Schutz gegen Berührungsspannungen: Schutzmaßnahmen gegen elektrische Unfälle durch Berührungsspannungen in Niederspannungsanlagen

372 Pages·1958·12.747 MB·German

by  Wilhelm Schrank (auth.)

Schutz gegen
Beriihrungsspannungen
SchutzmaBnahmen gegen elektrische Unfiille
durch Beriihrungsspannungen in
Niederspannungsanlagen
Von
Wilhelm Schrank
Oberingenieur
Berliner Kraft- und Licht-(BEWA G) Akt.-Ges.
Dritte iiberarbeitete Auflage
Mit 257 Ahhildungen
Springer-Verlag
Berlin / Gottingen / Heidelberg
1958
Aile Rechte,
insbesondere das der "Obersetzung in fremde Sprachen, vorbehalten
Ohne ausdruckliche Genehmigung des Verlages ist es auch nicht gestattet.
dieses Buch oder Teile daraus auf photomechanischem Wege
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Copyrirht 1952 by Springer.Verlag OHG., Berlin/Gottingen/Heidelberg
ISBN· 13: 978·3·642·49056·9 e·ISBN·13: 978·3·642·92748·5
DOl: 10.1007/978·3·642·92748·5
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Softcover reprint ofthe hardcover 1s t edition 1958
DIe Wiedergabe von Gebrauchsnamen. Handelsnamen. Warenbezelchnungen nsw.
in diesem Buche berechtlgt auch ohne besondere Kennze!chnung nicht zn der An
nahme, daD solche Namen 1m Sinne der Warenzelchen· und JlIarkenschutz·Gesetz
gebnng als fre! zn betrachten waren nnd daher von jedermann benutzt werden dllrften
Vorwort zur dritten Auflage
Die dritte Auflage des Buches steht im Zeichen der Dberarbeitung
der dem Buche zum Teil zugrunde liegenden "Leitsatze fUr Schutz
maBnahmen in Starkstromanlagen mit Betriebsspannungen unter
1000 V VDE 0140/1932" und der Eingliederung in die "Bestimmungen
fur das Errichten von Starkstromanlagen mit N ennspannungen unter
1000 V VDE 0100/11. 58" und somit zur Erhebung zu Vorschriften1•
Ich konnte mich nicht entschlieBen, aIle Abschnitte des Buches
.allein auf die neuen Vorschriften abzusteIlen, weil die Vorschriften keine
ruckwirkende Kraft haben und somit Millionen von Anlagen unter den
.alten Bestimmungen weiter in Betrieb bleiben, so daB bei der Beurteilung
von Unfallen und Fehlerquellen auf die alten Bestimmungen zuruck
gegriffen werden muB. Ich habe es deshalb fur richtiger gehalten, die
fraglichen Abschnitte so zu erganzen, daB neben den alten Bestimmungen
.auch die neuen Vorschriften aufgenommen sind und hoffe, damit eine
Synthese gefunden zu haben, die es dem Leser ermoglicht, trotzdem
eindeutige Schlusse zu ziehen. Diese etwas doppelseitige Darstellung
wurde auch von Sachverstandigen gutgeheiBen, weil es oftmals darauf
.ankommt, Falle zu untersuchen und zu beurteilen, in denen die Schutz
maBnahmen nach den Bestimmungen angewendet wurden, die im Zeit
punkt der Errichtung der Anlage gultig waren. Wo aber grundlegende
Anderungen der VDE-Vorschriften eingetreten sind, habe ich diese
Abschnitte neu bearbeitet. Hierzu gehoren, z. B. die Abschnitte Schutz
isolierung, Schutztrennung, Verwendung von Kabelmanteln als Null
leiter, Fehlerstromschutzschaltung, Prufung von SchutzmaBnahmen,
Erdungen in Transformatorenstationen und InstaIlationen in Bade-
1 Zur Zeit der Drucklegung des Buches stand Paragraphenfolge und Inkraft
setzungstermin der V orschriften noch aus. 1m Buche konnten deshalb die Vor
schriften nicht paragraphenmiiBig angezogen werden, sondern sind nur mit
VDE 0100/ ... 58 gekennzeichnet. Auch sind inzwischen noch geringfugige
Anderungen eingetreten, die im Buche unberucksichtigt bleiben muBten. Yom
VDE ist vorgesehen, diese Vorschriften ab 1. 11. 1958 in Kraft und gleich
zeitig u. a. den § 3 von VDE 0100/5.57 Bowie VDE 0140/1932 auBer Kraft zu
setzen mit der MaBgabe, daB in Bau befindliche und geplante Anlagen noch
ein Jahr nach dem Inkraftsetzungstermin nach den alten Bestimmungen fertig
gestellt werden k6nnen.
IV V orwort zur ersten Auflage
raumen. An einigen Stellen wurden die letztenErfahrungen berueksieh
tigt und in den Stoff eingegliedert, so z. B. die statistisehen Angaben
uber elektrisehe Unfalle dureh Naehkriegsuntersuehungen erganzt. Das
Sehrifttumsverzeiehnis wurde ebenfalls erganzt, so daB es als fast
vollstandig angesehen werden kann.
Aueh bei der Bearbeitung dieser Auflage haben mieh eine Reihe
von Kollegen, besonders aus der VDE-Komniission 0l00, dureh An
regungen wirksam unterstutzt, wofUr ieh mieh an dieser Stelle bestens
bedanke. Mein besonderer Dank gilt den aufmerksamen Lesem der
zweiten Auflage, die mieh freundlieherweise nieht nur dureh Anregungen
unterstutzten, sondem mieh aueh auf die Riehtigstellung einiger nun
mehr abgestellter Unebenheiten hingewiesen haben. Aueh dem Verlag
danke ieh fUr die gute Zusammenarbeit und fur die vorzugliehe Aus
stattung des Buehes. Mage nun aueh die dritte Auflage bei allen Lesem
die Aufnahme finden, die dem Buche im Interesse der Unfallverhutung
zu wunsehen ware.
Berlin-Heiligensee, den 3. Oktober 1958
w. Schrank
Vorwort zur ersten Auflage
Im vorliegenden Bueh sind die Erfahrungen einer mehr als zehn
jahrigen Praxis auf dem Gebiete des Beruhrungsspannungssehutzes
niedergelegt. Es ist sowohl fUr den planenden und ausfUhrenden Ingenieur
als aueh fUr den Abnahme- und Revisionsbeamten elektriseher Nieder
spannungsanlagen gesehrieben. Die Einteilung und Behandlung des
Stoffes ist so gewahlt, daB es aueh dem Betriebsingenieur als Naeh
sehlagewerk und dem Ingenieurstudenten zur EinfUhrung in das Wesen
des Beruhrungsspannungssehutzes dienen kann. Daruber hinaus solI es
aber aueh dem Praktiker die Gesiehtspunkte vermitteln, auf die es bei
der Anwendung von SehutzmaBnahmen gegen gefahrliehe Beruhrungs
spannungen ankommt. Aus diesem Grunde ist bewuBt auf exakte mathe
matisehe Ableitungen verziehtet und auf einfaehste Darstellungen Wert
gelegt worden. Auf diese Weise solI die Teehnik des Beruhrungsspan
nungssehutzes weitesten Kreisen zuganglieh gemaeht und das Interesse
fUr dieses wiehtige, oft aber untersehatzte und vemaehlassigte Teilgebiet,
der Installationsteehnik geweekt werden, um der Unfallverhutung zu
dienen.
Wenn aueh der Anteil der elektrisehen Unfalle an der Gesamt
unfallziffer gering ist und sieh aueh kaum eine Energieform in groBem
Umfange ohne Gefahren beherrsehen oder verteilen laBt, so muB dock
Vorwort zur zweiten Auflage v
alles getan werden, die Gefahren auf ein MindestmaB zu senken. DaB
die VDE-miiBigen SchutzmaBnahmen hierzu geeignet sind, sofern sie
den ortlichen Betriebs- und Netzverhiiltnissen angepaBt und gewissen
haft durchgefUhrt werden, kann als erwiesen angesehen werden. Leider
werden die SchutzmaBnahmen oftmals nicht mit der notigen Sorgfalt
durchgefUhrt, so daB mit der Moglichkeit elektrischer Unfiille zu rechnen
ist. Hier soIl nun das Buch helfend eingreifen, denn es muB einmal ge
lingen, durch richtige Anwendung der SchutzmaBnahmen die Elektrizitiit
in einer gefahrloscn Form dem Verbraucher und insbesondere dem
Arbeiter in Industrie, Gewerbe und Landwirtschaft zur VerfUgUng zu
stellen, so daB elektrische Unfiille durch Beriihrungsspannungen ver
mieden werden. Es gehort somit zu den vornehmsten Aufgaben des
Ingenieurs, dem Arbeiter sein wertvollstes Gut - seine Arbeitskraft -
zu erhalten.
Ich mochte nicht verfehlen, den Firmen, Behorden und Organisa
tionen, die mir das erforderliche Material bereitwillig zur Verfiigung
stellt en, auch an dieser Stelle meinen Dank auszusprechen. Insbesondere
danke ich den Herren Direktor Dr.-Ing. E. KROHNE, Direktor Dr.-Ing.
E. SCHULZE und Oberingenieur H. WEBER von der Berliner Kraft- und
Licht-(BEWAG) Akt.-Ges. fUr die wertvolle Unterstiitzung, die mir bei
der Abfassung des Buches zuteil wurde. Auch dem Verlage danke ich
fUr sein Entgegenkommen und fiir die gute Ausstattung des Buches.
Berlin-Heiligensce, den 20. Miirz 1941
w. Schrank
Vorwort zur zweiten Auflage
"Selten ist ein Buc:h dem Bediirfnis so entgegengekommen wie das
jenige tiber den Schutz gegen Bc:riihrungsspannungen." Mit diesen
Wortcn begriiBte Mag.-Baurat Dipl.-Ing. H. WENDEL in del' ETZ Bd. 63
S. 478 die erste Auflage. Auc:h Oberingenieur K. ALVENSLEBEN t (Elek
trotec:hn. Ber. Bd. 21 S.333) und Direktor Dr.-Ing. H. FREIBERGER
(Elektrizitiitswirtsch. Bd. 41 S. 522), zwei hervorragende Fachleute auf
dem Gebiete des elektrisc:hen Unfalls, begriiBten mit del' Herausgabe
des Buc:hes die Sc:hlieBung der bisherigen Liicke im Fachsc:hrifttum.
Diese Beurteilungen fanden ihre Bestiitigung in zahlreic:hen mir zu
gegangenen Zusc:hriften und VOl' allem in der Tatsache, daB sc:hon
einige Monate nach Ersc:heinen des Buc:hes sich eine zweite Auflage
als notwendig envies.
Die giinstige Aufnahme des Buc:hes ist wahrsc:heinlic:h nicht zuletzt
darauf zuriic:kzufUhren, daB sic:h das Buch auf den wissenschaftlichen
Untersuchungen von Professor Dr.-Ing. O. LOBL aufbaut, del' mit seinem
VI Vorwort zur zweiten Auflage
Buche "Erdung, Nullung und Schutzschaltung", Springer-Verlag, Berlin
1933, erstmalig den SchutzmaBnahmen die wissenschaftlichen Grund
lagen gegeben hat. Zu meinem groBten Bedauern war mir bei Abfassung
der ersten Auflage unter den seinerzeitigen Umstiinden ein namentlicher
Hinweis auf diese wissenschaftlichen Arbeiten nicht moglich. Ich bitte
deshalb urn Nachsicht, daB ich erst anliiBlich der zweiten Auflage an
dieser Stelle die grundlegenden wissenschaftlichen und schopferischen
Arbeiten von Professor Dr. LOBL wiirdigen kann.
Mit Riicksicht auf die erhaltenen Zuschriften, aus denen besonders
die starke Beachtung des Abschnittes iiber die SchutzmaBnahmen in
der Praxis hervorging, habe ich in der zweiten Auflage diesen Abschnitt
erweitert. Abgesehen von der Dberarbeitung der schon vorhandenen
Unterabschnitte iiber Fehlerquellen und Sonderfiille sind noch drei
neue Unterabschnitte iiber den Schutz von Elektrowerkzeugen, iiber
SchutzmaBnahmen an Elektrodenwiirmegeriiten und iiber die Verhiitung
elektrischer Viehunfalle aufgenommen. Dariiber hinaus ist der letzte
Abschnitt iiber die Beriicksichtigung der SchutzmaBnahmen bei der
Planung elektrischer Anlagen durch Projektierungsbeispiele aus der
Praxis wesentlich erweitert. Von diesem Abschnitt ist zu erwarten,
daB er den projektierenden Techniker iiberzeugt, daB grundsiitzlich
schon bei der Planung elektrischer Anlagen der Beriihrungsspannungs
schutz zn beriicksichtigen ist, so daB Gefahrenquellen als auch spiitere
Umgestaltungen, die einen erhohten Aufwand an Materialund Arbeits
kraften erfordern, vermieden werden. Die Differentialschutzschaltung,
die bei Drucklegung der ersten Auflage noch in der Entwicklung stand,
ist nunmehr anwendungsfiihig. In Anbetracht der groBen Bedeutung,
die der Differentialschutzschaltung als SchutzmaBnahme gegen Per
sonen- und Sachschiiden zukommen wird, ist der diesbeziigliche Ab
schnitt weiter ausgebaut worden. AuBer diesen Erweiterungen wurden
an einzelnen Stellen noch Unebenheiten beseitigt und Ergiinzungen
vorgenommen, jedoch keine grundlegenden Anderungen durchgefiihrt.
Das Schrifttumsverzeichnis wurde auf den gegenwiirtigen Stand ge
bracht.
In der nunmehr vorliegenden zweiten Auflage wird das Gebiet der
SchutzmaBnahmen gegen gefahrliche Beriihrungsspannungen in An
lehnung an die gegenwiirtig giiltigen VDE-Vorschriften und die wissen
schaftlichen Untersuchungen namhafter Fachleute, wie K. ALVENS
LEBEN t, Dr. FREIBERGER, Dr. KOEPPEN und Dr. LOBL, nach dem
neuesten Stand der Technik und Forschung und unter Auswertung
langjiihriger Berufserfahrungen umfassend behandelt. Die iiberaus zahl
reichen Anregungen von der Industrie, den Behorden, Elektrizitiits
werken, vielen Technikern und Praktikern wurden sorgfiiltigst bearbeitet
und sinnfiillig in den Stoff eingegliedert.
Vorwort zur zweiten Auflage VII
Es ist mir eine angenehme Pflicht, auch an dieser Stelle allen Fach
genossen, Behorden und Firmen zu danken, die meine Arbeit durch
Anregungen wirksam unterstiitzten. Fiir die Dberlassung wertvoller
Untersuchungsvorgange bin ich den Siemens-Schuckert-Werken, der
Allgemeinen Elektricita ts-Gesellschaft, dem Rheinisch-Westfalischen
Elektrizitatswerk, den Hamburgischen Electricitats-Werken und dem
friiheren Markischen Elektrizitatswerk zu Dank verpflichtet. Ferner
haben mich eine Reihe meiner Werkskollegen von der Berliner Kraft
und Licht- (BEWAG) Akt.-Ges., insbesondere Herr HANS JANKE, durch
Dbernahme der Zeichenarbeiten bei der Bearbeitung der zweiten Auf
lage giitigst unterstiitzt. Weiterhin sind mir meine persanlichen Mit
arbeiter, Frau DORA STEINACKER t und Frau RUTH BORK, sehr behilflich
gewesen. Ihnen allen sei auch an dieser Stelle bestens gedankt. Mein
besonderer Dank gebiihrt dem Verband Deutscher Elektrotechniker
und der Berufsgenossenschaft fUr Feinmechanik und Elektrotechnik,
die sich fUr die Verbreitung des Buches einsetzten und sich auch urn
das Zustandekommen der zweiten Auflage auBerordentlich bemiiht
haben.
1m Einvernehmen mit dem Verlag R. Oldenbourg hat der Springer
Verlag die Herausgabe dieser Auflage iibernommen. Ich danke ihm
fUr seine Bereitwilligkeit und fUr die gute Ausstattung des Buches.
Fiir mich als Verfasser war die Feststellung erfreuIich, daB das
Buch auch bei den Praktikern den gewiinschten Eingang gefunden hat.
Von diesem Wunsch war auch die Abfassung des Buches getragen;
denn es solI ja ein Buch sein, das sich unmittelbar an den Praktiker
wendet und in seiner Vorstellungswelt und Verstandnisebene bleibt. So
soll dann auch die zweite Auflage als ein Buch herausgehen, das nicht
nur seinen Platz in Biichereien, sondern vor aHem in der Hand des
schaffenden Praktikers finden mage.
Berlin-Heiligensee, den 27. Januar 1952
W. Schranl{
Inhaltsverzeichnis
I. Allgemeine Grundlagen des BerUhrungsspannungsschutzes Seite
A. Statistik elektrischer Unfalle . . 1
1. Statistik der Berufsgenossenschaften . . . . . . . . . . . . .. 1
2. Statistik der Elektrizitatswerke . . . . . . . . . . . . . . .. 3
B. Wann ist der elektrische Strom fUr den Menschen gefahrlich? 8
1. Verbrennungen ... : . . . . . . . . . . . 8
2. Einwirkung des Stromes auf das Herz . . . . 10
3. Einwirkung des Stromes auf das Nervensystem 12
4. Individuelle Veranlagung . . . . . . . . . . 12
C. Elektrischer Widerstand des menschlichen Korpers 13
D. Welche Spannung ist fiir den Menschen gefahrlich? 16
E. Beriihrungsspannung .".. . . . . . . . . . . . . . 18
1. Begriffserklarung, tJbergangswiderstand des Standortes .. 18
2. Messung det Beriihrungsspannung und des Standort-tJbergangswider-
standes . . . . . . . . 22
3. Praktische MeBergebnisse 25
F. Netzverhaltnisse. . . . 29
1. Allgemeines . . . . . . 29
2. Netze mit geerdetem Netzpunkt . 30
Nulleiternetze S. 30. - Netze ohne Nulleiter S. 31
3. Netze ohne geerdeten Netzpunkt. . . . . . 32
Netzsysteme mit Durchschlagsicherungen S.32. - Netzsysteme
ohne Durchschlagsicherungen S. 34
G. tJberstromschutzorgane . . . . 35
1. Arten der tJberstromschutzorgane 36
2. Abschaltstrom und Abschaltzeiten 36
H. Erdungswiderstand; . . . . . . 40
1. Begriffserklarungen. . . . . . . 40
Erder und Erdungsleitungen S. 40. - Potential-und Stromverteilung
im Erdreich S. 41. - Sperrflache (Spannungstrichter) der Erder S. 42
- Elektrischer Widerstand des Erders S. 44
2. Messung des Erdungswiderstandes . . . . . . . . . . . . . . . . 45
Allgemeine Gesichtspunkte S.45. - MeBverfahren mittels Strom
und Spannungsmessung S. 46. - Schrittspannung S. 49. - Sicher
heitsmaBnahmen S. 50. - MeBverfahren mit ErdungsmeBbriicken
S.51
Inhaltsverzeichnis IX
Seite
3. Beurteilung des Erdungswiderstandes. . . . . . . . . . . . .. 55
Spezifischer Widerstand des Erdreichs S. 56. - Vorausberechnung
der Erder S.57. - Abmessungen der Erder, Mehrfacherder S.59. -
Erdberiihrungsflache der Erder S. 61. - Veranderung des Erdungs
widerstandes S. 62. - Trankerder S. 63. - Gefahrenzone der Erder
S.64.
4. Rohrnetze als Erder . . . . . . . . . . . . . . 66
MeBschwierigkeiten S. 66. - Dbergangswiderstande S. 67.
Praktische MeBergebnisse S. 69
J. Auftreten von Beriihrungsspannungen 72
1. Anforderungen an elektrische Gerate . 72
2. Allgemein auftretende FaIle 72
3. Besondere FaIle . 74
II. Die Schutzmallnahmen
A. Allgemeine Anwendungsbedingungen 76
1. Aufgabe. . . . . . . . . . 76
2. Anwendungsbereich. . . . . 77
3. Arten und Zweckbestimmung 81
B. Kleinspannung . 82
1. Wirkungsweise 82
2. Anwendung . . 82
3. Bedingungen. . 83
Schutztransformatoren S.83. - Umformer S.85. - Akkumula
toren S. 85. - Kleinspannungsstromkreis S. 86
4. Anwendungsgrenze 86
5. Beurteilung . . . 86
C. Schutzisolierung . 87
1. Wirkungsweise 87
2. Anwendung . . . 87
3. Bedingungen. . . 88
Isolierstoffgerate S. 88. Isolierung des Standortes S. 91.
Entziehung der Beriihrung S. 93
4. Anwendung8grenze . 9J
5. Beurteilung . . £4
D. Schutztrennung 95
1. Wirkungsweise 95
2. Anwendung . . 95
3. Bedingungen. . 95
4. Anwendungsgrenze 96
5. Beurteilung . 97
E. Schutzerdung 97
1. Wirkungsweise 97
2. Anwendung . 97
3. Bedingungen . 97
Allgemeine Erdungsbedingungen S.97. - Erdungsbedingungen in
Netzen ohne geerdeten Netzpunkt S. 99. - Erdungsbedingung in
Netzen mit geerdetem Netzpunkt S. 102. - Betriebserdung S. 102.
Schutzerdung S. 107
x
Inhaltsverzeichnis
Seite
4. Vergleich der Erdungsbemessungsformeln . . . . . . . . . . .. 115
5. Begrenzte Anwendung der Schutzerdung bei Verwendung von Einzel·
erdern ............................. 116
6. Erweiterte Anwendung der Schutzerdung bei Verwendung von Wasser·
rohrnetzen und Kabelbleimiinteln . . . . . . . . . . . . . . . . 118
7. Priifung der Schutzerdung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
Priifung durch Messung und Feststellung der Wirksamkeit S. 120. -
Schleifenwiderstandsmellgeriite S. 122
8. Beurteilung der Schutzerdung 126
F. Nullung. . . . 127
1. Wirkungsweise 127
2. Anwendung . 128
3. Bedingungen. 128
Allgemeine Bedingungen S. 128. - Erste Nullungsbedingung S. 128.
- Zweite Nullungsbedingung S.135. - Dritte Nullungsbedingung
S. 138. - Erfiillung der Nullungsbedingungen durch Stations· Schutz·
schalter S. 142. - Erfiillung der Nullungsbedingungen durch Haus·
anschlull·Schutzschalter S. 153
4. Kabelmiintel aIs Nulleiter. . . . . . . . . . . 11)5
Bleimantel S. 155. - Aluminiummiintel S. 158
5. Verbindung von Wasserrohren mit dem Nulleiter 159
6. Priifung der N ullung . . . . . 161
7. Anwendungsgrenze der Nullung 161
8. Beurteilung der Nullung 162
G. Schutzleitungssystem 162
1. Wirkungsweise 162
2. Anwendung . . . . 163
3. Bedingungen. . . . 164
Schutzleitungssystem mit Isolationskontrolle S. 164. Schutz·
leitungssystem ohne Isolationskontrolle S. 168. - Schutzleitungs·
system mit Netzpunkt verbunden S. 169
4. Priifung des Schutzleitungssystems. 169
5. Anwendungsgrenze . . . . . . . . 169
6. Beurteilung . . . . . . . . . . . 169
H. Fehlerspannungssch u tzschaItu n g 170
1. EntwickIung und Wirkungsweise. 170
2. Anwendllng . . . . . . . . . . 172
3. Bedingungen. . . . . . . . . . 172
Allgemeine Bedingungen S.172. - Schutzschaltung bei von Erde
isolierten Anlagenteilen S. 173. - Schutzschaltung geerdeter Anlagen.
teile S. 176
4. Priifung der Schutzschaltung . . . . . 186
5. Anwendungsgrenzen der Schutzschaltung 188
6. Beurteilung der Schutzschaltllng . 189
J. Fehlerstromschutzschaltung. . 191
1. Entwicklung und Wirkungsweise. 191
2. Der Fehlerstromschutzschalter . 194
3. Anwendung . 196
4. Bedingungen. . . . . . . . . 197