GEFAHREN DES ELEKTRISCHEN S - uni-due.de

Gefahren des elektrischen StromsFachgebiet Energietransport und -speicherungProf. Dr. Ing. H. Brakelmann

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D U I S B U R GE S S E NFolie Nr. 1

GEFAHREN DESELEKTRISCHEN STROMS

SCHUTZMAßNAHMEN UNDSCHUTZEINRICHTUNGEN


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1. Sicherheitsbestimmungen und Normen

2. Gefahren durch den elektrischen Strom

3. Schutzmaßnahmen und Schutzeinrichtungen

4. Vorsichtsmaßnahmen und Verhalten im Praktikum

5. Hilfsmaßnahmen beim Elektrounfall


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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 / Zusammenschlussvon Unternehmen zu ersten Berufsgenossenschaften als Träger der Unfallversicherung

1886 erließen die Berufsgenossenschaften erste Unfallverhütungsvorschriften

1893 Gründung des VDE (Verband Deutscher Elektrotechniker) in Berlin


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Historischer Abriss (2)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.


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Historischer Abriss (3)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.


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Historischer Abriss (4)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 ElektroMedienerzeugnisse.Die BG ETEM ist verantwortlich für die Herausgabe und Kontrolle von Unfallverhütungsvorschriften sowie Einhaltung der VDE-Vorschriften


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Prüfzeichen der VDE-Prüfstelle

VDE-Zeichen für Geräte als technische Arbeits-mittel im Sinne des Gerätesicherheitsgesetzes

VDE-ENEC-Prüfzeichen für Leuchten nachEN-Normen

VDE-Kabelkennzeichen/Kennfaden nach nichtharmonisierten VDE-Bestimmungen

VDE-Kabelkennzeichen/Kennfaden nach harmonisierten VDE-Bestimmungen

Für Geräte, die den Normen für elektromagnetische Verträglichkeit entsprechen


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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, Unfallverhütungs-vorschriften auf Grundlage der VDE-Bestimmungen herauszubringen)


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EU -Niederspannungsrichtlinie

Rechtliche Grundlagen der Sicherheitsbestimmungen

CENELEC -Normen

IEC -Publikationen

Energie -wirtschafts-

gesetz

Geräte-und

Produkt-sicherheits-

gesetz

Sozial-gesetzbuch

InternationaleRegelungen

NationaleRegelungen

Allgemeine Bedingungen

für die Elektrizitäts-versorgung

Vorschriftenüber das

Inverkehrbringenvon Produkten,

CE-Kennzeichen

Unfallverhütungs-vorschriften

Nationale Normen/ VDE-BestimmungenHarmonisierte Normen/ VDE-Bestimmungen

Möglichst unveränderte Übernahme der IEC-Normen

in nationale Normen


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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 MitgliedsländerETSI 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-Normenin nationale Normen (verringerter Normungsaufwand, Vermeidung von Handelshemmnissen), Überprüfung auf Einhaltung der Normen sowie Vergabe von Konformitätszeichen (VDE-Zeichen, GS-Zeichen, IECQ - Zertifizierung)


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ISO

Organisationen in der weltweiten Normung

VDEVDE-

Prüf- und Zertifi-zierungsinstitut

CEN CENELEC

IEC

IECEE

EU-Behörde

DIN

Deutsche Elektrotechnische KommissionFachnormenausschuss Elektrotechnik im DIN

gemeinsam mit Vorschriftenausschuss des VDE

inte

rnat

iona

leO

rgan

isat

ione

nin

nerd

euts

che

Org

anis

atio

nen VIK

VDEW

ZVEI

Ziel: einheitliches Normenwerk

ZVEI – ZentralverbandElektrotechnik-und

Elektronikindustrie e.V.

VDEW –Verein

DeutscherElektrizitätswerke

VIK - Verbandder Industriellen

Energie- undKraftwirtschaft e.V.

European Committefor Electrotechnical Standardization

InternationalElectrotechnical

Commission

Worldwide SystemFor Conformity

Testing andCertification of ElectricalEquipment

(IECEE)

International Organizationfor Standardization

Deutsches Institutfür Normung

VDE VERBAND DER ELEKTROTECHNIKELEKTRONIK INFORMATIONSTECHNIK e.V.

ETSI

European TelecommunicationsStandards Institute

European Committeefor Standardization


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http://www.bgetem.de(Berufsgenossenschaft Energie Textil ElektroMedienerzeugnisse)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.)

Deutsche Institutionen


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• 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)

Europäische & weltweite Institutionen


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Arbeitsunfälle durch elektrischen Strom

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

20032004

20052006

2007

3676235274

3277032383 34581

543491

522472

479

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

40000

Stromunfälle

Arbeitsunfälle

1,38 %

1,47 %1,59 %

1,46 %1,39 %


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Tödliche Arbeitsunfälle durch elektrischen Strom

Aber sehr hoher Anteil Stromunfälle an den tödlichen Arbeitsunfällen!45 % (1997-2006) der tödlichen Arbeitsunfälle sind Stromunfälle!

20032004

20052006

2007

16 17 22

16 2112

6 7

170

5

10

15

20

25

tödliche Stromunfälletödliche Arbeitsunfälle

75 %35,3 %

31,8 % 6,3 %

33,3 %


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Tödliche Unfälle durch elektrischen Strom(ICD/9 - Klassifikation der WHO)

Absolute Anzahl tödlicher Unfälle

Anteil Laien tödlich Verunglückter: 70 %!

Sinkende Zahl tödlicher Stromunfälle durch ständige Verbesserungder Sicherheitsstandards

1970

1973

1976

1979

1982

1985

1988

1991

1994

1997

2000

2003

2006

0102030405060708090

GewerbeHaushalt

31

3

87

69


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Verteilung der Stromunfälle auf Altersgruppen

0

5

10

15

20

25

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

%

Lebensalter

Risikogruppe:- Erfahrung + Risikobereitschaft


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Ursachen der tödlichen Unfällebei Niederspannungsanlagen

%

0

5

10

15

20

25

1 2 3 4 5 6 7 8 91 direktes Berühren2 Vertauschen von Schutz- und Außenleiter3 Versagen der Schutzmaßnahmen4 Körperschluss an Kraftsteckvorrichtungen5 unterbrochener Schutzleiter berührt

Außenleiter

6 Spannungsverschleppung7 Null-Leiter-Unterbrechnung8 Kraftstecker seitenverkehrt gesteckt9 Stecker in Steckdose ohne Schutzkontakt

gesteckt

menschlichesVersagen


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Ursachen schwerer & tödlicher Arbeitsunfälle (Jahr 2003)


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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.


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- elektrospezifische Schädigung durch elektrische Reizung von Körperzellen (z. B: Muskelverkrampfungen, Atemlähmung, Herzkammerflimmern)

- elektrothermische Schädigung durch strombedingteHitzeentstehung (z. B. äußere und innere Verbrennungen, Verkochungen)

- indirekte Stromschädigung (z.B. Sturzverletzungen nach Stromkontakt, reflexartige Schreckbewegungen, Hineingreifen in Maschinen)

Schädigungen des menschlichen Körpers durch Stromeinwirkung


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•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

Die Schwere eines Stromunfalls hängt ab von:


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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


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Ca. 90 % aller Stromunfälle ereignen sichim Niederspannungsbereich unter 1000 V!

Stromunfälle im Nieder- und Hochspannungsbereich


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Niederspannung: 230 V und 400 V (1)

Dreieckspannung

Sternspannung

Span

nung

Zeit


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Niederspannung: 230 V und 400 V (2)


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Stromweg Körperwider-stand

Herzstrom- faktor

Hand-Hand Zges = 100 % 0,4

Hand-Rumpf-Füße

Zges = 75 % 0,8

Hände-Rumpf-Füße

Zges = 50 % 1,0

Hand-Brust Zges =50 % 1,3 re. Hand1,5 li. Hand

Hände-Brust Zges = 25 % 1,1

Stromwege im menschlichen Körper

Ω≈ 600TZ


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Stromwege im menschlichen Körper

Quelle: Institut zur Erforschung elektrischer Unfälle derBerufsgenossenschaft der Feinmechanik und Elektrotechnik


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Berühren einer spannungsführenden Leitung (1)(direktes Berühren, Stromweg: Hand-Hand)


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Berühren einer spannungsführenden Leitung (2)(direktes Berühren, Stromweg: Hand-Fuß)


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Berühren eines defekten Gerätes(indirektes Berühren, Körperschluss)


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UBUL

UL UB>

RÜ

ER

Berührungsspannung bei indirektem Berühren (1)


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Berührungsspannung bei indirektem Berühren (2)

mA4,18k10k5,2

V230:)k10(

M

üBL

=Ω+Ω

=

Ω≈<

I

RUU

mA922500

V230:

M

BL

=Ω

=

≈

I

UU

Die Schwere des Stromunfalls hängt wesentlich von den Übergangs-widerständen (z. B. trockene Gummistiefel oder Schuhe mit feuchten Ledersohlen) ab!


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Stromübertritt unter Entstehung eines Lichtbogens


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Blitzschlag

- ca. 100 Unfälle pro Jahr (Deutschland)

- hohe Mortalität (bis 40 %)

- Strom fließt über Körper-oberfläche (Haut) ab

- Schritteffekt -> Teilstromdurch-fluss durch den Körper


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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)


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Auswirkung unterschiedlicher Stromstärken im Körper:- unter 0,5 mAallenfalls an der Zunge spürbar

- ab 0,5 mAzunehmend spürbares Kribbeln

- ab ca. 5 mAErregung der Muskulatur

- ab ca. 15 mAstarke Muskelverkrampfung, an der Hand ist selbstständigesLoslassen der Kontaktstelle nicht mehr möglich

- ab 25 mA bis 50 mAHerzrhythmusstörungen

- ab 50 mA bis 80 mAGefahr des Herzkammerflimmerns

- ab 80 mAHerzkammerflimmern schon nach kurzer Einwirkzeit, eventuell Atemstillstanddurch Atemmuskellähmung

- ab ca. 3 AGewebeverkochung durch Hitze, Muskelzerstörung


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Gefährdungsbereiche bei Wechselspannung

Körperstrom

Dur

chst

röm

u ngs

daue

rWahrnehmbarkeits-schwelle

Loslass-schwelle

Flimmer-schwelle

Stromstärke 40 mA -Durchströmungszeit max. 10 s

vorübergehenderHerzstillstand


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Gefährdungsbereiche bei Gleichspannung

Körperstrom

Dur

chst

röm

u ngs

daue

rkeine Reaktion

reversible Störungen der Reizleitung im Herzen möglich

keine patho-physiologischgefährliche Wirkung

schwere Verbrennungen,Herzkammer-flimmernzunehmend wahrscheinlich


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Auslösung von Herzkammerflimmern (1)

Stromeinwirkung während der vulnerablen Perioden


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Auslösung von Herzkammerflimmern (2)

rapider Abfall des Blutdrucks


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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.


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Der Stomunfall (1)

Verbrennungen nach Berühren eines Gehäuses unter Spannung


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Der Stomunfall (2)Brandverletzungen2. Grades an denEin- bzw. Austrittstellendes Stroms(Foto: Stefan Reitzner)


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Der Stromunfall (3)Stromübertritt unter Entstehungeines Lichtbogens


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Direkte Wirkung von elektrischen und magnetischen Feldern auf den

Menschen


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elektrische Feldstärke

magnetische Induktion

DIN VDE 0848 Expositionsbereich 1 21,3 kV/m 1360 uT

DIN VDE 0848 Expositionsbereich 2 6,7 kV/m 425 uT

IRPA Expositionsbereich 1 10,0 kV/m 500 uT

IRPA Expositionsbereich 2 5,0 kV/m 100 uT

Grenzwerte für elektromagnetische Felder

IRPA: Int. Radiation Protection AssociationExpositionsbereich1: Arbeitsplätze und Anlagen,

Aufenthalt nur einige Stunden pro TagExpositionsbereich2: Andere Bereiche z.B. Wohnungen,

Sport-, Freizeit- und Erholungseinrichtungen


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Elektrische Felder im Nahbereichvon Freileitungen

(die Feldstärkenangabe gilt für einenAufpunkt in 1 m Höhe über dem Erdboden)


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Wirkungen von elektrischen 50 Hz-Feldern an der Körperoberfläche

Elektrische Feldstärken an der Oberfläche und daraus resultierende Stromdichtenin einem Wechselfeld mit einer Feldstärke von 10 kV/m. (nach Kaune und Phillips 1980)


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Die direkte Wirkung des magnetischen Feldes

Enstehung von Wirbelströmen(in sich geschlossene Kreisströme)


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Elektromagnetische Felder im Vergleich

Kühlschrank 0,1 - 10 µTPlattenspieler Spülmaschine WaschmaschineStaubsauger Toaster Wäschetrockner Heizkissen Farbfernseher Heizlüfter Bohrmaschine Küchenherd Rasierapparat Tischlampe Fön Lötkolben (325 W) Rührwerk

1 - 10 µT

1 - 100 µT

1000 - 2500 µT

100 - 500 µT

650 - 1000 µT

Das natürliche Magnetfeld der Erde beträgt etwa 40-50 µT


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Magnetische Induktion im Nahbereich von Freileitungen

Magnetische Induktion eines Erdkabels

max. ca. 15 µT max. ca. 24 µT


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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.


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Energieerzeugung und -verteilung


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Benennung Kennzeichnung Definition _ _Außenleiter L1/L2/L3 alle Farben außer grün,gelb Verbindung zur StromquelleNeutralleiter N hellblau Verbindung zum SternpunktSchutzleiter PE muss grün-gelb sein Schutz von KörpernPEN-Leiter PEN muss grün-gelb sein Vereinigt Funktion von N/PE

Leiterarten/Leiterbezeichnungen

(TN-C-S-System)


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Fehlerarten

Kurzschluss, 1-polig

Leiterschluss

Körperschluss

Erdschluss Erdschluss

Erdschluss

Kurzschluss zw. Außenleitern (3-poliger Kurzschluss)


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KörperschlussL

N

Fehler liegt vor dem Verbraucher


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LeiterschlussL

N

Fehler liegt hinter dem Verbraucher


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Netzformen1. Buchstabe: Erdungsverhältnisse der Stromquelle (Sternpunkt)2. Buchstabe: Erdungsverhältnisse der Körper der elektrischen

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

L1

L2

L3

N

400 V

400 V

400 V

230 V

PENPE


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Leiterspannung und StrangspannungL1

L2L3

N


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IT-SystemIT-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-Schutzeinrichtungen,Fehlerspannungs-Schutzeinrichtungen


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M

L1L2L3

Körperschluss im ungeerdeten Netz

UngeerderterSternpunkt

Erdkapazitäten


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M

L1L2L3

M

Doppelfehler im ungeerdeten Netz

400 V


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230 V

400 V

IT-SystemBerühren eines Gerätes mit Körperschluss ergibt keinen geschlossenen StromkreisGefährliche 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 ansteigenSchutzmaßnahmen:– Einsatz einer

Isolationsüberwachungs-Einrichtung– Gute Erdung aller Geräte-Körper (IT-

Netz)


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Erdung der Geräte-Körper im IT-Netz

M

L1L2L3


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TT-SystemTT-System:Systeme, in denen ein Punkt des Neutralleiters -meist in der Nähe der speisenden Stromquelleund die Körper der Betriebsmittel mit anderen -das heißt von der Erdung des Neutralleitersunabhängigen Erdernverbunden sind.

Schutz durch:Überstrom-SchutzeinrichtungenFehlerstrom-Schutzeinrichtungen Fehlerspannungs-Schutzeinrichtungen


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Überführen eines Körperschlusses in einen Kurzschluss im TT-Netz

M

L1L2L3


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TT-SystemDurch 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 SchutzleiterTT-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)


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M

L1L2L3

MUF

Doppelfehler bei getrennten Erdern


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TN-System

TN-S-System:S steht für „separated“, getrennter (separater) Neutralleiter undSchutzleiter im gesamten System

Schutz durch:Überstrom-Schutzeinrichtungen,Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen

TN-SystemeSysteme, 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.


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TN-SystemTN-C-System:S steht für „common“, kombinierter Neutral- und Schutzleiter (PEN-Leiterim gesamten System

Schutz durch:Nur durch Überstrom-Schutzeinrichtungen möglichKeine Fehlerstrom-Schutzeinrichtung verwendbar!


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TN-System

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-Schutzeinrichtungen,Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen


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TN-SystemFI-Schalter

0=ΣI


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TN-SystemDie niedrige Impedanz des PEN-Leiters (Schutzleiters) führt zu höheren Kurzschlussströmen / AbschaltströmenÜberstromschutzorgane 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


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Abschaltung

Schutz durch Abschaltung oder Meldung

Meldung

TN-Netz TT-Netz IT-Netz

• Überstromschutz-einrichtungen

• Fehlerstromschutz-einrichtungen



• Fehlerspannungs-schutzeinrichtungen

Schutzeinrichtungen in den Netzformen



• Fehlerspannungs-schutzeinrichtungen

IT-Netz

• Isolationsüberwachungs-einrichtung


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Schutz gegen direktes Berühren

PERSONENSCHUTZ

Schutz sowohl gegen direktesals auch bei indirektem Berühren

Schutz bei indirektem Berühren

erfolgt durch erfolgt durch erfolgt durch

• Isolierung aktiver Teile

• Abdeckung oder Umhüllungen

• Hindernisse

• Abstand

• Erdung passiver Teile in Anlagen über 1 kV

• Abschaltung oder Meldung

• Schutzisolierung

• nichtleitende Räume

• erdfreien, örtlichen Potential-ausgleich

• Schutztrennung

• Schutzkleinspannung

• Funktionskleinspannung

Schutzmaßnahmen zum Personenschutz


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Schutzklassen bei Geräten


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Schutzisolierung


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Schutzerdung (bei Betriebsstrom)


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Schutzerdung (Fehlerstrom bei Körperschluss)


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Schutzerdung (Überführung in Kurzschlussstrom)


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Schnitt durch einen Niederspannung-Hochleistungs - Sicherungseinsatz

Strombegrenzende Ausschaltungeiner Schmelzsicherung

Schmelzsicherungen

Schmelzsicherungen•stellen „Sollbruchstellen“ im Stromkreis dar.•sind strombegrenzende Schaltgeräte,der Stoßkurzschlussstrom wird auf den Durchlassstrom begrenzt.


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Auslösen eines NH-Sicherungseinsatzes

Sollbruchstellen


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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


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Fehlerstromschutzschalter (1) (FI-Schalter)

0NL =+ II


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Fehlerstromschutzschalter (2) (FI-Schalter)

0NL ≠+ II


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Prinzip eines Fehlerstrom-Schutzschalters

• Auslösezeit ca. 30 ms• Auslösestrom ca. 10-30 mA


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Einblick in einen Fehlerstrom-Schutzschalter


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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.


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Schutzkleinspannung

• Schutzkleinspannung- Prinzip: U < 50 V ~ bzw. 120 V =, Stromkreis ungeerdet- Realisierung: Trafoanordnung, Motor-Generator-Kopplung,

galvanische Elemente


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Isolationsüberwachungseinheit

- Netz darf nicht geerdet sein, alle Körper mit Schutzleiter verbunden- Anwendung: Operationsräume, Intensivstationen


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Einführung des Hauptpotentialausgleichs

Problem: Fehlerspannungsverteilung im TN-S-Netz(Kurzschlussstrom durch Schutzerdung)


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PEN

L1

L2

L3

=115,5 VUF

Z'LZ'PEN

Fehlerspannungsverteilung bei einpoligem Kurzschluss

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


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Hauptpotentialausgleich nach DIN VDE 0190

GasinnenleitungHeizung

BadewanneDuscheHeizung

Brauchwasser

Warmwasser

AntennePENNullleiter

Blitzschutz

Potenzialausgleichs-schiene

Frisch- und Abwasser

Ölversorgung Fernmeldeanlage

Isol

iers

tück

z.B. Fundamenterder


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Zusammenfassung der Schutzmaßnahmen

Sicherungen (Sollbruchstellen)ÜberstromschutzeinrichtungenIsolationswächterErdung, SchutzleiterFehlerstromschutzeinrichtungen (FI)Hauptpotentialausgleich


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Die fünf Sicherheitsregeln

1. Freischalten

2. Gegen Wiedereinschalten sichern

3. Spannungsfreiheit feststellen

4. Erden und Kurzschließen

5. Benachbarte unter Spannung stehendeTeile abdecken oder abschranken


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1. Freischalten

• Sicherungen herausschrauben

• Sicherungsautomaten schalten

• Hauptschalter schalten

• Not-Aus-Schalter betätigen

• Sicherungen ziehen bei NH



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2. Gegen Wiedereinschalten sichern

• Hinweisschilder anbringen

• Aufkleber auf Sicherheitsautomaten

• Schmelzsicherungen mit Kappen sicheraufbewahren (nicht im Verteiler liegenlassen!)

• Schaltkästen abschließen



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Die fünf Sicherheitsregeln2. Gegen Wiedereinschalten sichern (Fortsetzung)


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3. Spannungsfreiheit feststellen

• An der Arbeitsstelle muss mit geeigneten,für den Spannungsbereich

ausgelegten zweipoligen Messgeräten die

Spannungs-freiheit gemessen werden.

• Spannungsfreiheit sollte regelmäßig auch während der Arbeit geprüft werden!



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Die fünf Sicherheitsregeln4. 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!


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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.


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Punkte der Laborordnung

• Vor dem Einschalten vertraut machen mit den Möglichkeiten einesschnellen Abschaltens!

• Änderungen in einer unter Spannung stehende Versuchsschaltung sind verboten!

• Zusätzliche Sicherheitsregeln bei hohen Spannungen z.B für dasHochspannungstechnische Praktikum beachten!

• Einwandfreie körperliche und geistige Verfassung!

• Übersichtliches Aufbauen der noch spannungslosen Schaltungen!

• Einschalten erst nach Überprüfung durch den Betreuer!


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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 sichverhalten 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!

Hilfsmaßnahmen


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Maßnahmen der ersten Hilfenach Stromkreis-Unterbrechung:

1. Atmung und Herztätigkeit kontrollieren

2. bei Atemstillstand Beatmung durchführen

3. bei Herz-Kreislauf-Stillstand äußere Herzmassagemit Weiterführen der Beatmung

4. Bei Herzkammerflimmernoptimal: sofortige Defibrillation

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

6. VerbrennungenVerbrennungswunden nur steril abdecken


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Quelle: BG-ETEM, Gefahren des elektrischen Stroms


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DIN VDE 0100Buch 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

Schrifttum:


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Broschüren der Berufsgenossenschaft


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