Wie sicher ist 48V DC?

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In vielen Power over Ethernet (POE) -Einrichtungen beträgt die Übertragungsspannung 48 V oder etwas mehr. Höhere Spannungen bieten zwar offensichtliche Effizienzvorteile, aber wie sicher sind sie? Besteht die Gefahr eines Stromschlags bei versehentlicher Exposition, insbesondere von Kindern? Solche Kabel haben nicht den Schutz, der für 120/230 V verwendet wird, und offen gesagt scheint der Unterschied zwischen 48 V und 120 V nicht so bedeutend zu sein.

Petr Pudlák
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Was ist ein POE und warum sollte er sich Kindern aussetzen?
Bruce Abbott
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@BruceAbbott Power over Ethernet . Ich mache mir Sorgen wegen versehentlicher Exposition. nichts mit Absicht. Die Ethernet-Kabel werden von Menschen nicht als gefährlich empfunden und bieten keinen Schutz für 120-V- / 230-V-Kabel und -Systeme.
Petr Pudlák
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Das ursprüngliche POTS (Plain old telephone) war ein 48-V-System und das dauerte fast 100 Jahre.
Crowie
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@crowie. Die Klingelspannung des POTS war höher und konnte einen schönen Schock auslösen.
Decapod
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Wie viele Watt erwarten Sie, dass Ihre Kinder über IEEE 802.3 verhandeln?
Dmitry Grigoryev

Antworten:

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ehrlich gesagt scheint der Unterschied zwischen 48V und 120V nicht so bedeutend zu sein.

120 V sind 2,4-mal höher als 48 V - kaum etwas, was ich als "nicht so bedeutend" bezeichnen würde. 120 V AC ist aus zwei Gründen noch schlimmer:

  1. 120VAC hat eine Spitzenspannung von 170V, 3,5-mal höher als 48VDC.

  2. Das Gefühl eines elektrischen Schlags tritt bei jeder Spitze der Wechselstromwellenform auf, wohingegen es bei Gleichstrom meistens beim ersten Kontakt auftritt.

Es werden nur etwa 30 mA Wechselstrom mit 60 Hz durch das Herz benötigt, um ein Flimmern zu verursachen, im Vergleich zu 300 bis 500 mA Gleichstrom. Der "Loslassen" -Strom (oberhalb dessen Sie einen ergriffenen Leiter nicht loslassen können) ist bei Gleichstrom viermal höher als bei Wechselstrom. Das bedeutet, dass Sie 4-17 Mal mehr Gleichspannung benötigen, um einen tödlichen Schock zu bekommen.

Kombinieren Sie eine 2,4-fach höhere Spannung mit einer 4-17-fach höheren Störanfälligkeit, und 120 V Wechselstrom sind ungefähr 10-40-fach tödlicher als 48 V Gleichstrom.

Aber ist 48 VDC in einem Ethernet-Kabel sicher? Sofern Sie die Isolierung nicht abisolieren und die blanken Drähte nicht in Ihr Fleisch stecken, ist die Wahrscheinlichkeit eines tödlichen Stromschlags vernachlässigbar. Ich weiß aus eigener Erfahrung, dass ich 15 Jahre lang Telefonvermittlungstechniker war und regelmäßig an Live-Geräten mit exponierten Kontakten arbeitete. Der größte Gleichstromschock, den ich jemals bekam, war ein leichtes Kribbeln beim Greifen einer 50-V-Sammelschiene (90-V-Wechselstrom-Klingeln war eine andere Geschichte ...).

Bruce Abbott
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Dann gibt es diese alte Geschichte. Unklar, ob es fiktiv ist, aber es könnte wahr sein: freedomisknowledge.com/otw/stuff/pissingandmoaning.html
Richard Crowley
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Ich kann mich erinnern, als ich ein bisschen jünger war, als ich mit den abisolierten Telefonkabeln gearbeitet habe, um sie an Schraubklemmen anzuschließen. Den 48 Volt Gleichstrom bei aufgelegtem Hörer habe ich überhaupt nicht gespürt. Als das Telefon klingelte, war die 90-Volt-Wechselspannung ein ziemlicher Schock für mich.
DoxyLover
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@RichardCrowley herzlichen Dank dafür. Ich weinte. :-) (und dann klingelte das Telefon)
Sredni Vashtar
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Abgesehen vom Zerlegen, Abisolieren und Stecken eines bloßen Drahtes kann ein Kind einfach ein Ethernet-Kabelende direkt in den Mund stecken. Der Unterschied zwischen POE und POTS und normalen Stromkabeln besteht darin, dass die POTS- und normalen Stromkabel Stecker haben, die die meisten leitenden Metalle bedecken. POE mit RJ45 nicht viel so.
nl-x
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@ nl-x beliebtesten Klinkenstecker ist RJ11, der gleiche Stil wie RJ45. Eine einfache Lösung für beide Fälle besteht darin, die Lasche vom Stecker abzubrechen, damit Babys das Kabel nicht abziehen können.
Bruce Abbott
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48 V ist die praktische und GESETZLICHE Definition der maximalen Spannung, die als "Niederspannung" und als "eigensicher" zu betrachten ist. Sicherlich können 48 V, die UNTER Ihrer relativ isolierenden Hautoberfläche abgegeben werden, Sie töten, wenn sie an der "richtigen" Stelle abgegeben werden. Wir gehen jedoch davon aus, dass Menschen nicht mit subkutanen Elektroden herumlaufen, die einem versehentlichen Kontakt mit der "LV" -Verkabelung ausgesetzt sind. 48 V sind für die meisten Menschen unter normalen Bedingungen einigermaßen sicher.

Wie von @crowie beobachtet, wird das öffentliche Telefonsystem der ursprünglichen (und aktuellen) Technologie seit über 100 Jahren mit 48 V betrieben. Diese alte Telefontechnologie ist sehr wahrscheinlich der Präzedenzfall für die Festlegung von 48 V als gesetzliche Grenze.

Richard Crowley
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Um pedantisch zu sein, zumindest hier in Großbritannien, liegt die Niederspannung unter 1000V. Daher zum Beispiel 960-V-Batteriesätze namens Low Voltage, autsch. Unter 50 V liegt "Extra Low Voltage" an, und wenn es nicht auf Masse bezogen und doppelt isoliert ist und nicht über verschiedene andere Spezifikationen verfügt, handelt es sich um "Safety Extra Low Voltage", da durch Berühren eines der Drähte kein Stromschlag verursacht werden kann.
Ian Bland
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@IanBland: nicht korrekt - es gibt sehr unterschiedliche Definitionen für die Übertragung / Verteilung elektrischer Energie im Vergleich zu den elektrischen Sicherheitscodes. Sie würden bei 1000V keine Energie in ein Wohnhaus übertragen.
smci
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@smci Es gibt keine 1-kV-Übertragung, Punkt. Sie reicht von 230/415 bis 3,3 kV, dann 11 kV im britischen Verteilernetz. Aber terminologisch würde ein lokaler Batteriesatz oder Generator, der unter 1000 V arbeitet, als Niederspannung bezeichnet. Darüber hinaus müsste jeder, der daran arbeitet, HV-qualifiziert sein. Es ist ein ziemlich guter Haltepunkt, da oberhalb dieser Spannung spezielle Arbeits- und Sicherheitsfähigkeiten erforderlich sind.
Ian Bland
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@IanBland In der Mikroelektronik nennen wir alles, was über der Stromschiene liegt, "High Voltage". Sogar 5 V können Hochspannung sein. Nur eine Frage des Kontexts ...
bogl
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IanBland verwendet die Definition der International Electrotechnical Commission, die mir fair erscheint. en.wikipedia.org/wiki/Extra-low_voltage
nekomatic
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Es wird kein Tod durch Stromschlag passieren

48 V gelten als "sicher", und das aus gutem Grund.

Erstens beträgt die Impedanz des menschlichen Körpers bei 50 V ungefähr 45 kΩ (obwohl sie bei Erwachsenen gemessen wurde). Während der Kinder insgesamt kleiner sind und somit etwas niedrigere Impedanz aufweisen sollte, ist es der Hautwiderstand ist , die 95% dieser Impedanz bildet (innere Körperflüssigkeiten sind ziemlich guter Leiter), so ist die Größe nicht alle Materie , die viel .

(Beachten Sie, wie lustig die Körperimpedanz ist, sie sinkt mit steigender Spannung rapide , bei 240 V ist sie 10-15 mal niedriger!)

Außerdem muss ein elektrischer Strom offensichtlich irgendwo hingehen. Kein geschlossener Stromkreis, kein Strom. Deshalb werden Vögel, die auf einer Überlandlinie sitzen, nicht gebraten.

Diese 48V sind 48V gegen Masse. Höchstwahrscheinlich ist "Parkett / Laminat" oder "Bodenfliesen" oder etwas Ähnliches, mit anderen Worten, der Widerstand gegen den unendlichen, aktuellen Nullpunkt, der dem "Boden" am nächsten kommt.
Selbst das Berühren des heißen Drahtes bei 240 V hat eine gute Chance, dass "nicht viel Schlimmes passiert", wenn Sie Schuhe tragen und nicht genau in einer Wasserpfütze stehen (obwohl ich aus offensichtlichen Gründen nicht raten würde, Ihr Glück zu versuchen!). .

Nehmen wir den absolut schlimmsten Fall an: Ein Kind legt einen Finger auf den Erdungsstift eines Wandsteckers und saugt am PoE-Kabel (sieht essbar aus, oder?). Trotz aller Widrigkeiten ist die PSE defekt oder stark nicht konform und liefert nicht standardmäßig 10,2 V / 4 mA, sondern die volle Betriebsspannung und unbegrenzten Strom. Oder es ist ein zufälliges Muster, das das Kind versehentlich für eine gültige Verhandlung gemacht hat, was auch immer.
Aus einem unerklärlichen Grund schließt der Strom auch nicht über die Datenleitungen kurz (wahrscheinlich passiert genau das, ein kleiner Funke auf der Zunge des Kindes und das Kind lässt das Kabel vor Schreck fallen).
Sagen wir einfach, es gibt tatsächlich 40 V am Kabel und der Strom "entscheidet" sich, durch den Körper des Kindes zu gehen.

Kabel im Mund eliminiert eine Hautbarriere und halbiert so ungefähr die Körperimpedanz. Das sind noch 22,5 kΩ. Runden wir auf 20 kΩ ab, um sicherzugehen. Nein, weißt du was ? Lass uns empörend sein und 10kΩ sagen. 48 V / 10 kΩ = 4,8 mA.
Welches ... ist harmlos, auch für Wechselstrom. Es dauert ungefähr 8-10 mal so viel Wechselstrom (mit einer Frequenz im kritischen Bereich von 50-60 Hz), um das Herz anzuhalten.

Außerdem hat PoE keinen Wechselstrom, sondern einen Gleichstrom. Das gruselige bisschen über Herzstillstand trifft also nicht einmal zu.

Natürlich kann Gleichstrom im Prinzip andere nachteilige Auswirkungen haben als das Stoppen des Herzens (man denke an ein chirurgisches Elektromesser oder den "elektrischen Stuhl"), aber bei Spannungen im zweistelligen Bereich und Strömen im einstelligen Milliampere-Bereich ist dies Es wird einfach nicht passieren (aber selbst wenn es so wäre, würde es sich in erster Linie um lokale Verbrennungen handeln, nicht um lebensbedrohliche).

Damon
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6
48V DC Schmelzen-in-den-Mund Güte wird wahrscheinlich ein Kind machen, Sie oder die meisten Menschen genug von einer unfreiwilligen und heftigen Reaktion haben einen sekundären Unfall zu erleichtern (zB von dem Leiter fallen) ....
rackandboneman
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Beachten Sie, dass für PoE eine Aushandlung erforderlich ist, bevor 48 V angelegt werden. Ihr Laptop brennt nicht, wenn Sie ihn an einen PoE-Port anschließen, und es ist auch ziemlich unwahrscheinlich, dass Ihr durchschnittliches Kind eine POE-Stromverhandlung erfolgreich abschließt.
MSalters
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@MSalters: Bestimmte Anbieter verwenden nicht standardmäßige 24-V-PoE (passive PoE), für die keine Verhandlungen erforderlich sind. Aber ich gehe davon aus, dass diese Beiträge ziemlich sicher sind.
Grawity
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Hmm ... Erinnerst du dich an den 9V Block auf deiner Zunge? Hast du 12V ausprobiert? Es ist ein ziemlicher Bissen. Das mal vier ... autsch . Es mag nicht absolut tödlich sein, aber ich stelle mir vor, es könnte ernsthafte Verletzungen verursachen, möglicherweise den Tod durch Ersticken aufgrund von Krämpfen Ihrer Luftröhre. 48V im Mund sind wohl einfach nicht sicher.
JimmyB
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Die Art des Arguments, wie es in der Antwort dargestellt wird, liegt meiner Meinung nach irgendwo zwischen nutzlos und schädlich. Ja, es stimmt, dass meistens nichts passiert. Ja, es stimmt, dass eine direkte Berührung von 240 V keinerlei Auswirkungen haben kann. Aber das ist nebensächlich. Die Frage bei Elektrizität (und Gas und Wasser unter Druck und CO produzierenden Reaktionen und ...) ist nicht, ob alles gut gehen kann, sondern ob etwas schief gehen kann. Am Ende des Tages ist es Ihnen egal, ob Ihr Kind tot, entstellt oder geisteskrank ist, dass es nur eine ungeheure Wahrscheinlichkeit von 1% dafür gab.
AnoE
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Die verschiedenen Regionen der Welt unterscheiden sich geringfügig, aber der „sichere“ Pegel für Niederspannung liegt tendenziell im Bereich von 40 bis 60 V, unter dem die Wahrscheinlichkeit eines Stromschlags vernachlässigbar ist. "Hochspannungsautos" verwenden in Serie 42 V, 3 "12 V" -Batterien.

120 V sind so gefährlich, dass viele Menschen an 120 V-Stromschlägen sterben. Anscheinend sterben mehr Amerikaner an 120 V als Europäer an 240 V, möglicherweise aufgrund des Gefühls der Selbstzufriedenheit über die niedrigere Spannung.

Neil_UK
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Großbritannien verfügt über äußerst robuste und gut gestaltete Netzstecker. Die 13A BS1363-Steckerverbindung, auf die Haushaltsanwender am häufigsten stoßen, ist ein Meisterwerk des Designs.
Ian Bland
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@IanBland Ich bin froh, dass du das von deiner Brust bekommen hast, Ian, es war offensichtlich ein Gefühl, das dringend nach Ausdruck verlangt, ob relevant für das Q / A oder nicht.
Neil_UK
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@IanBland: In den meisten europäischen Ländern werden die superrobusten UK-Stecker jedoch nicht verwendet. Trotzdem kann ich, nachdem ich persönlich gesehen habe, wie US-Netzstecker auf halber Strecke aus der Steckdose hingen und beinahe einen Finger von freiliegendem Metall entfernt waren, mit Sicherheit sagen, dass selbst der schäbigste Euro-Stecker, den ich je gesehen habe, besser war .
Ilmari Karonen
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Der andere Punkt ist, dass RJ45s nicht für die Herstellung von Sicherheitsisolationen ausgelegt sind. Die ursprüngliche Frage bezieht sich auf Kinder mit einer eher niedrigen Impedanz. Ich weiß, dass ich mit 7 Jahren ein ziemliches "Kribbeln" von meinen 12VDC-Modellbahnschienen bekommen konnte, was (vermutlich) nicht gefährlich war, aber ich fand es beunruhigend. Ich würde ein Kind nicht persönlich an 48V anschließen.
Ian Bland
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@ IanBland: Das RJ-45-Ende ist absolut sicher. Wenn es freigelegt ist, werden am anderen Ende keine 48 V angelegt. Die POE muss ausgehandelt werden, bevor die volle Leistung zur Verfügung gestellt wird. Ich bin nicht sicher, ob Sie 5V oder 12V für die Verhandlung bekommen.
MSalters
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Zunächst scheinen sich einige Leute auf POTS fixiert zu haben, was nichts mit PoE zu tun hat. Requisiten an alle Telekommunikationsingenieure, die an einem schweißtreibenden Tag mit Jumpern Strom am Arm hatten.

Zusätzlich zu den guten Antworten über die Sicherheit von 48 VDC an sich ist PoE ein ausgehandeltes Protokoll - die angeschlossenen Geräte gehen von der ausfallsicheren Annahme aus, dass das andere Gerät NICHT PoE-kompatibel ist und daher keine Freude daran hätte, die Schnittstelle mit Strom zu versorgen. Nur wenn zwei PoE-kompatible Geräte angeschlossen sind, sieht man die spezielle Signalisierung, die besagt, dass PoE angeboten werden soll. Von dort aus werden die beiden Geräte darüber verhandeln, was das eine benötigt / was das andere liefern kann und effektiv "aufarbeiten". in Richtung der erforderlichen Leistung. Es ist auch erwähnenswert, dass die Leistung, zu der sie kommen, viel geringer sein könnte als die volle unterstützte Menge - nur sehr wenige Geräte sind so leistungshungrig.

Ein getrenntes oder baumelndes Kabel (ein Ende an einen PoE-Port angeschlossen) weist KEINE nennenswerte Spannung auf - in der Tat nicht mehr als ein Standard-Ethernet-Kabel.

Kurz gesagt, es sei denn , Ihr Kind durch ein kauen schafft verbunden und arbeiten PoE - Kabel und den Leiter überbrückt , aber wie durch ein Wunder ohne die Geräte verursachen die Störung / lose Verbindung zu erkennen, ist es unwahrscheinlich , dass Sie auch auf die köstlichen Volt innen bekommen konnten , bevor es ist alles Abschalten .

WARNUNG: Dies setzt echte standardkonforme PoE-Geräte voraus und nicht die vielen proprietären Methoden, mit denen Unternehmen ein Ethernet-Kabel, das häufig aus einer mit den Ersatzkabeln eines Ethernet-Adapters verkabelten Steckdose besteht, mit Strom versorgen. In diesem Fall sind Sie der Stromversorgung ausgeliefert - es könnte sich um eine kleine anämische Niederspannungs-Wandwarze handeln, die überhaupt kein Problem darstellt, oder um eine relativ hochstromfähige Einheit mit 48 V oder mehr, die möglicherweise etwas stärker ist riskant, aber ehrlich gesagt, es sei denn, Sie haben ein lächerliches, nicht standardkonformes, nicht wirklich mit PoE-Ethernet verbundenes Flutlicht gekauft oder etwas, für das Sie ein geringes Risiko haben.

Ein Beispiel für relativ leistungsstarke PoE-fähige Geräte sind High-End-CCTV-Kameras mit Hochleistungs-LEDs und voller PTZ-Bewegung. Sie können 100 bis 200 W verbrauchen, aber zu Hause ist es sehr unwahrscheinlich, dass Sie würde jemals so etwas finden.

Na ja, vielleicht bei mir zu Hause, aber weißt du ...

Die meisten anderen nicht ganz PoE-Geräte, die ich gesehen habe, spritzen nur 12-24 V auf die Ersatzpaare von einem <50 W starken Ziegelstein oder einer Mauerwarze.

John U.
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Der Verhandlungsteil ist interessant, ich wusste nichts davon. Könnten Sie bitte erläutern, wie die Verhandlungen verlaufen? Danke.
Petr Pudlák
Ich kann nicht näher darauf eingehen, da ich das Normendokument nicht gelesen habe (und wie immer gibt es andere konkurrierende Normen auf dem Markt), aber das Prinzip ist im Grunde genommen das gleiche - wenn Sie einem Steckverbinder Leistung hinzufügen, der durch Standard, wird nur für Daten verwendet, bei denen Sie nicht einfach davon ausgehen können, dass das andere Ende damit einverstanden ist. Sie müssen diese erkennen und aushandeln.
John U
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In Europa beträgt die maximale Spannung für Kinderspielzeug nur 24 V DC. Bei Anwendung direkt über dem Herzen an Brust und Rücken können auch kleinere Spannungen gefährlich sein.

Uwe
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IEC 62368-1: 2014 definiert "sicher" als 60 VDC oder 2 mA DC, je nachdem, welcher Wert geringer ist. Für Wechselstrom liegen die Grenzwerte bei 30 V Wechselstrom und 0,5 mA. Diese gelten als sicher für eine normale Person, Sie können jedoch keine freiliegenden Stecker / Kabel herumliegen lassen, da das gesamte Kapitel über "elektrische Brände" zu beachten ist.

Es gibt höhere Grenzwerte für "unterwiesene Personen", z. B. Servicetechniker. Dies sind 120 VDC und 50 VAC, mit einer besonderen Ausnahme für das Klingeln im 90 VAC-Telefonnetz. Diese werden als wahrnehmbar oder sogar unangenehm definiert, erzeugen jedoch normalerweise keine schädlichen elektrischen physiologischen Wirkungen. Die Stromgrenzwerte liegen bei 25 mA Gleichstrom und 5 mA Wechselstrom.

Alles darüber hinaus, was bei "normalen" Frequenzen als gefährlich eingestuft wird, kann die 100-kHz-Wechselstromgrenze überschreiten, was hier jedoch den Rahmen sprengt.

Barleyman
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1

In einigen anderen Antworten wird erwähnt, dass 48 V Gleichspannung eine "sichere" Spannung ist. Ich würde jedoch argumentieren, dass die Umgebungsbedingungen (Erdung, Hautleitwert usw.) weitaus wichtiger sind als nur die Spannung.

Das Folgende ist zugegebenermaßen anekdotisch, aber ich habe einen sehr schlimmen Gleichstromschock an einem 48-V-Gleichstromkreisel auf einem Schiff erlebt, nachdem ich mit nassen, salzigen Händen hineingekommen bin.

Siehe auch die folgende Stack-Exchange-Antwort, die besagt, dass sogar 24 V unter bestimmten Umständen gefährlich sein können. Wie viel Spannung ist "gefährlich"?

Ralph
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Was für die elektrische Sicherheit wichtiger ist als die Spannung, ist der Strom. Die zum Starten oder Stoppen des Herzens erforderliche Strommenge beträgt 60 mA über die Brust. Unter den richtigen Umständen können sogar 12 Volt tödlich sein. In einer Meeresumgebung, dh einem gekenterten Boot in Salzwasser, könnte jede Person auf dem aktuellen Weg getötet werden. 48 Volt können einen gesunden Ruck verursachen, wenn Ihre Haut schweißfeucht ist. Unter normalen Umständen mit trockener Haut würden Sie 48 Volt wahrscheinlich wecken, aber nicht töten. Wenn der elektrische Strom stark genug ist, um die Haut- und Fettschicht abzubrennen und in Kontakt mit dem Gewebe direkt unter dieser Schicht zu kommen, ist er extrem leitend, und selbst relativ niedrige Spannungen können tödlich sein.

Wechselstrom ist weitaus tödlicher als Gleichstrom. Einer der Gründe, warum er in früheren Zeiten für die Ausführung einer Hinrichtung bevorzugt wurde.

Old_Fossil
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"Die zum Starten oder Stoppen des Herzens erforderliche Strommenge beträgt 60 mA über die Brust." Nein, bei 60 mA ist das Stoppen des Herzens fast garantiert. Niedrigere Werte wie 20 mA können immer noch ausreichen, um Ihren Herzschlag so stark zu regulieren, dass er abstürzt.
Mast
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Der Grund für die Bevorzugung von AC für Hinrichtungen in den alten Tagen war die schlechte Kampagne von Edison gegen die AC-Strömung von Tesla und Westinghouse. Edison wollte die öffentliche Meinung ändern, Wechselstrom sollte gefährlicher erscheinen als Edisons Gleichstrom. Die Erzeugung von Hochspannungen war damals mit Wechselstrom viel einfacher als mit Gleichstrom.
Uwe
@uwe: Das war auch einer der Gründe. Dies ändert jedoch nichts an der Tatsache, dass der Wechselstrom weitaus tödlicher ist, da neuronale Synapsen gebraten werden, die so ausgelegt sind, dass sie in eine Richtung und nicht in beide Richtungen 60-mal pro Sekunde leiten.
Old_Fossil
1
Als jemand, der viel mit dem Risiko eines Stromschlags zu tun hat, ist DC immer die beängstigendste. Wechselstrom neigt dazu, einen Krampf zu verursachen, der Sie vom Leiter abwirft. Gleichstrom kann Sie daran festklemmen. Dadurch werden die Muskeln gestrafft, während sie mit dem Wechselstrom noch einen gewissen Bewegungsspielraum haben. Und wenn es genug Strom gibt, um irgendetwas zu braten, sind Sie wahrscheinlich tot, ehrlich gesagt. Ein überlebensfähiger Schock unterbricht nur die Funktion des Nervensystems. Es ist der Unterschied zwischen einem Stromkreis, der einen Neustart / Hochfahren benötigt, und dem magischen Rauch, der aus den Komponenten entweicht. Auch Uwe hat Recht mit Edison. Es ist eine grausige Geschichte.
Ian Bland