1. Pressenotiz

Kleinkind bleibt nach Stromschlag behindert: Elektriker angeklagt 

(gescannt aus der Berliner Zeitung vom 11.01.2002) VON SABINE DECKWERTH

Der zweijährige Tim kann nicht, krabbeln, nicht greifen und nicht allein essen. Getränke spritzen ihm seine Eltern mit einer Spritze in den Mund.

"Alles ist weg", sagte sein 31-jähriger Vater vor Gericht.  Aber beim Schwimmen komme Tim  manchmal ein Lachen. Ein kleiner Lichtblick nach zahlreichen Therapien.

Tim wird lebenslang körperlich und geistig schwerst behindert bleiben. Schuld ist ein Stromschlag, den der Junge im Alter von knapp einem Jahr erlitt. Seit gestern steht deshalb ein Elektriker vor dem Amtsgericht Tiergarten. Die Staatsanwaltschaft klagte ihn wegen fahrlässiger Körperverletzung an. Der 52-jährige Jürgen N. soll Teile der Elektrik in der Wohnung erneuert und dabei einen Fehler in der Leitung übersehen haben.

Am 6. Juli 2000 saß Tims Vater Ingo K. vor dem Fernseher, während sein Sohn nahe der Stehlampe über den Teppich krabbelte. 

Plötzlich sei Tim reglos liegen geblieben, sagte der Vater. Das Kind atmete nicht mehr. Die Mutter, von Beruf Krankenschwester, stürzte aus dem Badezimmer, beatmete den Sohn, begann eine Herzdruckmassage.  Tim konnte wiederbelebt werden.

Im Krankenhaus stellten die Ärzte fest, dass Tims Herz durch einen starken Stromschlag ausgesetzt hat und die währenddessen mangelnde Versorgung mit Sauerstoff das Gehirn des Kindes stark schädigte.

Wie sich später herausstellte, stand die Stehlampe mit Metallfuß im Wohnzimmer der Altbauwohnung unter Strom, weil die Steckdose fehlerhaft versorgt wurde. Das Kind erlitt deshalb einen Schlag, weil es beim Krabbeln zeitgleich den Lampenständer und ein daneben verlaufendes geerdetes Heizungsrohr anfasste.

Fehler unter Putz

Der angeklagte Elektriker hatte ein Jahr zuvor, vor dem Einzug der Familie, an den Leitungen gearbeitet. Er hatte keinen Auftrag dafür, er wollte die Wohnung zunächst selbst beziehen, hatte es sich dann aber anders überlegt. Die elektrische Leitung, die die Steckdose mit Strom versorgte, sei unter Putz falsch verpolt gewesen, was ein Fachmann hätte merken müssen, sagte der Staatsanwalt. Durch eine abschließende Kontrollmessung hätte dem Elektriker die unter Spannung stehende Steckdose auffallen müssen.

Jürgen N. hat vor Gericht den Vorwurf bestritten. Er ist seit 30 Jahren Elektriker und habe sich nie etwas zu Schulden kommen 

lassen, sagte er. „Einen Mangel hätte ich festgestellt“, sagte N. Für ihn sei nicht nachvollziehbar, wie es zu dem schrecklichen Unglück habe kommen können. „Ich bin tief betroffen und bedauere es sehr.“

Der Prozess wird fortgesetzt.

Bewährungsstrafe für fahrlässigen Elektriker (Notiz in der Berliner Zeitung vom 22.01.2002)

Wegen fahrlässiger Körperverletzung ist der Elektriker zu sechs Monaten Haft mit Bewährung  verurteilt worden.

Das Kind wird sein Leben lang körperlich und geistig behindert sein. Der 52-Jährige habe den Grundsatz seines Berufs vernachlässigt,  die Steckdosen zu prüfen. Der Angeklagte  bedauerte zutiefst, bestritt den Vorwurf aber.

 

 

 

2.Manuskript eines Beitrages für die Zeitschrift „Liftreport“(14.10. 2002)

           Elektrische Schutzmassnahmen an Aufzugsanlagen

In den, einem Aufzugsfachmann recht vertrauten Aufzugsvorschriften EN 81-1 und -2, werden Schutzmassnahmen gegen Abscheren, Abspringen, Quetschen, Stossen, Feuer, Einsperren, Eindringen von Fremdteile, Einklemmen etc. häufig genannt und es werden Forderungen formuliert, wie diese zu realisieren sind. Ganz zaghaft und inmitten der Aufzählung mehrerer möglichen Unfallursachen wird unter der Ziffer 0.1.2.1g dann auch der „elektrische Schlag“ als mögliches Risiko genannt. Eigentlich müsste diesem Unfallrisiko an einer elektrischen Anlage eine eigenständige fettgedruckte Ziffer zugeordnet werden, aber so unterschiedlich sind eben die Betrachtungsweisen. Oder ist gar einigen Aufzugs-Gurus die elektrische Spannungsversorgung einer Aufzugsanlage aus dem öffentlichen Verteilungsnetz sowie die zugehörigen elektrischen Schutzmaßnahmen zu trivial? Unstrittig ist doch wohl, dass sich ohne 230/400 V AC vor und hinter dem Hauptschalter nach DIN EN 81, Ziffer 13.4, absolut nichts tut; weder die so feine Hardware und Software sagen „Piep“ noch der so raffinierte Antrieb (z.B. Synchron und/oder Gearless) bewegt sich einen mm. 

Die DIN EN 81 und die VDE-Vorschriften

In der DIN EN 81-1 wird z.B. unter Ziffer 7.7.3.1.8 ein Schutz gegen Staubanhäufung, unter der Ziffer 7.7.3.1.9 eine durchsichtige Gehäuseabdeckung und unter 7.7.3.1.10 wird die Unverlierbarkeit von Befestigungsschrauben gefordert. Die Aufzählung mehr oder weniger profaner Forderungen könnte fortgesetzt werden.

Aber – grundsätzliche Forderungen nach Elektrosicherheit, also Schutz gegen den elektrischen Schlag, die Prüfung dieser Maßnahmen und der Nachweis deren ständiger Wirksamkeit etc. - werden vergeblich gesucht. Im Nationalen Vorwort werden die 3 wesentlichen Vorschriften, die den Schutz gegen den elektrischen Schlag behandeln, angeführt. Dies ist die DIN VDE 0100 mit den Teilen 410 (Schutz gegen elektrischen Schlag), 540 (Erdung, Schutzleiter, Potenzialausgleichsleiter) und610 (Erstprüfungen). Im informativen Nationalen Anhang NA wird auf diese Vorschriften als Literaturhinweis (wie freundlich!) nochmals hingewiesen.

Immerhin wird aus elektrotechnischer Sicht mit einer Aufzugsanlage auch oder so ganz nebenbei eine recht umfangreiche und anspruchsvolle elektrische Automatisierungsanlage, etwa vergleichbar mit einer mittleren, aber komplexen automatischen Fertigungsstraße errichtet. Niemand würde auf den Gedanken kommen, die gesamte elektrotechnische Ausrüstung dieser Fertigungsstraße bei der Inbetriebsetzung nicht durch Besichtigen, Messen und Prüfen eingehend zu checken und dies auch zu protokollieren; siehe hierzu DIN EN 60204-1 (VDE 0113 Teil 1):1998-11. 

Ein Elektroinstallateur, der eine Schukosteckdose installiert, z. B. nachträglich für den Anschluss einer Waschmaschine, muss diese Installation eingehend prüfen und die Prüfung protokollieren

(E-Check oder Übergabebericht + Prüfprotokoll des ZVEH).

Bei einer Aufzugsanlage sind derartige Prüfungen nicht vorgeschrieben, da kann jeder machen was er will. In der EN 81 wird kein E-Check gefordert, allenfalls unter D.2f gibt es einen vagen Hinweis, aber kein Wort von der Prüfung der Wirksamkeit elektrischer Schutzmaßnahmen. 

Wer sich etwas intensiver mit der EN 81 beschäftigt, wird feststellen, dass die Vorgaben bezüglich der Anwendung bzw. Verwendung elektrischer Betriebsmittel (Gesamtheit aller elektrotechnischen Erzeugnisse)recht akribisch, mitunter schon restriktiv sind, so etwa in dem Sinne: dieses darfst du, jenes nicht, dieses hast du tunlichst zu unterlassen, dieses musst du beachten, jener Fehler kann auftreten, etc. Ich meine damit Ziffer 13 (Schaltgeräte nach 13.2, Motorschutz nach 13.3, Hauptschalter nach 13.4, Leitungen nach 13.5, Beleuchtung und Steckdosen nach 13.6) und Ziffer 14.1 (Fehlerbetrachtung, Gebrauchskategorie, Schutzart (IP-Code)). Ich beklage das nicht, ganz im Gegenteil, nur wäre es konsequent gewesen, wenn die Autoren/Verfasser unter der Ziffer 13.1 ebenso präzise und oder direkt geworden wären. Ziffer 13.1 der EN 81 ist ein Sammelsurium von Anforderungen, die unpräziser und verwaschener nicht formuliert werden konnten. 

Irgendwie entsteht der Eindruck, dass bei der Formulierung der Ziffer 13.1 die DIN VDE 105 Pate stand, sie befasst sich bekanntlich mit dem Betrieb elektrischen Anlagen bzw. der „Erhaltung des ordnungsgemäßen Zustandes“ ; im Gegensatz zur DIN VDE 0100, bei der es vornehmlich um das Errichten elektrischer Anlagen geht. Typisch für die DIN VDE 0105 ist, dass sie keine Angaben enthält, was und wie im einzelnen geprüft werden soll, aber bezüglich des Isolationswiderstandes umfangreiche Angaben macht und Forderungen nennt (verständlich, denn es geht ja um den Erhalt des ordnungsgemäßen Zustandes, alle anderen „Messen“ sind bereits gelesen).

Alle anderen Begriffe bzw. Optionen im Zusammenhang mit Schutzmaßnamen gegen den elektrischen Schlag, wie Systeme (Netze) nach Art ihrer Erdverbindung, erdungssystemabhängige Schutzmaßnahmen (TN-,TT- und IT-System), Erdungswiderstand, Netzschleifenwiderstand, FI-Schutzeinrichtung (RCD), Hauptpotenzialausgleich, Potenzialausgleich einschl. örtlicher und zusätzlicher PA, Überstrom-Schutzeinrichtungen nach Art ihrer Auslösekennlinie, innerer und äußerer Blitzschutz u.v.a.m. werden nicht genannt, werden einfach ignoriert, gibt es einfach nicht.

Wenn man gehässig wäre, könnte man fragen, ob die Ziffer 13 der EN 81 vielleicht ein elektrotechnischer             Erstklässler bearbeitet hat. Aber ich frage nicht!

Andererseits ist natürlich der Hinweis richtig, dass im Zweifelsfall auf die anerkannten Regeln der Technik (Ziffer 13.1.1.2) zurückzugreifen ist – das ist immer richtig, da kann man überhaupt nichts falsch (oder richtig) machen. 

Nun ist das alles für einen Elektrofachmann nicht gar so schlimm und es sind gewiss wegen dieser fehlenden Angaben/Hinweise niemals weniger Aufzugsanlagen errichtet worden. Aber eine Etage höher sitzen Kollegen, die beschäftigen sich mit Montagezeit, deren Kosten und optimale Auslastung und sonstigen Aufwendungen (die sind im übrigen so gedrillt, dass sie mit jeder s, jedem g, jedem m sparen, egal was es kostet - J); das sind i.d.R. BWLer, Kaufleute oder Juristen. Diese Kollegen „verschlanken“ den technischen Prozess, in dem sie die Kosten minimieren und somit den Gewinn/die Gewinnaussichten maximieren. Von denen kommt ganz prompt die Frage „Wo steht das, ich habe die EN 81 von oben nach unten und von hinten nach vorne gelesen, aber von einer erdungssystemabhängigen Schutzmaßnahme, einer Schleifenwiderstandsmessung oder dem Nachweis einer durchgängigen Verbindung des Schutzleiters oder, oder… habe ich nichts gelesen“ . Und weiter wird z.B. gefragt: „ist dir eigentlich klar, was der von dir geforderte Potenzialausgleich kostet? Und noch weiter nach oben wird festgelegt: was nicht ausdrücklich gefordert wird, wird nicht (ungedingt) gebraucht - aus, basta.

Und genau an dieser Stelle beginnt das Dilemma, die Schlamperei, die Verstöße gegen geltendes Recht. So ist es nun mal, denn frei nach B. Brecht „kommt erst das Fressen und dann die Moral“.

Der Vollständigkeit halber soll noch erwähnt werden, dass es bezüglich des Schutzes gegen den elektrischen Schlag an Aufzugsanlagen auch anders und besser geht. Werden nämlich Aufzugsanlagen nach der Maschinenrichtlinie 98/37/EG errichtet, ist dafür die bereits erwähnte DIN EN 60 204 (VDE 0113):1998-11 zuständig. In dieser Vorschrift sind die Schutzmaßnahmen gegen den elektrischen Schlag (DIN VDE 0100 Teil 410), deren Errichtung und Prüfung, berücksichtigt. 

Warum sind elektrische Schutzmaßnamen erforderlich?

Mit unseren Sinnesorganen können wir die Elektrizität nur mäßig erfassen. Man sieht sie nicht, man hört sieht nicht, noch weniger kann man sie riechen oder schmecken. Lediglich ihre Wirkung ist spürbar, mitunter auch schmerzlich und zum Nachweis ihres Vorhandenseins benötigt man Mess- oder Prüfgeräte(vor langer Zeit musste sogar ein Froschschenkel dafür herhalten). Dies alles macht den Umgang mit der Elektrizität etwas schwierig und doch können wir auf sie um alles in der Welt nicht verzichten. Warum? Nun, weil die elektrische Energie Arbeit verrichtet und die Menschen auf diese Arbeitsleistung angewiesen sind; dies ist nahezu eine Frage von existenzieller Bedeutung. 

Zur Erinnerung: Energie wird bei einem physikalischen Vorgang weder erzeugt noch vernichtet, sondern sie wird nur von einer Form in eine andere umgewandelt (Satz von der Erhaltung der Energie oder auch Energiesatz; R. Mayer). Strom wird in Wärme umgesetzt. Jeder Stromfluss erzeugt grundsätzlich Wärme. In die Wärmemenge, die bei einem Stromfluss erzeugt wird (mitunter auch als Stromarbeit, Stromwärme oder Joulsche Wärme bezeichnet), geht bekanntlich der Strom sogar quadratisch ein, denn die Wärmemenge Q ist das Produkt aus dem Strom I2, dem Widerstand R und der Zeit t. 

Die Wärmewirkung des elektrischen Stromes bedeutet aber auch eine Brandgefährdung. Wenn es heißt, Brandursache war ein Kurzschluss, so ist das i.d.R. nicht ganz richtig. Bei einem Kurzschluss löst die vorgeordnete Überstrom-Schutzeinrichtung (wir bezeichnen das nachfolgend als „automatische Abschaltung der Stromversorgung“) aus und unterbricht den Stromkreis, vorausgesetzt es ist alles richtig dimensioniert und gepflegt. In der Regel ist aber bei derartigen Feststellungen richtiger und zutreffender, dass ein unvollkommener oder widerstandsbehafteter Kurzschluss die Brandursache ist. Zu einem der letztgenannten Kurzschlüsse kommt es, wenn sich der Strom einen kürzeren oder widerstandsärmeren Weg zurück zur Stromquelle sucht, als er normalerweise über den vorgegebenen Leitungsweg und den angeschlossenen Verbraucher nehmen soll. Für Isolationsfehler als Brandursache ist die Spannung – quasi der Druck – maßgebend. Hier muss der Scheitel- oder Maximalwert der Wechselspannung in Ansatz gebracht werden, nämlich Ö2 x U = 1,41 x 230 V = 324 V. Es gibt keine elektrische Anlage ohne einen gewissen Fehler- oder Leckstrom, weil es kein Isolations-material mit unendlich hohem Widerstandswert gibt, denn nach A. Einstein sind nur das Weltall und die menschliche Dummheit unendlich. Dort, wo sich die Spannung eine „Brücke“ zu einer anderen Spannungsebene aufbauen kann, „kriecht“ ein Teil des Stromes über diesen Nebenweg zurück zur Stromquelle. Diese Kriechstromstrecken werden im Laufe der Zeit – und das kann Jahre dauern – immer leitfähiger. Der ansteigende Kriechstrom ist schließlich die Ursache für zum Teil erhebliche Wärmeentwicklung.

Bei der Stromwärme erkennt man ganz deutlich die 2 Seiten einer Medaille. Wenn wir Wärme benötigen, können wir sie gar nicht schnell und billig genug erhalten, z.B. als Heizung über einen Widerstandsdraht. Auf elektrischen Leitungen, an Klemmen und in Verteilungen, bei der Umsetzung in magnetische Felder (Trafo, Motor, etc.) usw. möchte wir die Stromwärme am liebsten verdammen. Es müssen diverse Maßnahmen getroffen werden, um die Wärme abzuführen. Es handelt sich um Verlustwärme, deren Entstehen zwar physikalisch bedingt ist (gerade wurde eben gesagt, jeder Stromfluss erzeugt Wärme), die wir aber gar nicht mögen. Z. B. erzeugt der Widerstand elektrischer Leitungen bei Stromfluss einen Spannungsfall (früher hieß es noch Spannungsabfall; als Azubis sollten wir den diesbezüglichen Abfalleimer holen), letztlich Wärmeenergie. Eine elektrische Leitung wird mit 230 V eingespeist und am Ende der Leitung, am Anschluss eines eingeschalteten Betriebsmittels (Pumpe, Bohrmaschine, Lötkolben, etc.) werden gerade mal 200 V gemessen. Da die elektrische Leistung das Produkt aus Strom und Spannung ist, gibt ein Betriebsmittel nunmehr die vorgesehene bzw. projektierte Leistung nicht ab.

Wenn es den Spannungsfall nicht gäbe, könnten mindestens 3 Großkraftwerke in der BRD weniger betrieben werden. Fortfall des Spannungsfalls, das wäre doch mal eine lohnende Erfindung – aber nicht über die Supraleitfähigkeit, die kostet nämlich auch.

Aber zurück zum eigentlichen Thema. 

Die Elektrizität, insbesondere die, die wir zur technischen Anwendung benutzen, birgt Gefahren in sich, ganz gleich, ob sie erzeugt, verarbeitet, gespeichert oder weitergeleitet wird. Manch einer spricht auch von Fluch und Segen der Elektrizität.

Ein Missachten dieser Gefahren und ein allzu sorgloser (oder besser: respektloser) Umgang mit der Elektrizität kann zu elektrischen Unfällen oder Bränden führen, wodurch Menschen und Tiere verletzt oder gar getötet bzw. Sachwerte vernichtet werden.

Man mag es kaum glauben: aber der menschliche Körper, den die Natur im Laufe der Evolution mit einer großen Anzahl der besten Abwehrmittel und Rezeptoren gegen viele äußeren und inneren Feinde versah, ist dieser „winzigen“, unsichtbaren Kraft (Energie, Arbeit) gegenüber völlig hilflos. Ein Strom von < 30 mA, also ein Strom, der bei 230 V den Glühfaden einer25 W – Glühlampe gerade mal erwärmt- kann einen Menschen töten. 

Im übrigen: Als Maß für die Wirkungen der Elektrizität ist primär immer der Strom maßgeblich, erst sekundär die eigentlich auslösende Größe, die elektrische Spannung. Diese ist mit dem Strom über den Widerstand des menschlichen Körpers verknüpft (Ohmsches Gesetz).

Andererseits hat die Elektrizität auch bei direkter Berührung mit dem menschlichen Körper, der Haut, eine positive, nämlich heilsame Wirkung. Denken wir an die gesamte Elektrodiagnostik, wie EKG, EEG, EOG, EMG, aber auch Elektroschock, Reizstromgeräte etc. Die vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten sind noch lange nichterschlossen.

Es kommt immer nur auf die Höhe von Strom und/oder Spannung an. 

Zum Einzäunen von Tieren (Pferde, Rinder, Schafe) verwendet man den elektrischen Weidezaun,             immerhin Impulse von 8 bis 12 kV, allerdings nur 3 bis 5 mA.

Vor Jahrzehnten hat mich auf einem Jahrmarkt Miss Electric, ein Wunder der Natur, tief beeindruckt. Sie zog aus ihrem Körper lange bedrohlich knisternde Blitze, brachte in ihren Händen Glühlampen zum Leuchten und zu alledem lächelte sie. Schwindel oder Hokuspokus? Später dann habe ich gelernt, dass Spannungen von 100 000 V bei einer Frequenz von etwa 200 kHz harmlos wie Mairegen sind, siehe Reizstromgeräte. Recht ansehenswert sind in diesem Zusammenhang auch die Experimente und Vorführungen in der Knoff-Hoff-Show im ZDF.

Wie kommt es eigentlich zu einem elektrischen Schlag? oder umgangssprachlich: wann oder warum „bekomme ich eine gewischt“? Nun, immer dann, wenn der menschliche Körper eine (genügend hohe) Potenzialdifferenz überbrückt. Dies wiederum kann vorkommen, wenn elektrische Anlagen oder Einrichtungen unvorschriftsmäßig bedient werden, unzureichend isoliert, nicht ordnungsgemäß installiert oder Anlageteile schadhaft sind. Oder mit anderen Worten, wenn ein isolationsdefektes Betriebsmittel an seinen leitfähigen Gehäuse- oder Konstruktionsteilen Spannung führt (Körperschluss) und diese Spannung über den Widerstand des Menschen (oder Nutztieres) zur Erde geleitet wird, gibt es einen sogen. Stromschlag. Das Ausmaß der Schädigung durch den elektrischen Strom ist dabei abhängig von der Stromstärke (besonders von dem Strom, der über die Herzmuskulatur fließt), Stromart (AC oder DC),Leitfähigkeit bzw. deren Kehrwert -dem Widerstand der Haut, Ausbreitung des Stromes im Körper, Stromweg und Stromeinwirkungsdauer. Die Gefahr ist dann besonders groß, wenn durch Feuchtigkeit, chemische Einflüsse, Wärme oder großflächige Berührung der Haut- oder besser der Übergangswiderstand stark herabgesetzt wird. Wir sehen, sehr viele Einflussgrößen spielen hier eine Rolle. 

Um es nochmals ausdrücklich zu wiederholen, um einen Stromschlag zu erhalten, muss eine Potenzialdifferenz überbrückt werden oder anders formuliert, ein bisher noch offener Stromkreis wird durch den Körper eines Menschen geschlossen oder der Körper wirkt als (widerstandsbehafteter) Schalter. Steht man gut isoliert oder ist gar der Fußboden isoliert, so kann man auch den Außenleiter (Phase) berühren. Ein Vogel, der auf dem Freileitungsseil einer110 kV – Leitung sitzt, fällt ja auch nicht tot herunter. 

Unter Elektrikern heißt es, von 230 V fällt man nicht um, davon wird man nur wach. Das ist natürlich dummes Geschwätz. Richtig ist, dass die Wirkungen des elektrischen Stromes im Niederspannungsbereich (230/400 V), wie Muskelkontraktionen, Blutdruckanstieg, Atemschwierigkeiten, Bewusstlosigkeit, Herzrhythmusstörungen, etc. üblicherweise nicht tödlich sind, meistens kommt man doch mit einem tüchtigen Schrecken davon. Aber es sollte unbedingt ein Arzt aufgesucht werden.

Anmerkung: Die Anzahl und der Umfang der „Arbeiten unter Spannung“ (AuS) nimmt stark zu, einfach weil man aus ökonomischen Gründen ganze Fertigungsstraßen o.ä. nicht mehr ausschalten will, nur weil was ergänzt, erneuert, getrennt oder gemessen werden muss. Im übrigen ist für das AuS eine gesonderte Ausbildung erforderlich. Bei Aufzugsanlagen kann i.d.R. auf AuS verzichtet werden, lediglich bei der Fehlersuche ist mitunter AuS erforderlich.

Zu den Auswirkungen elektrischer Unfälle am und im menschlichen Körper soll auf die vielen dicken Bücher verwiesen werden, die sich eingehend mit dieser Thematik befassen. Nur soviel noch und etwas resümierend:

·         Ströme um 10 mA genügen bereits, um starke Schmerzen und Verkrampfungen hervorzurufen. Diese Schmerzen sind auf Nervenreizung durch Ionenwanderung in den Zellflüssigkeiten zurückzuführen. 

·         In der Regel ist bei Strömen über 20 mA ein Loslassen durch Verkrampfung nicht mehr möglich.

·         Bei Strömen über 30 mA beginnt der gefährliche Bereich, wobei die Gefährdung davon abhängig ist, welcher Teilstrom über das Herz fließt. 

·         Bei Strömen ab 100 mA tritt in jedem Fall die gefährliche Erscheinung des Herzkammerflimmers auf. Das Herzkammerflimmern stört den rhythmischen Verlauf des Zusammenziehens und Erschlaffen der Muskeln der einzelnen Herzkammern, so dass diese völlig unregelmäßig arbeiten. Die Folge davon ist ein absoluter Stillstand der Blutzirkulation, der bei Menschen und größeren Säugetieren zum Tod führt.

Aufgabe der nachfolgend beschriebenen Schutzmassnahmen ist es, wirksam zu werden, wenn die dauernd anstehende Berührungsspannung an einem Betriebsmittel (in der Regel im Fehlerfall) die vereinbarten Grenzen überschreitet (DIN VDE 0100-410, Ziffer 413.1.1.1). 

Die Werte für die vereinbarten Grenzen der Berührungsspannung sind:

·         für Wechselspannung AC 50 V effektiv, (früher waren es mal 65 V)

·         für Gleichspannung DC 120 V oberschwingungsfrei

In medizinisch genutzten Räumen und in Ställen von Nutztieren gelten

·         für Wechselstrom AC 25 V,

·         für Gleichspannung DC 60 V.

Beträgt die Sicherheitskreisspannung an einer Aufzugsanlage z.B. 110 V AC, so kann diese Spannung im Fehlerfall über die Tür- und/oder Riegelschalter(schleife) durchaus an die metallene Schachttürzarge gelangen. Ein Benutzer, der ein Außenkommando eingibt, kann einen elektrischen Schlag erhalten; gleiches kann einem Monteur auf dem Fahrkorbdach bei einer Inspektionsfahrt passieren. Wird dabei der Strom so groß, dass die Loslassschwelle überschritten wird, kann das schon sehr unangenehme Folgen haben. 

Beträgt die Sicherheitskreisspannung jedoch z.B. 80 V DC so müssen keine Schutzmaßnahmen gegen             den elektrischen Schlag angewendet werden. 

Fazit: Es ist oberste Aufgabe einer Schutzmaßnahme, im Fehlerfall die beiden maßgeblichen Größen Strom (die Stromstärke) und Zeit (die Dauer der Stromeinwirkung) zu begrenzen – nicht mehr und nicht weniger! Und damit ist auch kurz und bündig die Eingangsfrage beantwortet.

Zur Minimierung der Gefahren, die insbesondere mit unserem technischen Wechselstrom verbunden sind, sind  von jeher entsprechende Schutzmaßnahmen vorgesehen worden. 

Schutzmaßnahmen dienen im allumfassenden Sinn dem Personen- und Sachschutz. Sie müssen dann wirksam werden, wenn Fehler (Leiterunterbrechung) oder Funktionsstörungen einzelner Bauelemente oder ganzer Anlagenteile auftreten. Ähnlich wie in der DIN EN 81, Ziffer 14.1, sind Fehlerbetrachtungen und Risikoabschätzungen in den VDE-Vorschriften üblich. 

Und eines sollte niemals außeracht gelassen werden, die DIN VDE- Vorschriften enthalten ebenso wie die DIN EN 81 lediglich Mindestanforderungen. Will sagen, nichts ist so gut, als das es nicht noch besser ausgeführt werden könnte.

In der Literatur ist nachzulesen, dass die Schutzmassnahmen gegen den elektrischen Schlag bei der Verwendung von elektrischer Energie genau so alt sind, wie deren technische Anwendung. Am ältesten ist wohl die Schutzerdung (etwa um 1885), die in Systemen ohne Neutralleiter, also in Netzen mit 3x 220 V, in denen zugleich ein metallenes Wasserrohrnetz zur Verfügung stand, angewendet wurden. Etwa 1913 führte die damalige AEG die Nullung ein (heute als klassische Nullung bezeichnet).Das war (ist) gewiss die am häufigsten verwendete Schutzmaßnahme in Niederspannungssystemen. Etwa 1930 wird der Nulleiter in die VDE-Vorschriften eingeführt und für den Anschluss ortsveränderlicher Betriebsmittel wird eine besondere Steckvorrichtung mit Schutzkontakt verlangt. Etwa um 1960 wurde die stromlose oder moderne Nullung eingeführt die noch heute verwendet wird. Kennzeichnend ist hierbei, dass es einen nicht stromführenden Schutzleiter gibt; zu einer Steckdose werden 3 Adern geführt, nämlich ein Außen-, ein Neutral- und ein Schutzleiter oder kürzer: L (schwarz), N (hellblau) und PE (grün-gelb).

Der etwa im gleichen Zeitraum eingeführte Fundamenterder und der Potenzialausgleich erhöhen die Wirksamkeit und Zuverlässigkeit der (stromlosen) Nullung erheblich. Ebenfalls wird etwa 1965 festgelegt, dass der Schutzleiter weltweit grün-gelb zu kennzeichnen ist, zuvor war er rot und der Neutralleiter grau gekennzeichnet.

In den siebziger Jahren des vorigen Jahrhunderts wurden die seit langem bekannten FI-Schutzschalter immer kleiner und kostengünstiger. Es entstand u.a. die FI-Nullung in nullungsfähigen Systemen, z.B. als zusätzlicher Brandschutz. Aber viel häufiger werden die FI-Schutzschalter nunmehr in nicht nullungsfähigen Systemen eingesetzt. Der FI-Schutzschalter oder besser: die RCD (residual-currentprotectivedevice - auf neudeutsch),verdrängt damit die Schutzerdung (wurde auch Zeit, denn die metallenen Wasserrohrleitungen werden immer seltener) und die FU-Schutzschaltung (Heinisch-Riedl-Schutz), die besonders in ländlichen Räumen weit verbreitet war bzw. noch immer ist. 

        Welche Schutzmaßnahme ist die wirkungsvollste?

Wir unterscheiden grundsätzlich in Schutzmaßnahmen mit und ohne Schutzleiter. 

Folgende elektrische Schutzmaßnahmen erfordern keinen besonderen Schutzleiter:

·         Schutzisolierung,

·         Schutztrennung,

·         Schutz durch Kleinspannung (SELV, PELV, FELV)

Zu den Schutzmaßnahmen mit Schutzleiter (grün-gelb gekennzeichnete Leitungsader) gehören:

·         Schutz durch Abschaltung der Stromversorgung im TN –C-S-System

·         Fehlerstromschutzeinrichtung (RCD)

·         Schutz durch Meldung mit Isolationsüberwachung im IT-System

Die wirkungsvollste Schutzmaßnahme gegen den elektrischen Schlag ist zweifellos die Schutzisolierung. Hier wird zusätzlich zum Schutz gegen direktes Berühren (Basisisolierung) noch eine weitere bzw. verstärkte Isolierung verwand, so dass ein Isolationsfehler im inneren des Gerätes außen, beim Berühren, praktisch keine Auswirkungen hat. Verwendet werden hierfür hochwertige, schlagfeste Kunststoffe mit einem sehr hohen Widerstand (im Bereich von einigen Giga- bisTera-Ohm). 

Zu den schutzisolierten Geräten/Betriebsmitteln zählen heute nahezu alle in Küche, Bad und Wohnbereich benutzten Geräte, ferner div. elektr. Handwerkzeuge, etc. Die Anzahl der schutzisolierten Betriebsmittel wächst ständig und das ist nur zu begrüßen.

Bei großen Betriebsmitteln entstehen bezüglich der Isolierstoffe für die Umhüllung (das Gehäuse, die erforderlichen Konstruktionsteile) mechanische, fertigungstechnische und wirtschaftliche Probleme. Gleiches gilt sinngemäß auch für Wärmegeräte.

Werden eines Tages aber die leitfähigen Körper elektrischer Betriebsmittel (Motore, Gehäuse, Abdeckungen, sonstige Konstruktionsteile) aus Stahl, Aluminium oder anderen leitfähigen Werkstoffen durch hochwertige Kunststoffe, z.B. Kohlefasern, ersetzt, so ist ein Schutzleiter nicht mehr erforderlich. Ich denke mal, dass in 20 bis 30 Jahren die elektrischen Schutzmaßnahmen mit Schutzleiter kein Thema mehr sind, aber Schutzmaßnahmen gegen den elektrischen Schlag, also gegen direktes und indirektes Berühren, wird es wohl immer geben. 

Für die Gegenwart und nähere Zukunft bleibt noch ein weites Anwendungsfeld für die Ausführung             von Schutzleiter-Schutzmaßnahmen.

Bevor wir uns für eine Schutzleiter-Schutzmaßnahme entscheiden, muss erst das „System nach Art der Erdverbindung“ betrachtet werden, denn nur in Abhängigkeit von diesem System (früher hat alle Welt vom „Netz“ (Elektroenergie –Versorgungsnetz) gesprochen) kann eine Schutzmaßnahme angewendet werden.

Dieses System wird vom Versorgungsnetzbetreiber (VNB), früher hieß das Energieversorgungsunternehmen(EVU),vorgegeben. Man kann natürlich kein „Wunschsystem“ verlangen, sondern muss mit dem leben, was man angeboten bekommt - leider. Oder mit andern Worten: der VNB entscheidet, ob ein  N-Leiter (TT-System) oder PEN-Leiter (TN-C-System) oder ein PE- und ein N-Leiter (TN-S-System) am Hausanschluss vorhanden ist. 

Anmerkung: Der PEN-Leiter ersetzt den seit 1914 in Deutschland gebräuchlichen Fachausdruck “Nullleiter“.

        Was ist das „System nach Art der Erdverbindung“?

In der DIN VDE 0100-410/01.97 Tabelle N.1 sind die einzelnen Systeme detailliert und übersichtlich   gezeichnet.

Auf dem mehr oder weniger langen Weg vom Erzeuger zum Endverbraucher (Verbundnetz; über Haupt-, Unter- und Verbraucherverteiler) z.B. zum Aufzugsmotor oder zur Steckdose, Glühlampe, etc. in einer Wohnung ist die vorletzte Station der elektrischen Energie die Netzstation im örtlichen Versorgungsgebiet. Diese kann stationär, quasistationär oder mobil ausgeführt sein. Hier wird die Energie von Mittelspannung (1 bis 10 kV) auf Niederspannung (400 V) transformiert. Dass dazu ein Trafo gehört, der bekanntlich aus einer Primär- und Sekundärwicklung besteht, das lernt jeder Elektriker bereits im Kindergarten in der kleinen Gruppe. Wegen des zulässigen Spannungsfalls (früher: Spannungsabfall) von 0,5 % der Nennspannung am Zählereingang wird sich dieser Trafo immer mehr oder weniger in der näheren Umgebung (100 m bis 5 km) befinden. 

Um diesen Trafo in der Trafo- oder Netzstation geht es, nämlich darum, ob bzw. wie der Sternpunkt der niederspannungsseitige Wicklungen geerdet ist. Er ist unsere Stromquelle bei allen weiteren Betrachtungen, insbesondere bei der Schleifenimpedanz. 

Bitte gut merken: Der 1. Buchstabe des „Systems nach Art der Erdverbindung“ kennzeichnet die Art und Weise der Erdung des Sternpunktes der Stromquelle, also des Trafos in unserer unmittelbaren Umgebung (da gibt es einen, ganz sicher, auch wenn nicht für jeden sichtbar).

Der 2. Buchstabe kennzeichnet die Art und Weise der Erdung der Körper der Betriebsmittel.

Nunmehr gibt es 3 Möglichkeiten (aus dem TN-C-System werden die beiden Teilsysteme TN-S und TN-C-S  abgeleitet):

 

1.          das TN-C-System (Erde, Neutral - Kombiniert)

der Sternpunkt ist niederohmig geerdet und von diesem Sternpunkt aus wird ein Leiter, fortan als PEN-Leiter bezeichnet, zusammen mit den 3 Außenleitern in einem Kabel bis zur Kunden- (Verbraucher- bzw. Verteiler- )Anlage geführt. Dieses System wird mitunter auch als Vierleiter-System bezeichnet. 

Als Schutz gegen elektrischen Schlag unter Fehlerbedingungen wird die „Abschaltung der Stromversorgung“ nach DIN VDE 0100 Teil 410, Ziffer 413.1.1.1, (früher war das die typische „klassische Nullung“) angewendet. Nach Ziffer 413.1.3.8 darf eine RCD in diesem System nicht verwendet werden. 

Da einphasige Verbraucher nicht mehr (klassisch) genullt werden dürfen, können diese hier auch nicht angeschlossen werden (aus ist es mit der klassischen 2-Draht-Leitung).

Vom Prinzip her ist zwar keine weitere Erdung erforderlich, jedoch soll nach Ziffer 413.1.3 der PEN-Leiter möglichst nach dem Eintritt in Gebäude oder baulichen Anlagen mit einem Erder verbunden werden. Mit dieser Maßnahme soll erreicht werden, dass der Schutzleiter in jedem Teil der Anlage möglichst nahe am Null- oder Erdpotenzial bleibt. Diese Forderung wird i.d.R. dadurch erfüllt, dass der PEN-Leiter auf den Haupt-Potenzialausgleich geklemmt wird. Dadurch wird zugleich die Zuverlässigkeit, die Verfügbarkeit der Stromversorgung und der Überspannungs- und Blitzschutz verbessert. 



1.1     das TN-S-Sytem (Erde, Neutral - Separat)

der Sternpunkt ist niederohmig ausgeführt und von diesem Sternpunkt gehen fortan 2 Leiter,zusammen mit den 3 Außenleitern in einem Kabel bis zur Kundenanlage. Diese beiden Adern sind

der PE-Leiter (grün-gelbeSchutzleiter) und der N-Leiter (hellblaue Neutralleiter). Dieses System wirdmitunter auch als Fünfleiter-System bezeichnet. 

Als Schutz gegen elektrischen Schlag unter Fehlerbedingungen wird die „Abschaltung der Stromversorgung“ nach DIN VDE 0100 Teil 410, Ziffer 413.1.1.1, angewendet. Als zusätzlicher Schutz kann eine RCD verwand werden z.B. als Isolationswächter für den Brandschutz; die Betonung liegt auf zusätzlich, die „Abschaltung der Stromversorgung“ ist vorrangig.

In besonders kritischen Fällen werden RCD sogar gefordert, z.B. in Bädern und für Außen-Steckdosen

(DIN VDE 0100 Teil 701 und Teil 702). In der Literatur wird für das „TN-System mit Fehlerstrom-Schutzeinrichtung“ auch das Synonym „schnelle oder FI-Nullung“ verwendet. 

Der Schutzleiter PE darf für nichts anderes verwendet werden, als eben für die Realisierung der Schutzmaßnahme, in dem er alle leitfähigen Anlageteile, Gehäuse, etc. untereinander und mit diesem Sternpunkt verbindet. Das ist im übrigen auch das Hauptmerkmal des TN-Systems, dass es eine direkte und unmittelbare elektrisch (metallisch) leitende Verbindung zwischen den Körpern der Betriebsmitteln und dem Sternpunkt in der Netzstation gibt.

In der EN 81-1 und –2 heißt es unter der Ziffer 13.1.5, dass Neutralleiter und Schutzleiter immer getrennt sein müssen. Das ist wohl als Aufforderung zur Anwendung des TN-S-Systems zu verstehen



1.2     das TN-C-S-Sytem (Erde, Neutral – Kombiniert- Separat)

Das TN-C-S-System besteht aus dem TN- C- und dem TN-S-System. Es ist das am häufigsten verwendete System.

Anmerkung: Auf den ersten Blick ist es ganz schön schwierig, dies alles zu behalten und/oder zu unterscheiden. Mir hat eine Eselsbrücke immer gut geholfen:

C steht ja für kombiniert; der PEN-Leiter ist also für alles zuständig, nämlich für den Schutz als Schutzleiter (PE) als auch für den Betriebsstromkreis als Rück- oder Neutralleiter (N).

Er ist grün-gelb gekennzeichnet, weil die Schutzfunktion Priorität hat. 

steht für separat, d.h. es gibt je einen separaten Schutzleiter für die Schutzfunktion (grün-gelb) und einen zum Betriebsstromkreis gehörenden Neutralleiter (blau). 



Allein aus wirtschaftlichen Erwägungen wird in den öffentlichen Verteilungsnetzen das TN-C-System (Vierleitersystem, bestehend aus L1, L2, L3 und PEN) bis zum Hausanschluss oder gar bis zu einem Hauptverteiler geführt. Der Leitungsquerschnitt des PEN-Leiter muss hierbei ³ 10 mm2 sein. Am Hausanschluss oder in einem Hauptverteiler innerhalb eines Gebäudes wird dann der PEN-Leiter in den PE-Leiter (Schutzfunktion, grün-gelb) und den Neutralleiter N (Betriebsstromkreis, hellblau) aufgetrennt.

Es soll an dieser Stelle daran erinnert werden, dass unser Drehstromsystem ja 2 Spannungsebenen zur Verfügung stellt, nämlich 3 mal die Leiter-Leiter-Spannung (400 V) und 3 mal die sogen. Leiter –Erde- Spannung von 230 V. Wir können also problemlos drei- und einphasige Verbraucher an unserem System betreiben. Für die letzteren ist der Neutralleiter (früher Nullleiter oder Mittelpunktleiter) erforderlich und damit dürfte auch klar sein, warum er zum Betriebsstromkreis gehört, wie stets behauptet wird.

Im reinen Drehstromsystem (also alle Drehstromverbraucher mit 3 x 400 V) ist kein Neutralleiter erforderlich, weil die Augenblicksspannungen und –ströme zu jedem Zeitpunkt 0 (Null) sind; es wird von einer symmetrischen Belastung gesprochen. In der Praxis lassen sich die 3 Leiter–Erder-Spannungen nicht gleichmäßig verteilen. Denken wir an ein Haus mit vielen Wohnungen; jede Wohnung wird bekanntlich von einem (der drei) Außenleiter und dem gemeinsamen Neutralleiter versorgt. Bei ungleichmäßiger oder unsymmetrischen Belastung fließt ein Rückstrom zum Sternpunkt über den Neutralleiter. 

Dieser Rück- oder auch Ausgleichsstrom ist ein Thema für sich (kann sich zum abendfüllenden Programm ausweiten) und soll hier nicht weiter ausgeführt werden.

Bei Aufzugsanlagen wird in der Regel die Auftrennung des PEN-Leiters im Gehäuse des Hauptschalters vorgenommen, die Einspeisung einer Aufzugsteuerung (hinter dem Hauptschalter in Energieflussrichtung gesehen) erfolgt also mit einem Fünfleiter-System und zwar L1(sw1), L2(br), L3(sw2), N(bl) und PE(gr/gb).

Einige Steuerungshersteller benutzen den N-Leiter des Versorgungsnetzes lediglich für einphasige Verbraucher auf/im Fahrkorb und im Triebwerksraum. Die eigentliche Steuerspannung (FELV- oder SELV-Spannung) wird von einem Trafo erzeugt, der zweiphasig betrieben wird. 

 

2.      das TT-Sytem(Erde, Erde)

der Sternpunkt ist geerdet, aber nicht sehr niederohmig bzw. aufwendig ausgeführt, fortan geht von diesem Sternpunkt eine Ader zusammen mit den 3 Außenleitern bis zur Kundenanlage. Diese Leitungsader ist ein N-Leiter (Neutralleiter, hellblau gekennzeichnet), er gehört damit zum Betriebsstromkreis und hat folglich keine Schutzfunktion.

Die leitenden Körper der Betriebsmittel müssen mit einem eigens für diesen Zweck geschaffenen Anlagenerder verbunden werden. Dieser Erder liegt nicht im Lieferumfang des VNB. Vielmehr muss sich der Anlagenbetreiber (der Kunde des VNB) um die Errichtung und den Anschluss des Erders selbst kümmern. Die Körper der Betriebsmittel werden mit einem Schutzleiter untereinander und mit diesem Erder verbunden. 

Nach dem zuvor gewählten Sprachgebrauch gilt das TT-System als nicht nullungsfähig.

Als Schutz gegen elektrischen Schlag unter Fehlerbedingungen sind nach Ziffer 413.1.4.4

·         RCDs und 

·         Überstrom-Schutzeinrichtungen (aber Vorsicht, der Erdungswiderstand muss sehr klein)

·         (unter bestimmten Voraussetzungen kann auch noch Fehlerspannungs-Schutzeinrichtungverwendet werden)

anzuwenden.



3. das IT-System 

der Sternpunkt ist nicht geerdet und wird auch nicht zum Verbraucher geführt, lediglich die 3 Außenleiter werden in einem Kabel zur Kunden-Anlage geführt. 

Die Körper der Betriebsmittel müssen einzeln, gruppenweise oder in ihrer Gesamtheit mit einem Schutzleiter verbunden (geerdet) werden. 



Nach DIN VDE 0100 Teil 410, Ziffer 413.1.5.4 muss eine Isolationsüberwachungs-Einrichtung vorgesehen werden, mit der der erste Fehler (z.B. Körperschluss eines Gerätes) durch ein akustisches und/oder optisches Signal angezeigt wird. Dieser ist baldmöglichst zu beseitigen, aber eine z.B. gerade begonnene Operation muss wegen einer defekten Bohrmaschine nicht abgebrochen werden; durch den Körper- oder Erdschluss entsteht keine gefährliche Berührungsspannung, weil das System ja isoliert ist. Erst beim zweiten Fehler wird automatisch abgeschaltet.

Das IT-System geht nach dem ersten Fehler von einem isolierten System in ein geerdetes System über, im allgemeinen in ein TN-System, kann aber auch zum TT-System werden, je nach den örtlichen Gegebenheiten. Man geht davon aus, dass der erste Fehler z.B. in einer Betriebspause beseitigt wird. Man muss hierbei bedenken, dass ein unbeabsichtigtes Unterbrechen der Spannungsversorgung auch Gefährdungen von Menschen und Sachwerten verursachen kann. Hier werden erneut die zuvor erwähnten 2 Seiten einer Medaille deutlich, einmal muss die Spannung wegen der Gefahr eines elektrischen Schlages in kürzester Zeit ( ca. 0,4 s bei Steckdosen-Stromkreise) abgeschaltet werden und ein anderes mal soll sie trotz eine gravierenden Fehler eingeschaltet bleiben. 

In Deutschland gibt es keine öffentlichen Stromversorgungssysteme, die ungeerdet sind (IT-System). Aber im Operationsbereich von Krankenhäusern, im Bahnbereich, im Bergbau, in der chemischen und Auto-Industrie, auf Schiffen, etc. wird das IT-System gern verwendet. Bezüglich der diversen, noch nicht erwähnten „Feinheiten“ des IT-Systems, sei auf die entspr. Fachliteratur verwiesen. 

 

4. Dreiecksystem(z.B.3 x 220 V -Netz)

Eigentlich gibt es dieses System gar nicht mehr, aber aus Gründen der Vollständigkeit soll es nicht unerwähnt bleiben. Irgendwo, in einem entfernten Winkel in Deutschland oder in Europa (Niederlande, Belgien, Norwegen, etc.) gibt es das gewiss noch. Hier, am Stadtrand von Berlin, wurde erst im Juli 1990 vom sogen. Dreiecknetz auf das TN-C-System umgestellt.

Bei dem Dreiecksystem wird jeweils ein Spulenanschluss mit dem Spulenanschluss einer anderen Spule verbunden oder mit anderen Worten: die 3 Wicklungen sind ringförmig (im Dreieck) hintereinander geschaltet. An den so entstandenen 3 Eckpunkten werden die 3 Außenleiter L1, L2 und L3angeschlossen.Weil kein Eckpunkt geerdet ist, gibt es den von der Sternschaltung her bekannten Neutralleiter nicht. Die Spannung zwischen 2 Außenleitern beträgt z. B. 230 V, aber auch derartige 400 V- Systeme werden in Industrieanlagen verwandt. Merkmal dieses Systems ist insbesondere, dass einphasige Verbraucher, also die ganz normalen Betriebsmittel, 2 Sicherungen bzw. LS-Schalter je Stromkreis benötigen. 

Die Dreieckschaltung hat gegenüber der Sternschaltung den Vorteil, dass der in den einzelnen Wicklungen des Trafos fließende Strom nur das 1/?3 = 0,58fache des Stroms in einem Außenleiter beträgt. Ist ja auch verständlich, denn zwei Strangströme bilden den Leiterstrom. Der Querschnitt, zutreffender der Durchmesser des Wicklungsdrahtes, kann dementsprechend geringer gewählt werden. Das wirkt sich auf die gesamte Baugröße des Trafos aus. Andererseits gilt, dass die Isolation der Wicklungen für die volle Spannung zwischen 2 Außenleitern, bei der Sternschaltung nur für U/?3, bei 230 V also für lediglich 133 V, ausgelegt sein muss. 

So ganz nebenbei werden hier die Vor- und Nachteile der Dreieck- und Sternschaltung dargelegt; die Y-Schaltung ergibt stets die höhere Spannung und den kleinen Strom, die ?-Schaltung die niedrige Spannung und den hohen Strom. Diese Überlegungen lassen sich so auch auf die gleichnamige Anlassschaltung für Motoren übertragen. 

Wie ausgeführt, steht weder ein Erd- noch ein Neutralleiter zur Verfügung. Dieses Netzsystem ist also nicht nullungsfähig. Folglich muss als Schutzmaßnahme gegen gefährliche Körperströme die Schutzerdung oder die FI-Schutzschaltung verwandt werden. 

Hinweis zum Einsatz des FI-Schalters: Da nur 3 Außenleiter vorhanden sind, hängt der Prüfwiderstand, dessen eine Seite am Neutralleiteranschluss angeschlossen ist, zunächst in der Luft. Erst eine Brücke vom Neutralleiteranschluss zu einem Außenleiter schließt den Prüfstromkreis. Mit dieser Brücke können FI-Schalter auch im Dreileiternetz verwendet werden. 



Zusammenfassung der Erdungsverhältnisse: 

1.       Im TN-System ist der Sternpunkt der Trafo-Niederspannungswicklung direkt geerdet und über den PEN- bzw. PE-Leiter sind die Körper der Betriebsmittel mit diesem möglichst recht niederohmig verbunden.

2.       Im TT-System ist der Sternpunkt der Trafo-Niederspannungswicklung geerdet; der Sternpunkt ist jedoch im Unterschied zum TN-System nicht mit den Körpern der Betriebsmittel über eine Ader einer elektrischen Leitung verbunden. Die leitenden Körper der Betriebsmittel müssen mit einem eigens für diesen Zweck geschaffenen Anlagenerder verbunden werden. Dieser Erder liegt nicht im Lieferumfang des VNB. Vielmehr muss sich der Anlagenbetreiber (der Kunde) um die Errichtung und den Anschluss selbst kümmern. Die Körper der Betriebsmittel 

werden mit einem Schutzleiter untereinander und mit diesem Erder verbunden.

3.       Im IT-System gibt es keinen geerdeten Sternpunkt. Lediglich die Körper der Betriebsmittel sind untereinander und mit dem Anlagenerder, der als Schutzerdungsleiter bezeichnet wird, verbunden. Die Erdung im IT-System ist der des TT-Systems zumindest qualitativ ähnlich, lediglich die zulässigen Erdungswiderstände unterscheiden sich wertmäßig.
 


 

Buchstabe

 Buchstabenerläuterung

  1. Buchstabe: Erdverbindung des Sternpunktes



  1. Buchstabe: Erdverbindung der Körper der Betriebsmittel

französisch

englisch

deutsch

T

I

N

C

S

PE

terre

isolé

neutré

combiné

separé

earth

insulated

neutral (point)

combined

separated

protection earth

Erde

isoliert

neutraler Punkt

kombiniert

separat (getrennt)

Bezugserde

             

Bausteine einer Schutzleiter-Schutzmaßnahme

Im Grunde ganz einfach und schlicht; erforderlich sind die 4 Dinge, die man sich in Abwandlung an den bekannten Werbespruch für Pfeifenraucher merken muss.

4 Dinge braucht die (Schutzleiter-)Schutzmaßnahme: Erder, Potenzialausgleich, Schutzleiter und Schutzeinrichtung. 

Ein bisschen weniger braucht die FI-Schutzschaltung (dafür aber das mehr oder weniger teure Schaltgerät),             nämlich Erder, Schutzleiter und RCD.

Zum Funktionieren der vorgenannten Schutzleiter-Schutzmaßnahmen sind also immer folgende Bausteine erforderlich

1.       ein Erder (Einzel- oder Fundamenterder, etc.)

2.       ein Hauptpotenzialausgleich

3.       ein Schutzleiter

4.   eine Schutzeinrichtung (Überstrom- oder FI-Schutzeinrichtung)

Wenn man sich diese 4 Begriffe einprägt, sie definieren kann, deren Wirken versteht und die Verbindungen und Wirkungen untereinander kennt, hat die Aufgabe und das Wirken elektrischer Schutzmaßnahmen und das damit verbundene Schutzkonzept verstanden; und damit auch die Sicherheits-Philosophie, die sich hinter allem verbirgt.

An dieser Stelle soll in einem zweiten Beitrag das Thema fortgesetzt werden. 

Es geht um die Prüfung der Wirksamkeit elektrischer Schutzmaßnahmen, also um richtiges Messen bzw. Prüfen des Isolations- und Schleifenwiderstandes und der niederohmigen Verbindungen des Schutzleiters, sowie um Potenzialausgleich, Ableit- und Leckströme, Abschaltzeiten von Schutzeinrichtungen, etc. aber auch um die Auswirkungen der Betriebssicherheitsverordnung, der BGV A2 und der BGI 779. 

 

 

 

Elektrische Schutzmassnahmen an Aufzugsanlagen

Teil 1

(redigierter Beitrag vom 27. 10. 02 )

In den, einem Aufzugsfachmann recht vertrauten Aufzugsvorschriften EN 81-1 und -2, werden Schutzmassnahmen gegen Abscheren, Abspringen, Quetschen, Stossen, Feuer, Einsperren, Eindringen von Fremdteile, Einklemmen etc. häufig genannt und es werden Forderungen formuliert, wie diese zu realisieren sind. Ganz zaghaft und inmitten der Aufzählung mehrerer möglichen Unfallursachen wird unter der Ziffer 0.1.2.1g dann auch der „elektrische Schlag“ als mögliches Risiko genannt. Eigentlich müsste diesem Unfallrisiko an einer elektrischen Anlage eine eigenständige fettgedruckte Ziffer zugeordnet werden, aber so unterschiedlich sind eben die Betrachtungsweisen. Oder ist gar einigen Aufzugsfachleuten die elektrische Spannungsversorgung einer Aufzugsanlage aus dem öffentlichen Verteilungsnetz sowie die zugehörigen elektrischen Schutzmaßnahmen zu trivial? Unstrittig ist wohl, dass sich ohne 230/400 V AC vor und hinter dem Hauptschalter nach DIN EN 81, Ziffer 13.4, absolut nichts tut; weder die noch so feine Hardware und Software sagen „Piep“ noch der so raffinierte Antrieb (z. B. Synchron und/oder Gearless) bewegt sich einen mm. 

Die DIN EN 81 und die VDE-Vorschriften

In der DIN EN 81-1 wird z. B. unter Ziffer 7.7.3.1.8 ein Schutz gegen Staubanhäufung, unter der Ziffer 7.7.3.1.9 eine durchsichtige Gehäuseabdeckung und unter 7.7.3.1.10 wird die Unverlierbarkeit von Befestigungsschrauben gefordert. Die Aufzählung mehr oder weniger profaner Forderungen könnte fortgesetzt werden.

Aber – grundsätzliche Forderungen nach Elektrosicherheit, also Schutz gegen den elektrischen Schlag, die Prüfung dieser Maßnahmen und der Nachweis deren ständiger Wirksamkeit etc. - werden vergeblich gesucht. Im Nationalen Vorwort werden die 3 wesentlichen Vorschriften, die u.a. den Schutz gegen den elektrischen Schlag behandeln, angeführt. Dies ist die DIN VDE 0100 mit den Teilen 410 (Schutz gegen elektrischen Schlag), 540 (Erdung, Schutzleiter, Potenzialausgleichsleiter) und610 (Erstprüfungen). Im informativen Nationalen Anhang NA wird auf diese Vorschriften als Literaturhinweis (wie freundlich!) nochmals hingewiesen. Gleichfalls werden u. a. unter den „Normativen Verweisungen“(Ziffer 2) die CENELEC-Harmonisierungsdokumente 

HD 384.4.41 S1, HD 384.5.54 S1 und HD 384.6.61 S1 genannt. 

Immerhin wird aus elektrotechnischer Sicht mit einer Aufzugsanlage auch oder so ganz nebenbei eine recht umfangreiche und anspruchsvolle elektrische Automatisierungsanlage, etwa vergleichbar mit einer mittleren, aber komplexen automatischen Fertigungsstraße errichtet. Niemand würde auf den Gedanken kommen, die gesamte elektrotechnische Ausrüstung dieser Fertigungsstraße bei der Inbetriebsetzung nicht durch Besichtigen, Messen und Prüfen eingehend zu checken und dies auch zu protokollieren; siehe hierzu DIN EN 60204-1 (VDE 0113 Teil 1):1998-11. 

Ein Elektroinstallateur, der eine Schukosteckdose installiert, z. B. nachträglich für den Anschluss einer Waschmaschine, muss diese Installation eingehend prüfen und die Prüfung protokollieren (E-Check oder Übergabebericht + Prüfprotokoll des ZVEH).

Bei einer Aufzugsanlage sind derartige Prüfungen nicht vorgeschrieben, da kann jeder machen was er will. In der EN 81 wird kein E-Check gefordert, allenfalls unter D.2f gibt es einen vagen Hinweis, aber kein Wort von der Prüfung der Wirksamkeit elektrischer Schutzmaßnahmen. 

Wer sich etwas intensiver mit der EN 81 beschäftigt, wird feststellen, dass die Vorgaben bezüglich der Anwendung bzw. Verwendung elektrischer Betriebsmittel (Gesamtheit aller elektrotechnischen Erzeugnisse) recht akribisch, mitunter schon restriktiv sind, so etwa in dem Sinne: dieses darfst du, jenes nicht, dieses hast du tunlichst zu unterlassen, dieses musst du beachten, jener Fehler kann auftreten, etc. Ich meine damit Ziffer 13 (Schaltgeräte nach 13.2, Motorschutz nach 13.3, Hauptschalter nach 13.4, Leitungen nach 13.5, Beleuchtung und Steckdosen nach 13.6) und Ziffer 14.1 (Fehlerbetrachtung, Gebrauchskategorie, Schutzart (IP-Code)). Ich beklage das nicht, ganz im Gegenteil, nur wäre es konsequent gewesen, wenn die Autoren/Verfasser unter der Ziffer 13.1 ebenso präzise und oder direkt geworden wären. Ziffer 13.1 der EN 81 ist ein Sammelsurium von Anforderungen, die unpräziser und verwaschener nicht formuliert werden konnten. 

So ist mir z.B. der Aussagewert des Satzes unter Ziffer 13.1.1.1: „Der Aufzug ist im Sinne einer Maschine mit…“ seit jeher ein Rätsel. 

Irgendwie entsteht der Eindruck, dass bei der Formulierung der Ziffer 13.1 die DIN VDE 105 Pate stand, sie befasst sich bekanntlich mit dem Betrieb elektrischen Anlagen bzw. der „Erhaltung des ordnungsgemäßen Zustandes“ ; im Gegensatz zur DIN VDE 0100, bei der es vornehmlich um das Errichten elektrischer Anlagen geht. Die DIN VDE 0105 enthält keine Angaben, was und wie im einzelnen geprüft werden soll, bezüglich des Isolationswiderstandes werden allerdings umfangreiche Angaben gemacht und Forderungen genannt.

Alle Termini im Zusammenhang mit Schutzmaßnamen gegen den elektrischen Schlag, wie Systeme (Netze) nach Art ihrer Erdverbindung, erdungssystemabhängige Schutzmaßnahmen (TN-,TT- und IT-System), Erdungswiderstand, Netzschleifenwiderstand, FI-Schutzeinrichtung (RCD), Hauptpotenzialausgleich, Potenzialausgleich einschl. örtlicher und zusätzlicher PA, Überstrom-Schutzeinrichtungen nach Art ihrer Auslösekennlinie, innerer und äußerer Blitzschutz u.v.a.m. werden nicht genannt.

Im Zweifelsfall soll allerdings auf die anerkannten Regeln der Technik (Ziffer 13.1.1.2) zurückgegriffen werden (na, so was). 

Nun ist das alles für einen Elektrofachmann nicht so schlimm und es sind wegen dieser fehlenden Angaben/Hinweise niemals weniger Aufzugsanlagen errichtet worden. Aber Kollegen, die sich mit Montagezeit, deren Kosten und optimale Auslastung und sonstigen Aufwendungen beschäftigen sind in der Regel Kaufleute oder Juristen. Diese Kollegen „verschlanken“ den technischen Prozess, in dem sie die Kosten minimieren und somit den Gewinn/die Gewinnaussichten maximieren. Von denen kommt ganz prompt die Frage „Wo steht das, ich habe die EN 81 von oben nach unten und von hinten nach vorne gelesen, aber von einer erdungssystemabhängigen Schutzmaßnahme, einer Schleifenwiderstandsmessung oder dem Nachweis einer durchgängigen Verbindung des Schutzleiters oder, oder… habe ich nichts gelesen“. Und genau an dieser Stelle beginnt das Dilemma, die Verstöße gegen geltendes Recht. 

Der Vollständigkeit halber soll noch erwähnt werden, dass es bezüglich des Schutzes gegen den elektrischen Schlag an Aufzugsanlagen auch anders und besser geht. Werden nämlich Aufzugsanlagen nach der Maschinenrichtlinie 98/37/EG errichtet, ist dafür die bereits erwähnte DIN EN 60 204 (VDE 0113) :1998-11 zuständig. In dieser Vorschrift sind die Schutzmaßnahmen gegen den elektrischen Schlag (DIN VDE 0100 Teil 410), deren Errichtung und Prüfung, berücksichtigt. 

Warum sind elektrische Schutzmaßnamen erforderlich?

Mit unseren Sinnesorganen können wir die Elektrizität nur mäßig erfassen. Man sieht sie nicht, man hört sieht nicht, noch weniger kann man sie riechen oder schmecken. Lediglich ihre Wirkung ist spürbar, mitunter auch schmerzlich und zum Nachweis ihres Vorhandenseins benötigt man Mess- oder Prüfgeräte. 

Zur Erinnerung: Energie wird bei einem physikalischen Vorgang von einer Form in eine andere umgewandelt (Satz von der Erhaltung der Energie oder auch Energiesatz; R. Mayer). Strom wird in Wärme umgesetzt. In die Wärmemenge, die bei einem Stromfluss erzeugt wird (mitunter auch als Stromarbeit, Stromwärme oder Joulsche Wärme bezeichnet), geht bekanntlich der Strom sogar quadratisch ein, denn die Wärmemenge Q ist das Produkt aus dem Strom I2, dem Widerstand R und der Zeit t. 

Die Wärmewirkung des elektrischen Stromes bedeutet aber auch eine Brandgefährdung. Wenn es heißt, Brandursache war ein Kurzschluss, so ist das i.d.R. nicht ganz richtig. Bei einem Kurzschluss löst die vorgeordnete Überstrom-Schutzeinrichtung (wir bezeichnen das nachfolgend als „automatische Abschaltung der Stromversorgung“) aus und unterbricht den Stromkreis, vorausgesetzt es ist alles richtig dimensioniert und gepflegt. In der Regel ist aber bei derartigen Feststellungen richtiger und zutreffender, dass ein unvollkommener oder widerstandsbehafteter Kurzschluss die Brandursache ist. Zu einem der letztgenannten Kurzschlüsse kommt es, wenn sich der Strom einen kürzeren oder widerstandsärmeren Weg zurück zur Stromquelle sucht, als er normalerweise über den vorgegebenen Leitungsweg und den angeschlossenen Verbraucher nehmen soll. Für Isolationsfehler als Brandursache ist die Spannung – quasi der Druck – maßgebend. Hier muss der Scheitel- oder Maximalwert der Wechselspannung in Ansatz gebracht werden, nämlich Ö2 x U = 1,41 x 230 V = 324 V. Es gibt keine elektrische Anlage ohne einen gewissen Fehler- oder Leckstrom, weil es kein Isolationsmaterial mit unendlich hohem Widerstandswert gibt, denn nach A. Einstein sind nur das Weltall und die menschliche Dummheit unendlich. Dort, wo sich die Spannung eine „Brücke“ zu einer anderen Spannungsebene aufbauen kann, „kriecht“ ein Teil des Stromes über diesen Nebenweg zurück zur Stromquelle. Diese Kriechstromstrecken werden im Laufe der Zeit – und das kann Jahre dauern – immer leitfähiger. Der ansteigende Kriechstrom ist schließlich die Ursache für zum Teil erhebliche Wärmeentwicklung. Es müssen diverse Maßnahmen getroffen werden, um die Wärme abzuführen, man spricht auch von Entwärmungslösungen bzw. –konzepten; dabei handelt es sich stets um eine effiziente Abführung von Verlustwärme.

Die Elektrizität, insbesondere die, die wir zur technischen Anwendung benutzen, birgt Gefahren in sich, ganz gleich, ob sie erzeugt, verarbeitet, gespeichert oder weitergeleitet wird. 

Als Maß für die Wirkungen der Elektrizität ist primär immer der Strom maßgeblich, erst sekundär die eigentlich auslösende Größe, die elektrische Spannung. Diese ist mit dem Strom über den Widerstand des menschlichen Körpers verknüpft (Ohmsches Gesetz).

Es kommt immer nur auf die Höhe von Strom und/oder Spannung an. 

Wie kommt es eigentlich zu einem elektrischen Schlag? oder umgangssprachlich: wann oder warum „bekomme ich eine gewischt“? Nun, immer dann, wenn der menschliche Körper eine (genügend hohe) Potenzialdifferenz überbrückt. Dies wiederum kann vorkommen, wenn elektrische Anlagen oder Einrichtungen unvorschriftsmäßig bedient werden, unzureichend isoliert, nicht ordnungsgemäß installiert oder Anlageteile schadhaft sind. Oder mit anderen Worten, wenn ein isolationsdefektes Betriebsmittel an seinen leitfähigen Gehäuse- oder Konstruktionsteilen Spannung führt (Körperschluss) und diese Spannung über den Widerstand des Menschen (oder Nutztieres) zur Erde geleitet wird, gibt es einen sogen. Stromschlag. Das Ausmaß der Schädigung durch den elektrischen Strom ist dabei abhängig von der Stromstärke (besonders von dem Strom, der über die Herzmuskulatur fließt), Stromart (AC oder DC), Leitfähigkeit bzw. deren Kehrwert -dem Widerstand der Haut, Ausbreitung des Stromes im Körper, Stromweg und Stromeinwirkungsdauer. Die Gefahr ist dann besonders groß, wenn durch Feuchtigkeit, chemische Einflüsse, Wärme oder großflächige Berührung der Haut- oder besser der Übergangswiderstand stark herabgesetzt wird. 

Die Wirkungen des elektrischen Stromes im Niederspannungsbereich (230/400 V), wie Muskelkontraktionen, Blutdruckanstieg, Atemschwierigkeiten, Bewusstlosigkeit, Herzrhythmusstörungen, etc. sind üblicherweise nicht tödlich. 

Anmerkung: Die Anzahl und der Umfang der „Arbeiten unter Spannung“ (AuS) nimmt stark zu, einfach weil man aus ökonomischen Gründen ganze Fertigungsstraßen o.ä. nicht mehr ausschalten will, nur weil was ergänzt, erneuert, getrennt oder gemessen werden muss. Im übrigen ist für das AuS eine gesonderte Ausbildung erforderlich. Bei Aufzugsanlagen kann i.d.R. auf AuS verzichtet werden, lediglich bei der Fehlersuche ist mitunter AuS erforderlich. 

Zu den Auswirkungen elektrischer Unfälle am und im menschlichen Körper soll auf die vielen dicken Bücher verwiesen werden, die sich eingehend mit dieser Thematik befassen. Nur soviel noch und etwas resümierend:

·                     Ströme um 10 mA genügen bereits, um starke Schmerzen und Verkrampfungen hervorzurufen.             Diese Schmerzen sind auf Nervenreizung durch Ionenwanderung in den    Zellflüssigkeiten zurückzuführen. 

·                     In der Regel ist bei Strömen über 20 mA ein Loslassen durch Verkrampfung nicht mehr möglich.

·                     Bei Strömen über 30 mA beginnt der gefährliche Bereich, wobei die Gefährdung davon abhängig ist, welcher Teilstrom über das Herz fließt. 

·                     Bei Strömen ab 100 mA tritt in jedem Fall die gefährliche Erscheinung des Herzkammerflimmers auf. Das Herzkammerflimmern stört den rhythmischen Verlauf des Zusammenziehens und   Erschlaffen der Muskeln der einzelnen Herzkammern, so dass diese völlig unregelmäßig arbeiten. Die Folge davon ist ein absoluter Stillstand     der Blutzirkulation, der bei Menschen und größeren Säugetieren zum Tod führt.

Aufgabe der nachfolgend beschriebenen Schutzmassnahmen ist es, wirksam zu werden, wenn die dauernd anstehende Berührungsspannung an einem Betriebsmittel (in der Regel im Fehlerfall) die vereinbarten Grenzen überschreitet (DIN VDE 0100-410, Ziffer 413.1.1.1)                                                                                                                                                                                                                                                                                               

Die Werte für die vereinbarten Grenzen der Berührungsspannung sind:

·                     für Wechselspannung AC 50 V effektiv, (früher waren es mal 65 V),

·                     für Gleichspannung DC 120 V, oberschwingungsfrei.

In medizinisch genutzten Räumen und in Ställen von Nutztieren (DIN VDE 0100-705) gelten

·                     für Wechselstrom       AC 25 V,

·                     für Gleichspannung DC 60 V.

Beträgt die Sicherheitskreisspannung an einer Aufzugsanlage z.B. 110 V AC, so kann diese Spannung im Fehlerfall über die Tür- und/oder Riegelschalter(schleife) durchaus an die metallene Schachttürzarge gelangen. Ein Benutzer, der ein Außenkommando eingibt, kann einen elektrischen Schlag erhalten; gleiches kann einem Monteur auf dem Fahrkorbdach bei einer Inspektionsfahrt passieren. Wird dabei der Strom so groß, dass die Loslassschwelle überschritten wird, kann das schon sehr unangenehme Folgen haben. 

Beträgt die Sicherheitskreisspannung jedoch z. B. 80 V DC so müssen keine Schutzmaßnahmen gegen den elektrischen Schlag angewendet werden, sofern die Welligkeit der DC < 10% ist, sie also als oberschwingungsarm bezeichnet werden kann. 

Fazit: Es ist die alleinige und ureigenste Aufgabe einer elektrischen Schutzmaßnahme, im Fehlerfall die beiden maßgeblichen physikalischen Größen Strom (die Stromstärke) und Zeit (die Dauer der Stromeinwirkung) zu begrenzen. Schutzmaßnahmen dienen im allumfassenden Sinn dem Personen- und Sach(Brand-)schutz. Sie müssen dann wirksam werden, wenn Fehler oder Funktionsstörungen einzelner Bauelemente oder ganzer Anlagenteile auftreten. 

Fehlerursache sind immer unerwünschte Verbindungen, die durch ungünstige Umgebungsbedingungen, Erreichen der Lebensdauergrenze oder auch durch mechanische, chemische, thermische etc. Einwirkungen manchmal plötzlich, oft aber erst allmählich entstehen. Man bezeichnet eine fehlerhaft zustande gekommene Verbindungen als

·                     Erdschluß, wenn ein aktiver Leiter in eine leitende Verbindung mit geerdeten Teilen, z.B. der Rückleitung, tritt;

·                     Kurzschluß, wenn mit betriebsmäßig unter Spannung stehenden Leitern eine Verbindung zustande kommt;

·                     Körperschluß, wenn ein aktiver Leiter Verbindung mit dem leitfähigen Gehäuse (Körper) eines Betriebsmittels hat;

·                     Leiterschluß, wenn im Drehstromsystem zwei aktive Leiter mit unterschiedlicher Spannung in Verbindung treten;

·                     Windungsschluß, wenn infolge defekter Basisisolierung eine oder mehrere Windungen (die einzelne Leiterschleife einer Wicklung heißt Windung) einer   Wicklung kurzgeschlossen oder auch überbrückt werden;

·                     Wicklungsschluß, wenn eine fehlerhafte Verbindung zwischen zwei oder mehreren Wicklungen (z. B. in Motoren, Generatoren, Elektromagneten, Drosseln,     Wandler, Transformatoren) zustande kommt.

Oder mit anderen Worten: die beiden wichtigsten Werkstoffarten der Elektrotechnik sind Leiter- und Nichtleiter(Isolier-)-Werkstoffe. Wenn es in diesem wohlabgestimmten Gefüge innerhalb eines Betriebsmittels untereinander oder zwischen einander zu Störungen kommt, entstehen gefährliche Betriebszustände.

Ähnlich wie in der DIN EN 81, Ziffer 14.1, sind Fehlerbetrachtungen und Risikoabschätzungen in den VDE-Vorschriften ebenso üblich. 

Und eines sollte niemals außeracht gelassen werden, die DIN VDE- Vorschriften enthalten ebenso wie die DIN EN 81 lediglich Mindestanforderungen. Will sagen, nichts ist so gut, als das es nicht noch besser ausgeführt werden könnte.

Zur Minimierung der Gefahren, die insbesondere mit unserem technischen Wechselstrom verbunden sind, sind von jeher entsprechende Schutzmaßnahmen vorgesehen worden.

In der Literatur ist nachzulesen, dass die Schutzmassnahmen gegen den elektrischen Schlag bei der Verwendung von elektrischer Energie genau so alt sind, wie deren technische Anwendung. Am ältesten ist wohl die Schutzerdung (etwa um 1885), die in Systemen ohne Neutralleiter, also in Netzen mit 3x 220 V, in denen zugleich ein metallenes Wasserrohrnetz zur Verfügung stand, angewendet wurden. Etwa 1913 führte die damalige AEG die Nullung ein. Das war (ist) gewiss die am häufigsten verwendete Schutzmaßnahme in Niederspannungssystemen. Etwa 1930 wird der Nulleiter in die VDE-Vorschriften eingeführt und für den Anschluss ortsveränderlicher Betriebsmittel wird eine besondere Steckvorrichtung mit Schutzkontakt verlangt. Etwa um 1960 wurde die stromlose oder moderne Nullung eingeführt die noch heute verwendet wird. Kennzeichnend ist hierbei, dass es einen nicht stromführenden Schutzleiter gibt; zu einer Steckdose werden 3 Adern geführt, nämlich ein Außen-, ein Neutral- und ein Schutzleiter oder kürzer: L (schwarz), N (hellblau) und PE (grün-gelb).

Der etwa im gleichen Zeitraum eingeführte Fundamenterder und der Potenzialausgleich erhöhen die Wirksamkeit und Zuverlässigkeit der (stromlosen) Nullung erheblich. Ebenfalls wird etwa 1965 festgelegt, dass der Schutzleiter weltweit grün-gelb zu kennzeichnen ist, zuvor war er rot und der Neutralleiter grau gekennzeichnet.

In den siebziger Jahren des vorigen Jahrhunderts wurden die seit langem bekannten FI-Schutzschalter immer kleiner und kostengünstiger. Es entstand u.a. die FI-Nullung in nullungsfähigen Systemen, z. B. als zusätzlicher Brandschutz. Aber viel häufiger werden die FI-Schutzschalter nunmehr in nicht nullungsfähigen Systemen eingesetzt. Der FI-Schutzschalter oder besser: die RCD (residual-currentprotectivedevice - auf neudeutsch),verdrängt damit die Schutzerdung (wurde auch Zeit, denn die metallenen Wasserrohrleitungen werden immer seltener) und die FU-Schutzschaltung (Heinisch-Riedl-Schutz), die besonders in ländlichen Räumen weit verbreitet war bzw. noch immer ist. 

Welche Schutzmaßnahme ist die wirkungsvollste?

Wir unterscheiden grundsätzlich in Schutzmaßnahmen mit und ohne Schutzleiter. 

Folgende elektrische Schutzmaßnahmen erfordern keinen besonderen Schutzleiter:

·                     Schutzisolierung,

·                     Schutztrennung,

·                     Schutz durch Kleinspannung (SELV, PELV, FELV)

Zu den Schutzmaßnahmen mit Schutzleiter (grün-gelb gekennzeichnete Leitungsader) gehören:

·                     Schutz durch Abschaltung der Stromversorgung im TN –C-S-System

·                     Fehlerstromschutzeinrichtung (RCD)

·                     Schutz durch Meldung mit Isolationsüberwachung im IT-System

Die wirkungsvollste Schutzmaßnahme gegen den elektrischen Schlag ist zweifellos die Schutzisolierung. Hier wird zusätzlich zum Schutz gegen direktes Berühren (Basisisolierung) noch eine weitere bzw. verstärkte Isolierung verwand, so dass ein Isolationsfehler im inneren des Gerätes außen, beim Berühren, praktisch keine Auswirkungen hat. Verwendet werden hierfür hochwertige, schlagfeste Kunststoffe mit einem sehr hohen Widerstand (im Bereich von einigen Giga- bis Tera-Ohm). 

Zu den schutzisolierten Geräten/Betriebsmitteln zählen heute nahezu alle in Küche, Bad und Wohnbereich benutzten Geräte, ferner div. elektr. Handwerkzeuge, etc. Die Anzahl der schutzisolierten Betriebsmittel wächst ständig und das ist nur zu begrüßen.

Bei großen Betriebsmitteln entstehen bezüglich der Isolierstoffe für die Umhüllung (das Gehäuse, die erforderlichen Konstruktionsteile) mechanische, fertigungstechnische und wirtschaftliche Probleme. Gleiches gilt sinngemäß auch für Wärmegeräte.

Werden eines Tages aber die leitfähigen Körper elektrischer Betriebsmittel (Motore, Gehäuse, Abdeckungen, sonstige Konstruktionsteile) aus Stahl, Aluminium oder anderen leitfähigen Werkstoffen durch hochwertige Kunststoffe, z.B. Kohlefasern, ersetzt, so ist ein Schutzleiter nicht mehr erforderlich. Ich denke mal, dass in 20 bis 30 Jahren die elektrischen Schutzmaßnahmen mit Schutzleiter kein Thema mehr sind, aber Schutzmaßnahmen gegen den elektrischen Schlag, also gegen direktes und indirektes Berühren, wird es wohl immer geben. 

Für die Gegenwart und nähere Zukunft bleibt noch ein weites Anwendungsfeld für die Ausführung von Schutzleiter-Schutzmaßnahmen.

Zunächst muss das „System nach Art der Erdverbindung“ bekannt sein, denn nur in Abhängigkeit von diesem System (früher hat alle Welt vom „Netz“ (Elektroenergie –Versorgungsnetz gesprochen) kann eine Schutzleiter-Schutzmaßnahme angewendet werden.

Dieses System wird vom Versorgungsnetzbetreiber (VNB), früher hieß das Energieversorgungsunternehmen(EVU),  vorgegeben. Man kann natürlich kein „Wunschsystem“ verlangen, sondern muss mit dem leben, was man entsprechend den örtlichen Gegebenheiten angeboten bekommt - leider. Oder mit andern Worten: der VNB entscheidet, ob ein N-Leiter (TT-System) oder PEN-Leiter (TN-C-System) oder ein PE- und ein N-Leiter (TN-S-System) am Hausanschluss oder gar am Hauptschalter der Aufzugsanlage vorhanden ist. Letzteres wäre aus EMV-Sicht die beste Lösung, nur ein N-Leiter (TT-System) die mieseste, mit einem PEN-Leiter kann man leben.

Anmerkung: Der PEN-Leiter ersetzt den seit 1914 in Deutschland gebräuchlichen Fachausdruck “Nullleiter“, mitunter auch als Mp-Leiter bezeichnet.

Was ist das „System nach Art der Erdverbindung“?

In der DIN VDE 0100-410/01.97 Tabelle N.1 sind die einzelnen Systeme detailliert und übersichtlich gezeichnet.

Auf dem mehr oder weniger langen Weg vom Erzeuger zum Endverbraucher (Verbundnetz; über Haupt-, Unter- und Verbraucherverteiler) z.B. zum Aufzugsmotor oder zur Steckdose, Glühlampe, etc. in einer Wohnung ist die vorletzte Station der elektrischen Energie die Netzstation im örtlichen Versorgungsgebiet. Diese kann stationär, quasistationär oder mobil ausgeführt sein. Hier wird die Energie von Mittelspannung (10/20 kV) auf Niederspannung (400 V) transformiert. Dass dazu ein Trafo gehört, der bekanntlich aus einer Primär- und Sekundärwicklung besteht, das lernt jeder Elektriker bereits im Kindergarten in der kleinen Gruppe. Wegen des zulässigen Spannungsfalls (früher: Spannungsabfall) nach DIN 18015 Teil 1 von 0,5 % der Nennspannung am Zählereingang (bzw. max. 3 % zwischen Zähler und Verbraucher) wird sich dieser Trafo immer mehr oder weniger in der näheren Umgebung (100 m bis5 km) befinden. 



Um diesen Transformator in der Trafo- oder Netzstation geht es uns, genau genommen darum, ob bzw. wie der Sternpunkt der niederspannungsseitige Wicklungen geerdet ist. Dieser Trafo ist unsere Stromquelle und ist auch bei allen weiteren Betrachtungen, insbesondere bei der Schleifenimpedanz, als solche zu berücksichtigen. 

Zur Kennzeichnung der Art der Erdverbindung wurden Akronyme eingeführt, die man einfach kennen muss, um mitreden zu können. 

Bitte gut merken: Der 1. Buchstabe des „Systems nach Art der Erdverbindung“ kennzeichnet die Art und Weise der Erdung des Sternpunktes der Stromquelle, also des Trafos in unserer unmittelbaren Umgebung (da gibt es einen, ganz sicher, auch wenn nicht für jeden sichtbar). Zur Kennzeichnung werden die Buchstaben T (Sternpunkt ist geerdet) oder I (Sternpunkt ist nicht geerdet, ist isoliert von der Erde) verwendet.

Der 2. Buchstabe kennzeichnet die Art und Weise der Erdung der Körper der Betriebsmittel. Zur Kennzeichnung werden die Buchstaben N oder T verwendet.

N bedeutet: die Körper der elektrischen Betriebsmittel sind untereinander und mit dem geerdeten Stern- oder Netzpunkt unter Verwendung eines Schutzerdungsleiters, also eines metallisch leitenden und damit niederohmigen Leiters, verbunden.

T bedeutet: direkte Erdung der Körper unter Verwendung eines eigenständigen Erders in der Kunden- bzw. Verbraucheranlage. Dieser Anlagenerder ist unabhängig vom Betriebserder (geerdeter Sternpunkt) und mit diesem somit auch nicht metallisch leitend verbunden. Von diesen 2 x 2 = 4 unterschiedlichen Möglichkeiten der Erdung von Stromquelle und Körper wird die Möglichkeit IN gestrichen, weil sie keinen Sinn macht. Es verbleiben die drei „Systeme nach Art der Erdverbindung“ TN, TT und IT (aus dem TN-System werden die Teilsysteme TN-C, TN-S und TN-C-S abgeleitet):

1.das TN-C-System (Erde, Neutral - Kombiniert)

der Sternpunkt ist niederohmig geerdet und von diesem Sternpunkt aus wird ein Leiter, fortan als PEN-Leiter bezeichnet, zusammen mit den 3 Außenleitern in einem Kabel bis zur Kunden- (Verbraucher- bzw. Verteiler- )Anlage geführt, siehe Bild 3. Dieses System wird mitunter auch als Vierleiter-System bezeichnet. 

Als Schutz gegen elektrischen Schlag unter Fehlerbedingungen wird die „Abschaltung der Stromversorgung“ nach DIN VDE 0100 Teil 410, Ziffer 413.1.1.1, (früher war das die typische „klassische Nullung“) angewendet. Nach Ziffer 413.1.3.8 darf eine RCD in diesem System nicht verwendet werden. 

Da einphasige Verbraucher nicht mehr (klassisch) genullt werden dürfen, können diese hier auch nicht angeschlossen werden (aus ist es mit der klassischen 2-Draht-Leitung).

Vom Prinzip her ist zwar keine weitere Erdung erforderlich, jedoch soll nach Ziffer 413.1.3 der PEN-Leiter möglichst nach dem Eintritt in Gebäude oder baulichen Anlagen mit einem Erder verbunden werden. Mit dieser Maßnahme soll erreicht werden, dass der Schutzleiter in jedem Teil der Anlage möglichst nahe am Null- oder Erdpotenzial bleibt. Diese Forderung wird i.d.R. dadurch erfüllt, dass der PEN-Leiter auf den Haupt-Potenzialausgleich geklemmt wird. Dadurch wird zugleich die Zuverlässigkeit, die Verfügbarkeit der Stromversorgung und der Überspannungs- und Blitzschutz verbessert. 



1.1       das TN-S-System (Erde, Neutral - Separat)

der Sternpunkt ist niederohmig ausgeführt und von diesem Sternpunkt gehen fortan 2 Leiter, zusammen mit den 3 Außenleitern in einem Kabel bis zur Kundenanlage, siehe Bild 4. Diese beiden Adern sind der PE-Leiter (grün-gelbe Schutzleiter) und der N-Leiter (hellblaue Neutralleiter). Dieses System wird mitunter auch als Fünfleiter-System bezeichnet. 

Als Schutz gegen elektrischen Schlag unter Fehlerbedingungen wird die „Abschaltung der Stromversorgung“ nach DIN VDE 0100 Teil 410, Ziffer 413.1.1.1, angewendet. Als zusätzlicher Schutz kann eine RCD verwand werden z.B. als Isolationswächter für den Brandschutz; die Betonung liegt auf zusätzlich, die „Abschaltung der Stromversorgung“ ist vorrangig.

In besonders kritischen Fällen werden RCD sogar gefordert, z.B. in Bädern und für Außen-Steckdosen(DIN VDE 0100 Teil 701 und Teil 702). In der Literatur wird für das „TN-System mit Fehlerstrom-Schutzeinrichtung“ auch das Synonym „schnelle oder FI-Nullung“ verwendet. 

Der Schutzleiter PE darf für nichts anderes verwendet werden, als eben für die Realisierung der Schutzmaßnahme, in dem er alle leitfähigen Anlageteile, Gehäuse, etc. untereinander und mit diesem Sternpunkt verbindet. Das ist im übrigen auch das Hauptmerkmal des TN-Systems, dass es eine direkte und unmittelbare elektrisch (metallisch) leitende Verbindung zwischen den Körpern der Betriebsmitteln und dem Sternpunkt in der Netzstation gibt.

In der EN 81-1 und –2 heißt es unter der Ziffer 13.1.5, dass Neutralleiter und Schutzleiter immer getrennt sein müssen. Das ist wohl als Aufforderung zur Anwendung des TN-S-Systems innerhalb einer Aufzugssteuerung zu verstehen. 

1.2       das TN-C-S-Sytem (Erde, Neutral – Kombiniert- Separat)

Das TN-C-S-System besteht aus dem TN- C- (vieradrig) und dem nachfolgenden TN-S-System (fünfadrig). Es ist das am häufigsten verwendete System, siehe Bild 5.

Anmerkung: Auf den ersten Blick ist es ganz schön schwierig, dies alles zu behalten und/oder zu unterscheiden. Mir hat eine Eselsbrücke immer gut geholfen:

C steht ja für kombiniert; der PEN-Leiter ist also für alles zuständig, nämlich für den Schutz als Schutzleiter (PE) als auch für den Betriebsstromkreis als Rück- oder Neutralleiter (N). Er ist grün-gelb gekennzeichnet, weil die Schutzfunktion Priorität hat. 

steht für separat, d.h. es gibt je einen separaten Schutzleiter für die Schutzfunktion (grün-gelb) und einen zum Betriebsstromkreis gehörenden Neutralleiter (blau). 

Allein aus wirtschaftlichen Erwägungen wird in den öffentlichen Verteilungsnetzen das TN-C-System (Vierleitersystem, bestehend aus L1, L2, L3 und PEN) bis zum Hausanschluss oder gar bis zu einem Hauptverteiler geführt. Der Leitungsquerschnitt des PEN-Leiter muss hierbei ³ 10 mm2 sein. Am Hausanschluss oder in einem Hauptverteiler innerhalb eines Gebäudes wird dann der PEN-Leiter in den PE-Leiter (Schutzfunktion, grün-gelb) und den Neutralleiter N (Betriebsstromkreis, hellblau) aufgetrennt.

Es soll an dieser Stelle daran erinnert werden, dass unser Drehstromsystem ja 2 Spannungsebenen zur Verfügung stellt, nämlich 3 mal die Leiter-Leiter-Spannung (400 V - Außenleiterspannungen) und 3 mal die sogen. Leiter – Erde-Spannung (Phasenspannungen) von 230 V. Die Außenleiterspannungen sind um den Faktor Ö3 größer als die Phasenspannungen Wir können also problemlos drei- und einphasige Verbraucher an unserem System betreiben. Für die letzteren ist der Neutralleiter (früher Nullleiter oder Mittelpunktleiter) erforderlich und damit dürfte auch klar sein, warum er zum Betriebsstromkreis gehört, wie stets behauptet wird.

Im reinen Drehstromsystem (also alle Drehstromverbraucher mit 3 x 400 V) ist kein Neutralleiter erforderlich, weil die Augenblicksspannungen und –ströme zu jedem Zeitpunkt 0 (Null) sind ; es wird von einer symmetrischen Belastung gesprochen. In der Praxis lassen sich die 3 Leiter-Erder-Spannungen jedoch nicht gleichmäßig verteilen. Denken wir an ein Haus mit vielen Wohnungen; jede Wohnung wird bekanntlich von einem (der drei) Außenleiter und dem gemeinsamen Neutralleiter versorgt. Bei ungleichmäßiger oder unsymmetrischen Belastung fließt ein Rückstrom zum Sternpunkt über den Neutralleiter. 

Dieser Rück- oder auch Ausgleichsstrom ist ein Thema für sich (kann sich zum abendfüllenden Programm ausweiten) und soll hier nicht weiter ausgeführt werden.

Bei Aufzugsanlagen wird in der Regel die Auftrennung des PEN-Leiters im Gehäuse des Hauptschalters vorgenommen, die Einspeisung einer Aufzugsteuerung (hinter dem Hauptschalter in Energieflussrichtung gesehen) erfolgt also mit einem Fünfleiter-System und zwar L1(sw1), L2(br), L3(sw2), N(bl) und PE(gr/gb).

Einige Steuerungshersteller benutzen den N-Leiter des Versorgungsnetzes lediglich für die einphasige Verbraucher auf/im Fahrkorb und im Triebwerksraum. Die eigentliche Steuerspannung (FELV- oder SELV-Spannung) wird von einem Trafo erzeugt, der zweiphasig betrieben wird. 

An dieser Stelle soll in einem weiteren Beitrag das Thema fortgesetzt werden. Die Vorstellung der „Systeme nach Art der Erdverbindung“ wird mit dem TT- und dem IT-System fortgesetzt. Des weiteren geht es um die Prüfung der Wirksamkeit elektrischer Schutzmaßnahmen, also um richtiges Messen bzw. Prüfen des Isolations- und Schleifenwiderstandes und der niederohmigen Verbindungen des Schutzleiters, sowie um Potenzialausgleich, Ableit- und Leckströme, Abschaltzeiten von Schutzeinrichtungen, etc. aber auch um die Auswirkungen der Betriebssicherheitsverordnung, der BGV A2 und der BGI 779.