Gefahren des elektrischen Stroms

Solange du mit 5 V an einem Mikrocontroller bastelst, passiert dir nichts. Sobald aber ein Netzteil offen auf dem Tisch liegt, ein Röhrenverstärker repariert werden soll oder ein großer Akkupack im Spiel ist, ändert sich das schlagartig. Der Körper ist ein elektrischer Leiter, und der Strom, der durch ihn fließt, kann Muskeln verkrampfen, das Herz aus dem Takt bringen und Gewebe verbrennen. Wer die Mechanismen kennt, schätzt Gefahren richtig ein – und weiß, wann er die Finger von einer Schaltung lässt.

Nicht die Spannung tötet, sondern der Strom

Was im Körper Schaden anrichtet, ist der Strom. Die Spannung entscheidet aber, wie viel Strom überhaupt fließen kann – nach dem ohmschen Gesetz teilt sie sich durch den Widerstand des Körpers:

U_B ist die Berührungsspannung, also die Spannung zwischen den beiden Stellen, mit denen du die Schaltung berührst, und R_K der Widerstand des Körpers auf diesem Weg. Genau genommen ist es eine Impedanz, weil die Haut sich auch wie ein Kondensator verhält; für Netzfrequenz reicht die Rechnung mit einem Widerstand.

Der Körperwiderstand setzt sich aus drei Teilen zusammen: dem Übergang an der Haut an der Eintrittsstelle, dem Körperinneren und dem Hautübergang an der Austrittsstelle. Das Innere – Blut, Muskeln, Gewebe – leitet recht gut und hat nur einige hundert Ohm. Die Haut dagegen schwankt enorm: Trockene, dicke Hornhaut sperrt bei kleinen Spannungen viele Kiloohm, feuchte oder verletzte Haut fast nichts. Ab einigen hundert Volt schlägt die Haut ohnehin durch, dann bleibt praktisch nur der Innenwiderstand.

Die Norm IEC 60479-1 nennt Messwerte für Wechselstrom von Hand zu Hand bei trockener Haut und großer Berührungsfläche: Bei rund 230 V liegt die Hälfte der Menschen unter etwa 1350 Ω, jeder Zwanzigste sogar unter 1000 Ω. Für Abschätzungen rechnest du deshalb mit etwa 1 kΩ – das liegt auf der sicheren Seite.

Wichtig ist auch der Stromweg. Fließt der Strom von einer Hand zur anderen oder von der Hand zu den Füßen, durchquert er den Brustkorb und damit das Herz. Ein Strom zwischen zwei Fingern derselben Hand ist zwar schmerzhaft, aber weit weniger gefährlich.

Was der Strom im Körper bewirkt

IEC 60479-1 teilt die Wirkung von Wechselstrom (15 bis 100 Hz, Weg linke Hand zu den Füßen) in vier Bereiche ein. Die Grenzen hängen von der Stromstärke und der Einwirkdauer ab – ein kurzer Stoß verträgt mehr als ein Strom, der sekundenlang fließt. Die Werte in der Tabelle gelten für Einwirkzeiten im Bereich von Sekunden:

Den Bereich AC-4 unterteilt die Norm weiter nach der Wahrscheinlichkeit für Kammerflimmern: bis etwa 5 %, bis etwa 50 % und darüber.

Besonders tückisch ist die Loslassschwelle um 10 mA, bei Frauen und Kindern darunter. Oberhalb davon verkrampfen die Muskeln so stark, dass du einen umfassten Leiter nicht mehr loslassen kannst – die Hand schließt sich sogar fester. Der Strom fließt dann so lange, bis jemand abschaltet.

Herzkammerflimmern

Das Herz wird von eigenen elektrischen Impulsen gesteuert, die sich in einer festen Reihenfolge über den Herzmuskel ausbreiten. Ein Fremdstrom kann diese Ordnung zerstören. Besonders empfindlich ist das Herz in einem kurzen Abschnitt jedes Herzschlags, der vulnerablen Phase während der Erholung der Kammern; sie macht nur etwa 15 bis 20 % des Zyklus aus. Trifft ein Strom diese Phase, zucken die Muskelfasern nur noch ungeordnet mit mehreren hundert Erregungen pro Minute. Das Herz pumpt dann praktisch kein Blut mehr, nach wenigen Minuten ist das Gehirn geschädigt.

Fließt der Strom länger als etwa eine Sekunde, ist Kammerflimmern schon ab einigen 10 mA möglich; Quellen nennen für den Weg Hand–Füße rund 40 bis 50 mA. Bei sehr kurzen Stößen von unter 0,1 s liegt die Schwelle bei mehreren hundert Milliampere. Kammerflimmern hört von allein praktisch nie auf. Nur ein Defibrillator, der das Herz mit einem kräftigen Stromstoß „zurücksetzt“, bringt es wieder in den Takt.

Gleichstrom ist bei gleicher Stromstärke etwas weniger gefährlich: Die Flimmerschwelle liegt bei längerer Einwirkung etwa zwei- bis viermal höher als bei Wechselstrom, und eine eindeutige Loslassschwelle gibt es nicht – gespürt werden vor allem Ein- und Ausschalten. Ungefährlich ist Gleichstrom deshalb nicht; zusätzlich zersetzt er Gewebe elektrolytisch.

Neben dem Herz gibt es weitere Gefahren: Verbrennungen an den Ein- und Austrittsstellen (Strommarken) und im Inneren entlang des Stromwegs, Lichtbögen bei Kurzschlüssen mit Temperaturen von mehreren tausend Grad und grellem UV-Licht, und Folgeunfälle – der Schreck lässt dich von der Leiter fallen oder die Hand gegen eine scharfe Kante schlagen.

Grenzwerte: 50 V Wechsel- und 120 V Gleichspannung

Weil der Körperwiderstand so stark schwankt, legt die Norm keine Stromgrenze für den Alltag fest, sondern eine Grenze für die Berührungsspannung. Nach DIN VDE 0100-410 gilt eine dauernd anliegende Berührungsspannung bis 50 V Wechselspannung (Effektivwert) und bis 120 V Gleichspannung (oberschwingungsfrei) als ungefährlich. In Bereichen mit erhöhter Gefährdung, etwa in der Landwirtschaft oder in medizinisch genutzten Räumen, sinken die Grenzen auf 25 V Wechsel- und 60 V Gleichspannung. Auf diesen Werten beruhen die Kleinspannung und die Schutzmaßnahmen der Gebäudeinstallation.

Beachte dabei den Unterschied zwischen Effektivwert und Scheitelwert: Die 230 V aus der Steckdose erreichen in der Spitze rund 325 V.

Sicher arbeiten

Für das Arbeiten an elektrischen Anlagen gibt es die fünf Sicherheitsregeln nach DIN VDE 0105-100, die in genau dieser Reihenfolge gelten: freischalten, gegen Wiedereinschalten sichern, Spannungsfreiheit allpolig feststellen, erden und kurzschließen, benachbarte unter Spannung stehende Teile abdecken oder abschranken. Wie du die Spannungsfreiheit prüfst, steht beim Spannungsprüfer.

Für deinen Elektronik-Arbeitsplatz heißt das:

• Schaltungen, die am Netz hängen, nur über einen Trenntransformator betreiben und dabei nie allein arbeiten; erst ausstecken, dann anfassen. Der Trenntrafo verhindert nur den Stromweg zur Erde – fasst du zwei Punkte der Schaltung gleichzeitig an, bist du trotzdem in Gefahr.
• Messleitungen und Messgeräte mit passender Messkategorie verwenden (siehe Richtig messen).
• Steckdosenleiste mit FI-Schutzschalter (30 mA) am Arbeitsplatz – mehr dazu unter Schutzmaßnahmen.
• Eine Hand weg von der Schaltung: Wer nur mit einer Hand misst, verhindert den Stromweg quer durch die Brust.
• Bei eigenen Projekten möglichst mit Steckernetzteilen arbeiten, deren Ausgang eine Kleinspannung liefert.

Erste Hilfe beim Stromunfall

1. Eigenschutz geht vor. Fass die verunglückte Person nicht an, solange sie noch mit der Spannung in Kontakt ist. Unterbrich den Stromkreis: Stecker ziehen, Sicherung oder FI-Schalter ausschalten.
2. Geht das nicht, trenne die Person bei Niederspannung mit einem trockenen, nicht leitenden Gegenstand (Holzlatte, Kunststoff) von der Spannung und stell dich dabei selbst auf eine isolierende Unterlage.
3. Bei Hochspannung (Freileitungen, Bahnoberleitungen, Umspannanlagen) näherst du dich überhaupt nicht. Halte mehrere Meter Abstand, setze den Notruf mit dem Hinweis „Hochspannung“ ab und warte, bis eine Fachkraft des Betreibers die Anlage freigeschaltet und geerdet hat.
4. Notruf 112, Bewusstsein und Atmung prüfen. Atmet die Person nicht normal, sofort mit der Herzdruckmassage beginnen und einen Defibrillator (AED) holen lassen – er erkennt Kammerflimmern selbst und führt dich mit Sprachansagen. Ist die Person bewusstlos, atmet aber normal, kommt sie in die stabile Seitenlage.
5. Brandwunden keimfrei abdecken und die Person warm halten.

Selbsttest