Elektrische und Magnetische Felder Im Alltag. Dipl.-Ing. Roland Bergmayer Dipl.-Ing. Dr. Andreas Abart 31. Jänner 2007

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1 Elektrische und Magnetische Felder Im Alltag Dipl.-Ing. Roland Bergmayer Dipl.-Ing. Dr. Andreas Abart 31. Jänner 2007

2 Agenda 1. Elektrische und Magnetische Felder - Natürliche und Künstliche Quellen 2. Unterschied Elektrische, Magnetische und Elektromagnetische Felder 3. Technische h Elektrische und Magnetische Felder im Alltag 4. Grenzwertfestlegung ICNIRP/WHO/EU/ÖNORM 5. EMF Nicht gesicherte Effekte

3 Natürliche Quellen - Elektrischer und Magnetischer Felder Erdefelder Ladungstrennung durch: Thermische Aufwinde Elektronen durch kosmische Strahlung aus Atomen gerissen werden Elektrische Gleichfeld =f ( - Bebauung auf Erde (Spitzen) - Jahreszeit - Wetter (Gewitter) - Sonnenaktivität - Luftleitfähigkeit (Nebel))

4 Künstliche Quellen Niederfrequente Wechselfelder Stromversorgungssystem

5 Künstliche Quellen - Niederfrequente Wechselfelder ld Prinzip der Übertragung & Verteilung elektrischer Energie

6 Natürliche und Künstliche Quellen Gleich- und Wechselfelder Erdmagnetfeld, Schönwetterfeld und wetterbedingte Felder sind praktisch gesehen Gleichfelder Elektrische Energieversorgungsnetze werden mit niederfrequentem Wechselstrom und Wechselspannung betrieben (Sinusförmiger Verlauf mit 50 Schwingungen pro Sekunde) Funkanwendungen verwenden zur Signalübertragung g g hochfrequente elektromagnetische Wellen mit mehreren Millionen bis Milliarden Schwingungen pro Sekunde

7 Natürliche und technische Quellen Frequenzeinteilung

9 Niederfrequenzbereich (> 10 khz) Wellencharakter Langsame Schwingungen Elektrische & magnetische Feld getrennt betrachtbar Kein Weglösen vom Entstehungsort möglich Erregung der Nerven- und Muskelzellen nur bei ausreichend hoher Feldstärke (Schwingungshalbwellen dauern ausreichend lange)

10 Hochfrequenzbereich (> 100 khz) Wellen- und Teilchencharakter Schnelle Schwingungen Elektrische & magnetische Feld nicht getrennt betrachtbar (elektromagnetisches Feld!!) Weglösen vom Entstehungsort möglich Rund-, Mobilfunk- und Fernsehsignale Einwirkdauer um Nerven- und Muskelzellen zu erregen ist zu gering D.h. nachfolgende Welle hebt Wirkung der vorherigen auf Wirkung: Erwärmung des Gewebes (Energieinhalt steigt mit Frequenz) Jedoch: keine Molekülveränderung möglich

11 Höchstfrequenzbereich (> 300 GHz) Strahlung Sehr kleine Wellenlänge lä Für Ausbreitung der Welle gelten bereits die Optischen Gesetze (Reflexion und Brechung) Wärmestrahlung des Lichts, Röntgen- und Radarstrahlung Moleküle können verändert werden (bei genügend hoher Frequenz)

12 Das elektrische Feld Physik des elektrischen Feldes Volt pro Meter Faustformel E d = 1 0,33 U[ kv ] h h...höhe des Leiters d Aufpunkt Elektrische Feld = Quellenfeld (Feldwirkung zwischen Bereichen unterschiedlicher Ladung) Tritt auf, wenn Spannung anliegt

13 Die elektrische Influenzwirkung Ursache hierfür: Versuch zwei metallischen Scheiben in elektrisches Feld beide Scheiben getrennt heraus nehmen Ergebnis Jede Scheibe trägt eine elektrische Ladung. Man sagt es wurden Ladungen influenziert. Überall im Feldraum - wie auch in den Scheiben- herrscht die elektrische Feldstärke, und bewirkt eine Verschiebung der Ladungen in den Scheiben nach beiden Seiten. D.h. Das elektrische Feld im Inneren wird gleich dem eigenen Feld im Inneren; Somit wird das Gesamtfeld im Inneren gleich Null.)

14 Exposition gegenüber einem elektrischen Feld Physikalischer Effekt im Menschlichen Körper Potential ρ El. Feldlinien Erdpotential

15 Elektrisches Wechselfeld Wirkung auf den Menschen & Grenzwerte zum Personenschutz Der Effekt der Influenz bewirkt in einem zeitlich veränderlichem elektrischen Feld geringe Ladungsverschiebungen (Ströme) im leitfähigen menschlichen Körper. Stromdichten (Strom pro Fläche) werden zum Schutz von Personen auf 10mA/m² (berufliche Exposition) und 2 ma/m² (Allgemeinbevölkerung) begrenzt. Diese Stromdichtenwerte ergeben sich im annähernd homogenen elektrischen Feld bei 25 bzw. 5 kv/m. (Um jegliche Wahrnehmung im el. Feld zu vermeiden, definiert ICNIRP als Grenze für die elektrische Feldstärke im Fall beruflicher Exposition eine elektrische Feldstärke von 10 kv/m.)

16 Das magnetische Feld Physik des magnetischen Feldes Tesla Faustformel B = μ H = μ 2 I r π I Strom r...abstand zum Leiter Magnetisches Feld = Wirbelfeld (Feldlinien in sich geschlossen) (Feldwirkung im Bereich stromdurchflossener Leiter) Tritt auf, wenn Strom fließt

17 Exposition gegenüber einem magnetischen Feld Physikalischer Effekt im Menschlichen Körper 1. Der Körper befindet sich aufrecht in einem vertikal ausgerichteten Feld 2. Der Körper befindet sich aufrecht in einem horizontalen Feld J=0.09*f*B J=0.14*f*B

18 Magnetisches Wechselfeld Wirkung auf den Menschen & Grenzwerte zum Personenschutz Der Effekt der Induktion bewirkt in einem zeitlich veränderlichem magnetischen Feld geringe Ladungsverschiebungen (Ströme) im leitfähigen menschlichen Körper. Stromdichten (Strom pro Fläche) werden zum Schutz von Personen auf 10mA/m² (berufliche Exposition) und 2 ma/m² (Allgemeinbevölkerung) begrenzt. Diese Stromdichtenwerte ergeben sich im annähernd homogenen magnetischen Feld bei 500 bzw. 100 µt.

20 Technische Elektrische Felder im Alltag Elektrische Felder div. Anwendungen

21 Technische Elektrische Felder im Alltag Elektrisches Feld unter Hochspannungsleitung

22 Elektrisches Feld in kv/m 110-kV Doppelleitung e Verdrillung: γ Neues Projekt Leitung hinzufügen Bearbeiten Löschen Parameter Projekt Speichern L2 L L , ,0 37,0 Y Y max Speichern unter Projekt Laden Neues Projekt > ,0 < 630 < ,0 < 250 < 160 < 100 < 60 28,0 < 40 < 30 < 20 25,0 < 10 < 6 L1 22,0 < 4 < 3 L3 19,0 < 2 < 1 < < ,0 < 0.3 L2 < 0.2 < ,0 < 0.06 < ,0 < 0.03 < 0.02 < ,0 < < < ,0 < < ,0 kv V/m EMFCALC OHTL Ve ersion TIWAG ,0-37,0-34,0-31,0-28,0-25,0-22,0-19,0-16,0-13,0-10,0-7,0-4,0-1,0 2,0 5,0 8,0 11,0 Ymin Xmin X Xmax A.Abart Abart Erg. Löschen Berechnen Anzeigen Bild => REPORT Start Menü Sprache / language 14,0 17,0 20,0 23,0 26,0 29,0 32,0 35,0 38,0-2,0

23 Technische Magnetische Felder im Alltag Magnetische Flussdichten div. Anwendungen

24 Technische h Magnetische Felder im Alltag Magnetische Flussdichte unter Hochspannungsleitung

25 Magnetisches Feld (Flussdichte) in µt 110-kV Doppelleitung Maximale Strombelastung je System: 1040 A Verdrillung: ξ Neues Projekt ,0 Y max 42, ,0 38, ,0 > 630 < ,0 < 400 < ,0 < 160 < ,0 < 60 < 40 28,0 < 30 < 20 26,0 < 10 < 6 5< 24,0 L2 L1 4 < 3 22,0 < 2 < 1 20,0 L3 L3 < ,0 L1 L ,0 < 0.01 < ,0 < < ,0 < < ,0 < 0.4 < ,0 < 0.2 < ,0 < 0.06 < ,0 < 0.03 < ,0 0,0 Y µt EM MFCALC OHTL Vers sion TIWAG ,0-27,0-24,0 X min -21,0-18,0-15,0-12,0-9,0-6,0-3,0 0,0 X 3,0 6,0 9,0 12,0 15,0 18,0 21,0 24,0 27,0 30,0 X max Y min

26 Magnetisches Feld (Flussdichte) in µt 110-kV Doppelleitung Maximale Strombelastung je System: 1040 A Verdrillung: γ Neues Projekt L2 250 L3 100 L L2 L1 250 L ,0 Y max 42,0 40,0 38,0 36,0 34,0 32,0 30,0 28,0 26,0 24,0 22,0 20,0 18,0 16,0 14,0 12,0 10,0 8,0 6,0 4,0 2,0 0,0-2,0 Y > 630 < 630 < 400 < 250 < 160 < 100 < 60 < 40 < 30 < 20 < 10 < 6 < 4 < 3 < 2 < 1 < 0.6 < 0.4 < 0.3 < 0.2 < 0.1 < 0.06 < 0.04 < 0.03 <002 <0.02 < 0.01 < < < < < µt EM MFCALC OHTL Vers sion TIWAG ,0 0-37,0 X min -34,0-31,0-28,0-25,0-22,0-19,0-16,0-13,0-10,0 0-7,0-4,0-1,0 X 2,0 5,0 8,0 11,0 14,0 17,0 20,0 0 23,0 26,0 29,0 32,0 35,0 38,0 X max Y min

27 Mögliche Maßnahmen zur Begrenzung der elektromagnetischen e et e Exposition o Allgemein Vergrößerung des Abstandes zur Quelle (Abnahme > 1/Abstand) Abschirmung Zusätzlich bei beruflicher Exposition Leistungsreduktion Zugangsbeschränkungen Hör- und/oder sichtbare Warneinrichtungen Personenschutzprogramme einschließlich medizinischer Überwachung

29 Elektrische und Magnetische Felder Wirkung auf den Menschen e Für die Festlegung von Grenzwerten maßgebliche Effekte: Bis 10 MHz: Elektrische Stimulation des Nervensystems Ab 100 khz: Absorption von Energie (thermische Effekte)

30 Elektrische und Magnetische Felder Wahrnehmbarkeitsschwellen e e e Starke Elektrische Felder (>100 kv/m) (GW: 5 kv/m bzw. 10 kv/m) Haarvibrationen Mikroentladungen Starke Magnetische Felder (>2.000µT) (GW: 100µT bzw. 500µT) Augenflimmern <10MHz Reizwirkung >100kHz Erwärmung Gewebe 100kHz bis 10MHz: beide Effekte Je höher die Frequenz, desto geringer die Eindringtiefe. Starke Elektromagnetische Felder (>100kHz) Wärmefühler der Haut werden umgangen Hinter der Fettschicht gelegene Muskeln werden erwärmt

31 Grenzwertfestlegung - Personenschutz ICNIRP 98 - Guidelines Festlegung der Basisgrenzwerte (für ZNS) 10mA/m² (berufliche Exposition) und 2 ma/m² (Allgemeinbevölkerung). Festlegung g der Referenzgrenzwerte (für Kopf-Rumpf) p 10 kv/m bzw. 500 µt (berufliche Exposition) und 5 kv/m bzw. 100 µt (Allgemeinbevölkerung). Basieren auf Reizwirkungen der Zellen! ICNIRP International Commission on NON-Ionizing Radiation Protection

32 Grenzwertfestlegung - Personenschutz Internationale Empfehlungen Die WHO empfiehlt die Grenzwerte der ICNIRP 98. Der Rat der Europäischen Union empfiehlt die Grenzwerte der ICNIRP 98. In Österreich sind die Grenzwerte der ICNIRP in der ÖVE/ÖNORM E8850 umgesetzt.

33 Grenzwertfestlegung tl - Personenschutz Österreich - ÖVE/ÖNORM E8850 ÖVE/ÖNORM E8850 seit 01.Feb in Kraft (löste die seit 01.Dez gültige ÖVE/ÖNORM S1119 (0 bis 30kHz) und S1120 (>30kHz bis 300GHz) ab) Wichtigsten Änderungen: S1119 E8850 Wegfall der Kurzzeitgrenzwerte (bis zu einige Stunden pro Tag) Allgemeinbevölkerung: 10 kv/m und µt Beruflich Exponierte: 30 kv/m und µt Summenformel im informativen Anhang Umsichtige Vermeidung in Vorbemerkungen eingefügt ÖVE/ÖNORM E8850 Elektrische, i h Magnetische und Elektromagnetische ti Felder im Frequenzbereich von bis 300 GHz Beschränkung der Exposition von Personen

34 Grenzwertfestlegung - Personenschutz EU-Richtlinie 2004/40/EG ICNIRP 98 -ident (großteils) Trat am 30.April 2004 in Kraft Nationale Umsetzung bis 30.April 2008 Schutzrichtlinie, d.h. gilt für Neuanlagen und Altanlagen! gilt nur für Beruflich Exponierte (nicht für Allgemeinbevölkerung) Basiert auf bereits umgesetzten EU-RL: Lärm und Vibration Einführung einer Gesundheitsüberwachung und Risikobewertung EU-RL 2004/40/EG Mindestvorschriften zum Schutz von Sicherheit und Gesundheit der Arbeitnehmer vor der Gefährdung durch physikalische Einwirkungen (elektromagnetische Felder)

35 Grenzwertfestlegung - Personenschutz EU-Ratsempfehlung 1999/519/EG EU-Ratsempfehlung aus dem Jahr 1999 empfiehlt ICNIRP 98 Grenzwerte in nationalen Regelungen umzusetzen Fungiert hierbei nicht nur als rein politisches, sondern auch als wissenschaftliche Organ.

36 Grenzwertfestlegung - Personenschutz Baubiologische Grenzwertfestlegungen Diverse ökologische oder baubiologische Gruppierungen empfehlen deutlich niedrigere Werte ohne wissenschaftliche Grundlage. Bsp. für Baubiologische Grenzwertfestlegungen: Magnetisches Feld: 10 nt ( stel 000 des GW) Elektrisches Feld: 10 V/m (500-stel des GW) Diese Grenzwerte könnten auch im Haushalt nicht eingehalten werden!!

37 Unterschied Basisgrenzwert - Referenzgrenzwert Basisgrenzwert Für den betrachteten Effekt relevante Größe unter Berücksichtigung von Sicherheitsfaktoren (Faktor 50 für Allgemeinbevölkerung) g) (im 50Hz-Bereich: Elektrische Stromdichte in ma/m 2 ) Referenzgrenzwert Von den Basisgrenzwerten abgeleitete Grenzwerte für die Expositiopsbeurteilung in der Praxis(außerhalb Körper) (im 50Hz-Bereich: Elektrische und Magnetische Feldstärke) Die Einhaltung der Referenzgrenzwerte bedeutet die Einhaltung der Basisgrenzwerte!! Überschreitung der Referenzgrenzwerte bedeutet nicht auch eine Überschreitung der Basisgrenzwerte!

38 Referenzwerte für Expositionen gegenüber zeitlich veränderlichen elektrischen Feldern

39 Referenzwerte für Expositionen gegenüber zeitlich et veränderlichen eä e magnetischen e Feldern

41 Gibt es außer den Reizwirkungen noch andere Effekte? EMF-Grenzwertfestlegungen gemäß ICNIRP 98 basieren auf Reizwirkungen Entwicklung von Krebs? Reproduktion? Beeinflussung Herz-Kreislauf-System? Beeinflussung des Hormonsystems? Beeinflussung der Blut-Hirn-Schranke? Beeinflussung der Kognitiven Leistungen? Beeinflussung des Schlafs?

42 WHO-Summary of Health Effects (1) Über Studien wurden in den vergangenen 30 Jahren publiziert. Obwohl manch einer das Gefühl hat, es müsste mehr geforscht werden, ist die wissenschaftliche Erkenntnis in diesem Fachgebiet heute besser als über die meisten Chemikalien. Unspezifische Symptome Kopfweh, Müdigkeit, Herz-Kreislaufbeschwerden, Angstzustände und dgl. wurden von betroffenen Personen berichtet. Ein Nachweis eines Zusammenhangs mit den elektromagnetischen Feldern blieb allerdings erfolglos. Vielmehr ergaben sich als Ursachen Lärm oder die Unsicherheit gegenüber neuen Technologien.

43 WHO-Summary of Health Effects (2) Elektrosensibilität Es gibt schwache Verdachtsmomente, allerdings fehlt es an bestätigenden Studien ebenso wie an einem Wirkungsmodell. Krebs Aus der Fülle der z.t. widersprüchlichen Ergebnisse lässt sich folgendes zusammenfassen: Wenn im Zusammenhang mit elektromagnetischen Feldern ein Krebsrisiko besteht, so ist es sehr gering. Dies betrifft ein möglicherweise geringfügig erhöhtes Leukämie-Risiko für Kinder in niederfrequenten magnetischen Feldern sowie noch nicht ausschließbare Langzeiteffekte durch den Gebrauch von Mobiltelefonen.

44 Leukämie im Kindesalter & EMF Seit 25 Jahren Thema der epidemiologischen Untersuchungen Studien sind z.t. methodisch sehr schwach bis fehlerhaft Die Fallzahlen sind sehr gering (ca. 5 von Kindern erkranken an Leukämie davon sind nur einzelne EMF-exponiert) Ergebnisse und Interpretation t ti sind Umstritten Es gibt kein Wirkungsmodell, d.h. es können auch völlig andere Mechanismen den statistischen ti ti Zusammenhang vortäuschen Auf Grund dieser Unsicherheiten und Widersprüche keine Grenzwerte aus diesen Ergebnissen

45 IARC Statement Niederfrequente magnetische Felder sind möglicherweise für den Menschen Krebs verursachend. Die Entscheidung dieser Klassifizierung begründet die IARC mit der Konsistenz der epidemiologischen Studien zum Zusammenhang zwischen dem Leukämierisiko bei Kindern und häuslichen Magnetfeldern oberhalb 0,4 Mikro- Tesla. Was heißt möglicherweise? IARC International Agency g y for Research on Cancer Krebsforschungseinrichtung der Weltgesundheitsorganisation (WHO)

46 IARC-Klassifizierung Klassifizierung Krebserregend für Menschen (normalerweise auf überzeugenden Belegen für eine krebserregende Wirkung beim Menschen basiert) Mittel (Beispiele) Asbest Senfgas Tabak (geraucht oder rauchlos) Gammastrahlung Wahrscheinlich krebserregend für Menschen (normalerweise auf überzeugenden Belegen für eine krebserregende Wirkung in Tieren basiert) Dieselmotor-Abgase Sonnenlampen UV-Strahlung Formaldehyd Möglicherweise krebserregend für Menschen (normalerweise auf als glaubwürdig eingestuften Befunden für eine krebserregende Wirkung beim Menschen basiert, für die andere Erklärungen aber nicht ausgeschlossen werden können) Kaffee Styrol Benzinmotor-Abgase Schweißgase niederfrequente Magnetfelder Tabelle 1: IARC-Klassifizierung von Umwelteinflüssen als Ursache von Krebserkrankungen

47 Bedeutung der IARC Klassifizierung Niederfrequente magnetische Felder zeigen einen schwachen statistischen Zusammenhang zwischen Leukämie und EMF-Exposition von Kindern. Möglicherweise besteht ein geringes Risiko, vergleichbar mit dem Genuss von Kaffee. Möglicherweise i ist in diesem Zusammenhang gleich bedeutend mit möglicherweise nicht.

48 Dipl.-Ing. Roland Bergmayer Assetmanagement Stromnetz Steiermark. Ein Unternehmen der Energie Steiermark Leonhardgürtel 10 A Graz Tel.: +43 (316) Mobil: +43 (664) Fax: +43 (316) mailto: roland.bergmayer@e-steiermark.com