Stromunfälle im Badezimmer

Immer wieder ist in den Medien von tödlichen Stromunfällen in Badewannen zu lesen. Früher passierte dies meist durch Haartrockner etc. die in die gefüllte Wanne gefallen sind, heute sind häufig defekte / minderwertige Ladegeräte für Smartphones etc. der Grund für den tödlichen Stromunfall.

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Stromfluss bei einer Körperdurchströmung durch ein defektes Netzteil im TN-C-S Stromnetz

Stromfluss bei einer Körperdurchströmung durch ein defektes Netzteil im TT-Stromnetz

Stromfluss bei einer Körperdurchströmung durch ein defektes Netzteil im TN-C Stromnetz. Immer noch in Altbauten und bei unsanierte Wohnungen im Typenwohnungsbau (DDR-Plattenbauten) anzutreffen. Durch den fehlenden RCD besteht in solchen Anlagen keinerlei Personenschutz!

Wie kommt es zu der Körperdurchströmung?

Aufbau eines einfachen USB Schaltnetzteils

Um zu verstehen, warum es bei USB Netzteilen zu einer Körperdurchströmung kommen kann, soll hier am Beispiel eines fünf Jahre alten Netzteils, was bei einen Smartphone  der  untersten Preisklasse enthalten war der Aufbau eines solchen Netzteils aufgezeigt werden. Aufgesägtes USB Netzteil eines billigen Smartphones

Vereinfacht besteht ein Schaltnetzteil  der einfachsten Bauart ohne USB Power Delivery etc. aus folgenden Teilen

• Netzeingang
• Über einen Sicherungswiderstand fließt der Strom in eine Gleichrichterschaltung. Die etwa 310V betragende Gleichspannung wird in einen Elektrolytkondensator (Elko) mit Entladewiderstand gepuffert und mithilfe von Triacs  oder MOSFETs, welche durch einen speziellen IC angesteuert werden, zu einer hochfrequenten Wechselspannung zerhackt.
• Höherwertige Netzteile besitzen zum Teil am Netzeingang noch Metalloxid Varistor (MOV) um Spannungsspitzen aus dem Stromnetz abzufedern
• Übertrager
• Hier macht man sich zu nutze, dass je höher die Frequenz ist, der Trafo bei gleicher Leistung viel kompakter aufgebaut werden kann. Während bei 50Hz der Trafo das Format eines Klingeltransformators besitzen müsste, reicht bei der hochfrequenten Spannung das Format eines Spielwürfels aus um Leistungen von 10W (2A bei 5V out) und mehr zu liefern.
  
• Bei manchen Schaltungsdesigns wird der Ausgang des Trafos zum IC geführt um eine Spannungsregelung zu ermöglichen
• Ausgang
• Die Sekundärseite des Übertragers geht auf eine Diode, wird zu einer pulsierenden Gleichspannung gewandelt und mithilfe eines Elkos  geglättet. Eine Z-Diode sorgt dafür, dass die Ausgangsspannung einen bestimmten Wert nicht überschreiten kann.
• Am USB Port sind die Datenpins mit einen Widerstand kurzgeschlossen. Dadurch erkennt das Smartphone, dass es an einen Netzteil und nicht an einen PC angeschlossen ist. Das Smartphone wird nun mit dem maximal möglichen Ladestrom laden.
• Als Entstörmaßnahme werden häufig zwischen der Primärseite (230V) und der Sekundärseite (5V) Entstörkondensatoren geschaltet. Diese müssen von besondere Güte sein (Klasse-Y-Kondensatoren nach IEC 60384-14) und weisen bei Markenware oft auch ein TÜV und oder VDE Prüfzeichen auf.
• Klasse Y2 Funkentstörapplikationen zur Einhaltung der EMV-Bestimmungen
  • Netzparallelkondensator zwischen Phase oder Nullleiter und berührbarem, schutzgeerdetem Gehäuse
  • Überbrückung der Basisisolierung oder zusätzlichen Isolierung, Impulsspitzenspannung < 5 kVEntstörkondensator mit VDE Prüfzeichen Bildquelle: Von Willtron, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=362250

Foto des Innenlebens eines USB Netzteils, was im Lieferumfang eines 80€ Smartphones enthalten war

Mögliche Fehlerursachen

Es kommen vorrangig zwei Fehlerquellen im Betracht. Zum Einen können die Schutzabstände zwischen Bauteilen der Primär und Sekundärseite zu gering sein, sodass es zu einen Spannungsüberschlag kommen kann. Gerade bei sehr kompakten und oder billigen  Netzteilen werden die Trennabstände häufig missachtet.

Zum anderen kann der Entstörkondensator durchschlagen, wodurch die vollen 230V~ am Ausgang anliegen.  Gerade wenn man in der Wanne liegt und damit der Isolationswiderstand des Ausganges gegen Erdpotential vermindert ist, kann dies durch die höhere Spannung die am Entstörkondensator gegen Erde anliegt für einen Überschlag günstige Bedingungen bieten. Wenn jetzt der Entstörkondensator minderwertig oder intern beschädigt ist, ist der Stromunfall quasi vorprogrammiert. 

Bei Netzteilen, die die Sekundärseite zurück zum IC führen, ohne dafür eine separate Trafowicklung zu nutzen, kann es ebenfalls im IC zu einen Überschlag kommen.