Körperwiderstand

Definition und Bedeutung

Der Körperwiderstand ist in der Elektrotechnik der elektrische Widerstand eines menschlichen oder tierischen Körpers. Er beeinflusst wesentlich, welcher Strom bei einer angelegten Spannung durch den Körper fließt, und ist deshalb eine wichtige Grundlage für Grenzwerte zur Verhütung von Stromunfällen. Messungen des Körperwiderstands werden außerdem beispielsweise bei Körperfettwaagen, Lügendetektoren und in der Impedanzkardiografie eingesetzt.

Der Körper ist ein Ionenleiter beziehungsweise Leiter 2. Art: Elektrische Ladung wird durch bewegliche Ionen transportiert. Sein Gesamtwiderstand setzt sich aus dem Hautwiderstand und dem Widerstand des übrigen Körpers zusammen.

Aufbau und Einflussgrößen

Der Körperwiderstand ist kein einfacher, unveränderlicher Widerstand. Er ist ein komplexer Widerstand aus ohmschem Widerstand R und Kapazität C. Im Ersatzschaltbild besteht er aus einer Reihenschaltung einer Kapazität der oberen Hautschicht, einem ohmschen Widerstand des Körperinneren und einer weiteren Kapazität der oberen Hautschicht. Bei Wechselstrom wird dieser Gesamtwiderstand als Körperimpedanz bezeichnet.

Die Körperimpedanz hängt unter anderem von folgenden Größen ab:

• angelegte Spannung und Frequenz,
• Größe der Kontaktfläche und Anpressdruck,
• Lage der Elektroden beziehungsweise Stromein- und -austrittspunkte,
• Feuchtigkeit der Haut,
• Stoffverteilung im Körperinneren,
• Länge und Verlauf des Strompfades durch den Körper.

Mit steigender Spannung sinkt der Körperwiderstand. Zwischen der angelegten Spannung und dem daraus entstehenden Körperstrom besteht jedoch kein linearer Zusammenhang. Messungen und daraus gezogene Schlussfolgerungen sind daher mit großen Unsicherheiten und Fehlern verbunden.

Bei trockener Haut können je nach Messbedingungen Werte von über 1 MΩ auftreten, weil die obere Hautschicht als Isolator wirkt. In der Fachliteratur wird der Körperwiderstand mit etwa 500 Ω bis 1,3 kΩ angegeben. Bei Spannungen über 100 V wird die obere Hautschicht durchschlagen und bietet keinen Widerstand mehr.

Auch bei gleichen äußeren Bedingungen unterscheidet sich der Körperwiderstand von Person zu Person. Deshalb sind meist nur statistische Aussagen und Mittelwerte möglich. Organisationen wie die Berufsgenossenschaft Energie Textil Elektro Medienerzeugnisse führen dazu regelmäßig Studien durch. Die Internationale Elektrotechnische Kommission stellt mit der IEC 60479-1 einen Leitfaden zu diesem Gebiet bereit.

Messwerte der Körperimpedanz

Umfangreiche Tabellen für den Betrag der Körperimpedanz unter verschiedenen Bedingungen finden sich unter anderem in der IEC-Spezifikation 60479-1 und bei Biegelmeier. Die Werte gelten immer nur für die jeweils festgelegten Messbedingungen.

Ein Beispiel betrifft den Stromweg von Fingerspitze zu Fingerspitze, also von einem Arm zum anderen. Gemessen wurde mit 22 N Anpressdruck, etwa 250 mm² Kontaktfläche, trockener Haut, einer Durchströmungsdauer von 20 ms und Wechselspannung mit 50 Hz. Das Einschalten erfolgte im Spannungsnulldurchgang. Dabei ergaben sich folgende Beträge der Gesamtkörperimpedanz:

• 25 V: 67,3 kΩ
• 50 V: 44,9 kΩ
• 75 V: 24,8 kΩ
• 100 V: 10,9 kΩ
• 125 V: 8 kΩ
• 150 V: 5,2 kΩ
• 175 V: 4,3 kΩ
• 200 V: 3,8 kΩ

Die Messreihe zeigt unter diesen konkreten Bedingungen deutlich, dass der Betrag der Körperimpedanz mit steigender effektiver Wechselspannung abnimmt.

Entwicklung der Datengrundlage

Heinrich Freiberger veröffentlichte 1933 und 1934 erste systematisch ausgeführte Messungen zur Bestimmung des Körperwiderstands für die Unfallverhütung. Er untersuchte lebende Versuchspersonen bei Spannungen bis 50 V sowie Leichen mit und ohne Haut bei Spannungen bis 5 kV. Dabei zeigte sich, dass der Körperwiderstand von Leichen wesentlich von dem lebender Personen abwich.

Weil geeignete gesicherte Daten fehlten, beruhte die Modellbildung über viele Jahrzehnte auf einer unsicheren Grundlage. Grenzwerte wurden deshalb konservativ eher niedrig angesetzt. Erste verlässliche Daten zu ermittelten Körperimpedanzen erschienen in den 1990er Jahren im IEC-Report 60479-1.