elektrowärme international Härtetechnik (Vorschau)

FACHBERICHTE
Zur bildlichen Darstellung benutzt man sog. Äquipotenziallinien
(siehe Bild 1), diese verlaufen senkrecht zu den
elektrischen Feldlinien und entlang dieser gibt es keinen
Potenzialunterschied. Die Potenzialdifferenz zwischen zwei
Äquipotenziallinien ist die elektrische Spannung, die Einheit
des elektrischen Feldes ist Volt pro Meter (V/m). Starke
elektrische Felder treten also immer dort auf, wo es hohe
elektrische Spannungen gibt, wie z. B. bei Strommasten.
Mithilfe von elektrisch leitfähigen Materialien lassen sich
elektrische Felder gut abschirmen.
In der Induktionsanwendung wird häufig mit Spannungen
< 1.000 V gearbeitet. Bei dieser Größenordnung ist der
Einfluss bzw. die Wirkung des elektrischen Feldes auf Personen
sehr klein und wird hier daher nicht weiter untersucht.
DAS MAGNETISCHE FELD
Bei jeder Bewegung elektrischer Ladungen wird ein weiteres
Feld erzeugt, das sog. magnetische Feld. Im Gegensatz zum
elektrischen Feld ist das magnetische Feld schwer abzuschirmen,
der beste Schutz besteht darin, einen ausreichenden
Abstand zu dem stromdurchflossenen Leiter einzuhalten.
Das magnetische Feld kann analog zu dem elektrischen
Feld betrachtet werden. Die Kenngröße des magnetischen
Feldes ist die magnetische Feldstärke bzw. die
magnetische Flussdichte , die über die Permeabilität
miteinander verknüpft sind:
Der allgemeine Zusammenhang zwischen Strom und magnetischer
Feldstärke wird durch das Durchflutungsgesetz
beschrieben:
: Elektrische Flussdichte
: Stromdichte
Die Einheit der magnetischen Feldstärke bestimmt sich aus
den Grundgrößen Ampere pro Meter (A/m), somit entstehen
intensive magnetische Felder immer dort, wo hohe Ströme
fließen. Theoretisch verringert sich mit der Entfernung die
Intensität des magnetischen Feldes linear bis kubisch (Bild 2),
je nachdem ob der Induktor als ein gerader langer Leiter,
als Überlagerung zweier Leiter oder als eine Zylinderspule
approximiert werden kann.
Aufgrund der sehr hohen Induktorströme von z. T. über
10.000 A und dem häufig leicht zugängigen Induktor ist der
Einfluss des magnetischen Feldes in Bezug auf Arbeitsschutzmaßnahmen
zu berücksichtigen und wird im Folgenden
untersucht.
ARBEITSSCHUTZREGELUNGEN
In Deutschland gelten die „Berufsgenossenschaftlichen Vorschriften“
(BGV) hinsichtlich des Umgangs mit magnetischen
Feldern [3]. Hierbei wird der Einfluss der Intensität bzw. Feldstärke
in sog. Expositionsbereiche unterteilt.
Die zulässigen Grenzen der verschiedenen Bereiche in
Abhängigkeit der Frequenz sind in Bild 3 dargestellt. Die
einzelnen Expositonsbereiche definieren sich wie folgt:
1) Expositionsbereich 2: Unterschreitet die magnetische
Feldstärke diese Kennlinie, befindet man sich im zweiten
Expositionsbereich. Hierzu zählen allgemein zugängige
Bereiche eines Unternehmens wie z. B. Büroräume und
Arbeitsstätten, in denen eine grenzwertüberschreitende
Exposition durch elektromagnetische Felder bestimmungsgemäß
nicht zu erwarten ist.
2) Expositionsbereich 1: Dieser Bereich befindet sich oberhalb
angrenzend an den Expositionsbereich 2 und umfasst kontrollierte
Bereiche bzw. Sektionen, in denen aufgrund der
Betriebsweise der Anlage oder der Dauer des Aufenthalts
der Person nur eine vorübergehende Exposition erfolgt.
3) Oberhalb des Expositionsbereiches 1 beginnt der sog.
„Bereich erhöhter Exposition“. Für Felder im Frequenzbereich
bis 91 kHz ist eine Aufenthaltsbeschränkung des
Anwenders von max. zwei Stunden pro Tag festgelegt.
Bei Frequenzen oberhalb von 91 kHz wird wegen der
zunehmenden thermischen Beeinflussung die spezifische
Relative magnetische Flussdichte
1/r → ein gerader,
langer, stromdurchflossener
Leiter
Bild 1: Elektrische Feldlinien eines Dipols [2]
Bild 2: Verlauf der magnetischen Flussdichte bei
verschiedenen Leiteranordnungen [2]
Entfernung
in relativen
Einheiten
1/r 2 → Überlagerung
zweier Leiter
1/r 3 → eine Zylinderspule
52 elektrowärme international 3-2013