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Basics
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This information is currently only available in German. Texte mit freundlicher Unterstützung der Landesanstalt für Umwelt, Messungen und Naturschutz Baden-Württemberg LUBW. |
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Bahnstromanlagen der Deutschen BahnDas elektrifizierte Netz der Deutschen Bahn AG (DB) wird aus historischen Gründen mit Wechselstrom der Frequenz 16 2/3 Hz betrieben. Gleichartige Netze gibt es in Österreich, der Schweiz, Schweden und Norwegen. In anderen europäischen Ländern wird entweder 50 Hz-Wechselstrom oder Gleichstrom verwendet. Das 16,7-Hertz-Stromsystem der DB erfordert eine eigene "Stromwelt", die vom Kraftwerk über ein Hochspannungs-Verteilungsnetz bis zu den Umspannstationen exklusiv für diese Frequenz konzipiert ist. Das bahneigene 110-kV-Hochspannungsnetz mit einer Länge von rund 7400 Kilometern verbindet Kraft-, Umformer- und Umrichtwerke mit Bahnunterwerken, in denen der 110-kV-Bahnstrom auf 15 kV heruntertransformiert wird. Vom Bahnunterwerk gelangt der Strom direkt in die Oberleitungen. Zur Versorgung der Züge mit Energie wird der Strom über die 15 kV-Oberleitung zugeführt, als Rückleiter dient die Schiene.  | Stromkreise des Bahnstroms |
Die 15-kV-Oberleitung erzeugt ein elektrisches Feld, das für eine zweigleisige Fernbahnstrecke berechnet wurde. Aus der folgenden Abbildung ist ersichtlich, dass der Maximalwert der elektrischen Feldstärke direkt über den Schienen liegt. Eine Person, die an der Bahnsteigkante steht, ist einer elektrischen Feldstärke von ungefähr 600 V/m ausgesetzt. Durch die Metallhülle des Zuges werden Fahrgäste im Zug vom elektrischen Feld der Oberleitung vollständig abgeschirmt. Die Stärke der Magnetfelder von Bahnstromanlagen unterliegen erheblichen zeitlichen Schwankungen. Die Ursache liegt u. a. darin, dass die Stromeinspeisung in die Oberleitung in Abständen von 25 bis 80 km Länge erfolgt. Fährt in einem solchen Versorgungsabschnitt kein Zug, dann fließt folglich auch kein Strom und das magnetische Feld ist gleich null. Fahren dagegen mehrere Züge gleichzeitig auf dem entsprechenden Streckenabschnitt, ist der Stromfluss und damit auch die Stärke des entstehenden Magnetfeldes entsprechend größer. Dabei erfolgt insbesondere bei Beschleunigungsvorgängen eine hohe Stromaufnahme und damit eine Erhöhung des Magnetfeldes. Da in der Nachtzeit deutlich weniger Personenverkehr mit vielen Halte- und Beschleunigungsvorgängen stattfindet, nehmen demzufolge auch die Magnetfelder in diesem Zeitraum deutlich ab.  | Verlauf der elektrischen Feldstärke quer zur Trasse einer zweigleisigen Fernbahnstrecke in 1 Meter Höhe über den Schienen. Die Mitte zwischen den beiden Gleisen ist die Position Null. |
Das magnetische Feld von Bahnstromanlagen weist gegenüber Freileitungen eine weitere Besonderheit auf. Durch den im Gegensatz zu Hochspannungsfreileitungen relativ großen Abstand zwischen Hin- und Rückleiter kompensieren sich die entgegengerichteten magnetischen Felder nur in geringem Umfang, die magnetische Flussdichte nimmt daher mit dem Abstand langsamer ab. Hinzu kommt, dass aus Sicherheitsgründen die Schienen geerdet sind, damit dort keinesfalls eine Spannung gegen Erde anliegen kann, die bei Berührung gefährlich werden könnte. Ein Teil des Rückstromes fließt daher nicht über die Bahnschienen, sondern über das Erdreich ab (in der Abbildung über die Stromkreise des Bahnstroms rot eingezeichnet). Dies vermindert natürlich zusätzlich die Kompensation des magnetischen Feldes.
Auf Grund des sich daher ständig ändernden Stromflusses können mit Messungen nur momentane Magnetfelder von Bahnstromanlagen ermittelt werden. So kommen zur Abschätzung von "Worst-case-Szenarien" in der Regel Feldberechnungsprogramme zur Ermittlung der magnetischen Flussdichte von Bahnstromanlagen zum Einsatz. Der Verlauf der magnetischen Flussdichte quer zur Trasse einer zweigleisigen Fernbahnstrecke ist in 1 Meter Höhe über den Schienen in der nachfolgenden Abbildung dargestellt. Die Berechnung erfolgte mit einem maximalen Fahrstrom von 2 kA und einem Rückstromanteil von 100 %. Aus der Abbildung ist ersichtlich, dass der Maximalwert der magnetischen Flussdichte direkt über den Schienen liegt. Eine Person, die an der Bahnsteigkante steht, ist einer magnetischen Flussdichte von ungefähr 150 µT ausgesetzt. In den Zügen selbst sind die Fahrgäste Magnetfeldern von bis zu 50 µT ausgesetzt.  | Verlauf der magnetischen Flussdichte quer zur Trasse einer zweigleisigen Fernbahnstrecke in 1 Meter Höhe über den Schienen. Die Mitte zwischen den beiden Gleisen ist die Position Null. |
In der Praxis treten deutlich niedrigere Magnetfelder auf, die auch tageszeitlichen Schwankungen unterliegen, Das lässt sich durch Messungen belegen. Zur Ermittlung des tageszeitlichen Verlaufs und der Abnahme des Magnetfeldes mit der Entfernung wurden von der Landesanstalt für Umweltschutz Baden-Württemberg (LfU) Messungen der magnetischen Flussdichte im Umfeld der mit ca. 290 Zügen pro Tag stark befahrenen Oberrheintal-Bahnstrecke durchgeführt. Der tageszeitliche Verlauf der magnetischen Flussdichte wurde in 30 m Abstand zu den Gleisen ermittelt. Nach Angaben der Deutschen Bahn können im Extremfall kurzzeitige Flussdichtespitzen auftreten, die bis zum 10fachen höher liegen als die von der LfU gemessenen Minutenmittelwerte.  | Tagesgang der magnetischen Flussdichte an der Oberrheintal-Bahnstrecke im Abstand von 30 Metern zu den Gleisen |
Glossary: 50 Hz, Hz, Worst-case |
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