Felder beim Stromtransport

In Physik und Technik wird der Begriff "Feld" generell dazu benutzt, Zustände und Wirkungen im Raum zu beschreiben. Elektrische Felder bestehen in der Umgebung aller elektrisch geladenen Körper. Werden unterschiedlich geladene Körper elektrisch leitend verbunden, so dass ein Strom fließt, tritt zusätzlich ein Magnetfeld auf. Elektrische und magnetische Felder kommen auch in der unberührten Natur vor. Selbst unser Nervensystem und die Muskeln werden elektrisch erregt.

Technisch erzeugte elektrische und magnetische Felder entstehen überall dort, wo elektrischer Strom übertragen und genutzt wird, wie bei Freileitungen und Kabeln beziehungsweise in Haushaltsgeräten, Industrie und Medizin.

Elektromagnetische Felder haben verschiedene Frequenzen und reichen von Gammastrahlen mit hohen Frequenzen und kurzen Wellenlängen über Röntgenstrahlen, ultraviolette Strahlung, das Spektrum des sichtbaren Lichtes, Infrarotstrahlen, Mikrowellen und Radiowellen bis zu niederfrequenten und langwelligen elektromagnetischen Feldern, die bei der öffentlichen Stromversorgung 50 Hz und bei der Bundesbahn 16 2/3 Hz betragen.

Ein wesentlicher Erklärungsansatz für die Entstehung und Wirkung solcher Felder findet sich in der Theorie über den Elektromagnetismus. Sie wurde im 19. Jahrhundert von James Clerk Maxwell entwickelt und in den so genannten maxwellschen Gleichungen dargestellt. Sie beschreiben die Tatsache, dass sich elektrische und magnetische Felder bei ihrer Veränderung gegenseitig erzeugen und untrennbar miteinander verknüpft sind.

Unter Hochspannungsleitungen werden je nach Spannungsebene Maximalwerte für elektrische Felder von 0,2 bis 8 kV/m erreicht, während in unmittelbarer Umgebung von Haushaltsgeräten Werte bis zu 0,5 kV/m erreicht werden. Vergleichsweise dazu erzeugt ein Gewitter Felder mit einer Stärke von 3 bis 20 kV/m.

Bei Hochspannungskabeln, die in der Erde verlegt werden, wird das elektrische Feld durch eine metallene Umhüllung so gut wie völlig abgeschirmt. Das magnetische Feld lässt sich hier allerdings durch die Abschirmung nicht beseitigen. Bei den meisten Erdkabeln ist aber ein technischer Kunstgriff möglich, der das Magnetfeld unter Ausnutzung der physikalischen Eigenheiten des Dreiphasenwechselstroms ("Drehstrom") reduziert. So verlegt man die drei Phasenleiter, deren Ströme sich gegenseitig zu null ergänzen, möglichst eng und verdrillt sie in gleichmäßigem Abstand zueinander.