Elektrische Eisenbahnen werden entweder mit Gleichstrom oder mit Wechselstrom betrieben. In der Schweiz fahren die meisten Eisenbahnen mit Wechselstrom, dessen Frequenz 16.7 Hertz (Hz) beträgt. Die Fahrleitungen dieser Bahnen erzeugen elektrische und magnetische Felder von dieser Frequenz. Trams, Trolleybusse und gewisse Schmalspurbahnen werden mit Gleichstrom betrieben. Dadurch entstehen statische elektrische und magnetische Felder.
1. Wechselstrombahnen
Die Magnetfelder der Fahrleitungen von Wechselstrombahnen unterliegen grossen zeitlichen Schwankungen. Lokomotiven, die beschleunigen oder bremsen, erhöhen den Stromfluss, was zu einer Verstärkung des Magnetfeldes führt. Je mehr Züge auf einer Linie verkehren, desto grösser sind die Belastungen.
Starke zeitliche Schwankungen des Magnetfelds
Weil in den Fahrleitungen nicht immer gleich viel Strom fliesst, unterliegen die Magnetfelder in der Umgebung von Bahnanlagen grossen zeitlichen Schwankungen. Wenn Lokomotiven und Triebwagen beschleunigen oder beim Bremsen Strom ins Netz zurückspeisen, ist der Stromfluss grösser und mit ihm auch das magnetische Feld. Auf einer ansteigenden Strecke oder beim Ziehen eines schweren Güterzugs benötigen die Lokomotiven ebenfalls mehr Strom.
Die Stromeinspeisung in die Fahrleitung erfolgt typischerweise in Abständen von 25 bis 30 km. Fährt in einem Versorgungsabschnitt zwischen zwei Einspeisepunkten kein Zug, so fliesst kein Strom. Somit tritt auch kein magnetisches Feld auf. Im dargestellten Beispiel ist dies nachts zwischen 1.00 und 4.30 Uhr der Fall. Sind jedoch Züge unterwegs, so ist das Magnetfeld entlang des ganzen Streckenabschnitts vorhanden, über den die Züge mit Strom versorgt werden. Die Feldbelastung neben der Bahnlinie variiert mit dem Verkehrsaufkommen im jeweiligen Versorgungsabschnitt, der aktuellen Position der Züge und dem schwankenden Strombedarf der Triebfahrzeuge.
Weil die Magnetfelder des allgemeinen Elektrizitätsnetzes und der Bahnversorgung eine unterschiedliche Frequenz aufweisen, lassen sich ihre Intensitäten nicht eins zu eins miteinander vergleichen. Denn je nach Frequenz treten gesundheitliche Effekte ab einer anderen Magnetfeldstärke auf. Der in der NISV festgelegte Immissionsgrenzwert zum Schutz vor kurzfristigen Wirkungen beträgt für 50-Hz-Magnetfelder 100 Mikrotesla (µT), für 16,7-Hz-Felder hingegen 300 µT.
Das 16,7-Hz-Magnetfeld an der Doppelspurstrecke zwischen Luzern und Basel bei Nottwil LU, gemessen in 10 Meter Distanz zur Trasseemitte: Die Belastung schwankt je nach Verkehrsaufkommen. Wenn keine Züge fahren, bleiben auch die Immissionen aus. Der Mittelwert über 24 Stunden (grüne Linie) beträgt 0,41 Mikrotesla. Dieser ist massgebend für den Vergleich mit dem Anlagegrenzwert, welcher – ebenfalls über 24 Stunden gemittelt – 1 Mikrotesla beträgt und hier somit eingehalten ist (zum Vergrössern, Bild anklicken).
Magnetfeld bei einer Doppelspurstrecke
Für die Intensität der Magnetfelder von Eisenbahn-Fahrleitungen ist von Bedeutung, dass die Wege der Hin- und Rückströme relativ weit auseinander liegen. Der Hinweg führt über den Fahrdraht. Zurück fliesst der Strom zum einen über die Schienen und das Erdseil. Bedingt durch die Verbindung der Schienen mit dem Boden sucht sich ein Teil des Rückstroms seinen Weg jedoch auch durch das Erdreich oder über unterirdisch verlegte Metallrohre - wie jene der Gas- oder Wasserversorgung. Solche vagabundierenden Ströme können weite Entfernungen zurücklegen und kehren erst in der Nähe des Unterwerks wieder zum Bahntrassee zurück.
Je weiter die Hin- und Rückströme auseinander liegen, desto grösser ist - bei gleicher Stromstärke - die räumliche Ausdehnung des Magnetfeldes. Um sie zu reduzieren, ist es günstig, wenn ein möglichst grosser Anteil des Rückstroms durch das Erdseil fliesst, da dieses dem Fahrdraht am nächsten liegt.
Massnahmen zur Reduktion der Magnetfelder bei Eisenbahnen
Fachbericht:
Massnahmen zur Reduktion der Magnetfelder bei mit Wechselstrom betriebenen Eisenbahnen (PDF, 15 MB, 05.03.2014)Diese Studie beschreibt Massnahmen zur Verringerung der magnetischen Flussdichte von Fahrleitungsanlagen und beurteilt sie hinsichtlich ihrem Reduktionspotential und ihrem Aufwand.
2. Gleichstrombahnen
Trams, Trolleybusse und gewisse Schmalspurbahnen werden mit Gleichstrom betrieben. Dadurch entstehen statische elektrische und magnetische Felder.
Für die magnetischen Gleichfelder legt die NISV einen Immissionsgrenzwert von 40'000 Mikrotesla (µT) fest, der erfahrungsgemäss mit grosser Reserve eingehalten wird.
Für die im Alltag auftretenden Gleichfelder gibt es seitens der Forschung keine Hinweise auf potenzielle Gesundheitsrisiken. Deshalb sieht die NISV für Gleichstrombahnen auch keinen Anlagegrenzwert vor.
Für Gleichrichterstationen gelten die gleichen Anforderungen der NISV wie für Transformatorenstationen (Anhang 1 Ziffer 2 NISV):
Letzte Änderung 22.03.2024
