Messung und computergestützte kartographische Darstellung niederfrequenter magnetischer Felder der öffentlichen Stromversorgung in Hamburg

Diplomarbeit von Fred Koch

Einleitung:

Die elektrische Energie hat in das gewerbliche und private Leben in intensivster Weise Einzug gehalten und steht dem Verbraucher jederzeit faktisch unlimitiert zur Verfügung. Ihre zur Selbstverständlichkeit gewordene Nutzung in fast allen Bereichen des Alltags bedingt bei vorwiegend zentralen Versorgungskonzepten mit großen Kraftwerkseinheiten den Energietransport über weite Strecken vom Erzeuger zum Verbraucher. Technisch gesehen ist dies besonders für elektrische Energie verhältnismäßig gut und einfach zu handhaben. Elektrisch leitfähige Materialien stehen in ausreichendem Maße zur Verfügung und bedürfen bis zur betriebsfertig verlegten elektrischen Leitung für heutige Verhältnisse keiner besonders aufwendigen Verarbeitung. Der Transport von anderen Energieformen über weite Strecken in entsprechenden Rohrleitungen ist vom technischen und finanziellen Aufwand diesbezüglich vergleichend weitaus höher zu bewerten. Material- und Montagekosten sowie Wartungsaufwand fallen bei gleicher transportierter Energie zugunsten der Elektrizität aus. Der Energietransport auf Hochspannungsebene in Wechselstromtechnik hat es ermöglicht, den materiellen und betriebstechnischen Aufwand zu optimieren. Dieser eindeutige Vorteil der elektrischen Energie paart sich mit der Tatsache, daß der Verbraucher diese Energieform sehr vielfältig nutzen kann. Mit wiederum verhältnismäßig geringem Aufwand läßt sich jede Energieform aus der elektrischen Energie umwandeln.

Folge des elektrischen Stroms ist ein magnetisches Feld, welches sich um den stromführenden Leiter ausbildet. Als physikalische Folgeerscheinung des elektrischen Stroms wird der Elektromagnetismus technisch genutzt. Elektromotoren und Transformatoren sind wesentlicher Bestandteil elektrotechnischer Anlagen, die in jedem modernen Produktionsbetrieb und privaten Haushalt vorhanden sind. Neben dieser offensichtlichen und direkten Nutzung magnetischer Felder ergeben sich aber auch dort elektromagnetische Felder, wo sie keinen technischen Nutzen haben, jedoch aufgrund physikalischer Zusammenhänge zwangsläufig auftreten. Elektrische Geräte und Leitungen des 50 Hz-Netzes befinden sich im direkten Lebensumfeld des Menschen und setzen ihn magnetischen Feldern von zwar vorwiegend verhältnismäßig geringer, jedoch andauernder Intensität aus.

Der Nutzen einer jeden Technologie muß in einem günstigen Verhältnis zu den eventuell einhergehenden nachteiligen Auswirkungen stehen. Nur dann macht die langfristige Nutzung einer Technologie einen wirklichen Vorteil gegenüber ihrer Nichtnutzung aus. Die von Menschenhand durch technische Innovationen hervorgerufenen Einflüsse auf die Umwelt müssen in diesem Sinne beurteilt werden. Das erfordert zunächst das Erkennen und anschließend eine konsequente, systematische Erfassung relevanter Daten. Umweltauswirkungen und medizinische Beobachtungen über gesundheitliche Auffälligkeiten wie Allergien, unspezifisches Unwohlsein und definierte Krankheitsbilder müssen mit physikalischen Meßgrößen in einen nachvollziehbaren Zusammenhang gebracht werden. Nur so kann nach heutigen Akzeptanz-Kriterien eine erfolgreiche Ursache-Wirkung-Argumentation angeführt werden. Die vielfältigen und regional variierenden Umwelteinflüsse und die Lebensgewohnheiten der potentiell betroffenen Personenkreise erschweren es hierbei, einer erkannten Unregelmäßigkeit eine spezifische Ursache zuzuordnen.

Problemstellung:

Untersuchungen über die Wirkung von magnetischen Feldern auf biologische Lebewesen sind bisher vorwiegend mit kurzzeitigen und hohen Feldstärken durchgeführt worden. Diese Erhebungen dienten zur Definition von maximalen Grenzwerten, denen ein Mensch ausgesetzt werden kann, ohne daß nach heutiger Sicht eine Beeinträchtigung seiner Gesundheit eintritt. Diese wissenschaftlichen Untersuchungen sind Grundlage für heute geltende Richtlinien, Verordnungen und Gesetze. Da gesicherte Erkenntnisse aus langfristigen Auswirkungen geringer magnetischer Feldstärken nach allgemeiner Aussage noch nicht in ausreichendem Maße vorliegen, gibt es diesbezüglich einen Handlungsbedarf mit ausdrücklich vorbeugendem Anspruch. Es ist nicht erwiesen, daß langfristig keine schädigende Wirkung von schwachen magnetischen Feldern ausgeht. Aus dieser Tatsache allein ergibt sich der grundsätzliche Ansatz zu dem speziellen Thema dieser Arbeit.

Den magnetischen Feldern, denen die Bevölkerung im Alltag mit oder ohne ihr Wissen ausgesetzt ist, gilt die Aufmerksamkeit dieser Ausführungen. Dabei beschränken sich hier sämtliche Betrachtungen auf die niederfrequenten Felder des 50-Hertz-Netzes der öffentlichen Stromversorgung. In den Hamburger Wohngebieten Mümmelmannsberg und Neuallermöhe sollen entsprechende Punktmessungen durchgeführt werden. Die Ergebnisse der Messungen sollen tabellarisch erfaßt und anschließend für eine Beurteilung und eine kartographische Darstellung mit Hilfe einer geeigneten Software aufbereitet werden.

Die in der Studie erwähnte Diskette ist nicht im Lieferumfang enthalten, da sie für das Verständnis der Studie nicht notwendig ist.

Inhaltsverzeichnis:

	Einleitung und Problemstellung	3
1.	Grundlagen	5
1.1	Felder	5
1.2	Felder elektrischer Vorgänge	6
1.2.1	Definition der Feldgrößen	8
1.2.2	Das elektrische Feld	10
1.2.3	Das magnetische Feld	12
1.2.4	Wechselwirkungen von elektrischen und magnetischen Feldern	16
1.2.5	Elektromagnetische Wellen	19
1.2.6	Der Zusammenhang von Frequenz und Energie	21
1.3	Elektromagnetische Felder im Alltag	22
1.3.1	Natürliche Felder	22
1.3.2	Technische Felder	22
2.	Magnetische Felder in der Stromversorgung	24
2.1	Freileitungen	25
2.2	Unterirdische Kabel	27
2.3	Abspann- und Verteilungswerke	30
2.4	Schienenverkehr	32
2.5	Geräte und Installation im häuslichen Bereich	33
2.6	Energieverteilung im Netz der HEW	35
3.	Auswirkungen magnetischer Felder	39
3.1	Wirkung auf biologische Lebewesen und Substanzen	39
3.2	Stand der medizinischen Forschung	41
3.2.1	Epidemiologische Untersuchungen	43
3.3	Bestehende Grenz- und Richtwerte	44
3.3.1	BImSchV und BImschG	46
3.3.2	Bedeutung der gesetzlichen Grenzwerte	47
4.	Messung magnetischer Felder	48
4.1	Ziel und Ansatz der Messungen	48
4.2	Beschreibung der Meßmethode	49
4.2.1	Meßgerät	49
4.2.2	Meßbedingungen	50
4.2.3	Überprüfung angezeigter Meßwerte	50
4.3	Verteilung der Meßpunkte auf Hamburger Gebiet	52
4.4	Dokumentation der Meßwerte	55
5.	Meßwerte	57
5.1	Eigene Messungen	57
5.1.1	Mümmelmannsberg Tabellarisch	57
5.1.2	Mümmelmannsberg Kartographisch	59
5.1.3	Neuallermöhe Tabellarisch	62
5.1.4	Neuallermöhe Kartographisch	63
5.1.5	Querprofil einer Freileitung in Neuallermöhe	65
5.2	Meßwerte aus der Diplomarbeit von T. Voot (Mai1996)	66
5.2.1	Tabellarisch	66
5.2.2	Kartographisch	69
5.3	Fehlerabschätzung	71
6.	Auswertung der Messungen	72
6.1	Grundlegende Erkenntnisse	72
6.1.1	Flußdichteverteilung	72
6.1.2	Einfluß von Freileitungen	72
6.2	Relation der Meßwerte	74
6.3	Diskussion & Verbesserungsmöglichkeiten der Meßmethode	76
6.4	Statistische Kurzbetrachtung	79
6.4.1	Begriffe	79
6.4.2	Streuung der Gesamtdaten	80
6.4.3	Kumulative Verteilung der Gesamtdaten	80
6.4.4	Histogramm der Meßwerte aus Mümmelmannsberg und Neuallermöhe	81
6.4.5	Gesamte kumulative Häufigkeitsverteilung der eigenen Meßwerte	83
7.	Schlußbetrachtung	84
8.	Literatur- und Bildnachweis	85