Was macht Netzspannung in Haushalten sicher?

Sicherungsautomaten reichen nicht aus, um Leben zu schützen. Sicherungsautomaten sollen verhindern, dass die Kabel in den Wänden Ihres Hauses schmelzen und möglicherweise Feuer fangen – Sicherungsautomaten und Sicherungen haben die Funktion, ein Feuer zu stoppen (was natürlich auch sehr lebensgefährlich ist).

Für den direkten Kontakt mit einem stromführenden Wechselstromteil haben wir in Großbritannien Fehlerstromschutzschalter (RCDs) – diese "lösen" die Versorgung aus, wenn der Strom, der an einem der Wechselstromkabel abgenommen wird, sich um ~ 20 mA von dem Strom am anderen unterscheidet:

_{(Quelle: diyhowto.co.uk )}

Eine Sicherung wäre eindeutig nicht sinnvoll, da der normale Strom der an den Wechselstrom angeschlossenen Geräte zehn oder mehr Ampere beträgt. Wenn Sie also ein Gerät haben, das 10 Ampere verbraucht, und Sie einen der Wechselstromleiter berühren, würden Sie einen Erdstrom von vielleicht 20 mA ziehen, und dies würde den RCD "aus dem Gleichgewicht bringen" und die Versorgung auslösen.

Für das gleichzeitige Berühren beider Endgeräte muss ein anderes Szenario ins Auge gefasst werden. Ich spreche von Wechselstromsystemen, bei denen ein Leiter (manchmal als Neutralleiter bezeichnet) „geerdet“ ist, dh er kann eine Spannung von nur ein paar Volt zur Erde haben – wenn Sie nur diesen Draht berühren, ist es sehr unwahrscheinlich, dass der RCD auslöst ABER wen interessiert das – es werden bestenfalls nur ein paar Volt an deinen Körper angelegt und es fließt kaum Strom. Wenn Sie stattdessen beide AC-Drähte (stromführend und neutral) berührt haben, wird dem Strom ein Erdstrom entnommen, der immer noch erheblich größer ist als der Erdstrom vom Neutralleiter und den RCD-Auslösungen.

Trotzdem werden all dies ~ 20 mA immer noch stechen, selbst wenn es nur für weniger als 100 Millisekunden ist. Wird es tödlich sein – möglicherweise für Menschen mit Herzbeschwerden, aber werden diese Leute unter einem Schreibtisch wühlen, um blindlings einen Stecker in eine Steckdose zu stecken?

Bei AC-Systemen, die von der Erde "isoliert" sind, ist das Berühren eines Drahtes kaum wahrnehmbar, aber das Berühren beider Drähte löst keinen RCD aus und Sie geraten in ernsthafte Gefahr - der Stromfluss erfolgt direkt durch den Körper und vom Leiter zum Leiter Dirigent. Glücklicherweise sind diese Art von Installationen nicht sehr verbreitet, aber sicherlich nicht unbekannt. Der Verlust der neutralen Erdbindung kann dieses Problem verursachen.

In einigen Teilen Europas (ich weiß von Deutschland und Frankreich) sind die Stecker so hergestellt, dass sie Sie davor schützen, versehentlich das Stromnetz zu berühren, selbst wenn Sie sich anstrengen, während Sie mit dem Stecker arbeiten:

(Bild ist von Wikimedia und gemeinfrei)

Diese spezielle Steckdose wird in Deutschland verwendet. Frankreich hat ein etwas anderes Format (das nicht mit dem im Bild gezeigten Stecker kompatibel ist, aber mit einer anderen, ähnlichen Form von Steckern), bei dem die Erde nicht an den Seiten ist (im Bild mit „2“ gekennzeichnet), sondern als dicker Stift aus der Steckdose kommen.

Da die Buchse eingebettet ist, ist es nicht möglich, die heißen Pins beim Ein- oder Ausstecken zu berühren. Die einzigen berührbaren Metallteile liegen auf Erdpotential und werden verbunden, bevor sich die heißen Drähte verbinden.

Die einzige Möglichkeit, mit einem Schuko einen Schock zu bekommen, besteht darin, etwas Leitendes in eines der Löcher zu stopfen. Um kleine Kinder davor zu schützen, sind Sicherheitseinlagen erhältlich (und Steckdosenleisten sind oft mit einem eingebauten Schutz ausgestattet).

Zusätzlich werden auch die von @Andy aka beschriebenen RCDs verwendet.

Wie @venny kommentiert, haben dünne zweipolige Stecker ( Europlugs ) nur am anderen Ende der Stifte Metall.

Was es in Haushalten, Unternehmen und Schulen sicher macht: Nichts macht Netzstrom sicher, außer strengen Designrichtlinien, die durch verschiedene nationale und internationale Standards durchgesetzt werden. In den Vereinigten Staaten schreibt der NEC oder National Electric Code vor, wie Häuser zu verkabeln sind und welche Geräte verwendet werden dürfen und welche nicht. Es regelt Dinge wie die Verkabelung, wie sie zu unterstützen, abzuschließen, zu umschließen, welche Kabeltypen für ein Szenario zulässig sind usw.

Für ein elektrisches Gerät, bei dem es sich um alles Mögliche handeln kann, von der Anschlussdose (Dose, in der eine Steckdose montiert ist) in Ihrer Wand bis hin zu einem Gerät wie einem Fernseher, müssen verschiedene Normen eingehalten werden. Dies sind Standards, die von verschiedenen privaten und staatlichen Stellen entwickelt und gepflegt wurden, viele von ihnen sind international, wie z. B. IEC. Ein Beispiel in den USA wären die Underwriters (UL) Laboratories und die Occupational Safety and Health Administration (OSHA).

Was Sie schützt, ist die Zusammenarbeit zwischen Herstellern und diesen verschiedenen Agenturen. Dadurch wird sichergestellt, dass ein an Netzspannung angeschlossenes Gerät sicher in seiner vorgesehenen Funktion verwendet werden kann.

Wo diese sichere Verwendung endet: Sobald Sie anfangen, mit Netzstrom zu arbeiten, zB wenn Sie ein Ingenieur sind, der ein Offline-Schaltnetzteil entwickelt, dann sind SIE Ihre eigene Sicherheitsbehörde. Sie müssen vorsichtig sein und grundlegende Vorsichtsmaßnahmen befolgen.

Was es sonst noch sicher macht: Bildung. Schon früh im Leben wird dir gesagt, dass du dich nicht damit anlegen sollst. Keine Gabeln oder Finger in Steckdosen, Lampenfassungen oder Toaster stecken. Dies wird den meisten Kindern schon früh beigebracht. Einige von uns waren jedoch etwas neugieriger und ignorierten diese Lehren. Es tat weh, führte uns aber auf einen fantastischen Weg, um uns dafür zu interessieren, die Grundlagen dafür zu lernen.

Fehlerstromschutzschalter werden normalerweise nur für Stromkreise verwendet, an die Geräte in Nassbereichen angeschlossen werden. Alle Steckdosen in der Nähe eines Waschbeckens, wie z. B. in einem Badezimmer oder einer Küche, haben GFCIs. Auch Steckdosen, die sich außerhalb eines Hauses befinden, müssen GFCI-geschützt sein. Aber NEHMEN SIE DAS NICHT AN. Das Mandat für GFCIs ist neu und viele alte Häuser mussten oder haben sich nicht die Mühe gemacht, sie zu modernisieren.

Sie funktionieren einfach, indem sie den Strom beider Beine messen. Der Strom ist auf beiden Beinen immer gleich, es sei denn, er kommt irgendwie aus dem Gerät. Der GFCI erkennt das Ungleichgewicht und öffnet einen Leistungsschalter.

Für Benutzer, die von Steckern schockiert werden: NEMA 5-15-Stecker im US-Stil sind im Allgemeinen sicher genug, da die Stifte keinen unmittelbaren Kontakt mit den internen Kontakten herstellen. An diesem Punkt ist der Spalt normalerweise zu klein, als dass Finger zwischen die Stirnseite des Steckers und die Zinken passen könnten. Wenn Sie auch bemerken, dass die Steckerfläche ziemlich groß ist, erhöht sich der Abstand zwischen der Kante der Fläche und den Stiften.

Wenn Ihre Finger es sowohl über die heiße als auch über die neutrale Stelle schaffen, werden Sie schockiert. Tatsächlich hätten Sie zwei Strompfade, heiß zu neutral und heiß zu Masse. Wie sehr tut es weh? Hängt davon ab. Sind Sie nass oder verschwitzt? dann wird es dich vielleicht sehr verletzen oder sogar töten. Trockene Haut? Es könnte ein schneller summender Stich sein.

Andere Gedanken: 120 V oder sogar 240 V sind nicht so hoch, wenn man darüber nachdenkt. Auf Türmen wird Strom mit einer halben Million Volt oder mehr übertragen. Es wird lokal mit 2,4-28,8 kV an Masten verteilt und kann manchmal bis zu 69 kV betragen. Diese Netzspannungen sind ein Kompromiss zwischen Komfort und Sicherheit. In großen kommerziellen und industriellen Systemen sind 277/480-V-Dreiphasensysteme üblich. In Kanada war es üblich, 600-V-Dreiphasensysteme zu sehen (auch 550-V- oder 575-V-Systeme genannt, es variierte ein wenig). Diese höheren Spannungen dienten dazu, mehr Leistung auf einen Leiter gleicher Größe zu drücken.

Denken Sie daran, dass in vielen (vielleicht den meisten) Fällen jemand, der mit Hausstrom in Berührung kommt, nicht anderweitig geerdet ist. Der Strom von Finger zu Finger an derselben Hand ist unangenehm und schädlich, wenn er fortgesetzt wird (siehe Videos zum Kochen von Würsten auf diese Weise), aber nicht tödlich. Die ernsthaft gefährlichen Situationen sind Hand-zu-Hand- oder Hand-zu-Fuß-Situationen, bei denen Strom durch das Herz fließt und sein Timing stören kann.

Wenn Sie hinter einem Schreibtisch herumfummeln oder was auch immer, ist es unwahrscheinlich, dass Sie eine Hand auf jeden der Stifte des Steckers bekommen. Das große Risiko besteht also darin, mit der zweiten Hand irgendwo eine andere Erdung zu finden – Rohrleitungen, einen geerdeten Heizkörper, etwas mit einem Metallgehäuse, das mit der Sicherheitserdung verbunden ist. Sicherlich möglich, aber angesichts der Statistik anscheinend ziemlich ungewöhnlich.

Es gibt viele Dinge, die suboptimal sind, die wir aber in Kauf nehmen, weil eine Neugestaltung mehr Mühe machen würde, als wir investieren wollen. Dies scheint einer von ihnen zu sein. Angesichts der enormen Installationsbasis ist es einfacher, GFCIs zu installieren, als zu versuchen, ein paar Milliarden Steckdosen und die dazu passenden Stecker zu ersetzen.

(Re Spannung durch Berührung: Mein Großvater berichtet, dass einer seiner Partner bei der Reparatur von Aufzügen ein absoluter Verrückter war, der die Spannung eines Stromkreises prüfte, indem er eine Hand sicher aus dem Weg legte und zwei Finger an seiner anderen Hand leckte , und sie schnell über die Anschlüsse wischen. Die Theorie war, dass dieser bewegliche Kontakt das Lock-on-Risiko verhinderte, das auftreten kann, wenn sich Muskeln in einer Hand zusammenziehen, die einen stromführenden Leiter greift, und den Kontakt kurz genug hielt, um das Gewebe nicht wesentlich zu beschädigen Ansatz, aber es zeigt den Punkt, den ich oben gemacht habe: Wenn Sie keinen Strom durch den zentralen Körperkern haben und die Spannung nicht im Kilovoltbereich liegt, wird Sie eine kurze Begegnung wahrscheinlich nicht töten. Wahrscheinlich. Versuchen Sie es NICHT das zu Hause, Kinder!)

Gehen Sie nicht davon aus, dass 120 V "sicherer" als 240 V sind. Beide können töten! Und es braucht sehr wenig Strom bei diesen Spannungen (dh 1/10 Ampere reicht aus, um einen Stromschlag zu erleiden). Leistungsschalter und Sicherungen verhindern, dass Stromkreise überlastet werden, was zu Bränden führen kann. Aus diesem Grund werden in bestimmten Bereichen wie Küchen, Badezimmern, Garagen und Pool-/Saunabereichen, in denen die Möglichkeit besteht, dass ein angeschlossenes Gerät ins Wasser fallen kann, GFCI-Unterbrecher oder Steckdosen verwendet. Sie haben eine zusätzliche Funktion, um Menschen vor Stromschlägen zu schützen. Bei ordnungsgemäßer Installation lösen sie den Stromkreis aus (unterbrechen), wenn Streuströme von mehr als 5 mA (1/200 A) erkannt werden. Fassen Sie bei Steckern niemals die metallischen (elektrisch leitenden) Teile an, wenn Sie sie einstecken oder entfernen.

Versorgungsspannungen sind ein Kompromiss. Höhere Spannungen bedeuten mehr Stromschlaggefahr und die Fähigkeit der Elektrizität, weiter zu "springen", aber niedrigere Spannungen bedeuten höhere Ströme, was höhere Verluste und mehr Brandgefahr bedeutet.

Nahezu die ganze Welt hat sich für Netzspannungen zwischen 100 V und 240 V entschieden. Diese Spannungen sind hoch genug, um die Verluste und das Brandrisiko unter Kontrolle zu halten, während sie niedrig genug sind, um nicht sehr weit zu springen und damit viele Schockopfer überleben (obwohl dies keineswegs garantiert ist, GEBEN SIE SICH KEINE STÖSSE AUS DEM NETZ).

Stecker und Buchsen sind so konstruiert, dass das Risiko des Berührens der Stifte unter Spannung verringert wird. Die ~230V-Länder in der Ersten Welt gehen diesbezüglich tendenziell größere Anstrengungen als die ~115V-Länder oder die weniger entwickelten Länder.

Ich bezweifle, dass es zuverlässige Statistiken über die Wahrscheinlichkeit des Todes durch Stromschläge außerhalb des Stromnetzes gibt, da ich sicher bin, dass die überwiegende Mehrheit der Menschen, die solche Schocks überleben, sie nicht offiziell melden, aber die meisten Elektriker, mit denen ich spreche, geben anekdotisch an, dass sie davon betroffen waren mindestens einen Stromschlag in ihrer Karriere, während die Zahl der Todesfälle durch Stromschlag in Großbritannien (wo ich lebe) bei einer Handvoll pro Jahr liegt.

Vergessen wir nicht, dass die Alternativen zu Strom wie Kerzen und Gasbeleuchtung auch nicht risikofrei sind.