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Umweltatlas Berlin

08.05 Elektromagnetische Felder

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Streckenführung der Fernbahn

Die Oberleitungsströme und der Rückstromanteil über die Schienen sind durch simultane Langzeitmessungen der magnetischen Flußdichte in unterschiedlichen Abständen (z.B. 5, 10 und 20 m) von der Streckenführung bestimmbar. Hierzu werden die Ströme als Eingabeparameter einer Simulationsrechnung solange variiert, bis das Feldstärkeprofil des Magnetfeldes den Messungen entspricht. Voraussetzung ist die genaue Kenntnis der Streckenkonfiguration. Die Ergebnisse der Simulation sind dann lokal gültig. Sie können jedoch nicht ohne weiteres auf größere Streckenabschnitte übertragen werden, da die magnetischen Felder an Bahnstrecken von zahlreichen Parametern abhängen. Der Rückstromanteil, und damit die Kompensation des Magnetfeldes, nimmt z.B. mit der Entfernung vom Unterwerk ab. Deshalb sind zur Betrachtung eines Bahnabschnittes mehrere, aus Langzeitmessungen bestehende Profile heranzuziehen. Mit der Zunahme der Profildichte steigt dann auch die Aussagekraft der simulierten Fahrströme.

Dieses Verfahren wurde am Savignyplatz in Berlin-Charlottenburg mit insgesamt 15 Langzeitmessungen angewandt. Eine typische Langzeitmessung der magnetischen Flußdichte bei einer Frequenz von 16 2/3 Hz ist in Abb. 8 dargestellt.

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Abb. 8: Magnetische Flußdichte in 11,2 m Abstand zur Gleisführung in der Schlüterstraße in Berlin-Charlottenburg
Aufgrund der begrenzten Speicherkapazität des Meßgerätes konnte nur ein Zeitraum von 21 Stunden erfaßt werden, daher die Lücke zwischen 10:11 Uhr und 12:52 Uhr.

Wie für Bahnanlagen typisch liegt der zeitliche Mittelwert um Größenordnungen unter den Spitzenwerten. Jeder dieser Spitzenwerte ist durch eine oder mehrere Zugaktivitäten zwischen Zoologischer Garten und Savignyplatz, das heißt vorwiegend durch vom Bahnhof Zoologischer Garten abfahrende Züge verursacht. Das Magnetfeld wird dabei nicht etwa vom Zug emittiert, sondern entsteht zirkular um das System aus Fahrdraht und Schienen. Aufgrund der Speisung des Oberleitungssystems aus Richtung Wannsee zur Zeit der Messung besteht das Feld am Meßort nur so lange, wie ein Zug auf der Strecke zwischen dem Zoologischen Garten und dem Meßort Energie verbraucht. Die entsprechende Zeitspanne beträgt maximal fünf Minuten (Plotzke et al. 1995). Im Moment der Vorbeifahrt sinkt die Feldstärke schlagartig auf nahezu Null. Das verbleibende Restfeld (Grundpegel in Abb. 8) entsteht durch Züge, die dem Oberleitungsnetz auf dem Bahnhof Zoologischer Garten Energie für Steuer-, Regeltechnik, Klimatisierung etc. entnehmen.

Anhand der einzelnen Langzeitmessungen wurde ein Profil für die maximale Feldexposition während der Fahrt des ICE über den Streckenverlauf Zoologischer Garten - Charlottenburg erstellt (siehe Abb. 9; der Maximalwert von 1,99 µT wurde in einer Gaststätte direkt unter dem Bahndamm gemessen). Die Abnahme der magnetischen Flußdichte mit dem Abstand ist offenkundig zu erkennen. Zusätzlich ist eine numerische Berechnung der magnetischen Flußdichte aufgetragen, für deren Maximum eine durch Simulation ermittelte Stromstärke auf der Oberleitung von 226,2 A und ein Rückstromanteil über die Schienen von 68 % ausschlaggebend sind.

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Abb. 9: Maximale magnetische Flußdichte an der Streckenführung der Fernbahn - durch Simulation ermittelt
Die gemessenen Werte sind als Punkte eingetragen. Die linke Kurve entspricht der magnetischen Flußdichte bei Durchfahrt auf dem südlichen Gleis, die rechte Kurve entspricht der magnetischen Flußdichte auf dem nördlichen Gleis.

Für die Berechnung der magnetischen Flußdichte an der gesamten Bahnstrecke in Berlin-Charlottenburg wurde jede Strecke durch ein 3-Leitersystem (2 Schienen, 1 Fahrdraht) simuliert (Oberleitung quergeschaltet). Als Betriebsstrom wurden die mittels Simulation erhaltenen Oberleitungsströme von 226 A angesetzt. Der Ansatz eines einheitlichen Fahr- und Rückstroms für den gesamten Streckenabschnitt stellt natürlich eine Verallgemeinerung dar, die nicht mit der Realität übereinstimmen muß.

Die Fernbahn und die S-Bahn verlaufen in Berlin-Charlottenburg auf einem Bahndamm von ca. 4 m Höhe. Als Bezugshöhe für die Betrachtung der magnetischen Flußdichte wurden die Höhen von 1 m und 6 m über dem Erdboden gewählt. Die Höhe von 1 m ist für Personen relevant, die sich in der Umgebung der Bahnstrecke aufhalten. Die zweite Betrachtungshöhe von 6 m über dem Erdboden (= 2 m über den Schienen) wurde zur Beurteilung der Exposition der Fahrgäste auf dem Bahnsteig oder im Zug gewählt. Für letztere gelten die Werte nur bedingt, da die Beeinflussung der magnetischen Flußdichte durch den Zug (unter Umständen eine deutliche Reduzierung, z. B. beim ICE (FGEU 1996)) vernachlässigt wird.

Insbesondere ist zu beachten, daß hier Maximalwerte dargestellt sind, die nur bei kurzzeitigen Stromspitzen auftreten. Im allgemeinen liegen die durchschnittlichen magnetischen Flußdichten mindestens eine Größenordnung niedriger. Die auftretenden Spitzen sind jedoch insofern relevant, als daß sie für die Beurteilung der EMV (elektromagnetische Verträglichkeit) herangezogen werden (z. B. zur Beurteilung von Bildschirmstörungen).

Die Oberleitung der Fernbahn (Betriebsspannung 15 kV) erzeugt ebenfalls ein elektrisches Feld. Dieses wurde für eine Höhe von 2 m über den Schienen berechnet. Der Maximalwert von 1,2 kV/m liegt in der Mitte über den Gleisen, wo Fahrgäste durch die Metallhülle des Zuges vollständig abgeschirmt sind. Eine Person, die direkt an der Bahnsteigkante Savignyplatz steht, ist einer Feldstärke von max. 0,4 kV/m ausgesetzt.

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