Bahnstrom 16,7 Hz
Das elektrische Bahnstromnetz in Deutschland wird aus historischen Gründen mit Wechselstrom der Frequenz 16,7 Hz betrieben. Gleichartige Netze gibt es in Österreich, der Schweiz, Schweden und Norwegen. In anderen europäischen Ländern wird entweder 50 Hz-Wechselstrom oder Gleichstrom verwendet. Das Bahn-Stromsystem erfordert eine eigene "Stromwelt", die vom Kraftwerk über ein Hochspannungs-Verteilungsnetz bis zu den Umspannstationen exklusiv für diese Frequenz konzipiert ist. Das bahneigene 110-kV-Hochspannungsnetz mit einer Länge von rund 7900 Kilometern (DB Energie GmbH) verbindet Kraft-, Umformer- und Umrichtwerke mit Bahnunterwerken, in denen der 110-kV-Bahnstrom auf 15 kV heruntertransformiert wird. Vom Bahnunterwerk gelangt der Strom direkt in die 15 kV-Oberleitungen und über den Abnehmer zum Zug (siehe Abbildung). Der Rückstrom fließt über die Schienen und das Erdreich zum Bahnunterwerk zurück.
Die 15-kV-Oberleitung erzeugt ein elektrisches Wechselfeld. Die Abbildung zeigt beispielhaft berechnete elektrische Feldstärken einer zweigleisigen Fernbahnstrecke. Daraus ist ersichtlich, dass der Maximalwert der elektrischen Feldstärke direkt über den Schienen liegt. Durch die Metallhülle des Zuges werden Fahrgäste im Zug vom elektrischen Feld der Oberleitung weitgehend abgeschirmt (Effekt des Faradayschen Käfigs).
Der Verlauf der berechneten elektrischen Feldstärke quer zur Trasse einer zweigleisigen Fernbahnstrecke in 1 Meter Höhe über den Schienen. Die Mitte zwischen den beiden Gleisen ist die Position Null.
Die Stärke der Magnetfelder von Bahnstromanlagen unterliegt erheblichen tageszeitlichen Schwankungen. Wenn in einem Versorgungsabschnitt zwischen zwei Stromeinspeispunkten kein Zug fährt, fließt auch kein Strom und das magnetische Feld ist gleich null. Fahren dagegen mehrere Züge gleichzeitig auf einem Streckenabschnitt, ist der Stromfluss und damit auch die Stärke des entstehenden Magnetfeldes entsprechend größer. Bei der Beschleunigung wird besonders viel Strom verbraucht und damit wird das Magnetfeld stärker. Nachts, wenn der Zugverkehr abnimmt, sind die Magnetfelder deutlich geringer.
Da sich der Stromfluss in Bahnstromanlagen ständig ändert, können mit Messungen nur momentane Magnetfelder von Bahnstromanlagen ermittelt werden. Um die magnetischen Flussdichten von Bahnstromanlagen zuverlässig zu ermitteln, werden Simulationsprogramme eingesetzt. Personenbezogene Messungen wurden in Bayern bei 190 direkt an Bahntrassen wohnenden Menschen vorgenommen, dabei wurde ein Mittelwert von 0,16 µT (Median 0,10 µT) ermittelt (Bundesamt für Strahlenschutz)
Weitere Informationen unter BAFU, ab S. 34.
Typische Messwerte finden sich in der Feldquellen-Datenbank.
