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Elektromagnetische Felder

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Elektromagnetische Felder

Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ)

Bisher wird der Transport elektrischer Energie vom Kraftwerk zum Verbraucher fast ausschließlich mittels Hochspannungsleitungen bewerkstelligt, in denen Wechselstrom mit einer Frequenz von 50 Hertz fließt.

Für den Ausbau der Stromnetze im Zuge der Energiewende soll jetzt auch Hochspannungs-Gleichstromtechnik eingesetzt werden. Aus technischen Gründen werden damit bevorzugt weit voneinander entfernte Netzverknüpfungspunkte miteinander verbunden.

Technische Vorteile

Die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ) hat gegenüber der seit langem etablierten Drehstromtechnik einige technische Vorteile:

  • HGÜ-Leitungen sind verlustärmer als Drehstromleitungen.
  • Für einen Stromkreis werden grundsätzlich nur zwei statt drei Leiter benötigt.
  • Die Isolationen können bei gleichen Nennspannungen weniger aufwändig ausgeführt werden.

Technische Einrichtungen

Die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung kann wie die Wechselstromübertragung in Form von Freileitungen oder Erdkabeln erfolgen.

Zusätzlich zu den Strommasten und -leitungen beziehungsweise den Erdkabeln wird an den beiden Enden einer Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsstrecke je ein Konverter benötigt, der Gleich- und Wechselstrom ineinander umwandeln kann. Die Konverteranlage stellt die Verbindung zwischen einer HGÜ-Leitung und einem Drehstromnetz her.

Elektrische und magnetische Felder

In der Umgebung von HGÜ-Leitungen treten statische elektrische und magnetische Felder auf.

Bei den Konvertern gehen von der Gleichstromseite ebenfalls statische elektrische und magnetische Felder aus. An den Drehstromanschlussleitungen treten vor allem zeitliche Wechselfelder mit der Stromnetzfrequenz 50 Hertz auf. Darüber hinaus können in den Konvertern elektrische und magnetische Felder bei anderen Frequenzen entstehen.

Höhe der Felder

Die Feldstärken in der Umgebung der einzelnen technischen Einrichtungen hängen von mehreren konstruktions- und betriebstechnischen Parametern und von den Abständen zur Anlage ab. Sie können nicht allgemeingültig angegeben werden, sondern müssen für den Einzelfall bestimmt werden.

Derzeit wird davon ausgegangen, dass die statischen Magnetfelder von HGÜ-Leitungen in unmittelbarer Trassennähe in etwa die Größenordnung des natürlichen Erdmagnetfeldes erreichen werden. Dieses hat in Deutschland eine Flussdichte von etwa 45 Mikrotesla. Über die elektrischen Feldstärken von HGÜ-Freileitungen liegen noch wenige Informationen vor; für sie gilt allerdings – da statische elektrische Felder nicht in den Körper eindringen – auch keine Grenzwertbeschränkung.

Kabelisolierungen und das umgebende Erdreich schirmen bei Erdkabeln die elektrischen Felder von der Umgebung ab; nur das magnetische Feld tritt an der Erdoberfläche in Erscheinung.

Bei Konverteranlagen sind die höchsten statischen beziehungsweise niederfrequenten Magnetfelder im Bereich der zu- und abführenden Leitungen zu erwarten. In der Umgebung der Drehstromleitungen treten magnetische Wechselfelder in der gleichen Größenordnung auf wie bei anderen Hochspannungsleitungen. Die Konvertereinhausungen schirmen die von den jeweiligen Anlagenteilen hervorgerufenen elektrischen Feldkomponenten ab.

Gesundheitliche Wirkungen

Biologische Effekte und damit unmittelbare gesundheitliche Wirkungen statischer Felder sind nur bei sehr hohen Magnetfeldstärken bekannt. Bei den niedrigen Magnetfeldstärken in der Umgebung von HGÜ-Leitungen oder Konvertern sind daher keine gesundheitlich negativen Wirkungen zu erwarten. Schwächere Magnetfelder können aber ein mittelbares Risiko darstellen, weil sie Kräfte auf magnetisierbare Objekte ausüben und Implantate beeinflussen können.

Die gesundheitlichen Wirkungen der in den Konvertern auftretenden niederfrequenten Felder unterscheiden sich nicht von den Wirkungen der Felder in der Umgebung von Wechselstromleitungen. Nachgewiesen sind Reizungen von Muskel- und Nervenzellen bei höheren Feldstärken, das heißt, wenn bestimmte Schwellenwerte überschritten werden. Wissenschaftlich diskutiert werden Wirkungen auf das Nervensystem und ein erhöhtes Risiko für Leukämie im Kindesalter. Diese Wirkungen könnten auch bei niedrigeren Feldstärken auftreten. Ein ursächlicher Zusammenhang mit niederfrequenten Magnetfeldern ist aber nicht nachgewiesen.

Stromversorgung: Grenzwerte für statische und niederfrequente Felder

Um die nachgewiesenen gesundheitlichen Risiken sicher auszuschließen, sind in der 26. Bundesimmissionsschutz-Verordnung (26. BImSchV) Grenzwerte festgelegt.

Grenzwerte für ortsfeste Niederfrequenz- und Gleichstromanlagen gemäß der 26. Bundes-Immissionsschutz-Verordnung über elektromagnetische Felder (26. BImSchV)
Frequenz f
(Hertz)
Elektrische Feldstärke E
(Kilovolt pro Meter)
Magnetische Flussdichte B
(Mikrotesla)
0-500a
1 - 8540.000 / f2
8 - 2555.000 / f
25 - 505200b
50 - 400250 / f200
400 - 3 000250 / f80.000 / f
3 000 - 10 000 0000,08327

a Für Gleichstromanlagen war bisher kein Grenzwert festgelegt. Mit der Novellierung der 26. BImSchV für elektromagnetische Felder werden auch Immissionen von Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlagen (HGÜ) gesetzlich geregelt. Die Begrenzung ist so gewählt, dass Störbeeinflussungen von Herzschrittmachern durch statische Magnetfelder ausgeschlossen werden.

b Niederfrequenzanlagen mit einer Frequenz von 50 Hertz (das heißt Anlagen der Stromversorgung) dürfen die Hälfte des Grenzwerts der magnetischen Flussdichte nicht überschreiten. Das heißt, für diese Anlagen gilt weiterhin der bisherige Grenzwert von 100 Mikrotesla.

Für die statischen Magnetfelder wurde der Grenzwert so festgelegt, dass auch Beeinflussungen von Implantaten vermieden werden. Für statische elektrische Felder wurde kein Grenzwert definiert. Für die niederfrequenten Felder mit der Wechselstromfrequenz 50 Hertz und für alle weiteren Frequenzen sind in der novellierten 26.BImSchV ebenfalls Grenzwerte enthalten (siehe Tabelle).

Koronaentladungen

Direkt an der Oberfläche spannungsführender Teile von Hochspannungsfreileitungen (Wechselstrom oder Gleichstrom) treten sehr hohe elektrische Feldstärken auf. Dadurch können sich Luftmoleküle elektrisch aufladen. Diese Hülle aus elektrisch geladenen Teilchen um die Leitung wird als "Korona" bezeichnet.

Bei Regen, Schnee oder feuchtem Wetter kann es zu störenden Geräuschen kommen, die durch die sogenannten "Koronaentladungen" entstehen. Zu hören ist ein Knistern, das von einem brummenden Dauerton begleitet sein kann. In der Korona können geringe Mengen an Ozon und Stickoxiden entstehen und Schadstoffe in der Luft können ihren elektrischen Ladungszustand ändern. Mit dem Wind können diese Stoffe verfrachtet werden. Unter bestimmten Bedingungen können sich die elektrisch geladenen Teilchen vermehrt auf der Haut ablagern und die Aufnahme und Ablagerung von Schadstoffen in den Atemwegen kann begünstigt werden.

Einige Wissenschaftler vermuten, dass dadurch vermehrt Atemwegserkrankungen und Lungenkrebs auftreten. Die frühere britische Strahlenschutzbehörde NRPB, die jetzt Teil der Gesundheitsbehörde PHE ist, hat sich mit dieser Frage befasst. Sie hat aber keinen wissenschaftlichen Nachweis für diese Vermutung gefunden und schätzt ein zusätzliches Gesundheitsrisiko durch diese Vorgänge als unwahrscheinlich beziehungsweise sehr gering ein.

Wirkungen auf Tiere und Pflanzen

Viele, möglicherweise sogar alle Vogelarten können das statische Erdmagnetfeld wahrnehmen und sich danach orientieren. Es ist möglich, dass die statischen Magnetfelder der HGÜ-Leitungen von Vögeln wahrgenommen werden und das Verhalten in unmittelbarer Nähe der Leitungen beeinflussen. Das Gleiche gilt auch für Säugetierarten, die sich am Erdmagnetfeld orientieren, wie zum Beispiel Fledermäuse.

Schädigungen von Tieren und Pflanzen durch elektrische und magnetische Felder von Hochspannungsleitungen sind nicht bekannt und sind auch durch HGÜ-Leitungen nicht zu erwarten. Allerdings sind direkte Wirkungen der Elektrizität wie beispielsweise Stromschläge möglich.

Stand: 11.11.2015

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© Bundesamt für Strahlenschutz