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1 6FKXW]PD QDKPHQ (LQI KUXQJXQG3UREOHPDWLN Zu den Auswirkungen elektrischer Unfälle am und im menschlichen Körper soll auf die einschlägige Fachliteratur verwiesen werden. Nachfolgend werden einige grundsätzliche Aussagen im Themenbereich der Gefahr des elektrischen Stromes und der elektrischen Schutzmaßnahmen diskutiert werden. Ströme um 10 ma genügen bereits, um starke Schmerzen und Verkrampfungen hervorzurufen. Diese Schmerzen sind auf Nervenreizung durch Ionenwanderung in den Zellflüssigkeiten zurückzuführen. In der Regel ist bei Strömen über 20 ma ein Loslassen durch Verkrampfung nicht mehr möglich. Bei Strömen über 30 ma beginnt der gefährliche Bereich, wobei die Gefährdung davon abhängig ist, welcher Teilstrom über das Herz fließt. Bei Strömen ab 100 ma tritt in jedem Fall die gefährliche Erscheinung des Herzkammerflimmers auf. Das Herzkammerflimmern stört den rhythmischen Verlauf des Zusammenziehens und Erschlaffen der Muskeln der einzelnen Herzkammern, so dass diese völlig unregelmäßig arbeiten. Die Folge davon ist ein absoluter Stillstand der Blutzirkulation, der bei Menschen und größeren Säugetieren zum Tod führt.,qwhuqdwlrqdoh6lfkhukhlwvyruvfkuliwhqohjhqihvwgdvv0hqvfkhq 1. Ein durch den Körper fließender elektrischen Stroms kann wichtige Körperfunktionen negativ beieinträchtigen. Insbesondere sind hier Muskelverkrampfungen, Herzkammerflimmern und Herzstillstand zu nennen. 2. Liegen hohe Stromstärken an, kann es an den Ein- und Austrittsstellen des Stroms wegen der elektrischen Wärmewirkung zu Verbrennungen kommen. 3. Wirkt ein elektrischer Strom längere Zeit auf den Menschen ein, zersetzt sich die Körperflüssigkeit (u.a. das Blut) durch elektrolytische Vorgänge. Es kommt zu Vergiftungserscheinungen, die unter Umständen erst nach einigen Tagen auftreten. Bei Unfällen mit elektrischem Strom ist deshalb eine ärztliche Untersuchung unbedingt erforderlich. 4. Unfälle mit elektrischem Strom haben darüber hinaus häufig Sekundärunfälle zur Folge. Diese sind meist darauf zurück zu führen, dass das Unfallopfer auf Grund z.b. eines Stromschlages einen Schreck bekommt und falsch reagiert. Aus diesen Fehlreaktionen resultieren z.b. Leiterstürze, Verletzungen an Maschinen, etc

2 Bereich 1: Bereich 2: Wechselströme in diesem Bereich werden von den meisten Menschen gar nicht wahrgenommen. Es ist ein Kribbeln zu spüren, auch schmerzhafte Verkrampfungen sind möglich. Direkte Schäden sind kaum zu befürchten. Bereich 3: Die Stromquelle kann auf Grund von Muskelverkrampfung nicht mehr losgelassen werden. Bereich 4: Schwere Schädigung und häufig tödliche Stromwirkung, z.b. durch Herzkammerflimmern. Stromweg Hand - Hand Hand - Fuß Hand - Füße Hände - Füße Körperwiderstand (minimal) ca. 650 Ω ca Ω ca. 975 Ω ca. 650 Ω Aufgabe der nachfolgend beschriebenen Schutzmassnahmen ist es, wirksam zu werden, wenn die dauernd anstehende Berührungsspannung an einem Betriebsmittel (in der Regel im Fehlerfall) die vereinbarten Grenzen überschreitet. Die Werte für die vereinbarten Grenzen der Berührungsspannung sind: für Wechselspannung AC 50 V effektiv, (früher waren es mal 65 V) für Gleichspannung DC 120 V oberschwingungsfrei In medizinisch genutzten Räumen und in Ställen von Nutztieren gelten für Wechselstrom AC 25 V, für Gleichspannung DC 60 V. Beträgt die Sicherheitskreisspannung an einer Aufzugsanlage z.b. 110 V AC, so kann diese Spannung im Fehlerfall über die Tür- und/oder Riegelschalter(schleife) durchaus an die metallene Schachttürzarge gelangen. Ein Benutzer, der ein Außenkommando eingibt, kann einen elektrischen Schlag erhalten; gleiches kann einem Monteur auf dem 114

3 Fahrkorbdach bei einer Inspektionsfahrt passieren. Wird dabei der Strom so groß, dass die Loslassschwelle überschritten wird, kann das schon sehr unangenehme Folgen haben. Beträgt die Sicherheitskreisspannung jedoch z.b. 80 V DC so müssen keine Schutzmaßnahmen gegen den elektrischen Schlag angewendet werden. )D]LW Es ist oberste Aufgabe einer Schutzmaßnahme, im Fehlerfall die beiden maßgeblichen Größen Strom (die Stromstärke) und Zeit (die Dauer der Stromeinwirkung) zu begrenzen nicht mehr und nicht weniger! Zur Minimierung der Gefahren, die insbesondere mit unserem technischen Wechselstrom verbunden sind, sind von jeher entsprechende Schutzmaßnahmen vorgesehen worden. Schutzmaßnahmen dienen im allumfassenden Sinn dem Personen- und Sachschutz. Sie müssen dann wirksam werden, wenn Fehler (Leiterunterbrechung) oder Funktionsstörungen einzelner Bauelemente oder ganzer Anlagenteile auftreten Und eines sollte niemals außeracht gelassen werden, die DIN ÖVE- Vorschriften enthalten ebenso wie die DIN EN 81 lediglich 0LQGHVWDQIRUGHUXQJHQ hehuvlfkw6fkxw]pd QDKPHQ *HVFKLFKWOLFKH(QWZLFNOXQJGHU6FKXW]PD QDKPHQ Am ältesten ist wohl die Schutzerdung (etwa um 1885), die in Systemen ohne Neutralleiter, also in Netzen mit 3x 220 V, in denen zugleich ein metallenes Wasserrohrnetz zur Verfügung stand, angewendet wurden. Etwa 1913 führte die damalige AEG die Nullung ein (heute als klassische Nullung bezeichnet).das war (ist) gewiss die am häufigsten verwendete Schutzmaßnahme in Niederspannungssystemen. Etwa 1930 wird der Nulleiter in die VDE-Vorschriften eingeführt und für den Anschluss ortsveränderlicher Betriebsmittel wird eine besondere Steckvorrichtung mit Schutzkontakt verlangt. Etwa um 1960 wurde die stromlose oder moderne Nullung eingeführt die noch heute verwendet wird. Kennzeichnend ist hierbei, dass es einen nicht stromführenden Schutzleiter gibt; zu einer Steckdose werden 3 Adern geführt, nämlich ein Außen-, ein Neutral- und ein Schutzleiter oder kürzer: L (schwarz), N (hellblau) und PE (grün-gelb). Der etwa im gleichen Zeitraum eingeführte Fundamenterder und der Potenzialausgleich erhöhen die Wirksamkeit und Zuverlässigkeit der (stromlosen) Nullung erheblich. Ebenfalls wird etwa 1965 festgelegt, dass der Schutzleiter weltweit grün-gelb zu kennzeichnen ist, zuvor war er rot und der Neutralleiter grau gekennzeichnet. In den siebziger Jahren des vorigen Jahrhunderts wurden die seit langem 115

4 bekannten FI-Schutzschalter immer kleiner und kostengünstiger. Es entstand u.a. die FI-Nullung in nullungsfähigen Systemen, z.b. als zusätzlicher Brandschutz. Aber viel häufiger werden die FI-Schutzschalter nunmehr in nicht nullungsfähigen Systemen eingesetzt. Der FI-Schutzschalter oder besser: die RCD (residual-currentprotectivedevice - auf neudeutsch),verdrängt damit die Schutzerdung (wurde auch Zeit, denn die metallenen Wasserrohrleitungen werden immer seltener) und die FU- Schutzschaltung (Heinisch-Riedl-Schutz), die besonders in ländlichen Räumen weit verbreitet war bzw. noch immer ist. $UWHQXQG0 JOLFKNHLWHQYRQ6FKXW]PD QDKPHQ Wir unterscheiden grundsätzlich in Schutzmaßnahmen mit und ohne Schutzleiter. Folgende elektrische Schutzmaßnahmen erfordern keinen besonderen Schutzleiter: Schutzisolierung, Schutztrennung, Schutz durch Kleinspannung (SELV, PELV, FELV) Zu den Schutzmaßnahmen mit Schutzleiter (grün-gelb gekennzeichnete Leitungsader) gehören: Schutz durch Abschaltung der Stromversorgung im TN C-S-System Fehlerstromschutzeinrichtung (RCD) Schutz durch Meldung mit Isolationsüberwachung im IT-System Die wirkungsvollste Schutzmaßnahme gegen den elektrischen Schlag ist zweifellos die Schutzisolierung. Hier wird zusätzlich zum Schutz gegen direktes Berühren (Basisisolierung) noch eine weitere bzw. verstärkte Isolierung verwand, so dass ein Isolationsfehler im inneren des Gerätes außen, beim Berühren, praktisch keine Auswirkungen hat. Verwendet werden hierfür hochwertige, schlagfeste Kunststoffe mit einem sehr hohen Widerstand (im Bereich von einigen Giga- bistera-ohm). Zu den schutzisolierten Geräten/Betriebsmitteln zählen heute nahezu alle in Küche, Bad und Wohnbereich benutzten Geräte, ferner div. elektrische Handwerkzeuge, etc. Die Anzahl der schutzisolierten Betriebsmittel wächst ständig und das ist nur zu begrüßen. Bei großen Betriebsmitteln entstehen bezüglich der Isolierstoffe für die Umhüllung (das Gehäuse, die erforderlichen Konstruktionsteile) mechanische, fertigungstechnische und wirtschaftliche Probleme. Gleiches gilt sinngemäß auch für Wärmegeräte. Werden eines Tages aber die leitfähigen Körper elektrischer Betriebsmittel (Motore, Gehäuse, Abdeckungen, sonstige Konstruktionsteile) aus Stahl, Aluminium oder anderen leitfähigen Werkstoffen durch hochwertige Kunststoffe, z.b. Kohlefasern, ersetzt, so ist ein Schutzleiter nicht mehr erforderlich. 116

5 6\VWHPHQDFK$UWGHU(UGYHUELQGXQJ Auf dem mehr oder weniger langen Weg vom Erzeuger zum Endverbraucher (Verbundnetz; über Haupt-, Unter- und Verbraucherverteiler) z.b. zum Aufzugsmotor oder zur Steckdose, Glühlampe, etc. in einer Wohnung ist die vorletzte Station der elektrischen Energie die Netzstationim örtlichen Versorgungsgebiet. Diese kann stationär, quasistationär oder mobil ausgeführt sein. Hier wird die Energie von Mittelspannung (1 bis 10 kv) auf Niederspannung (400 V) transformiert. Wegen des zulässigen Spannungsabfall von 0,5 % der Nennspannung am Zählereingang wird sich der Trafo immer mehr oder weniger in der näheren Umgebung (100 m bis 5 km) befinden. Um diesen Trafo in der Trafo- oder Netzstation geht es, nämlich darum, ob bzw. wie der Sternpunkt der niederspannungsseitige Wicklungen geerdet ist. Er ist unsere Stromquelle bei allen weiteren Betrachtungen, insbesondere bei der Schleifenimpedanz. Der 1. Buchstabe des Systems nach Art der Erdverbindung kennzeichnet die Art und Weise der Erdung des Sternpunktes der Stromquelle, also des Trafos in unserer unmittelbaren Umgebung. Der 2. Buchstabe kennzeichnet die Art und Weise der Erdung der Körper der Betriebsmittel. Nunmehr gibt es 3 Möglichkeiten (aus dem TN-C-System werden die beiden Teilsysteme TN-S und TN-C-S abgeleitet): 71&6\VWHP(Erde, Neutral - Kombiniert) der Sternpunkt ist niederohmig geerdet und von diesem Sternpunkt aus wird ein Leiter, fortan als 3(1/HLWHU bezeichnet, zusammen mit den 3 Außenleitern in einem Kabel bis zur Kunden- (Verbraucher- bzw. Verteiler- )Anlage geführt. Dieses System wird mitunter auch als Vierleiter-System bezeichnet. Da einphasige Verbraucher nicht mehr (klassisch) genullt werden dürfen, können diese hier auch nicht angeschlossen werden. Vom Prinzip her ist zwar keine weitere Erdung erforderlich, jedoch soll der PEN- Leiter möglichst nach dem Eintritt in Gebäude oder baulichen Anlagen mit einem Erder verbunden werden. Mit dieser Maßnahme soll erreicht werden, dass der Schutzleiter in jedem Teil der Anlage möglichst nahe am Null- oder Erdpotenzial bleibt. Diese Forderung wird i.d.r. dadurch erfüllt, dass der PEN-Leiter auf den Haupt-Potenzialausgleich geklemmt wird. Dadurch wird zugleich die Zuverlässigkeit, die Verfügbarkeit der Stromversorgung und der Überspannungsund Blitzschutz verbessert. 117

6 7166\WHP(Erde, Neutral - Separat) der Sternpunkt ist niederohmig ausgeführt und von diesem Sternpunkt gehen fortan 2 Leiter, zusammen mit den 3 Außenleitern in einem Kabel bis zur Kundenanlage. Diese beiden Adern sind der 3(/HLWHU (grün-gelbeschutzleiter) und der 1/HLWHU (hellblaue Neutralleiter). Dieses System wird mitunter auch als Fünfleiter-System bezeichnet. In besonders kritischen Fällen werden FI-Schutzschalter (RCD) sogar gefordert, z.b. in Bädern und für Außen-Steckdosen. Der Schutzleiter PE darf für nichts anderes verwendet werden, als eben für die Realisierung der Schutzmaßnahme, in dem er alle leitfähigen Anlageteile, Gehäuse, etc. untereinander und mit diesem Sternpunkt verbindet. Das ist im übrigen auch das Hauptmerkmal des TN-Systems, dass es eine direkte und unmittelbare elektrisch (metallisch) leitende Verbindung zwischen den Körpern der Betriebsmitteln und dem Sternpunkt in der Netzstation gibt. 118

7 Allein aus wirtschaftlichen Erwägungen wird in den öffentlichen Verteilungsnetzen das TN-C-System (Vierleitersystem, bestehend aus L1, L2, L3 und PEN) bis zum Hausanschluss oder gar bis zu einem Hauptverteiler geführt. Der Leitungsquerschnitt des PEN-Leiter muss hierbei 10 mm 2 sein. Am Hausanschluss oder in einem Hauptverteiler innerhalb eines Gebäudes wird dann der PEN-Leiter in den PE-Leiter (Schutzfunktion, grün-gelb) und den Neutralleiter N (Betriebsstromkreis, hellblau) aufgetrennt. 776\WHP(Erde, Erde) der Sternpunkt ist geerdet, aber nicht sehr niederohmig bzw. aufwendig ausgeführt, fortan geht von diesem Sternpunkt eine Ader zusammen mit den 3 Außenleitern bis zur Kundenanlage. Diese Leitungsader ist ein 1/HLWHU (Neutralleiter, hellblau gekennzeichnet), er gehört damit zum Betriebsstromkreis und hat folglich NHLQH6FKXW]IXQNWLRQ Die leitenden Körper der Betriebsmittel müssen mit einem eigens für diesen Zweck geschaffenen Anlagenerder verbunden werden. Dieser Erder liegt nicht im Lieferumfang des VNB. Vielmehr muss sich der Anlagenbetreiber (der Kunde des VNB) um die Errichtung und den Anschluss des Erders selbst kümmern. Die Körper der Betriebsmittel werden mit einem Schutzleiter untereinander und mit diesem Erder verbunden. Als Schutz gegen elektrischen Schlag unter Fehlerbedingungen sind: FI-Schutzschalter (RCDs) und Überstrom-Schutzeinrichtungen (aber Vorsicht, der Erdungswiderstand muss sehr klein) (unter bestimmten Voraussetzungen kann auch noch Fehlerspannungs- Schutzeinrichtungverwendet werden) anzuwenden. 119

8 ,76\VWHP der Sternpunkt ist nicht geerdet und wird auch nicht zum Verbraucher geführt, lediglich die 3 Außenleiter werden in einem Kabel zur Kunden-Anlage geführt. Die Körper der Betriebsmittel müssen einzeln, gruppenweise oder in ihrer Gesamtheit mit einem Schutzleiter verbunden (geerdet) werden. 120

9 =XVDPPHQIDVVXQJGHU(UGXQJVYHUKlOWQLVVH 1. Im TN-System ist der Sternpunkt der Trafo-Niederspannungswicklung direkt geerdet und über den PEN- bzw. PE-Leiter sind die Körper der Betriebsmittel mit diesem möglichst recht niederohmig verbunden. 2. Im TT-System ist der Sternpunkt der Trafo-Niederspannungswicklung geerdet; der Sternpunkt ist jedoch im Unterschied zum TN-System nicht mit den Körpern der Betriebsmittel über eine Ader einer elektrischen Leitung verbunden. Die leitenden Körper der Betriebsmittel müssen mit einem eigens für diesen Zweck geschaffenen Anlagenerder verbunden werden. Dieser Erder liegt nicht im Lieferumfang des VNB. Vielmehr muss sich der Anlagenbetreiber (der Kunde) um die Errichtung und den Anschluss selbst kümmern. Die Körper der Betriebsmittel werden mit einem Schutzleiter untereinander und mit diesem Erder verbunden. 3. Im IT-System gibt es keinen geerdeten Sternpunkt. Lediglich die Körper der Betriebsmittel sind untereinander und mit dem Anlagenerder, der als Schutzerdungsleiter bezeichnet wird, verbunden. Die Erdung im IT-System ist der des TT-Systems zumindest qualitativ ähnlich, lediglich die zulässigen Erdungswiderstände unterscheiden sich wertmäßig. %XFKVWDEH T I N C S PE %XFKVWDEHQHUOlXWHUXQJ 1. Buchstabe: Erdverbindung des Sternpunktes 2. Buchstabe: Erdverbindung der Körper der Betriebsmittel französisch englisch deutsch terre isolé neutré combiné separé earth insulated neutral (point) combined separated protection earth Erde isoliert neutraler Punkt kombiniert separat (getrennt) Bezugserde 121

10 %DXVWHLQHHLQHU6FKXW]OHLWHU6FKXW]PD QDKPH Im Grunde ganz einfach und schlicht; erforderlich sind die 4 Dinge: 4 Dinge braucht die (Schutzleiter-)Schutzmaßnahme: Erder, Potenzialausgleich, Schutzleiter und Schutzeinrichtung. Ein bisschen weniger braucht die FI-Schutzschaltung (dafür aber das mehr oder weniger teure Schaltgerät), nämlich Erder, Schutzleiter und RCD. Zum Funktionieren der vorgenannten Schutzleiter-Schutzmaßnahmen sind also immer folgende Bausteine erforderlich 1. ein Erder (Einzel- oder Fundamenterder, etc.) 2. ein Hauptpotenzialausgleich 3. ein Schutzleiter 4. eine Schutzeinrichtung (Überstrom- oder FI-Schutzeinrichtung) Wenn man sich diese 4 Begriffe einprägt, sie definieren kann, deren Wirken versteht und die Verbindungen und Wirkungen untereinander kennt, hat die Aufgabe und das Wirken elektrischer Schutzmaßnahmen und das damit verbundene Schutzkonzept verstanden; und damit auch die Sicherheits- Philosophie, die sich hinter allem verbirgt. 6FKXW]PDVVQDKPHQJHJHQhEHUODVWXQG.XU]VFKOXVV 6LFKHUXQJHQ Bei den meisten Sicherungen handelt es sich um sogenannte Schmelzsicherungen. Ein dünner Draht innerhalb der Sicherung schmilzt bei Überschreitung eines bestimmten Nennstroms und unterbricht den Stromfluss entweder für einen ganzen Stromkreis (= Leitungsschutzsicherung) oder in einem Gerät (= Geräteschutzsicherung). Solche Sicherungen dürfen in keinem Fall überbrückt oder durch Sicherungen mit einem höheren Nennstrom ersetzt werden. /HLWXQJVVFKXW]VFKDOWHU Diese Schalter besitzen zwei getrennte Auslösemechanismen und sind sogenannte strombegrenzende Selbstauslöser. Entsteht bei Überlastung ein Überstrom, entsichert ein Bimetallauslöser (thermischer Auslöser) den Schalter und trennt bei länger anhaltender Überlastung den angeschlossenen Stromkreis von der Stromversorgung. Tritt ein Kurzschluss auf, wird durch einen elektromagnetischen Schnellauslöser der Stromkreis sofort unterbrochen. Der Schalter kann erst dann wieder von Hand betätigt werden, wenn die Fehlerursache beseitigt worden ist. 0RWRUVFKXW]VFKDOWHU Motorschutzschalter, die bei größeren Anlagen (z.b. in der Klimatechnik) eingebaut werden, funktionieren ähnlich wie Leitungsschutzschalter. Bei zu hohem Strom trennt ein Bimetallschalter durch die Wärmewirkung des elektrischen Stroms das Anlagennetz und kann erst nach Abkühlung des Bimetalls wieder eingeschaltet werden. 122

11 6FKXW]EHUHLFKH Sanitär- und Heizungstechnikarbeiten werden sehr häufig in Bereichen durchgeführt, in denen Einrichtungen installiert sind, die mit Wasser direkt oder indirekt in Berührung kommen. In diesen Räumen (z.b. Bäder, Duschräume, Sauna, etc...) sind besondere Bereichseinteilungen und Vorschriften zu beachten. In der DIN 0100 sind diese Bereiche definiert. Hier ist auch festgelegt, dass in solchen Bereichen nur besonders geschützte Elektrogeräte installiert werden dürfen. Die notwendige Schutzart ist durch die Buchstaben IP (IP = International Protection = Internationaler Schutz) mit zwei aufeinander folgenden Kennziffern auf den Geräten angegeben: (OHNWURJHUlWH6FKXW]DUWHQ =LIIHU %HU KUXQJVXQG)UHPGN USHUVFKXW] =LIIHU :DVVHUVFKXW] 0 kein Schutz 0 kein Schutz 1 große Fremdkörper, d > 50mm 1 senkrecht tropfendes Wasser 2 mittelgroße Fremdkörper, d > 12mm 2 schräg tropfendes Wasser 3 kleine Fremdkörper, d > 2,5mm 3 Sprühwasser 4 kleinere Fremdkörper, d > 1mm 4 Spritzwasser 5 staubgeschützt 5 Strahlwasser 6 staubdicht 6 starker Wasserstrahl 7 Eintauchen 8 Untertauchen Ist neben dem Kennbuchstaben IP nur eine Kennziffer für den Schutzgrad angegeben, so wird für die nicht erforderliche Schutzart ein X gesetzt (Beispiel: IP X4, IP 3X) Bereich B 0: Er umfasst das Innere der Bade- oder Duschwanne Bereich B 1: Begrenzung durch senkrechte Flächen um Bade- oder Duschwanne Bereich B 2: Umfasst den Sprühbereich 0,6m um den Bereich B 1 Bereich B 3: Schließt an den Bereich B 2 mit einer Breite von 2,4m an 123

12 hexqjvdxijdehq 1. Nennen Sie die in internationalen Sicherheitsvorschriften festgelegten Grenzwerte für Spannung und Stromstärke, denen ein Mensch kurzzeitig ausgesetzt sein darf. 2. Erläutern Sie kurz die vier möglichen Auswirkungen bei Überschreitung der festgelegten Grenzwerte. 3. Erklären Sie die Schutzmassnahmen gegen gefährliche Berührung. 4. Erklären Sie die Schutzmassnahmen gegen gefährliche Körperströme. 5. Erklären Sie die Schutzmassnahmen gegen Überlast und Kurzschluss. 6. Für Feucht- und Nassräume (Bäder, Duschen, etc...) bestehen bezüglich der Montage- und Verlegungszulässigkeit elektrischer Geräte und stromdurchflossener Leiter besondere Bereichseinteilungen. Nennen Sie diese Bereiche und erklären Sie sie. 7. Geräte und Stromleiter werden besonders für ihre Verwendung gekennzeichnet. Geben Sie an worauf Sie achten müssen, wenn Sie einen Durchlauferhitzer in den Bereich B1 eines Bades einbauen sollen. 8. Erklären Sie die folgenden Schutzgradbezeichnungen: IP 34; IP X7; IP