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Zum Einen reagiert der menschliche Körper empfindlich auf Durchströmung. Prinzipiell können Ströme ab 50 A lebensgefährlich sein. Nun ist der menschliche Körper aber zum Glück auch kein sonderlich guter Leiter. Sein Widerstand hängt in entscheidender Weise von der Beschaffenheit der Kontaktflächen ab. Sind sie klein oder groß, trocken oder nass? – Wie auch immer, wird in der elektrischen Installationstechnik davon ausgegangen, dass eine Spannung von mindestens 50 V erforderlich ist, um einen Strom von 50 A durch den Körper zu treiben. Was darunter liegt, bezeichnet man als »Schutzkleinspannung«, darf also ungestraft angefasst werden. Eine Ausnahme bildet eine »sehr nasse« Umgebung wie die Badewanne oder ein Schwimmbecken. Hier liegt die Grenze bei nur 12 V.

Ist Niederspannung gefährlich?

Ups – ja! Für den Elektriker ist alles »Niederspannung«, was sich im Bereich oberhalb der Schutzkleinspannung bis 1000 V abspielt! Erst dort beginnt die »Mittelspannung«, die bis 60 kV reicht. Von dort bis 150 kV spricht man von »Hochspannung« und darüber hinaus von »Höchstspannung«.

Aber nicht erst dort wird es höchst spannend! Wir wissen alle, dass an und mit der üblichen Gebrauchsspannung von 230 V schon tödliche Unfälle möglich sind. Etwa 60 Mal im Jahr ereignet sich ein solches Unglück in Deutschland. Das sind schon 60 zu viel, aber im Straßenverkehr sind 100 Mal so viele Opfer zu beklagen. Dies relativiert vielleicht die Gefahr ein wenig, legt aber vor allem beredtes Zeugnis davon ab, dass Technik, Normen und Gesetze heute für einen sehr weit gehend sicheren Gebrauch der Elektrizität sorgen. Man unterscheidet in der Elektrotechnik drei Schutzklassen nach der Art, wie der Schutz vor elektrischem Schlag sicher gestellt wird:

• Schutzklasse I: Schutz durch Erdung und Potenzialausgleich. Jedes berührbare elektrisch leitfähige Teil, das nicht Teil des Stromkreises ist, wird leitfähig mit Erde verbunden, so dass es kein gefährliches Potenzial annehmen kann. Bei elektrisch leitfähigen Teilen, die Teile des Stromkreises darstellen, wird selbstverständlich vorausgesetzt, dass sie nicht berührbar sind.
• Schutzklasse II: Schutzisolierung. Das Betriebsmittel hat überhaupt keine elektrisch leitfähigen Teile, die berührbar sind. Das Gehäuse besteht beispielsweise komplett aus Kunststoffen.
• Schutzklasse III: Verwendung von Schutzkleinspannung.

Zur Schutzklasse I ist zu beachten, dass ein einzelnes Teil, und sei es noch so sehr elektrisch leitfähig, keine Spannung führen kann. Eine Spannung kann immer nur zwischen zwei Polen, also zwei leitfähigen Gegenständen, gemessen werden. Wenn nicht anders erwähnt, wird die uns alle umgebende Erde als Referenz heran gezogen, die als »Potenzial 0« definiert wird, so wie man Höhen fast immer auf den Meeresspiegel bezieht. Da das Erdreich wenigstens ein wenig elektrisch leitfähig ist, darf man annehmen, dass sich ein irgendwo bestehender »Elektronen-Überdruck« oder ein irgendwo anders bestehendes »Elektronen-Defizit« stets unverzüglich gleichmäßig verteilen und sich so gegeneinander ausgleichen werden, so wie es auch auf den Weltmeeren üblicherweise weder Wasserberge noch Wasserlöcher gibt. Somit bildet sich ein ziemlich klarer Bezugspegel »Normal-Null«. Die Spannung an einer bestimmten Stelle versteht sich also, wenn nicht anders angegeben, als zwischen dieser Stelle und Erde gemessen.

Nun, wenn das schon so ist, bietet es sich an, die Erde gleich mit dem Rückleiter des Stromkreises zu verbinden; sind doch beide Enden schon geerdet: Am Trafohäuschen ist der Rückleiter stets an ein mehrere 10 Meter langes Metallband angeschlossen, das im Erdboden vergraben ist. An dem versorgten Gebäude ist eine ähnliche Vorrichtung oder doch zumindest ein Fundamenterder errichtet. Dies bedeutet, dass alle Metallteile des Gebäudes leitfähig miteinander verbunden und an die Moniereisen im Beton angeschlossen sind.

Nicht, dass deswegen gleich das Erdreich den Rückleiter ersetzen und so einen Leiter einsparen könnte – dafür ist die Leitfähigkeit dessen, was der Elektrotechniker gemeinhin als Erde bezeichnet, zu schlecht. Das funktioniert nur z. B. bei der Eisenbahn, wo der Fahrweg aus massivem Metall besteht, oder in der Nachrichtentechnik, wo nur sehr kleine Ströme unterwegs sind – aber auch dort aus Gründen der EMV ziemlich schlecht. Der Elektrotechniker weiß aber immer gern, woran er ist. Ist die Rückleitung des Stroms mit Erde verbunden, so ist auch immer gleich klar, welches Potenzial (wie viel Spannung) die andere Leitung gegen Erde führt, also wie gefährlich eine Berührung für Mensch und Material werden kann. Ganz nebenbei wird dadurch auch klar, welches denn nun bei einem Wechselstromkreis als Hinweg und welches als Rückweg des Stroms anzusehen ist, denn es gibt hier keinen Plus- und Minuspol, sondern physikalisch nur einen hin und her fließenden Strom. Technisch wird dann die mit der Erde verbundene Leitung als Rückleitung und die gegenüber Erde Spannung führende als Zuleitung angesehen. So ist auch hier die Terminologie zu verstehen.

Vorteilhaft ist es aber, die beiden Erdungen im Gebäude und im Trafohäuschen miteinander zu verbinden (TN-System), denn erleidet ein Gerät mit geerdetem Metallgehäuse (Schutzklasse I) einen derartigen Fehler, dass das Gehäuse mit den metallenen Teilen der Stromzuleitung in Kontakt gerät, so liegt zunächst einmal eine gefährliche Spannung an dem Gehäuse. Da aber sowohl das Gehäuse als auch die Rückleitung der Stromquelle geerdet sind, schließt sich der Stromkreis, und es kommt zu einem Kurzschluss, d. h. der Strom findet einen kürzeren Weg nach Hause, nicht durch das angeschlossene Betriebsmittel, sondern daran vorbei. Diese Abkürzung hat sehr wenig Widerstand. Deshalb wird der Strom die zulässige Grenze – im Haushalt gewöhnlich 16 A – um ein Vielfaches übersteigen und daher die Sicherung zum Auslösen bringen. Der von dem Fehler betroffene Stromkreis wird sofort frei von Spannung und Strom.

In einem Netz (TT-System) ohne Verbindung zwischen der Erdung der speisenden Quelle und der Erdung des davon versorgten angeschlossenen Gebäudes schließt sich bei solch einem Fehler der Stromkreis nur über das Erdreich. Wie gesagt, hat dieses einen so hohen Widerstand, dass die Spannung von 230 V kaum jemals einen hinreichend großen Strom treiben wird, um den eingebauten Überstromschutz zum Ansprechen zu bringen. Der Strom würde zwar das Erdreich entsprechend erwärmen, aber die gefährliche Spannung bliebe auf dem Gehäuse.

Deshalb muss ein solches Gebäudenetz (TT-System) zusätzlich durch mindestens einen Fehlerstrom-Schutzschalter (RCD) geschützt werden. Dieser vergleicht den Strom in der Zuleitung mit dem Strom in der Rückleitung. Bemerkt er eine auch nur kleine Differenz, so schaltet er ab, denn ein Teil des Stroms, der durch die Zuleitung geliefert wird, muss einen anderen Weg gefunden haben als den vorgesehenen durch den Rückleiter. Einen Elektronenschwund kann es physikalisch nicht geben! Also könnte der gefundene »Schleichweg« einen menschlichen Körper beinhalten.

Es ist jedoch ratsam und heute in besonders gefährdeten Bereichen (z. B. Badezimmern) auch vorgeschrieben, einen Fehlerstrom-Schutzschalter auch in einem Netz mit verbundenen Erdungssystemen (TN-System) einzusetzen, da diese hier für zusätzliche Sicherheit sorgen, falls etwa der Anschluss des Schutzleiters an das Erdungssystem unterbrochen sein sollte – was schließlich erst auffällt, wenn es zu spät ist. Im vorliegenden Fall bliebe die Spannung am Gehäuse des defekten Gerätes genau so lange anstehen und der Fehler unentdeckt, bis ein Mensch das Gehäuse anfasst, der gleichzeitig mit einem anderen Körperteil hinreichenden Kontakt zur Erde hat (barfuß auf feuchtem Boden, Wasserrohr, Heizungsrohr). Jetzt kommt es zu einer Körperdurchströmung, die aber durch den Fehlerstrom-Schutzschalter sofort wieder abgeschaltet wird, ehe Herzkammerflimmern eintritt.

In besonderen Fällen bildet man auch Netze ganz ohne Erde (IT-System). Hier kann man eine Ader getrost anfassen, denn hierdurch schließt sich noch kein Stromkreis. Auch der Vogel, der sich auf eine 380 kV gegen Erde führende Höchstspannungsleitung setzt, lebt dort froh und wohlgemut, solange er nur diese Leitung und nicht die Erde (oder die benachbarte Leitung) gleichzeitig berührt. Auch Eisenbahnschienen elektrifizierter Strecken darf man ungestraft berühren (solange kein Zug kommt), obwohl hierüber der Strom zurück fließt, den die Lokomotive aus dem Fahrdraht entnimmt.

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