Würzburger Straßenbahn GmbH. Erweiterung der Straßenbahn in die Stadtbezirke Frauenland und Hubland

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1 Müller-BBM GmbH Robert-Koch-Str Planegg bei München Telefon +49(89) Telefax +49(89) Dr.-Ing. Gisbert Gralla Telefon +49(89) August 2012 Würzburger Straßenbahn Erweiterung der Straßenbahn in die Stadtbezirke Frauenland und Hubland Untersuchung der elektromagnetischen Umweltverträglichkeit Prüfbericht Nr. M93490/02 Auftraggeber: Bearbeitet von: Zertifiziertes Qualitätsmanagementsystem nach ISO 9001 Akkreditiertes Prüflaboratorium nach ISO/IEC Würzburger Straßenbahn GmbH Friedrich-Spee-Straße Würzburg Dr.-Ing. Gisbert Gralla Berichtsdatum: 14. August 2012 Berichtsumfang: 21 Seiten insgesamt, davon 15 Seiten Textteil, 3 Seiten Anhang A und 3 Seiten Anhang B Müller-BBM GmbH HRB München USt-ldNr. DE Geschäftsführer: Horst Christian Gass, Dr. Carl-Christian Hantschk, Stefan Schierer Dr. Edwin Schorer, Norbert Suritsch

2 Inhaltsverzeichnis Zusammenfassung 3 1 Situation und Aufgabenstellung 5 2 Verwendete Literatur 6 3 Anforderungen an die elektromagnetische Verträglichkeit Grundlagen Schutz von Personen Schutz von Pflanzen und Tieren Störungen von elektrischen Geräten Relevante Normen und Richtlinien im Zusammenhang mit der geplanten Straßenbahnstrecke, Grenzwerte Feldquellen Schutz von Personen: 26. BImSchV und Europäische Ratsempfehlung 1999/519/EG Schutz von Personen mit aktiven Körperhilfsmitteln, insbesondere Herzschrittmachern, DIN VDE Schutz von elektrischen Geräten Magnetfeldempfindliche Geräte Zusammenfassung der Grenzwerte 11 4 Berechnung der elektrischen und magnetischen Felder in der Umgebung der Bahnanlagen 13 5 Vergleich der Berechnungsergebnisse mit den Anforderungen 14 Anhang A: Grafische Darstellung der Berechnungsergebnisse der magnetischen Flussdichte Anhang B: Grafische Darstellung der Berechnungsergebnisse der elektrischen Feldstärke 14. August 2012 Seite 2

3 Zusammenfassung Die Würzburger Straßenbahn GmbH plant die Weiterführung der Straßenbahn von der Haltestelle Juliuspromenade in die Stadtbezirke Frauenland und Hubland bis zur Endhaltestelle Washingtonstreet. Als Beitrag zur Analyse der Umweltauswirkungen des Bauvorhabens soll die elektromagnetische Verträglichkeit des Straßenbahnbetriebes in diesem Bereich untersucht werden. Die Untersuchung soll sich beziehen auf den Schutz von Personen, den Schutz von Pflanzen und Tieren und den Schutz von elektrischen Geräten. Dazu sollen die von der Strecke zu erwartenden elektrischen und magnetischen Felder prognostiziert und hinsichtlich der oben genannten Schutzgüter anhand der dafür relevanten Verordnungen und Richtlinien beurteilt werden. Ergebnis: Die Grenzwerte zum Schutz von Personen (Europäische Ratsempfehlung 1999/519/EG) sind im gesamten zugänglichen Bereich der Bahnanlage eingehalten. Auch die Grenzwerte für Herzschrittmacherträger gemäß DIN VDE sind nahezu im gesamten zugänglichen Bereich der Bahnanlage eingehalten (Abstand wenige cm von den Gleisen ausreichend). Elektrische Geräte und Anlagen werden durch die hier auftretenden Gleichfelder bzw. langsam veränderliche Felder nicht gestört. Störungen von Bildschirmen mit Kathodenstrahlröhren sind in einem Abstand vom nächstliegenden Gleis von weniger als 47 m möglich. Dies betrifft Fernsehgeräte und Computermonitore mit dieser Technik gleichermaßen. Bei Flachbildschirmen sind grundsätzlich keine Störungen zu erwarten, weil diese Geräte gegenüber elektromagnetischen Feldern unempfindlich sind. Um einen störungsfreien Betrieb auch empfindlicher Kernspintomographen im medizinischen Bereich sicherzustellen, sind Abstände von bis zu 79 m zum nächstliegenden Gleis erforderlich. 14. August 2012 Seite 3

4 Für den Inhalt des vorliegenden Berichtes zeichnet verantwortlich: Dr.-Ing. Gisbert Gralla Telefon +49 (0) Von der Regierung von Oberbayern öffentlich bestellter und beeidigter Sachverständiger für Elektromagnetische Umweltverträglichkeit Hinweis: Dieser Prüfbericht darf nur in seiner Gesamtheit, einschließlich aller Anlagen, vervielfältigt, gezeigt oder veröffentlicht werden. Die Veröffentlichung von Auszügen bedarf der schriftlichen Genehmigung durch Müller-BBM. 14. August 2012 Seite 4

5 1 Situation und Aufgabenstellung Die Würzburger Straßenbahn GmbH plant die Weiterführung der Straßenbahn von der Haltestelle Juliuspromenade in die Stadtbezirke Frauenland und Hubland bis zur Endhaltestelle Washingtonstreet. Als Beitrag zur Analyse der Umweltauswirkungen des Bauvorhabens soll die elektromagnetische Verträglichkeit des Straßenbahnbetriebes in diesem Bereich untersucht werden. Die Untersuchung soll sich beziehen auf den Schutz von Personen, den Schutz von Pflanzen und Tieren und den Schutz von elektrischen Geräten. Dazu sollen die von der Strecke zu erwartenden elektrischen und magnetischen Felder prognostiziert und hinsichtlich der oben genannten Schutzgüter anhand der dafür relevanten Verordnungen und Richtlinien beurteilt werden. 14. August 2012 Seite 5

6 2 Verwendete Literatur [1] Sechsundzwanzigste Verordnung zur Durchführung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes (26. BImSchV, Verordnung über elektromagnetische Felder), [2] Hinweise zur Durchführung der Verordnung über elektromagnetische Felder (26. Bundes-Immissionsschutzverordnung), Länderausschuss für Immissionsschutz, [3] Europäische Ratsempfehlung 1999/519/EG. Empfehlung des Rates vom 12. Juli 1999 zur Begrenzung der Exposition der Bevölkerung gegenüber elektromagnetischen Felder (0 Hz 300 GHz). [4] DIN EN VDE : Grundnorm zu Mess- und Berechnungsverfahren der Exposition von Personen in elektrischen, magnetischen und elektromagnetischen Feldern (0 Hz 300 GHz). [5] DIN VDE : Sicherheit in elektrischen, magnetischen und elektromagnetischen Feldern. Teil 3-1: Schutz von Personen mit aktiven Körperhilfsmitteln im Frequenzbereich 0 Hz bis 300 GHz, Mai [6] Gesetz über die elektromagnetische Verträglichkeit von Betriebsmitteln (EMVG), Februar [7] DIN EN ; VDE : : Elektromagnetische Verträglichkeit. Teil 2: Störaussendung des gesamten Bahnsystems in die Außenwelt, Deutsche Fassung EN : [8] DIN EN ; VDE : : Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV). Teil 6-1: Fachgrundnormen Störfestigkeit für Wohnbereich, Geschäftsund Gewerbebereiche sowie Kleinbetriebe. Deutsche Fassung EN : [9] DIN EN ; VDE : 2006_03: Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV). Teil 6-2: Fachgrundnormen Störfestigkeit für Industriebereiche, Deutsche Fassung EN : [10] Bildschirmarbeitsverordnung, Artikel 3 der Verordnung zur Umsetzung von EG- Einzelrichtlinien zur EG-Rahmenrichtlinie Arbeitsschutz vom August 2012 Seite 6

7 3 Anforderungen an die elektromagnetische Verträglichkeit 3.1 Grundlagen Zum Betrieb elektrischer Bahnen sind hohe elektrische Leistungen erforderlich, die untrennbar mit hohen elektrischen Strömen und hohen elektrischen Spannungen verbunden sind. Elektrische Ströme erzeugen Magnetfelder, elektrische Spannungen erzeugen elektrische Felder. In der Umgebung einer elektrifizierten Bahnstrecke ist deshalb grundsätzlich mit erhöhten elektrischen und magnetischen Feldern zu rechnen. Diese Felder wirken auf Menschen, Tiere und Pflanzen und ebenso auf elektrische Geräte und haben dort je nach ihrer Stärke und Einwirkungsdauer entsprechende in der Regel unerwünschte Wirkungen. 3.2 Schutz von Personen Die Wirkung elektrischer und magnetischer Felder auf Menschen ist primär darin begründet, dass diese Felder im Körpergewebe elektrische Spannungen und nachfolgend elektrische Ströme induzieren. Diese Ströme und Spannungen sind dann nach derzeitigem Wissen die primären Ursachen für gesundheitliche Wirkungen. Aus diesem Grund ist die Einwirkung elektrischer und magnetischer Felder auf den Menschen nicht in beliebiger Höhe zulässig. Die zulässigen Werte sind in der Sechsundzwanzigsten Verordnung zur Durchführung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes (26. BImSchV, Verordnung über elektromagnetische Felder) [1], festgelegt. Hinweise zur Messung und Berechnung finden sich in den Hinweisen zur Durchführung dieser Verordnung [2]. Für Frequenzbereiche, die in der 26. BImSchV nicht geregelt sind, gilt die europäische Ratsempfehlung 1999/519/EG [3]. Die grundlegenden Definitionen der in diesem Zusammenhang wichtigen physikalischen Größen und Einheiten sowie die Mess- und Berechnungsverfahren sind in DIN EN VDE [4] beschrieben. Personen mit aktiven Körperhilfsmitteln, insbesondere Herzschrittmachern, sind durch die Einwirkung elektromagnetische Felder unter Umständen besonders betroffen. Die zum Schutz dieser Personen einzuhaltenden Werte sind in DIN VDE : Sicherheit in elektrischen, magnetischen und elektromagnetischen Feldern, Teil 3-1: Schutz von Personen mit aktiven Körperhilfsmitteln im Frequenzbereich 0 Hz bis 300 GHz [5], festgelegt. 3.3 Schutz von Pflanzen und Tieren Für Pflanzen und Tiere gibt es keine Regelungen hinsichtlich der Einwirkung elektromagnetischer Felder. Es sind auch keine Vorschläge diesbezüglich in der Diskussion. 14. August 2012 Seite 7

8 3.4 Störungen von elektrischen Geräten Die Wirkung elektromagnetischer Felder auf elektrische Geräte basiert genau wie die Wirkungen auf den Menschen ebenfalls darauf, dass Spannungen und Ströme in leitfähigen Materialien induziert werden, die dann ihrerseits Wirkungen auf die Geräte haben und Störungen verursachen können. Aus diesem Grund ist auch die Einwirkung elektrischer und magnetischer Felder auf elektrische Geräte nicht in beliebiger Höhe zulässig. Die Regelungen hierzu sind in dem Gesetz über die elektromagnetische Verträglichkeit von Geräten (EMVG) [6], festgelegt, das seinerseits auf die harmonisierten Normen für die einzelnen Gerätearten sofern solche vorhanden sind verweist. Eine dieser hier relevanten Normen ist DIN EN : Elektromagnetische Verträglichkeit, Teil 2: Störaussendung des gesamten Bahnsystems in die Außenwelt [7], die sich allerdings nur auf den Hochfrequenzbereich bezieht. Um auch für den hier insbesondere relevanten Niederfrequenzbereich Immissionswerte anzugeben, bei denen elektrische Geräte nicht gestört werden, kann DIN EN : Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV), Teil 6-1: Fachgrundnormen Störfestigkeit für Wohnbereich, Geschäfts- und Gewerbebereiche sowie Kleinbetriebe [8], und DIN EN : Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV), Teil 6-1: Fachgrundnormen Störfestigkeit für Industriebereich [9] verwendet werden. Um zu beurteilen, ob besonders magnetfeldempfindliche Geräte gestört werden, sind die jeweiligen Empfindlichkeiten der Geräte zu verwenden. Bei Bildschirmen mit Kathodenstrahlröhren sind Erfahrungswerte bekannt, die auch in der Bildschirmarbeitsverordnung, Artikel 3 der Verordnung zur Umsetzung von EG-Einzelrichtlinien zur EG-Rahmenrichtlinie Arbeitsschutz [10] niedergelegt sind. Für medizinische Geräte, insbesondere Kernspintomographen, können entsprechende Werte den Herstellerangaben für die jeweiligen Geräte entnommen werden. 14. August 2012 Seite 8

9 3.5 Relevante Normen und Richtlinien im Zusammenhang mit der geplanten Straßenbahnstrecke, Grenzwerte Feldquellen Im Zusammenhang mit dem Neubau der Straßenbahnstrecke sind als Feldquellen folgende Anlagen relevant: - Der Fahrdraht mit den dazugehörigen Einspeiseleitungen, - die Schienen, die der Stromrückführung dienen Schutz von Personen: 26. BImSchV und Europäische Ratsempfehlung 1999/519/EG Die 26. BImSchV enthält eine abschließende Aufzählung der Niederfrequenzanlagen, für die diese Verordnung zutrifft ( 1, Anwendungsbereich): a) Freileitungen und Erdkabel mit einer Frequenz von 50 Hz und einer Spannung von 1000 Volt oder mehr, b) Bahnstromfern- und Bahnstromoberleitungen einschließlich der Umspann- und Schaltanlagen mit einer Frequenz von 16,7 Hz oder 50 Hz, c) Elektroumspannanlagen einschließlich der Schaltfelder mit einer Frequenz von 50 Hz und einer Oberspannung von 1000 Volt oder mehr. Bahnanlagen, die mit Gleichspannung betrieben werden, wie die hier zu untersuchende Straßenbahnstrecke, sind von der Verordnung nicht erfasst. Die Europäische Ratsempfehlung 1999/519/EG enthält Grenzwerte 1 für den gesamten Frequenzbereich 0 Hz bis 300 GHz und keine Beschränkung auf be- 1 In der Ratsempfehlung wird zwischen Basisgrenzwerten und Referenzwerten unterschieden. Die Basisgrenzwerte beziehen sich auf direkt nachgewiesene Auswirkungen auf die Gesundheit oder auf direkte biologische Wirkungen. Je nach Feldfrequenz sind die Basisgrenzwerte für die magnetische Flussdichte, die Stromdichte, die spezifische Energieabsorption oder die Leistungsdichte angegeben. Mit Ausnahme der magnetischen Flussdichte und der Leistungsdichte sind die Basisgrenzwerte mit üblichen Messgeräten nicht einfach zu messen. Dafür sind die Referenzwerte eingeführt worden. Die Referenzwerte dienen bei der praktischen Expositionsbewertung zur Beurteilung der Frage, ob die Basisgrenzwerte sicher eingehalten sind. Die Einhaltung der Referenzwerte garantiert die Einhaltung der Basisgrenzwerte. Die Überschreitung der Referenzwerte führt aber nicht notwendigerweise zu einer Überschreitung der Basisgrenzwerte. In diesem Fall wäre dann nochmals explizit nachzuprüfen, ob die Basisgrenzwerte überschritten sind. Die Basisgrenzwerte müssen also eingehalten werden, die Referenzwerte dienen der praktischen Beurteilung einer Exposition von Personen. Auf diese Unterscheidung wird im Weiteren NICHT eingegangen. Für die Beurteilung werden die Referenzwerte laut Anhang III der Europäischen Ratsempfehlung verwendet und hier als Grenzwerte bezeichnet. Bei Einhaltung der Grenzwerte in diesem Sinne ist also die Einhaltung der Basisgrenzwerte im Sinne der Ratsempfehlung in jedem Fall sichergestellt. 14. August 2012 Seite 9

10 stimmte Feldquellen. Sie ist deshalb auf alle elektromagnetischen Felder und alle Feldquellen anwendbar. Die hier zu beurteilende Straßenbahnanlage wird mit Gleichspannung betrieben. Im Umfeld der Anlage (Fahrdraht Schienen) entsteht deshalb ein elektrisches Gleichfeld, das nur sehr geringen Schwankungen entsprechend den Schwankungen der Betriebsspannung aufweist. Die Frequenz des Feldes kann somit zu 0 Hz angenommen werden. Der Grenzwert für elektrische Felder bei 0 Hz beträgt 25 kv/m 2. Das Magnetfeld im Umfeld der Anlage ist nicht konstant, sondern ändert sich entsprechend den aktuell in den Fahrdrähten bzw. den Schienen fließenden Strömen. Die Änderungen sind entsprechend dem Fahrbetrieb der Züge (Beschleunigung konstante Fahrt Abbremsen) langsam und es kann ihnen eine Frequenz zwischen 0 Hz und 1 Hz zugeordnet werden. Der Grenzwert für magnetische Flussdichten zwischen 0 Hz und 1 Hz beträgt 40 mt Schutz von Personen mit aktiven Körperhilfsmitteln, insbesondere Herzschrittmachern, DIN VDE Die Grenzwerte für Personen mit aktiven Körperhilfsmitteln, insbesondere Herzschrittmachern, sind in [5] festgelegt. Für Felder zwischen 0 Hz und 7,8 Hz ist die Ungleichung ( ) ( ) H t E t max A 80V m m (1) zu erfüllen. Ohne Einwirkung eines elektrischen Feldes darf demnach die magnetische Flussdichte nicht mehr als B = µ A = 905 µ T (2) m betragen und ohne Einwirkung eines magnetischen Feldes die elektrische Feldstärke nicht mehr als E = V = 57, 6 kv (3) m m Bei gleichzeitiger Einwirkung beider Feldarten ist Ungleichung (1) zu erfüllen. 2 Ein Referenzwert ist in der Ratsempfehlung für elektrische Felder mit der Frequenz 0 Hz nicht angegeben. Es wird jedoch in einer Anmerkung darauf hingewiesen, dass von den meisten Menschen statische elektrische Felder mit Feldstärken unter 25 kv/m als nicht störend empfunden werden. Dieser Wert wird im Weiteren als Grenzwert für elektrische Gleichfelder (0 Hz) verwendet. 14. August 2012 Seite 10

11 3.5.4 Schutz von elektrischen Geräten Die in [8] und [9] genannten Störfestigkeitswerte für elektrische Geräte sind nur für Wechselfelder der Frequenz 50 Hz angegeben. Für langsam veränderliche oder statische Felder sind dort keine Grenzwerte angegeben. Betrachtet man den physikalischen Hintergrund der Störbeeinflussung von elektrischen Geräten, wie unter 3.4 dargestellt, dass nämlich die Störungen aufgrund induzierter Spannungen und induzierter Ströme erfolgen, und berücksichtigt, dass die Induktionswirkung grundsätzlich proportional der Frequenz ist, so wird verständlich, dass Gleichfelder oder sehr langsam veränderliche Felder auch nicht in der Lage sind, elektrische Geräte zu stören Magnetfeldempfindliche Geräte Es gibt einige wenige elektrische Geräte, die nicht durch die oben beschriebenen induzierten Spannungen und Ströme gestört werden, sondern unmittelbar durch veränderliche Magnetfelder. Es handelt sich dabei um Geräte, die mit Elektronenstrahlen arbeiten oder bei denen selbst erzeugte Magnetfelder zum Funktionsprinzip gehören. Geräte, die mit Elektronenstrahlen arbeiten, sind (inzwischen nur noch selten in Betrieb befindliche) Bildschirme mit Kathodenstrahlröhren, ferner (hier nicht weiter behandelte) Elektronenmikroskope und Elektronenstrahllithographiegeräte. Geräte, bei denen selbst erzeugte Magnetfelder zum Funktionsprinzip gehören sind z. B. Magnet-Resonanz-Tomographiegeräte (MRTs). Bildschirme mit Kathodenstrahlröhren werden erfahrungsgemäß ab etwa 0,4 µt (effektiv) bzw. 1,1 µt (Spitze-Spitze) sichtbar gestört. Die Störungen bestehen dabei aus einer Instabilität des dargestellten Bildes und eventuell Farbverfälschungen. Die Instabilitäten bzw. Farbveränderungen erfolgen dabei mit der Frequenz des störenden Feldes, d. h. bei 50 Hz-Feldern erfolgen auch die Störungen mit 50 Hz, langsam veränderliche Felder erzeugen entsprechend langsame Bildstörungen. Für die Stärke der Störung ist unmittelbar die Amplitude der Magnetfeldänderung (und nicht deren Frequenz) relevant. Für die Angabe der Störfestigkeiten von Kernspintomographen für medizinische Untersuchungen wurden Herstellerangaben der Fa. General Electric verwendet. Die Angaben liegen für 50 Hz-Felder je nach Gerätetyp zwischen 0,2 µt und 4 µt (Effektivwerte). Bei langsam veränderlichen Feldern liegen die Angaben zwischen 0,37 µt und 2,82 µt (Spitze-Spitze-Werte). Auch ist jeweils nicht die Frequenz der Änderung bzw. die Änderungsgeschwindigkeit relevant, sondern unmittelbar die Magnetfeldamplitude. 3.6 Zusammenfassung der Grenzwerte Die oben angegebenen Grenzwerte sind im Folgenden zusammengefasst. Die Angabe k. A. bedeutet, dass in den entsprechenden Vorschriften oder Normen hierzu keine Angaben gemacht sind und diese Geräte gegenüber den hier relevanten Gleichfeldern bzw. langsam veränderlichen Felder nicht empfindlich sind. Zur Verbindlichkeit der Grenzwerte ist anzumerken, dass nur die Werte zum Schutz von Personen eingehalten werden müssen. Werden die Werte für Herzschrittma- 14. August 2012 Seite 11

12 cherträger überschritten, sind Warnhinweise aufzustellen. Die anderen Werte sind informativ. Tabelle 1. Grenzwerte für elektromagnetische Felder in der Umgebung einer gleichspannungsbetriebenen Straßenbahnstrecke. Magnetische Flussdichte B Elektrische Feldstärke E Schutz von Personen, Ratsempfehlung 1999/519/EG 40 mt 25 kv/m Aufenthalt von Personen mit Herzschrittmacher, DIN VDE µt 57,6 kv/m Störfestigkeit Geräte im Industriebereich k. A. k. A. Störfestigkeit Geräte im Wohn- und Geschäftsbereich k. A. k. A. Bildschirme mit Kathodenstrahlröhren 1,1 µt k. A. Kernspintomographen 0,37 µt 2,82 µt k. A. 3 Die angegebenen Werte gelten, wenn nur eine Feldart einwirkt. Anderenfalls muss die Ungleichung (1) ausgewertet werden 14. August 2012 Seite 12

13 4 Berechnung der elektrischen und magnetischen Felder in der Umgebung der Bahnanlagen Die Berechnung der elektrischen und magnetischen Felder erfolgte mit dem Programm WinField EP, Version Modelliert wurde die geplante Straßenbahnstrecke von der Haltestelle Juliuspromenade (km 0,0) in östlicher Richtung bis zur Haltestelle Washingtonstreet (km 5,5). Als Kartengrundlagen wurden die vom Auftraggeber zur Verfügung gestellten Planungsunterlagen verwendet. Das Geländemodell des Landesamtes für Vermessung und Geoinformation Bayern, Raster 10 m x 10 m wurde hinterlegt. Folgende Parameter wurden für die Modellierung verwendet. Schienenabstand: 1000 mm Fahrdrahthöhe: 5500 mm Fahrdrahtspannung: 750 V Die Maximalströme in den einzelnen Streckenabschnitten wurden vom Büro IFB Institut für Bahntechnik GmbH, Niederlassung Dresden (Mail vom ), zur Verfügung gestellt. Maximalstrom zwischen km 0,00 bis 0,05 Maximalstrom zwischen km 0,05 bis 0,20 Maximalstrom zwischen km 0,20 bis 0,66 Maximalstrom zwischen km 0,66 bis 1,13 Maximalstrom zwischen km 1,13 bis 1,54 Maximalstrom zwischen km 1,54 bis 1,95 Maximalstrom zwischen km 1,95 bis 2,98 Maximalstrom zwischen km 2,98 bis 4,00 Maximalstrom zwischen km 4,00 bis 4,63 Maximalstrom zwischen km 4,63 bis 5,25 Maximalstrom zwischen km 5,25 bis 5, A 2200 A 2200 A 2300 A 1200 A 1600 A 2400 A 2000 A 2500 A 1750 A 2150 A Für die Berechnung der magnetischen Flussdichte für die Gesamtstrecke im Umfeld der Gleise (Fernfeld) wurde der oben angegebene Maximalstrom jeweils auf die beiden Fahrdrähte verteilt, der Rückstrom gleichmäßig auf die vier Schienen. Die flächendeckenden Berechnungen der magnetischen Flussdichteänderung (Anhang A, S. 2) bzw. der elektrischen Feldstärke (Anhang B, S. 2) erfolgten in einem Raster von 2 m x 2 m. Berechnet wurde 1 m über dem Boden. Die Ergebnisse der Berechnung der magnetischen Flussdichte sind dabei als Spitze-Spitze-Werte zu interpretieren, d. h. als Anstieg der Flussdichte vom Ausgangswert (Flussdichtewert des lokalen Erdmagnetfeldes) bis zu dem angegebenen Wert und anschließendem Abfall zurück auf den Ausgangswert. Für die Berechnung der magnetischen Flussdichte in einem Querschnitt senkrecht zur Gleisanlage, die zur Betrachtung des Nahfeldes dient und letztlich für die Beurteilung hinsichtlich der Grenzwerte in Kapitel 5 entscheidend ist, wurde im Sinne einer Worst-Case-Betrachtung ein Maximalstrom von 2500 A in einem Fahrdraht und einem Rückstrom von je 1250 A in den beiden Schienen verwendet. 14. August 2012 Seite 13

14 5 Vergleich der Berechnungsergebnisse mit den Anforderungen Die Anforderungen sind die in Kapitel 3.6, Tabelle 1, genannten Werte. Die Berechnungsergebnisse sind in den Anhängen A (magnetische Flussdichte) und B (elektrische Feldstärke) dargestellt. Die höchsten magnetischen Flussdichten werden in unmittelbarer Nähe bzw. an der Oberfläche der Schienen und Fahrdrähte erreicht. Nachdem die Oberfläche der Fahrdrähte naturgemäß nicht berührt werden kann, ist der Flussdichtewert an der Oberfläche einer Schiene als Maximalwert im zugänglichen Bereich zu betrachten. Dieser beträgt 2,7 mt (Annahme Schienenhöhe 20 cm, Berechnung vom Mittelpunkt der Schiene, vgl. Anhang A, S. 3). Die höchsten elektrischen Feldstärken werden in der Umgebung der Fahrdrähte erreicht. In einem Abstand von 1 m (näher wird man sich den unter Spannung stehenden Fahrdrähten nicht nähern können) erreichen die elektrischen Feldstärken etwa 0,11 kv/m (vgl. Anhang B, S. 3). Im Detail ist den Berechnungen zu entnehmen: - Schutz von Personen, Ratsempfehlung 1999/519/EG, 40 mt bzw. 25 kv/m Die höchsten magnetischen Flussdichten werden mit 2,7 mt an der Oberfläche der Schienen erreicht. Die höchsten elektrischen Feldstärken im zugänglichen Bereich (1 m Abstand von den unter Spannung stehenden Fahrdrähten) betragen ca. 0,11 kv/m. Die Anforderungen der Ratsempfehlung 1999/519/EG werden somit in jedem Fall stets eingehalten. - Aufenthalt von Personen mit Herzschrittmachern, DIN VDE Die elektrische Feldstärke im Bereich der Schienen beträgt 0,057 kv/m, die zulässige magnetische Flussdichte gemäß Ungleichung (1) danach 904 µt 4. Dieser Wert wird bereits in kurzer Entfernung von der Schienenoberfläche (34 cm) unterschritten. Die magnetische Flussdichte in 1 m Abstand von einem Fahrdraht beträgt im ungünstigsten Fall (2500 A) 613 µt, die zulässige elektrische Feldstärke beträgt gemäß Ungleichung (1) danach 18,59 kv/m 5. Die tatsächliche elektrische Feldstärke beträgt in diesem Abstand ca. 0,11 kv/m und liegt damit weit unter dem zulässigen Wert. 4 E Berechnung: B = µ A = 904 µ T 80V m mit E = 0, 057 kv m m 5 B Berechnung: E = V = 18,59 kv / m µ mit B = 613 µt m August 2012 Seite 14

15 - Störfestigkeit Geräte im Industriebereich sowie im Wohn- und Geschäftsbereich Für Gleichfelder bzw. langsam veränderliche Felder sind in den entsprechenden Normen keine Grenzwerte genannt, da elektrische Geräte hier nicht empfindlich sind. Im Umfeld einer Straßenbahnstrecke ist deshalb mit Störungen elektrischer Geräte nicht zu rechnen. - Bildschirme mit Kathodenstrahlröhren, 1,1 µt Um eine Flussdichte von 1,1 µt zu unterschreiten, ist ein Abstand vom nächstliegenden Gleis von ungefähr 47 m erforderlich. In allen Gebäuden, die sich näher als etwa 47 m an den Gleisanlagen befinden, sind je nach Entfernung mehr oder weniger starke Störungen von Bildschirmen mit Kathodenstrahlröhren zu erwarten. Dies betrifft Fernsehgeräte und Computermonitore mit dieser Technik gleichermaßen. Anmerkung: Bei Flachbildschirmen (für Computer oder Fernseher) sind grundsätzlich keine Störungen durch Magnetfelder zu erwarten, weil diese Geräte gegenüber magnetischen Feldern unempfindlich sind. - Kernspintomographen, 0,37 µt 2,82 µt Um auch für empfindliche Kernspintomographen mit einer Störfestigkeit von nur 0,37 µt einen störungsfreien Betrieb sicherzustellen, sind Abstände von etwa 79 m vom nächstliegenden Gleis erforderlich. Anmerkung: Zur Erhöhung der Störfestigkeit von Kernspintomographen ist eine metallische Abschirmung und/oder die Verwendung aktiver Magnetfeldkompensationsanlagen grundsätzlich möglich. 14. August 2012 Seite 15

16 Anhang A Grafische Darstellung der Berechnungsergebnisse der magnetischen Flussdichte 14. August 2012 Anhang A Seite 1

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18 14. August 2012 Anhang A Seite 3

19 Anhang B Grafische Darstellung der Berechnungsergebnisse der elektrischen Feldstärke 14. August 2012 Anhang B Seite 1

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21 14. August 2012 Anhang B Seite 3