Hintergrundwissen zu den Grenzwerten

Die menschlichen Reaktionen auf elektrischen Strom sind von der Stärke und der Dauer des Stroms, der durch den Körper fließt, sowie dem Stromweg abhängig und reichen von schwacher Wahrnehmung bis zum tödlichen Ausgang durch die Unterbrechung der normalen Herzaktion. Zur Beurteilung einer möglichen Gefährdung bei einer Körperdurchströmung gelten folgende Schwellen, die auf unterschiedlichen physiologischen Wirkungen beruhen. Die Schwellenwerte sind von der Berührungsfläche, dem Feuchtigkeitszustand und individuellen physiologischen Eigenschaften der Person abhängig Die Erläuterung der Schwellenwerte wird im Folgenden gegeben:

Wahrnehmungsschwelle: Minimalwert des Körperstromes, der von einer durchströmten Person noch wahrgenommen wird.
Reaktionsschwelle: Minimalwert des Körperstromes, der unbeabsichtigte Muskelkontraktionen bewirkt.
Loslassschwelle: Maximalwert des Körperstromes, bei dem eine Person die unter Strom stehende Kontaktfläche noch loslassen kann (siehe Einflussfaktoren für die Wirkung von elektrischem Strom). Bei Gleichströmen gibt es keine Loslassschwelle, nur der Beginn und die Unterbrechung des Stromflusses führen zu schmerzhaften und krampfartigen Muskelkontraktionen.
Schwelle des Herzkammerflimmerns (Flimmerschwelle): Minimalwert des Körperstromes, der Herzkammerflimmern bewirkt. Die Schwelle des Herzkammerflimmerns hängt von, dem Zustand der Herzfunktion wie auch von elektrischen Einflüssen (Stromstärke, Durchströmungsdauer, Stromweg, Stromparameter) ab. Bei Durchströmungsdauern unter einer Herzperiode hängt die Wirkung davon ab, ob die Durchströmung in die vulnerable Phase (Phase im Herzzyklus, in der Herzkammerflimmern hervorgerufen werden kann) fällt.

In der folgenden Abbildung aus der Norm DIN IEC/TS 60479-1 sind vier Stromstärke-Bereiche in Abhängigkeit der Durchströmungsdauer eingezeichnet, bei denen unterschiedliche physiologische Wirkungen wie z.B. Wahrnehmung, unwillkürliche Muskel-Kontraktion oder Herzkammerflimmern auftreten können, die sich in ihrem Gefährdungspotenzial für den Menschen unterscheiden. Die Abbildung gilt für Wechselströme (AC: alternating current) im Bereich von 15 – 100 Hz bei einem Stromweg von der linken Hand zu beiden Füßen. Im Folgenden ist die Einteilung der Stromstärke-Bereiche aufgeführt:

AC-1: Wahrnehmung möglich, aber meist keine Schreckreaktion (bis zu 0,5 mA, Grenzlinie a)
AC-2: Wahrnehmung und unwillkürliche Muskel-Reaktion wahrscheinlich, jedoch keine schädlichen physiologischen Wirkungen (Grenzlinie a bis Grenzlinie b). Die Grenzlinie b markiert die Loslassschwelle.
AC-3 b-c: Starke unwillkürliche Muskel-Kontraktionen, reversible Störung der Herzfunktion, meist kein organischer Schaden (Grenzlinie b bis Grenzlinie c1)
AC-4: Pathophysiologische Wirkungen (z.B. Herzstillstand, Atemstillstand) möglich (über Grenzlinie c1)
o c₁-c₂: Wahrscheinlichkeit von Herzkammerflimmern ansteigend bis etwa 5%. Unterhalb der Kurve c1 ist das Auslösen von Herzkammerflimmern unwahrscheinlich. Bis zur Kurve c2 steigt die Wahrscheinlichkeit, Herzkammerflimmern auszulösen, auf 5%.
o c₂-c₃: Wahrscheinlichkeit von Herzkammerflimmern von 5% ansteigend bis etwa 50%. Die Kurve c3 entspricht einer Wahrscheinlichkeit von 50% für das Auslösen von Herzkammerflimmern.
o Über c₃: Wahrscheinlichkeit von Herzkammerflimmern liegt über 50%.

Konventionelle Zeit/Stromstärke-Bereiche mit Wirkungen von Wechselströmen (15 Hz bis 100 Hz) auf Personen bei einem Stromweg von der linken Hand zu den Füßen (Bild 20 aus DIN IEC/TS 60479-1).
Bild 20 aus DIN IEC/TS 60479-1 (VDE V 0140-479-1), Ausgabe 2007, wiedergegeben mit Genehmigung 72.016 des DIN Deutsches Institut für Normung e.V. und des VDE Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e.V.. Für weitere Verwendungen ist eine gesonderte Genehmigung erforderlich. Maßgebend für das Anwenden der Normen sind deren Fassungen mit dem neuesten Ausgabedatum, die bei der VDE VERLAG GMBH, Bismarckstr. 33, 10625 Berlin, www.vde-verlag.de, und der Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin erhältlich sind.

Aus der Abbildung mit den verschiedenen Gefährdungsbereichen ist erkennbar, dass unabhängig von der Durchströmungsdauer Ströme bis zu 0,5 mA nicht oder kaum wahrgenommen werden. Die Loslassschwelle ist zeitabhängig und reicht von 5 mA bei einer Durchströmungsdauer von mehr als 6 Sekunden bis zu 200 mA bei einer Dauer von 10 Millisekunden. Des Weiteren zeigt die Abbildung, dass schon sehr kleine Ströme von ca. 40 mA zu Herzkammerflimmern und damit zum Tode eines Menschen führen können, wenn sie länger als 2 Sekunden durch den menschlichen Körper fließen.

Da die zulässigen Körperströme im Alltag nicht gemessen werden können, müssen die Grenzwerte für die zulässigen Berührungsspannungen unter verschiedenen Bedingungen für Wechselstrom und Gleichstrom berechnet werden. Hierzu werden auch die Angaben für den Körperwiderstand unter verschiedenen Bedingungen (z.B. Feuchtigkeitszustand der Haut, Größe der Kontaktfläche, siehe Einflussfaktoren für die Wirkung von elektrischem Strom) benötigt. Die Norm DIN IEC/TS 60479-1 (2007) zu den Wirkungen des elektrischen Stromes auf Menschen und Nutztiere enthält die notwendigen Werte für die Berechnung der zulässigen Berührungsspannungen.