Elektromagnetisme - Fagnotat Elektrificering Esbjerg-Lunderskov
Godkendt dato Godkendt af 28.02.2013 Ole Kien Senest revideret dato Senest revideret af 28.02.2013 Jens Pedersen Elektromagnetisme Banedanmark Anlægsudvikling Amerika Plads 15 2100 København Ø www.bane.dk/esbjerg-lunderskov ISBN: 978-87-7126-144-8
Elektromagnetisme Indhold Side 1 Indledning 4 2 Ikke-teknisk resumé 5 3 Lovgrundlag 6 3.1 Elektromagnetisk påvirkning 6 4 Metode for undersøgelserne 7 4.1 Magnetfelter 7 5 Konsekvenser og afværgeforanstaltninger i driftsfasen 9 5.1 Elektromagnetisk påvirkning 9 5.2 Afværgeforanstaltninger 10 6 0-Alternativet 13 7 Oversigt over eventuelle mangler ved undersøgelserne 14
1 Indledning Dette fagnotat beskriver forholdene vedrørende magnetfelter fra kørestrømsanlægget i forbindelse med elektrificering af jernbanen mellem Esbjerg og Lunderskov. Fagnotatet vil sammen med en række andre fagnotater indgå som baggrundsmateriale til en samlet VVM-redegørelse, som har til formål at skabe et overblik over projektets konsekvenser for miljøet. Derudover beskrives de afværgeforanstaltninger, der kan iværksættes i forbindelse med projektet. Elektrificering af strækningen Esbjerg-Lunderskov indebærer, at der skal etableres køreledningsanlæg på hele den 57 km lange dobbeltsporede banestrækning. Det betyder, at der skal opsættes master langs jernbanen, og at banen skal udstyres med køreledninger over sporene. For at kunne etablere køreledningerne og gøre plads til den strømaftager, der er monteret på de eldrevne tog, er det nødvendigt at have en vis frihøjde under broerne. En række broer på strækningen skal derfor ombygges eller fjernes. Hertil kommer, at der skal etableres transformer- og fordelingsstationer langs banen, og at signalsystemer mv. skal isoleres, så de ikke bliver forstyrret af elektrisk støj fra køreledningsanlægget. Når jernbanen elektrificeres, kan det i nogle tilfælde give anledning til restriktioner for, hvordan naboejendommene til banen må benyttes, og der kan stilles særlige krav til f.eks. beplantning langs den elektrificerede strækning. Omlægning af vejoverføringer i forbindelse med ombygning af broerne medfører permanente arealinddragelser i mindre omfang. Desuden vil der i anlægsfasen ske midlertidige arealinddragelser til depoter, arbejdsområder og adgangsveje. Elektromagnetisme 4 Indledning
2 Ikke-teknisk resumé Formålet med denne undersøgelse er at beskrive forholdene omkring magnetfelter i tilknytning til projektet Elektrificering af Esbjerg-Lunderskov samt at vurdere påvirkningen fra magnetfelter i området langs banen som følge af elektrificeringen. Undersøgelsen omhandler kun driftsfasen, da der først vil være en elektromagnetisk påvirkning efter elektrificeringen. Undersøgelsen er foretaget for et køreledningsanlæg uden sugetransformatorer et såkaldt RR/RC-anlæg, da denne type køreledningsanlæg vil generere de højeste magnetfeltstyrker omkring banen. Ved elektrisk banedrift, vil der løbe en elektrisk strøm i køretråd, returleder og til dels i skinner/jord. Denne strøm giver anledning til et magnetfelt omkring alle ledere, der gennemløbes af strømmen, og dermed et magnetfelt omkring hele banen. Magnetfeltet omkring de enkelte ledere aftager med afstandsforøgelsen til lederen. I forhold til magnetfelter anbefaler Verdenssundhedsorganisationen (WHO) og de danske sundhedsmyndigheder at der anvendes et forsigtighedsprincip så man undgår at udsætte børn for magnetfelter over 0,4 µt i døgnmiddel over flere år. For at bestemme det samlede magnetfelt omkring jernbaneanlægget er der foretaget et antal beregninger, der viser at afstanden fra banen, hvor der forventes en eksponering på 0,4 μt (microtesla) kan være op til 12 meter fra nærmeste spormidte. Nærmere banen må forventes højere magnetfeltstyrker. Boliger langs banen er visse steder placeret tættere end 12 m fra nærmeste spormidte. Bebyggelser i byerne Lunderskov, Vejen, Brørup, Holsted, Gørding, Bramming, Tjæreborg og Esbjerg vurderes derfor at blive udsat for magnetfelter større end anbefalingen på 0,4 μt, såfremt der ikke indføres afværgeforanstaltninger. Den største koncentration af bebyggelse udsat for magnetfelter større end 0,4 µt ligger omkring banen umiddelbart øst og vest for Storegade i Esbjerg samt syd for banen i de lukkede ender af Brønderslevvej, Hjørringvej, Sæbyvej og Lykkegårdsvej, alle i Esbjerg. Den nævnte afstand på 12 meter, inden for hvilken afstand der vil være et magnetfelt på over 0,4 μt, er en worst-case betragtning og derfor højt sat. Med få relevante afværgeforanstaltninger forventes det, at magnetfeltet uden større besvær eller omkostninger kan nedbringes til kun at påvirke ejendomme beliggende tættere end 10 meter fra spormidten. Elektromagnetisme 5 Ikke-teknisk resumé
3 Lovgrundlag 3.1 Elektromagnetisk påvirkning Der er i 30 år forsket i, om magnetfelter fra høj- og lavspændingsanlæg udgør en sundhedsrisiko, men der er endnu ikke afvist eller påvist en sådan. Der er væsentlige usikkerheder om årsagssammenhængen, idet konklusionen bygger på befolkningsstatistiske undersøgelser og de statistiske resultater støttes ikke af eksperimentel forskning. Hvis der er en påvirkning fra magnetfelter forventes denne at være større på børn end på voksne. Verdenssundhedsorganisationen (WHO) og de danske sundhedsmyndigheder anbefaler derfor et forsigtighedsprincip for børn så man undgår at udsætte børn for magnetfelter over 0,4 µt i døgnmiddel over flere år. Forsigtighedsprincippet omhandler hovedsageligt frekvensområdet 0-300 khz, hvori bl.a. kørestrøm til jernbanen befinder sig. Der er ingen lovgivning på området, og de nævnte 0,4 µt er ikke en grænseværdi, og kan derfor ikke bruges som skæringslinje for, hvornår afværgeforanstaltninger gennemføres. Banedanmark tager dog udgangspunkt i de 0,4 µt og vil derfor enten iværksætte afværgeforanstaltninger eller ekspropriere for at overholde denne opmærksomhedsgrænse. Elektromagnetisme 6 Lovgrundlag
4 Metode for undersøgelserne 4.1 Magnetfelter Magnetfeltet omkring en leder, der gennemløbes af en elektrisk strøm beregnes som: Hvor: B er magnetfeltstyrken i Tesla I er strømmen i lederen a er afstanden til lederen μ 0 er konstanten 4π x 10-7 TmA -1 Det totale magnetfelt omkring banen beregnes som vektorsummen af bidrag fra køreledningsanlægget og returlederen/returskinne fra begge spor. Beregningsresultater for magnetfeltet kan visualiseres som nedenstående. Magnetfeltets størrelse aftager således med afstanden fra kilden, som vist på nedenstående grafiske fremstilling. Elektromagnetisme 7 Metode for undersøgelserne
For opdeling af de enkelte elektriske forsyningsafsnit, er der taget udgangspunkt i fordelingsstationer (elektriske indfødningspunkter) ved Lunderskov km 4,3 og Esbjerg km 52,0 samt neutralsektion med 2 stk. elektriske tværkoblinger mellem køreledningsanlægget i de to spor i km 27,8 og elektrisk tværkobling ved Vamdrup og Kolding neutralsektioner samt ved Esbjerg Station. Ved stationerne i Vejen, Holsted, Bramming og Esbjerg forudsættes det at tværkoblere i køreledningsanlægget vil være i normalstilling lukket, altså med elektrisk forbindelse i køreledningsanlægget mellem de 2 hovedspor, så der opnås en mere homogen strømfordeling i køreledningsanlægget over de 2 hovedspor, hvilket reducerer magnetfeltet omkring banen. Dette anvendes for forsyningsafsnittene Lunderskov Holsted og Holsted Esbjerg. For det aktuelle projekt beregnes størrelsen af magnetfeltet fra banen på baggrund af det trafikale mønster, herunder traktionstyper, forsyningsafsnit og den geometriske udformning af køreledningsanlægget, ligesom der ved beregningerne er taget udgangspunkt i et køreledningsanlæg uden sugetransformatorer men med returleder ophængt i køreledningsmaster samt forbindelse mellem returskinne og returleder ved hver køreledningsmast. I beregningerne er der anvendt en persontogtrafik svarende til den forventede køreplan i år 2020 "K2020", og en forudsætning om, at der udover denne køreplan yderligere kører 2 godstog pr. døgn på strækningen (Tabel 4.1). Tabel 4.1 Togtrafik benyttet i beregninger Antal tog, pr retning Kl. 07-19 Kl. 19-07 Persontog (3 x ET) 12 0 Persontog (2 x ET) 12 12 Godstog (1 x BR185 + 1600 t) 1 1 Ud fra ovennævnte forudsætninger er magnetfeltet beregnet som døgnmiddel for strækningen, så det kan sammenholdes med forsigtighedsprincippet som de danske sundhedsmyndigheder henviser til. Elektromagnetisme 8 Metode for undersøgelserne
5 Konsekvenser og afværgeforanstaltninger i driftsfasen 5.1 Elektromagnetisk påvirkning Langs banen er der identificeret et antal ejendomme og bebyggelser, hvor det må forventes at eksponeringen fra banens magnetfelt vil være større end 0,4 μt, såfremt der ikke indføres afværgeforanstaltninger. Der er beregnet at der kan være en elektromagnetisk påvirkning på op til 0,4 μt ud til 12 meter fra spormidten. Ejendomme tættere på spormidten end 12 meter vil derfor kunne være udsat for et magnetfelt over denne værdi, såfremt der ikke indføres afværgeforanstaltninger. Bebyggelser i byerne Lunderskov, Vejen, Brørup, Holsted, Gørding, Bramming, Tjæreborg og Esbjerg vurderes at blive udsat for magnetfelter større end 0,4 μt, såfremt der ikke indføres afværgeforanstaltninger. Den største koncentration af bebyggelse udsat for magnetfelter større end 0,4 μt ligger omkring banen umiddelbart øst og vest for Storegade i Esbjerg samt syd for banen i de lukkede ender af Brønderslevvej, Hjørringvej, Sæbyvej og Lykkegårdsvej, alle i Esbjerg. Det er dog kun bebyggelser inden for en afstand af 12 meter fra nærmeste spormidte, der må forventes at blive eksponeret for magnetfeltstyrker på mere end 0,4 μt. De 12 meter er beregnet ud fra en worst-case betragtning og er derfor højt sat. Det forventes at magnetfeltet med få relevante afværgeforanstaltninger og uden større besvær eller omkostninger kan nedbringes til kun at påvirke ejendomme beliggende tættere end 10 meter fra spormidten. Der er identificeret et antal matrikler, hvorpå der findes bebyggelse, inden for en afstand af 10 meter fra nærmeste spormidte. Af disse er 30 anvendt til bolig, erhverv eller med ukendt anvendelse, der i denne sammenhæng betragtes som bolig (Tabel 5.2). Tabel 5.2 Boliger/opholdsrum inden for 15 meter fra nærmeste spormidte Afstand fra nærmeste spormidte, i meter 0 10 10 15 Bolig 28 stk. 30 stk. Erhverv 1 stk. 11 stk. Ukendt anvendelse 1 stk. 13 stk. Elektromagnetisme 9 Konsekvenser og afværgeforanstaltninger i driftsfasen
5.2 Afværgeforanstaltninger Magnetfeltets størrelse omkring banen kan nedbringes ved forskellige metoder herunder ændringer af køreledningsanlægget og/eller koblingskonfiguration af køreledningsanlægget. Meromkostningerne er angivet i enten kroner/banekilometer, for de afværgeforanstaltninger man vil skulle etablere for begge spor på strækningen, eller i kroner/sporkilometer for de afværgeforanstaltninger man kan vælge kun at etablere på et af sporene. 1. Køreledningsanlæggets geometriske opbygning Magnetfeltet omkring banen kan nedbringes ved at placere returleder nærmere spormidte. Dette kan udføres ved anden mastekonstruktion end enkeltstående master eksempelvis ved anvendelse af halv- eller helrammer, hvor magnetfeltet omkring banen ønskes nedbragt. Metoden kan anvendes på vilkårlige delstrækninger herunder hele strækningen. Metoden vil have en lille effekt på magnetfeltets udbredelse fra banen. Metoden vurderes til, at kunne reducere grænsen for magnetfeltets styrke på 0,4 μt fra 12 meter til 10 meter fra nærmeste spormidte. Anvendelse af metoden vurderes til en meromkostning på ca. 1,3 millioner kr. pr. løbende banekilometer. Metoden vurderes udelukkende at have æstetiske ulemper. 2. Kabellægning af fødeledning Magnetfeltet omkring banen kan lokalt nedbringes ved at placere højspændingskabel samt returlederkabel i kabelkanal eller nedgravet tæt ved sporet over en kortere afstand til at føre kørestrømmen forbi et eventuelt "kritisk" område. Hermed vil der på den kabellagte strækning kun løbe strøm i selve køreledningsanlægget under togpassage, hvilket vil nedbringe den gennemsnitlige magnetfeltstyrke omkring banen markant. Metoden kan anvendes på udvalgte delstrækninger af længder på ca. 0,5 5 km. Elektromagnetisme 10 Konsekvenser og afværgeforanstaltninger i driftsfasen
Metoden vil have meget stor effekt på magnetfeltets udbredelse fra banen, hvor metoden er udført. Metoden vurderes til, at kunne reducere grænsen for magnetfeltets styrke på 0,4 μt fra 12 meter til 3-5 meter fra nærmeste spormidte. Anvendelse af metoden vurderes til en meromkostning på ca. 3,0 millioner kr. pr. løbende sporkilometer. Metoden vurderes at have ubetydelige negative konsekvenser for den elektriske overføringsevne af køreledningsanlægget på strækningen, hvor metoden anvendes. 3. Omplacering af tværkobling Magnetfeltet omkring banen kan lokalt nedbringes ved at ændre placeringen af tværkobling i køreledningen for de 2 hovedspor. Såfremt tværkoblere ved Holsted neutralsektion placeres i en afstand af 1 4 km fra selve neutralsektionen, vil der på strækningen mellem tværkoblere og neutralsektion kun løbe strøm i selve køreledningsanlægget under togpassage, hvilket vil nedbringe den gennemsnitlige magnetfeltstyrke omkring banen markant. Metoden kan anvendes på delstrækningen omkring Holsted neutralsektion, indtil en afstand på optil 4 km fra neutralsektionen Metoden vil have stor effekt på magnetfeltets udbredelse fra banen, hvor metoden er udført. Metoden vurderes til, at kunne reducere grænsen for magnetfeltets styrke på 0,4 μt fra 12 meter til under 10 meter fra nærmeste spormidte. Anvendelse af metoden vurderes til en meromkostning på ca. 250.000 kr. pr. løbende banekilometer. Metoden vurderes at have ubetydelige negative konsekvenser for den elektriske overføringsevne af køreledningsanlægget på strækningen, hvor metoden anvendes. 4. Anvendelse af sugetransformatorer Opbygges køreledningsanlægget med sugetransformatorer vil magnetfeltet omkring banen nedsættes markant. Sugetransformatorer kan placeres ved vilkårlig afstand, jo tættere disse placeres, jo større reducerende effekt vil metoden have på Elektromagnetisme 11 Konsekvenser og afværgeforanstaltninger i driftsfasen
magnetfeltet omkring banen. Metoden kan anvendes på vilkårlige delstrækninger herunder hele strækningen. Metoden vil have en middel effekt på magnetfeltets udbredelse fra banen, afhængig af afstanden mellem de enkelte sugetransformatorer og placeringen af disse i forhold til fordelingsstationer. Metoden vurderes til, at kunne reducere grænsen for magnetfeltets styrke på 0,4 μt fra 12 meter til 5 10 meter fra nærmeste spormidte. Anvendelse af metoden vurderes til en meromkostning på 150.000 450.000 kr. pr. løbende banekilometer for sugetransformatorer anbragt i køreledningsmast- afhængig af afstanden mellem sugetransformatorer, og på 350.000 1.000.000 kr. pr. løbende banekilometer for sugetransformatorer anbragt i kiosk afhængig af afstanden mellem sugetransformatorer. Metoden har negative konsekvenser for den elektriske overføringsevne af køreledningsanlægget på strækningen, hvor metoden anvendes, ligesom metoden vil afstedkomme en løbende årlig drifts- og vedligeholdelsesudgift, der vurderes til 5.000 25.000 kr. pr. sporkilometer. Elektromagnetisme 12 Konsekvenser og afværgeforanstaltninger i driftsfasen
6 0-Alternativet De magnetfeltmæssige gener fra et miljømæssigt standpunkt er beregnet med udgangspunkt i elektrificering af strækningen Esbjerg Lunderskov. Ved et 0-alternativ bortfalder eventuelle magnetfeltmæssige gener. Elektromagnetisme 13 0-Alternativet
7 Oversigt over eventuelle mangler ved undersøgelserne Under vurderingen af magnetfelternes størrelse er der anvendt visse forudsætninger, der medfører en usikkerhed for beregningsresultaterne. Placering af returleder er baseret på typiske tværsnit af banen. Returleder er forudsat anbragt i en position 5,5 m over og 2,5 m fra spormidte. Returledningsplaner kendes ikke. Returstrøm i sporet er forudsat at løbe i begge skinnestrenge og ikke i den ene skinnestreng. Opspændingsplaner kendes ikke. Køreledningsanlægget endelige geometriske udformning herunder placering af returleder ved stationsområder kendes ikke. Køreplan kendes ikke. Driftsmønsteret er baseret på modificeret K2020 og ligeledes er forudsat, at acceleration af tog i det ene spor ikke sker samtidig med deceleration af tog i modsat spor, hvilket giver en "Worst Case" situation. Elektromagnetisme 14 Oversigt over eventuelle mangler ved undersøgelserne