Spannungen von mehr als 50 V, die über die trockene, unverletzte menschliche Haut angelegt werden, können Herzflimmern verursachen, wenn sie in Körpergeweben elektrische Ströme erzeugen, die zufällig durch den Brustbereich fließen. Die Spannung, bei der die Gefahr eines Stromschlags besteht, hängt von der elektrischen Leitfähigkeit der trockenen menschlichen Haut ab. Lebendes menschliches Gewebe kann durch die isolierenden Eigenschaften der trockenen Haut bis zu einer Spannung von etwa 50 Volt vor Schäden geschützt werden. Wird dieselbe Haut nass, gibt es Wunden oder wird die Spannung an Elektroden angelegt, die die Haut durchdringen, dann können selbst Spannungsquellen unter 40 V tödlich sein.
Ein zufälliger Kontakt mit einer Hochspannung, die genügend Energie liefert, kann zu schweren Verletzungen oder zum Tod führen. Dies kann der Fall sein, wenn der Körper einer Person einen Pfad für den Stromfluss bildet, was zu Gewebeschäden und Herzversagen führt. Weitere Verletzungen können Verbrennungen durch den Lichtbogen sein, der durch den unbeabsichtigten Kontakt entsteht. Diese Verbrennungen können besonders gefährlich sein, wenn die Atemwege des Opfers betroffen sind. Verletzungen können auch durch die physischen Kräfte verursacht werden, denen Personen ausgesetzt sind, die aus großer Höhe fallen oder über eine beträchtliche Entfernung geschleudert werden.
Eine Exposition gegenüber Hochspannung mit geringer Energie kann harmlos sein, wie z. B. der Funke, der in einem trockenen Klima entsteht, wenn man einen Türknauf berührt, nachdem man über einen Teppichboden gelaufen ist. Die Spannung kann im Tausend-Volt-Bereich liegen, aber die durchschnittliche Stromstärke ist gering.
Zu den Standard-Vorsichtsmaßnahmen zur Vermeidung von Verletzungen gehört das Arbeiten unter Bedingungen, die verhindern, dass elektrische Energie durch den Körper fließt, insbesondere durch die Herzgegend, z. B. zwischen den Armen oder zwischen einem Arm und einem Bein. Bei Hochspannungsgeräten kann Strom zwischen zwei Leitern fließen, und der Körper kann den Stromkreis schließen. Um dies zu vermeiden, sollte der Arbeitnehmer isolierende Kleidung wie Gummihandschuhe tragen, isolierte Werkzeuge verwenden und vermeiden, die Geräte mit mehr als einer Hand gleichzeitig zu berühren. Ein elektrischer Strom kann auch zwischen dem Gerät und der Erdung fließen. Um dies zu verhindern, sollte der Arbeiter auf einer isolierten Fläche stehen, z. B. auf Gummimatten. Sicherheitsausrüstungen werden regelmäßig geprüft, um sicherzustellen, dass sie den Benutzer noch schützen. Die Prüfvorschriften sind von Land zu Land unterschiedlich. Prüffirmen können mit bis zu 300.000 Volt testen und bieten Dienstleistungen an, die von der Prüfung von Handschuhen bis hin zur Prüfung von Hubarbeitsbühnen (EWP) reichen.
VerteilungBearbeiten
Bei Kontakt mit oder aus nächster Nähe zu Leitungsleitern besteht die Gefahr eines Stromschlags. Der Kontakt mit Freileitungen kann zu Verletzungen oder zum Tod führen. Metallleitern, landwirtschaftliche Geräte, Bootsmasten, Baumaschinen, Antennen und ähnliche Gegenstände sind häufig in tödlichen Kontakt mit Freileitungen verwickelt. Auch unbefugte Personen, die auf Strommasten oder elektrische Geräte klettern, werden häufig Opfer von Stromschlägen. Bei sehr hohen Übertragungsspannungen kann sogar eine Annäherung aus der Nähe gefährlich sein, da die Hochspannung einen großen Luftspalt überbrücken kann.
Das Graben nach einem erdverlegten Kabel kann für die Arbeiter an einer Ausgrabungsstelle ebenfalls gefährlich sein. Grabungsgeräte (entweder Handwerkzeuge oder maschinell betriebene Geräte), die ein erdverlegtes Kabel berühren, können die Rohrleitungen oder den Boden in diesem Bereich unter Strom setzen, was zu einem Stromschlag für die Arbeiter in der Nähe führen kann. Eine Störung in einer Hochspannungsleitung oder einem Umspannwerk kann dazu führen, dass hohe Ströme entlang der Erdoberfläche fließen, was einen Anstieg des Erdpotenzials zur Folge hat, der ebenfalls die Gefahr eines Stromschlags birgt.
Bei Hoch- und Höchstspannungsleitungen verwendet speziell geschultes Personal die Technik der „stromführenden Leitung“, um den direkten Kontakt mit unter Spannung stehenden Geräten zu ermöglichen. In diesem Fall ist der Arbeiter elektrisch mit der Hochspannungsleitung verbunden, aber gründlich von der Erde isoliert, so dass er sich auf dem gleichen elektrischen Potential befindet wie die Leitung. Da die Ausbildung für solche Arbeiten langwierig ist und eine Gefahr für das Personal darstellt, werden nur sehr wichtige Übertragungsleitungen unter Spannung gewartet. Außerhalb dieser ordnungsgemäß ausgeführten Situationen ist die Isolierung von der Erde keine Garantie dafür, dass kein Strom zur Erde fließt, da eine Erdung oder ein Lichtbogen zur Erde auf unerwartete Weise auftreten kann, und Hochfrequenzströme können sogar eine nicht geerdete Person verbrennen. Die Berührung einer Sendeantenne ist aus diesem Grund gefährlich, und eine Hochfrequenz-Teslaspule kann einen Funken mit nur einem Endpunkt aufrechterhalten.
Schutzeinrichtungen an Hochspannungsleitungen verhindern in der Regel die Bildung eines unerwünschten Lichtbogens oder sorgen dafür, dass er innerhalb von zehn Millisekunden gelöscht wird. Elektrische Geräte, die Hochspannungsstromkreise unterbrechen, sind so konzipiert, dass sie den entstehenden Lichtbogen sicher ableiten, so dass er sich ohne Schaden auflöst. Hochspannungsunterbrecher verwenden oft einen Luftstoß unter hohem Druck, ein spezielles dielektrisches Gas (wie SF6 unter Druck) oder das Eintauchen in Mineralöl, um den Lichtbogen zu löschen, wenn der Hochspannungsstromkreis unterbrochen wird.
Die Verdrahtung in Geräten wie Röntgengeräten und Lasern erfordert Sorgfalt. Der Hochspannungsteil wird räumlich von der Niederspannungsseite entfernt gehalten, um die Möglichkeit der Bildung eines Lichtbogens zwischen beiden zu verringern. Um Koronalverluste zu vermeiden, werden die Leiter so kurz wie möglich und frei von scharfen Spitzen gehalten. Wenn sie isoliert sind, sollte die Kunststoffummantelung frei von Luftblasen sein, die zu koronalen Entladungen innerhalb der Blasen führen.
Elektrostatische GeneratorenBearbeiten
Eine hohe Spannung ist nicht unbedingt gefährlich, wenn sie keinen nennenswerten Strom liefern kann. Obwohl elektrostatische Maschinen wie Van-de-Graaff-Generatoren und Wimshurst-Maschinen Spannungen von annähernd einer Million Volt erzeugen, geben sie nur einen kurzen Stich ab. Das liegt daran, dass die Stromstärke gering ist, d. h. dass sich nur relativ wenige Elektronen bewegen. Diese Geräte verfügen über eine begrenzte Menge gespeicherter Energie, so dass der durchschnittlich erzeugte Strom gering ist und in der Regel nur kurz anhält, mit Impulsen, die für eine Nanosekunde Spitzenwerte im Bereich von 1 A erreichen.
Die Entladung kann eine extrem hohe Spannung über sehr kurze Zeiträume beinhalten, aber um Herzflimmern zu erzeugen, muss eine elektrische Stromversorgung einen signifikanten Strom im Herzmuskel erzeugen, der über viele Millisekunden anhält, und eine Gesamtenergie im Bereich von mindestens Millijoule oder höher abgeben. Relativ hohe Ströme mit mehr als fünfzig Volt können daher medizinisch bedeutsam und potenziell tödlich sein.
Bei der Entladung legen diese Geräte nur für ein Millionstel einer Sekunde oder weniger Hochspannung an den Körper an. Es wird also für eine sehr kurze Zeit ein niedriger Strom angelegt, und die Anzahl der beteiligten Elektronen ist sehr gering.
Tesla-SpulenBearbeiten
Trotz der oberflächlichen Ähnlichkeit von Tesla-Spulen mit Van-de-Graaff-Generatoren sind sie keine elektrostatischen Maschinen und können kontinuierlich erhebliche Hochfrequenzströme erzeugen. Der Strom, der einem menschlichen Körper zugeführt wird, ist relativ konstant, solange der Kontakt aufrechterhalten wird, anders als bei elektrostatischen Maschinen, die im Allgemeinen länger brauchen, um Ladungen aufzubauen, und die Spannung ist viel höher als die Durchbruchspannung der menschlichen Haut. Folglich kann die Leistung einer Teslaspule gefährlich oder sogar tödlich sein.
Gefahr des LichtbogensBearbeiten
Abhängig vom voraussichtlichen Kurzschlussstrom in einer Schaltanlage besteht für das Wartungs- und Betriebspersonal eine Gefahr durch die Möglichkeit eines Lichtbogens hoher Intensität. Die maximale Temperatur eines Lichtbogens kann 10.000 Kelvin überschreiten, und die Strahlungshitze, die sich ausbreitende heiße Luft und die explosive Verdampfung von Metall und Isoliermaterial können bei ungeschützten Arbeitern zu schweren Verletzungen führen. Solche Schaltanlagen und energiereiche Lichtbogenquellen sind häufig in Umspannwerken und Kraftwerken von Stromversorgern, Industrieanlagen und großen Gewerbegebäuden anzutreffen. In den Vereinigten Staaten hat die National Fire Protection Association einen Leitfaden NFPA 70E zur Bewertung und Berechnung der Lichtbogengefahr veröffentlicht und Normen für die Schutzkleidung festgelegt, die für Elektroarbeiter erforderlich ist, die solchen Gefahren am Arbeitsplatz ausgesetzt sind.
ExplosionsgefahrBearbeiten
Auch Spannungen, die nicht ausreichen, um Luft zu zersetzen, können genügend Energie liefern, um Atmosphären zu entzünden, die brennbare Gase oder Dämpfe oder Schwebestaub enthalten. Zum Beispiel können Wasserstoffgas, Erdgas oder mit Luft vermischte Benzin-Dämpfe durch Funken, die von elektrischen Geräten erzeugt werden, entzündet werden. Beispiele für Industrieanlagen mit gefährlichen Bereichen sind petrochemische Raffinerien, Chemiewerke, Getreidesilos und Kohlebergwerke.
Maßnahmen zur Verhinderung solcher Explosionen sind unter anderem:
- Eigensicherheit durch die Verwendung von Geräten, die so konstruiert sind, dass sie nicht genügend gespeicherte elektrische Energie ansammeln, um eine Explosion auszulösen
- Erhöhte Sicherheit, die für Geräte gilt, die Maßnahmen wie ölgefüllte Gehäuse zur Verhinderung von Funkenbildung verwenden
- Explosionssichere (flammensichere) Gehäuse, die so konstruiert sind, dass eine Explosion innerhalb des Gehäuses nicht entweichen und eine umgebende explosionsfähige Atmosphäre entzünden kann (diese Bezeichnung bedeutet nicht, dass das Gerät eine innere oder äußere Explosion überstehen kann)
In den letzten Jahren haben sich die Normen für den Explosionsschutz in der europäischen und nordamerikanischen Praxis angeglichen. Das „Zonen“-Klassifizierungssystem wird jetzt in modifizierter Form im U.S. National Electrical Code und im Canadian Electrical Code verwendet. Eigensichere Geräte sind jetzt für die Verwendung in nordamerikanischen Anwendungen zugelassen.
Toxische GaseEdit
Elektrische Entladungen, einschließlich Teilentladungen und Korona, können kleine Mengen toxischer Gase erzeugen, die in einem geschlossenen Raum eine Gesundheitsgefahr darstellen können. Zu diesen Gasen gehören Oxidationsmittel wie Ozon und verschiedene Stickstoffoxide. Sie sind leicht an ihrem charakteristischen Geruch oder ihrer Farbe zu erkennen, so dass die Kontaktzeit minimiert werden kann. Stickstoffoxid ist unsichtbar, hat aber einen süßlichen Geruch. Es oxidiert innerhalb weniger Minuten zu Stickstoffdioxid, das je nach Konzentration eine gelbe oder rötlich-braune Farbe hat und nach Chlorgas wie ein Schwimmbad riecht. Ozon ist unsichtbar, hat aber einen stechenden Geruch wie die Luft nach einem Gewitter. Es ist eine kurzlebige Spezies und zerfällt bei normalen Temperaturen und atmosphärischem Druck innerhalb eines Tages zur Hälfte in O
2.
BlitzEdit
Zu den Gefahren durch Blitze gehört natürlich der direkte Einschlag in Personen oder Sachen. Blitze können aber auch gefährliche Spannungsgefälle in der Erde sowie einen elektromagnetischen Impuls erzeugen und ausgedehnte Metallobjekte wie Telefonkabel, Zäune und Rohrleitungen auf gefährliche Spannungen aufladen, die viele Kilometer vom Ort des Einschlags entfernt sein können. Obwohl viele dieser Gegenstände normalerweise nicht leitfähig sind, kann eine sehr hohe Spannung den elektrischen Durchschlag solcher Isolatoren bewirken, so dass sie wie Leiter wirken. Diese übertragenen Potenziale sind für Menschen, Vieh und elektronische Geräte gefährlich. Blitzeinschläge lösen auch Brände und Explosionen aus, die zu Todesfällen, Verletzungen und Sachschäden führen. So werden beispielsweise jedes Jahr in Nordamerika Tausende von Waldbränden durch Blitzeinschläge ausgelöst.
Maßnahmen zur Blitzkontrolle können die Gefahr verringern; dazu gehören Blitzableiter, Abschirmungsdrähte und die Verbindung von elektrischen und strukturellen Gebäudeteilen zu einer durchgehenden Umhüllung.