Hilfe: So viel gefährliches Halbwissen!
⚡ Gefährlichkeit von Strom für den menschlichen Körper
Elektrischer Strom stellt eine erhebliche Gefahr für den menschlichen Körper dar, da dieser Flüssigkeiten und Gewebe enthält, die Strom leiten können. Die Wirkung hängt von mehreren Faktoren ab, insbesondere der Stromstärke ($I$), der Dauer der Einwirkung und dem Stromweg durch den Körper.
Die Hauptgefahren sind:
- Herzrhythmusstörungen bis hin zum Herzkammerflimmern oder Herzstillstand (besonders bei Stromwegen über das Herz, z.B. Hand-Hand oder Hand-Fuß).
- Muskelverkrampfungen (tetanische Kontraktionen), die das Loslassen der stromführenden Quelle verhindern können ("Loslassgrenze"). Ist die Atemmuskulatur betroffen, kann es zur Atemlähmung kommen.
- Verbrennungen (Strommarken an Ein- und Austrittsstellen) und innere thermische Zerstörung von Geweben und Organen.
- Chemische Wirkung wie die elektrolytische Zersetzung des Blutes bei längerer Einwirkzeit.
🤕 Spannungen und Stromstärken
Es ist schwierig, exakte Werte zu nennen, die garantiert nicht töten, da die Gefährdung stark von individuellen Faktoren (Körperwiderstand, Hautfeuchtigkeit) und der Einwirkdauer abhängt.
⚠️ Grenzwerte für Lebensgefahr
In der Elektrotechnik gelten folgende Richtwerte für die Lebensgefahr bei Berührungsspannungen:
- Wechselspannung (AC, 50/60 Hz): Über 50V
- Gleichspannung (DC): Über 120V
Daraus abgeleitete maximale ungefährliche Berührungsspannungen (Schutzkleinspannungen) sind:
- Wechselspannung (AC, 50/60 Hz): Bis zu 25V (in kritischen Bereichen wie nassen Umgebungen) oder 50V
- Gleichspannung (DC): Bis zu 60V 120V
❗ Schmerzhafte, aber nicht unmittelbar tödliche Stromstärken
Die Wahrnehmungsschwelle (Kribbeln) liegt bei Wechselstrom (50 Hz) bei etwa $0.5 \, \text{mA}$ bis 1mA, bei Gleichstrom (DC) bei etwa 2mA
Die "Loslassgrenze", ab der die Muskelverkrampfung das Loslassen erschwert oder unmöglich macht, liegt bei Wechselstrom bei etwa 10mA15mA. Darüber hinaus beginnt der Bereich, in dem es zu gesundheitlichen Schädigungen kommen kann.
Als allgemein gefährlich gelten Ströme über:
- Wechselstrom (AC): Über 10mA bis 25mA
- Gleichstrom (DC): Über 20mA 25mA
Lebensgefahr besteht demnach bei Wechselstrom ab etwa 50 mA bei längerer Einwirkdauer. Die tatsächliche Lebensgefahr steigt mit der Stromstärke und der Dauer des Stromflusses rapide an.
🔄 Vergleich von Gleich- und Wechselstrom
| Gefährlichkeit | Deutlich gefährlicher (etwa 4- bis 5-mal) im Hinblick auf Herzkammerflimmern. | Gilt als weniger gefährlich im Hinblick auf Herzkammerflimmern, besonders bei kurzer Durchströmung. |
| Wirkmechanismus | Aufgrund des ständigen Polwechsels können schon relativ geringe Stromstärken das Herz deutlich stärker beeinflussen und Herzkammerflimmern auslösen. | Verursacht beim Einschalten und Ausschalten eine stärkere Reaktion, der fließende Strom selbst beeinflusst die Herztätigkeit weniger. |
| Loslassgrenze | Deutlich ausgeprägt: Verkrampfung kann das Loslassen verhindern. | Weniger ausgeprägt, da der Muskelreiz weniger stark ist; Loslassen ist oft leichter möglich. |
| Grenzwerte Spannung | Lebensgefahr ab 50V | Lebensgefahr ab 20339800 |
| Grenzwerte Stromstärke | Gefährlich ab 10m bis 25mA | Gefährlich ab 20mA bis 25mA (neuere Forschung sieht höhere Schwellen). |
Die Schwelle für Herzkammerflimmern liegt bei Gleichstrom etwa zwei- bis viermal so hoch wie bei Wechselstrom (50 Hz). Trotzdem besteht auch bei Gleichstrom bei hoher Stromstärke und langer Einwirkdauer die Gefahr tödlicher Verletzungen wie Herzkammerflimmern und Verbrennungen.
Der PE-Leiter (Protective Earth) hat in Gleichstromsystemen die gleiche übergeordnete Funktion wie in Wechselstromsystemen: den Personenschutz gegen elektrischen Schlag im Fehlerfall.
🛡️ Die Rolle des PE-Leiters in DC-Netzen
- Fehlerschutz: Wie beim Wechselstrom dient der PE-Leiter dazu, leitfähige Gehäuse von elektrischen Betriebsmitteln mit dem Erdpotenzial zu verbinden. Tritt ein Fehler (z.B. ein Körperschluss) auf, bei dem ein stromführender Gleichstromleiter (Plus- oder Minuspol) das Gehäuse berührt, wird der Fehlerstrom über den PE-Leiter zur Erde abgeleitet.
- Auslösen von Schutzeinrichtungen: Der abfließende Fehlerstrom führt zur Auslösung der entsprechenden Schutzeinrichtung (Sicherung oder spezielle DC-Überwachungseinrichtungen), die den Stromkreis unterbricht und die Gefahr beseitigt.
- Farbkennzeichnung: Auch in DC-Anlagen muss der Schutzleiter grün-gelb gekennzeichnet sein. Diese Farbgebung ist international für Schutzleiter reserviert und darf für keinen anderen Zweck verwendet werden.
🔌 Gleichstrom-Netzformen
In großen Gleichstromnetzen, beispielsweise in Photovoltaik-Anlagen (PV), Bahnsystemen oder USV-Anlagen, werden die Schutzmaßnahmen ebenfalls nach Normen wie der DIN VDE 0100-540 festgelegt. Es gibt verschiedene Netzsysteme (z.B. IT-DC-, TN-S-DC-, TN-C-DC-Systeme), in denen der Schutzleiter unterschiedlich zum Betriebsstromleiter (Plus, Minus, oder Mittelleiter M) angeordnet ist:
- TN-S-DC-Systeme: Hier sind die Betriebsstromleiter und der PE-Leiter getrennt geführt, was der sichersten Variante entspricht.
- TN-C-DC-Systeme: Hier kann es, ähnlich wie beim Wechselstrom-PEN-Leiter, einen PEL-Leiter (Kombinierter Schutz- und geerdeter Außenleiter) oder PEM-Leiter (Kombinierter Schutz- und geerdeter Mittelleiter) geben, der die Funktionen von Schutzleiter und einem der Betriebsstromleiter vereint. Diese kombinierten Leiter müssen ab einem bestimmten Querschnitt verwendet und später im System wieder aufgetrennt werden, um den vollen Schutz zu gewährleisten.
Der Schutzleiter ist somit eine systemunabhängige Sicherheitskomponente, die überall dort erforderlich ist, wo gefährliche Spannungen auftreten können und ein Fehlerschutz nötig ist.