DE4116527A1 - Vorrichtung zur grossraeumigen reduzierung energietechnischer magnetfelder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Reduzierung eines vorzugsweise niederfrequenten und in allen Größen variablen Magnetfeldes innerhalb eines gegebenen Raumes, wie er sich größenmäßig vorzugsweise für wesentliche Teile eines vollständigen Gebäudes darstellt.

Statische und niederfrequente Magnetfelder lassen sich ab einer bestimmten räumlichen Ausdehnung bekanntlich nur sehr schwer und mit großem Aufwand abschirmen. Jeder fließende elektrische Strom baut physikalisch gesehen um sich herum ein Magnetfeld auf, das mit dem geschlossenen Stromkreis verkettet ist. Im energie­ technischen Bereich, sei es im Zusammenhang, mit der elektrifizierten Bahn mit einer Betriebsfrequenz von 16 2/3 Hz oder im Rahmen der allgemeinen Stromversorgung, Betriebsfrequenz 50 Hz, treten sehr häufig relativ starke elektrische Ströme auf, die dementsprechend starke Magnetfelder in ihrer Umgebung zur Folge haben. Da in den letzten Jahren die möglichen gesundheitsschädlichen Wirkungen derartiger energietechnischer Magnetfelder im zunehmenden Maße diskutiert werden, stellt sich immer mehr die Frage, mit welchen Mitteln es möglich ist, beispielsweise komplette Gebäude gegen Magnetfelder zu schützen, wie sie unter anderem von nahe vorbeiführenden Hochspannungsleitungen, Bahnlinien oder sonstigen energietechnischen Anlagen erzeugt werden. Wohnräume mit Hilfe massiver Eisenwände abzuschirmen, ist aus physikalischen Gründen problematisch und wenig erfolgversprechend und scheidet darüber hinaus aus wohnhygienischen Gründen aus. Zwar kann das im eigenen Wohnbereich durch einen dort fließenden Strom erzeugte Magnetfeld jederzeit durch das Abschalten des Stromes beseitigt werden, diese Möglichkeit besteht jedoch nicht bei Magnetfeldern, die durch elektrische Ströme erzeugt werden, die der eigenen Einflußnahme entzogen sind, wie dies beispielsweise für Hochspannungsleitungen und sonstigen, der allgemeinen Stromversorgung dienenden Anlagen gilt.

Erfindungsgemäß ergibt sich eine Möglichkeit zur Reduzierung unerwünschter Magnetfelder innerhalb eines vorgegebenen Raums, indem in diesem Raum mittels Meßsonden das zu reduzierende Magnetfeld nach Größe, Richtung und zeitlichem Verlauf erfaßt und auf diesen Meßdaten basierend ein kompensierendes, richtungsmäßig entgegengesetztes, möglichst gleichstarkes Magnetfeld desselben zeitlichen Verlaufs erzeugt wird.

Die Erfindung sei anhand eines Beispiels näher erläutert. In Abb. 1 ist ein Wohnhaus (1) dargestellt, in dessen unmittelbarer Nähe eine Freileitung (8) vorbeiführt, wobei die zu einem Drehstromsystem gehörenden elektrischen Ströme ein entsprechendes Magnetfeld erzeugen, das das Wohnhaus (1) völlig ungeschwächt durchdringt. Da davon auszugehen ist, daß die Ströme in den drei Drehstromleitern 10, 11 und 12 individuellen Intensitätsschwankungen unterworfen sind, ergibt sich im Normalfall für einen bestimmten Punkt im Raum ein Summenvektor des Magnetfeldes, der größenmäßig und richtungsmäßig zeitabhängigen Schwankungen unterworfen ist. Dies gilt insbesondere auch für die entsprechenden Oberwellen. Erfindungsgemäß wird in dem interessierenden Raum (1) mittels dreier vorzugsweise orthogonal angeordneter Meßsonden MS1, MS2 und MS3 die jeweilige Komponente des Magnetfeldes gemessen, die so gewonnene Information in drei elektrische Ströme umgesetzt, die in entsprechend räumlich zugeordnete Spulen, beispielsweise ähnlich einer Helmholtz-Anordnung (2, 5; 4, 7 und 3, 6), die ebenfalls vorzugsweise orthogonal angeordnet sind, geleitet werden, so daß der dabei entstehende magnetische Summenvektor optimal im gesamten interessierenden Raum ein richtungsmäßig entgegengesetztes, möglichst gleich starkes Magnetfeld desselben zeitlichen Verlaufs wie das störende Magnetfeld erzeugt.

Vorteilhaft ist es dabei, daß die jeweiligen Meßsonden (MS) aus Induktionsspulen und/oder magnetfeldempfindlichen Halbleiterelementen (z. B. Hallsonden) bestehen.

Weiter kann es vorteilhaft sein, daß mehrere Meßsonden in dem magnetfeldmäßig zu kompensierenden Raum verteilt sind und die dabei gewonnenen Meßwerte entsprechend bewertet der Magnetfeldkompensation dienen.

Weiter ist es vorteilhaft, daß bei der Verwendung von Induktionsspulen als Meßsonden diese ein von der Frequenz des Feldes unabhängiges Signal liefern, beispielsweise durch die Messung des von den Induktionsspulen gelieferten Kurzschlußstromes.

Weiter ist es vorteilhaft, daß die Vorrichtung vorzugsweise Magnetfelder aus dem energietechnischen Bereich mit den Frequenzen 16 2/3 Hz und 50 Hz nebst Oberwellen kompensiert, also die Vorrichtung in einem Bereich zwischen 0 Hz oder gegebenfalls 10 Hz und 10 kHz entsprechend ihre Kompensationsaufgaben erfüllt.

Weiter ist es vorteilhaft, daß zur Vermeidung von Störungen des statischen Magnetfeldes der Erde und aus Energieersparnisgründen in den der Feldkompensation dienenden Spulen weitestgehend kein Strom fließt, beispielsweise auch kein Gleichstrom, solange kein zu kompensierendes Magnetfeld existiert.

Ferner ist es vorteilhaft, daß die der Magnetfeldkompensation dienenden Spulen mit Strömen aus einer Stromquelle mit möglichst hohem Innenwiderstand gespeist werden, im Sinne eines eingeprägten Stromes.

Ferner ist es vorteilhaft, daß die für die Kompensationsspulen-Anord­ nungen nötigen Ströme mit Hilfe einer entsprechenden elektronischen Schaltungsanordnung erzeugt werden, welche die von den Meßsonden MS 1, 2, 3 gelieferten Signalinformationen weiterverarbeitet. Abb. 2 zeigt die schematische Darstellung einer solchen Anordnung, bestehend aus 3 orthogonal angeordneten Meßspulen (21) MS 1, 2, 3 deren Signalinfor­ mationen elektronisch über 3 getrennte Verstärkersystem-Kanäle (22) V 1, 2, 3 ensprechend verstärkungs-, frequenz- und phasenmäßig weiter­ verarbeitet werden, so daß die 3 Stromquellen (23) StQ 1, 2, 3 die nötigen Ströme für die 3 Kompensationsspulen-Anordnungen (24) KS 1, 2, 3, welche wie die zugehörigen Meßspulen (21) MS 1, 2, 3 räumlich orientiert sind, liefern, wodurch 3 Magnetfeldkomponenten erzeugt werden, die bei möglichst gleicher Magnetfeldamplitude gegenüber dem zu kompensierenden Feld entgegengesetzt orientiert sind, also zeitmäßig in Phasenopposition verlaufen, wobei zur Vermeidung der Selbsterregung des in sich ge­ schlossenen Regelkreises des Gesamtsystems die hier bekannten Maß­ nahmen in sinnvoller Weise angewandt werden. Verändert sich der zu kompensierende Magnetfeldvektor nur in einer Ebene oder nur in einer Richtung, genügen, entsprechend orientiert, zwei, bzw. ein Kompensationssystem.

Claims (13)

1. Vorrichtung zur Reduzierung eines vorzugsweise niederfrequenten Magnetfeldes innerhalb eines vorgegebenen Raumes, wie er sich größenmäßig vorzugsweise für wesentliche Teile eines vollständigen Gebäudes (1) darstellt, dadurch gekennzeichnet, daß in diesem Raum mittels Meßsonden (21) das zu reduzierende Magnetfeld nach Größe, Richtung und zeitlichem Verlauf erfaßt und auf diesen Meßdaten basierend ein kompensierendes, richtungsmäßig entgegengesetztes, möglichst gleichstarkes Magnetfeld desselben zeitlichen Verlaufs erzeugt (24) wird.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese Meßsonden (21) aus Induktionsspulen und/oder magnetfeldempfindlichen Halbleiterelementen (z. B. Hallsonden) bestehen.

3. Vorrichtung gem. Anspruch 1 u. 2, d.g., daß mehrere Meßsonden in dem magnetfeldkompensierten Raum verteilt sind und die Meßwerte entsprechend bewertet der Magnetfeldkompensation dienen.

4. Vorrichtung gem. Anspruch 2 u. 3, d.g., daß bei der Verwendung von Induktionsspulen als Meßsonden diese ein von der Frequenz des Feldes unabhängiges, konstantes Signal liefern, beispielsweise durch die Messung des von den Induktionsspulen gelieferten Kurzschlußstromes.

5. Vorrichtung gem. Anspruch 1-4, d.g., daß zur Erweiterung der Übertragungsbandbreite die ab einer bestimmten oberen und/oder unteren Grenzfrequenz gegebene Abnahme der Meßempfindlichkeit mittels einer entsprechenden frequenzabhängigen Vorrichtung kompensiert wird.

6. Vorrichtung gem. Anspruch 1-5, d.g., daß die Vorrichtung vorzugsweise Magnetfelder aus dem energietechnischem Bereich mit den Frequenzen 16 2/3 Hz und 50 Hz nebst Oberwellen, also im Frequenzbereich 0 Hz oder gegebenfalls 10 Hz bis 10 kHz, kompensiert.

7. Vorrichtung gem. Anspruch 1-6, daß die momentane räumliche Orientierung des zu reduzierenden Magnetfeldes durch wenigstens drei vorzugsweise orthogonal angeordnete Magnetfeld-Meßsonden (21) erfaßt und weiterverarbeitet wird.

8. Vorrichtung gem. Anspruch 1-7, d.g., daß das innerhalb eines bestimmten Raumes (1) zur Kompensation nötige Magnetfeld vorzugsweise durch drei orthogonal angebrachte Spulenanordnungen (24), beispielsweise jede ähnlich einer Helmholtz-Anordnung erzeugt wird, die diesen Raum umschließen.

9. Vorrichtung gem. Anspruch 1-8, d.g., daß die von den Magnetfeld-Meßsonden (21) gelieferten Informationen in einer Vorrichtung, beispielsweise aus Spannungs-/Stromverstärker-Einheiten (22, 23) bestehend, zu elektrischen Strömen weiterverarbeitet werden, mit deren Hilfe das kompensierende Magnetfeld erzeugt wird.

10. Vorrichtung gem. Anspruch 8 u. 9, d.g., daß die verschiedenen Spulen-Anordnungen gem. Anspruch 8 mit den gem. Anspruch 9 erzeugten Strömen betrieben werden.

11. Vorrichtung gem. Anspruch 10, d.g., daß in den Helmholtz-Spulen (24) weitestgehend kein Strom fließt, beispielsweise auch kein Gleichstrom, solange kein zu kompensierendes Magnetfeld existiert.

12. Vorrichtung gem. Anspruch 10, d.g., daß die Ströme aus einer Stromquelle (23) mit möglichst hohem Innenwiderstand geliefert werden, im Sinne eines eingeprägten Stromes.

13. Vorrichtung gem. Anspruch 2, 5, 10 u. 11, d.g., daß die für die Spulen-Anordnungen nötigen Ströme mit Hilfe einer entsprechenden elektronischen Schaltungsanordnung (22) erzeugt werden, welche die von den Meßsonden gelieferten Informationen weiterverarbeitet.