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Anwendung, Ausführung und Auswahl

PSA zum Schutz vor Störlichtbögen Teil 2
Anwendung, Ausführung und Auswahl

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Freileitungsmonteur in der Ausbildung mit PSAgS Foto: BSD
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Per­sön­liche Schutzaus­rüs­tun­gen gegen die ther­mis­chen Auswirkun­gen eines Stör­licht­bo­gens (PSAgS) sind ein wichtiges Ele­ment des Schutzkonzepts für elek­trotech­nis­ches Per­son­al. Diese Artikelserie soll für ein besseres Ver­ständ­nis im Umgang mit PSAgS in der Prax­is sor­gen. Teil 2 zeigt, was sich in der Neu­fas­sung der DGUV Infor­ma­tion 203–077 ändern wird.

Seit der erst­ma­li­gen nor­ma­tiv­en Ein­führung der zwei Stör­licht­bo­gen­schutzk­lassen (Klasse 1 und Klasse 2 in der Norm IEC 61482–1–2), die den Stör­licht­bo­gen­schutz von Elek­trik­er­schutzbek­lei­dung charak­ter­isieren, beste­ht der Bedarf für eine Richtlin­ie zur Auswahl der kor­rek­ten Schutzk­lasse. Dieses The­ma wurde lange Zeit nicht kon­se­quent ange­gan­gen. In der Folge ent­standen nicht nur unter­schiedliche Vorge­hensweisen zur Auswahl der Schutzk­lassen, son­dern auch unter­schiedliche und zum Teil falsche Inter­pre­ta­tio­nen, wie diese bei­den Schutzk­lassen einge­set­zt wer­den sollen.

Diese ungenü­gende Sit­u­a­tion hat sich durch die Veröf­fentlichung der DGUV Infor­ma­tion 203–077 „Ther­mis­che Gefährdung durch Stör­licht­bö­gen – Hil­fe bei der Auswahl der per­sön­lichen Schutzaus­rüs­tung“ im Jahr 2012 geän­dert. Damit wurde eine ein­heitliche Auswahlrichtlin­ie etabliert, die sich kon­se­quent am Box-Test (vgl. Glos­sar auf Seite 44) ori­en­tiert. Dadurch wird ein exak­ter Ver­gle­ich des Licht­bo­gen­schutzniveaus der PSAgS mit den tat­säch­lich am Arbeit­splatz auftre­tenden ther­mis­chen Gefahren durch Stör­licht­bö­gen möglich. Die DGUV-Infor­ma­tion wird zurzeit über­ar­beit­et und um wichtige Details ergänzt. Wichtige Änderun­gen wer­den in diesem Artikel mit aus­drück­lich­er Genehmi­gung der Beruf­sgenossen­schaft Energie Tex­til Elek­tro Medi­enerzeug­nisse (BG ETEM) bere­its behan­delt.

Anwendungsbereich

Der Anwen­dungs­bere­ich des Berech­nungsal­go­rith­mus wird sich in der Neu­fas­sung nicht nur auf Wech­selspan­nungsan­la­gen beschränken, son­dern auch Gle­ichspan­nungsan­la­gen bis 1500 V (Bat­te­rien, PV-Anla­gen, Umrichtertech­nik) ein­schließen. Die Anwen­dung des Berech­nungsal­go­rith­mus ist dann erforder­lich, wenn man an für PSAgS rel­e­van­ten Anla­gen arbeit­et (vgl. Teil 1 der Artikelserie in Sicher­heitsin­ge­nieur 04/19), an denen ein ther­misch gefährlich­er und sta­bil­er Stör­licht­bo­gen zu erwarten ist.

Eine ther­mis­che Gefährdung durch auftre­tende Stör­licht­bö­gen kann beste­hen, wenn

  • die Nennspan­nung größer 50 V ist,
  • der Kurz­schlussstrom 1000 A beträgt oder
  • eine Absicherung des Arbeit­splatzes mit ein­er Schmelzsicherung mit einem Nennstrom 63 A erfol­gt.

Dann muss die erforder­liche Schutzk­lasse der PSAgS berech­net wer­den.

Die Lichtbogenenergie als Auswahlkriterium

Die Genauigkeit des Auswahlal­go­rith­mus ist erwartungs­gemäß mit ein­er aufwändi­geren Berech­nung ver­bun­den. Maßge­blich ist die Verknüp­fung der jew­eili­gen Licht­bo­gen­schutzk­lasse mit der im Prü­fauf­bau (Box-Test) erzeugten Licht­bo­genen­ergie (vgl. Tabelle 1). Das bedeutet, dass der Ver­gle­ich des Schutzniveaus der PSAgS mit den Licht­bo­genge­fahren am jew­eili­gen Arbeit­splatz anhand der Licht­bo­genen­ergie erfol­gen muss. Es ist also notwendig, die im Falle eines Licht­bo­gen­fehlers am Arbeit­splatz auftre­tende elek­trische Licht­bo­genen­ergie WLB zu bes­tim­men und sie mit dem Schutzpegel WLBS der PSAgS zu ver­gle­ichen. Für die meis­ten im Elek­trobere­ich täti­gen Per­so­n­en ist der Umgang mit der elek­trischen Licht­bo­genen­ergie im Zusam­men­hang mit Fehlern in Ver­sorgungsnet­zen unge­wohnt. Beach­tung wurde bish­er vor­rangig dem max­i­malen Kurz­schlussstrom als Dimen­sion­ierungskri­teri­um im Kurz­schlussfall geschenkt. Die Physik der Umwand­lung und des Trans­ports von elek­trisch­er Energie in Wärmeen­ergie im Falle eines Licht­bo­gen­fehlers ver­langt aber diese neue Betra­ch­tungsweise.

Zur Berech­nung der Licht­bo­genen­ergie WLB und des Schutzpegels WLBS der PSAgS sind elek­trische Dat­en der Anlage und Angaben zum Arbeit­splatz erforder­lich (vgl. Kas­ten unten). Es wird deut­lich, dass alle diese Ein­flussgrößen bei der Bes­tim­mung der Licht­bo­gen­schutzk­lasse berück­sichtigt wer­den müssen und der Anwen­der des Auswahlal­go­rith­mus davon Ken­nt­nis haben muss. Das bedeutet weit­er­hin, dass eine arbeit­splatzbe­zo­gene Gefährdungs­beurteilung zu erfol­gen hat.

Durch das Bew­er­tungskri­teri­um Licht­bo­genen­ergie wird nun deut­lich, dass die Arbeit­splätze mit hohen Kurz­schlussströ­men (zum Beispiel NS-Abgangsk­a­bel­sicherung in Ort­snet­zs­ta­tio­nen) nicht unbe­d­ingt die Arbeit­splätze mit der höch­sten Licht­bo­genge­fährdung sind: Die Licht­bo­genen­ergie ist nicht nur abhängig vom (Kurzschluss-)Strom durch den Licht­bo­gen, son­dern auch von der Net­zs­pan­nung und der Licht­bo­gen­bren­ndauer. Diesen Sachver­halt gibt die fol­gende Beziehung wieder:

WLB ~ Un I″k3 tK

Hohe Kurz­schlussströme führen ger­ade beim Ein­satz von Schmelzsicherun­gen zu sehr kurzen Abschaltzeit­en (im Strom begren­zen­den Arbeits­bere­ich unter 10 ms), die gemäß oben aufge­führter Beziehung zu rel­a­tiv kleinen Licht­bo­genen­ergien führen (zum Beispiel bei über Sicherun­gen geschützte Unter­verteilun­gen hin­ter leis­tungsstarken Indus­tri­etrans­for­ma­toren). Arbeit­splätze, die durch eine große Net­z­im­ped­anz (vgl. Glos­sar) mit rel­a­tiv kleinen Kurz­schlus­sleis­tun­gen ver­bun­den sind (zum Beispiel Hau­san­schlusskas­ten am Ende langer Kabel­streck­en), kön­nen dage­gen auf­grund der lan­gen Abschaltzeit­en der zuge­höri­gen Sicherun­gen Licht­bo­genen­ergien her­vor­rufen, die den Schutzpegel der Klasse 2 unter Umstän­den über­steigen. Mit Ken­nt­nis der Ein­flusspa­ra­me­ter auf die Licht­bo­genen­ergie und den Schutzpegel wird auch deut­lich, welche Mit­tel unter Umstän­den zur Ver­fü­gung ste­hen, um die Licht­bo­genge­fährdung zu senken. Das sind zum Beispiel:

  • Ver­größerung des Arbeitsab­stands (wenn tech­nisch möglich),
  • Ver­ringerung der Abschaltzeit­en (zum Beispiel mit extrem schnellen Arbeitss­chutzsicherun­gen oder Ver­ringerung der Ein­stell­w­erte im Schutzgerät des Leis­tungss­chal­ters).

Ein großer Vorteil der Berech­nun­gen ist aber auch, dass anhand der Ergeb­nisse fest­gestellt wer­den kann, an welchen Anla­gen gar keine PSAgS benötigt wird. Unter­schre­it­et die ermit­telte Licht­bo­genen­ergie den Wert von 50 kJ, ist PSAgS unnötig.

Praktische Umsetzung der Berechnung

Sofern alle notwendi­gen Dat­en vor­liegen, kann der Berech­nungsal­go­rith­mus prob­lem­los angewen­det wer­den. Auf­grund der Vielzahl ver­schieden­er Arbeit­splätze in der öffentlichen Elek­troen­ergiev­er­sorgung (zum Beispiel Ort­snet­zs­ta­tio­nen, Muf­fen­löch­er, Kabelverteil­er, Hau­san­schlusskästen) oder in aus­gedehn­ten Indus­trienet­zen (zum Beispiel MS-Sta­tio­nen, Nieder­span­nung­shauptverteilun­gen, Unter­verteilun­gen) ist die Anwen­dung der DGUV Infor­ma­tion aber mit erhe­blichem Mehraufwand bei der Gefährdungs­beurteilung ver­bun­den. Eine prak­tik­able Umset­zung erfordert deswe­gen Soft­ware­un­ter­stützung und eine strate­gis­che Pla­nung der durchzuführen­den Berech­nun­gen, um den Arbeits- beziehungsweise Berech­nungsaufwand zu min­imieren.

Eine strate­gisch vorteil­hafte Vorge­hensweise kann zum Beispiel die Kat­e­gorisierung des inter­essieren­den Net­zbere­ichs nach typ­is­chen Arbeit­splätzen mit ähn­lichen Net­z­topolo­gien sein. Dadurch kön­nen Berech­nungsergeb­nisse auf gle­ichar­tige Anla­gen über­tra­gen wer­den. Oder man ermit­telt Dia­gramme, in denen die Licht­bo­genen­ergie und damit das erforder­liche Schutzniveau der PSAgS in Abhängigkeit von der Ent­fer­nung des Arbeit­splatzes (zum Beispiel Kabelverteil­er oder Unter­verteilung) zum ein­speisenden Trans­for­ma­tor dargestellt wird (vgl. Abbil­dung 1).

Überschreitung des Schutzniveaus der Klasse 2

Wird bei der Anwen­dung des Berech­nungsal­go­rith­mus fest­gestellt, dass das Schutzniveau der Klasse 2 nicht mehr aus­re­icht, sind zusät­zliche Beurteilun­gen durchzuführen. In der kün­fti­gen Ver­sion der DGUV Infor­ma­tion wird dem Anwen­der ein weit­eres Werkzeug zur Beurteilung des Gesamtrisikos an die Hand gegeben. Damit wird zusät­zlich zur Schadenss­chwere im Falle eines Licht­bo­gen­fehlers die Ein­trittswahrschein­lichkeit dieses Licht­bo­gen­fehlers beurteilt. Die Ein­trittswahrschein­lichkeit eines Stör­licht­bo­ge­nun­falls wird unter anderem durch die Art und den tech­nis­chen Zus­tand der Anlage und die Qual­i­fika­tion des Per­son­als bes­timmt. Ziel ist es nachzuweisen, dass bei Anla­gen und Tätigkeit­en mit ein­er gerin­gen Ein­trittswahrschein­lichkeit eines Stör­licht­bo­gen­fehlers aber mit hohen Licht­bo­genen­ergien trotz­dem PSAgS der Schutzk­lasse 2 einge­set­zt wer­den kann. In Aus­nah­me­fällen kann auch PSAgS einge­set­zt wer­den, die ein höheres prüftech­nisch nachgewiesenes Schutzniveau als die Klasse 2 besitzt aber trotz­dem für den jew­eili­gen Arbeit­splatz und die zuge­hörige Tätigkeit eine aus­re­ichende Ergonomie bietet (zum Beispiel Schaltk­its bei Schaltvorgän­gen). Eben­so kann die Risikobeurteilung aber auch ergeben, dass mit der vorhan­de­nen PSAgS kein aus­re­ichen­der Schutz gewährleis­tet wer­den kann und an der unter Span­nung ste­hen­den Anlage nicht gear­beit­et wer­den darf.

Umsetzung von PSA-Konzepten

Wenn die Schutzk­lasse der PSAgS fest­gelegt wurde, muss der Arbeit­ge­ber den betrof­fe­nen Beschäftigten diese Schutzaus­rüs­tun­gen zur Ver­fü­gung stellen. Um die Akzep­tanz der PSAgS bei diesen Per­so­n­en zu sich­ern, ist es empfehlenswert, ein an den Betrieb angepasstes PSA-Konzept zu entwick­eln. Dieses muss berück­sichti­gen, dass die Mitar­beit­er in vie­len Fällen unter­schiedliche Arbeit­splätze mit unter­schiedlichen Anforderun­gen an die PSAgS haben. Ein PSA-Konzept kann beispiel­sweise bein­hal­ten, dass die Schutzk­lasse 2 bei der Bek­lei­dung durch Umset­zung des Zwiebel­prinzips (zum Beispiel Lan­garm-Shirt und Jacke) erre­icht wird. In einem anderen Fall kann das größere erforder­liche Schutzniveau in ein­er leis­tungsstarken Hauptverteilung durch einen Schalt­man­tel, Gesichtss­chutz und Hand­schuhe real­isiert wer­den, die sich schon vor Ort befind­en und nicht erst von den Mitar­beit­ern zum Arbeit­sort trans­portiert wer­den müssen.

Die Her­aus­forderung bei der Umset­zung des Stör­licht­bo­gen­schutzes bei Arbeit­en an und in der Nähe elek­trisch­er Anla­gen ist
die Verknüp­fung von elek­trotech­nis­chen Berech­nun­gen in der Risikobeurteilung im Zusam­men­hang mit aus­re­ichen­den Ken­nt­nis­sen der zu beurteilen­den Anla­gen und Tätigkeit­en. Ins­beson­dere die kün­ftige Ver­sion der DGUV Infor­ma­tion 203–077 wird dem Anwen­der dafür aus­re­ichend Werkzeuge zur Ver­fü­gung stellen.


Foto: pri­vat

Autor: Dr.-Ing. Thomas Jor­dan
Forschung und Entwick­lung, BSD Bil­dungs- und Ser­vicezen­trum GmbH
t.jordan@bsd-dresden.de


Glossar

  • Box-Test: Ver­fahren zur Prü­fung von tex­tilen Mate­ri­alien, Klei­dung, Hand­schuhen und Gesichtss­chutz zur Fest­stel­lung der Stör­licht­bo­gen­schutzk­lasse
  • Net­z­im­ped­anz: Summe aller Wider­stände in der Kurz­schlussstrom­schleife, die den Fehler­strom begren­zt

Notwendi­ge Dat­en für die Berech­nung der Licht­bo­genen­ergie WLB und des Schutzpegels WLBS (= WLBÄ) der PSAgS sind:

  • Nennspan­nung Un
  • Dreipoliger Anfangskurz­schluss­wech­sel­strom I″k3
  • Licht­bo­gen­dauer tk
  • Arbeitsab­stand a
  • Trans­mis­sions­fak­tor kt
  • R/X‑Verhältnis
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