich die Situation in Bezug auf Strahlung (ICNIRP) bewertet die epidemio­ Exposition mit niederfrequenten Feldern eine bestimmte, glücklicherweise seltene logischen Befunde als nicht aus­reichend ge­- wurden epidemiologische Studien veröffent­ Leukämie­erkrankung bei Kindern dar. Hier sichert, um sie zur Basis von Grenz­wert­ licht, die auf ein erhöhtes Auftreten neuro­ gibt es mehrere epidemiologische Studien, empfehlungen zu machen. degenerativer Erkrankungen wie Alzheimer die darauf hinweisen, dass magnetische Erkrankung und Amyotrophe Lateralsklerose Flussdichten deutlich unterhalb der für Elektrosensibilität (ALS, eine Art von Muskelschwäche) hin­ Hochspannungs­leitungen und Trafostationen Studien des BfS haben gezeigt, dass sich knapp deuten. Allerdings finden andere epidemio­ festgelegten Grenz­werte das Erkrankungs- zwei Prozent der deutschen Bevölkerung als logische Studien diesen Zusammenhang ­risiko bei ­Kindern erhöhen könnten. In den elektrosensibel bezeichnen. Sie führen unter­ nicht. Zudem werden die Ergebnisse durch Studien wird eine Risikoerhöhung bei zeitlich schiedliche Beschwerden, wie zum Beispiel Laborunter­suchungen bisher nicht gestützt. gemittelten Flussdichten von ca. 0,3 – 0,4 Kopfschmerzen, Schlafstörungen, Müdigkeit Weitere ­Forschung muss klären, ob es sich Mikro­­tesla (μT) genannt. In Wohnungen und Konzentrationsstörungen, auf das Vor- tatsächlich um einen ursächlichen Zusammen­ durchgeführte Messungen sprechen dafür, handensein elektrischer und magnetischer hang zwischen niederfrequenten Feldern und dass nur wenige Kinder in Deutschland einer Felder in ihrer Umwelt zurück. den Erkrankungen handelt. zeitlich gemittelten Magne­tfeldbelastung über Die Wissenschaft versucht seit langem, dem 0,2 μT ausgesetzt sind. Die Ergebnisse aus den Phänomen „Elektrosensibilität“ auf die Spur Krebserkrankungen bei Erwachsenen epidemiologischen Studien werden von experi­ zu kommen. Ein ursächlicher Zusammenhang Seit den 1970er Jahren werden mögliche mentellen Studien wie zum Beispiel Tierversu­ zwischen elektrischen und magnetischen Zusammenhänge zwischen nieder­frequenten chen nicht gestützt. Auch ist kein biologischer Feldern und den Beschwerden konnte wissen­ Magnetfeldern geringer Intensität und Wirk­mechanismus bekannt, der solche Effekte schaftlich nicht nachgewiesen werden. Krebs­erkrankungen untersucht. Bei Erwach­ erklären könnte. Insgesamt ist die Frage, ob senen ergibt sich auch bei langandauernder ein ursächlicher Zusammenhang zwischen Ein­wirkung in den meisten Studien kein Magnetfeldexposition und Leukämie im erkenn­barer Zusammenhang zwischen nieder­ Kindesalter besteht, nicht abschließend geklärt frequenten Feldern und dem Risiko, an Krebs und Gegenstand weiterer wissenschaftlicher zu erkranken. Untersuchungen. Die Internationale Agentur für Krebsforschung (IARC) hat niederfrequente Magnetfelder als „möglicherweise krebserre­ gend“ eingestuft. Die Internationale Epidemiologie: Die Epidemiologie untersucht Zusammenhänge zwischen verursachenden Faktoren, wie zum Beispiel Umwelteinflüssen, und der Verteilung von Krankheiten in der Bevölkerung. © FOTOLIA / MATZE 5 Einwirkungen elektrischer und magnetischer Felder auf Umwelt, Tiere und Pflanzen Nach derzeitigem wissenschaftlichen Kenntnis­ Andere Fischarten werden durch die Felder Menge jedoch kaum noch nachweisbar. Des stand werden Tiere und Pflanzen durch irritiert und zögern beim Überschwimmen des Weiteren können sich Partikel aus der Luft in elek­­tr­ische und magnetische Felder von Hoch­ Kabels. Eine Barrierewirkung haben die K ­ abel der Korona positiv oder negativ aufladen. Beim spannungsleitungen nicht geschädigt. Aller­ aber nicht. Ob und welche Aus­wirkungen diese Wechselstrom wechselt das Feld ständig die dings sind direkte Wirkungen der Elektrizität Verhaltensänderungen auf das Ökosystem Richtung, die entstandenen positiv und negativ wie beispielsweise Stromschläge möglich. haben, wird derzeit noch erforscht. Ebenfalls aufgeladenen Luft- und Schadstoffmoleküle kön­ noch nicht geklärt ist die Frage, welche Wir­ nen durch ihre räumliche Nähe schneller neu­ Kabel im Meeresboden kung die von den Kabeln abgegebene Wärme tralisiert werden als bei Gleichstromleitungen. Die elektrischen und magnetischen Felder auf die Lebewesen im Meeresboden in der Als Folge davon können sich die Ladungswolken von Seekabeln haben nach dem derzeitigen unmittelbaren Nähe der Kabel hat. an HGÜ-Leitungen weiter ausdehnen bzw. län­ Kenntnis­stand zwar keinen direkten gesund­ ger erhalten bleiben, als bei den Wechselstrom-­ heitsschädlichen Einfluss auf Meeres­lebewesen, Entladungen („Korona-Effekte“) Leitungen. Einige Wissenschaftler vermuten, sie können aber das Verhalten bestimmter Als Korona (lat. corona = Kranz, Krone) bezei­ dass dadurch vermehrt Atemwegserkrankungen Tierarten beeinflussen. Einige Fische können chnet man den Wirkbereich in unmittelbarer und Lungenkrebs auftreten. Einen wissenschaft­ die von Stromkabeln ausgehenden Felder Nähe der Leiterseile an einem Hochspannungs­ lichen Nachweis für diese Vermutung gibt es wahrnehmen und ihr Verhalten entsprechend mast. Durch elektrische Entladungen k ­ önnen nicht. Bezogen auf Wechselstrom wird ein ver­ändern. Bestimmte Arten von Haien und dort Geräusche entstehen. Meist ist ein Knistern, zusätzliches Gesundheitsrisiko durch diese Vor­ Rochen zeigen zum Beispiel ein verstärktes oft mit einem gleich bleibenden, brummenden gänge als unwahrscheinlich beziehungs­weise Suchverhalten im Bereich der Kabel. Sie ver­ Ton zu hören. Dies kann als störend empfun­ sehr gering eingeschätzt. Mit Gleichstrom gibt wechseln das Feld, das vom Kabel ausgeht, mit den werden. Außerdem entstehen geringe es weniger praktische Erfahrung und es besteht Beute. Mengen an Ozon und Stickoxiden. In wenigen weiterhin Forschungsbedarf. Modellberech­ Metern Abstand von den Leitungen ist ihre nungen sprechen aber gegen eine verstärkte Aufnahme von Korona-Ionen, wie sie an HGÜs entstehen können, in die Lunge. Einige Fischarten reagieren auf die elektrischen und magnetischen Felder. Kabel im Meeresboden erwärmen ihre Umgebung. 6 Schutz und Vorsorge Schutz durch Grenzwerte Die Grenzwerte beziehen sich auf Immissio­ Abstand und Abschirmung Grenzwerte werden festgelegt, um die ­Men­- nen in Bereichen, in denen sich Menschen Wie für jede Art von Strahlung gilt auch schen vor gesundheitsschädlichen Wir­kungen häufiger oder länger aufhalten. Sie erlauben für elektrische und magnetische Felder: zu schützen. Sie orientieren sich an den unter bestimmten Bedingungen für das Grundsätzlich verringern sich die Feldstärken körper­eigenen elektrischen Feldstärken von magnetische Feld kurzzeitige beziehungs­ mit der Entfernung von den Feldquellen. maximal 50 mV/m. Nach der Empfehlung weise für das elektrische Feld kurzzeitige ­Elektrische Felder werden darüber hinaus der Internationalen Kommission zum Schutz und klein­räumige Immissionen, die doppelt durch übliche Baustoffe für Gebäude und vor nichtionisierender Strahlung (ICNIRP) so hoch sind wie die Werte für dauerhafte durch das Erdreich gut abgeschirmt. Elek­ ­gelten 20 mV/m als Basiswert für zusätzliche Immissionen. trische Felder von Freileitungen sind deshalb im Körper erzeugte elektrische Felder, der Unmittelbar eintretende Gesundheitsschäden nur im Freien und nur in der Umgebung nicht überschritten werden soll. aufgrund elektrischer und magnetischer von Freileitungen relevant. Magnetfelder Um diesen Basiswert einzuhalten, wurden Felder sind auszuschließen, wenn Grenzwerte werden hingegen kaum abgeschwächt und frequenzabhängige Immissionsgrenzwerte für eingehalten werden. Nicht ausgeschlossen können in Gebäude eindringen. Anders als Anlagen der Stromversorgung gesetzlich werden können mittelbare Wirkungen, zum elektrische Felder sind sie nur mit großem ­festgelegt. Dazu zählen unter anderem Bahn­ Beispiel auf elektronische Implantate wie Aufwand abzuschirmen. stromanlagen, Hochspannungsleitungen Herzschrittmacher und damit verbundene und Trafostationen. Für das äußere e ­ lektrische Gefahren. Feld gilt bei 50 Hz ein Grenzwert von 5 kV/m und für das magnetisches Feld 100 μT. Die Feldstärken sind in der Mitte zwischen zwei Leitungsmasten am höchsten. Hauswände können elektrische Felder, die von außen wirken, weitesgehend abschwächen. Das magnetische Feld wird nicht abgeschirmt. Die magnetischen Flussdichten in der Umgebung von Hochspannungsleitungen steigen und fallen mit der tages- oder jahres­ zeitlichen Strom­ nutzung. Kleine Erhebungen, Bäume und auch Personen verzerren das elektrische Feld. Mit jedem Meter Abstand verringern sich die Feldstärken. Elektrische Haushaltsgeräte können deutlich höhere Feldstärken erzeugen. Direkt an Niederspannungs-Trafostationen treten magnetische Flussdichten zwischen 30 und 100 μT auf. Bereits in 1 bis 2 m Abstand reduzieren sich die Werte auf circa 1 bis 5 μT. 7 Vorsorgemaßnahmen Weitere Forschung: Zur Vorsorge gehört die Verringerung wissenschaftlicher Unsicherheiten. Besonders im Falle der Leukämie im Kindesalter ist nach Einschätzung internationaler Wissen­schaftler weitere Ursachenforschung ­dringend notwendig. Zu den gesundheitlichen Auswirkungen elektrischer und magnetischer Felder gibt es noch offene wissenschaftliche Fragen. Deswegen empfiehlt das BfS Vorsorgemaßnahmen. Information: Das BfS setzt sich dafür ein, die Bürger­ innen und Bürger frühzeitig, transparent und nachvollziehbar über Aspekte des Strahlenschutzes beim Ausbau der Stromnetze zu informieren und sie stärker in Entscheidungsprozesse ­einzubeziehen. ­Herzschrittmacher: Personen, denen ein Herzschrittmacher implantiert wurde, sollten ihren Arzt nach möglichen ­Stör­beeinflussungen durch elektrische und magne­tische Felder befragen. Über das Gesundheits­risiko im beruflichen Umfeld können auch Berufsgenossen­ schaften Auskunft geben. Information über die tatsächliche Exposition: Das BfS hat in der Vergangenheit die Exposition der Bevölkerung mehrfach überprüft. Zuletzt wurde im Herbst 2016 eine repräsentative Studie konzipiert, um unter anderem die Exposition der vom Netzausbau betroffenen Bevölkerung zu bestimmen. ­Abstand: Durch Abstände zu Wohn­gebäuden können die Beiträge von Stromversorgungs­anlagen zur Exposition der Bevölkerung gering gehalten werden. Impressum klimaneutral natureOffice.com | DE-616-417043 gedruckt Bundesamt für Strahlenschutz Öffentlichkeitsarbeit Postfach 10 01 49 D-38201 Salzgitter Telefon: +49 (0)3018 333-0 Telefax: +49 (0)3018 333-1885 E-Mail: [email protected] De-Mail: [email protected] Internet: www.bfs.de Mehr Informationen zum Stromnetzausbau finden Sie unter: www.bfs.de/stromnetzausbau Redaktion: Melanie Bartholomäus Gestaltung: Quermedia GmbH, Kassel Druck: Volkhardt Caruna Medien GmbH & Co. KG, Amorbach Fotos: BfS und genannte Quellen Stand: Januar 2017
