Schutz gegen elektrischen Schlag in elektrischen Anlagen

Der Schutz gegen elektrischen Schlag und Überspannungen ist eng verbunden mit dem Erhalt einer optimalen (niederohmigen) Erdung und der erfolgreichen Anwendung der Grundsätze über äquipotentiale Umgebungen.

Der Schutz gegen elektrischen Schlag basiert auf den zwei potentiell vorhandenen Gefahren:

• Direktes Berühren: Es handelt sich um ein versehentliches Berühren eines stromführenden Leiters, d. h. eines aktiven Leiters mit einer gefährlichen Spannung gegen Erde oder eines normalerweise unter Spannung stehenden Teils durch Personen.
• Indirektes Berühren: Es handelt sich um das Berühren von Körpern elektrischer Betriebsmittel, bei denen aufgrund eines Isolationsfehlers in der Anlage eine Spannung anliegt, durch die eine Person zu Schaden kommen kann.

Es sei darauf hingewiesen, dass in der Nähe von MS- oder NS-Anlagen mit einem Fehler gegen Erde eine weitere Gefahr durch elektrischen Schlag vorhanden sein kann, wenn in der MS-Anlage ein Fehler auftritt.

Diese Gefahr ist auf Potentialdifferenzen am Boden zurückzuführen und wird als „Schrittspannung” bezeichnet. Die daraus resultierenden Fehlerströme fließen durch den Körper von einem Fuß zum anderen und sind besonders für vierbeinige Tiere gefährlich. Eine ähnliche Gefahr kann durch die sogenannte „Berührungsspannung” bestehen, z. B. wenn sich ein geerdetes Metallteil in einem Bereich mit vorhandenen Potentialdifferenzen befindet. Die Berührung dieses Teils würde einen Strom durch die Hand und beide Füße fließen lassen.

Tiere mit einem relativ großen Abstand zwischen Vorder- und Hinterbeinen sind besonders empfindlich gegenüber gefährlichen Schrittspannungen.

Damit diese Probleme nicht auftreten, müssen gem. IEC 60364-4-41 (VDE 0100-410) in jedem Gebäude der Hauptschutzleiter, der Haupterdungsleiter, die Haupterdungsklemme oder -schiene und alle metallenen fremden leitfähigen Teile zu einem Hauptpotentialausgleich verbunden werden (metallene Rohrleitungen von Versorgungssystemen innerhalb des Gebäudes usw.).

Beispiel: Bei in einem Metallgehäuse untergebrachten isolierten, stromführenden Teilen, wie beispielsweise Transformatoren, Elektromotoren und in vielen Haushaltsgeräten, muss das Metallgehäuse an den Schutzleiter der Anlage angeschlossen werden.

Schutz gegen direktes Berühren

Hauptsächlich besteht der Schutz gegen direktes Berühren darin, dass alle stromführenden Teile in Gehäusen der Schutzklasse II oder mit gleichwertiger Isolierung oder in Metallgehäusen, die an einen Schutzleiter angeschlossen sein müssen, untergebracht werden, oder dass sie in elektrischen oder abgeschlossenen elektrischen Betriebsstätten in einem bestimmten Abstand hinter Hindernissen errichtet werden.

Für HS-Schaltanlagen legt die IEC 62271-200 (VDE 0671-200) (fabrikgefertigte metallgekapselte Schaltanlagen für Bemessungsspannungen bis einschließlich 52 kV) eine Mindestschutzart (IP-Code) von IP 2X fest, die den Schutz gegen direktes Berühren gewährleistet. Desweiteren müssen die Konstruktionsteile untereinander leitfähig verbunden sein und den Bereich innerhalb und außerhalb des Gehäuses elektrisch zuverlässig isolieren. Außerdem ist die einwandfreie Erdung des Gehäuses Teil des elektrischen Schutzes des Bedienpersonals unter normalen Betriebsbedingungen.

In NS-Anlagen wird dies durch die Schutzleiterkontakte eines dreipoligen Steckers erreicht. Ein vollständiger oder sogar teilweiser Ausfall der Metallisolierung kann zu einer gefährlichen Erhöhung der Berührungsspannung führen (abhängig vom Verhältnis des Widerstands der Kriechstrecke durch die Isolierung zum Widerstand vom Metallgehäuse zur Erde).

Schutz bei indirektem Berühren

Berührt eine Person das Metallgehäuse einer Anlage mit einem Körperschluss, z. B. durch eine schadhafte Leiterisolierung (wie oben beschrieben), wird dies als indirektes Berühren bezeichnet.

Eine indirekte Berührung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Stromfluss über den Schutzleiter zum Sternpunkt der Stromquelle fließt, in einigen Fällen (TT-System) über Erde. Diese Spannung kann beim Berühren durch einen Menschen eine gefährliche Körperdurchströmung hervorrufen.

Auftreten eines Fehlers im NS-System

In der EN 50110-1 (VDE 0105-1) für den Betrieb von Niederspannungsanlagen geht man von einem Höchstwert der Berührungsspannung U_L von 50 V AC aus, die unbegrenzt anstehen darf. Bei möglichen Berührungsspannungen U_L ≥ 50 V sind die Abschaltzeiten entsprechend zu verringern.

Auftreten eines Fehlers im MS-System

In Mittelspannungsanlagen > 1 kV gilt nach VDE 0101 eine zeitlich begrenzte, maximal zulässige Berührungsspannung U_TP von 75 V. Bei Berührungsspannungen bis max. 750 V sind die Abschaltzeiten gemäß Bild 12 der IEC 61936-1 (VDE 0101-1) entsprechend zu verkürzen.