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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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