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20. Jun 2013 | Sicherheit

Schützen Sie sich vor Lichtbögen

Jedes Jahr sterben in Kanada mehr Elektriker bei der Arbeit als Polizisten oder Feuerwehrleute. In Nordamerika gelangen jeden Tag fünf bis zehn Menschen aufgrund von Lichtbogenexplosionen bei elektrischen Geräten auf die Verbrennungsstation, von denen jeder zweite nicht überlebt.

Wie können Sie sich vor Lichtbögen schützen? Der erste Schritt besteht darin, die Gefahr zu erkennen und richtig einzuschätzen.

Lichtbögen können Temperaturen von 2.800 bis 19.000 °C erreichen. Die Temperatur an der Oberfläche der Sonne beträgt im Vergleich dazu ca. 5.500 °C. Durch einen Lichtbogen geraten konzentrierte Strahlungsenergie, heiße Gase und schmelzende Metalle in die Umgebung, welche zu schweren Strahlungsverbrennungen und sogar zum Tod führen können. Kleidung schmilzt und bleibt an der Haut haften. Die damit einhergehenden Druckwellen von bis zu 32.000 Kilogramm pro Kubikmeter können zu Schädigungen des Gehörs und des Gehirns führen und aufgrund der extremen Helligkeit des Lichtbogens auch Augenschäden verursachen. Durch die Druckwellen werden lose Geräte, Werkzeuge, Maschinen oder Abfälle durch die Gegend geschleudert und können jeden verletzen, der sich in ihrer Nähe befindet.

Sämtliche Arbeiten in der Nähe von stromführenden Schaltungen sind mit gewissen Risiken verbunden – dies gilt auch für elektronische Messungen. In Kanada arbeiten Elektriker in Industrie und Gewerbe meist an Hochenergie-Stromkreisen bis zu 600 V. Auch wenn diese offiziell als Stromkreise mit „niedriger Spannung“ gelten, leiten sie so viel Strom, dass sie einen tödlichen Schlag versetzen können.

Gefahr durch Spannungstransienten

Das Vorhandensein von Spannungstransienten ist kennzeichnend für elektrische Versorgungssysteme mit entscheidenden Sicherheitsauswirkungen. Wenn Transienten auftreten, während jemand elektrische Messungen vornimmt, kann ein Lichtbogen entstehen.

Transienten sind in fast jedem elektrischen Versorgungssystem vorhanden. In der Industrie können diese durch den Wechsel von Blindlasten oder durch Blitzschläge verursacht werden. Solche Transienten dauern zwar nur einige Millisekunden, können jedoch eine Energie von mehreren Tausend Ampere haben.

Die Folgen können für jeden, der Messungen an elektrischen Geräten vornimmt, verheerend sein. Wenn solche Spitzen auftreten, während Messungen erfolgen, können sie im Messgerät oder in der Umgebungsluft ein Lichtbogenplasma hervorrufen. Durch den in 480-V- und 600-V-Systemen verfügbaren Fehlerstrom können die Systeme einen extrem gefährlichen Lichtbogen erzeugen.

Transienten sind nicht die einzige Quelle von Lichtbogengefahren. Eine gängige Falschanwendung von Hand-Multimetern kann eine ähnliche Ereigniskette in Gang setzen. Wenn der Benutzer des Multimeters die TestMessleitung an den Ampere-Eingangsklemmen belässt, und die Messleitungen über eine Spannungsquelle verbindet, dann hatführt das Messgerät über eine Spannungsquelle. dDieser Benutzer hat soeben mit dem Messgerät einen Kurzschluss durchs Messgerät verursacht.

Schutznormen

Lichtbögen sind gesetzgeberisch sowohl auf lokaler als auch auf nationaler Ebene geregelt. Gemäß der Vorschriften für Bau und Gewerbe in Ontario müssen Arbeiter vor Stromschlägen und Verbrennungen geschützt werden, die an oder in der Nähe von stromführenden, offenliegenden Geräteteilen oder Leitern arbeiten. Gemäß Occupational Health and Safety Code für Alberta sind Mitarbeiter, die Stromüberschlägen von elektrischen Geräten ausgesetzt sind, verpflichtet, brandsichere Kleidung und weitere der Gefahr angemessene Schutzausrüstung zu tragen.

Auf Bundesebene besteht ab dem 31.März 2004 gemäß Bill Gesetzentwurf C-45 des kanadischen Strafrechts für Arbeitgeber, Manager und Vorgesetzte die Pflicht, Gesundheit und Sicherheit am Arbeitsplatz sicherzustellen. Nach dem Gesetz besteht nach der Abänderung durch GesetzentwurfBill C-45 keine spezifische Obergrenze hinsichtlich der Geldstrafen für ein für schuldig befundenes Unternehmen; einzelne Vertreter eines Unternehmens können bis zu einer lebenslänglichen Gefängnisstrafe verurteilt werden, wenn sie grob fahrlässig mit Todesfolge gehandelt haben.

Die maßgeblichen Praktiken zur Vermeidung von Lichtbogenvorfällen sind amerikanischen Ursprungs und Teil derNorm für elektrische Sicherheit am Arbeitsplatz (2004) der National Fire Protection Association (NFPA) 70E. Gegenwärtig besteht keine äquivalente Norm zur NFPA 70E der CSA (Canadian Standards Association), deren Umsetzung in Kanada jedoch derzeit diskutiert wird. Viele kanadische Unternehmen haben die Norm NFPA 70E bereits umgesetzt.

Gemäß NFPA 70E ist die Berechnung einer Lichtbogenschutzgrenze erforderlich, innerhalb derer Arbeiter durch persönliche Schutzausrüstung (PSA) wie Augen- und Gehörschutz, Isolierhandschuhe und brandsichere Kleidung geschützt sein müssen. Diese Grenze ist je nach Gerätetyp unterschiedlich und hängt auch von den verwendeten Spannungen ab. Die während eines Lichtbogens einfallende Energie ist in NFPA 70E als die auf eine Oberfläche einwirkende Energiemenge in einer bestimmten Entfernung zur Quelle definiert, die während eines Lichtbogenvorfalls erzeugt wird. Die einfallende Energie wird in Kalorien pro Quadratzentimeter (cal/cm²) angegeben. Bei der Lichtbogenschutzgrenze handelt es sich um den Punkt, an dem die Energiemenge 1,2 cal/cm² bzw. der für Verbrennungen zweiten Grades erforderlichen Energiemenge beträgt.

Messwerkzeuge und -geräte müssen als PSA-Komponente auch Sicherheitsanforderungen entsprechen. Diese Normen werden von Organisationen wie dem ANSI, der CSA (Canadian Standards Association) und der IEC (Internationale Elektrotechnische Kommission) aufgestellt. Diese Institutionen haben zusammen strenge Standards für Messgeräte aufgestellt, die in Umgebungen bis zu 1000 V verwendet werden (Sicherheitsinformationen zu Messgeräten finden Sie auf der Seitenleiste).

Vorbeugende Instandhaltung ist der beste Schutz

Wenn Sie über den Zustand und den bisherigen Einsatz der Geräte in Ihrem Werk Bescheid wissen, haben Sie bereits den ersten Schritt zur Vermeidung schwerer Vorfälle wie Lichtbögen getan. Schlechte Verbindungen, Isolierungsmängel, Blitze, Oberschwingungen, Überlast und Verkabelungsfehler können elektrische Brände und andere Gefahren für die Sicherheit wie Lichtbögen verursachen. Bei der Gefahrenerkennung kommt es darauf an, zu wissen, wie ein abweichender Messwert aussieht. Am besten ist es, Grundwerte für besonders wichtige Komponenten und Geräte zu erfassen:

Wärmebildkameras wie die Fluke Ti30 können die von einem Objekt abgegebene Infrarotenergie messen und eine optische Darstellung der Oberflächentemperatur des Objektes erstellen. Auf diesen Wärmebildern treten heiße, lose Steckverbinder stark hervor, insbesondere im Vergleich zu kühleren, festen Steckverbindern. Diese berührungslose Technik ist ideal – und sicherer – zum Prüfen energiegeladener Komponenten und zum Scannen von Betriebsgeräten.

Auf einem spannungsfreien System lassen sich mit einem Mikro-Ohmmeter wesentlich präzisere Ergebnisse erzielen, sodass die Verbindung keine überschüssige Energie abstrahlt bzw. potenziell gefahrenträchtige Steckverbinder erkannt werden.

Der Isolationswiderstand wird zwischen Phasenleitern und zwischen Phasenleitern und Erdleitern gemessen. Eine gute Isolierung hat einen sehr hohen Widerstand. Mit einem Isolationsmessgerät wird eine hohe Gleichspannung auf spannungsfreie isolierte Komponenten übertragen. Das Instrument misst anschließend den Widerstand zwischen den beiden Punkten. Der Test eignet sich zum Prüfen großer Abschnitte der Isolierung, darunter der großen Längen von Kabeln, Transformatorwicklungen und Motorwicklungen. Geringe Isolationswiderstandsmesswerte können darauf hindeuten, dass an irgendeinem Punkt auf der Länge das Kabel defekt ist und einen Kurzschluss verursachen kann.

Leistungsschalter sind für den Elektro-Brandschutz entscheidend. Für die ordnungsgemäße Prüfung von Leistungsschaltern sind spezielle Geräte und ein spezielles Wissen erforderlich. Die Prüfung erfolgt über den aus dem Stromkreis entnommenen Leistungsschalter, und die Tests dienen der Prüfung von Auslösestrom und -verzögerung.

Durch Untersuchung der Netzqualität können Anzeichen für eine potenzielle Überhitzung erkannt werden. Durch eine regelmäßige Messung des Klirrfaktors können potenzielle AufheizungsHeizprobleme aufgrund übermäßigen Oberschwingungsstroms erkannt werden. Spannungseinbrüche können ärgerlich sein, aber bei Systemwartungen einer konsistenten Last können sie auch durch beschädigte Verbindungen entstehen. Viele Verkabelungsprobleme werden bei einer umfassenden Untersuchung der Netzqualität sichtbar.

Der Selbstschutz vor Lichtbögen umfasst die Erkennung der Gefahren, Einhaltung der Sicherheitsverfahren sowie Kenntnisse über die Maßnahmen, die man ergreifen kann, um Arbeiten an Geräten sicher und gleichzeitig effizient durchzuführen.