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Wirkung des elektrischen Stroms auf den menschlichen Körper


Der elektrische Strom ist, wie vieles auf der Welt, Fluch und Segen zugleich. Neben den vielfältigenen Aufgaben, für die wir den Strom vorteilhaft einsetzen können, ist er gleichzeitig auch sehr gefährlich für den menschlichen Körper. Gezielt eingesetzt und in geringem Mass kann er heilende Wirkungen in der Medizin hervorrufen, wie z.B. bei Reizstrom-Therapie oder zum Reaktivieren des Herzmuskels (Defribilation). Auf dieser Seite sind nur die gefählichen Auswirkungen des Stroms beschrieben, vor denen wir uns bestmöglich schützen wollen.


Der elektrische Strom ruft verschiedene Reaktionen im menschlichen Körper hervor, die grob in drei Gruppen eingeteilt werden können:

  • thermische Auswirkungen
  • chemische Auswirkungen
  • muskelreizende oder lähmende Auswirkungen

Je nach Art des Stromes wirken sich die einzelnen Gruppen intensiver oder schwächer auf den Menschen aus.


Thermische Wirkung

Die Wärmeeinwirkung des elektrischen Stromes führt bei großer Stromstärke an der Ein- und Austrittsstelle zu Verbrennungen. Dabei kann es durch enstehende Lichtbögen zum Verkohlen der Körperteile kommen als Folge dieser starken Verbrennungen sind die Nieren überlastet, was zum Tode führt.


Chemische Wirkung

Flüssigkeiten des menschlichen Körpers, also z.B. Schweiß, Speichel, Blut und Zellflüssigkeit sind Elektrolyte. Das heißt, sie leiten den elektrischen Strom besonders gut durch unseren Körper. Durch die chemische Wirkung des Stromes kann, vor allem bei längerer Einwirkdauer, das Blut elektrolytisch zersetzt werden. Dadurch kommt es zu schweren Vergiftungen! Diese Folgeerkrankungen können auch erst nach einigen Tagen auftreten und sind daher besonders tückisch.


Muskelreizende Wirkung

Fast alle menschlichen Organe funktionieren aufgrund elektrischer Impulse, die vom Gehirn ausgehen. So steuern schwache Impulse von etwa 50 mV die Bewegung der Muskeln in unserem Körper. Die Impulse werden dabei vom Gehirn durch Nerven an die Muskeln geführt. Ist ein Nerv unterbrochen, arbeitet der Muskel nicht mehr richtig. Bei genügend großem Stromfluss verkrampft ein Muskel. Handelt es sich dabei um die Muskeln in einer Hand, so kann man einen erfassten Gegenstand nicht mehr loslassen. Ist der Brustkorb betroffen, so tritt Atemstillstand ein. Es kann Herzstillstand ausgelöst werden oder der geregelte Ablauf der einzelnen Herzmuskelbewegungen wird so durcheinander gebracht, dass eine ungeordnete Bewegung ohne Pumpwirkung entsteht - das Herzkammerflimmern.


äußere Bedingungen für die Art der Auswikung des elektrischen Stroms auf den Menschen
Bedingung Auswirkung
hoher Strom, wie vom Blitzschlag oder Hochspannung Thermische Wirkung
Gleichstrom, lange Einwirkdauer Chemische Wirkung
Wechselstrom, Stromimpulse die Muskeln anregen oder lähmen Muskelreizende Wirkung

Die Auswirkung auf den Menschen ist im Wesentlichen abhängig von der Höhe des Stroms, der Art des Stromes (ob Wechselstrom oder Gleichstrom) und der Dauer der Einwirkung. Je nach der aktuellen Bedingung treten die Auswirkungen in unterschiedlicher Intensität auf.


Physiologische Wirkungen


In den späten sechziger Jahren begann eine Arbeitsgruppe der International Electrotechnical Commission (IEC) mit den Arbeiten an einem Report über die Wirkung des elektrischen Stroms auf den Menschen. Die Ergebnisse wurden in dem IEC Report 479 im Jahr 1974 erstmalig vorgestellt und mehrfach überarbeitet.


Wirkungsbereiche von 50Hz Wechselstrom auf eine erwachsene Person
Wirkungsbereiche von 50Hz Wechselstrom auf eine erwachsene Person


Zwischen der Größe des für den menschlichen Körper noch ungefährlichen Stromes und der Dauer seiner Einwirkung besteht eine Beziehung, die nicht geradlinig verläuft: Bei kurzen Einwirkzeiten bleiben vergleichsweise größere Stromstärken ohne schädliche Auswirkung als bei längerer Einwirkdauer. Jedoch können Stromstärken über 500 mA auch bei kurzen Einwirkzeiten tödlich sein.


Die Linie c im Bild oben entspricht der Kennlinie eines Fehlerstromschutzschalters, der für die vorgeschriebenen 30mA Begrenzung im Personenschutz ausgelegt ist. Durch die technisch bedingte Ansprechzeit greift sein Schutz nur bei extrem kurzen Impulsen nicht. Die Ansprechzeit wird teilweise auch absichtlich verlängert. Die sogenannten Fehlerstromschutzschalter mit Auslöseverzögerung werden bei hintereinander geschalteten (kaskadierten) Fehlerstromschutzschaltern eingesetzt. Sie sorgen dafür, dass im Fehlerfall nur das erste Schutzgerät auslöst.


  • Bereich links der Linie a: Normalerweise keinerlei Auswirkungen und Reaktionen bis zur Wahrnehmungsschwelle.
  • Bereich zwischen Linie a und Linie b:Normalerweise keine schädlichen physiologischen Wirkungen bis zur Loslassgrenze.
  • Bereich zwischen Linie b und Linie d Normalerweise keine Organschäden zu erwarten. Mit zunehmender Stromstärke und Zeitdauer der Stromeinwirkung reversible Störung der Reizbildung und Reizleitung im Herzen zu erwarten, einschließlich Vorhofflimmern und vorübergehendem kurzzeitigen Herzstillstand. Im Bereich längerer Einwirkdauer oberhalb der Loslassgrenze sind Muskelkontraktionen und Atemschwierigkeiten wahrscheinlich.
  • Bereich rechts der Linie d: Herzkammerflimmern wahrscheinlich. Mit zunehmender Stromstärke und Einwirkdauer pathophysiologische Effekte wie Herzstillstand, Atemstillstand und schwere Verbrennungen zusätzlich zu den Wirkungen im Bereich 3.

Berechnung der Stromstärke beim Stromfluss durch den Menschen


Ein Strom I kann nur fließen, wenn eine Spannung U ihn durch einen Widerstand R treibt. Die Verknüpfung dieser drei Größen drückt das Ohmsche Gesetz aus: I = U / R.


Körperwiderstand R<sub>K</sub>
Körperwiderstand RK


Der elektrische Widerstand des Menschen, der Körperwiderstand RK, hängt von der Größe der Spannung und von der Frequenz sowie vom Zustand der Haut, z. B. trocken oder feucht, unverletzt oder verletzt, ab. Er setzt sich aus Körperinnenwiderstand RKI (etwa 500 Ω) und dem Hautwiderständen RÜ1 und RÜ2 zusammen.


RK = RÜ1 + RKI + RÜ2


Bei einem üblichen Wechselstrom von 230V / 50Hz und bei Längsdurchströmung von Hand zu Fuß ergibt sich eine Impedanz von etwa: 1000 Ω. Mit diesen Werten und mit der Berührungsspannung, die in der Mehrzahl der Fälle bekannt ist, kann die Stromstärke wie folgt berechnet werden:


I = U / R = 230V / 1000Ω = 0,23A = 230mA


Verglichen mit der Grafik oben zu den Wirkungsbereichen auf erwachsene Personen kann eine Einwirkung bereits ab 10 bis 15ms bereits tötliche Folgen haben.


Direkter Blitzschlag


Sobald während des Blitzstromanstieges die Spannung an einem getroffenen Menschen mit einem Körperwiderstand von etwa 500 Ω einen Wert von einigen 100 kV erreicht, folgt ein spontaner Gleitüberschlag längs der Körperoberfläche. Dies ist schon der Fall, wenn der Blitzstrom auf etwa 1000 A angestiegen ist, also lange bevor der Maximalwert von typischen 10 kA erreicht ist. Somit fließt der weitaus größte Teil des Blitzstroms nicht durch den Menschen, sondern in Form eines Gleitlichtbogens (Rgleit) auf seiner Körperoberfläche, wodurch in der Regel Brandspuren auf der Haut entstehen und Kleider aufgerissen werden. Bei einer Gleitbogenspannung von einigen 1000 V wird somit der Strom durch den Körper während der Blitzeinwirkung auf einige Ampere beschränkt. Allein auf diesen Effekt ist es zurückzuführen, dass Menschen auch direkte Blitzschläge überlebt haben.


Direkter Blitzeinschlag in einen Menschen, mit entsprechendem Ersatzschaltbild
Direkter Blitzeinschlag in einen Menschen, mit entsprechendem Ersatzschaltbild


Die tötliche Gefahr richtet sich hauptsächlich danach, wie der Strom im und entlang dem menschlichen Körper fließt. Dies wiederum ist abhängig davon, wo das Opfer vom Blitz getroffen wurde. Einschläge über Kopf oder Herz können kaum überlebt werden. [41]


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