Notbeleuchtungsanlagen

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1 >> Anwendungsberichte Notbeleuchtungsanlagen für explosionsgefährdete Bereiche von Andreas Kaufmann Notbeleuchtung Ersatzbeleuchtung für Rettungswege Antipanikbeleuchtung (DIN EN 1838) für Arbeitsplätze mit besonderer Gefährdung Bild 1: Unterteilung der Notbeleuchtung in Sicherheits- und Ersatzbeleuchtung Immer wieder kommt es weltweit zu Netzausfällen. Bei den spektakulärsten Ausfällen in Europa und Nordamerika war die Stromversorgung über längere Zeit unterbrochen. In solchen Fällen ist für die davon betroffenen Menschen die Orientierung häufig erschwert bzw. gar unmöglich. In den meisten Ländern ist daher eine Notbeleuchtung Pflicht; dies gilt im speziellen für Teile von sensiblen Arbeitsstätten, beispielsweise für explosionsgefährdete Bereiche und Anlagen. Unter Notbeleuchtung versteht man die Beleuchtung, die bei Störung der Stromversorgung die Allgemeinbeleuchtung oder einen Teil davon während der Ausfallzeit ersetzt. Bei der Bezeichnung Notbeleuchtung handelt es sich um einen Überbegriff für und Ersatzbeleuchtung. Hierbei unterteilt sich die in die für Rettungswege, die für Arbeitsplätze mit besonderer Gefährdung und in die Antipanikbeleuchtung, d. h. die für das gefahrlose Verlassen von Räumen (Bild 1). Außerdem spricht man im Rahmen der Notbeleuchtung von Ersatzbeleuchtung. Seite 62 Ex-Zeitschrift 2008

2 > für Rettungswege: Die für Rettungswege ermöglicht es, einen gefährdeten Ort unverzüglich zu verlassen und anderseits, Brandbekämpfungs- und Sicherheitseinrichtungen schnell zu finden. > Antipanikbeleuchtung: Diese Einrichtung soll den Ausbruch von Paniken verhindern. Daher ist es erforderlich, dass die Antipanikleuchten bei Störungen sofort eingeschaltet werden und mit gleichmäßiger Ausleuchtung nach maximal einer Minute 100% der geforderten Beleuchtungsstärke erreicht ist. > für Arbeitsplätze mit besonderer Gefährdung: Gefährliche Arbeitsabläufe, die ein erhöhtes Gefahrenpotential bergen, erfordern eine erhöhte Beleuchtungsstärke, die die Sicherheit des Betriebspersonals gewährleistet. Hierbei wird z.b. für eine kurze Dauer ein höheres Beleuchtungsstärkeniveau zum sicheren Beenden eines laufenden Prozesses gefordert. Ersatzbeleuchtung Bei der Ersatzbeleuchtung handelt es sich um Beleuchtung, die gewährleistet, dass die Arbeiten bei Netzausfall noch während einer gewissen Zeit in gewohntem Rahmen weitergeführt werden können, d.h. es wird für einen begrenzten Zeitraum ersatzweise die Allgemeinbeleuchtung übernommen. Zur Stromversorgung der Notbeleuchtung, d.h. Bereitstellung der Ersatzenergie im Falle eines Netzausfalles, stehen verschiedene Ersatzstromquellen zur Verfügung. Hierzu zählen Einzelbatterien, Gruppen- und Zentralbatterien, Stromaggregate und gesicherte Netze (Bild 2). Anforderungen an Notbeleuchtungsanlagen Die Anforderungen an die Notbeleuchtung kann auf nationaler, europäischer und internationaler Ebene in lichttechnische und elektrotechnische Anforderungen unterteilt werden. Die Tabelle 1 gibt einen Überblick über die entsprechenden Institutionen und Einrichtungen. > Lichttechnische Anforderungen Die lichttechnischen Anforderungen auf europäischer und nationaler Ebene sind durch die Normen DIN EN 1838 [1], DIN EN 4844 Teil 1 und 2 [2] und DIN EN [3] gegeben. Hierbei behandelt die DIN EN 1838 die lichttechnischen Anforderungen an die, die DIN EN 4844 Teil 1 und Teil 2 beschreiben die Sicherheitszeichen und Farben. Die DIN EN behandelt die sicherheits- und elektrotechnischen Anforderungen an die Leuchten der Notbeleuchtung. In Tabelle 2 sind exemplarisch die lichttechnischen Anforderungen bezüglich der geforderten Beleuchtungsstärken, der Nennbetriebsdauer und der Einschaltzeiten für die Not be leuchtung zusammengefasst. Ebenso ist die Kennzeichnung der Rettungswege durch die BVG A8, Ab 4.3 [4] und die DIN EN 4844 geregelt. Es sind die im Bild 3 dargestellten Rettungszeichen zu nutzen. Aggregat 2. Netz batteriegestützte Systeme Bild 2: Alternative Systeme zur Realisierung der Ersatzenergie für die EA SA SO Ersatzstromaggregat: Umschaltzeit 15 s Schnellbereitschaftsaggregat: Umschaltzeit 0,5 s Sofortbereitschaftsaggregat: ohne Umschaltzeit 2N Einspeisung aus einem zweiten, besonders gesicherten Netz ZB GB EB Zentralbatterie (CPS) Gruppenbatterie (LPS) Einzelbatterie elektrotechnische Anforderungen lichttechnische Anforderungen weltweit IEC ISO/CIE europäisch CENELEC CEN national DIN/VDE DIN Bild 3: Standardisierte Rettungszeichen Tabelle 1: Übersicht über die weltweiten, europäischen und nationalen Normenorganisationen, die lichttechnische und elektrotechnische Anforderungen für Notlichtanlagen aufstellen Ex-Zeitschrift 2008 Seite 63

3 Notbeleuchtungsanlagen für explosionsgefährdete Bereiche Auf den Rettungszeichen darf der Richtungspfeil auch zum oberen oder unteren Eckpunkt der Tür zeigen, um den Verlauf der Rettungswege kenntlich zu machen, z.b. zur Treppe. Hierbei ist die Positionierung der Rettungszeichenleuchten überall dort vorgeschrieben, wo es sich um Notausgänge handelt und an allen Ausgängen entlang von Rettungswegen (BGR 216 [5], DIN EN 1838). Handelt es sich um Sicherheitsleuchten, muss der Rettungsweg an jeder Kreuzung, Unterbrechung und Änderung ausgeleuchtet werden. Ebenso ist definiert, dass Treppen und Niveauänderungen bei Rettungswegen beleuchtet werden müssen. Neben Form und Position müssen die Rettungszeichen einer definierten Farbgebung entsprechen (weißes Bildzeichen und eine grüne Grundfläche). Die mittlere Leuchtdichte der Erkennungszeichen muss 200 cd/m 2 betragen, wobei die Erkennungsweite (E) durch die Höhe des Rettungszeichen (h) multipliziert mit dem Distanzfaktor (z) gegeben ist. Hierbei ist der Distanzfaktor 200 für von innen beleuchtete und 100 für von außen beleuchtete Rettungszeichen. > Elektrotechnische Anforderungen Die elektrotechnischen Anforderungen werden in den Normen DIN EN [6] und DIN EN [7] geregelt. Letztere entspricht der VDE Bestimmung VDE Mögliche Lösungen zur Stromversorgung von Notbeleuchtungsanlagen Wie vorstehend beschrieben, stehen zur Stromversorgung von Notbeleuchtungsanlagen 3 Alternativen zur Auswahl: Die durch Stromaggregate, über ein gesichertes Netz oder über batteriegestützte Systeme. In der Praxis kommen vorwiegend batteriegestützte Systeme zum Einsatz, und zwar sowohl zur Stromversorgung einzelner Leuchten oder Leuchtengruppen, als auch in Form von Zentral batterieanlagen. Einzelversorgte Sicherheitsleuchten werden vor allem bei geringen Anzahlen und ausgedehnteren Anlagen eingesetzt, weil dabei der sonst erforderliche zusätzliche Leitungsinstallationsaufwand entfällt. Außerdem bleiben selbst bei Zerstörung des elektrischen Leitungssystems diese Leuchten noch funktionsfähig. Ein gewisser Nachteil ist der höhere Wartungsaufwand der einzelversorgten Leuchten. Gruppen- und Zentralbatterieanlagen bieten sich dann an, wenn viele Sicherheitsleuchten benötigt werden, die zentral überwacht werden sollen. Für Gruppen- und Zentralbatterieanlagen spricht der hohe Servicekomfort und der reduzierte Wartungsaufwand. Die Vorteile der diskutierten Lösungen sind in Tabelle 3 in einer Übersicht dargestellt. Art der Beleuchtung für Rettungswege mit einer Breite bis zu 2 m für Arbeits plätze mit besonderer Gefährdung Antipanikbeleuchtung Ersatzbeleuchtung geforderte Beleuchtungsstärke 1 Lux auf der Mittellinie des Rettungsweges. (Breitere Wege können als mehrere 2 m breite Streifen betrachtet werden) 10 % der Allgemeinbeleuchtung. Mindestens aber 15 Lux Mindestens 0,5 Lux auf der freien Bodenfläche (Randbereiche mit einer Breite von 0,5 m werden nicht berücksichtigt) Verhältnis der größten zur kleinsten Beleuchtungs stärke (E max / E min ) Nennbetriebsdauer Umschaltzeit der 40 :1 Mindestens 1 Stunde 50% von E min innerhalb von 5 Sekunden. 100% innerhalb von 60 Sekunden 10:1 Entsprechend der Dauer, während der eine Gefährdung für Menschen besteht Die geforderte Beleuchtungsstärke muss dauernd vorhanden sein oder in 0,5 Sekunden erreicht sein 40:1 Mindestens 1 Stunde 50% von E min innerhalb von 5 Sekunden. 100% innerhalb von 60 Sekunden Wenn Ersatzbeleuchtung eingesetzt wird, um Aufgaben der Notbeleuchtung zu übernehmen, so muss sie alle relevanten Anforderungen dieser Norm erfüllen. Falls die Ersatzbeleuchtung ein Beleuchtungs niveau unter dem Minimum der allgemeinen Beleuchtung erzeugt, darf sie nur benutzt werden, um einen Arbeitsprozess herunterzufahren oder zu beenden. Tabelle 2: Übersicht der lichttechnischen Anforderungen an Notbeleuchtung Seite 64 Ex-Zeitschrift 2008

4 Die Leuchten der Notbeleuchtung werden entweder aus dem Wechselstrom- oder dem Batterienetz der Gruppen- oder Zentralbatterieanlage gespeist. Als AC-Netz wird ein Drehstromkreis aus der Hauptverteilung zur Notlichtanlage geführt. Dieses Netz speist im Normalbetrieb die Notleuchten, betreibt die Anlagensteuerung und lädt den Batterieblock. Das Batterienetz versorgt bei Ausfall des AC-Netzes über Stromkreismodule die Notlichtleuchten. Den Notlichtstromkreisen lassen sich über die Steuereinheit unterschiedliche Betriebsarten zuordnen, wie Dauerschaltung, Bereitschaftsschaltung mit Notlichtblockierung oder auch Mischbetrieb. Bei der Dauerschaltung werden im Normalbetrieb die Notleuchten aus dem Wechsel stromnetz der Notlichtanlage versorgt. Bei Netzausfall übernimmt das Batterienetz selbsttätig die Energiezufuhr. Bei der Bereitschaftsschaltung werden die Notleuchten nur bei Ausfall des AC-Netzes eingeschaltet und dann aus dem Batterienetz gespeist. Eine der Hauptkomponenten einer jeden Zentralbatterieanlage sind die mikroprozessorgesteuerte Steuereinheit ECS, das Herzstück eines solchen Systems, die Ladebaugruppen, die Batterien, die 3-Phasenüberwachungseinrichtung und die Stromkreis module. Die Zentralbatteriegeräte der Baureihe WFZB von R.STAHL (Bild 4) erfüllen in sinnvoller und wirtschaftlicher Weise die ständig steigenden Anforderungen in dieser Sicherheitstechnik. Das frei programmierbare System mit seinem flexiblen Aufbau erlaubt eine einfache Installation mit dem Vorteil der optimalen Anpassung an die verschiedenen Schaltungsvarianten unter Einbezug der All gemeinbeleuchtung. Hohe Sicherheit und Redundanz wird durch steckbare Einzelmodule erreicht. Dies gilt sowohl für die End stromkreise, als auch für die Ladebaugruppen in 19"-Technik. Endstromkreise und angeschlossene Sicherheits- und Rettungszeichenleuchten werden stromüberwacht oder einzeln adressiert und wöchentlich selbsttätig überprüft. Die WFZB-Zentralbatterieanlagen erfüllen die Anforderungen an die Sicherheitsstromversorgungsanlagen der gem. DIN VDE , EN 50171, EN 50172, EN [8], und DIN 5035 Teil 5 [9]. Sie zeichnen sich durch die folgenden Eigenschaften aus: > 19"-Schranksystem mit Schwenkrahmen und 19"-Baugruppenträger, wahlweise als Standverteiler in Verbindung mit einem Batterieanreihschrank oder einem Batteriegestell, sowie als Kombi schrank mit Elektronikteil und abgeschottetem Batterieeinstellfach gem. DIN VDE 0510 / EN > automatische, mikroprozessorgesteuerte Prüfeinrichtung ECS gem. DIN VDE 0108 Teil 1, > ständige Überprüfung der Funktionsfähigkeit aller Komponenten durch das integrierte Überwachungs- und Prüfsystem > Anzeige und dauerhafte Speicherung aller relevanten Daten mit Datum und Uhrzeit > Anzeige und Ausdruck aller Prüfresultate der letzten 4 Jahre > frei programmierbare 19"-Endstromkreismodule UM 3 4A (ILS) > Einzelumschaltung je Endstromkreis mit VDE-gemäßer 2-poliger frontseitiger Absicherung > Einzelleuchtenüberwachung durch internes Strommodul oder Stromkreisüberwachung, > redundante primär getaktete 19"-Ladeteilbaugruppen EL mit 1,25, 5 oder 10 A. Vorteile der Einzelversorgung Geringerer Installationsaufwand Erhöhte Funktionssicherheit durch interne Versorgung Geringere Investitionskosten Preisvorteil bei geringerer Anzahl von Leuchten Wartungsfreie NiCd Batterie Aufteilung der auf unterschiedliche Phasen der Stromkreise Geringerer Aufwand bei Erweiterung Vorteile der Zentralversorgung Hoher Komfort durch zentrale Bedienung Zentrale Funktionsüberwachung der Leuchten Automatische Ereignisdokumentation mit Vierjahresspeicher Lange Nutzungsdauer der Zentralbatterie ( 10 Jahre) Geringerer Wartungsaufwand Keine Leistungsbegrenzung Störungsmeldung an beliebige Stelle möglich Bild 4: WFZB Zentralbatterieanlage für die Stromversorgung von Notlichtleuchten Tabelle 3: Übersicht über die Vorteile von Einzel- und Zentralversorgung von Notlichtleuchten Ex-Zeitschrift 2008 Seite 65

5 Notbeleuchtungsanlagen für explosionsgefährdete Bereiche Optional können in den Leuchten Adressbausteine mit ILS Technik (Intelligente Lichtsteuerung ) eingesetzt werden; so können bis zu maximal 20 Sicherheits- und Rettungszeichenleuchten beliebig in einem Endstromkreis kombiniert werden. Hierbei ist die Zuordnung der Schaltungsart (BS, DS, geschaltetes Licht), zentral über die ECS-Zentrale frei programmierbar. Über den vorhandenen Schaltkontakt L können Sicherheitsleuchten ohne großen Aufwand mit den Leuchten der Allgemeinbeleuchtung geschaltet werden. Das erspart u. a. lange Leitungswege und verringert den Installationsaufwand (Bild 5). Die Miniaturunterstation (Bild 6) der Serie WFZB-UVS4 ergänzt in idealer Weise die WFZB-Zentralbatterieanlage. Sie wird brandabschnittsweise eingesetzt zur Reduzierung der Endstromkreise mit Funktionserhaltkabel. Die Miniaturunterstationen sind serienmäßig mit einer Stromüberwachung installiert. Es sind 2 mal 2 Leuchtenkreise über das Hauptgerät frei programmierbar. Die Verbraucherleistung ist auf maximal 2 4 A (2 750 W) limitiert. Die Miniunterstationen können in E30- oder E90-Gehäusen realisiert werden. Neben den Zentralbatteriesystemen in Kombination mit den Miniaturunterstationen bieten sich für einige Anwendungen auch Gruppenbatteriesysteme an. Diese zeichnen sich durch ihre kompakte Bauweise aus. Diese Systeme können sowohl zentral, als auch dezentral, z.b. brandabschnittsweise, installiert werden. Sie verfügen über eine serienmäßige Stromkreisüberwachung gem. DIN VDE 0108 und optional eine Adressierung. Die Ausführung der WZB-6-48 Kompaktanlage von R. STAHL wird durch die folgenden technischen Parameter charakterisiert: > 6 Endstromkreise à 150 Watt ; frei programmierbar in DS/BS/geschaltetes Licht > Mischbetrieb > Absicherung je Endstromkreis für Netz- und Batterie > 2 redundante, primär getaktete Ladeteilbaugruppen 48 V/2..5 A, > Absicherung für Netz- und Batterie > 6-fach LSM 230 (Lichtschalterabfrage, 230V Eingang) > Einzelleuchten (Adressierung oder Stromkreisüberwachung selbstkalibrierend), programmierbar, ILS Technik > RS232-PC-Schnittstelle inkl. Software (Einzellizenz) > Schnittstelle für Zentralrechner > Funktions-/Sicherungsüberwachung je Endstromkreis > elektronisches Prüfbuch > 4 Jahre, > Vernetzung von bis zu 63 Anlagen über Zentralrechner: ZRM > Wahlweise auch in E30/E90-Gehäusen lieferbar. Kreis 1 Kreis 2 Kreis 3 Sicherheitsleuchte mit ILS Baustein ILS Kreis 4 Steuerleitung ohne Last Allgemeinbeleuchtung ZB Schaltkontakt L Bild 5: Darstellung der Nutzung von ILS Bausteinen in Kombination mit einer Zentralbatterieanlage und Sicherheits- und Rettungszeichenleuchten Bild 6: Miniaturunterstation in E30 Gehäuse Seite 66 Ex-Zeitschrift 2008

6 Bild 7: Zentraleinheit für die Konfigurierung von Zentralbatterieanlagen sowie für Überwachungsfunktionen Bei der ZRM handelt es sich um einen Zentralrechner; dies ist eine mikroprozessor-gesteuerte Überwachungszentrale incl. PC- Arbeitsplatzsoftware zur Überwachung, Steuerung und Programmierung einer oder mehrerer Zentralbatterieanlagen, Unterstationen und/oder Gruppenbatterieanlagen der Baureihe WFZB (Bild 7). Dabei ist die Auslesung und Archivierung der elektronisch gespeicherten Prüfbücher sowie der Gerätekonfigurationen möglich. Die Erstellung freier Texteingaben für Geräte-, Stromkreis- und Leuchtenbezeichnung sind ebenso möglich. Der Zentralrechner ist mit einer RJ 45-Schnittstelle zum Anschluss an ein Netzwerk ausgerüstet. Die Überwachungseinheit erlaubt über 5 Menüführungstasten eine einfache Bedienung und Konfiguration der Anlage. Über das 4-zeilige Display in Klartextanzeige und 6 Funktionstasten können die wichtigsten Funktionen einfach und effizient ab gefragt und konfiguriert werden. Die ordnungsgemäße Funktion der Notbeleuchtung und die korrekte Auswahl der explosionsgeschützten Leuchten muss jederzeit gewährleistet sein. Daher erfordert die Projektierung umfangreiches Fachwissen und Erfahrung, da eine Vielzahl von Verordnungen und Anforderungen zu berücksichtigen sind. Neben den Anforderungen, die den Explosionsschutz betreffen, sind unter anderem die räumlichen Gegebenheiten für die Beleuchtungsanlage und die sinnvolle Stromkreisaufteilung ausschlaggebend. Desweiteren müssen für die Stromkreise die Aufteilung der Leuchten in die Betriebsarten (Dauerschaltung, Bereitschaftslicht oder Kombination von beiden) festgelegt werden. Abhängig von der Anzahl der Notleuchten und deren Leistung müssen die Stromkreismodule und die Batteriekapazität berechnet und ausgewählt werden. Ist eine weitere Anlagenvernetzung geplant, sind zusätzlich die entsprechenden Schnittstellen zu definieren. Durch den Einsatz von Zentralbatterieanlagen können die Wartungskosten signifikant reduziert werden, jedoch ist auf eine professionelle Projektierung zu achten, im speziellen auch hinsichtlich der Auswahl der explosionsgeschützten Leuchten. Literaturhinweise [1] DIN EN 1838 Angewandte Lichttechnik: [2] DIN EN Graphische Symbole Sicherheitsfarben und Sicherheitszeichen: Teil 1: Gestaltungsgrundlagen für Sicherheitszeichen zur Anwendung in Arbeitsstätten und in öffentlichen Gebäuden: DIN EN Sicherheitskennzeichnung Teil 2: Darstellung von Sicherheitszeichen: [3] DIN EN ; VDE : Leuchten Teil 2 22: Besondere Anforderungen; Leuchten für Notbeleuchtung: + Berichtigung: [4] Berufsgenossenschaftliche Vorschrift für Sicherheit und Gesundheit bei der Arbeit BGV A8: Sicherheit- und Gesundheitsschutzkennzeichnung am Arbeitsplatz [5] Berufsgenossenschaftliche Regeln für Sicherheit und Gesundheit bei der Arbeit BRG 216 [6] DIN EN 50171; VDE 0558: Zentralversorgungssysteme [7] DIN EN 50172; VDE : sanlagen [8] DIN EN und -2; VDE und -12: Sicherheitsanforderungen für Batterien und Batterieanlagen Teil 1: Allgemeine Sicherheitsanforderungen Teil 2: Stationäre Batterien [9] DIN : Innenraumbeleuchtung mit künstlichem Licht; Notbeleuchtung Ex-Zeitschrift 2008 Seite 67