Stromunfall

Definition und elektrische Grundlagen

Ein Stromunfall ist eine Verletzung von Menschen oder Tieren durch elektrischen Strom. Typische Folgen sind Verbrennungen, Nerven- und Muskelschäden, Muskelkrämpfe oder Lähmungen. Dadurch können Herzkammerflimmern, Herz- und Kreislaufstillstand oder eine tödliche Atemlähmung entstehen. Auch indirekte Folgen wie ein Sturz sind möglich.

Strom fließt dauerhaft nur in einem geschlossenen Stromkreis. Berührt eine Person beide Pole einer Spannungsquelle, kann sie den Stromkreis über ihren Körper schließen. In üblichen geerdeten Stromnetzen kann bereits das Berühren eines einzigen spannungsführenden Außenleiters, der sogenannten Phase, genügen: Der Strom fließt dann über den Körper zur Erde. Bei korrekter Installation sind Neutralleiter und Schutzleiter dagegen gegen Erde berührbar. Ein IT-System bildet einen Sonderfall, bei dem die Berührung einer einzelnen Leitung zunächst ohne Stromfluss bleiben kann.

Im Hochspannungsbereich ist keine unmittelbare Berührung nötig. Schon bei Annäherung kann ein Lichtbogen entstehen; sein möglicher Abstand hängt von Spannung, Luftdruck und Luftfeuchtigkeit ab. Kleine elektrostatische Entladungen im Haushalt sind für gesunde Menschen gewöhnlich harmlos, weil ihre Ladungsmenge und Einwirkdauer sehr gering sind. Blitze können dagegen schwere oder tödliche Verletzungen verursachen.

Beim Makroschock fließt der Strom durch die intakte Haut und die Körperoberfläche. Der hohe Hautwiderstand begrenzt dabei den Strom. Beim Mikroschock gelangt der Strom direkt in das Körperinnere, etwa über implantierte Elektroden. Wegen des viel kleineren Widerstands können dann schon sehr geringe Spannungen und Ströme gefährlich werden. Ist der Herzmuskel direkt betroffen, können bereits 0,02 mA oder sogar 0,01 mA beziehungsweise 10 µA bei einer Kontaktfläche von 1,2 bis 3,1 mm² Herzkammerflimmern auslösen.

Entscheidende Einflussgrößen

Schwere und Art der Verletzung hängen vor allem von Stromdichte, Stromweg, Stromart, Frequenz und Einwirkdauer ab. Die Stromdichte ist die Stromstärke pro durchströmter Fläche. Eine kleine Fläche kann wegen der hohen Stromdichte starke Erwärmung und Nervenreizung verursachen. Bei großer Kontaktfläche und geringem Hautwiderstand können selbst nach einem tödlichen Niederspannungsunfall äußerlich sichtbare Strommarken fehlen.

Die Stromstärke ergibt sich hauptsächlich aus Spannung und Gesamtwiderstand. Nach dem Ohm’schen Gesetz würden bei 230 V und 1000 Ω Körperwiderstand 230 mA fließen, sofern die Quelle diesen Strom dauerhaft liefern kann. Deshalb reicht die Spannungsangabe allein nicht zur Beurteilung: Eine elektrostatische Quelle kann beispielsweise 200 kV Leerlaufspannung erzeugen, aber nur sehr kurz wenig Ladung abgeben. Energieversorgungsleitungen können dagegen Spannung und hohe Ströme kontinuierlich bereitstellen.

Der Gesamtwiderstand setzt sich aus den Übergangswiderständen an Ein- und Austrittsstelle, dem Hautwiderstand und dem inneren Körperwiderstand zusammen. Der Hautwiderstand reicht von unter 100 Ω bis weit über 1000 Ω; Messungen mit kleiner Spannung können sogar über 1 MΩ ergeben. Feuchte Haut, große Kontaktflächen, dünne Haut und hohe Spannung vermindern ihn stark. Für einen Erwachsenen werden bei einem Stromweg von der rechten Hand zu einem Fuß etwa 500 Ω bis 3 kΩ gemessen; in der Literatur wird häufig mit 1 kΩ bis 2,4 kΩ gerechnet. Der Körper- beziehungsweise Muskelwiderstand beträgt etwa 1000 Ω. Bei hoher Spannung kann die Haut durchschlagen werden, sodass fast nur noch der innere Körperwiderstand wirkt.

Der Stromweg entscheidet darüber, welche Organe betroffen sind. Wege durch den Brustkorb und das Herz sind besonders gefährlich. Auch Alter, Gesundheitszustand und medizinische Implantate beeinflussen das Risiko; Frauen und Kinder können bei niedrigeren Stromstärken reagieren.

Die Wirkung steigt nicht linear mit der Einwirkdauer. Elektrostatische Entladungen von über 15 kV dauern meist weniger als eine Mikrosekunde und führen daher gewöhnlich nur zu Schreck- oder Folgeunfällen. Ab etwa 100 ms sinkt die Schwelle für Herzkammerflimmern stark: Sie liegt bis dahin bei knapp 500 mA und bei etwa einer Sekunde nur noch bei rund 40 mA. Fehlerstrom-Schutzschalter lösen bei 30 mA innerhalb von 100 ms aus, bei größeren Fehlerströmen in weniger als 20 ms; sie schützen jedoch nur bei Ableitströmen gegen Erde.

Wechselstrom, Gleichstrom und Frequenz

Wechselstrom ist je nach Literatur vier- bis fünfmal gefährlicher als Gleichstrom. Bei 50 Hz liegt die individuell stark schwankende Wahrnehmungsschwelle bei einer Kontaktfläche von 3 cm² zwischen 10 µA und 4 mA. Kinder können durchschnittlich bei 3 bis 5 mA loslassen, Erwachsene bei 6 bis 9 mA. Niederfrequenter Wechselstrom verursacht ab etwa 10 mA, teils schon ab 8 mA, Muskelkontraktionen. Dabei können die stärkeren Beugemuskeln ein Loslassen verhindern und die Einwirkdauer verlängern.

Herzrhythmusstörungen sind ab 25 mA möglich. Zwischen 30 und 50 mA kann die Atemmuskulatur verkrampfen. Wechselstrom mit 50 Hz kann ab etwa 50 mA und bei mehr als einer Sekunde Einwirkung Herzkammerflimmern auslösen. Bei einem Stromweg Brust–Rücken oder Brust–linke Hand ist dies bereits bei 27 mA möglich, bei Hand–Fuß ab 40 mA. Zwischen 50 und 80 mA können Bewusstlosigkeit und Kreislaufstillstand, über 80 mA zusätzlich Atemstillstand auftreten. Ab 100 mA sind deutliche Verbrennungen möglich; ab etwa 10 A drohen Asystolie, innere Verbrennungen und Muskelverkochung.

Bei Gleichstrom liegt die Wahrnehmungsschwelle bei etwa 2 mA. Je nach Einwirkdauer gelten etwa 90 bis 150 mA als gefährlich; ältere Quellen nennen 20 bis 25 mA. Mehr als 20 mA können bereits die Erregungsausbreitung im Herzen beeinträchtigen. Für tödliche Folgen wie Herzkammerflimmern werden bei Gleichstromunfällen etwa 130 mA genannt, ab 300 mA ist mit Bewusstlosigkeit zu rechnen. Diese unterschiedlichen Angaben sind von Einwirkdauer, Stromweg und Versuchsbedingungen abhängig.

Besonders reizwirksam sind Frequenzen von 10 bis 500 Hz für Nerven und von 30 bis 150 Hz für den Herzmuskel. Die europäische Netzfrequenz von 50 Hz liegt damit in einem gefährlichen Bereich. Das Herz reagiert wegen seiner etwa 300 ms langen Refraktärphase nicht mit 100 Schlägen pro Sekunde, sondern etwa 3 bis 5 Mal pro Sekunde, entsprechend ungefähr 200 bis 300 bpm beim Kammerflimmern. Oberhalb von etwa 100 kHz nimmt die Nervenreizung ab; hohe Leistungen können dennoch thermische Schäden verursachen. Pulsierender Gleichstrom kann abhängig von Impulsform und Taktfrequenz gefährlicher als sinusförmiger Wechselstrom sein. Eine Studie nennt ein bis zu neunfach höheres Kammerflimmerrisiko; bis 30 Hz können 3,3 mA pulsierender Gleichstrom ähnlich wirken wie 30 mA Wechselstrom bei 50/60 Hz.

Spannungsbereiche, Gefahren und Schäden

Die elektrotechnische Grenze zwischen Nieder- und Hochspannung liegt bei 1000 V Wechselspannung beziehungsweise 1500 V Gleichspannung; im klinischen Alltag wird oft 500 V verwendet. Im Niederspannungsbereich verursacht Wechselstrom stärkere Schäden als Gleichstrom, bei Hochspannung ist es umgekehrt.

In Deutschland beträgt die maximal zulässige Berührungsspannung 50 V Wechselspannung oder 120 V Gleichspannung, in Österreich 50 V beziehungsweise 90 V. In landwirtschaftlichen Betriebsstätten, Räumen mit Badewanne oder Dusche und der Medizintechnik gelten höchstens 25 V Wechselspannung oder 60 V Gleichspannung. Im Bereich 0 von Bade- und Duschräumen sind es 12 V beziehungsweise 30 V. Kinderspielzeug darf höchstens 24 V Gleichspannung oder die entsprechende Wechselspannung verwenden.

Hochspannungsunfälle verursachen vor allem schwere thermische Gewebeschäden. Bei 30 kV und angenommenen 500 Ω Körperwiderstand können kurzzeitig etwa 60 A und eine Leistung von rund 1,8 MW auftreten. Lichtbögen und Gleitentladungen können Energien von 160 kJ bis 5 MJ freisetzen und Gewebe an Ein- und Austrittsstellen schlagartig verdampfen lassen. Trotz häufig kurzer Einwirkung ist die Überlebenswahrscheinlichkeit geringer als bei Niederspannungsunfällen.

Häufige Gefahrenquellen sind defekte Geräte, beschädigte Kabel und Stecker, Wasser an stromführenden Teilen, unfachmännische Reparaturen, menschliche Fehler, Freileitungen, ungenügende Sicherheitsabstände, überflutete Bereiche, Blitzschlag, falsche Absprachen beim Freischalten sowie fehlende Erdung oder Kurzschließung. Herabgefallene Leitungen können eine Schrittspannung erzeugen, also eine gefährliche Spannungsdifferenz zwischen den Füßen. Die Gefährlichkeit von Elektroschockpistolen wird als umstritten bezeichnet.

Strom kann nahezu alle Organe schädigen. Blut und Nervengewebe besitzen besonders geringe Widerstände, danach folgen Blutgefäße, Schleimhäute und Muskeln; Haut, Sehnen, Fett und Knochen haben höhere Widerstände. Möglich sind Verbrennungen, Zell- und Muskelzerstörung, Elektrolytstörungen, Nierenversagen, Atemlähmung, Herzrhythmusstörungen und neurologische Ausfälle. Herzrhythmusstörungen können erst Stunden später auftreten. Starkstrom schädigt häufig periphere Nerven; manche Nervenläsionen treten erst bis zu drei Jahre später auf. Äußerlich geringe Hautschäden schließen schwere innere Verletzungen nicht aus. Lichtbogen, Knall und Druckwelle können zusätzlich Augen, Gehör und innere Organe schädigen; Stürze verursachen weitere Verletzungen.

Rettung und medizinische Überwachung

Am Unfallort gelten Rettungskette und Eigenschutz. Außenstehende müssen gewarnt und stromführende Teile abgesperrt werden. Im Hochspannungsbereich darf man sich nicht nähern, bevor die Anlage sicher freigeschaltet, gegen Wiedereinschalten gesichert, auf Spannungsfreiheit geprüft, geerdet und kurzgeschlossen wurde. Automatische Wiedereinschaltungen sind zu beachten. Für Laien nennt der Artikel beispielsweise 1 m Abstand bis 1 kV, 3 m bis 30 beziehungsweise 110 kV, 4 m bis 220 kV, 5 m bis 380 kV, 8 m bis 500 kV, 11 m bis 750 kV und 14 m bis 1000 kV. Wetter und ionisierte Luft können größere Abstände erfordern.

Im Niederspannungsbereich sollen Leitungen nur mit trockenen, sauberen und nichtleitenden Gegenständen vom Verletzten entfernt werden; alternativ sind geeignete isolierende Hilfsmittel zu verwenden. Erst nach Unterbrechung der Stromversorgung werden Atmung und Kreislauf geprüft. Falls nötig, beginnen sofort Herz-Lungen-Wiederbelebung und der Einsatz eines automatisierten externen Defibrillators.

Verbrennungen werden nur anfangs und unter Vermeidung einer Unterkühlung gekühlt. Wasser soll Raumtemperatur haben und keinesfalls kälter als 15 °C oder gefroren sein. Danach wird die Wunde keimarm und nicht flusend abgedeckt. Auch beschwerdefreie Betroffene dürfen bis zum Ausschluss einer Herzschädigung nicht unbeaufsichtigt bleiben; stets ist ein 12-Kanal-EKG erforderlich.

Die Diagnostik umfasst die Befragung nach Brustschmerz, Herzklopfen, Atemnot, Bewusstlosigkeit, Erinnerungslücken, Missempfindungen und Begleitverletzungen. Es folgen körperliche Untersuchung und Suche nach Strommarken sowie je nach Schwere Labor-, Urin-, Nieren-, Muskel-, Herz- und Gerinnungsdiagnostik. MRT, Messung der Nervenleitgeschwindigkeit oder Angiographie können Gewebe-, Nerven- oder Gefäßschäden zeigen.

Hochspannungsunfälle müssen immer stationär intensivmedizinisch überwacht werden. Bei Niederspannungsunfällen ist eine Monitorüberwachung nötig, wenn zeitweise Bewusstlosigkeit, beobachtete Arrhythmien oder ein auffälliges 12-Kanal-EKG vorliegen. Eine stationäre Überwachung ist erforderlich, wenn Anamnese, Untersuchung oder Labor krankhafte Befunde ergeben, die verursachende Spannung über 500 V lag oder schwere Herz-Kreislauf-Grunderkrankungen bestehen.

Häufigkeit und statistische Befunde

In Deutschland starben im Beobachtungszeitraum 2000 bis 2015 jährlich 36 bis 100 Menschen an Elektrounfällen. Rund 90 % der Todesfälle wurden durch Niederspannung und 10 % durch Hochspannung verursacht. Zugleich endeten etwa 30 % der Hochspannungsunfälle, aber nur 3 % der Niederspannungsunfälle tödlich.

Eine Auswertung von 3748 gemeldeten Arbeitsunfällen aus den Jahren 1969 bis 1996 betraf Wechselspannung von 130 bis 400 V bei 50 Hz und mindestens 300 ms Durchströmungsdauer. Insgesamt waren 169 Unfälle tödlich, entsprechend 4,51 %. Der häufigste Stromweg Hand–Hand machte 2891 Fälle aus und hatte eine Letalität von 2,84 %. Hand–Fuß erreichte 5,44 %, Hand–Füße beziehungsweise Hände–Fuß 6,12 %, Hände–Füße 18,67 %. Verkürzte Wege durch den Oberkörper, etwa Hand–Brust oder Brust–Rücken, waren mit 27,78 % am tödlichsten. Die Daten verdeutlichen die besondere Gefahr einer Durchströmung von Brustkorb und Herz.