Elektrische Gefährdung
Eine elektrische Gefährdung beginnt, wenn:
- eine Spannung höher als 25 V Wechselspannung (Effektivwert) oder 60 V Gleichspannung berührt werden kann
- und dabei ein ausreichend hoher Strom fließen könnte.
Daher muss eine erste Schutzmaßnahme als Basisschutz (z.B. Isolierung) umgesetzt werden.
Zulässige Berührungsspannung
Die zulässige Berührungsspannung wird überschritten:
- wenn eine Spannung höher als 50 V Wechselspannung (Effektivwert) oder 120 V Gleichspannung berührt werden kann
- und dabei ein ausreichend hoher Strom fließen könnte.
Von diesen Werten an wird die Körperdurchströmung für den Menschen so gefährlich, dass irreversible Schäden auftreten können. Zusätzlich zum Basisschutz muss eine zweite Schutzmaßnahme als Fehlerschutz (z. B. Schutztrennung) umgesetzt werden.
Abb. 3-1 Längsdurchströmung eines menschlichen Körpers
Abb. 3-2 Querdurchströmung eines menschlichen Körpers
Körperdurchströmung
Strom fließt nur in einem geschlossenen Stromkreis. Die Stromstärke (I) in Ampere [A] ist von der Spannung (U) in Volt [V] und von der Größe des Widerstands (R) in Ohm [Ω] abhängig.
Bei konstanter Spannung ist die Stromstärke allein von der Größe des Widerstands abhängig. Wenn der Widerstand gegen Null geht, steigt die Stromstärke gegen unendlich (Kurzschluss). Der Zusammenhang wird anhand des Ohmschen Gesetzes erkennbar:
I = U/R
Für den Menschen besteht dann Gefahr, wenn er selbst ein Teil des Stromkreises wird. Der Strom durchfließt den menschlichen Körper auf kürzestem Weg. Sollte die Verbindung mit dem Stromkreis z. B. über beide Hände gegeben sein, durchfließt der Strom die Hände, die Arme, den Oberkörper und damit lebenswichtige Organe wie das Herz.
Mit den durchschnittlichen Widerständen des menschlichen Körpers und mit der Berührungsspannung, die in der Regel bekannt ist, kann die Stromstärke mit Hilfe des Ohmschen Gesetzes abgeschätzt werden.
Tabelle 1 Körperdurchströmungen bei einer Berührungsspannung von 113 Volt (maximal zulässige Spannung im Schweißstromkreis)
| Stromweg |
Körperwiderstand RMensch in [Ω] ca. |
Stromstärke in Milliampere [mA] bei einer Spannung von 113 Volt |
| Hand - Hand |
|
1000 Ω |
113 mA |
| Hand - Fuß |
|
1000 Ω |
113 mA |
| Hand - Füße |
|
750 Ω |
150 mA |
| Hand - Brust |
|
450 Ω |
251 mA |
| Hand - Gesäß |
|
550 Ω |
205 mA |
Körperdurchströmungen können folgende Auswirkungen haben:
- Muskelverkrampfung
- Muskelkontraktion
- Nervenerschütterung
- Blutdrucksteigerung
- Herzkammerflimmern
- Herzstillstand
- Strommarken an den Stromein- und austrittsstellen
- Flüssigkeitsverluste, Verkochungen
- innere Verbrennungen
Muskelverkrampfungen können bereits bei Stromstärken ab etwa 5 mA auftreten. Werden die Hände durchströmt, kann die Hand- und Fingermuskulatur verkrampfen, so dass mit den Händen erfasste, unter Spannung stehende Gegenstände nicht mehr losgelassen werden können (Loslassgrenze). Ist der Brustkorb betroffen, kann Atemstillstand eintreten, Herzstillstand ausgelöst werden oder der geregelte Ablauf der einzelnen Herzmuskelbewegungen wird durcheinandergebracht, so dass eine ungeordnete Bewegung ohne Pumpwirkung entsteht - das sogenannte Herzkammerflimmern.
Die physiologische Wirkung von Gleichstrom bei gleicher Stromstärke ist weniger stark als die von Wechselstrom, aber keineswegs ungefährlich.
Die auftretende Stromstärke bei einer Körperdurchströmung hängt ab von:
- dem Stromweg
- der Art und den Einstellungen der Schweißstromquelle (z. B. Höhe der Spannung, der Frequenz)
- dem Zustand von Schweißstromleitungen, des Elektrodenhalters, der Elektrode, des Werkstücks
- den Übergangswiderständen im Schweißstromkreis (Hin- und Rückleitung)
- der Beschaffenheit der Kleidung (z. B. Schuhe, Arbeitsanzug, Handschuhe)
- dem Menschen selbst, z. B. Zustand seiner Haut (trocken oder feucht, unverletzt oder verletzt)
- dem Körperinnenwiderstand
Der Widerstand der für die Fortleitung des Schweißstroms vorgesehenen Leiter ist gegenüber den Widerständen von Körper und Bekleidung vernachlässigbar gering. Für die Sicherheit der Schweißfachkraft ist deshalb in erster Linie die Beschaffenheit der Bekleidung von Bedeutung. Der Isolationswert von Schutzkleidung beim Schweißen kann von "ausreichend hoch" bis "lebensgefährlich niedrig" schwanken. Nasse oder durchschwitzte Kleidung dagegen ist elektrisch leitfähig und hat fast keinen Widerstand. Unbeschädigtes trockenes Schuhwerk mit Gummisohlen hat einen Widerstand von ca. 100 000 Ohm und bietet eine ausreichende Isolation.
Abb. 3-3 Zeit-Stromstärke-Abhängigkeit der Auswirkungen von Wechselstrom bei Körperdurchströmung in Anlehnung an VDE V 0140-479-1
Sekundärunfälle
Schon bei geringen, für den Menschen eigentlich ungefährlichen Körperdurchströmungen unterhalb der Loslassgrenze können Schreckreaktionen auftreten, die zu gefährlichen Sekundärunfällen wie Sturz in eine Arbeitsgrube oder von einer Leiter führen können.