Die nachfolgenden Ausführungen beziehen sich auf Niederfrequenzanlagen, da diesen in der Arbeit der Elektrofachkräfte meist eine wesentlich größere Bedeutung als den Hochfrequenzanlagen zukommt.

Des Weiteren wurde aus gleichem Grund der Schwerpunkt auf die Behandlung niederfrequenter (50 Hz, 16 2/3 Hz) Magnetfelder gelegt.

Planung einer neuen elektrischen Anlage

Bereits im Stadium der Planung einer neuen elektrischen Anlage, die den Bestimmungen der 26. BlmSchV unterliegt, sollten Sie, liebe Elektrofachkräfte, sich intensiv mit den notwendigen Maßnahmen zum Nachweis der Grenzwerteinhaltung beschäftigen.

In diesem Stadium besteht meist noch die Möglichkeit einer, wenn auch oft leider begrenzten, Einflussnahme bei der Auswahl und Ausführung der elektrischen Anlage.

Mehr zum Thema: Elektrische Anlagen und 26. BlmSchV

Eine gute Einstiegsmöglichkeit in die Beschäftigung mit dieser Thematik bietet, neben einer Vielzahl anderer Varianten, ein Studium der allgemeinverständlich formulierten Broschüre „Elektromagnetische Felder im Alltag“. Diese wurde in ihrer ersten Auflage im Jahr 2002 von der Landesanstalt für Umweltschutz Baden-Württemberg herausgegeben.

Betrachtet man eine elektrische Niederfrequenzanlage aus der Sicht der 26. BlmSchV, so müssen vor allem die magnetischen und elektrischen Feldstärken bzw. Flussdichten folgender Komponenten berücksichtigt werden:

• Freileitungen und Erdkabel (50 Hz, Spannung gleich oder größer 1.000 V),
• Elektroumspannanlagen und deren Schaltfelder (50 Hz, Spannung gleich oder größer 1.000 V) sowie
• Bahnstromfern- und –oberleitungen, einschließlich deren Umspann- und Schaltanlagen (16 2/3 Hz oder 50 Hz).
  

Besondere Bedeutung erlangen in der Praxis auf Grund hoher niederfrequenter Magnetfeldemissionen

• die Transformatoren,
• an diese angeschlossene Leitungen sowie
• die zugehörigen Schaltanlagen.

Ebenso treten an den Niederspannungsableitungen meist sehr hohe Amplituden der magnetischen Flussdichte auf. Diese unterliegen jedoch (noch?) nicht den Forderungen der 26. BlmSchV.

Es ist dringend zu empfehlen, in den Umspannanlagen streufeldarme Transformatoren einzusetzen. Dies ist ein erster Schritt zur Einhaltung der geforderten Grenzwerte.

Die Hersteller stellen hier meist bereits Felddarstellungen (Magnetfeld in 3-D-Diagrammen) zur Verfügung. Jedoch ist bei Einsatz eines derartigen Trafos, welcher beispielsweise magnetische Flussdichten im Bereich 1 µT generiert (Grenzwert 100 µT!), noch nicht garantiert, dass die komplette elektrische Anlage die gesetzlichen Forderungen einhält. Meist überwiegen nun die Flussdichtewerte, welche von den angeschlossenen (Mittelspannungs-) Leitungen verursacht werden. Es ist immer notwendig, die elektrische Anlage in ihrer Gesamtheit zu analysieren.

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Durchsetzung der Forderungen der 26. BlmSchV

Die Durchsetzung der Forderungen der 26. BlmSchV ist eine Aufgabe der einzelnen Bundesländer. Als „zuständige Behörden“ im Sinne der Verordnung fungiert meist das Umweltministerium des jeweiligen Bundeslandes, an dem die elektrische Niederfrequenzanlage errichtet wird. An dieses ist auch die gesetzlich geforderte Anzeige zu richten.

Die Anzeige ist an keine konkrete Form gebunden. Der § 3 (2) legt lediglich fest, für welche Anlagen oder Anlagenteile eine Anzeige erforderlich ist. § (3) führt ergänzend folgendes aus: „Bei Anzeigen nach Absatz 1 oder 2 soll der Betreiber die für die Anlage maßgebenden Daten angeben und der Anzeige einen Lageplan beifügen.“

Als maßgebliche Daten werden vorrangig angesehen:

• Name und Anschrift des Betreibers, eventuell auch einer Ansprechperson im Unternehmen,
• die Art der Anlage (Freileitung, Erdkabel oder Umspannanlage),
• ob es sich um eine Neuerrichtung oder eine wesentliche Änderung handelt,
• bei wesentlichen Änderungen deren Art und Spezifika,
• den Termin der Inbetriebnahme,
• der Standort der Anlage,
• deren Bezeichnung und Identifikationsnummer sowie
• komponentenspezifische Angaben, wie beispielsweise auftretende Stromstärken und Leistungen, verwendete Kabeltypen, Abstände zum Boden bzw. Verlegetiefen usw.
  

Weiterhin ist ein Lageplan gefordert. Es bietet sich an, einen Ausschnitt dieses Lageplanes zu verwenden, um entsprechende Darstellungen auftretender Flussdichte- und Feldstärkewerte beispielsweise in Form einer Isoliniendarstellung bei den Flussdichtewerten 1µT, 10 µT, 50 µT und 100 µT vorzunehmen.

Die Darstellung der elektrischen Felder bei Kabeln und eingehausten Netzstationen erscheint den meisten zuständigen Behörden auf Grund der Schirmungseffekte entbehrlich. Im Zweifelsfall sollte nachgefragt werden. Die zuständigen Behörden versenden oft auch gern Musteranzeigen, wenn dies vom Nachweispflichtigen gewünscht wird.

Messungen und Berechnungen laut 26. BlmSchV

Die 26. BlmSchV schreibt vor, dass Messungen und Berechnungen auf der Grundlage der DIN VDE 0848-1 (VDE 0848-1): „Sicherheit in elektrischen, magnetischen und elektromagnetischen Feldern – Definitionen, Mess- und Berechungsverfahren“ erfolgen müssen. Gegenwärtig ist die Ausgabe vom August 2000 gültig.

Im Zuge der Harmonisierung europäischer Normen wird in Deutschland mit dem Ausgabedatum August 2009 eine neue Norm erscheinen, welche zukünftig die genannte DIN VDE 0848-1 ablösen wird.

Diese Norm wird die Bezeichnung DIN EN 50413 (VDE 0848-1): „Grundnorm zu Mess- und Berechnungsverfahren der Exposition von Personen in elektrischen, magnetischen und elektromagnetischen Feldern (0 Hz bis 300 GHz)“ tragen.

Nachweis der Grenzwerteinhaltungen

Dem Betreiber ist es freigestellt, ob er die Grenzwerteinhaltungen durch Messungen oder Berechnungen in Form von Simulationen nachweist. In den meisten Fällen werden Messungen bevorzugt. Diese gestalten sich einfacher, sind meist preisgünstiger und Spiegeln die Realität besser wider.

Die notwendigen messtechnischen Untersuchungen werden von einer Vielzahl von Betrieben und Einrichtungen angeboten. Der Vorteil liegt darin, dass es sich in den meisten Fällen um Spezialisten handelt, die sowohl die erforderliche Messtechnik als auch das notwendige Wissen und die Erfahrung für die Messaufgabe besitzen.

Sollen die Messungen eigenständig durchgeführt werden, so müssen eine ganze Reihe von Punkten beachtet werden.

Die Messungen müssen bei der höchsten Anlagenauslastung durchgeführt werden. Dies gestaltet sich in vielen Fällen schwierig, in einigen ist es sogar nahezu unmöglich. In diesem Fall sollten verschiedene, gut definierte, Auslastungsgrade herbeigeführt und die Feldstärke bzw. Flussdichteamplituden ermittelt werden. Durch einen auf diesem Gebiet erfahrenen Ingenieur sollte dann mittels Simulationen oder plausible analytische Berechnungen eine Prognose auf das Feldverhalten bei voller Anlagenauslastung erstellt werden. Diese sollte der Anzeige unbedingt beigefügt werden.

Bei den Messungen müssen die Effektivwerte der Messgröße (elektrische Feldstärke bzw. magnetische Flussdichte) in allen drei Raumrichtungen ermittelt werden. Anschließend müssen die Resultate entsprechend der nachfolgenden Gleichungen geometrisch addiert werden.

Hierbei sind:

E…         elektrische Feldstärke in V/m,
H…        magnetische Feldstärke in A/m,
eff…       Effektivwert der Messgröße,
x, y, z … Raumrichtungen und
r…          Entfernung.

Nutzt man einen Feldstärkeanalysator, so werden meist geräteintern gleichzeitig die Messungen in den drei unterschiedlichen Richtungen und die Betragsbildung vorgenommen.

Die Messungen müssen in verschiedenen Höhen, z.B. rund um einen Transformator erfolgen, um den Ort der höchsten Feldemission zu ermitteln. Dieser Höchstwert ist dann zu Grunde zu legen. Präzise Forderungen an die Messgeräte und Messverfahren sind in der o.g. Norm festgelegt.

Simulationen

Simulationen sind meist sehr aufwändig, die notwendigen Programme sehr kosten- und einarbeitungsintensiv. Die Anwendung sollte erfahrenen Ingenieuren vorbehalten bleiben.

Da die Umgebung der elektrischen Anlage meist sehr komplex ist, d.h. das Feldverhalten auch durch die Bebauung, die Boden- und Luftfeuchtigkeit, nahe Flüsse, Menschen usw. beeinflusst wird, ist hier immer mit einem Fehler in den Ergebnissen zu rechnen.

Bei der Nutzung moderner Simulationssoftware wird dieser Fehler reduziert, da für die Modelle meist häufige Störkörper, wie Bäume, Leitungen, Häuser usw. als Bibliothek angeboten werden, die dann im Modell baukastenförmig integriert werden können.

Sinnvoll ist die Nutzung der Software auf jeden Fall in der Phase der Planung und Entwicklung einer derartigen Anlage. Zu diesem Zeitpunkt sind Messungen am realen Objekt noch nicht möglich. Die Simulationsergebnisse sind zu diesem Zeitpunkt für notwendige Veränderungen am Aufbau der elektrischen Anlage sehr nützlich.

Abschätzungen

Wie schon in den vorangegangenen Artikeln ausgeführt ist, gibt es eine ganze Reihe von Möglichkeiten, niederfrequente Magnetfelder messtechnisch bzw. rechnerisch abzuschätzen. Die Literatur und das Internet bieten eine Fülle an Vorschlägen.

Auch in unseren Artikelserien haben wir Sie, liebe Elektrofachkräfte, immer wieder auf derartige Möglichkeiten hingewiesen. Lesen Sie dazu mehr in unseren Artikeln: "EMV - Der Monitor als EMV-Messgerät“, „EMV - Störungen durch niederfrequente Magnetfelder, Teil 1", „EMV - Störungen durch niederfrequente Magnetfelder, Teil 2" und "EMVU - Elektromagnetische Felder – Ist die Gefahr berechenbar?“.

An dieser Stelle soll noch eine einfache Möglichkeit zur Abschätzung niederfrequenter Magnetfelder folgen, die von Transformatoren verursacht werden. Es ist die, bei der Firma Siemens vor vielen Jahren entstandene, „Geafol-Trafoformel“.

Bei der GEAFOL-Trafoformel handelt es sich um eine empirisch ermittelte Gleichung zur Abschätzung der Magnetfelder, die durch Trockentransformatoren verursacht werden.
Die erzeugten Felder durch flüssigkeitsgekühlte Transformatoren liegen etwa 6 - 10 dB niedriger.

Sind die Größen für H0,5 und uk nicht bekannt und auch nicht zu ermitteln, so können zur Abschätzung  für H0,5 ein Wert von 100 A/m und für uk 6% angenommen werden.

Ausblick

Der dritte und letzte Teil unserer Artikelserie „Elektrische Anlagen unter dem Blickwinkel der 26. BlmSchV“ wird sich mit den Forderungen an Hochfrequenzanlagen beschäftigen.

Dipl.-Ing. Gerd Zschau, Technische Universität Dresden