Strom im Haushalt - Sicherheitsaspekte

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1 Strom im Haushalt - Sicherheitsaspekte In der Schweiz ereignen sich im Durchschnitt pro Jahr 1'000'000 Unfälle. Von allen Unfällen sind 750 Elektrounfälle. Vergleicht man die Unfälle mit Todesfolge, stellt man fest, dass Elektrounfälle 10x häufiger tödlich verlaufen! 1. Wie kommt der Strom ins Haus - die Steckdose Was bedeuten diese drei Anschlüsse? N: Neutralleiter (alt: Nullleiter), ist geerdet hinter Steckdose und beim Elektrizitätswerk L: Polleiter (alt: Phase), führt Spannung gegenüber Erde PE: Schutzleiter (protection earth), kommt zum Zuge im Falle eines Isolationsdefektes in einem Gerät 1.1. Hinter der Steckdose Vom Ortstransformator, der die Spannung auf die 230 V runtertransformiert, kommt der Strom in den Haushalt. Der Neutralleiter N ist geerdet (Er ist mit der Erde verbunden.). Die Spannung im Polleiter L wird also gegenüber der Erde gemessen. 2. Schutz der Leitung - Sicherungen Sicherungen schützen die elektrischen Leitungen vor Überlast und Kurzschlüssen: Sicherung R... Die Sicherung ist in Serie zu allen übrigen Verbrauchern im Haushalt geschaltet, d.h. dass die gesamte Stromstärke die Sicherung durchläuft. Von Überlastung spricht man, wenn während längerer Zeit mehr als der auf der Sicherung angegebene Nennstrom fliesst. Als Kurzschluss bezeichnet man eine direkte leitende Verbindung zwischen dem Polleiter und dem Neutralleiter. Der Strom hat einen "direkten Weg" mit verschwindend Physik - Sicherheit mit Strom im Haushalt 1

2 kleinem Widerstand; er muss den Widerstand des Verbrauchers nicht passieren. Dadurch steigt die Stromstärke schlagartig unzulässig an Schmelzsicherungen (veraltet) Schmelzsicherungen brennen bei Kurzschluss oder Überlastung durch. Sie müssen dann ausgewechselt werden Leitungsschutzschalter Immer häufiger werden in Hausinstallationen anstelle von Schmelzsicherungen Leitungsschutzschalter eingesetzt. Sie haben gegenüber Schmelzsicherungen folgende Vorteile: - Nach einer Auslösung sind sie sofort wieder einsatzbereit (wiederverwendbar). - Es können keine falschen Ersatzsicherungen eingesetzt werden. - Bei Reparaturen können sie zur Unterbrechung der Stromzufuhr verwendet werden. Der Leitungsschutzschalter besitzt zwei Auslösesysteme... Bei Überlastung (thermisch, durch Bimetall): Bei Kurzschluss (elektromagnetisch, durch Elektromagnet): Physik - Sicherheit mit Strom im Haushalt 2

3 3. Schutz der Personen Die Sicherung schützt die Leitungen, keinesfalls aber den Menschen!! Gefährlich wird es für den Menschen, wenn er Teil des Stromkreises wird, er wird dann zum Verbraucher mit einem Widerstand! Bsp: 1) Viehhüterdraht berühren Stromkreis über Person und Erde (Erdleitung) geschlossen. 2) Polleiter in Steckdose berühren Stromkreis über Person, Erde (Erdleitung) und Neutralleiter geschlossen. Lebensgefährlich sind für den menschlichen Körper Ströme ab etwa 50 ma (Herzkammerflimmern). Der menschliche Körper hat einen Widerstand (von Hand zu Hand oder von Hand zu Fuss) von ca. 1 kω. Daraus ergibt sich, dass Spannungen ab 50 V (aus U = R I) lebensgefährlich sind! 3.1. Isolationsfehler an einem Gerät - Fehlerstrom Ein Isolationsfehler an einem Haushaltgerät ist ein oft auftretender Gefahrenbereich. Die Polleiter-Anschlussleitung bekommt durch einen Defekt (Isolation am Kabel durchgescheuert, Abnutzung,...) irgendwie Kontakt mit dem Gehäuse des Gerätes. Diese Gefahr ist "hinterlistig": Dem Gerät sieht man von aussen nicht an, dass es "defekt" ist, es funktioniert noch einwandfrei, aber das Gehäuse steht unter Spannung! Wenn ein Mensch das Gerät berührt, fliesst ein Strom durch seinen Körper zur Erde. Diesen Strom, der in vielen Fällen viel kleiner als der Betriebsstrom des Gerätes ist, nennt man Fehlerstrom. Fragen: 1) Warum entsteht kein Kurzschluss? 2) Wieso funktioniert das Gerät (Bsp: Bügeleisen) noch? 3) Zeichne den Weg des Fehlerstromes ein. 4) Warum spricht die vorgeschaltete Sicherung nicht an (auch nicht beim Berühren)? Physik - Sicherheit mit Strom im Haushalt 3

4 3.2. Der Schutzleiter Ausweg aus diesem Dilemma bietet (teilweise) der Schutzleiter. Das Gehäuse des Gerätes wird dabei mit einem dritten Kabel (gelb/grün) mit der Schutzleiteranschlussbuchse der Steckdose verbunden; man verwendet also ein 3-poliges Anschlusskabel. Der Schutzleiter (grün/gelb) ist "hinter" der Steckdose mit dem Neutralleiter (blau) und der Erde verbunden. Aufgaben: 1) Zeichne den Stromweg vor und während des Defektes? 2) Was passiert zusätzlich wenn der Defekt auftritt? 3) Welche Geräte haben 2-/ 3-polige Anschlüsse? Gefährlich ist ein Defekt (Isolationsfehler) im Gerät also nur dann, wenn am Gehäuse Metallteile vorhanden sind, welche den Fehlerstrom zum menschlichen Körper ableiten könnten (Kunststoffgehäuse leitet ja nicht). Geräte mit zweipoligem Anschluss sind (in der Regel) sogenannte sonderisolierte Geräte. Innerhalb des Gehäuses ist eine zusätzliche Isolationsschicht angebracht, so dass keine Spannung aufs Gehäuse gelangt. Sonderisolierte Geräte werden mit einem doppelten Quadrat gekennzeichnet. Gefahr mit sonderisolierten defekten Geräten beim Arbeiten in feuchter Umgebung! Der Schutzleiter erfüllt schon eine recht gute Schutzfunktion, allerdings unterbricht er den Stromkreis erst, wenn der Fehlerstrom den Nennwert der vorgeschalteten Sicherung erreicht hat: Die Ströme sind für den Menschen zu gross und die Abschaltzeiten zu lang. Die beste Schutzwirkung bietet der sogenannte Fehlerstromschutzschalter (FI - Schutzschalter) Der FI - Schutzschalter ist im Alltag die wirksamste Schutzmassnahme für die Gefahren des elektrischen Stromes. Er schützt Personen und Tiere, aber auch vor Bränden. Seine Schutzwirkung ist viel grösser als diejenige des Schutzleiters: Er schaltet bereits bei wenigen ma Fehlerströmen nach kurzer Zeit den Stromkreis aus. Physik - Sicherheit mit Strom im Haushalt 4

5 Grundprinzip: Der FI - Schutzschalter stellt Fehlerströme fest, er misst die Differenz zwischen dem zufliessenden und abfliessenden elektrischen Strom; sobald ein bestimmter Fehlerstrom überschritten ist, unterbricht er den Stromkreis. Die allenfalls auftretenden Fehlerströme sollten bezüglich Grösse und Dauer für den Menschen ungefährlich sein, aber: Siehe untenstehende Aufgabe! Aufbau und Funktionsweise eines FI - Schutzschalters Aufgaben: 1) Wieso spricht der FI - Schutzschalter bei Überlastung (Brandgefährdung) nicht an? 2) Überlege Dir eine zweite lebensgefährliche Situation mit einer Steckdose, bei welcher der FI - Schalter nicht anspricht. Physik - Sicherheit mit Strom im Haushalt 5

6 3.4. Situationsbeispiele Die folgenden Bilder stellen Situationen dar, wie sie im Alltag anzutreffen sind. Sie repräsentieren nicht nur schlimme Fälle, sondern weisen bloss auch auf Gefahren hin. Aufgabe: Stelle zu dieser Bilderserie folgende Überlegungen an... - Welche Situationen sind un-/gefährlich, können gefährlich werden, warum? - Was wäre eine mögliche Schutzmassnahme? Würde ein FI - Schalter Schutz bieten? Physik - Sicherheit mit Strom im Haushalt 6

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