07 - Elektrische Gefährdung und Erste-Hilfe

Die Haut und unser Körper bieten dem elektrischen Strom einen Widerstand. Dieser ist von folgenden Faktoren abhängig:

•     Körperbau bzw. Größe und Gewicht
•     Hautbeschaffenheit (feucht oder trocken)
•     Stromfluss durch den Körper, sowie Einwirkzeit des Stroms
•     Höhe der elektrischen Spannung

Der Körperwiderstand R_K ist von der Berührungsspannung abhängig. Wird die Berührungsspannung U_B größer, verkleinert sich der Hautwiderstand und der Körperstrom I_K wird größer. Die Gefahr bei Berührung durch den Menschen erhöht sich. Die Bedeutung der Warnhinweise:

1. Warnung vor gefährlichen elektrischen Spannungen

2. Kombischild Hochspannung (Ford)

3. Herstellerspezifische Kennzeichnung von HV-Komponenten (VW)

Bildquellen: 1. on Made with Sodipodi by Duesentrieb (Eigenes Werk) [GFDL oder CC BY-SA 2.5-2.0-1.0 ] via Wikimedia Commons); 2. Ford, 3. VW, Nutzung für schulische Zwecke gestattet

Fließt elektrischer Wechselstrom durch den Körper, kann dies folgende Auswirkungen haben:

•     Kleinere Ströme (< 0,5 mA), werden unter Umständen als leichtes Kribbeln bemerkt. Sie wirken bei längerer Einwirkzeit bereits gesundheitsschädlich!
•     Größere Ströme (> 1 mA) lösen bereits Muskelverkrampfungen aus.
•     Ab 50 mA kann Herzkammerflimmern oder Herzstillstand eintreten.
•     An den Berührungsstellen treten Verbrennungen auf.
•     Knochenbrüche und Muskelrisse durch Verkrampfungen sind die Folge.
•     Auch kurze „Wischer“ können Folgeschäden verursachen. Durch die Verkrampfung kommt ein „Festhalten“ zustande!

Die dabei entstehende Wärmewirkung verursacht:

•     Strommarken an den Eintrittsstellen
•     Gerinnung des Bluteiweiß
•     Rote Blutkörperchen platzen
•     Zellflüssigkeit wird zersetzt
•     Nierenversagen
•     Folge: Tod durch spätere Vergiftung (bis 24 Stunden nach dem Stromunfall)!
•     Flüssigkeitsverluste
•     Äußere Verbrennungen
•     Innere Verbrennungen
•     Blutdrucksteigerung

Beachte: Bereits ein geringer Körperstrom kann bei längerer Einwirkungszeit zum Herzkammerflimmern führen wodurch es zum Herztod kommt, durch die elektrolytische Zersetzung des Bluts kann es zur inneren Vergiftung führen.

Generell gilt: Bei längerer Stromeinwirkdauer ist grundsätzlich ein Arzt aufzusuchen, auch wenn zunächst keine Anzeichen auftreten.

Bildquelle: Daimler AG, Lehrgangsunterlagen, Nutzung für schulische Zwecke gestattet

Wechselstrom (AC)

Die Grafik zeigt, wie lange Wechselstrom den Körper durchfließen kann, bis folgende Auswirkungen eintreten.

1    Nicht spürbar

2    Spürbar bis zur Muskelverkrampfung

3    Muskelverkrampfung, Atemschwierigkeiten

4    Herzflimmern, Atemstillstand

Bei Stromunfällen muss immer ärztlicher Rat eingeholt werden!

Muskelverkrampfungen entstehen, wenn die Muskulatur von Strom durchflossen wird, welcher höher als der körpereigene Strom ist. Die Loslassschwelle wird erreicht, wenn der körpereigene Strom wieder wirkt.

Bildquelle: ALP-Dillingen

Gleichstrom (DC)

Die Grafik zeigt, wie lange Gleichstrom den Körper durchfließen kann, bis folgende Auswirkungen eintreten

1 Üblicherweise keine Reaktion

2 Üblicherweise keine schädlichen physiologischen Effekte

3 Kein organischer Schaden zu erwarten, es können reversible Störungen der Impulse im Herz auftreten

4 Zusätzlich schwere Verbrennungen, Wahrscheinlichkeit von Herzkammerflimmern

Bildquelle: ALP-Dillingen

Bevor die Stromquelle mit dem Körper oder auch mit Werkzeugen berührt wird, kommt es zum Überschlag und der Stromkreis wird über einen Störlichtbogen geschlossen.

Diese Lichtbögen entstehen meist durch Fehlverhalten. Dabei entstehen Temperaturen bis zu 4000 °C. Metallteilchen verdampfen und werden in Sekundenbruchteilen herausgeschleudert.

Folgen:

•     thermische Strahlung (Verbrennungen)
•     UV-Strahlung (Verblitzen der Augen)
•     Wärmeeinwirkung (Verbrennungen, Einatmen gefährlicher Metalldämpfe durch verdampfende Metallteilchen)
•     Lärmeinwirkung (Gehörschaden)

Bildquelle: Mitsubishi, Lehrgangsunterlagen, Nutzung für schulische Zwecke gestattet

Sind Unfälle, die aufgrund ungewollter Reaktion zustande kommen. Der kurzzeitige Stromfluss löst ein Muskelzucken aus. Der damit verbundene Schreck oder eine Schutzreaktion vor dem Lichtbogen kann zum Sturz- bzw. Stoßunfall führen. Die Stromstärken sind unterhalb der "Loslassgrenze".

Bildquelle: Daimler AG, Lehrgangsunterlagen, Nutzung für schulische Zwecke gestattet

Netzform ist ein Sammelbegriff für die verschiedenen Arten der Erdverbindung eines Verteilungssystems in der Elektrotechnik. Man unterscheidet nach der Art der Erdverbindung:

•     TT-Systeme
•     TN-Systeme
•     IT-Systeme

IT-Systeme werden in HV-Fahrzeugen verwendet, alle Leiter sind im IT-Netz gegen Kfz-Masse isoliert (Isolé Terre, frz.).  

Die HV-Komponenten werden über Potentialausgleichsleitungen mit der Karosserie verbunden.

Verschiedene Steuergeräte überwachen den Isolationswiderstand der Anlage. Wird der Ansprechwert unterschritten, erfolgt eine akustische bzw. optische Anzeige oder sogar eine automatische Systemabschaltung.

Das HV-Netz in Fahrzeugen (Bild 2) ist vollständig gegen die Fahrzeugmasse isoliert, d.h. es besteht keine Verbindung zwischen den HV-Leitungen und der Fahrzeugmasse. Schlägt z.B. eine HV-Leitung (+) gegen das Gehäuse des Klimakompressors durch, besteht somit bei Berührung des Gehäuses keine elektrische Gefahr, da alle Komponenten der Anlage an HV+ Potential liegen. Die Isolationsüberwachung erkennt diesen Fehler.

Schlägt zusätzlich die HV-Leitung (-) auf das Gehäuse (Bild 3) der HV-Heizung durch, besteht für die Person weiterhin keine Lebensgefahr, da der Kurzschlussstrom über die Potentialausgleichsleitungen zwischen den HV-Komponenten und der Fahrzeugkarosserie (Potentialausgleich) fließt. Dieser Kurzschlussstrom wird von der Systemüberwachung erkannt.

Ist der Potentialausgleich, z.B. durch eine oxidierte Potentialausgleichsleitung, nicht geben, fließt der Kurzschlussstrom nicht über die Fahrzeugkarosserie, sondern über die Person, die beide HV-Komponenten berührt. Es besteht Lebensgefahr! (Bild 4) Die Systemüberwachung kann wegen des nicht optimalen Potentialausgleichs den Fehler nicht feststellen.

Gefährdung:

Eine elektrische Gefährdung liegt vor, wenn unter Spannung stehende Teile direkt bzw. indirekt berührt oder unterschiedliche Potentiale überbrückt werden können und gleichzeitig

•     25 V Wechselspannung (effektiv) oder
•     60 V Gleichspannung überschritten werden
•     und der Kurzschluss-Strom an der Arbeitsstelle größer 3 mA Wechselstrom (effektiv) bzw. 12 mA Gleichstrom ist,
•     bzw. die Entladungsenergie mehr als 350 mJ beträgt.

Die allgemeinen Schutzmaßnahmen sind grundsätzlich einzuhalten, wenn an elektrischen Anlagen und Betriebsmitteln gearbeitet wird.

Der Schutz von Personen gegen elektrischen Schlag muss aus zwei unabhängigen Schutzvorkehrungen bestehen.

Man unterscheidet grundsätzlich zwischen:

•     Basisschutz (Schutz gegen direktes Berühren) und
•     Fehlerschutz (Schutz bei indirekter Berührung).

Dies kann durch die Betriebsmittel selbst oder durch Anwendung von Schutzmaßnahmen beim Arbeiten erreicht werden.

Bildquelle: ALP-Dillingen

Es wird zwischen technischen, organisatorischen und personenbezogenen Maßnahmen unterschieden.

Personenbezogenen Maßnahmen:

•     Unterweisungen
•     Fortbildungen
•     Persönliche Schutzausrüstungen

Organisatorische Maßnahmen:

•     Ausweisung von gesonderten HV-Arbeitsplätzen in Werkstätten
•     Kennzeichnung der HV-Fahrzeugen in der Werkstatt
•     Einhaltung von Arbeitsanweisungen

Technische Schutzmaßnahmen:

•     Automatische Abschaltung der Stromversorgung
•     Verstärkte oder doppelte Isolierung
•     Galvanische Trennung durch Trafo
•     Kleinspannung mittels SELV oder PELV
•     Potenzialausgleich

SELV = mittels Trafo wird zum Schutz einer Person eine kleine Spannung verwendet.

PELV = mittels Trafo wird eine kleine Spannung zum Schutz von elektronischen Baugruppen erzeugt.

Anmerkung:

Automatische Abschaltung ist die häufigste verwendete Schutzmaßnahme. (Grundlage: DIN VDE 0100, Teil 410)

Aktive Teile müssen vollständig mit einer Basisisolierung (Bild 1) abgedeckt sein, welche nur durch Zerstörung entfernt werden kann.

Diese müssen umhüllt oder abgedeckt sein. (Bild 2)

Alle Personen, die an Hochvoltfahrzeugen arbeiten müssen einen Erste-Hilfe-Lehrgang mit Herz-Lungen-Wiederbelebung erfolgreich absolviert haben.

Das Schema der Rettungskette zur Ersten-Hilfe ist generell zu beachten. Bei Hilfeleistungen ist immer der Eigenschutz zu beachten. Vor der Rettung gilt:

•     Den Verletzten nicht berühren. Vor der Rettung zuerst Spannungsfreiheit der Anlage sicherstellen. Anlagen und Geräte müssen mit einem gegebenenfalls vorhandenen Not-Aus-Taster oder einer elektrischen Sicherung von der Stromversorgung getrennt werden. Das bloße Abschalten des Gerätes oder der Leitung stellt die Spannungsfreiheit nicht sicher.
•     Freiliegende, stromführende Kabel mit Hilfe nichtleitender Gegenstände (z. B. Rettungsstange, Besenstiel aus Holz) vom Verletzten wegziehen.
•     Bei Hochspannung großen Sicherheitsabstand einhalten, da ansonsten die Gefahr einer Lichtbogenbildung besteht. Steht Hochspannung am Boden an, entsteht ein Spannungstrichter.
•     Außenstehende warnen, damit keine stromführenden Teile berührt werden (Absperrungen einrichten).

Notruf absetzen, Erst-Helfer informieren.

Bei bewusstlosen Personen ist nach dem Abschalten der Stromversorgung die Atmung und Herz-Kreislauffunktion zu prüfen. Ist diese nicht gegeben, Herz-Lungen-Wiederbelebung durchführen. Falls verfügbar, kann dies mit einem öffentlich zur Verfügung stehenden Defibrillator unterstützt werden.

Bei Personen mit Brandverletzungen sind die Verletzungen zu kühlen und mit einer keimarmen, nicht fasernden Wundauflage abzudecken. Der Patient muss auch bei Wohlbefinden bis zum Ausschluss einer Herzschädigung beaufsichtigt bleiben. Die Überwachung mittels Elektrokardiogramm (EKG) erfolgt durch den alarmierten Rettungsdienst. Ist das EKG auffällig, muss die Person zur Beobachtung im Krankenhaus bleiben.

Auch kleine Stromverletzungen sind, wie alle Verletzungen, zu dokumentieren.

Unfälle sind dem Vorgesetzten und der Sicherheitsfachkraft zu melden.

Gefährdungsbeurteilung

Die Gefährdungsbeurteilung weist auf mögliche Gefährdungen im Umgang mit Hochvoltsystemen im Kfz-Bereich hin. Sie ist durch die verantwortliche Elektrofachkraft vorzunehmen, bei Veränderungen oder Unfällen zu aktualisieren und zu dokumentieren.

Mit der Gefährdungsbeurteilung kommt die Schulleitung ihrer Verantwortung im Rahmen des Arbeitsschutzgesetzes als Unternehmer nach.

Im Rahmen der regionalen Multiplikation wird auf die Durchführung einer Gefährdungsbeurteilung eingegangen.

Anlässe einer Gefährdungsbeurteilung sind:

• Erstbeurteilung des Kfz-Bereichs
• Veränderungen im Kfz-Bereich (z. B. neue Lehrkraft, neues Fahrzeug, neue Messgeräte, neue Räumlichkeiten, ...)
• Elektrische Unfälle

Gefährdungsbeurteilung

Betriebsanweisung

Die Betriebsanweisung ist das Ergebnis der Gefährdungsbeurteilung und stellt eine Handlungsanweisung für Lehrende und Lernende dar.

Die Betriebsanweisung ist den Gegebenheiten vor Ort anzupassen und sichtbar in der Schulwerkstatt auszuhängen. Sie ist die Grundlage für die Unterweisung.

Betriebsanweisung

Unter Eigensicherheit von HV-Fahrzeugen versteht man, dass durch technische Maßnahmen am Fahrzeug ein vollständiger Berührungs- und Lichtbogenschutz gegenüber dem HV-System gewährleistet ist.

Dies wird insbesondere erreicht durch:

• Kabelverbindungen über Stecker in lichtbogensicherer Ausführung (Bild 1) und nicht über Schraubverbindungen,
• sichere Abschaltung bei Entfernen von Abdeckungen (Bild 2) des HV-Systems,
• technisch sichere Abschaltung (Bild 3) des HV-Systems und automatische Entladung möglicher Energiespeicher vor Erreichen unter Spannung stehender Teile.

Dabei gelten folgende Herstellerkonzepte:

• Ein Fehler allein kann nicht zu einer elektrischen Gefährdung des Menschen führen,
• zur Fahrzeugmasse und gegen die einzelnen Leiter des 12V-Bordnetzes isoliertes komplett eigenständiges HV-Netz,
• Überwachung der Isolation der Leiter zueinander und gegen Masse.

    Die Schutzrelais werden erst bei „Klemme 15 ein“ geschlossen, bei ausgeschalteter Zündung ist das System spannungslos. (Herstellerspezifisch)

    Wartungsstecker mit integrierter Hauptsicherung und Sicherheitskontakt: Beim Ziehen des Wartungssteckers wird die Reihenschaltung der Batterieeinheit getrennt und die Sicherheitsschleife (Pilotlinie) geöffnet.

• Basisschutz: Schutzisolierte elektrische Komponenten
• Isoliertes IT-Netz (Schutztrennung gegen die Karosserie)
• Abschalten der Schutzrelais bei einem Crashsignal
• Abschalten der Schutzrelais bei Unterbrechung der 12 Volt-Bordnetzversorgung
• Die Hochvoltbatterie mit Gehäuse ist an eine Potentialausgleichsleitung gegen Masse angeschlossen
• Kennzeichnung der HV-Komponenten

Steuergerät für Batterieregelung J840:

•         Es überwacht und verwaltet das Batteriesystem und die Sicherheitsschleife (Pilotlinie).
•         Die Schutzrelais werden geöffnet und das System dadurch spannungslos geschaltet, sobald ein HV-Stecker bei eingeschalteter Zündung abgezogen wird.
•         Prüfung des Isolationswiderstandes
•         Verwaltung der Kühlung und Heizung der HV-Batterie

Die aufgeführten Sicherheitseinrichtungen sind in der Abbildung farbig umrandet.

•     Basisschutz (Bild 1): Schutzisolierte elektrische Komponenten, Berührschutz (Bild 2)
•     Isoliertes IT-Netz (Schutztrennung gegen die Karosserie)
•     Service Disconnect (Bild 3) (Unterbrechung des Interlock (Brücke) und des Steuerstromkreises der Hauptschütze) (Bild 4)
•     Die Schutzrelais werden erst bei „Klemme 15 ein“ geschlossen, bei ausgeschalteter Zündung ist das System „im eingeschlafenen Zustand“ spannungslos.
•     Abschalten der Schutzrelais bei einem Crashsignal (Bild 5)
•     Abschalten der Schutzrelais bei Unterbrechung der 12 Volt-Bordnetzversorgung
•     Messung und Überwachung des Isolationswiderstandes der Hochvoltleitungen zueinander und gegen Fahrzeug-Masse
•     Galvanische Verbindung der Gehäuse aller HV-Komponenten mit der Fahrzeug-Masse (Potentialausgleich)
•     Kennzeichnung der HV-Komponenten
•     Anzeige im Display bei erfolgreich hergestellter Spannungsfreiheit (Bild 6)