Gefahren des elektrischen Stromes - University Duisburg-Essen

Gefahren des elektrischen Stroms 

Fachgebiet Energietransport und -speicherung 

Prof. Dr. Ing. H. Brakelmann 

GEFAHREN DES 

ELEKTRISCHEN STROMS 

SCHUTZMAßNAHMEN UND 

SCHUTZEINRICHTUNGEN 

Folie Nr. 1 

UNIVERSITÄT 

D U I S B U R G 

E S S E N

1. Sicherheitsbestimmungen und Normen 

2. Gefahren durch den elektrischen Strom 

3. Schutzmaßnahmen und Schutzeinrichtungen 

4. Vorsichtsmaßnahmen und Verhalten im 

Praktikum 

5. Hilfsmaßnahmen beim Elektrounfall 




Folie Nr. 2 

UNIVERSITÄT 


E S S E N




Historischer Abriss (1) 

1830 Erfindung des Gleichstrommotors (Joseph Henry) 

1866 erster Wechselstrommotor (Werner von Siemens) 

1871 Reichs-Haftpflichtgesetz (Beweislast beim 

Arbeitnehmer) 

1878 der britische Physiker Swan erhält erstes Patent in 

England für die elektrische Glühlampe (1880 Edison in 

den USA) 

1884 Erstes Unfallversicherungsgesetz / Zusammenschluss 

von Unternehmen zu ersten Berufsgenossenschaften 

als Träger der Unfallversicherung 

1886 erließen die Berufsgenossenschaften erste 

Unfallverhütungsvorschriften 

1893 Gründung des VDE (Verband Deutscher 

Elektrotechniker) in Berlin 

Folie Nr. 3 

UNIVERSITÄT 


E S S E N





1895 Die erste "VDE-Vorschrift" VDE 0100 zur sicheren 

Erstellung elektrotechnischer Anlagen wird verabschiedet. 

1904 Das erste "Normalien-Buch" des VDE erscheint. Es 

umfasst 183 Seiten und enthält 17 Bestimmungen. 

1906 Unter Mitwirkung des VDE wird in London die 

Internationale Elektrotechnische Kommission (I.E.C.) 

gegründet; ihr schließen sich 24 Staaten an. 

1920 Einrichtung einer zentrale VDE-Prüfstelle; ihre Aufgabe: 

Elektrotechnische Produkte auf Übereinstimmung mit den 

bestehenden VDE- Bestimmungen zu überprüfen. Es folgt 

die erste gesetzlich geschützte Eintragung des VDE- 

Zeichens. 

Folie Nr. 4 

UNIVERSITÄT 


E S S E N





1925 Versicherung von Unfällen auf dem Weg zur Arbeit & 

Berufskrankheiten 

1935 Verkündung des Energiewirtschaftsgesetz: Die VDE- 

Bestimmungen erhalten den Status von "anerkannten 

Regeln der Technik". 

1942 Umwandlung der Unternehmerhaftpflicht in eine 

Direktversicherung der Beschäftigten 

1963 Verbesserung der vorbeugenden Unfallverhütung, Ausbau 

der ersten Hilfe und Rehabilitationsmaßnahmen 

1970 DIN und VDE gründen die "Deutsche Elektrotechnische 

Kommission im DIN und VDE". Damit gibt es in der 

Bundesrepublik Deutschland nur noch eine Stelle für 

elektrotechnische Normung. 

Folie Nr. 5 

UNIVERSITÄT 


E S S E N


1973 Gründung der CENELEC in Brüssel: Europäische Komitee 

für elektrotechnische Normung. Vorantreiben der 

Harmonisierung der nationalen Normen. 

1998 Namensänderung des VDE - Verband der Elektrotechnik 

Elektronik Informationstechnik e.V. 

2008 Gesetz zur Modernisierung der gesetzlichen 

Unfallversicherung (UVMG) - zwecks Kosteneffizienz soll 

die Zahl der gewerblichen BG‘s soll von 23 auf 9 reduziert 

werden. 

2010 Die BG ETE (Berufsgenossenschaft Energie Textil Elektro) 

fusioniert mit der BG Druck und Papierverarbeitung zur 

BG ETEM - Berufsgenossenschaft Energie Textil Elektro 

Medienerzeugnisse. 

Die BG ETEM ist verantwortlich für die Herausgabe und 

Kontrolle von Unfallverhütungsvorschriften sowie 

Einhaltung der VDE-Vorschriften 




Folie Nr. 6 

UNIVERSITÄT 


E S S E N

Prüfzeichen der VDE-Prüfstelle 




VDE-Zeichen für Geräte als technische Arbeitsmittel 

im Sinne des Gerätesicherheitsgesetzes 

VDE-ENEC-Prüfzeichen für Leuchten nach 

EN-Normen 

VDE-Kabelkennzeichen/Kennfaden 

nach nichtharmonisierten VDE-Bestimmungen 

VDE-Kabelkennzeichen/Kennfaden 

nach harmonisierten VDE-Bestimmungen 

Für Geräte, die den Normen für 

elektromagnetische Verträglichkeit entsprechen 

Folie Nr. 7 

UNIVERSITÄT 


E S S E N

Sicherheitsbestimmungen - 

Rechtliche Grundlagen (Deutschland) 

Energiewirtschaftsgesetz (hauptsächlich für 

Betreiber elektrischer Anlagen) 

GPSG: Geräte- und Produktsicherheitsgesetz, Gesetz 

über technische Arbeitsmittel und Verbraucherprodukte 

für Hersteller und Importeure zum Schutz des 

Anwenders 

(bis 2004 GSG – Gerätesicherheitsgesetz) 

Sozialgesetzbuch (verpflichtet die 

Berufsgenossenschaften, Unfallverhütungsvorschriften 

auf Grundlage der VDE-Bestimmungen 

herauszubringen) 




Folie Nr. 8 

UNIVERSITÄT 


E S S E N

Rechtliche Grundlagen der Sicherheitsbestimmungen 

IEC - 

Publikationen 

CENELEC - 

Normen 

Möglichst unveränderte 

Übernahme der IEC-Normen 

in nationale Normen 




Energie - 

wirtschaftsgesetz 

Allgemeine 

Bedingungen 

für die 

Elektrizitätsversorgung 

EU - 

Niederspannungsrichtlinie 

GeräteundProduktsicherheitsgesetz 

Vorschriften 

über das 

Inverkehrbringen 

von Produkten, 

CE-Kennzeichen 

Folie Nr. 9 

Sozialgesetzbuch 

Unfallverhütungsvorschriften 

Nationale Normen/ VDE-Bestimmungen 

Harmonisierte Normen/ VDE-Bestimmungen 

Internationale 

Regelungen 

Nationale 

Regelungen 

UNIVERSITÄT 


E S S E N

Entstehung eines einheitlichen 




Normenwerks 

IEC: Weltweit erstellen 42 nationale Kommitees IEC-Standards, 

formal Empfehlungen für alle Mitgliedsländer 

CENELEC: Erarbeitet Europäische Normen (EN), Vornormen 

(ENV) und Harmonisierungsdokumente (HD), bindend für alle 

Mitgliedsländer 

ETSI ist zuständig für die europäische Normung im Bereich 

Telekommunikation. Zusammen mit CENELEC und CEN bildet 

ETSI das europäische System für technische Normen. 

DIN, VDE: Möglichst unveränderte Übernahme der IEC-Normen 

in nationale Normen (verringerter Normungsaufwand, 

Vermeidung von Handelshemmnissen), Überprüfung auf 

Einhaltung der Normen sowie Vergabe von Konformitätszeichen 

(VDE-Zeichen, GS-Zeichen, IECQ - Zertifizierung) 

Folie Nr. 10 

UNIVERSITÄT 


E S S E N

internationale 

Organisationen 

innerdeutsche 

Organisationen 

Organisationen in der weltweiten Normung 

International Organization 

for Standardization 

ISO 

DIN 

Worldwide System 

For Conformity 

Testing and 

Certification 

of Electrical 

Equipment 

(IECEE) 

IECEE 

CEN ETSI CENELEC 

European Committee 

for Standardization 

Deutsches Institut 

für Normung 




IEC 

VDE- 

Prüf- und Zertifizierungsinstitut 

International 

Electrotechnical 

Commission 

VDE 

Deutsche Elektrotechnische Kommission 

Fachnormenausschuss Elektrotechnik im DIN 

gemeinsam mit Vorschriftenausschuss des VDE 

Ziel: einheitliches Normenwerk 

Folie Nr. 11 

EU- 

Behörde 

European Telecommunications European Committe 

Standards Institute 

VIK - Verband 

for Electrotechnical Standardization der Industriellen 

Energie- und 

Kraftwirtschaft e.V. 

VDE VERBAND DER ELEKTROTECHNIK 

ELEKTRONIK INFORMATIONSTECHNIK e.V. 

VIK 

VDEW 

ZVEI 

VDEW – 

Verein 

Deutscher 

Elektrizitätswerke 

ZVEI – Zentralverband 

Elektrotechnik-und 

Elektronikindustrie e.V. 

UNIVERSITÄT 


E S S E N




Deutsche Institutionen 

http://www.bgetem.de 

(Berufsgenossenschaft Energie Textil Elektro 

Medienerzeugnisse) 

Hier gibt es kostenlose Broschüren im pdf-Format: 

„Gefahren des elektrischen Stromes“, 

„Sicherheit bei Arbeiten an elektrischen Anlagen“ und 

„Erste Hilfe mit Sonderteil „Stromunfall““. 

http://www.strom.de 

(Verein deutscher Elektrizitätswerke - VDEW) 

http://www.din.de 

(Deutsches Institut für Normung) 

http://www.vde.de 

(Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e.V.) 

Folie Nr. 12 

UNIVERSITÄT 


E S S E N

Europäische & weltweite Institutionen 

• http://www.cenelec.be 

(Comité Européen de Normalisation Electrotechnique) 

• http://www.etsi.org 

(European Telecommunications Standards Institute) 

• http://www.iec.ch 

(International Electrotechnical Commission) 

• http://www.iso.ch 

(International Organization for Standardization) 




Folie Nr. 13 

UNIVERSITÄT 


E S S E N




4. Vorsichtsmaßnahmen und Verhalten im Praktikum 





Folie Nr. 14 

UNIVERSITÄT 


E S S E N

40000 

35000 

30000 

25000 

20000 

15000 

10000 

Arbeitsunfälle durch elektrischen Strom 

5000 

0 

543 

2003 

Stromunfälle 

Arbeitsunfälle 

36762 

1,47 % 

491 

2004 

Sehr geringer Anteil Stromunfälle an der Gesamtheit aller Arbeitsunfälle... 




35274 

1,39 % 

522 

2005 

32770 

1,59 % 

Folie Nr. 15 

472 

2006 

32383 

1,46 % 

479 

2007 

34581 

1,38 % 

UNIVERSITÄT 


E S S E N

Tödliche Arbeitsunfälle durch elektrischen Strom 

25 

20 

15 

10 

16 17 

22 

12 

5 

75 % 

0 

2003 

tödliche Stromunfälle 

6 

35,3 % 

2004 

7 

31,8 % 

2005 

tödliche Arbeitsunfälle 

Aber sehr hoher Anteil Stromunfälle an den tödlichen Arbeitsunfällen! 

45 % (1997-2006) der tödlichen Arbeitsunfälle sind Stromunfälle! 




Folie Nr. 16 

6,3 % 

1 

2006 

16 

7 

2007 

21 

33,3 % 

UNIVERSITÄT 


E S S E N

Tödliche Unfälle durch elektrischen Strom 

(ICD/9 - Klassifikation der WHO) 

87 

69 

Gewerbe 

Haushalt 

Sinkende Zahl tödlicher Stromunfälle durch ständige Verbesserung 

der Sicherheitsstandards 

90 

80 

70 

60 

50 

40 

30 

20 

10 

0 

1970 

Absolute Anzahl tödlicher Unfälle 

1973 

1976 

1979 

1982 

Anteil Laien tödlich Verunglückter: 70 %! 




1985 

1988 

1991 

1994 

Folie Nr. 17 

1997 

2000 

2003 

2006 

31 

3 

UNIVERSITÄT 


E S S E N

Verteilung der Stromunfälle auf Altersgruppen 

25 

20% 

15 

10 

5 

0 




Risikogruppe: 

- Erfahrung 

+ Risikobereitschaft 

20-25 >25-30 >30-35 >35-40 >40-45 >45-50 >50-60 >60 

Lebensalter 

Folie Nr. 18 

UNIVERSITÄT 


E S S E N

25 

% 

20 

15 

10 

5 

0 

Ursachen der tödlichen Unfälle 

bei Niederspannungsanlagen 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 

1 direktes Berühren 

2 Vertauschen von Schutz- und Außenleiter 

3 Versagen der Schutzmaßnahmen 

4 Körperschluss an Kraftsteckvorrichtungen 

5 unterbrochener Schutzleiter berührt 

Außenleiter 




menschliches 

Versagen 

6 Spannungsverschleppung 

7 Null-Leiter-Unterbrechnung 

8 Kraftstecker seitenverkehrt gesteckt 

9 Stecker in Steckdose ohne Schutzkontakt 

gesteckt 

Folie Nr. 19 

UNIVERSITÄT 


E S S E N

Ursachen schwerer & tödlicher 

Arbeitsunfälle (Jahr 2003) 




Folie Nr. 20 

UNIVERSITÄT 


E S S E N

Wie wirkt der el. Strom im menschlichen Körper? 

Alle Funktionen im menschlichen Körper sind 

physikalisch-chemische Vorgänge bioelektrischer 

Natur. 

Beginnend mit der Aufnahme von Reizen bei der 

Sinneswahrnehmung, über die Reizleitung mittels 

Nervenbahnen und Reizverarbeitung im Gehirn, bis 

hin zur Befehlsausführung in Muskeln – alles wird 

über körpereigene Stromimpulse gesteuert. 

Von außen aufgeprägte körperfremde Ströme sind, 

sofern sie gewisse Stromstärkewerte überschreiten, 

in der Lage, diese Funktionsabläufe zu stören. 




Folie Nr. 21 

UNIVERSITÄT 


E S S E N

Schädigungen des menschlichen Körpers durch 

Stromeinwirkung 

- elektrospezifische Schädigung durch elektrische Reizung 

von Körperzellen (z. B: Muskelverkrampfungen, 

Atemlähmung, Herzkammerflimmern) 

- elektrothermische Schädigung durch strombedingte 

Hitzeentstehung (z. B. äußere und innere Verbrennungen, 

Verkochungen) 

- indirekte Stromschädigung (z.B. Sturzverletzungen nach 

Stromkontakt, reflexartige Schreckbewegungen, 

Hineingreifen in Maschinen) 




Folie Nr. 22 

UNIVERSITÄT 


E S S E N

Die Schwere eines Stromunfalls hängt ab von: 

•der Spannungshöhe, 

-je größer die Spannung, desto größer die Stromstärke 

•der Frequenz (bei Wechselspannung) 

-bei Frequenzen >10 kHz rein thermische Wirkung 

•vom Stromweg im Körper 

-und den damit verbundenen Widerstand des 

menschlichen Körpers 

•Dauer der Stromeinwirkung 

-je länger, desto größer die Folgen (siehe Diagramm 

Gefährdungsbereiche) 

•dem Einwirkzeitpunkt 

-bezogen auf den Herzrhythmus 




Folie Nr. 23 

UNIVERSITÄT 


E S S E N

Es werden 4 Spannungsbereiche unterschieden: 

- Kleinspannung („Schwachstrom“) bis 50 V AC (120 V DC), 

gilt beim Berühren für erwachsene Menschen als nicht lebensbedrohlich 

- Niederspannung (50 V bis 1000 V), 

haushaltsübliche Spannungen mit 230 V und 400 V sind potentiell 

lebensgefährdend insbesondere durch Reizung der Herzmuskulatur 

- Hochspannung (1000 V bis 100 000 V), 

bei Unfällen resultieren zumeist schwere Verbrennungen 

- Höchstspannung (über 100 000 V), 

sog. Lichtbogenunfälle stehen im Vordergrund 




Folie Nr. 24 

UNIVERSITÄT 


E S S E N

Stromunfälle im Nieder- und Hochspannungsbereich 

Ca. 90 % aller Stromunfälle ereignen sich 

im Niederspannungsbereich unter 1000 V! 




Folie Nr. 25 

UNIVERSITÄT 


E S S E N

Niederspannung: 230 V und 400 V (1) 

Spannung 




Sternspannung 

Dreieckspannung 

Folie Nr. 26 

Zeit 

UNIVERSITÄT 


E S S E N

Niederspannung: 230 V und 400 V (2) 




Folie Nr. 27 

UNIVERSITÄT 


E S S E N

Stromwege im menschlichen Körper 

ZT 

≈ 600 




Ω 

Stromweg KörperwiderHerzstromstandfaktor Hand-Hand Zges = 100 % 0,4 

Hand-Rumpf- 

Füße 

Hände-Rumpf- 

Füße 

Folie Nr. 28 

Z ges = 75 % 0,8 

Z ges = 50 % 1,0 

Hand-Brust Z ges =50 % 1,3 re. Hand 

1,5 li. Hand 

Hände-Brust Z ges = 25 % 1,1 

UNIVERSITÄT 


E S S E N

Stromwege im menschlichen Körper 

Quelle: Institut zur Erforschung elektrischer Unfälle der 

Berufsgenossenschaft der Feinmechanik und Elektrotechnik 




Folie Nr. 29 

UNIVERSITÄT 


E S S E N

Berühren einer spannungsführenden Leitung (1) 

(direktes Berühren, Stromweg: Hand-Hand) 




Folie Nr. 30 

UNIVERSITÄT 


E S S E N

Berühren einer spannungsführenden Leitung (2) 

(direktes Berühren, Stromweg: Hand-Fuß) 




Folie Nr. 31 

UNIVERSITÄT 


E S S E N

Berühren eines defekten Gerätes 

(indirektes Berühren, Körperschluss) 




Folie Nr. 32 

UNIVERSITÄT 


E S S E N

Berührungsspannung bei indirektem Berühren (1) 

UL 




R Ü 

UL 

> UB U B 

Folie Nr. 33 

RE 

UNIVERSITÄT 


E S S E N

Berührungsspannung bei indirektem Berühren (2) 

U 

I 

L 

M 

< 

= 

U 

I 

U 

2, 

5k 

L 

M 

B 

≈ 

= 

( R 




ü 

230 

Ω 

U 

+ 

B 

≈ 

10 

V 

10k 

: 

230 

2500 

V 

Ω 

kΩ) 

Ω 

= 

Folie Nr. 34 

= 

92 

: 

18, 

4 

mA 

mA 

Die Schwere des Stromunfalls hängt wesentlich von den Übergangswiderständen 

(z. B. trockene Gummistiefel oder Schuhe mit feuchten 

Ledersohlen) ab! 

UNIVERSITÄT 


E S S E N

Stromübertritt unter Entstehung eines Lichtbogens 




Folie Nr. 35 

UNIVERSITÄT 


E S S E N

- ca. 100 Unfälle pro Jahr 

(Deutschland) 

- hohe Mortalität (bis 40 %) 

- Strom fließt über Körperoberfläche 

(Haut) ab 

- Schritteffekt -> Teilstromdurchfluss 

durch den Körper 




Blitzschlag 

Folie Nr. 36 

UNIVERSITÄT 


E S S E N

Der durch den Körper fließende Strom bei 

gegebener Spannungshöhe hängt ab von: 

• Übergangswiderständen 

• dem Widerstand der Haut an den Stromeintrittsstellen 

(stark variierend) 

• und vom Körperwiderstand (typisch 1200 – 1300 Ohm) 




Folie Nr. 37 

UNIVERSITÄT 


E S S E N

Auswirkung unterschiedlicher Stromstärken im Körper: 

- unter 0,5 mA 

allenfalls an der Zunge spürbar 

- ab 0,5 mA 

zunehmend spürbares Kribbeln 

- ab ca. 5 mA 

Erregung der Muskulatur 

- ab ca. 15 mA 

starke Muskelverkrampfung, an der Hand ist selbstständiges 

Loslassen der Kontaktstelle nicht mehr möglich 

- ab 25 mA bis 50 mA 

Herzrhythmusstörungen 

- ab 50 mA bis 80 mA 

Gefahr des Herzkammerflimmerns 

- ab 80 mA 

Herzkammerflimmern schon nach kurzer Einwirkzeit, eventuell Atemstillstand 

durch Atemmuskellähmung 

- ab ca. 3 A 

Gewebeverkochung durch Hitze, Muskelzerstörung 




Folie Nr. 38 

UNIVERSITÄT 


E S S E N

Gefährdungsbereiche bei Wechselspannung 

schwelle 

Durchströmungsdauer Wahrnehmbarkeits- 

Loslassschwelle 

Stromstärke 40 mA - 

Durchströmungszeit max. 10 s 




Körperstrom 

vorübergehender 

Herzstillstand 

Folie Nr. 39 

Flimmerschwelle 

UNIVERSITÄT 


E S S E N

Gefährdungsbereiche bei Gleichspannung 

keine Reaktion 

Durchströmungsdauer 

keine patho-physiologisch 

gefährliche Wirkung 




Körperstrom 

reversible Störungen der 

Reizleitung im Herzen möglich 

Folie Nr. 40 

schwere 

Verbrennungen, 

Herzkammerflimmern 

zunehmend 

wahrscheinlich 

UNIVERSITÄT 


E S S E N

Auslösung von Herzkammerflimmern (1) 

Stromeinwirkung während der vulnerablen Perioden 




Folie Nr. 41 

UNIVERSITÄT 


E S S E N

Auslösung von Herzkammerflimmern (2) 

rapider Abfall des Blutdrucks 




Folie Nr. 42 

UNIVERSITÄT 


E S S E N




Herzkammerflimmern 

•Der normale rhythmische Herzschlag geht durch schnell 

aufeinander folgende Kontraktionen in ein ungeordnetes 

Fibrillieren der Herzmuskelabschnitte über. 

•völlig ungeordnetes, örtlich und zeitlich unkoordinierten 

Zusammenziehungen der einzelnen Herzmuskelfasern 

•keine Pumpwirkung des Herzens, Versagen des 

Blutkreislaufes, Sauerstofftransport bricht zusammen 

•nach nur wenigen Minuten Sauerstoffmangel (3 bis max. 5 

min) fallen wichtige Steuer- und Überwachungszentren des 

Gehirns aus. 

•danach irreversible Hirnschädigung und Eintritt des Todes. 

Folie Nr. 43 

UNIVERSITÄT 


E S S E N

Der Stomunfall (1) 

Verbrennungen nach Berühren 

eines Gehäuses unter Spannung 




Folie Nr. 44 

UNIVERSITÄT 


E S S E N

Der Stomunfall (2) 

Brandverletzungen 

2. Grades an den 

Ein- bzw. Austrittstellen 

des Stroms 

(Foto: Stefan Reitzner) 




Folie Nr. 45 

UNIVERSITÄT 


E S S E N

Der Stromunfall (3) 

Stromübertritt unter Entstehung 

eines Lichtbogens 




Folie Nr. 46 

UNIVERSITÄT 


E S S E N

Direkte Wirkung von elektrischen 

und magnetischen Feldern auf den 




Menschen 

Folie Nr. 47 

UNIVERSITÄT 


E S S E N

Grenzwerte für elektromagnetische Felder 

DIN VDE 0848 

Expositionsbereich 1 

DIN VDE 0848 


IRPA 


IRPA 





elektrische 

Feldstärke 

Folie Nr. 48 

magnetische 

Induktion 

21,3 kV/m 1360 uT 

6,7 kV/m 425 uT 

10,0 kV/m 500 uT 

5,0 kV/m 100 uT 

IRPA: Int. Radiation Protection Association 

Expositionsbereich1: Arbeitsplätze und Anlagen, 

Aufenthalt nur einige Stunden pro Tag 

Expositionsbereich2: Andere Bereiche z.B. Wohnungen, 

Sport-, Freizeit- und Erholungseinrichtungen 

UNIVERSITÄT 


E S S E N

Elektrische Felder im Nahbereich 

von Freileitungen 




(die Feldstärkenangabe gilt für einen 

Aufpunkt in 1 m Höhe über dem Erdboden) 

Folie Nr. 49 

UNIVERSITÄT 


E S S E N

Wirkungen von elektrischen 50 Hz-Feldern 

an der Körperoberfläche 

Elektrische Feldstärken an der Oberfläche und daraus resultierende Stromdichten 

in einem Wechselfeld mit einer Feldstärke von 10 kV/m. (nach Kaune und Phillips 1980) 




Folie Nr. 50 

UNIVERSITÄT 


E S S E N

Die direkte Wirkung des magnetischen Feldes 

Enstehung von Wirbelströmen 

(in sich geschlossene Kreisströme) 




Folie Nr. 51 

UNIVERSITÄT 


E S S E N

Elektromagnetische Felder im Vergleich 

Das natürliche Magnetfeld der Erde beträgt etwa 40-50 µT 




Kühlschrank 

Plattenspieler 

Spülmaschine 

0,1 - 10 µT 

Waschmaschine 

Staubsauger 

Toaster 

Wäschetrockner 

1- 10 µT 

Heizkissen 

Farbfernseher 

Heizlüfter 

1 - 100 µT 

Bohrmaschine 

Küchenherd 

Rasierapparat 

100 - 500 µT 

Tischlampe 

Fön 

Lötkolben (325 W) 

650 - 1000 µT 

Rührwerk 

1000 - 2500 µT 

Folie Nr. 52 

UNIVERSITÄT 


E S S E N

Magnetische Induktion 

im Nahbereich von 

Freileitungen 




Magnetische 

Induktion eines 

Erdkabels 

max. ca. 15 µT max. ca. 24 µT 

Folie Nr. 53 

UNIVERSITÄT 


E S S E N

Elektromagnetische Felder - Diskussion 

Deutschland zählt zu den wenigen Ländern, in denen 

Schutzvorschriften für alle Frequenzbereiche aufgestellt wurden. 

niederfrequente Felder erzeugen im menschlichen Körper 

elektrische Ströme 

– zulässige Elektrische Feldstärke: 6,7 kV/m; Magnetische 

Feldstärke: 425 µT, bzw. 100 µT nach 26. BImSchV) 

bei hochfrequenten Feldern größer 10 kHz (z.B. Mobilfunk) wird 

die in das Körpergewebe eingestrahlte Energie vorwiegend in 

Wärme umgewandelt (besonders empfindlich: das Auge!) 

– spezifische Absorptionsrate (SAR): Der Ganzkörper-SAR- 

Grenzwert beträgt 0,08 W/kg, gemittelt über 6-Minuten-Intervalle 

über den ganzen Körper, der Teilkörper-SAR-Grenzwert (z. B. für 

das Auge) beträgt 2 W/kg, gemittelt über 6-Minuten-Intervalle und 

10 g Gewebe. 




Folie Nr. 54 

UNIVERSITÄT 


E S S E N









Folie Nr. 55 

UNIVERSITÄT 


E S S E N

Energieerzeugung und -verteilung 




Folie Nr. 56 

UNIVERSITÄT 


E S S E N

Leiterarten/Leiterbezeichnungen 

Benennung Kennzeichnung Definition _ _ 

Außenleiter L1/L2/L3 alle Farben außer grün,gelb Verbindung zur Stromquelle 

Neutralleiter N hellblau Verbindung zum Sternpunkt 

Schutzleiter PE muss grün-gelb sein Schutz von Körpern 

PEN-Leiter PEN muss grün-gelb sein Vereinigt Funktion von N/PE 




Folie Nr. 57 

(TN-C-S-System) 

UNIVERSITÄT 


E S S E N

Erdschluss 

Leiterschluss 




Fehlerarten 

Kurzschluss zw. Außenleitern (3-poliger Kurzschluss) 

Kurzschluss, 1-polig 

Körperschluss 

Erdschluss Erdschluss 

Folie Nr. 58 

UNIVERSITÄT 


E S S E N

L 

N 




Körperschluss 

Fehler liegt vor dem Verbraucher 

Folie Nr. 59 

UNIVERSITÄT 


E S S E N

L 

N 




Leiterschluss 

Fehler liegt hinter dem Verbraucher 

Folie Nr. 60 

UNIVERSITÄT 


E S S E N

Netzformen 

1. Buchstabe: Erdungsverhältnisse der Stromquelle (Sternpunkt) 

2. Buchstabe: Erdungsverhältnisse der Körper der elektrischen 

Anlage 

I - Isoliert, T - Erdung, N - Neutralleiter, PE - Schutzleiter 

PEN 




400 V 

L1 

400 V 

L2 

400 V 

L3 

230 V 

N 

PE 

Folie Nr. 61 

UNIVERSITÄT 


E S S E N

Leiterspannung und Strangspannung 

L3 




L1 

N 

Folie Nr. 62 

L2 

UNIVERSITÄT 


E S S E N




IT-System 

Folie Nr. 63 

IT-System: 

Systeme, in denen kein 

Punkt des Systems direkt 

geerdet ist, die Körper der 

Betriebsmittel jedoch 

geerdet sind. 

Schutz durch: 

Schutz durch: 

Isolationsüberwachung 

(Meldung), 

Überstrom- 

Schutzeinrichtungen, 

Fehlerstrom- 


Fehlerspannungs- 

Schutzeinrichtungen 

UNIVERSITÄT 


E S S E N

Ungeerderter 

Sternpunkt 

Körperschluss im ungeerdeten Netz 

Erdkapazitäten 




M 

Folie Nr. 64 

L1 

L2 

L3 

UNIVERSITÄT 


E S S E N

Doppelfehler im ungeerdeten Netz 

M 




400 V 

Folie Nr. 65 

M 

L1 

L2 

L3 

UNIVERSITÄT 


E S S E N

IT-System 

Berühren eines Gerätes mit Körperschluss ergibt keinen 

geschlossenen Stromkreis 

Gefährliche Berührungsspannungen durch: 

– Kapazitäten zwischen Außenleitern und Erde in 

ausgedehnten Netzen 

– Rückwärtige Erdverbindungen durch brüchige 

Isolierungen 

– Zweiten Körperschluss (siehe vorherige Folie) 

Einpoliger Erdschluss lässt die 

Spannung der ungestörten Phasen um 

das 1,7-fache ansteigen 

Schutzmaßnahmen: 

– Einsatz einer 

Isolationsüberwachungs-Einrichtung 

– Gute Erdung aller Geräte-Körper (IT- 

Netz) 




Folie Nr. 66 

400 V 

230 V 

UNIVERSITÄT 


E S S E N

Erdung der Geräte-Körper im IT-Netz 




M 

Folie Nr. 67 

L1 

L2 

L3 

UNIVERSITÄT 


E S S E N




TT-System TT-System: 

Systeme, in denen ein Punkt 

des Neutralleiters - 

meist in der Nähe der 

speisenden Stromquelle 

und die Körper der 

Betriebsmittel mit anderen - 

das heißt von der Erdung 

des Neutralleiters 

unabhängigen Erdern 

verbunden sind. 

Folie Nr. 68 

Schutz durch: 

Überstrom- 


Fehlerstrom- 


Fehlerspannungs- 


UNIVERSITÄT 


E S S E N

Überführen eines Körperschlusses in 

einen Kurzschluss im TT-Netz 




M 

Folie Nr. 69 

L1 

L2 

L3 

UNIVERSITÄT 


E S S E N




TT-System 

Durch wirksame Erdung von Sternpunkt und Körper entsteht im 

Fehlerfall ein großer Strom, welcher ein Auslösen der Überstrom- 

Schutzeinrichtung verursacht. (Überführung in Kurzschluss) 

Einzelne Erdung oder gemeinsame Erdung über Schutzleiter 

TT-Netz mit Überstrom-Schutzeinrichtung ist die älteste 

Schutzmaßnahme gegen indirektes Berühren (früher Schutzerdung 

genannt) 

Sehr großer Erdungsaufwand (sonst kein hinreichend großer 

Abschaltstrom!) 

Gefährliche Potentialunterschiede bei getrennten Erdern (siehe 

nächste Folie) 

Heute Verwendung von Fehlerstromschutz-Einrichtungen (FI- 

Schalter) statt Überstrom-Schutzeinrichtungen (Auslösen bereits 

bei geringen Fehlerströmen, 10 mA, 30 mA) 

Folie Nr. 70 

UNIVERSITÄT 


E S S E N

Doppelfehler bei getrennten Erdern 

M 




U F 

Folie Nr. 71 

M 

L1 

L2 

L3 

UNIVERSITÄT 


E S S E N




TN-System 

TN-Systeme 

Systeme, in denen ein Punkt des Neutralleiters - meist in der Nähe der 

speisenden Stromquelle - direkt geerdet ist und die Körper der Betriebsmittel 

über Schutzleiter mit diesem Punkt verbunden sind. 

Folie Nr. 72 

TN-S-System: 

S steht für „separated“, 

getrennter (separater) 

Neutralleiter und 

Schutzleiter im gesamten 

System 

Schutz durch: 

Überstrom-Schutzeinrichtungen, 

Fehlerstrom- 


UNIVERSITÄT 


E S S E N




TN-System 

Folie Nr. 73 

TN-C-System: 

S steht für 

„common“, 

kombinierter 

Neutral- und 

Schutzleiter (PEN- 

Leiter 

im gesamten 

System 

Schutz durch: 

Nur durch 

Überstrom- 


möglich 

Keine Fehlerstrom- 

Schutzeinrichtung 

verwendbar! 

UNIVERSITÄT 


E S S E N




TN-System 

Folie Nr. 74 

TN-C-S-System: 

Im ersten Teil des Systems 

(Netz) kombinierter, im 

zweiten Teil des Systems 

getrennter Neutralleiter und 

Schutzleiterkombinierter 

Neutral- und Schutzleiter 

(PEN-Leiter 

Schutz durch: 

Überstrom- 


Fehlerstrom- 


UNIVERSITÄT 


E S S E N




TN-System 

FI-Schalter 

ΣI 

= 0 

Folie Nr. 75 

UNIVERSITÄT 


E S S E N




TN-System 

Die niedrige Impedanz des PEN-Leiters (Schutzleiters) führt 

zu höheren Kurzschlussströmen / Abschaltströmen 

Überstromschutzorgane schalten schneller ab, 

Fehlerspannungen stehen nur kurzzeitig an. 

Sternpunkt ist geerdet, damit die Spannung der ungestörten 

Phasen nicht auf Außenleiterspannung ansteigen kann. 

TN-Netz mit Überstromeinrichtung ist 

– bewährt, 

– einfach in der praktischen Ausführung und 

– die häufigste verwendete Netzform im Niederspannungsbereich. 

Bietet hervorragenden Schutz in Kombination mit 

Hauptpotentialausgleich und FI-Schalter 

Folie Nr. 76 

UNIVERSITÄT 


E S S E N




Schutz durch Abschaltung oder Meldung 

Abschaltung 

TN-Netz TT-Netz IT-Netz 

• Überstromschutzeinrichtungen 

• Fehlerstromschutzeinrichtungen 

Schutzeinrichtungen in den Netzformen 



• Fehlerspannungsschutzeinrichtungen 



• Fehlerspannungsschutzeinrichtungen 

Folie Nr. 77 

Meldung 

IT-Netz 

• Isolationsüberwachungseinrichtung 

UNIVERSITÄT 


E S S E N

Schutz gegen 

direktes Berühren 




PERSONENSCHUTZ 

Schutz bei 

indirektem Berühren 

Folie Nr. 78 

Schutz sowohl gegen direktes 

als auch bei indirektem Berühren 

erfolgt durch erfolgt durch erfolgt durch 

• Isolierung aktiver Teile 

• Abdeckung oder Umhüllungen 

• Hindernisse 

• Abstand 

Schutzmaßnahmen zum Personenschutz 

• Erdung passiver Teile in 

Anlagen über 1 kV 

• Abschaltung oder Meldung 

• Schutzisolierung 

• nichtleitende Räume 

• erdfreien, örtlichen Potentialausgleich 

• Schutztrennung 

• Schutzkleinspannung 

• Funktionskleinspannung 

UNIVERSITÄT 


E S S E N




Schutzklassen bei Geräten 

Folie Nr. 79 

UNIVERSITÄT 


E S S E N




Schutzisolierung 

Folie Nr. 80 

UNIVERSITÄT 


E S S E N

Schutzerdung (bei Betriebsstrom) 




Folie Nr. 81 

UNIVERSITÄT 


E S S E N

Schutzerdung (Fehlerstrom bei Körperschluss) 




Folie Nr. 82 

UNIVERSITÄT 


E S S E N

Schutzerdung (Überführung in Kurzschlussstrom) 




Folie Nr. 83 

UNIVERSITÄT 


E S S E N

Schnitt durch einen Niederspannung- 

Hochleistungs - Sicherungseinsatz 




Schmelzsicherungen 

Strombegrenzende Ausschaltung 

einer Schmelzsicherung 

Schmelzsicherungen 

•stellen „Sollbruchstellen“ im Stromkreis dar. 

•sind strombegrenzende Schaltgeräte, 

der Stoßkurzschlussstrom wird auf den Durchlassstrom begrenzt. 

Folie Nr. 84 

UNIVERSITÄT 


E S S E N

Auslösen eines NH-Sicherungseinsatzes 

Sollbruchstellen 




Folie Nr. 85 

UNIVERSITÄT 


E S S E N

Leitungsschutzschalter (ugs. Sicherungsautomat) 




•Automatisches Auslösen bei Überlastung 

- Bei Überlastung (Erwärmung durch 

Überlaststrom) unterbricht ein Bimetallschalter 

den Stromkreis 

-Zeit bis zum Auslösen in Abhängigkeit des 

Überlaststroms einige Sekunden bis Minuten 

•Automatische Auslösen bei Kurzschluss 

-Bei Kurzschluss oder hohem Überlaststrom 

Abschalten innerhalb weniger Millisekunden 

durch einen Elektromagnetschalter 

•Manuelles Auslösen 

- Durch Betätigung des Hebels an der 

Vorderseite des Leitungsschutzschalters 

Folie Nr. 86 

UNIVERSITÄT 


E S S E N

Fehlerstromschutzschalter (1) (FI-Schalter) 




I 

L 

Folie Nr. 87 

+ I 

N 

= 

0 

UNIVERSITÄT 


E S S E N

Fehlerstromschutzschalter (2) (FI-Schalter) 




I 

L 

Folie Nr. 88 

+ I 

N 

≠ 

0 

UNIVERSITÄT 


E S S E N

Prinzip eines Fehlerstrom-Schutzschalters 

• Auslösezeit ca. 30 ms 

• Auslösestrom ca. 10-30 mA 




Folie Nr. 89 

UNIVERSITÄT 


E S S E N

Einblick in einen Fehlerstrom-Schutzschalter 




Folie Nr. 90 

UNIVERSITÄT 


E S S E N




Schutztrennung 

• Schutztrennung 

- Prinzip: Betriebsmittel ist vom speisenden Netz mittels Trenntransformator 

galvanisch getrennt und nicht geerdet 

- Freies Potential auf der Sekundärseite, das heißt keine Beziehung zum 

Erdpotential - bei Körperschluss kann kein Strom in Richtung Erde fließen. 

Folie Nr. 91 

UNIVERSITÄT 


E S S E N




Schutzkleinspannung 

• Schutzkleinspannung 

- Prinzip: U < 50 V ~ bzw. 120 V =, Stromkreis ungeerdet 

- Realisierung: Trafoanordnung, Motor-Generator-Kopplung, 

galvanische Elemente 

Folie Nr. 92 

UNIVERSITÄT 


E S S E N

Isolationsüberwachungseinheit 

- Netz darf nicht geerdet sein, alle Körper mit Schutzleiter verbunden 

- Anwendung: Operationsräume, Intensivstationen 




Folie Nr. 93 

UNIVERSITÄT 


E S S E N

Einführung des Hauptpotentialausgleichs 

Problem: Fehlerspannungsverteilung im TN-S-Netz 

(Kurzschlussstrom durch Schutzerdung) 




Folie Nr. 94 

UNIVERSITÄT 


E S S E N

Fehlerspannungsverteilung bei einpoligem Kurzschluss 

Z'PEN 

Z'L 




Folie Nr. 95 

L1 

L2 

L3 

PEN 

=115,5 V 

U F 

In ausgedehnten Netzen kann die Fehlerspannung bis zu 0,5U Str ansteigen. 

UNIVERSITÄT 


E S S E N

Hauptpotentialausgleich nach DIN VDE 0190 

Brauchwasser 

Heizung 

Warmwasser 

Frisch- und Abwasser 

Antenne 




PEN 

Nullleiter 

Dusche 

Ölversorgung Fernmeldeanlage 

Badewanne 

Heizung 

z.B. 

Fundamenterder 

Gasinnenleitung 

Isolierstück 

Folie Nr. 96 

Blitzschutz 

Potenzialausgleichsschiene 

UNIVERSITÄT 


E S S E N

Zusammenfassung der 




Schutzmaßnahmen 

Sicherungen (Sollbruchstellen) 

Überstromschutzeinrichtungen 

Isolationswächter 

Erdung, Schutzleiter 

Fehlerstromschutzeinrichtungen (FI) 

Hauptpotentialausgleich 

Folie Nr. 97 

UNIVERSITÄT 


E S S E N




4. Vorsichtsmaßnahmen und Verhalten im 

Praktikum 





Folie Nr. 98 

UNIVERSITÄT 


E S S E N

Die fünf Sicherheitsregeln 

1. Freischalten 




2. Gegen Wiedereinschalten sichern 

3. Spannungsfreiheit feststellen 

4. Erden und Kurzschließen 

5. Benachbarte unter Spannung stehende 

Teile abdecken oder abschranken 

Folie Nr. 99 

UNIVERSITÄT 


E S S E N





1. Freischalten 

• Sicherungen herausschrauben 

• Sicherungsautomaten schalten 

• Hauptschalter schalten 

• Not-Aus-Schalter betätigen 

• Sicherungen ziehen bei NH 

Folie Nr. 100 

UNIVERSITÄT 


E S S E N





2. Gegen Wiedereinschalten sichern 

• Hinweisschilder anbringen 

• Aufkleber auf Sicherheitsautomaten 

• Schmelzsicherungen mit Kappen sicher 

aufbewahren 

(nicht im Verteiler liegenlassen!) 

• Schaltkästen abschließen 

Folie Nr. 101 

UNIVERSITÄT 


E S S E N


2. Gegen Wiedereinschalten sichern (Fortsetzung) 




Folie Nr. 102 

UNIVERSITÄT 


E S S E N





3. Spannungsfreiheit feststellen 

• An der Arbeitsstelle muss mit 

geeigneten, 

für den Spannungsbereich 

ausgelegten 

zweipoligen Messgeräten die 

Spannungsfreiheit 

gemessen werden. 

• Spannungsfreiheit sollte regelmäßig 

auch während der Arbeit geprüft 

werden! 

Folie Nr. 103 

UNIVERSITÄT 


E S S E N


4. Erden und Kurzschließen 

• Die frei geschalteten Leiter werden mit Erdpotential 

verbunden. 

• Die Kurzschließvorrichtungen werden zuerst mit dem 

Erdpotential verbunden, erst danach mit dem Leiter! 

• Erden und Kurzschließen findet im 400-Volt-Bereich nicht 

so häufig Anwendung, da in diesem Spannungsbereich auf 

diese Maßnahme verzichtet werden kann. 

• Es ist aber eine weitere Option, um die Sicherheit zu 

erhöhen und eventuellen Fehlern Dritter vorzubeugen! 




Folie Nr. 104 

UNIVERSITÄT 


E S S E N





Folie Nr. 105 

UNIVERSITÄT 


E S S E N

5. Benachbarte unter Spannung stehende 

Teile abdecken oder abschranken 




Der Arbeitsbereich ist klar 

zu trennen und kenntlich zu 

machen, um eventuellen 

Gefahren durch Stolpern 

oder Fehlgriffe auf aktive 

Teile vorzubeugen. 

Folie Nr. 106 

UNIVERSITÄT 


E S S E N




Punkte der Laborordnung 

• Vor dem Einschalten vertraut machen mit den Möglichkeiten eines 

schnellen Abschaltens! 

• Änderungen in einer unter Spannung stehende Versuchsschaltung 

sind verboten! 

• Zusätzliche Sicherheitsregeln bei hohen Spannungen z.B für das 

Hochspannungstechnische Praktikum beachten! 

• Einwandfreie körperliche und geistige Verfassung! 

• Übersichtliches Aufbauen der noch spannungslosen Schaltungen! 

• Einschalten erst nach Überprüfung durch den Betreuer! 

Folie Nr. 107 

UNIVERSITÄT 


E S S E N









Folie Nr. 108 

UNIVERSITÄT 


E S S E N




Hilfsmaßnahmen 

bei Niederspannung 

• Stromkreis unterbrechen (Stecker herausziehen, Not-Aus) 

• Falls keine Unterbrechung möglich ist, 

Isolierung zum Verletzten (trockene Decke) 

und zum Boden (Gummistiefel) herstellen. 

• Falls irgendwelche Unklarheiten auftreten, wie man sich 

verhalten soll, auf Experimente verzichten! 

bei Hochspannung: 

• Keine Annäherung an den Verletzten solange der Strom 

nicht ausgeschaltet ist (besser auf die Feuerwehr warten!) 

• Über Polizei/Feuerwehr das zuständige E-Werk verständigen! 

Folie Nr. 109 

UNIVERSITÄT 


E S S E N




Maßnahmen der ersten Hilfe 

nach Stromkreis-Unterbrechung: 

1. Atmung und Herztätigkeit kontrollieren 

2. bei Atemstillstand Beatmung durchführen 

3. bei Herz-Kreislauf-Stillstand äußere Herzmassage 

mit Weiterführen der Beatmung 

4. Bei Herzkammerflimmern 

optimal: sofortige Defibrillation 

5. Bei Schock stabile Seitenlage , Hochhalten der Beine, ... 

6. Verbrennungen 

Verbrennungswunden nur steril abdecken 

Folie Nr. 110 

UNIVERSITÄT 


E S S E N

Quelle: BG-ETEM, Gefahren des elektrischen Stroms 




Folie Nr. 111 

UNIVERSITÄT 


E S S E N

Schrifttum: 

DIN VDE 0100 

Buch aus dem VDE-Verlag mit Hinweisen auf 

Neuerungen und Änderungen (erscheint halbjährlich) 

Die vorschriftsmäßige Elektroinstallation (Hösl & Ayx, 

Hüthig Verlag, Heidelberg) 

Kostenlose Broschüren der Berufsgenossenschaft 

„Gefahren des elektrischen Stromes“, „Sicherheit bei 

Arbeiten an elektrischen Anlagen“ und „Erste Hilfe“ zum 

kostenlosen Download: www.bgetem.de 




Folie Nr. 112 

UNIVERSITÄT 


E S S E N

Broschüren der Berufsgenossenschaft 




Folie Nr. 113 

UNIVERSITÄT 


E S S E N

Download dieser Vorlesung 

www.ets.uni-duisburg-essen.de/download/ 

heinrich.brakelmann@uni-due.de 

Raum BE 102, Bismarckstraße 81 




Kontakt 

joerg.stammen@uni-due.de 

Raum BE 004, Bismarckstraße 81 

Folie Nr. 114 

UNIVERSITÄT 


E S S E N

Gefahren des elektrischen Stromes - University Duisburg-Essen

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