Gefahr bei Stromfluss über PE

[Cybso]

Ich habe diesen Beitrag einmal aus Zeigt her eure Verteilungen ausgekoppelt, da er mit dem eigentlichen Thema nichts mehr zu tun hatte. Es geht um den Streit zwischen SKI und SKII im Verteiler und die daraus entstehenden Gefahren. Zur Referenz siehe #3634.

Die Zeit kommt daher, dass im Kurzschlussfall eine Spannungswaage entsteht uns somit 115V am Gehäuse eines SK1 Gerätes ansteht. Greift eine Normperson(1kOhm) dran fliessen 115mA.

Die 115V als mittlere Spannung irgendwo auf dem Weg von Phase zu Erde kann ich noch nachvollziehen, aber woher kommen die 115mA?

Wenn ein Mensch im Fehlerfall eine mit dem PE verbundene Maschine berührt, haben wir praktisch eine Parallelschaltung. Der Strom fließt einerseits über den Potentialausgleich zum Erder, andererseits durch den Menschen und das Gebäude. Das Verhältnis der Ströme ist also umgekehrt dem Verhältnis der Widerstände: R1/R2 = I2/I1.

Wir gehen hier davon aus, dass der Fehler im Verteiler auftritt, wir können also einen PE-Durchmesser von wenigstens 10mm² zur Erdung annehmen. Gehen wir von einer Länge von 2m aus, beträgt der Widerstand R1 bei Kupfer ca. 3*10^-3 Ohm. Der Widerstand des Normmenschen R2 ist nach deiner Auskunft mit 1kOhm, also 10^3 Ohm anzusetzen.

Der Verhältnis Rv = R1/R2 ist also 3*10^-3 / 10^3 = 3*10^-6.

Gesucht wird I2.

Nun ein bisschen Formelumwandlung:

I2/I1 = R1/R2 = Rv
I2 = Rv * I1 = Rv * (I - I2) = Rv * I - Rv * I2
I2 + Rv * I2 = I2 * (1+Rv) = Rv * I
I2 = (Rv * I) / (Rv + 1)

Mit I = 64A ergibt das also (64A * 3*10^-6) / (1 + 3*10^-6) = 0,00019A, also 0,19mA. Was ja auch dem ursprünglichen Zweck der SK-I entsprechen würde (bevor RCDs eingeführt wurden), nämlich dafür zu sorgen, dass der Strom direkt in die Erde und nicht durch den Menschen fließt.

Wo liegt hier mein Denkfehler?

Update: Siehe Beitrag #30. Der Denkfehler ist, dass I₁ und I₂ unbegrenzt sein können. Das sind sie natürlich nicht, sondern durch I=U/R vorgeben.

[larsrosen]

Der Mensch hängt parallel an 115v zu dem widerstand RLeitung halbe(da nur Rückweg)
bei 115v 1kohm macht 115V:1000ohm=0.115A

Das hat nix mit der Sicherung zu tun

[rosebud]

Man geht davon aus, daß in einem Fehlerfall, wo eine berührbare Stelle Verbindung mit einem Außenleiter hat, der Strom so groß ist, daß ein Leitungsschutzorgan schnellstens auslöst. Fehlerstellen haben einen ohmschen Widerstand, dadurch würde dort eine hohe thermische Leistung auftreten.

[Cybso]

Der Mensch hängt parallel an 115v zu dem widerstand RLeitung halbe(da nur Rückweg)
bei 115v 1kohm macht 115V:1000ohm=0.115A

Ja, eben: Parallel. Die 230V liegen ja nicht einfach in der Luft, sondern sind der Potentialunterschied zwischen Phase und Erder. Der Strom teilt sich also entsprechend der Widerstände in I1 (PE-Leitung zum PA) + I2 (Mensch+Gebäude) auf. Deswegen kann ich die 0,115A nicht nachvollziehen.

Man geht davon aus, daß in einem Fehlerfall, wo eine berührbare Stelle Verbindung mit einem Außenleiter hat, der Strom so groß ist, daß ein Leitungsschutzorgan schnellstens auslöst. Fehlerstellen haben einen ohmschen Widerstand, dadurch würde dort eine hohe thermische Leistung auftreten.

Was den tatsächlich fließenden Gesamtstrom hier ja noch einmal deutlich unter die angenommenen I = 64A drückt.

Edit: Ich schrob Unsinn. Siehe #30 und Update unter #1.

[larsrosen]

Die 115mA laufen über gehäuse Mensch Erder sternpunkt.

Der kurzschlussstrom über Gehäuse PE sternpunkt.

[Cybso]

Die 115mA laufen über gehäuse Mensch Erder sternpunkt.

Der kurzschlussstrom über Gehäuse PE sternpunkt.

Das ist eben der Punkt, den ich nicht nachvollziehen kann. "Mensch" hat einen sehr viel höheren Widerstand als "PE". Daher sollte nach I = I1+I2 nur ein minimaler Anteil des Gesamtstromflusses diesen Weg nehmen. Die 115mA würden nur zustande kommen, wenn der PE nicht geerdet ist (dann wäre aber auch 115V quatsch).

[Gast1961]

Der Mensch hängt parallel an 115v

Man sollte unterscheiden zwischen Potential und Spannung = Potentialdifferenz. Siehe Beitrag von tsb2001 https://knx-user-forum.de/forum/öffe...41#post1449641

Der Mensch im Haus hat keinen direkten Bezug zum entfernten Erdpotential am Trafohäuschen, sondern hat seine lokale Erde die über den Potentialausgleich angebunden ist. Und bezogen auf diese lokale Erde sind es keine 115V zwischen unterschiedlichen Punkten, die am Potentialausgleich angebunden sind.

Das ist eben der Punkt, den ich nicht nachvollziehen kann. "Mensch" hat einen sehr viel höheren Widerstand als "PE". Daher sollte nach I = I1+I2 nur ein minimaler Anteil des Gesamtstromflusses diesen Weg nehmen. Die 115mA würden nur zustande kommen, wenn der PE nicht geerdet ist (dann wäre aber auch 115V quatsch).

Das sehe ich genau so. Irgendwo steckt da noch eine Annahme drin, die wir übersehen.

[larsrosen]

Vielleicht ist meine Annahme ja auch quatsch....
Ich denk da nochmal in Ruhe drüber nach.

[rosebud]

Der Strom über den Mensch hängt nicht nur ab vom Widerstand der Finger, sondern auch von der Kapazität zur Umgebung. Es ist schwer vorstellbar, ein schutzgeerdetes fehlerhaftes Gerät mit einer Hand zu berühren und mit der anderen gleichzeitig z.B. eine metallene Wasserleitung.

[evolution]

Irgendwo steckt da noch eine Annahme drin, die wir übersehen.

Die Annahme U/2 bezieht sich auf den Spannungsteiler am Ende einer Leitung. So geht Lars imho davon aus, dass im Fehlerfall (bis eine Sicherung auslöst) die gesamte Spannung im Leiter abfällt, also zwischen L und PE. Diese Annahme wäre grundsätzlich richtig, da der spezifische Widerstand der Leiter (L & PE) im (Erd-)Kabel bis zur Trafo- oder Umspannstation identisch sind. Wie ich bereits anmerkte sehe ich in dieser Annahme allerdings die lokale Erdung nicht berücksichtigt. Hierdurch verändern sich das Verhältnis der Widerstände des PE-Leiters zum L-Leiter drastisch, weswegen der Spannungsabfall zwischen dem Schluss und der lokalen Erde geringer ausfällt als zum Außenleiter. Somit ist die Spannung beim Berühren des Traggerüsts (um beim ursprünglichen Beispiel zu bleiben) deutlich geringer als U/2. Dieser Potentialunterschied (und somit die Berührspannung) hängt immer von den lokalen Gegebenheiten ab und kann nicht pauschal beantwortet werden.

[larsrosen]

Da isses wieder:

https://www.elektropraktiker.de/ep-2...957e385f5a7957

[Gast1961]

Da isses wieder:
https://www.elektropraktiker.de/ep-2...957e385f5a7957

Die Annahme dort im Bild 1 ist aber, daß das Gehäuse der Waschmaschine auf dem Erdpotential des Trafohäuschen ist.

Dadurch habe ich 115V zwischen Waschmaschine und lokaler Erde - so jedenfalls der Artikel. Durch den Potentialausgleich in der Anlage wird aber genau das eigentlich verhindet. Im Artikel fehlt der Potentialausgleich.

[larsrosen]

Brrrrr, mir dreht sich schon alles.....

Der Kupferweg dürfte aber doch wesentlich niederohmiger sein als der Anlagenerder? Somit gilt doch wieder bei parallelschaltung der widerstandswert nahezu dem Kupferwiderstand.

[evolution]

Lars, schau Dir bitte mal das nachstehende Bild an:

Berührspannung mit-ohne PA.png

Der Fall 1 ist das, was in dem Artikel beschrieben ist. Die Berührspannung am Gehäuse beträgt U/2 = U₁

Im Fall 2 hingegen ist eine reale Gegebenheit dargestellt. Die Anlage hat eine lokale Erdung und über den PAS wird (vereinfacht) das Potential zur lokalen Erde hergestellt. Elektrisch verkürzt der PAS den PE-Leiter, wodurch sich der Spannungsabfall zwischen Gehäuse und Erde verringert. Bedeutet, dass der Spannungsabfall U₂ >> 115V ist und der Spannungsabfall U₃ << 115V. Nun kann man 2 unterschiedliche Annahmen treffen: Entweder das Erdpotential ist überall gleich, dann wäre U₄ = 0. Oder die lokalen Erdpotentiale sind voneinander unabhängig, dann ist U₃ = U₂ - U₄. Die Wahrheit liegt irgendwo dazwischen.

Es ist auf jeden Fall deutlich erkennbar, dass die Berührspannung (U₃) viel kleiner sein muss als U/2 (U₁). Nun klarer?

[Gast1961]

Brrrrr, mir dreht sich schon alles.....

Mir auch.

Ich glaube du hast Recht. Wir lassen den ganzen Weg zum Trafohäuschen weg und schauen nur innerhalb des Hauses. Als Bezugspunkt nehmen wir unsere lokale Erde bzw. unsere Potentialsausgleichsschiene.

Und wir nehmen an, daß das Netz uns beliebig hohe Ströme liefert kann.

Verbinden wir nun an der Waschmaschine das Gehäuse mit L, so ergibt sich alleine aufgrund der Leitungswiderstände in der Zuleitung vom Verteiler zur Waschine ein Spannungsteiler, der für hohe Spannung am Gehäuse sorgt. Immer unter der Annahme, daß das Netz so einen hohen Strom liefern kann. Das wären dann die 115V, wenn man einen 1:1 Teiler rechnet (L und PE) und dabei den N ignoriert.

Edit: Dabei ist unterstellt, daß die Netzspannung auch bei hoher Last stabil ist, also der Innenwiderstand der Quelle (Netz) sehr klein ist gegenüber unseren Leitungswiderständen im Haus. Und genau in dem Punkt weicht es ab von evolutions Skizze.