Elektromagnetische Felder
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<strong>Elektromagnetische</strong> <strong>Felder</strong><br />
Frequenzbereich 0 Hz - 300 GHz<br />
Autoren: Hauke Brüggemeyer, Hannover<br />
Karl-Friedrich Eichhorn, Leipzig<br />
Siegfried Eggert, Berlin<br />
Hans-Joachim Förster, Eningen u.A.<br />
Werner Heinrich, Erlangen<br />
Norbert Krause, Köln<br />
Barnabas Kunsch, Wien<br />
Inhaltsverzeichnis<br />
1. Einleitung ....................................................3<br />
2. Physikalische Grundlagen .......................................5<br />
2.1 Statisches Feld ..........................................5<br />
2.1.1 Elektrisches Feld ...................................5<br />
2.1.2 Magnetische <strong>Felder</strong> ..................................6<br />
2.2 Periodisch veränderliche <strong>Felder</strong> .............................7<br />
2.2.1 Niederfrequenzbereich ...............................9<br />
2.2.2 Hochfrequenz- und Mikrowellenbereich ..................9<br />
3. Quellen und Anwendungen .....................................10<br />
4. Biologische Wirkungen ........................................15<br />
4.0 Einführung.............................................15<br />
4.1 Niederfrequente <strong>Felder</strong> ..............................17<br />
4.1.1 Direkte Wirkungen ............................18<br />
4.1.1.1 Oberflächeneffekte ......................18<br />
4.1.1.2 Innere Wirkungen .......................18<br />
4.1.1.3 Reizwirkungen..........................18<br />
4.1.1.4 Andere biologische Effekte ................21<br />
4.1.1.5 Mutagene/Teratogene Effekte .............21<br />
4.1.1.6 <strong>Felder</strong> und Krebs .......................21<br />
4.1.1.7 <strong>Felder</strong> und andere Erkrankungen ...........22<br />
4.1.1.8 “Elektrosensibilität” ......................22<br />
4.1.2 Indirekte Feldwirkungen........................23<br />
4.1.2.1 Mittelbare Feldwirkungen .................23<br />
4.1.2.2 Elektronische Implantate..................24
4.2 Hochfrequente <strong>Felder</strong> ...............................24<br />
4.2.1 Direkte Feldwirkungen .........................24<br />
4.2.1.1 Thermische Effekte......................24<br />
4.2.1.2 Athermische Effekte .....................26<br />
4.2.2 Mittelbare Feldwirkungen ............................27<br />
4.3 Computer-Monitore ......................................27<br />
5. Zulässige Werte..............................................28<br />
5.1 Grenz- und Richtwerte ...................................28<br />
5.1.1 Internationale Regelungen ............................35<br />
5.1.2 Regelungen in der Europäischen Union ..................36<br />
5.1.3 Regelungen in der Bundesrepublik Deutschland ...........36<br />
5.2 Vorsorgeempfehlungen...................................42<br />
6. Messungen .................................................45<br />
6.1 Meßverfahren ..........................................45<br />
6.2 Meßgeräte.............................................45<br />
6.3 Hinweise zur Vorbereitung und Durchführung von Messungen ....45<br />
6.4 Besonderheiten in den einzelnen Frequenzbereichen ...........46<br />
6.4.1 Niederfrequenzbereich ..............................46<br />
6.4.2 Hochfrequenzbereich ...............................47<br />
6.4.3 Höchstfrequenz- (Mikrowellen-) Bereich .................47<br />
6.5 Meßorte und Meßpunkte ..................................48<br />
6.6 Meßprotokoll ...........................................48<br />
6.6 Kontrollmessungen und Nachkalibrierungen ...................49<br />
6.7 Rechnungen ...........................................49<br />
7. Schutzmaßnahmen ...........................................49<br />
7.1 Niederfrequente <strong>Felder</strong> ...................................49<br />
7.2 Hochfrequente <strong>Felder</strong> ....................................50<br />
8. Literatur ....................................................50<br />
9. Anhang ....................................................53<br />
10. Adressen ...................................................54
1. Einleitung<br />
Mit dem weit verbreiteten und immer noch zunehmenden Einsatz von elektrischen<br />
Anlagen hat sich die elektromagnetische Umwelt des Menschen wesentlich<br />
verändert. Neben den seit jeher vorhandenen natürlichen <strong>Felder</strong>n hat die Stärke der<br />
vom Menschen erzeugten <strong>Felder</strong> in der Umwelt, im Wohnbereich und an Arbeitsplätzen<br />
innerhalb kurzer Zeit erheblich zugenommen. In der Öffentlichkeit ist die<br />
Meinung verbreitet, daß diese <strong>Felder</strong> für den Organismus schädlich sein könnten. Daß<br />
diese <strong>Felder</strong> im allgemeinen unseren Sinnen nicht direkt zugänglich sind, sondern<br />
gemessen bzw. berechnet werden müssen, fördert die Verunsicherung.<br />
Seit einiger Zeit wird in vielen Staaten intensiv wissenschaftlich untersucht, ob<br />
und unter welchen Umständen eine Gefährdung durch die Wirkungen elektromagnetischer<br />
<strong>Felder</strong> vorliegen kann. Die Zuordnung von Exposition und Wirkung<br />
sowie die zugehörigen Wirkungsmechanismen sind für akute Effekte überprüft und<br />
auch elektrophysiologisch verstanden. Die Schwellen hierfür werden in der Regel bei<br />
im Alltag auftretenden <strong>Felder</strong>n nicht erreicht. Für die in der Umwelt und im Wohnbereich<br />
fast ausschließlich vorkommenden niedrigen Feldstärken gibt es aber vor allem<br />
im Hinblick auf chronische Wirkungen sehr viele Widersprüchlichkeiten bei den<br />
durchgeführten Untersuchungen. Dies führt zu Meinungsverschiedenheiten über die<br />
Bewertung derartigen Befunde. Daraus folgt eine erhebliche Bandbreite von Vorschlägen<br />
für zulässige Werte zum Schutz der Bevölkerung und für den Arbeitsschutz.<br />
Der physikalische Begriff der elektromagnetischen <strong>Felder</strong> bzw. Wellen umfaßt<br />
neben den nieder- und hochfrequenten <strong>Felder</strong>n zwischen den Frequenzen von 0 Hz<br />
bis 300 GHz auch das Licht und die Röntgen- bzw. Gammastrahlung (Bild 1.1). Dieser<br />
Leitfaden beschäftigt sich nur mit <strong>Felder</strong>n im Frequenzbereich von 0 Hz - 300 GHz.<br />
Der Frequenzbereich 0 Hz - 30 kHz umfaßt die statischen und niederfrequenten <strong>Felder</strong><br />
(NF). Der Bereich 30 kHz - 300 GHz wird oft als Hochfrequenz bezeichnet, es ist das<br />
Gebiet der Radio- und Mikrowellen. Die Abgrenzung der Bereiche ist international nicht<br />
einheitlich definiert (Tabelle 1.1).
Tabelle 1: Frequenzbereiche:<br />
Frequenzbereich Wellenlängenbereich Internationale Bezeichnung<br />
von bis von bis<br />
0 Hz 30 Hz über 100 km Sub ELF<br />
30 Hz 300 Hz ELF (Extremely Low Frequency)<br />
300 Hz 3 kHz VF (Voice Frequency)<br />
3 kHz 30 kHz 100 km 10 km VLF (Very Low Frequency)<br />
30 kHz 300 kHz 10 km 1 km LF (Low Frequency)<br />
300 kHz 3 MHz 1000 m 100 m MF (Medium Frequency)<br />
3 MHz 30 MHz 100 m 10 m HF (High Frequency)<br />
30 MHz 300 MHz 10 m 1 m VHF (Very High Frequency)<br />
300 MHz 3 GHz 1m 0,1 m UHF (Ultra High Frequency)<br />
3 GHz 30 GHz 10 cm 1 cm SHF (Super High Frequency)<br />
30 GHz 300 GHz 10 mm 1 mm EHF (Extremely High Frequency)<br />
Der Bereich von 0 bis 30 kHz wird als NF (Niederfrequenz), 30 kHz bis 300 MHz wird vielfach als HF (Hochfrequenz), der Bereich<br />
von 0,3 bis 300 GHz als MW (Mikrowelle) bezeichnet.<br />
Bild 1.1: <strong>Elektromagnetische</strong>s Spektrum mit für die jeweiligen Frequenzbereiche typischen Quellen und Wirkungen
2. Physikalische Grundlagen<br />
Der Begriff Feld wird im physikalisch-technischen Sinn für Raumgebiete<br />
verwendet, in denen sich eine physikalische Größe als Funktion der Raum- und<br />
Zeitkoordinaten darstellen läßt. Falls sich die Größen nicht mit der Zeit ändern spricht<br />
man von statischen <strong>Felder</strong>n.<br />
2.1 Statisches Feld<br />
2.1.1 Elektrisches Feld<br />
Statische elektrische <strong>Felder</strong> werden durch die Anwesenheit von elektrischen<br />
Ladungen im Raum hervorgerufen.<br />
Bringt man in das elektrische Feld eine kleine ruhende Probeladung q ein, so<br />
wirkt auf diese Ladung die Coulomb-Kraft F. Die elektrische Feldstärke E am Ort der<br />
Probeladung ist dabei ein Maß für die Stärke der auf die Probeladung wirkenden Kraft:<br />
F = q # E<br />
Die Einheit der elektrischen Feldstärke E ist Volt pro Meter V/m.<br />
Die elektrische Feldstärke ist wie die Kraft ein Vektor, d.h., sie besitzt einen<br />
Betrag und eine Richtung.<br />
Bild 2.1 zeigt ein schematisches flächenhaftes Feldlinienbild zwischen zwei<br />
Kugelladungen. Die Dichte der Feldlinien ist dabei ein Maß für den Betrag der<br />
Feldstärke, während ihre Tangente die Richtung des Feldstärkevektors in jedem Punkt<br />
angibt. Vereinbarungs- gemäß ist dieser stets von der<br />
positiven zur negativen Ladung gerichtet.<br />
Bild 2.1 Feldbild zur Definition der elektrischen Feldstärke E<br />
Wird die Probeladung von einem Punkt im Raum zu einem anderen bewegt, so<br />
ist hierfür aufgrund der auf die Ladung wirkenden Kraft Arbeit notwendig, und die<br />
potentielle Energie W = q # Δφ der Probeladung ändert sich entsprechend. Die<br />
auftretende Potentialdifferenz Δφ wird auch als elektrische Spannung U bezeichnet.<br />
Bei Bewegungen senkrecht zur Kraftrichtung ist keine Arbeit notwendig, und es tritt<br />
auch keine Veränderung der potentiellen Energie auf. Diese Orte konstanten
Potentials, auch Äquipotentiallinien oder im Räumlichen Äquipotentialflächen genannt,<br />
können zusätzlich zu den Feldlinien in die Feldbilder eingetragen werden und stehen<br />
stets senkrecht auf den Feldlinien. Bild 2.2 zeigt eine<br />
entsprechende Darstellung.<br />
Bild 2.2 Darstellung des elektrostatischen Feldes durch Feldlinien und Äquipotentiallinien<br />
Elektrische <strong>Felder</strong> sind immer dann vorhanden, sobald zwischen zwei Punkten<br />
eine Potentialdifferenz, also eine elektrische Spannung besteht oder Ladungen im<br />
Raum vorhanden sind.<br />
2.1.2 Magnetische <strong>Felder</strong><br />
Magnetfelder lassen sich durch ihre Kraftwirkung auf bewegte elektrische<br />
Ladungen beschreiben.<br />
F = q # (v x B)<br />
Statische magnetische <strong>Felder</strong> werden durch die gleichförmige Bewegung von<br />
Ladungsträgern, wie z.B. in einem von Gleichstrom durchflossenen Leiter, verursacht<br />
und lassen sich wie elektrische <strong>Felder</strong> durch Feldbilder veranschaulichen. Bild 2.3<br />
zeigt schematisch den Verlauf der magnetischen Feldlinien um einen<br />
stromdurchflossenen Leiter.<br />
Im Gegensatz zu elektrischen <strong>Felder</strong>n, wo die Feldlinien an positiven Ladungen<br />
beginnen und an negativen enden, sind magnetische Feldlinien in sich geschlossen<br />
und umschließen gleichzeitig den sie erzeugenden Strom. Die magnetische Feldstärke<br />
H ist wiederum ein Maß für Betrag und Richtung der Kraftwirkung und ist wie die<br />
elektrische Feldstärke ein Vektor. Ihr Betrag ist umso größer, je größer die Summe der<br />
umschlossenen elektrischen Ströme ist. Diese Möglichkeit zur Feldverstärkung macht<br />
man sich in Magnetspulen mit vielen Windungen zunutze.
Bild 2.3 Magnetische Feldlinien um einen stromdurchflossenen Leiter<br />
Die Einheit der magnetischen Feldstärke H ist Ampere pro Meter A/m.<br />
Zur Beschreibung von Magnetfeldern im Niederfrequenzbereich wird auch die<br />
magnetische Induktion oder magnetische Flußdichte B verwendet, die über die<br />
Materialkenngröße Permeabilität µ = µ 0# µ r mit der magnetischen Feldstärke verknüpft<br />
ist:<br />
B = µ # H<br />
Die Einheit der magnetischen Flußdichte ist Tesla: 1 T = 1 Vs/m². Diese Einheit<br />
hat die ältere aber noch immer häufig anzutreffende Einheit Gauß (G) abgelöst, wobei<br />
gilt: 1 G = 0,1 mT = 100 µT. In Luft und auch biologischen Gewebe ist µ r 1, so daß<br />
eine magnetische Feldstärke von 1 A/m einer magnetischen Flußdichte von 1,257 µT<br />
entspricht.<br />
Magnetische <strong>Felder</strong> sind, immer an die Bewegung von Ladungsträgern, also<br />
einen Stromfluß gekoppelt.<br />
Bei statischen Magnetfeldern nimmt ebenso wie bei entsprechenden statischen<br />
elektrischen <strong>Felder</strong>n die Feldstärke mit zunehmendem Abstand von der Quelle ab.<br />
2.2 Periodisch veränderliche <strong>Felder</strong><br />
Bild 2.4: Harmonische Schwingungen zum Beispiel der elektrischen Feldstärke mit Effektivwert E, Maximalwert Ê und<br />
Periodendauer T<br />
Ändern sich Strom und Spannung zeitlich, so schlagen sich diese Änderungen<br />
auch in den <strong>Felder</strong>n nieder, die durch sie verursacht werden.
Die elektrischen und magnetischen Feldstärken besitzen im Gegensatz zu<br />
statischen <strong>Felder</strong>n keinen konstanten Wert mehr, sondern ändern sich im Takt der sie<br />
verursachenden Spannungen und Ströme. Abbildung 2.4 zeigt den zeitlichen Verlauf<br />
der elektrischen Feldstärke, wie sie durch eine sinusförmige Wechselspannung<br />
verursacht wird.<br />
Zur Beschreibung von Wechselfeldern sind weitere Kenngrößen notwendig, die<br />
im folgenden eingeführt werden.<br />
Als Frequenz f bezeichnet man die Anzahl der Schwingungen pro Sekunde oder den<br />
Kehrwert der Periodendauer T:<br />
f = 1 / T<br />
Bei Ausbreitungsvorgängen und höheren Frequenzen wird häufig statt der<br />
Frequenz die Wellenlänge angegeben, die sich als Quotient aus Ausbreitungsgeschwindigkeit<br />
c (der elektromagnetischen Welle) und Frequenz f berechnet:<br />
= c / f<br />
Die Ausbreitungsgeschwindigkeit ist im Vakuum am größten und dort gleich der<br />
Lichtgeschwindigkeit c o.<br />
In Materie nimmt die Ausbreitungsgeschwindigkeit umso mehr<br />
ab, je mehr die dielektrischen und magnetischen Eigenschaften des Mediums vom<br />
Vakuum abweichen.<br />
Alle zeitabhängigen Größen werden durch ihre Effektivwerte oder Spitzenwerte<br />
beschrieben.<br />
Aufgrund der physikalischen Gegebenheiten können bei statischen und<br />
niederfrequenten <strong>Felder</strong>n das elektrische und magnetische Feld getrennt voneinander<br />
betrachtet, also als entkoppelt angenommen werden. Dies bedeutet, daß das<br />
elektrische Feld nur von der Spannung U und das magnetische Feld nur vom Strom I<br />
abhängt. Mit zunehmender Frequenz (f > 30 kHz) ist diese Betrachtungsweise immer<br />
weniger zulässig, da jede Änderung elektrischer <strong>Felder</strong> ein Magnetfeld bedingt und<br />
gleichzeitig jede Änderung des Magnetfelds elektrische <strong>Felder</strong> erzeugt. Die<br />
mathematische Beschreibung dieser Tatsache findet sich in den Maxwellschen<br />
Gleichungen.<br />
Da im Fernfeld bei hohen Frequenzen keine Trennung von elektrischem und<br />
magnetischem Feld mehr vorgenommen werden kann, spricht man hier von<br />
elektromagnetischen <strong>Felder</strong>n.<br />
Während niederfrequente <strong>Felder</strong> bedingt durch die geometrischen<br />
Abmessungen im Wesentlichen an ihre Quellen gebunden sind, kann es im<br />
hochfrequenten Bereich zu einer Ablösung und Ausbreitung von elektromagnetischen<br />
Wellen in den Raum kommen. Man spricht dann von der Ausbreitung elektromagnetischer<br />
Strahlung.<br />
Sowohl niederfrequente als auch hochfrequente elektrische, magnetische oder<br />
elektromagnetische <strong>Felder</strong> können in leitfähigen Körpern Ströme influenzieren bzw.<br />
induzieren (siehe Abschnitt 4).<br />
Manche Wirkungen elektromagnetischer Wechselfelder lassen sich nur mit Hilfe<br />
des Dualitätsprinzips veranschaulichen, indem sie nicht nur als wellenförmige<br />
Vorgänge, sondern auch als Strahlungsquanten (Photonen) betrachtet werden.
Die Quanten- oder Photonenenergie W ergibt sich als Produkt aus dem Plankschen<br />
Wirkungsquantum h und der Frequenz f:<br />
W = h # f<br />
Da die Quantenenergie mit steigender Frequenz zunimmt, erhält man den<br />
größten Wert für die höchste Frequenz im betrachteten Frequenzbereich. Mit f = 300<br />
-22<br />
GHz ergibt sich eine maximale Quantenenergie von 2·10 Ws, die um etwa 4<br />
Größenordnungen unterhalb der zur Ionisation erforderlichen Energie liegt. Deshalb<br />
rechnet man die Strahlung in diesem Frequenzbereich auch der nichtionisierenden<br />
Strahlung (Bild 1.1) zu.<br />
2.2.1 Niederfrequenzbereich<br />
Im gesamten Niederfrequenzbereich, aber insbesondere bei den in der<br />
elektrischen Energieversorgung eingesetzten Frequenzen, ist eine Vernachlässigung<br />
der Kopplung zwischen elektrischem und magnetischem Feld zulässig, so daß<br />
elektrische und magnetische <strong>Felder</strong> getrennt betrachtet werden können. Dabei ist das<br />
elektrische Feld mit der Spannung und das magnetische Feld mit dem Strom verknüpft<br />
ist. Die Feldstärken verhalten sich je nach Art der Quelle mindestens umgekehrt<br />
proportional zum Abstand (Bild 2.5).<br />
Bild 2.5 Beispiele für die Abnahme der magnetischen Feldstärke mit zunehmender Enfernung von der Feldquelle<br />
(willkürliche Einheiten)
2.2.2 Hochfrequenz- und Mikrowellenbereich<br />
In diesem Frequenzbereich können sich elektromagnetische Wellen von der<br />
Quelle ablösen und in den Raum ausbreiten. Durch diesen Prozeß wird Energie in den<br />
elektrischen und magnetischen Anteilen des elektromagnetischen Feldes von der<br />
Quelle in den Raum abgestrahlt. Die Strahlungsleistung pro Flächeneinheit wird auch<br />
als Strahlungsintensität bezeichnet und ist gleich dem vektoriellen Produkt aus<br />
elektrischer und magnetischer Feldstärke.<br />
Die Einheit der Strahlungsintensität ist Watt pro Quadratmeter W/m². Häufig<br />
findet man auch Angaben in Milliwatt pro Quadratzentimeter mW/cm², dabei gilt:<br />
1 W/m² = 0,1 mW/cm².<br />
Beim Durchgang durch Materie kann je nach Frequenz und Material<br />
Strahlungsenergie der elektromagnetischen Welle in unterschiedlichem Maße<br />
absorbiert und in Wärme umgewandelt werden. Der Begriff Eindringtiefe kennzeichnet<br />
jene Weglänge in der Materie, nach der die Leistungsdichte auf ca. 37% ihres<br />
Ausgangswertes (entsprechend 1/e) abgenommen hat.<br />
Wird die in Wärme umgewandelte Strahlungsenergie auf die Masse des<br />
betrachteten Körpers bezogen, so erhält man die spezifische Absorptionsrate SAR, die<br />
in Watt pro Kilogramm (W/kg) angegeben wird.<br />
Das Abstrahlverhalten einer Strahlungsquelle wird im wesentlichen vom<br />
Verhältnis der größten Abmessung der Strahlungsquelle zur Wellenlänge bestimmt,<br />
wobei die Bündelung bei Flächenantennen umso stärker ist, je größer die<br />
Antennenabmessung im Vergleich zur Wellenlänge ist.<br />
Die Eigenschaften des Strahlungsfeldes hängen aber auch von der Entfernung<br />
zur Antenne ab. Man unterscheidet hier das Nahfeld und Fernfeld. Ist der Abstand<br />
von der Antenne groß gegenüber der Wellenlänge der Strahlung, so befindet man sich<br />
im Fernfeld. Im Fernfeld sind die elektrische und magnetische Feldstärke in Phase und<br />
ihre Vektoren stehen senkrecht aufeinander. Das Verhältnis aus elektrischer und<br />
magnetischer Feldstärke ist eine reelle konstante Größe und wird als Wellenwiderstand<br />
bezeichnet.<br />
Zur Beschreibung der Strahlungsbedingungen genügt bei idealen Bedingungen<br />
im Fernfeld die Angabe der Leistungsdichte nach Betrag und Richtung. Durch<br />
Reflexionen und Überlagerungen können sich jedoch auch im Fernfeld örtlich stark<br />
unterschiedliche Feldbedingungen ergeben.<br />
Im Nahfeld sind die Verhältnisse wesentlich komplizierter. Das Feld ist sehr<br />
inhomogen, elektrische und magnetische Feldstärke sind nicht mehr in Phase, ihr<br />
Verhältnis ist weder reell noch konstant. Daraus folgt das sowohl das elektrische wie<br />
auch das magnetische Feld getrennt betrachtet werden müssen. Die Ausdehnung des<br />
Nahfelds hängt im allgemeinen von der Wellenlänge und der Größe der Sendestruktur<br />
ab und kann 1 - 6 Wellenlängen betragen.<br />
Weitere Definitionen und Festlegungen zu diesem Themenkomplex sind in der<br />
DIN VDE 0848-1 "Sicherheit in elektrischen, magnetischen und elektromagnetischen<br />
<strong>Felder</strong>n; Meß- und Berechnungsverfahren” zu finden.
3. Quellen und Anwendungen<br />
Die Anwendungen elektrischer, magnetischer und elektromagnetischer <strong>Felder</strong> in der<br />
Industrie und der Kommunikationstechnik sind sehr vielseitig. Dabei wird in<br />
unterschiedlicher Weise der gesamte Frequenzbereich zwischen 0 Hz und 300 GHz<br />
ausgenutzt. Eine Übersicht über die unterschiedlichen Anwendungsgebiete enthält<br />
Tabelle 3.1.<br />
Es gibt eine Vielzahl von Quellen für elektrische und magnetische <strong>Felder</strong>. Ob<br />
und in welcher Stärke diese Geräte und Anlagen <strong>Felder</strong> verursachen, hängt von der<br />
jeweiligen technischen Ausführung ab. Die Tabellen 3.2, 3.3, 3.4 und 3.5 geben einen<br />
Überblick über die Feldstärken von typischen Quellen im Alltag, in der Industrie und<br />
der Medizin.<br />
Tabelle 3.1 Frequenzbereiche und Anwendungsgebiete<br />
Frequenzbereich Anwendungsgebiete<br />
statische <strong>Felder</strong> Medizin, Elektrolyse, Galvanotechnik,<br />
Hochenergiebeschleunigertechnologie, Metallurgie<br />
< 30 kHz (NF) Energieversorgung, Bahnstromleitungen, Induktionswärme<br />
< 3 MHz (VLF,LF,MF) Schweißen, Schmelzen, Rundfunk, Radioverkehr, Radionavigation<br />
3 -30 MHz (HF) Industrie, Aufwärmen, Trocknen, Schweißen, Leimen, Polymerisieren,<br />
Sterilisieren, Landwirtschaft, Medizin, Radioastronomie, Rundfunk<br />
30 - 300 MHz (VHF) Industrie, Medizin, Rundfunk, Fernsehen, Luftverkehrskontrolle, Radar,<br />
Radionavigation<br />
300 - 3000 MHz Fernsehen, Radar, Richtfunk, Mobilfunk, Telemetrie, Medizin,<br />
(UHF) Mikrowellenöfen, Nahrungsmittelindustrie<br />
3 - 30 GHz (SHF) Höhenmesser, Radar, Navigation, Richtfunk, Satelliten<br />
30 - 300 GHz (EHF) Radioastronomie, Radiometrologie, Raumforschung, Radiospektroskopie
Tabelle 3.2: Beispiele für Feldstärken durch hochfrequente elektromagnetische <strong>Felder</strong> bei medizinischen Anwendungen.<br />
Quelle Frequenz Abstand Typische Werte für Feldstärken/ Bemerkungen<br />
(MHz) (m) Leistungsdichten / SAR<br />
Kurzwellen- 27,12 0,2 bis 1000 V/m Behandlungsdiathermie<br />
0,5 bis 500 V/m personal<br />
1 bis 200 V/m bis 0,4 A/m<br />
100-1000 V/m Patient,<br />
bis 1,6 A/m unbehandelte<br />
Körperstellen<br />
Mikrowellen- 433 0,5<br />
2<br />
25 W/m Behandlungserwärmung<br />
1<br />
2<br />
10 W/m personal<br />
2450 0,3 - 3<br />
2<br />
6-100 W/m<br />
433<br />
2<br />
20 - 140 W/m Hyperthermie-<br />
2450 behandlung von<br />
Patienten, unbehandelte<br />
Körperstellen<br />
Magnetische 6 -100 im Gerät bis 1 W/kg Patient, gemittelt<br />
Resonanz über den ganzen<br />
Körper<br />
Tabelle 3.3: Beispiele für die Feldstärken durch niederfrequente <strong>Felder</strong>.<br />
Meßbedingungen elektrische Magnetfeld-<br />
Feldstärke stärke<br />
V/m µT<br />
400 kV Hochspannungsfreileitung 50 Hz<br />
(6 Leiter, 1300A/Phase, Spannfeldmitte)<br />
- unter den Leitungen 10 000 15<br />
- 50 Meter von Trassenmitte 250 2,5<br />
- 200 Meter von Trassenmitte - 0,1<br />
110 kV Hochspannungsfreileitung 50 Hz<br />
(6 Leiter, 325A/Phase)<br />
- unter den Leitungen 2000 4,2<br />
- 50Meter von Trassenmitte
Fernseher 15 kHz, 30 cm Entfernung 1 - 10 0,2<br />
Niederspannungskabel 50 Hz (3 Leitungen, 50 A/Phase,<br />
unsymetrische Belastung 5 A)<br />
- auf dem Leiter 0,8<br />
- 3 m Abstand 0,3<br />
Induktionsschmelzofen 50 Hz (Industriearbeitsplätze)<br />
0,5 - 1 m Abstand 100 - 1 000<br />
Induktives Erwärmen 0,15 - 10 kHz<br />
0,1 -1 m Abstand (Industriearbeitsplatz) 15 - 1250<br />
Glühen von Schweißnähten 10 kHz<br />
- 0,3 m Abstand (Industriearbeitsplatz) 2200<br />
- 0,7 m Abstand 62<br />
Kernspintomograph (0 Hz)<br />
- Patient 2000000<br />
- Personal im Raum 100000<br />
Erdmagnetfeld (0 Hz) 30 -60
Tabelle 3.4: Beispiele für Feldstärken durch hochfrequente elektromagnetische <strong>Felder</strong> in Wohngebieten.<br />
Quelle Frequenz Abstand Typische Werte Bemerkungen<br />
Mikrowellen- 2,45 GHz 0,05m<br />
2<br />
0,62 W/m Gerätestandard: In 5 cm<br />
Kochgeräte 0,3 m<br />
2<br />
< 0,06 W/m<br />
2<br />
Liestungdichte < als 50 W/m<br />
Mittelwerte aus 130 Messungen<br />
Verkehrs- 9 - 35 GHz 3 m<br />
2<br />
< 250 mW/m Leistung: 0,5 - 100 mW<br />
radar 10 m<br />
2<br />
< 10 mW/m<br />
Diebstahlsicherung<br />
0,9 - 10 GHz<br />
2<br />
< 2 mW/m im Nutzstrahl<br />
CB-Funk 27 MHz 5 cm bis 1000 V/m Leistung: wenige Watt<br />
Walkie- bis 0,2 A/m<br />
Talkies 12 cm bis 200 V/m<br />
bis 0,1 A/m<br />
Starke 87,5-108 MHz �1,5 km<br />
2<br />
< 50 mW/m Leistung:<br />
Rundfunk- 47-68 MHz "<br />
2<br />
< 20 mW/m bis 100 kW<br />
TV-Sender;<br />
UKW VHF-<br />
TV<br />
100 - 300 kW<br />
2<br />
UHF-TV 470-890 MHz �1,5 km < 5 mW/m Leistung: bis 5 MW<br />
Kurzwelle 3,95-26,1MHz 220 m 27,5 V/m Leistung: 750 kW<br />
Bänder 50 m 121 V/m<br />
Lang- und 23 kHz 100 m 25 V/m Leistung: 490 kW<br />
Mittelwelle 830 kHz 100 m 10 V/m 100 kW<br />
HF- Rundfunk- Anteile der US-Bevölkerung<br />
Exposition in und Fern-<br />
2<br />
> 200 mW/m 0,02 %<br />
Ballungs- sehsender<br />
2<br />
> 10 mW/m 1 %<br />
gebieten<br />
2<br />
> 0,05 mW/m 50 %<br />
(USA 89)<br />
2<br />
> 0,02 mW/m 90 %<br />
Mobiltelefon D-Netz 10 cm 10 - 30 V/m Leistung: 2 W<br />
Flugüber- 1 -10 GHz 0,1-1 km<br />
2<br />
0,1 - 10 W/m CW- Leistung: 0,2- 20 kW<br />
wachungsund<br />
Militärradars<br />
> 1 km<br />
2<br />
< 0,5 W/m<br />
Richtfunk 10-20 GHz 500 m<br />
2<br />
0,4 mW/m im Hauptstrahl<br />
2<br />
2 µW/m 20 m unter Hauptstrahl<br />
0,5 Watt Leistung
Tabelle 3.5: Beispiele für Feldstärken am Arbeitsplätzen bei industrieller Anwendung von Hochfrequenz.<br />
Verfahren Frequenz Leistung Abstand Typische Werte Bemerkungen<br />
Induktive 2 -100 kW 0,5 - 1 m 250 A/m;<br />
Erwärmung 1000 V/m<br />
300 kHz - 1 MHz Ort der 0,2 - 12 A/m<br />
100 kHz - 10 MHz Bedienperson<br />
Induktives Löten - " 800 V/m abgeschirmt<br />
300 - 600 kHz<br />
Dielektrisches 1-10 kW Rumpf 50 - 1000 V/m<br />
Plastikschweißen bis 8 A/m<br />
27,12 MHz Hände bis 1500 V/m<br />
bis 7A/m<br />
Dielektrische 2 kW 0,5 m 170 V/m<br />
Pressmaschinen 1,5 kW 0,5 m 200 V/m<br />
- Vorwärmung - Ort der 6-8 V/m<br />
- Verleimung Bedienperson<br />
- Trocknung<br />
27,12 MHz<br />
Induktives Härten 4 kW Ort der 0,43 A/m<br />
27,12 MHz Bedienperson<br />
Dielektrisches<br />
Vulkanisieren - Ort der 0,7 - 5 W/m<br />
915 MHz - 2,45 Ghz Bedienperson<br />
Nachrichten- bis 1000 V/m Unmittelbar an<br />
übertragung<br />
2<br />
� 2700 W/m Antenne<br />
MW und LW Sender bis 5 A/m<br />
2<br />
� 10000 W/m<br />
bzw.Generator<br />
Sendergeneratoren<br />
2<br />
bis 2000 W/m<br />
2
4. Biologische Wirkungen<br />
4.0 Einführung<br />
Die Wirkungen elektromagnetischer <strong>Felder</strong> auf biologische Systeme hängen im<br />
allgemeinen von der Frequenz und der Intensität der einwirkenden <strong>Felder</strong> ab. Individuelle<br />
Eigenschaften (z.B. Körpergröße) und physikalische Randbedingungen (z.B.<br />
Erdung, Ausrichtung zum Feld) können auch eine Rolle spielen.<br />
Bei der Wirkung auf den Menschen werden drei Frequenzbereiche<br />
unterschieden, die im folgenden näher erläutert werden:<br />
Statische <strong>Felder</strong><br />
- bei statischen Magnetfeldern treten quantenelektronische und magnetomechanische<br />
Wechselwirkungen sowie auf bewegten Ladungen auch induktive<br />
Wirkungen auf.<br />
- bei statischen elektrischen <strong>Felder</strong>n können Effekte wie Aufrichten der Haare,<br />
Elektrisierung und Entladungen auftreten.<br />
Niederfrequente <strong>Felder</strong> (bis ca. 30 kHz)<br />
- hier dominieren bei den akuten Wirkungen die Reizwirkungen auf Sinnes-,<br />
Nerven- und Muskelzellen<br />
Hochfrequenz (30 kHz - 300 GHz)<br />
- hier sind die thermischen Wirkungen vorherrschend.<br />
Im Bereich 10 kHz - 100 kHz müssen abhängig von der Frequenz teilweise beide Wirkungen<br />
berücksichtigt werden, da beide relevante Beiträge liefern können.<br />
Neben den aufgeführten Reiz- und thermischen Wirkungen werden in der<br />
Literatur weitere nichtthermische (athermische) Wirkungen beschrieben, ihre<br />
biologische Relevanz wird zur Zeit intensiv untersucht. Dabei werden sowohl<br />
Laborexperimente mit Zellen, Tieren und Menschen durchgeführt als auch epidemiologische<br />
Untersuchungen (Bild 4.1). Auch wenn einige der beobachteten Effekte<br />
an Zellen schon bestätigt sind, so ist ihre biologische Relevanz für den Menschen<br />
noch weitgehend unklar.<br />
Bedenken gegenüber starken elektrischen <strong>Felder</strong>n haben ursprünglich vor etwa 30<br />
Jahren Berichte über unspezifische vegetative Störungen bei Arbeitnehmern in<br />
russischen Höchstspannungsanlagen ausgelöst. Diese Ergebnisse konnten jedoch in<br />
der Folge im Westen nicht verifiziert werden und wurden daher nicht auf direkte<br />
Einflüsse von elektrischen <strong>Felder</strong>n sondern auf mangelhafte Versuchsdurchführung,<br />
indirekte Effekte und belastende Umweltbedingungen zurückgeführt.<br />
Eventuelle Auswirkungen von Langzeitexpositionen gegenüber Magnetfeldern,<br />
wie sie im Alltag auftreten, werden seit etwa 20 Jahren mit Hilfe epidemiologischer<br />
Studien untersucht. Auf die Ergebnisse, aber auch auf die Probleme dieser<br />
Untersuchungen wird in Kap. 4.1.1.6 näher eingegangen.<br />
Zur Verunsicherung der Bevölkerung tragen von den Medien geprägte Begriffe<br />
wie “Elektrosmog”, nichtwissenschaftliche Berichte, die <strong>Felder</strong> mit einer Reihe von<br />
neurovegetativen Störungen in Verbindung bringen, aber auch die ungeklärte Frage<br />
der Elektrosensibilität bei. Einen besonders kritischen Standpunkt nehmen sogenannte<br />
Baubiologen ein.
Zu den folgenden Themen sind schon Untersuchungen zu<br />
biologischen Wirkungen elektrischer und magnetischer<br />
<strong>Felder</strong> durchgeführt worden<br />
s Studien an Probanden<br />
3 Wahrnehmung und Belästigung<br />
3 Verhalten und Physiologie<br />
3 "Elektro-Sensibilität"<br />
3 Änderungen der Signale des EEG und EKG<br />
3 Biologische Rhythmen, Melatonin<br />
s Epidemiologische Studien<br />
3 Korrelation Krebs bei Kindern und Wohnen in der Nähe von<br />
Hochspannungsfreileitungen<br />
3 Korrelation Krebs und Arbeit in "elektrischen Berufen"<br />
3 Korrelation Magnetfeld und Alzheimererkrankung<br />
s Studien an Tieren<br />
3 Einflüsse auf Neuroendokrines System und Zentralnervensystem<br />
3 Biologische Rhythmen, Melatonin<br />
3 Beeinflussung der Hormonproduktion der Zirbeldrüse,Melatonin<br />
3 Einflüsse auf den Kreislauf<br />
3 Einflüsse auf die Fortpflanzung, das Wachstum und die Entwicklung<br />
3 Verhaltensänderungen<br />
3 Krebsentstehung<br />
3 Co-Promoter Krebs<br />
s Studien an Pflanzen<br />
3 Wachstum und Entwicklung<br />
s Studien an Zell- und Gewebekulturen<br />
3 Änderung von Potentialen an Zellmembranen, Calcium<br />
3 Änderung zellulären Wachstums<br />
3 Modulation von biochemischen Reaktionen<br />
3 Zell-Kommunikation<br />
3 Immunantwort<br />
3 Genexpression<br />
3 Melatonin<br />
Bild 4.1: Schematische Darstellung von Versuchen bei denen Effekte durch elektrische und<br />
magnetische <strong>Felder</strong> an Zellen, Tieren und an Menschen in der Literatur beschrieben<br />
worden sind. Über die Frage, ob diese Untersuchungen einem Zusammenhang<br />
aufzeigen konnten, ob diese Effekte eine biologische Relevanz haben oder wie gut die<br />
Validität der Ergebisse ist, wird damit nicht ausgesagt.
4.1 Niederfrequente <strong>Felder</strong><br />
Unter direkter Wirkung werden Effekte verstanden, die auf die unmittelbare<br />
Einwirkung von <strong>Felder</strong>n auf den Körper zurückgehen. Dazu gehören die Oberflächeneffekte<br />
in starken elektrischen <strong>Felder</strong>n und die Wirkung im Körperinneren, die von<br />
elektrischen und magnetischen <strong>Felder</strong>n verursacht werden (Bild 4.2, 4.3). Von den<br />
direkten Wirkungen werden indirekte (mittelbare) Wirkungen unterschieden. Diese<br />
entstehen bei der Berührung von Metallkörpern im elektrischen <strong>Felder</strong>n (Bild 4.4), zu<br />
ihnen zählt man aber auch die Auswirkungen, die aus der Beeinflussung von<br />
medizinischen Implantaten resultieren.<br />
Bild 4.2: Beispiel für eine kapazitive Einkopplung eines induzierten<br />
Körperstroms (unmittelbare Feldwirkung)<br />
Bild 4.3: Beispiel für eine induktive Einkopplung eines induzierten<br />
Körperstromes (unmittelbare Feldwirkung)<br />
Bild 4.4: Beispiel für eine galvanische Einkopplung eines<br />
induzierten Körperstroms (mittelbare Feldwirkung)<br />
E
4.1.1 Direkte Wirkungen<br />
4.1.1.1 Oberflächeneffekte<br />
In starken elektrischen Wechselfeldern werden Körperhaare durch Influenz und<br />
elektrostatische Abstoßungsvorgänge zu Bewegungen angeregt, wodurch diese <strong>Felder</strong><br />
wahrnehmbar und ab etwa 10 kV/m für empfindliche Personen belästigend werden<br />
können. Das vorhandene Datenmaterial beschränkt sich auf die energietechnischen<br />
Frequenzen 50 bzw. 60 Hz. Empfindungen können auch von Mikroentladungen<br />
zwischen scharfkantigen Objekträndern wie z.B. Brillenfassungen, Krägen,<br />
Manschetten u. dgl. und der Haut ausgehen.<br />
4.1.1.2 Innere Wirkungen<br />
Die biologischen Wirkungen reichen je nach der Stärke der einwirkenden <strong>Felder</strong><br />
über einen weiten Bereich. Es ist sinnvoll, zwischen Reizwirkungen und anderen<br />
biologischen Effekten zu unterscheiden.<br />
4.1.1.3 Reizwirkungen<br />
Die Wirkungen starker elektrischer und magnetischer <strong>Felder</strong> im Körperinneren<br />
bestehen in der Erregung (Stimulation) von Nervenzellen oder erregbarem Muskelgewebe<br />
und können durch die von den <strong>Felder</strong>n influenzierten bzw. induzierten<br />
intrakorporalen elektrischen Stromdichten erklärt werden. Das Stromdichtemodell, das<br />
für die Erklärung der Reizwirkung ausreichend ist, erlaubt, unter Anwendung<br />
gesicherter physikalischer Grundgesetze, äußere elektrische und magnetische <strong>Felder</strong><br />
gemeinsam zu diskutieren. Dabei kann auf bereits gut fundiertes Wissen über<br />
Reizwirkungen zurückgegriffen werden. Dazu gehören die in zahlreichen Versuchen<br />
seit der Entdeckung der Elektrizität, wie die im Zusammenhang mit der Analyse von<br />
Elektrounfällen und die bei der medizinischen Anwendung der Reizstromtherapie im<br />
Verlauf vieler Jahrzehnte gewonnenen Ergebnisse. Reizwirkungen sind unmittelbar an<br />
die Präsenz des Feldes gebunden. Bleibende Veränderungen können ausgeschlossen<br />
werden.<br />
Für Reizwirkungen ist die Existenz einer Schwelle und die<br />
Frequenzabhängigkeit charakteristisch:<br />
1. Es existiert eine Reizschwelle, die überschritten werden muß, um eine Erregung<br />
auszulösen. Die Erregung einer Zelle selbst jedoch gehorcht dem “Alles- oder Nichts-”<br />
Gesetz und kann durch größere Reizstärken oberhalb der Reizschwelle nicht mehr<br />
gesteigert werden.<br />
2. Die Auslösung der Erregung hängt vom zeitlichen Reizverlauf ab : Zu geringe<br />
zeitliche Reizänderungen ( zu niedrige Frequenzen) und zu kurze Reize (zu hohe<br />
Frequenzen) können auch bei hoher Reizstärke keine Erregung auslösen.
J N ( f)<br />
J( f)<br />
100<br />
10<br />
1 10 100 1000 1 10 4<br />
1<br />
Spur 1<br />
Spur 2<br />
Bild 4.6 Prinzipielle Abhängigkeit der reizwirksamen Stromdichte von der Frequenz. Als Bezugswert dient der<br />
f<br />
2<br />
Basiswert 2mA/m t. Kurve A: Ausgleichsvorgänge in der Membran die das Lapiquesches Gesetz beschreibt.<br />
Kurve B: In der Norm verwendete vereinfachter Geradenzug.<br />
In Abhängigkeit von der Stromdichte können bei niedrigen Frequenzen folgende<br />
Wirkungsbereiche unterschieden werden.<br />
Tabelle 4.2 Stromdichten, die zwischen 3 und 300 Hz zu den angegebenen biologischen Wirkungen führen.<br />
Wirkungen Stromdichten in mA/m²<br />
Extrasystolen und Herzkammerflimmern möglich, deutliche Gesundheitsgefahren > 1000<br />
Veränderung in der Erregbarkeit des zentralen Nervensystems bestätigt; Reizschwellen; 100 -1000<br />
Gesundheitsgefahren möglich<br />
Gut bestätigte Effekte, visuelle (Magnetophosphene) und mögliche Nervensystemeffekte; 10 -100<br />
Berichte über beschleunigte Knochenbruchheilung<br />
Berichte über subtile biologische Wirkungen 1 - 10<br />
Abwesenheit gut gesicherter Effekte < 1<br />
Diese Wirkungen sind Stromdichten infolge der Einwirkung von elektrischer und<br />
magnetischer <strong>Felder</strong>n gemeinsam. Aus den Stromdichten können mit Hilfe von<br />
Modellrechnungen die dazugehörigen äußeren Feldstärken berechnet werden. Die<br />
Angaben verschiedener Autoren über den Zusammenhang zwischen den äußeren<br />
Feldstärken und den durch sie im Körperinneren verursachten Stromdichten<br />
unterscheiden sich jedoch. Der Grund dafür liegt in der Wahl unterschiedlicher Modelle<br />
zur Nachbildung des menschlichen Körpers, seiner äußeren Form und inneren<br />
Komplexität. Bei der Festlegung von Grenzwerten wird den Vereinfachungen der<br />
Modellrechnungen und der eingeschränkten Übertragbarkeit der Versuchsergebnisse,<br />
die der Tab. 4.2 zugrunde liegen, mit Hilfe von zusätzlichen Faktoren Rechnung<br />
getragen.<br />
Je nach Feldart und Frequenz ergeben sich folgende Zusammenhänge:<br />
a) Elektrostatische <strong>Felder</strong><br />
Aufgrund der Influenzwirkung ist das Körperinnere feld- und stromdichtefrei;<br />
durch Leckströme verursachte Stromdichten können vernachlässigt werden.<br />
b) Elektrische Wechselfelder<br />
Der Gesamtstrom durch den Körper infolge der kapazitiven Ankopplung läßt<br />
sich sowohl meßtechnisch als auch theoretisch gut ermitteln. Die abgeschätzten<br />
Stromdichten J im Körperinneren hängen jedoch von der gewählten Modellvorstellung
und dem betrachteten Körperbereich ab. In 1. Näherung läßt sich bei Mittelung über<br />
nicht zu kleine Flächen folgender Zusammenhang angeben:<br />
J = k # 2% # f # # E<br />
o o<br />
k Formfaktor Mensch: 13....18; Kugel: 3<br />
J Körperstromdichte (A/m²)<br />
f Frequenz (Hz)<br />
Eo ungestörte Feldstärke (V/m)<br />
-12<br />
elektrische Feldkonstante 8,854 10 As/Vm<br />
o<br />
Für die Influenz einer Stromdichte von 1 mA/m² im Kopf oder Herzbereich eines<br />
homogenen Modells sind unter Zugrundelegung ungünstigster Expositionsbedingungen<br />
folgende äußere Feldstärken erforderlich:<br />
Kopf 7 kV/m bis 20 kV/m<br />
Herzbereich 7 kV/m bis 14 kV/m<br />
An anderen Körperstellen wie z.B. den Knöcheln mit der vergleichsweise<br />
geringen Querschnittsfläche bei einem relativ hohen Anteil schlecht leitender Knochen<br />
und Sehnen liegen lokale Stromdichten erheblich (um mehr als das 10fache) höher.<br />
c) Magnetostatische <strong>Felder</strong><br />
In einem statischen Magnetfeld können in einem Körper elektrische<br />
Spannungen induziert werden, wenn sich im Körper bewegte Ladungsträger befinden<br />
(Hall-Effekt) oder wenn sich der gesamte Körper in einer Weise bewegt, daß sich die<br />
Durchflutung ändert (Induktion). Im Falle des Menschen geschieht dies in nennenswertem<br />
Ausmaß in den großen Blutgefäßen des Kreislaufes mit rasch fließendem Blut<br />
bzw. im sich rasch bewegenden Herzen oder wenn der ganze Körper rotiert. Die<br />
elektrische Spannungen bewirken in leitfähigen Geweben eine Stromdichte.<br />
Die Stromdichte kann mit der Bewegungsgeschwindigkeit v und dem<br />
spezifischen Widerstand ) abgeschätzt werden zu<br />
J = (B # v) # )<br />
B magnetische Flußdichte (T),<br />
v Bewegungsgeschwindigkeit (m/s)<br />
) (1/6 # m)<br />
d) Magnetische Wechselfelder<br />
Während die intrakorporale Stromdichteverteilung infolge elektrischer<br />
Wechselfelder über dem Körperquerschnitt lediglich aufgrund der inhomogenen<br />
Leitfähigkeitsverteilung variiert, ist im Fall magnetischer Wechselfelder zusätzlich die<br />
durch den Induktionsvorgang bedingte starke Ortsabhängigkeit zu berücksichtigen. Im<br />
Körperzentrum ist die Stromdichte Null und erreicht im Oberflächenbereich ihr<br />
Maximum. Für kreisförmige Strombahnen erhält man für die Stromdichte die<br />
Beziehung<br />
J = B # % # f # r # )<br />
r Radius der Kreisbahn des Stroms im Körper, (m)<br />
aus der hervorgeht, daß die Stromdichte porportional dem Radius und der<br />
Leitfähigkeit ist.<br />
Üblicherweise verwendet man für den Menschen die folgenden Parameter:
Radius 0,1 m (Kopf); 0,2 m (Thorax) und die Leitfähigkeit 0,1- 0,4 (1/6m). Bei<br />
Berücksichtigung längsgestreckter Strombahnen erhöhen sich beim Menschen die<br />
berechneten Stromdichten gegenüber dem kreisförmigen Fall um etwa einen Faktor 2.<br />
Es gibt auch schon Rechenmodelle (z.B. FDTP, finite-difference-time domain),<br />
die mit hoher räumlicher Auflösung die Stromdichte im Körper berechnen können. Es<br />
zeigt sich, daß die Stromdichten im Körper sehr inhomogen ist.<br />
4.1.1.4 Andere biologische Effekte<br />
In der Literatur werden neben der Reizwirkung auch andere biologische Effekte<br />
beschrieben, für die noch keine Wirkungsmodelle bekannt sind und die auch teilweise<br />
schon unterhalb der Schwelle für Reizwirkungen auftreten.<br />
Während das Modell der direkten Wirkung intrakorporaler Stromdichten bei<br />
jenen Effekten Berechtigung besitzt, die eine makroskopische Betrachtungsweise<br />
erlauben, muß für andere Effekte, wie z. B. Freisetzung von Kalziumionen oder die<br />
Aktivierung von Enzymen an der Zellmembran auf zusätzliche Wechselwirkungshypothesen,<br />
wie die Existenz weiterer z.B. lokaler Phänomene, zurückgegriffen<br />
werden. Ein Reihe von Effekten, die sowohl bei Versuchen mit Zellkulturen als auch<br />
mit Organen und Tieren gefunden wurden, deutet an, daß magnetische <strong>Felder</strong> auf den<br />
“Spiegel” und damit auf die Wirkung des Hormons Melatonin einen Einfluß ausüben<br />
können.<br />
Gemeinsam ist diesen Effekten, daß sie derzeit - auch wenn gewisse<br />
experimentell in in-vitro Versuche an Zellen oder Organen gesichert erscheinen - im<br />
Hinblick auf ihre gesundheitliche Bedeutung für Gesamtsysteme nicht bewertet werden<br />
können.<br />
4.1.1.5 Mutagene/Teratogene Effekte<br />
Bei sehr großen Flußdichten (30 mT) wurde eine schwache teratogene Wirkung<br />
an Ratten gefunden. Andere Studien zur teratogenen Wirkung und zu anderen<br />
negativen Beeinflussungen der Schwangerschaft durch elektromagnetische <strong>Felder</strong><br />
(insbesondere Arbeit während der Schwangerschaft an Bildschirmarbeitsplätzen)<br />
waren meist negativ oder ergaben keine signifikanten Effekte. Das gleiche gilt für die<br />
Studien zur Wirkung <strong>Felder</strong>n, die von Haushaltsgeräten, insbesondere für elektrische<br />
Heizdecken, erzeugt werden.<br />
Es gibt keine experimentellen oder epidemiologischen Hinweise darauf, daß in<br />
der Praxis vorkommende elektrische oder magnetische <strong>Felder</strong> Veränderungen am<br />
Erbgut bewirken könnten. So haben die Studien, die den Zusammenhang zwischen<br />
der Exposition von Vätern und Krebserkrankungen der Kinder untersuchten, keine<br />
verwertbare Aussage ergeben.<br />
4.1.1.6 <strong>Felder</strong> und Krebs<br />
Zur Frage, ob schwache niederfrequente elektrische und magnetische <strong>Felder</strong> zu<br />
einer Erhöhung der Krebsinzidenz beitragen, wurden in den letzten 15 Jahren mehr als<br />
100 epidemiologische Studien durchgeführt. Die meisten Studien betrafen<br />
Beschäftigte in sogenannten "elektrischen" Berufen, ein zweiter Schwerpunkt waren
Kinder in ihrer Wohnumwelt. Obwohl das Studiendesign sehr uneinheitlich war, kann<br />
man feststellen, daß am häufigsten die Frage gestellt wurde, ob der "elektrische" Beruf<br />
oder der Aufenthalt in erhöhten Magnetfeldern (Größenordnung einige Zehntel µT) zu<br />
einer Häufung von Krebs ohne Differenzierung nach der Art des Krebses oder bei<br />
spezifischen Krebsarten zu einer Häufung von Leukämie und Gehirntumoren geführt<br />
hat.<br />
Eine Reihe von Studien zeigte einen schwachen Zusammenhang zwischen der<br />
Feldexposition und der untersuchten Krebsart. Wenn mehrere Studien zusammen<br />
betrachtet werden (Metastudie) ergibt sich häufig eine nicht signifikante Verdoppelung<br />
des betrachteten Krebsrisikos. Es gibt auch eine Reihe von Studien, die keinen<br />
Zusammenhang finden konnten. Die Ergebnisse der Studien müssen aber sehr<br />
differenziert betrachtet werden.<br />
Generell kann festgestellt werden, daß bei einer Bewertung der Ergebnisse der<br />
epidemiologischen Studien insbesonders deren statistische Aussagekraft, die Art und<br />
Weise der Expositionsbestimmung und allgemein das Fehlen von Modellvorstellungen<br />
für eine Krebsverursachung problematisch sind. Diese und weitere gravierende<br />
Mängel müssen durch einschlägige Forschung behandelt werden, bevor die<br />
Epidemiologie eine klärende Rolle in der Krebsfrage spielen kann. Deshalb besteht<br />
international Übereinstimmung mit der Konsequenz, daß in die Grenzwertüberlegungen<br />
die Ergebnisse der epidemiologischen Studien nicht einbezogen<br />
werden.<br />
Dafür, daß elektrische und magnetische <strong>Felder</strong> bei Feldstärken, wie sie am<br />
Arbeitsplätzen oder auch in der Wohnumgebung auftreten, Krebs auslösen können,<br />
gibt es keine Hinweise.<br />
Neben den epidemiologischen Studien gibt es eine Reihe von<br />
Laborexperimenten an Zellen und Tieren, die auf einen Zusammenhang von einer<br />
Beschleunigung des Krebswachstums und dem Vorhandensein von magnetischen<br />
<strong>Felder</strong>n im Bereich von 1 - 100 µT hindeuten. So wurde bei Ratten mit chemisch<br />
induziertem Brustkrebs bei Magnetfeldstärken von 50 und 100 µT ein schnelleres<br />
Wachstum der Tumoren beobachtet. Diese und auch andere Tierexperimente sind zur<br />
Zeit aber noch nicht von anderen Arbeitsgruppen wiederholt worden. Es gibt eine<br />
Vielzahl von Versuchen, die teilweise einen Zusammenhang nahelegen, teilweise aber<br />
keine Wechselwirkungen finden. Eine einheitliche Bewertung der verschiedenen<br />
Laborversuche ist zur Zeit noch nicht möglich, da es kein Wirkungsmodell gibt und die<br />
Übertragung auf den Menschen nicht geklärt ist.<br />
4.1.1.7 <strong>Felder</strong> und andere Erkrankungen<br />
In der letzten Zeit wurden epidemiologische Untersuchungen publiziert, die auf<br />
einen Zusammenhang zwischen dem Auftreten der Alzheimer-Krankheit und der<br />
Exposition gegenüber Magnetfeldern von Nähmaschinen in Textilberufen befassen. Da<br />
über die Ursachen der Alzheimer-Krankheit wenig bekannt ist und keine Umstände<br />
bekannt sind, die einen Zusammenhang nahelegen, müssen weitere Untersuchungen<br />
abgewartet werden, bevor Aussagen gemacht werden können.<br />
4.1.1.8 “Elektrosensibilität”<br />
Die Frage der Elektrosensibilität, d.h. ob es Personen mit einer besonderen
Empfindlichkeit für elektrische und/oder magnetische <strong>Felder</strong> gibt, wird derzeit durch<br />
mehrere Forschergruppen mit unterschiedlichen Ansätzen untersucht. Die von<br />
manchen Personen geäußerten Vermutungen hinsichtlich einer eigenen besonderen<br />
Empfindlichkeit konnten in Experimenten nicht verifiziert werden. Die Trennung von<br />
unspezifischen psychosomatischen Beschwerden ist schwierig.<br />
4.1.2 Indirekte Feldwirkungen<br />
4.1.2.1 Mittelbare Feldwirkungen<br />
Mittelbare Feldwirkungen beruhen auf Körperströmen und Berührungsspannungen,<br />
die sich durch Annäherung oder Berührung von elektrisch leitfähigen<br />
Teilen ergeben (Bild 4.4). Auch die Störung und Beeinflussung von Körperhilfen (z.B.<br />
Herzschrittmacher) kann als mittelbare Feldwirkung angesehen werden.<br />
In elektrischen <strong>Felder</strong>n können sich isolierte leitfähige Objekte (z.B.<br />
Kraftfahrzeuge unter Hochspannungsleitungen) aufladen, und wenn sie berührt<br />
werden, gibt es eine Entladung (Mikroschock). Solange das Objekt berührt wird, fließt<br />
im Wechselfeld ständig Strom zur Erde ab. Die Wahrnehmungsschwellen für<br />
Funkenentladungen und die Ströme sind abhängig von der Empfindlichkeit der<br />
betreffenden Person und den Eigenschaften des berührten Gegenstandes. So können<br />
im elektrischen Feld einer Hochspannungsleitung unter ungünstigen Umständen schon<br />
Feldstärken von bis zu 0,5 kV/m wahrgenommen werden. Bei diesen Effekten zeigte<br />
sich, daß Frauen und Kinder empfindlicher als Männer sind. Auch wenn die im Alltag<br />
auftretenden Effekte durch indirekte Wirkungen nicht sehr häufig sind und in der<br />
Regel als nicht gesundheitsschädlich angesehen werden, so können sie doch als<br />
Belästigung empfunden werden.<br />
Tabelle 4.4 Schwellenwerte für die Wirkung elektrischer Strömen (50 /60 Hz), die durch den Körper fließen (aufgrund<br />
experimenteller Daten für 50% aller Männer). Zu beachten ist, daß die Stromschwelle für Frauen etwa 2/3, die<br />
für Kinder nur die Hälfte der angegebenen Werte beträgt. Bei einem geringen Prozentsatz aller Personen<br />
liegen die Schwellenwerte deutlich niedrieger (Strahlenschutzkommission 95).<br />
Wirkung Schwellenwerte des Stroms in mA<br />
Herzkammerflimmern (Einwirkzeit länger als 1 Sekunde) für 0,5 % der Personen 100<br />
Schwerer elektrischer Schlag (Loslassen unmöglich) 23<br />
Schmerzhafter elektrischer Schlag, unwillkürliche Muskelkontraktion (Griffkontakt; 16<br />
Stromstärke, die bei 50 % aller Männer das Loslassen nicht mehr gestattet)<br />
Schmerzhafter elektrischer Schlag, unwillkürliche Muskelkontraktion (Griffkontakt; 9<br />
Stromstärke, die bei 0,5 % aller Männer das Loslassen nicht mehr gestattet)<br />
Schmerzhafter elektrischer Schlag (Fingerkontakt) 1,8<br />
Elektrischer Schlag, nicht schmerzhaft (Griffkontakt) 1,8<br />
Wahrnehmung (Griffkontakt) 1,1<br />
Berührungswahrnehmung (Fingerkontakt) 0,36
4.1.2.2 Elektronische Implantate<br />
In Mitteleuropa sind ca. 4 % der Menschen auf einen implantierten<br />
elektronischen Herzschrittmacher angewiesen. Werden in dem Schrittmacher selbst<br />
oder über die Sonde zum Herzinneren durch äußere elektromagnetische <strong>Felder</strong><br />
Signale eingekoppelt, so kann dies zu einer Beeinflussung der Funktion des<br />
Schrittmachers führen. Eine ganze Reihe von Geräten, wie z.B. elektrische<br />
Bohrmaschinen, Diebstahlsicherungsanlagen, Diathermiegeräte usw., können Herzschrittmacher<br />
potentiell stören. Die Bandbreite der möglichen Beeinflussungen reicht<br />
von einer eher unbedeutenden einmaligen Intervallverlängerung bis hin zu "Stolperrhythmen",<br />
wenn zum Eigenrhythmus des Herzens noch der des Herzschrittmachers<br />
kommt. Berichte über Gefährdungen sind sehr selten, die Dunkelziffer ist jedoch<br />
unbekannt. Erschwerend kommt hinzu, daß die Empfindlichkeit der verschiedenen<br />
Schrittmachertypen (z.Z ca. 250) unterschiedlich ist bzw. bei modernen Geräten an die<br />
Bedürfnisse des Patienten angepaßt werden kann.<br />
Beeinflussungen durch elektronische Geräte im Haushalt, die sich in einem<br />
Abstand von mehr als 30 cm vom Herzschrittmacher befanden, sind nicht bekannt<br />
geworden.<br />
Neben den Herzschrittmachern gibt es noch eine ständig wachsende Anzahl<br />
von elektronischen Implantaten (z.B. Insulinpumpen, Hörgeräte). Über deren Beeinflußbarkeit<br />
durch elektromagnetische <strong>Felder</strong> ist nicht sehr viel bekannt.<br />
4.2 Hochfrequente <strong>Felder</strong><br />
4.2.1 Direkte Feldwirkungen<br />
4.2.1.1 Thermische Effekte<br />
Die Energie hochfrequenter <strong>Felder</strong> wird von biologischem Gewebe absorbiert.<br />
Die Energieübertragung erfolgt durch verschiedene frequenzabhängige Mechanismen,<br />
hauptsächlich jedoch durch Polarisation gebundener Ladungen, Orientierungsschwingungen<br />
permanenter Dipole (z.B. Wasser), Schwingungs- und Rotationsbewegungen<br />
innerhalb von Molekülen oder Verschiebung freier Ladungsträger. Bei diesen Vorgängen<br />
entsteht infolge von Reibung im Gewebe Wärme. Auf molekularer und<br />
zellulärer Ebene ist die pro Zeiteinheit absorbierte Energie von den Gewebeeigenschaften<br />
und der jeweiligen Feldstärke im Material abhängig. Durch die absorbierte<br />
Energie kann es zu lokalen Erwärmungen oder zu einer Erwärmung des ganzen<br />
Körpers kommen. Weiter können Ladungsverschiebungen in der Umgebung und<br />
innerhalb einer biologischen Zelle dazu führen, daß Membranspannungen sich ändern<br />
(die sich daraus ergebenden Reizwirkungen sind nur unterhalb von ca. 30 kHz<br />
relevant). Beide Effekte sind stark frequenzabhängig.<br />
Der menschliche Körper stellt für das elektromagnetische Feld eine Antenne<br />
(resonanzfähiges Gebilde) dar. Je nachdem in welchem Verhältnis die Körpergröße<br />
(auch Teile des Körpers) zur Wellenlänge steht, kann der Körper unterschiedlich gut<br />
Energie aus dem Feld aufnehmen (Bild 4.7).
Subresonanzbereich<br />
Resonanzbereich<br />
Ganzkörper<br />
Teilkörper<br />
(Kopf)<br />
Hot Spot<br />
Bereich<br />
Oberflächenabsorptionsbereich<br />
30 300 400 2000 f (MHz)<br />
Bild 4.7: Qualitativer Verlauf der im Körper absorbierten Leistung (SAR) durch die Absorptionscharakteristik eines<br />
Menschen. Voraussetzung: Gleiche Feldstärken für die unterschiedlichen Frequenzen<br />
Im unteren Frequenzbereich (Subresonanzbereich, unterhalb von 30 MHz)<br />
nimmt die absorbierte Energie etwa mit dem Quadrat der Frequenz zu. Die Eindringtiefe<br />
dieser <strong>Felder</strong> in den menschlichen Körper ist groß. Die Verteilung der<br />
absorbierten Leistung im Körper ist inhomogen. Im Resonanzbereich (30 - 300 MHz)<br />
sind die Maße der absorbierenden Strukturen (z.B. Größe des Menschen oder von<br />
Körperteilen) und die Wellenlänge der elektromangetischen <strong>Felder</strong> von ähnlicher<br />
Größenordnung und der Körper kann am effektivsten Energie aus dem Feld<br />
absorbieren. Die Resonanzfrequenzen für Kinder höher liegen als für Erwachsene.<br />
Oberhalb des Resonanzbereiches (300 MHz - 300 GHz) ist die Wellenlänge hingegen<br />
klein im Vergleich zu den beim Menschen auftretenden geometrischen Abmessungen.<br />
Mit steigender Frequenz wird die Eindringtiefe der elektromagnetischen <strong>Felder</strong> immer<br />
kleiner. Bei 433 MHz beträgt die mittlere Eindringtiefe in Muskelgewebe ca. 2 cm, bei<br />
2,4 GHz nur noch 6 mm. Oberhalb von 10 GHz ist die Temperaturerhöhung auf die<br />
Oberfläche des Körpers begrenzt. Durch Überlagerung kann es im Frequenzbereich<br />
von 400 - 3000 MHz zu räumlich eng begrenzten Erwärmungen im Körper kommen<br />
(Hot Spots). Das Phänomen des "Hörens" von pulsförmig amplitudenmodulierter<br />
Hochfrequenzstrahlung (1 - 1000 µs-Pulse), wie sie bei Radarstrahlung im<br />
Frequenzbereich von 200 - 3000 MHz auftreten kann, kann ebenfalls durch thermisch<br />
ausgelöste Effekte erklärt werden. Die Größe des Effektes ist stark abhängig von der<br />
Frequenz, der Intensität und der jeweiligen Pulsfrequenz. Bei 2,45 GHz liegt die<br />
Hörschwelle für diesen Effekt (Impulsbreiten von 1 - 32 µs) bei<br />
Spitzenimpulsflußdichten zwischen 10 und 400 kW/m .<br />
2<br />
Da die Wechselwirkung von Hochfrequenzenergie mit biologischen Objekten<br />
sehr komplex ist (z.B. durch die Abhängigkeit von der äußeren und inneren Geometrie),<br />
wird bei den Betrachtungen für den Schutz von Personen das System dadurch<br />
beträchtlich vereinfacht, daß nur die Konfigurationen mit den maximalen Energieabsorptionen<br />
betrachtet werden. Bei der Beschreibung einer Ganzkörperexposition wird<br />
die absorbierte Leistung räumlich über den ganzen Körper integriert und durch die<br />
Körpermasse dividiert. Diese Größe ist die durchschnittliche spezifische absorbierte<br />
Rate (SAR), in [W/kg]. Werden nur Teile des Körpers bestrahlt (z.B. bei körpernahen<br />
Sendern) oder müssen Inhomogenitäten im Körper berücksichtigt werden (z.B. die<br />
Augenlinse), so ist die Verwendung lokaler SAR notwendig. Dabei wird über eine
kleinere Masse (1, 10, 100 g) gemittelt.<br />
Die Absorption im Körper ist abhängig von der jeweiligen Gewebeart, was zu<br />
sehr ungleichförmigen SAR-Werten führt. Zusätzlich wird durch die unterschiedliche<br />
Durchblutung die Wärme unterschiedlich gut abtransportiert, was Temperaturunterschiede<br />
im Körper zur Folge hat. Weitere Effekte (lokale SAR-Erhöhungen durch<br />
Reflexion) können sich durch metallische Implantate ergeben.<br />
Der durchschnittliche energetische Grundumsatz des Menschen beträgt ca. 1<br />
W/kg, beim Gehen erhöht sich der Umsatz des Organismus auf 3 bis 5 W/kg. Eine<br />
Einstrahlung von 4 W/kg führte bei verschiedenen Versuchen nach ca. 30 min zu einer<br />
durchschnittlichen Temperaturerhöhung von weniger als 1 Grad. Wie ein Organismus<br />
auf den zusätzlichen Wärmeeintrag reagiert, hängt von verschiedenen Umgebungsparametern<br />
(Temperatur, Luftfeuchte) sowie der Leistungsfähigkeit der Thermoregulation<br />
des jeweiligen Individuums ab. Der Mensch verfügt über eine Reihe von<br />
Temperatursensoren und -regelkreisen. Um auch bei Menschen mit gestörter<br />
Thermoregulation zu keinen negativen Effekten durch die eingestrahlte Hochfrequenz<br />
zu kommen, sollte die Temperaturerhöhung nicht mehr als 0,1 - 0,5 Grad betragen. In<br />
lokal begrenzten Bereichen kann durch eine schlechte Durchblutung und/oder<br />
Brechung der einfallenden Welle die Temperaturerhöhung erheblich höher sein.<br />
Leistungsdichten von mehr als 1 kW/m² (über einige Minuten) können in der<br />
Augenlinse zur Kataraktbildung führen. Ob bei chronischer Exposition oder bei<br />
gepulster Strahlung auch bei niedrigeren Leistungsdichten schon Effekte am Auge<br />
auftreten, ist noch nicht abschließend geklärt. Bei der Hochfrequenzwärmetherapie<br />
werden SAR-Werte von 10 bis 50 W/kg verwendet, um das betreffende Gewebe<br />
aufzuwärmen und so einen therapeutischen Effekt zu erzielen. Für die meisten<br />
Frequenzen ist die Oberflächenwahrnehmung von Wärme und Hitzeschmerz ein unzuverlässiger<br />
Indikator, da die Energie hauptsächlich in den tieferen Schichten, d.h.<br />
unterhalb der Hautrezeptoren für Wärme, absorbiert wird. Bei Bestrahlung von Tieren<br />
durch elektromagnetische <strong>Felder</strong> zeigte sich, daß bei einem mittleren SAR-Wert von<br />
4 W/kg schon Temperaturerhöhungen in Teilen des Körpers auftreten, es aber zu<br />
keiner Erhöhung der Körperkerntemperatur um mehr als ein Grad kommt. Thermische<br />
Wirkungen unter 3-4 W/kg (Ganzkörperexposition) sind in der Literatur nicht<br />
beschrieben worden.<br />
4.2.1.2 Athermische Effekte<br />
Bei Versuchen an Tieren und Zellkulturen traten bereits zwischen 0,4 und<br />
1 W/kg verschiedene Effekte auf. So gibt es Berichte über Beeinflussungen des<br />
Zentralnervensystems, Wirkungen auf die blutbildenden Organe, von funktionellen<br />
Störungen, Veränderungen von Reflexen bei Versuchstieren, Beeinträchtigung der<br />
Sinneswahrnehmung, Veränderungen in Wirkungsmechanismen und der Wirksamkeit<br />
von Medikamenten. Viele in der Literatur vorgestellte Effekte (z.B. Änderung des<br />
Calcium-Flusses von Zellen) können nicht mit dem Konzept der Wärmewirkung erklärt<br />
werden. Diese sogenannten athermischen Effekte treten teilweise schon bei Werten<br />
auf, die weit unterhalb der Grenze für thermische Wirkungen (3-4 W/kg) liegen. Sie<br />
sind jedoch oft nur auf spezielle Frequenzen und Intensitäten begrenzt. Manche<br />
Effekte traten nur bei gepulsten <strong>Felder</strong>n auf. Dies gilt besonders für niederfrequent<br />
amplitudenmodulierte Hochfrequenzfelder, wie sie z.B. für das Radar und die<br />
Mobilfunk-GSM-Netze benutzt werden. Für solche <strong>Felder</strong> werden verschiedene<br />
Effekte, wie z.B. die Änderung der Signalleitungsgeschwindigkeit im autonomen
Nervensystem des Menschen, in der Literatur beschrieben. In der Schweiz ergaben<br />
Untersuchungen in der Umgebung eines Kurzwellensenders (6 - 21 MHz) Hinweise auf<br />
eine mögliche Beinflussung des Schlafverhaltens. Es liegen aber sehr wenige<br />
konsistente Daten für Effekte am Menschen vor. Die Mechanismen, die zu diesen<br />
athermischen Effekten führen, sind zur Zeit nicht bekannt und daher derzeit Thema<br />
der Forschung. Ob und welche der gefundenen Effekte für die Gesundheit des<br />
Menschen eine Bedeutung haben könnten, ist derzeit noch unklar.<br />
4.2.2 Mittelbare Feldwirkungen<br />
Auch im hochfrequenten Bereich kann es zu mittelbaren Feldwirkungen<br />
kommen. So kann es beim Berühren von leitfähigen Gebilden zu Verbrennungen (sog.<br />
Hochfrequenzverbrennungen) oder Schocks kommen. Zündfähige Gasgemische<br />
können durch Funkenentladungen zur Explosion gebracht werden. Diese Effekte<br />
hängen sehr von der Geometrie des leitfähigen Gebildes ab (optimale Abstimmung auf<br />
den jeweiligen Sender). Auch eine Beeinflussung von Herzschrittmachern, z.B. durch<br />
Sender, ist möglich. Mobiltelefone (Handies) können einige Typen von<br />
Herzschrittmachern beeinflussen. Aber wenn ein Abstand von ca. 30 cm<br />
(Schrittmacher bis zum Handy) eingehalten wird, ist eine Beinflussung sicher<br />
auszuschließen.<br />
4.3 Computer-Monitore<br />
Computer-Monitore haben wenig mit den biologischen Wirkungen von<br />
elektrischen, magnetischen und elektromagnetischen <strong>Felder</strong>n zu tun. Dieses wurde<br />
durch eine Vielzahl von Untersuchungen gezeigt. Sie wecken aber in zweilerlei<br />
Hinsicht Aufmerksamkeit.<br />
Die Eigenschaft “strahlungsarm” assoziiert einen Schutz. Sie ist ursprünglich in<br />
Schweden nur aus der Orientierung an einem mittleren Emissionswerten von<br />
verschiedenen Monitore entstanden, ist somit ein Produktstandart, ohne jeden Bezug<br />
zu biologischen Wirkungen.<br />
Die meisten derzeitigen Monitore arbeiten mit einer Elektronenstrahlröhre,<br />
deren Strahl mit magnetischen <strong>Felder</strong>n abgelenkt wird. Dieses Prinzip bewirkt eine<br />
große Empfindlichkeit gegenüber äußeren <strong>Felder</strong>n, die Bilder verzerren und Farben<br />
verfälschen können. Elektrische <strong>Felder</strong> lassen sich leicht abschirmen, und spielen<br />
praktische keine Rolle. Dagegen können magnetische <strong>Felder</strong> ab ca. 0,5 µT stören;<br />
dabei sind große strahlungsarme Monitore empfindlicher als kleine. Dieses Problem<br />
läßt sich in der Regel gut durch eine Vergrößerung des Abstand zur Feldquelle lösen.<br />
Ist dies nicht möglich gibt es auch Abschirmungen, diese sind aber sehr kostspielig.
5. Zulässige Werte<br />
5.1 Grenz- und Richtwerte<br />
Alle Institutionen, die für dieses Gebiet Grenzwertempfehlungen erarbeitet<br />
haben, sind nach dem folgenden Muster vorgegangen: Nach Sichtung der in der<br />
Literatur beschriebenen Effekte wurde überprüft, welche dieser Effekte schon als<br />
gesichert angesehen werden können. Dann wurde untersucht, welche dieser Effekte<br />
zu biologisch relevanten Wirkungen führen. Dann wurde untersucht, welche dieser<br />
Effekte zu biologisch relevanten Wirkungen im Sinne einer Schädigung, Gefährdung<br />
oder wesentlichen Belästigung führen. Grenzwerte wurden dann unterhalb der<br />
niedrigsten Schwelle für als gesundheitsrelevant erachtete Wirkungen mit unterschiedlichen<br />
Abständen zu diesen festgelegt. Nicht gesicherte Effekte und solche, die<br />
auf Grund des aktuellen Wissensstandes nicht erwartet bzw. erklärt werden, bilden<br />
keine Basis für solche Grenzwertfestlegungen. Dazu gehören insbesonders die<br />
Resultate der epidemiologischen Untersuchungen zum Thema Magnetfelder und<br />
Krebs.<br />
Da die Wirkungen, die einer Grenzwertempfehlung zu Grunde liegen, für die<br />
Bereiche der Hoch- und der Niederfrequenz verschieden sind, gibt es für beide<br />
Bereiche auch unterschiedliche Empfehlungen und Festlegungen.<br />
Im Niederfrequenzbereich ist die biologisch relevante Größe die durch<br />
elektrische Wechselfelder influenzierte oder durch magnetische Wechselfelder<br />
induzierte elektrische Stromdichte, im Hochfrequenzbereich ist es die spezifische<br />
Absorptionsrate. Man bezeichnet sie daher als Basisgrößen, die für sie festgelegten<br />
Grenzwerte als Basisgrenzwerte. Zur Begrenzung der Oberflächeneffekte, die im<br />
Niederfrequenzbereich zu Belästigungen führen können, wird hier auch für die<br />
elektrische Feldstärke ein Basisgrenzwert festgelegt. Da im Körper erzeugte<br />
Stromdichten und SAR-Werte meßtechnisch nicht zugänglich sind, werden aus den<br />
Basisgrenzwerten mit Hilfe von Modellrechnungen unter konservativen Annahmen<br />
zulässige äußere elektrische und magnetische Feldstärken und Leistungsdichten<br />
berechnet, die die Grundlage für die Beurteilung einer Expositionssituation bilden. Bei<br />
der Festlegung der Grenzwerte für die abgeleiteten Größen werden von den<br />
verschiedenen Institutionen teilweise auch indirekte Effekte und die Beeinflussung von<br />
Implantaten implizit mit berücksichtigt oder explizit durch eigene Werte abgedeckt.<br />
Zusätzliche Komplikationen, die einen unmittelbaren Vergleich zwischen den in den<br />
verschiedenen Ländern geltenden oder vorgeschlagenen Grenzwerten erschweren,<br />
wenn nicht unmöglich machen, ergeben sich durch die unterschiedliche Definition ihrer<br />
Anwendungsbereiche. Beispielsweise wird von IRPA/ INIRC/, ICNIRP/, WHO und<br />
vielen Ländern zwischen beruflicher Exposition und der Exposition der Allgemeinbevölkerung<br />
unterschieden. Ein alternatives Konzept ist die Differenzierung nach<br />
Expositionsbereichen wie in Deutschland und USA, wobei aber selbst hier die<br />
Expositionsbereiche nach etwas unterschiedlichen Kriterien festgelegt werden.<br />
Die Tabellen 5.2 und 5.3 geben einen Überblick über eine Reihe von<br />
abgeleiteten zulässigen Werten, die von verschiedenen Institutionen in den unterschiedlichen<br />
Ländern veröffentlicht worden sind. Neben den zulässigen Werten für die<br />
2<br />
direkte Feldeinwirkung (V/m, A/m und W/m ) bei Berufstätigen und der Bevölkerung<br />
gibt es im allgemeinen noch zulässige Werte für indirekte Feldeinwirkungen, Herzschrittmacher,<br />
Sender kleiner Leistung, Teilkörperexposition, Kurzzeitexposition,<br />
gepulste Strahlung usw..
Tabelle 5.1a Basiswerte für beruflich exponierte Personen (Entwurf ICNIRP1997)<br />
Frequenzen Induzierte SAR Lokale SAR Lokale SAR Leistungsfluß-<br />
Stromdiche Gesamtkörper (Gliedmaßen) (Kopf und dichte<br />
(mA/m²) mittelwert (W/kg) Rumpf) (W/m²)<br />
(W/kg) (W/kg)<br />
1 - 4 Hz 40 /f<br />
4 - 1000Hz 10<br />
1000 Hz - 100 kHz f/100<br />
100 kHz - 10 MHz f/100 0,4 10 20<br />
10 MHz -10 GHz 0,4 10 20<br />
10 Ghz - 300 GHz 50<br />
Tabelle 5.1b Basiswerte für allgemeine Bevölkerung (Entwurf ICNIRP1997)<br />
Frequenzen Induzierte SAR Lokale SAR Lokale SAR Leistungsfluß-<br />
Stromdiche Gesamtkörper (Gliedmaßen) (Kopf und dichte<br />
(mA/m²) mittelwert (W/kg) Rumpf) (W/m²)<br />
(W/kg) (W/kg)<br />
1 - 4 Hz 8 /f<br />
4 - 1000Hz 2<br />
1000 Hz - 100 kHz f/500<br />
100 kHz - 10 MHz f/500 0,08 2 4<br />
10 MHz -10 GHz 0,08 2 4<br />
10 Ghz - 300 GHz 10
Tabelle 5.2a: Einige national und international zulässige Werte für berufliche Exponierte im Frequenzbereich 0 Hz<br />
- 30 kHz oder kontrollierter Bereich<br />
Land Frequenz f Expositionsgrenzwerte Bemerkungen<br />
Hz V/m A/m mT<br />
IRPA/INIRC (1990) 50-60 10000 400 0,5<br />
USA ANSI (1991) 3000 - 30000 614 163<br />
Europäischer Rat (1994)<br />
Auslöseschwellen<br />
< 1<br />
4<br />
6,14*10<br />
5<br />
1,63*10 200<br />
1 - 10<br />
4<br />
6,14*10<br />
5 2<br />
1,63*10 /f<br />
2<br />
200/f<br />
10 - 1000 614000/f 16300/f 20/f<br />
1000 - 30000 614 16,3 0,02<br />
CENELEC (1995) 0 - 0,1 42000* 200° Für 8 Stunden<br />
0,1 - 0,23 140°<br />
0,23 - 1 320/f<br />
0,1 - 50 30000*<br />
1 -4 320/f²<br />
4 - 1500 80/f<br />
50 - 1500 1500000/f*<br />
1500 - 10000 1000 0,053<br />
* Grenzwert<br />
abhängig von<br />
Aufenthaltszeiten<br />
°8 Stunden<br />
Mittelwert<br />
höhere Werte<br />
für kurze<br />
Aufenthaltszeiten<br />
0 - 1 67,9 Es gibt<br />
DIN 0848 (1995) zusätzliche<br />
Expositionsbereich 1 0 - 35,53 30000<br />
Werte für<br />
verschiedene<br />
1 - 1000 67,9/f Aufenthalts-<br />
35,53 - 1000 1066000/f<br />
zeiten<br />
1000 - 30000 1066 0,0679<br />
Schweiz (1994) 0 40 000 60 000 75<br />
Suva<br />
16 2/3 36 800 960 1,2<br />
50 12 300 320 0,4<br />
400 1 500 40 0,05<br />
Österreich 0 28000 7000 8,75 zeitlich<br />
Ö-Norm (1994) unbegrenzter<br />
0 - 4 5000 6,25 Aufenthalt<br />
4 - 250 20000/f *) 25,0/f *)<br />
250 - 10000 80 0,10<br />
1,34 1,34<br />
10000 - 30000 3,660f °) 0,00457f °)<br />
0 - 25 20000<br />
25 - 815 500000/f *)<br />
815 - 30000 614<br />
*) f in Hz<br />
°) f in kHz
Tabelle 5.2b : Einige national und international zulässige Werte für die Bevölkerung im Frequenzbereich 0 Hz - 30<br />
kHz oder unkontrollierter Bereich<br />
Land Frequenz f Expositionsgrenzwerte Bemerkungen<br />
Hz V/m A/m mT<br />
BImSchV (1996) 16 � 10000 0,3<br />
50 5000 0,1<br />
IRPA/INIRC (1991) 0 2000 Ganzkörper<br />
5000 Extremitäten<br />
IRPA/INIRC (1990) 50-60 5000 80 0,1<br />
USA ANSI (1991) 3000 - 30000 614 163<br />
CENELEC (1995) 0 - 0,1 14000 40<br />
0,1 - 0,18 28<br />
0,18 - 235 32/f<br />
235 - 10000 0,021<br />
0,1 - 60 10000<br />
60 - 1500 600000/f<br />
1500 - 10000 400<br />
DIN 0848 (1995) 0 - 16,67 20000<br />
Expositionsbereich 2<br />
0 - 1 21,22<br />
16,67 - 1000 333300/f<br />
1 - 1000 21,22/f<br />
1000 - 30000 333,3 0,02122<br />
Schweiz (1993) 10 - 25 10 000 4 000/f 5/f<br />
BUWAL<br />
25 - 2874 250 000/f 4 000/f 5/f<br />
2874 - 5500 87 4 000/f 5/f<br />
5500 - 100000 87 0,73 0,00091<br />
Österreich<br />
Ö-Norm (1993)<br />
0 14000 1400 1,75<br />
0 - 4 1000 1,25<br />
4 - 250 4000/f *) 5/f *)<br />
250 - 10000 16 0,02<br />
2,09 2,09<br />
10000 - 30000 0,13f °) 0,00016f °)<br />
0 - 25 10000<br />
25 -910 250000/f *)<br />
910 - 30000 275<br />
*) f in Hz<br />
°) f in kHz
Tabelle 5.3a: Einige national und international zulässige Werte für beruflich Exponierte im Hochfrequenzbereich<br />
(f in MHz) oder kontrollierter Bereich<br />
Land Frequenz f Expositionsgrenzwerte Bemerkungen<br />
MHz V/m A/m W/m 2<br />
IRPA/INIRC (1988) 0,1 - 1 614 1,6/f -<br />
1 - 10 614/f 1,6/f -<br />
10 - 400 61 0,16 10<br />
1/2 1/2<br />
400 - 2000 3f 0,008f f/40<br />
2000 - 300000 137 0,36 50<br />
Europäischer Rat 0,01 -0,3 614 16,3 Dauer-<br />
(1994) exposition<br />
Auslöseschwellen 0,3 - 1 614 1,6/f<br />
8 Stunden<br />
1 - 10 614/f 1,6/f<br />
10 - 30 61,4 1,6/f 10<br />
30- 400 61,4 0,163 10<br />
1/2 1/2<br />
400 - 2000 3f 0,00816f 0,025f<br />
2000 - 150000 137 0,364 50<br />
1/2 -4 1/2<br />
150000 - 300000 0,35f 9,36*10 f 0,000334f<br />
CENELEC (1995) 0,01 - 0,038 1000 42<br />
0,038 - 0,61 1000 1,6/f<br />
0,61 - 10 614/f 1,6/f<br />
10 - 400 61,4 0,16 10<br />
1/2 -3 1/2<br />
400 - 2000 3,07f 8,14*10 f f/40<br />
2000 - 150000 137 0,364 50<br />
1/2 -4 1/2<br />
150000 - 300000 0,354 f 9,4*10 f<br />
-4<br />
3,334*10 f<br />
DIN 0848 (1991) 0,03 - 0,1 1500<br />
1,355<br />
2,158/f - Einwirkzeit<br />
Expositionsbereich 1 > 6 Min<br />
0,1 - 0,41 1500 4,89/f -<br />
0,41 - 10 614/f 4,89/f -<br />
10 - 30 61,4 4,89/f -<br />
30 - 400 61,4 0,16 10<br />
1/2 1/2<br />
400 - 2000 3,07f 0,00814f f/40<br />
2000 - 300000 137 0,36 50<br />
Schweiz (1994) 13,56 61,4 0,36 10<br />
Suva<br />
27,12 61,4 0,18 10<br />
40,68 61,4 0,16 10<br />
433,92 63,9 0,17 11<br />
2450 137 0,36 50<br />
5800 137 0,36 50<br />
24125 137 0,36 50<br />
Österreich<br />
Ö-Norm (1995)<br />
0,03 - 3 614<br />
-1,1332<br />
7,05706f<br />
3 - 30<br />
-1<br />
1842 f<br />
-1,1332<br />
7,05706f
Land Frequenz f Expositionsgrenzwerte Bemerkungen<br />
MHz V/m A/m W/m 2<br />
30 - 300 61,4 1,6<br />
0,49667 -3 0,51072 -2<br />
300 - 1500 3,57202 f 8,68945 10 f 3,33333 10 f<br />
1500 - 30000 137 0,36 50<br />
Australien (1985)<br />
Beruflich Beschäftigte<br />
0,3 - 9,5 194 0,51 100<br />
Kategorie A<br />
9,5 - 30 1841/f 4,9/f 9000/f 2<br />
Kategorie B<br />
30 - 300000 61 0,16 10<br />
0,3 - 3 614 1,6 1000<br />
3- 30 1841/f 4,9/f 9000/f 2<br />
30 - 300000 61 0,16 10<br />
USA ANSI (1991) 0,003 - 0,1 614 163<br />
0,1 - 3 614 16,3/f<br />
3 - 30 1842/f 16,3/f<br />
30 - 100 61,4 16,3/f<br />
100 - 300 61,4 0,163 10<br />
300 - 3000 - - f/30<br />
3000 - 15000 - - 100<br />
15000 - 300000 - - 100<br />
UdSSR 0,06 - 3 50<br />
**<br />
5 - * t =<br />
(1976,1983) Expositions-<br />
3 - 30 20 - - zeit in<br />
Stunden<br />
30 - 50 10 0,3 - ** bis 1,5<br />
50 - 300 5 0,15 -<br />
MHz<br />
300 - 300000 - - 2/t *
Tabelle 5.3b: Einige national und international zulässige Werte für die Bevölkerung im Hochfrequenzbereich (f in<br />
MHz) oder unkontrollierter Bereich<br />
Land Frequenz f Expositionsgrenzwerte Bemerkungen<br />
MHz V/m A/m W/m 2<br />
BImSchV (1996) 10 - 400 27,5 0,073<br />
400 - 2000 1,375 �f 0,0037 �f<br />
2000 - 300000 61 0,16<br />
IRPA/INIRC<br />
(1988)<br />
0,1 - 1 87<br />
1/2<br />
0,23/f -<br />
1 - 10<br />
1/2<br />
87/f<br />
1/2<br />
0,23/f -<br />
10 - 400 27,5 0,073 2<br />
1/2 1/2<br />
400 - 2000 1,375f 0,0037f f/200<br />
2000 - 300000 61 0,16 10<br />
CENELEC (1995) 0,01 - 0,042 400 16,8<br />
0,042 - 0,68 400 0,7/f<br />
0,68 - 10 275/f 0,7/f<br />
10 - 400 27,5 0,07 2<br />
1/2 -4 1/2<br />
400 - 2000 1,37 f 3,64*10 f f/200<br />
2000 - 150000 61,4 0,163 10<br />
150000 -<br />
300000<br />
1/2<br />
0,158f<br />
-4 1/2<br />
4,21*10 f<br />
-5<br />
6067*10 f<br />
Australien (1985) 0,3 - 9,5 86,8 0,23 20<br />
9,5 - 30 825/f 2,19/f 1800/f 2<br />
30 - 300000 27,5 0,073 2<br />
USA 0,003 - 0,1 614 163<br />
ANSI (1991)<br />
0,1 - 1,34 614 16,3/f -<br />
DIN 0848 (1991)<br />
Expositionsbereich 2<br />
1,34 - 3 823,8/f 16,3/f -<br />
3 - 30 823,8/f 16,3/f -<br />
1,668<br />
30 - 100 27,5 156,3/f -<br />
100 - 300 27,5 0,0729 2<br />
300 - 3000 - - f/150<br />
3000 - 15000 - - f/150<br />
15000 - 300000 - - 100<br />
0,03 - 0,14 300 16 - Einwirkzeit<br />
0,14 - 0,92 300 2,19/f - > 6 min<br />
0,92 - 10 275/f 2,19/f -<br />
10 - 30 27,5 2,19/f -<br />
30 - 400 27,5 0,07 2<br />
1/2 1/2<br />
400 - 2000 1,37f 0,00364f f/200<br />
2000 - 300000 61,4 0,16 10<br />
Schweiz (1990)<br />
BUWAL<br />
0,1 - 1 87<br />
½<br />
0,23/f
Land Frequenz f Expositionsgrenzwerte Bemerkungen<br />
MHz V/m A/m W/m 2<br />
½ ½<br />
1 - 10 87/f 0,23/f<br />
10 - 400 27,5 0,073 2<br />
½ ½<br />
400 - 2000 1,375f 0,0037/f f/200<br />
2000 - 300000 61 0,16 10<br />
Österreich<br />
Ö-Norm (1992)<br />
0.03 - 3 275<br />
-1,11332<br />
3,15601 f<br />
3 - 30<br />
-1<br />
824 f<br />
-1,11332<br />
3,15601 f<br />
30 - 300 27,5 0,072 2<br />
-3 0,50763 -3<br />
300 - 1500 1,59615 f 3,97876 10 f 6,66666 10<br />
0,49907<br />
f<br />
1500 - 300000 61,5 0,16 10<br />
UdSSR 0,03 - 0,3 25 - -<br />
(1984)<br />
0,3 - 3 15 - -<br />
5.1.1 Internationale Regelungen<br />
3 - 30 10 - -<br />
30 - 300 3 - -<br />
300 - 300000 - - 0,1<br />
In der Weltgesundheitsorganisation (WHO) publiziert die "Division of<br />
Environmental Health" in regelmäßigen Abständen in Zusammenarbeit mit der IRPA<br />
und dem United Nations Environment Programme "Environmental Health Criteria"<br />
(EHC) Dokumente. In diesen werden die wissenschaftlichen Grundlagen für den<br />
Strahlenschutz zusammengetragen, die vorliegenden biologischen Befunde bewertet<br />
und der bestehende Forschungsbedarf identifiziert. Für die IRPA/ICNIRP stellen diese<br />
Dokumente die wissenschaftliche Grundlage für die eigenen Empfehlungen dar. Die<br />
wichtigsten WHO-Publikationen auf diesem Gebiet sind:<br />
EHC 35 "Extremely Low Frequency (ELF) Fields”,<br />
EHC 69 "Magnetic Fields"<br />
EHC 137 “Electromagnetic Fields (300 Hz - 300 GHz)”<br />
Nach der Bewertung der WHO sind im Bereich der Niederfrequenz die gesundheitlichen<br />
Wirkungen durch die induzierten Ströme im Körper zu begrenzen. Für andere<br />
beobachtete Effekte sind bislang die wissenschaftlichen Erkenntnisse nicht ausreichend,<br />
um daraus Grundlagen für eine Expositionsbegrenzung abzuleiten.<br />
Es liegt eine IRPA/INIRC Interim-Empfehlung für die Netzfrequenzen 50/60 Hz<br />
vor. Für den Hochfrequenzbereich 100 MHz bis 300 GHz gibt es eine IRPA Grenzwert-<br />
Empfehlung. In der Risikobewertung der IRPA werden nur die oben beschriebenen<br />
Effekte berücksichtigt. Für die Netzfrequenzen sollte nach IRPA ein Sicherheits-<br />
2<br />
grenzwert für die induzierte Stromdichte (Kopf und Rumpf) von 10 mA/m nicht<br />
überschritten werden (abgeleitete Grenzwerte siehe Tabelle 5.2). Für den Bereich 10<br />
Mhz bis 300 Ghz sind die Grundlange der Grenzwerte spezifische Absorptionsraten im<br />
Körper (SAR)(siehe Tabelle 5.) Die abgeleiteten Grenzwerte sind in den Tabellen 5.2<br />
und 5.3 enthalten.
Fast alle Länder gehen heute von denselben Basisgrenzwerten aus. Ein Teil<br />
der Unterschiede in den abgeleiteten Grenzwerten ist in den unterschiedlichen Umrechnungsmodellen<br />
von den Basisgrenzwerten in äußere Feldstärke, der Größe der<br />
Sicherheitszuschläge und der Auswahl der zu berücksichtigenden Effekten begründet.<br />
Es ist wenig sinnvoll von den internationalen Festlegungen abweichende nationale<br />
Grenz- und Richtwerte für den Gesundheitsschutz festzulegen.<br />
5.1.2 Regelungen in der Europäischen Union<br />
Für den Bereich des Arbeitsschutzes liegt zur Zeit ein Entwurf der Kommission<br />
der Europäischen Gemeinschaft "Vorschlag für eine Richtlinie des Rates über<br />
Mindestvorschriften zum Schutz von Sicherheit und Gesundheit der Arbeitnehmer vor<br />
Gefahren durch physikalische Einwirkungen" vor. In dieser Richtlinie wird ein eigenes<br />
Grenzwertkonzept angewendet, welches sich aber weitgehend an die Empfehlungen<br />
der IRPA anlehnt.<br />
Richtwerte für die Emission von technischen Arbeitsmitteln werden zur Zeit im<br />
Rahmen der Maschinenrichtlinie bei der europäischen Normungsorganisation CEN<br />
erarbeitet.<br />
Das Europäische Komitee für elektrotechnische Normung (CENELEC) hat für<br />
den Bereich Schutz vor elektromagnetischen <strong>Felder</strong>n die Vornorm ENV 50166-1 und<br />
ENV 50166-2 vorgelegt, die teilweise von den Werten der EU und der ICNIRP<br />
abweichen (Tab. 5.2/ 5.3).<br />
5.1.3 Regelungen in der Bundesrepublik Deutschland<br />
In der Bundesrepublik ist der Schutz der Allgemeinbevölkerung in der 26.<br />
Verordnung nach dem Bundesimmissionsschutzgesetz (BImSchG) geregelt. Die<br />
Festlegungen der Grenzwerte richten sich nach den Empfehlungen der ICNIRP. Der<br />
Wert für die Bahnfrequenz 16(2/3)Hz wurde nach den Kriterien der ICNIRP festgelegt,<br />
da dort keine Werte angegeben worden sind. Damit beruhen diese Werte auf dem zur<br />
Zeit abgesicherten Stand der wissenschaftlichen Erkenntnis.<br />
Anforderungen nach dem BImSchG richten sich immer an den Betreiber einer<br />
Anlage, die gewerblichen Zwecken dient oder im Rahmen wirtschaftlicher Unternehmungen<br />
Verwendung findet. Als untergesetzliches Regelwerk kann die Verordung<br />
nur Bereiche regeln, die dem Recht der Wirtschaft zugeordnet werden können.<br />
Hochfrequenzanlagen im Sinne dieser Verordnung sind ortsfeste<br />
Sendefunkanlagen mit einer Sendeleistung von 10 Watt EIRP (äquivalente isotrope<br />
Strahlungsleistung) oder mehr, die elektromagnetische Strahlung im Frequenzbereich<br />
10 MHz - 300 GHz erzeugen.<br />
Niederfrequenzanlagen im Sinne dieser Verordnung sind folgende ortsfeste<br />
Anlagen zur Umspannung und Fortleitung von Elektrizität:<br />
a) Freileitungen und Erdkabel mit einer Frequenz von 50 Hz und einer Spannung<br />
von 1000 V oder mehr;<br />
b) Bahnstromfern- und -oberleitungen einschließlich der Umspann- und Schaltanlagen<br />
mit einer Frequenz von 16 2/3 Hz oder 50 Hz;<br />
c) Elektroumspannanlagen einschließlich der Schaltfelder mit einer Frequenz von<br />
50 Hz und einer Oberspannung von 1000 V oder mehr.<br />
Diese aufgeführten Anlagen stellen eine abschließende Aufzählung da, alle
anderen Anlagen, die sonst oft auch mit dem Begriff Niederfrequenzanlagen<br />
bezeichnet werden, fallen nicht unter diese Verordung.<br />
Die Festlegungen des §§ 2, 3 sind Immissionsgrenzwerte (Tabellen 5.2, 5.3),<br />
die auch von Altanlagen eingehalten werden müssen. Deshalb besteht auch eine<br />
Nachrüstpflicht für Altanlagen. In § 10 sind die Übergangsvorschriften geregelt.<br />
Danach müssen alle bestehenden Anlagen unverzüglich auf die Einhaltung der<br />
Grenzwerte überprüft werden. Können innerhalb von drei Jahren diese Überschreitungen<br />
nicht beseitigt werden, kann bei der zuständigen Behörde auf Grund<br />
eines begründeten Antrages eine Fristverlängerung zugelassen werden.<br />
Der Bereich, in dem diese Grenzwerte eingehalten werden, besteht aus<br />
Gebäuden und Grundstücken, die nicht nur zum vorübergehenden Aufenthalt von<br />
Menschen bestimmt sind. Damit sind in erster Linie Wohngebäude, aber auch<br />
Krankenhäuser, Schulen, Kindergärten, Arbeitsstätten, Spielplätze, Gärten oder<br />
sonstige Orte gemeint, an denen nach der konkreten bestimmungsgemäßen Nutzung<br />
regelmäßig längere Verweilzeiten (mehrere Stunden) von Personen auftreten.<br />
Maßgebend ist die Aufenthaltsdauer der einzelnen Person. Nicht erfaßt sind damit<br />
beispielsweise Orte wie Fernstraßen oder Bahnsteige, an denen sich zwar u.U. ständig<br />
Menschen aufhalten, die Verweildauer des Einzelnen aber in der Regel gering ist.<br />
Nicht dazu gehören landwirtschaftlich genutzte Flächen, Wälder, Parks, Lager- und<br />
Verkehrsflächen.<br />
Die Immissionsgrenzwerte, die aus biologisch begründeten Basisgrenzwerten<br />
abgeleitet worden sind, müssen unterhalb des Basisgrenzwertes von 2 mA/m² bzw.<br />
0,08 W/kg liegen. Erst weit oberhalb dieser Schwelle ist nach den Auswertungen der<br />
ICNIRP mit Gesundheitsgefahren zu rechnen. Die Grenzwerte für das elektrische Feld<br />
gewährleisten auch einen weitgehenden Schutz vor wesentlichen Belästigungen, die<br />
durch Kontaktströme oder kapazitive Entladungen verursacht werden können. Der<br />
Schutz von Herzschrittmacherträgern ist nicht Gegenstand dieser Verordnung.<br />
Auch die Grenzwertregelung mit den kurzzeitigen Feldstärkespitzen und den<br />
kleinräumigen Überschreitungen ist in Übereinstimmung mit dem Konzept der ICNIRP,<br />
da zum einen diese Werte von einer Dauerexposition ausgehen und vorübergehende<br />
Überschreitungen ausdrücklich für unbedenklich erachtet werden. Solche Werte<br />
können z.B. durch Schaltvorgänge oder durch einen Ausfall oder Reparatur von<br />
Parallelleitungen auftreten. Eine kleinräumige Überschreitung der Grenzwerte des<br />
elektrischen Feldes (16 2/3 und 50 Hz) ist in der Regel unkritisch, da Gebäude und<br />
Bepflanzungen eine weitgehende Abschirmung des elektrischen Feldes sicherstellen<br />
und so diese Werte zu keiner erhöhten Expostion beitragen. Treten aber wesentliche<br />
Belästigungen durch indirekte Wirkungen auf, müssen diese vom Anlagenbetreiber<br />
abgestellt werden.<br />
Anlagen müssen die Immissionsgrenzwerte auch unter der höchsten betrieblichen<br />
Anlagenauslastung einhalten, deshalb kann die Überprüfung der Einhaltung der<br />
Grenzwerte in der Regel nur mit Hilfe von Rechnungen erfolgen. Es gibt eine Reihe<br />
von Rechenprogrammen, die <strong>Felder</strong> von Niederfrequenzanlagen mit guter Genauigkeit<br />
berechnen können. Messungen werden in der Regel erheblich geringere Feldstärken<br />
ergeben, da fast alle Anlagen weit von ihrer thermischen Grenzlast betrieben werden.<br />
So werden Verbundhochspannungsfreileitungen in der Regel bei ca. 1/3 der<br />
maximalen Leistung betrieben. Dadurch ist sowohl der Strom geringer als auch der<br />
Durchhang der Leitungen und damit auch das magnetische und elektrische Feld.<br />
Müssen zum Nachweis der Einhaltung der Grenzwerte Messungen durchgeführt<br />
werden, so müssen diese mit geeigneten Umrechenverfahren auf die höchste<br />
betriebliche Anlagenauslastung hochgerechnet werden. Bei allen Messungen und
Berechnungen sind die Anforderungen der DIN VDE 0848 Teil 1 zu beachten.<br />
Grenzwerte für die anderen Frequenzen liegen zur Zeit noch nicht vor, sollen<br />
aber eingefügt werden, wenn die ICNIRP ihre angekündigte Empfehlung für diesen<br />
Bereich veröffentlicht. Von der Strahlenschutzkommission (SSK) gibt es Veröffentlichungen<br />
aus 1995, in der die Werte der ICNIRP erläutert werden.<br />
Neben der Verordnung gibt es zur Zeit noch für die Beurteilung der Einwirkung<br />
auf die Arbeitnehmer und auch für die Bevölkerung eine DIN -VDE-Vornorm 0848.<br />
Diese Norm weicht zur Zeit von der Verordnung ab, soll aber durch die entsprechenden<br />
Fachkommissionen des DIN angepaßt werden.<br />
Für den Bereich Arbeitsschutz gibt es derzeit noch keine konkreten rechtlichen<br />
Vorschriften. Es wird aber zur Zeit an einer betreffenden Unfallverhütungsvorschrift auf<br />
Grundlage des Arbeitsschutzgesetzes gearbeitet. Dazu liegt ein veröffentlichter<br />
Vorschlag der Berufsgenossenschaft der Feinmechanik und Elektrotechnik als “Regeln<br />
für Sicherheit und Gesundheitsschutz an Arbeitsplätzen mit Exposition durch<br />
elektrische, magnetische oder elektromagnetische <strong>Felder</strong>” vor. Auf Basis dieser<br />
Regeln soll im Laufe des Jahres 1997 eine Unfallverhütungsvorschrift für elektromagnetische<br />
<strong>Felder</strong> entwickelt werden.<br />
Auch bei Einhaltung der Grenzwerte nach IRPA können elektrische <strong>Felder</strong><br />
belästigend wirken und das Wohlbefinden beeinträchtigen. Dabei sind aber auch für<br />
langfristige Einwirkungen von solchen niederfrequenten elektrischen <strong>Felder</strong>n keine<br />
Gesundheitsschäden bekannt, wenngleich eine wesentliche Belästigung vorliegen<br />
kann. Die Grenzwerte stellen auch keinen sicheren Schutz für die Träger von<br />
Herzschrittmachern dar.<br />
Bei allen bis jetzt vorgestellten Grenzwerten ist zu berücksichtigen, daß sie auf<br />
die Wirkung nur eines einzigen Umwelteinflusses zugeschnitten sind. Ein mögliches<br />
Zusammenwirken mit anderen Einflüssen bleibt, wie auch in der Regel bei allen<br />
anderen Umwelteinwirkungen, unberücksichtigt (Synergismuseffekte), da der<br />
Wissensstand dazu gering ist.<br />
Die Bilder 5.1 und 5.2 zeigen die Arbeitschutzgrenzwerte der berufsgenossenschaftlichen<br />
Regeln für die Expositionsbereiche 1 und 2. Die Bilder 5.3 und 5.4 zeigen<br />
eine Auswahl von zulässigen Werten nach Tabelle 5. 2 und 5.3.
Bild 5.1: Nach berufsgenossenschaftlichen Regeln zulässige Werte der elektrisch Feldstärke für den Frequenzbereich<br />
0 - 300 GHz<br />
Bild 5.2: Nach berufsgenossenschaftlichen Regeln zulässige Werte der magnetischen Feldstärke für den Frequenzbereich<br />
0 - 300 GHz
Bild 5.3 Einige Beispiele für den graphischen Verlauf der Expositionsgrenzwerte im Nf-Bereich
Bild 5.4 Einige Beispiele für den graphischen Verlauf der Expositionsgrenzwerte im Hf-Bereich
5.2 Vorsorgeempfehlungen<br />
National und international besteht bei den Gremien, die für die Erstellung von<br />
Grenzwerten verantwortlich sind, Übereinstimmung darüber, daß Grenzwerte dazu<br />
dienen, Gefährdungen oder Störungen im Sinne von wesentlichen Beeinträchtigungen<br />
des Wohlbefindens von Personen zu vermeiden. Die unterschiedlichen Regelungen<br />
werden dieser Zielsetzung alle gerecht, auch wenn die zweifellos vorhandenen<br />
Unsicherheiten unterschiedlich bewertet wurden. Es wird deshalb immer wieder die<br />
Frage nach weitergehenden Regelungen gestellt.<br />
Die 26. Verordnung nach den BImSchG enthält in seinem § 4 einige Anforderungen<br />
zur Vorsorge für Niederfrequenzanlagen. Diese Anforderungen richten<br />
sich immer nur an den Betreiber und können nur für neue Anlagen oder für<br />
wesentliche Änderungen gefordert werden. Als eine wesentliche Änderung kann eine<br />
Maßnahme angesehen werden, die die Exposition durch magnetische oder elektrische<br />
<strong>Felder</strong> erhöhen kann. Dazu zählen eine Änderung der Spannungsebene, stärkere<br />
Leiterseile, neue Masttypen usw.. Keine wesentliche Änderung sind u.a. Austausch<br />
von Komponenten gegen baugleiche Komponenten, Erhaltungsmaßnahmen und auch<br />
eine Nutzung zu anderen Zwecken. Die Vorsorgeanforderungen beinhalten, daß in der<br />
Nähe von Wohnungen, Krankenhäusern, Schulen, Kindergärten, Kinderhorten, Spielplätzen<br />
oder ähnlichen Einrichtungen die maximalen Effektivwerte der elektischen und<br />
magnetischen Feldstärke nicht über den Immissionsgrenzwerten (Tabelle 5.2) für<br />
Daueraufenthalt liegen dürfen. Diese Vorgabe ist so gewählt, daß in der Praxis die<br />
Anlagen so ausgelegt werden müssen, daß sich für die Langzeitexposition in der<br />
Regel ein geringerer Wert als 10 µT (50 Hz) bzw. 30 µT (16 2/3 Hz) ergibt oder ihn<br />
zumindest nicht wesentlich überschreiten. Dies sind auch Werte, die deutschen<br />
Strahlenschutzkommission zur Vorsorge von der als vertretbar angesehen werden.<br />
Für Hochfrequenzanlagen wurde eine über die Regelungen des § 2 hinausgehende<br />
Festlegung zur Vorsorge zur Zeit als nicht zu begründen angesehen und<br />
deshalb auch keine Vorsorgeregelungen festgelegt.<br />
In einigen Ländern gibt es Regelungen, die implizit zu einer Expositionsverringerung<br />
der Bevölkerung beitragen. In mehreren Staaten der USA gibt es<br />
Bauverbote im sogenannten “Right of Way”, einem Landstreifen entlang von<br />
Höchstspannungsleitungen. Die Verbindlichkeit der Richtwerte ist sehr unterschiedlich<br />
und teilweise ist die Anwendung den Planungsträgern auch freigestellt (Tabelle 5.4).<br />
In Italien gibt es neben den Grenzwertempfehlungen der ICNIRP auch eine<br />
verbindliche Abstandregelung zu Hochspannungsleitungen.<br />
Über Grenzwertregelungen hinaus werden in manchen Ländern auch andere<br />
Vorsorge-Überlegungen angestellt. Dazu gehören das ALARA-Prinzip und der Begriff<br />
der “Prudent Avoidance”(klugen Vermeidung). Im wesentlichen geht es darum, die<br />
Exposition von Personen gegenüber elektromagnetischen <strong>Felder</strong>n so weit zu senken,<br />
wie es techisch bzw. wirtschaftlich vernünftig möglich ist. Dieser Begriff “vernünftig” ist<br />
natürlich mit großen Unsicherheiten behaftet, in Schweden wurde dazu vorgeschlagen,<br />
die wirtschaftlichen Kosten im Vergleich zu üblichen Ausgaben zur Reduktion von<br />
Opfern z.B. im Straßenverkehr oder durch ionisierende Strahlung (z.B. Radon,<br />
Medizin) zu beurteilen.<br />
In der Schweiz soll bei einem Bruchteil der vom BUWAL empfohlenen<br />
Grenzwert eine sog. Überprüfungsschwelle eingeführt werden. Unterhalb dieser soll<br />
z.B. eine Anlage oder eine Freileitung im Bezug auf elektromagnetische <strong>Felder</strong> nicht<br />
mehr Gegenstand weiterer Optimierungsanforderungen sein. In Schweden existiert<br />
eine Norm mit Grenzwerten zur Abstrahlung von Computer-Monitoren, die sich nur an
dem technisch “vernünftig” Machbaren orientiert. Auch die SSK macht in ihrer neuen<br />
Stellungnahme Aussagen zu einer möglichen Vorsorge bei <strong>Felder</strong>n der Energieversorgung<br />
und -anwendung. Es wird ausgeführt, daß eine Reduktion aus strahlenhygienischen<br />
Gründen nicht notwendig sei. Als ein sinnvoller Ermessensspielraum<br />
wird bei magnetischen <strong>Felder</strong>n eine Reduktion um eine Größenordnung und bei<br />
elektrischen <strong>Felder</strong>n um den Faktor 3 angegeben, denn dann lägen die durch die<br />
äußeren <strong>Felder</strong> induzierten Stromdichten im unteren Bereich der körpereigenen<br />
Stromdichten. In vielen Fällen können beim Bau von Anlagen und Geräten erhebliche<br />
Verringerung der Exposition ohne nennenswerte Mehrkosten ereicht werden, wenn<br />
man die Expositionsminimierung als Ziel bereits in der Planungs- bzw. Designphase<br />
berücksichtigt.<br />
Tabelle 5.4: Empfehlungen und Festlegungen für Hochspannungsleitungen, die mit Netzfrequenz<br />
(50/60 Hz) betrieben werden. Aussagen über die Verbindlichkeit der einzelnen<br />
Empfehlungen sind nicht enthalten<br />
.<br />
Land Hochspannungs- Art der Beschränkung Abstand elektrisches Feld Magnetfeld<br />
system m kV/m µT<br />
USA / Montana alle Systeme Am Rande der Trasse (RoW) 5) 1<br />
USA / Minnesota alle Systeme Maximum auf der Trasse (RoW) 8<br />
USA / New Jersey alle Systeme Am Rand der Trasse (RoW) 3<br />
USA / New York alle Systeme Am Rand der Trasse (RoW) 1,6 15 1)<br />
USA / North Dakota alle Systeme Maximum auf der Trasse (RoW) 9<br />
USA / Oregon alle Systeme Maximum auf der Trasse (RoW) 9<br />
USA / Florida 500 kV Maximum auf der Trasse (RoW) 10<br />
Am Rande der Trasse (RoW) 2 20 3)<br />
230 kV und Maximum auf der Trasse (RoW) 8<br />
kleiner Am Rande der Trasse (RoW) 2 15<br />
Schweden (NEA) 2) alle Systeme Schulen, Kindertagesstätten usw6) 20-80 0,2 - 0,3<br />
Italien 4) 132 kV Wohnbebauung u.a.7) 10 5 100<br />
230 kV 18 5 100<br />
380 kV 28 5 100<br />
Luxemburg 220 -110 kV Planung Wohnbebauung 6) 30<br />
65 kV 20<br />
Hamburg 380 kV Wohnbebauung 7) 12 - 50<br />
Brandenburg 110, 220 kV Bauleitplanung Wohngebiete 6) 30<br />
380 kV 50<br />
Sachsen-Anhalt 110, 220 kV Bauleitplanung Wohngebiete 6) 30<br />
380 kV 50<br />
Bremen Bauleitplanung Wohngebiete 7) 50<br />
Bemerkungen: 1) bei Systemen bis 230 kV in 18 m Abstand von dem Rand des äußeren Leiters<br />
2) NEA: Nationale Energieverwaltung<br />
3) 25 µT bei Doppel-Systemen<br />
4) nur in bewohnten Gebieten<br />
5) RoW = rights of way<br />
6) Von Mitte Trasse<br />
7) Vom äußeren Leiter
Diese Vorgehensweise wird in anderen Ländern angesichts der nicht sehr<br />
hohen Evidenz für einen allfälligen Nutzen bei gleichzeitiger möglicher ungerechtfertigter<br />
Verunsicherung der Bevölkerung abgelehnt. Diesen Ausgangspunkt nehmen<br />
unteranderem die Weltgesundheitsorganisation (WHO), die Internationale<br />
Strahlenschutzvereinigung (IRPA), das englische nationale Strahlenschutzamt (NRPB)<br />
ein.<br />
Viele Baubiologen bewerten bestimmte experimentelle Ergebnisse als so<br />
bedeutsam, daß sie wesentlich weitergehende Schutz- und Minderungsmaßnahmen<br />
(Grenzwerte zum Teil mehrere Zehnerpotenzen unterhalb der IRPA-Werte)<br />
empfehlen. Die Begründungen für diese Grenzwerte sind wissenschaftlich nicht nachvollziehbar.<br />
Teilweise beziehen sich die Empfehlungen auf die natürliche Hintergrundstrahlung,<br />
zum anderen werden oft auch nur empirische Befunde über die<br />
Abwesenheit von zuvor beklagten Beschwerden verwendet.
6. Messungen<br />
6.1 Meßverfahren<br />
DIN VDE 0848-1 gilt für Meß- und Berechnungsverfahren zur Beurteilung der<br />
Sicherheit in elektrischen, magnetischen oder elektromagnetischen <strong>Felder</strong>n im Frequenzbereich<br />
von 0 Hz bis 300 GHz. Hinweise zum praktischen Vorgehen sind in<br />
dieser Norm jedoch nur kurz behandelt und werden durch die folgenden Ausführungen<br />
ergänzt.<br />
6.2 Meßgeräte<br />
Die Meßgeräte sollen den Anforderungen nach DIN VDE 0848-1 "Gefährdung<br />
durch elektromagnetische <strong>Felder</strong>" genügen. Meßgeräte zur Beurteilung von EM-<strong>Felder</strong>n<br />
müssen je nach Frequenzbereich so eingerichtet sein, daß sie die elektrische<br />
Feldstärke E, die magnetische Feldstärke H, die magnetische Flußdichte B oder die<br />
Leistungsdichte S messen. Die gesamte Meßunsicherheit sollte + 20 % nicht überschreiten.<br />
6.3 Hinweise zur Vorbereitung und Durchführung von Messungen<br />
Zur Meßvorbereitung empfiehlt sich folgende Vorgehensweise:<br />
- Einholen von technischen Angaben über die Feldquellen (Frequenzen, Generatorleistung,<br />
Strahlungseigenschaften, ggf. Modulation, Leiterströme und<br />
-spannungen) beim Betreiber<br />
- Ermittlung von Expositionsbedingungen und Angaben zu den Exponierten<br />
(Aufenthaltsorte und -zeiten, Schichtregime, Personengruppen)<br />
- Festlegung eines bewertbaren Betriebszustandes bei Anlagen mit wechselnden<br />
Betriebsparametern<br />
- Auswahl von Meßverfahren und -geräten entsprechend den technischen Bedingungen<br />
- Abschätzung der zu erwartenden maximalen Feldstärke oder Leistungsflußdichte<br />
vor Beginn der Messungen bzw. vor Inbetriebnahme einer Anlage; erreicht<br />
der Schätzwert die für den Personenschutz relevanten zulässigen Werte, sind<br />
für das Meßpersonal Schutzmaßnahmen (z.B. Leistungsabsenkung, zeitliche<br />
Aufenthaltsbeschränkung, persönliche Schutzausrüstung wie Schutzkleidung/<br />
-brille) vorzusehen<br />
- Parallele Berücksichtigung des Meßgeräteschutzes, da Überschreitungen des<br />
maximalen Meßbereichs häufig zur Zerstörung des Feldsensors führen<br />
- Messung, Protokollierung und Auswertung.<br />
Die Messungen sind bei der maximal möglichen Leistung durchzuführen;<br />
anderenfalls sind die Werte entsprechend hochzurechnen.<br />
Gemessen wird grundsätzlich am unbesetzten Arbeitsplatz. Die Beurteilung der<br />
Meßergebnisse erfolgt auf der Basis der maximalen, in der gedachten Körperachse<br />
des Beschäftigten gemessenen Werte der Feldstärke oder Leistungsflußdichte am<br />
Meßort.
Die das Meßgerät bedienende Person hat darauf zu achten, daß sie sich<br />
während der Messung nicht zwischen Feldquelle und Feldsonde bzw. Meßantenne<br />
befindet und sich alle nicht mit der Messung beauftragten Personen aus dem Bereich<br />
des Meßortes entfernen.<br />
Feldsonden mit isotroper Empfangscharakteristik, die durch eine orthogonale<br />
Anordnung von drei Meßwertaufnehmen/Detektorkombinationen im Sondenkopf erzielt<br />
wird, liefern einen von Einfallsrichtung und Polarisation des zu messenden Feldes<br />
weitgehend unabhängigen Meßwert.<br />
Feldsonden mit nur einer Meßwertaufnehmer/Detektorkombination oder Meßantennen<br />
weisen eine Richtcharakteristik auf und erfordern eine Orientierung der<br />
Sonde bzw. Antenne im Feld auf Maximumanzeige am Meßgerät. Dieser Maximalwert<br />
entspricht in vielen Fällen der Ersatzfeldstärke nach DIN/VDE 0848-1. Nur bei<br />
bestimmten Feldkonfigurationen, z.B. 50-Hz-Drehstromfelder, ist zur exakten Bestimmung<br />
der Ersatzfeldstärke die Sonde nacheinander in x-, y- und z-Richtung auszurichten<br />
und aus den Einzelmeßwerten die Ersatzfeldstärke zu berechnen.<br />
Treten am Meßort gleichzeitig <strong>Felder</strong> von mehr als einer Feldquelle auf, ist<br />
folgendes zu berücksichtigen:<br />
- Sind die Grenzwerte im zu untersuchenden Frequenzbereich gleich, so können<br />
die resultierenden Feldstärken mit breitbandigen Meßeinrichtungen direkt<br />
gemessen werden.<br />
- Arbeiten die Feldquellen in Frequenzbereichen mit unterschiedlichen Grenzwerten,<br />
so darf mit breitbandigen Geräten nur bei Einzelbetrieb der Feldquellen<br />
gemessen werden, anderenfalls sind frequenzselektive Meßsysteme einzusetzen.<br />
- Bei Verwendung von Feldsonden oder Meßantennen mit Richtcharakteristik ist<br />
nur die Messung in den drei orthogonalen Achsen mit nachfolgender Berechnung<br />
der Ersatzfeldstärke (resultierende Feldstärke) zulässig.<br />
6.4 Besonderheiten in den einzelnen Frequenzbereichen<br />
6.4.1 Niederfrequenzbereich<br />
Bei zeitabhängiger Richtung der Feldvektoren, z.B. Drehfelder von dreiphasigen<br />
Leiteranordnungen, ist die mit eindimensionalen Meßwertaufnehmern (Feldsonden mit<br />
Richtcharakteristik) gemessene maximale Feldstärke immer kleiner als die Ersatzfeldstärke.<br />
In diesem Fall muß in drei orthogonalen Achsen gemessen und aus den<br />
Einzelmeßwerten die Ersatzfeldstärke berechnet werden.<br />
Es ist bei der Messung der elektrischen Feldstärke besonders darauf zu achten,<br />
daß die Meßergebnisse nicht durch die feldverzerrrende Wirkung von Personen oder<br />
Gegenständen z.B. Meßleitungen unzulässig hoch beeinflußt werden. Deshalb werden<br />
die Geräte zur Messung der elektrischen Feldstärke entweder an einer Isolierstange<br />
ins Feld gehalten oder das Meßgerät befindet sich auf einem Stativ, und die Meßwertübertragung<br />
erfolgt über einen Lichtwellenleiter zu einem abgesetzten Anzeigeteil. Auf<br />
diesbezügliche Angaben des Geräteherstellers ist zu achten.<br />
Bei inhomogenen elektrischen <strong>Felder</strong>n sind Verfahren zur Bestimmung der<br />
elektrischen Ersatzfeldstärke (DIN VDE 0848-1) über die Messung des Gesamtkörperableitstroms<br />
im ungestörten homogenen Feld zugelassen, wenn der dabei entstehende<br />
Fehler bekannt ist. Die Ersatzfeldstärke E des äquivalenten homogenen Feldes<br />
kann mit dem gemessenen Gesamtkörperableitstromes I bei der Frequenz f mit Hilfe
der folgenden Beziehung näherungsweise ermittelt werden.<br />
E 4 I<br />
f<br />
Die Größen der o.a. Formel sind in folgenden Einheiten einzusetzen:<br />
E [kV/m]; I [µA]; f [Hz]<br />
Diese ist mit dem zulässigen Wert zu vergleichen.<br />
Die Grundlage dieser Gleichung bilden Messungen des Gesamtkörperableitstromes<br />
mit Hilfe einer leitfähigen Körpernachbildung, die einer aufrechtstehenden<br />
Person von 1,65 m Größe entspricht.<br />
Bei inhomogenen magnetischen <strong>Felder</strong>n dürfen die maximalen Feldstärken, gemittelt<br />
über eine kreisförmige Fläche von 100 cm², den zulässigen Wert nicht überschreiten.<br />
Nennenswerte Verzerrungen des magnetischen Feldes sind nur durch Gegenstände<br />
aus ferromagnetischen Metallen (Stahlträger, Armierungen, Blechtüren und -bedachungen,<br />
Fahrzeuge) zu erwarten. Personen beeinflussen das magnetische Feld nicht,<br />
so daß die Meßgeräte vom Messenden direkt ins Feld gebracht werden dürfen.<br />
6.4.2 Hochfrequenzbereich<br />
Für die Messung der elektrischen Feldstärke gelten nicht die strengen Abstandsforderungen<br />
von Personen und Gegenständen zur Feldsonde wie im Niederfrequenzbereich.<br />
Die Feldsonden sind überwiegend vom Anzeigeteil getrennt und mit<br />
einem Handgriff ausgerüstet, der eine definierte Haltung durch das Meßpersonal sichert.<br />
Ein Mindestabstand von 0,8 m zwischen Sondenkopf und Messenden sollte<br />
nicht unterschritten werden.<br />
6.4.3 Höchstfrequenz- (Mikrowellen-) Bereich<br />
Bei der Messung pulsmodulierter <strong>Felder</strong> mit Thermokoppler-Feldsonden,<br />
insbesondere an Radaranlagen, sollte 1/10 des maximalen Meßbereichs nicht überschritten<br />
werden, da die Impuls-Spitzenleistung den Detektor zerstören kann (Warnhinweise<br />
des Herstellers beachten!). Das gilt auch für Messungen mit Kombinationen<br />
aus Höchstfrequenz-Leistungsmessern und angepaßten Antennen, sofern nicht zum<br />
Schutz des Leistungsmeßkopfes und zur Meßbereichserweiterung zwischen Antenne<br />
und Leistungsmeßkopf Dämpfungsglieder geschaltet wurden.<br />
Die Messung der Exposition im Strahlungsbereich einer Radaranlage ist wie<br />
folgt vorzunehmen:<br />
- Die Rotations- oder Schwenkautomatik der Radarantenne wird außer Betrieb<br />
gesetzt und die Antenne nacheinander so auf jeden der zu untersuchenden<br />
Meßorte gerichtet, daß sich dieser im Strahlungsmaximum befindet.<br />
- Bei umschaltbarer Antennen- und Modulationscharakteristik ist diejenige mit der<br />
höchsten Leistungsflußdichte am jeweiligen Meßort zu wählen.<br />
- Zur Kontrolle der Einhaltung der Spitzenwerte können diese aus den Meßwerten<br />
der mittleren Leistungsflußdichte und den Parametern Impulsbreite und<br />
Pulsfolgefrequenz errechnet werden, wenn keine dafür geeigneten Meßgeräte<br />
zur Verfügung stehen.
6.5 Meßorte und Meßpunkte<br />
Meßorte und Meßpunkte werden nach Erfordernis am Arbeitsplatz und im<br />
Aufenthaltsbereich von Personen festgelegt.<br />
Die Lage des Meßortes sollte durch Entfernungsangaben zu mindestens zwei<br />
Bezugspunkten und/oder Bezugslinien in horizontaler Ebene angegeben werden.<br />
Um die Vergleichbarkeit der Meßergebnisse für identische Anlagen zu gewährleisten,<br />
sollten einheitliche Meßpunkthöhen über Standfläche entsprechend den<br />
ergonomischen Maßen für Sitz- und Steharbeitsplätze (jeweils Kopf-, Brust- und<br />
Beckenhöhe) verwendet werden. Bei Steharbeitsplätzen wird empfohlen, in Höhen von<br />
1,55, 1,25 und 0,90 m und bei Sitzarbeitsplätzen von 1,20, 0,90 und 0,45 m über<br />
Standfläche zu messen.<br />
Bei Messungen niederfrequenter <strong>Felder</strong> im Freien, insbesondere unter<br />
Hochspannungsleitungen, genügt im allgemeinen an einem Meßort ein Meßpunkt in<br />
einer Höhe von 1 - 1,5 m über Standfläche.<br />
6.6 Meßprotokoll<br />
Für reproduzierbare Meßergebnisse sollten im Meßprotokoll Angaben enthalten<br />
sein, wie z.B.:<br />
- Standort/Betreiber<br />
- Ort und Zeit der Messung<br />
- Anlagen- und/oder Generatorbezeichnung<br />
- Typ, Fabriknummer<br />
- Hersteller<br />
- Baujahr<br />
- Feldquelle<br />
- Verwendungszweck<br />
- Betriebsart<br />
- HF-Arbeitsfrequenz<br />
- HF-Ausgangsleistung<br />
- Betriebsspannung und -strom, Mastbild und Bodenabstand der Leiterseile<br />
(Energieversorgungs- und Bahnstromanlagen)<br />
- effektive Expositionszeit<br />
- verwendete Meßgeräte<br />
- klimatische Bedingungen<br />
- Lage der Meßorte und Meßpunkte<br />
- Lageplan oder -skizze<br />
- Meßwerte<br />
- Name des Messenden.<br />
6.6 Kontrollmessungen und Nachkalibrierungen<br />
Nach technischen und organisatorischen Veränderungen an den Anlagen, die<br />
einen Einfluß auf die Absolutwerte von Feldstärke bzw. Leistungsflußdichte und/oder<br />
deren räumliche Verteilung haben können, ist die Einhaltung der zulässigen Grenzwerte<br />
durch Kontrollmessungen nachzuweisen.
Zur Sicherung korrekter Feldstärke- bzw. Leistungsflußdichte-Meßergebnisse<br />
sind in regelmäßigen Abständen Nachkalibrierungen der Meßgeräte durch ein anerkanntes<br />
Kalibrierlabor zu veranlassen.<br />
6.7 Rechnungen<br />
Eine Reihe von <strong>Felder</strong>n besonders im Rundfunkbereich und bei Hochspannungsfreileitungen<br />
lassen sich auch mit guter Genauigkeit berechnen. Es gibt Berechnungsprogramme<br />
für SAR-Berechungen im Nahbereich von Sendern. Bei allen<br />
Programmen ist die Genauigkeit der Ergebnisse davon abhängig, wie gut die Feldquelle<br />
und die Randbedingungen beschrieben sind. Streufelder, wie sie im Arbeitschutz<br />
häufig auftreten, können in der Regel nicht berechnet werden.<br />
7. Schutzmaßnahmen<br />
Für Arbeitnehmer, die in Bereichen arbeiten müssen, in denen die zulässigen<br />
Werte nicht eingehalten werden, können weitere Schutzmaßnahmen bis hin zur<br />
persönlichen Schutzausrüstung notwendig werden. Für die allgemeine Bevölkerung<br />
sind solche Schutzmaßnahmen aber nie notwendig.<br />
7.1 Niederfrequente <strong>Felder</strong><br />
Elektrische <strong>Felder</strong> lassen sich in der Regel durch einfache Maßnahmen sehr<br />
weitgend abschirmen. So reduziert ein Haus unter einer Hochspannungsfreileitung das<br />
elektrische Feld auf weniger als ein 1/100. Aber auch Bäume und Büsche schirmen<br />
das Feld schon sehr effektiv ab. Bei technischen Geräten kann durch Erdung das Feld<br />
abgeschirmt werden.<br />
Magnetische <strong>Felder</strong> laßen sich in der Regel nur mit sehr großem Aufwand<br />
abschirmen. So werden z.B. Mu-Metallabschirmungen für PC-Monitore verwendet. Die<br />
effektivste Art die magnetische Feldstärke zu reduzieren, sind Maßnahmen an der<br />
Quelle selbst.<br />
7.2 Hochfrequente <strong>Felder</strong><br />
Für den Hochfrequenzbereich gibt es abhängig von der Frequenz verschiedene<br />
Schutzmaßnahmen. Wenn die Quelle nicht ausreichen gekapselt werden kann, gibt es<br />
Arbeiten in der Nähe der Quelle für die verschiedenen Frequenzen unterschiedliche<br />
Schutzanzüge.
8. Literatur<br />
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Strahlung elektromangetischer Strahlung auf den Menschen und seine Umgebung; 1 Teil:<br />
Frequenzbereich 100 kHz bis 300 GHz; BUWAL, Bern (1990)<br />
- Bundesamt für Umwelt, Wald und Landschaft (BUWAL): Biologische Auswirkungen nichtionisierender<br />
Strahlung elektromangetischer Strahlung auf den Menschen und seine Umgebung; 2 Teil:<br />
Frequenzbereich 10 Hz bis 100 kHz; BUWAL, Bern (1993)<br />
- Bundesamt für Umwelt, Wald und Landschaft (BUWAL): Messungen Nichtionisierender elektromagnetischer<br />
Strahlung Teil1: Freqeunzbereich 100 kHz bis 300 GHz: BUWAL Bern (1992)<br />
- Bundesanstalt für Arbeitsmedizin (BAfAM): Elektrische und magnetische <strong>Felder</strong> im Beruf;<br />
Schriftenreihe der Bundsanstalt für Arbeitsmedizin Nr. 4 (1994)<br />
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(Frequenzbereich 9 kHz bis 300 GHz); Amtsblatt Nr. 12/92 (1992)<br />
- Bundesminister für Verteidigung: Bestimmung der Bundeswehr zum Schutz von Personen vor<br />
schädlichen Wirkungen hochfrequenter elektromagnetischer <strong>Felder</strong> (HF-Strahlung: VMBI Nr. 6<br />
(1992)<br />
- Deutscher Bundestag: Gesetz über die elektromagnetische Verträglichkeit von Geräten (EMVG);<br />
Bundesgesetzblatt Teil 1 Seite 1864 (1992)<br />
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Beuth Verlag, Berlin (1996)<br />
- DIN-VDE 0848-2: Gefährdung durch elektromagnetische <strong>Felder</strong>; Schutz von Personen im<br />
Frequenzbereich 10 kHz bis 300 GHz: Beuth Verlag, Berlin (1984)<br />
- DIN-VDE 0848-2 Entwurf: Sicherheit in elektromagnetischen <strong>Felder</strong>n; Schutz von Personen im<br />
Frequenzbereich von 30 kHz bis 300 GHz: Beuth Verlag, Berlin (1991)<br />
- DIN-VDE 0848-4: Sicherheit in elektromagnetischen <strong>Felder</strong>n; Grenzwerte für Feldstärken zum<br />
Schutz von Personen im Frequenzbereich von 0 bis 30 kHz: Beuth Verlag, Berlin (1989)<br />
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Komitee, Wien (1992)<br />
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- Strahlenschutzkommission (SSK): Richtfunk und Radar rufen keine Waldschäden hervor :<br />
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- Strahlenschutzkommission (SSK): Schutz vor elektromagnetischer Strahlung beim Mobilfunk;<br />
Bundesanzeiger Nr. 43 (1992)<br />
- Strahlenschutzkommission (SSK): Schutz vor niederfrequenten elektrischen und magnetischen<br />
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(ELF) Fields: World Health Organisation, Geneva Schweiz (1984)<br />
- World Health Organisation (WHO): Environmental Health Criteria 69; Magnetic Fields: World<br />
Health Organisation, Geneva Schweiz (1984)<br />
- World Health Organisation (WHO): Environmental Health Criteria 137; Electromagnetic Fields<br />
(300 Hz -300 GHz): World Health Organisation, Geneva Schweiz (1993)<br />
9. Anhang<br />
Zur Umrechnung häufig verwendeter Größen sind folgende Angaben oft hilfreich:<br />
1 T (Tesla) = 10 000 G (Gauss) ; 1 G = 100 µT<br />
6<br />
1 T ¹ 0,796 *10 A/m ; 1 A/m ¹ 1,257 µT (für biologisches Gewebe)<br />
-6<br />
[ B = µ o H; µ o = 1,257*10 Vs/Am]<br />
2 2<br />
1 mW/cm = 10 W/m<br />
2<br />
1 mW/cm = 0 dBm<br />
1 µV/m = 0 dBµV/m<br />
2<br />
1 W/m ¹ 19,42 V/m ¹ 0,052 A/m<br />
[ S = Z o H²; S = E²/Z 0; Z o = 377 6 (unter Fernfeldbedingungen)]<br />
Größenordnungen:<br />
Frequenz:<br />
3<br />
1 kHz = 10 Hz<br />
3 6<br />
1 MHz = 10 kHz = 10 Hz<br />
3 6 9<br />
1 GHz = 10 MHz = 10 kHz = 10 Hz<br />
elektrisches Feld:<br />
3<br />
1 kV/m = 10 V/m<br />
magnetisches Feld:<br />
-3 -6 -9<br />
1 nT = 10 µT = 10 mT = 10 T<br />
-3 -6<br />
1 µT = 10 mT = 10 T<br />
-3<br />
1 mT = 10 T
10. Adressen<br />
Berufsgenossenschaft für Feinmechanik und Elektrotechnik,<br />
Gustav Heinemann Ufer 130, 50968 Köln<br />
Bundesamt für Post und Telekommunikation (BAPT),<br />
Camsiusstr. 21, 55122 Mainz<br />
Bundesamt für Strahlenschutz (BfS),<br />
Ingolstädter Landstr. 1, 85764 Oberschleissheim<br />
Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin (BAuA),<br />
Nöldnerstr. 40-42, 10317 Berlin<br />
Forschungsgemeinschaft Funk,<br />
Rathausgasse 11a, 53113 Bonn<br />
Forschungsgemeinschaft für Hochspannung und Hochstromtechnik (FGH)<br />
Hallerweg 14, 68219 Mannheim<br />
Forschungsverbund, Technische Universität Braunschweig<br />
Pockelstr. 14, 38106 Braunschweig<br />
Forschungszentrum Seibersdorf,<br />
Institut für Physik, A-2444 Seibersdorf<br />
Helmholz-Institut, RWTH Aachen<br />
Pauwelstr. 20, 52074 Aachen<br />
Institut für Rundfunktechnik,<br />
Floriansmühlstr. 60, 80939 München<br />
Lehrstuhl f. Elektrische Energieversorgung, Universität Erlangen<br />
Cauerstr. 4, 91058 Erlangen<br />
Niedersächsisches Landesamt für Ökologie (NLÖ),<br />
Göttingerstr. 14, 30449 Hannover<br />
Rundfunk-Betriebstechnik,<br />
Wallensteinstr. 119, 90431 Nürnberg<br />
Schweizerische Unfallversicherung (SUVA)<br />
Postfach 4358; CH-6002 Luzern