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 und wirtschaftlichen 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. Technische Einrichtungen (Filter) auf der Dreh- und Gleichstromseite sorgen dafür, dass diese Komponenten möglichst nicht auf die angeschlossenen Leitungen gelangen.

Höhe der Feldstärken

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 wenig Informationen vor; für sie gilt allerdings – da für statische elektrische Felder keine direkten Gesundheitswirkungen bekannt sind – auch keine Grenzwertbeschränkung.

Die Kabelisolierungen 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.

Mögliche 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 könnten ein mittelbares Risiko darstellen, weil sie Kräfte auf magnetisierbare Objekte ausüben und Implantate beeinflussen können. Dieses Risiko wird aber durch den Grenzwert ausgeschlossen (siehe unten).

Die gesundheitlichen Wirkungen der in der Umgebung der Konverter auftretenden niederfrequenten Felder unterscheiden sich nicht von den Wirkungen der Felder in der Umgebung von Wechselstromleitungen.

Bei hohen Feldstärken niederfrequenter Felder sind Reizungen von Muskel- und Nervenzellen nachgewiesen. 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 (siehe Grenzwerte für ortsfeste Niederfrequenz- und Gleichstromanlagen).

Für die statischen Magnetfelder wurde der Grenzwert so festgelegt, dass auch Beeinflussungen von Implantaten vermieden werden. Für statische elektrische Felder wurde kein Grenzwert definiert.

Koronaentladungen

Unmittelbar an der Oberfläche spannungsführender Teile von Hochspannungsfreileitungen (Wechselstrom oder Gleichstrom) treten sehr hohe elektrische Feldstärken auf. Durch Entladungsvorgänge ("Koronaentladungen") können sich Luftmoleküle elektrisch aufladen und Raumladungen ausbilden. Als "Korona" wird der aktive Bereich in Leitungsnähe bezeichnet, in dem die Ionen erzeugt werden.

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. Ob es dadurch zu gesundheitlich negativen Auswirkungen auf den Menschen kommen kann, ist Gegenstand der Diskussion und der Forschung.

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 das Erdmagnetfeld wahrnehmen können.

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.