Elektrizitätslehre

Elektrische Grundgrößen

Stromsicherheit

  • Was bedeuten eigentlich Volt …
  • … und Ampère?
  • … und was hat es mit dem OHMschen Gesetz auf sich?
  • Wie funktionieren elektrische Messgeräte?

Stromsicherheit

Der Umgang mit der Elektrizität ist nicht ungefährlich, Berichte über zahlreiche Unfälle bestätigen dies. Daher hat man sich ausführliche Gedanken darüber gemacht, wie man die Sicherheit beim Umgang mit elektrischen Geräten gewährleisten kann. Aus früheren Kapiteln kennst du bereits die Schmelzsicherung und den Sicherungsautomaten. In diesem Kapitel stellen wir dir zunächst ganz allgemeine Sicherheitsvorkehrung und dann das sogenannte Schuko-System vor. Bilder und auch Textteile stammen von einer Webseite des Bayerischen Landesamts für Sicherheit am Arbeitsplatz.

Allgemeines zur Stromsicherheit

Abb. Basteln an Elektrogeräten
Basteln an elektrischen Geräten
niemals, solange sie unter Spannung stehen oder kurz zuvor standen.
Deshalb:
Erst den Netzstecker ziehen und bei elektronischen Geräten etwas warten.
Arbeiten an spannungsführenden Teilen oder in deren Nähe sind grundsätzlich verboten!
Nur der Elektrofachmann darf in Einzelfällen davon abweichen, dabei muss er aber genaue Sicherheitsregeln einhalten.
  Reinigen von Geräten
mit Elektroanschluss:
Erst den Stecker ziehen, dann das Gerät reinigen.
Abb. Reinigung von E- Geräten
         
Abb. Kind an Steckdose 1
Kleinkinder
Hoffentlich ist eine Steckdosensicherung drin.
Solange kleine Kinder im Haus sind, sollten alle Steckdosen durch eine Kindersicherung gesichert werden, nicht nur einige.
 
Defekte Elektroinstallationen
sofort vom Fachmann reparieren lassen!
Zu groß ist die Gefahr, dass jemand spannungsführende Teile berührt.
Hier bedeutet die herausgerissene und halb demontierte Steckdose Lebensgefahr, ganz besonders für Kinder.
Abb. Kind an Steckdose 2
Abb. geflickte Kabel 1
Beschädigte elektrische Kabel
dürfen nicht mehr verwendet werden.
Im Freien ist die Gefahr besonders groß. Wenn man die beschädigte Stelle berührt, fließt der Strom über die Hand durch den Körper in den Boden. Das bedeutet akute Lebensgefahr.
Mit Isolierband zu flicken ist unzulässig, oft findet der Strom trotzdem einen Weg, vor allem, wenn dies durch Feuchtigkeit begünstigt wird.
Abb. geflickte Kabel 2

 

Warum ist der elektrische Strom für den Menschen gefährlich?

Der Körper steuert seine Funktionen durch sehr schwache elektrische Ströme, welche über die Nerven weitergeleitet werden. So macht man z.B. die elektrischen Ströme des Herzens im EKG oder die des Gehirns im EEG sichtbar. Wenn nun ein Strom von außen den Körperströmen überlagert wird, kommt es zu Fehlfunktionen der angesteuerten Körperorgane, z.B. zur Verkrampfung der Muskeln oder zum lebensgefährlichen Herzkammerflimmern. Die Verkrampfung der Handmuskulatur führt dazu, dass man den stromführenden Gegenstand nicht mehr loslassen kann. Das Herzkammerflimmern bedeutet Ausfall der Herzfunktion als Pumpe und damit Ausfall des Blutkreislaufs. Das Gehirn als empfindlichstes Organ wird ohne Blutversorgung innerhalb kürzester Zeit dauerhaft geschädigt. Schon nach wenigen Minuten tritt der Tod ein.

Schon bei einem Stromdurchfluss des Körpers von nur 0,03 Ampere (= 30mA) während 0,2 Sekunden (= 200ms) oder länger kommt es zu den genannten Erscheinungen.

Zum Schutz vor Stromunfällen müssen deshalb alle stromführenden Teile wie Kabel, Geräte oder Installationen durchgängig isoliert sein. Es ist Sache des Benutzers, darauf zu achten, dass keine Teile mit beschädigter Isolierung benutzt werden. Reparaturen gehören in die Hand des Fachmanns.

Das Schuko-System

Um ein elektrisches Gerät betreiben zu können, müssten eigentlich nur zwei Drähte von der Steckdose zum Gerät führen. Wie du sicher schon einmal gesehen hast befinden sich in den Zuleitungskabeln jedoch fast immer drei Drähte. Dies zeigen dir die folgenden Bildern eines Steckers und einer Steckdose.

"Innenleben" eines Schutzkontakt-Steckers (kurz:Schuko-Stecker)
  • Spannungsführende Drähte: Farben braun (schwarz) und blau
  • Schutzleiter: Farbe grün-gelb,
  • Die Litzen an den Drahtenden sind mit Aderendhülsen verklemmt (Presshülsen). Verzinnen oder einfaches Zusammendrehen sind heute nicht mehr zugelassen.
  • Die Schrauben müssen fest angezogen sein, damit ein sicherer Kontakt hergestellt ist. Ein Wackelkontakt kann zu Funkenbildung mit Wärmeentwicklung führen und Ursache für einen Brand sein!
  • Der grün-gelbe Schutzleiter bildet eine Schleife. Für den Fall, dass das Kabel aus dem Stecker gezogen würde, reißen erst die spannungsführenden Drähte, bevor der Schutzleiter getrennt wird.
  • Zugentlastung des Kabels durch eine festverschraubte Schelle.
Abb. Schukostecker (offen)
Schutzkontakt-Steckdose (kurz: Schuko-Dose):
An den Schutzkontaktsteckdosen befinden sich zwei Metallkontakte: Über diese verbindet der grün-gelbe Schutzleiter (früher rot) metallische Gehäuse nicht schutzisolierter Geräte, z.B. von Bügeleisen, mit dem Schutzleiter der Hausinstallation. Der Schutzleiter leitet im Gefahrenfalle Strom ab und löst bei Kurzschluss die Sicherung aus (siehe Animationen unten).
Abb. "Schuko.Prinzip"

Schaltung von Geräten im Haushalt
In der folgenden Abbildung (Quelle: Staatliche Berufsschule Neu-Ulm) kannst du sehen, wie die Kabelverbindungen zwischen den Steckdosen und einzelnen Geräten im Haushalt gestaltet sind:

Die Abbildung zeigt:

  • Die Geräte im Haushalt sind zueinander parallel geschaltet.
  • Zu den meisten Geräten laufen drei Drähte: der Phasenleiter (Außenleiter), der Nullleiter und der Schutzleiter.
  • Zu einigen wenigen Geräten (in der Skizze zur Stehlampe) laufen nur der Null- und der Phasenleiter.

Zur Erläuterung des Schukosystems haben wir weiter unten zwei Animationen vorbereitet. Mit Hilfe dieser Erläuterung wirst du verstehen, warum es keine Verschwendung ist, wenn man drei Drähte in den Zuleitungen verwendet.


Auf den Schutzleiter kann in den folgenden Fällen verzichtet werden:

Abb. Sicherheitskleinspannung (max. 24V)
Geräte mit Sicherheitskleinspannung
Geräte mit Sicherheitskleinspannung (max. 42 Volt) werden mit so geringer Spannung betrieben, dass auch beim gleichzeitigen Berühren beider Pole kein gefährlicher Stromdurchfluss im Körper entsteht. Für sie gilt daher die Forderung durchgängiger Isolierung nicht.
Sicherheitskleinspannung wird angewendet bei Geräten mit Haut- oder Haarberührung für Menschen oder Tiere sowie bei Klingelanlagen.
Bei elektromotorisch angetriebenem Spielzeug, z. B. Eisenbahnen, darf die Sicherheitskleinspannung 24 Volt nicht übersteigen. Dieses Spielzeug ist mit dem Zeichen Symbol Sicherheitskleinspannung gekennzeichnet.
Schutzisolierte Bohrmaschine (geöffnet)
Geräte mit Schutzisolierung
Schutzisolierte Geräte haben eine zusätzliche isolierende Umhüllung. Sie benötigen deshalb keinen Schutzleiter sowie keine Schutzkontakte am Stecker. Diese Geräte haben einen Flachstecker und im Typenschild das Zeichen Symbol Schutzisoliert für Schutzisolierung.
Die abgebildete Bohrmaschine ist schutzisoliert, weil auch bei einem elektrischen Fehler im Gerät keine Spannung an die Metallteile nach außen gelangen kann (Bohrfutter ist isoliert durch Zahnrad aus Kunststoff).

Erläuterung des Schukosystems

1 Vorgänge bei einem Geräteschluss in einem Stromkreise mit einem Schukosystem

Die Animation in Abb. 1 zeigt zunächst das übliche Aufheizen von Wasser in einem intakten elektrischen Wasserkocher ("Heizen"). Der Strom fließt durch den Phasenleiter (Außenleiter) und durch den Nullleiter (N).

Kommt es dazu, dass die Isolation des Aussenleiters defekt wird und ein Kontakt zum Metallgehäuse des Kochers hergestellt wird ("Geräteschluss"), so entsteht ein zusätzlicher Stromweg, der vom Außenleiter über das Gehäuse und den Schutzleiter (PE: Protection Earth) führt. Der Widerstand in diesem neuen Kreis ist kleiner als im "alten" Kreis mit der Heizwendel. In dem neuen Kreis fließt daher ein so hoher Strom, dass die Sicherung auslöst und den Kocher abschaltet. Dies gelingt aber nur, wenn der Schutzleiter vorhanden ist.

1 Vorgänge bei einem Geräteschluss in einem Stromkreis ohne Schukosystem

Die Animation in Abb. 2 zeigt nun, was bei einem Geräteschluss des Außenleiters passieren würde, wenn keine Schutzleiter vorhanden ist.

Da die Person ähnlich wie der Nulleiter mit der Erde verbunden ist, entsteht - zusätzlich zum alten Stromkreis, der über die Wendel verläuft - ein weiterer Stromkreis bei dem die Person mit einbezogen ist (nur dieser Kreis wird im Weiteren betrachtet). Der Widerstand der Person ist größer als derjenige der Heizwendel, so dass der Strom nicht - wie oben - stark anschwillt und die Sicherung auslöst. Die Stromstärke reicht aber aus, um die Person zu schädigen.

Bei fehlendem Schutzleiter kann es also im Falle des Geräteschlusses zu einem folgenschweren Elektrounfall kommen.

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