Störlichtbogen und Normung

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1 Störlichtbogen und Normung Fachforum Schaltanlagenbau im Fokus eltefa 2017 Steffen Vree, Leiter Produktmanagement, SEDOTEC GmbH & Co. KG, Ladenburg 1

2 Inhaltsverzeichnis 1. Störlichtbogen: Ursachen und Auswirkungen 3 2. DIN EN Beiblatt 1: Leitfaden für die Prüfung unter Störlichtbogenbedingungen infolge eines inneren Fehlers 5 3. Prüfungen im IPH Berlin Fehlauslösesicherheit gegenüber Schaltlichtbögen Nachweis Störlichtbogenklasse C bei geöffneter Tür Zusammenfassung 23 2

3 1. Störlichtbogen: Ursachen Def. Störlichtbogen nicht betriebsmäßige Gasentladung zwischen zwei Elektroden unterschiedlichen Potentials 80% der Störfälle sind auf menschliches Versagen zurückzuführen (BG ETEM, 2013) Arbeiten unter Spannung: herabfallende oder vergessene Metallteile oder Werkzeuge Arbeiten am falschen, vermeintlich freigeschaltenen Feld / Bereich Ionisierte Luft durch Ausblasgase von Schaltgeräten: Unterschreiten der Luft- und Kriechstrecken Verschmoren von Isolierungen durch lose Kontaktstellen oder ausgeglühte Kontakte Feuchtigkeit/Verschmutzung (leitender Staub) Eindringen von Kleintieren (Ratten, Siebenschläfer, Marder) in die Anlage (durch offene Türen, Kabelboden) 3

4 1. Störlichtbogen: Auswirkungen Größter Druck (20 to/m²) nach 10 ms, größte Temperatur ( K) nach 15 ms Offener Leistungsschalter trennt frühestens nach 25 bis 50 ms Quelle: ABB Quelle: TU-Illmenau, Fachgebiet Elektrische Geräte und Anlagen, Univ.-Prof. Dr.-Ing.. Frank Berger 4

5 2. DIN EN Beiblatt 1: Leitfaden für die Prüfung unter Störlichtbogenbedingungen infolge eines inneren Fehlers Beiblatt ist im Januar 2016 erschienen, ersetzt DIN EN Beiblatt 2 Beiblatt ist nicht Bestandteil der Norm DIN EN Inhalte des Beiblattes bedürfen einer Zusatzvereinbarung zwischen Anwender und Hersteller mit Nennung der geforderten Werte: z. B. Störlichtbogenklasse A, Personenschutz (Kriterium 1-5), U e 400 V, I p arc 80 ka, t arc 300 ms 5

6 2. Wesentliche Änderungen gegenüber DIN EN Beiblatt 2 Detaillierung der Störlichtbogenkriterien Einführung von Störlichtbogenklassen A, B, C, I Berücksichtigung von Störlichtbogenschutzgeräten Einteilung des Personenschutzes nach Zugang a) für Elektrofachkraft (eingeschränkt) oder b) für Laien (uneingeschränkt) Prüfung unter Störlichtbogenbedingungen mit Indikatoren von allen Seiten, inklusive der Rückseite 6

7 2. Störlichtbogenklassen und -kriterien Störlichtbogenklasse A, Personenschutz, Kriterien 1) 5) 1) Türen und Abdeckungen öffnen sich nicht und verbleiben so in ihrer Position, dass sie einen Mindestschutzgrad von IP1X (Handrücken, 50 mm) bieten 2) Teile mit einer Masse von mehr als 60 Gramm fliegen nicht weg 3) Störlichtbogen brennt keine Löcher in Umhüllung bis zu einer Höhe von 2 Metern 4) Indikatoren aus Stoff entzünden sich nicht 5) Schutzleiterstromkreis PE bleibt funktionsfähig Störlichtbogenklasse B: Personen- und Anlagenschutz, Kriterien 1) 6) 6) Störlichtbogen bleibt auf einen definierten Bereich begrenzt Störlichtbogenklasse C: Personen- und Anlagenschutz mit eingeschränkter Betriebsfähigkeit, Kriterien 1) 7) 7) Notbetrieb nach Störungsbeseitigung und Isolationsprüfung mit 1,5 x Ue, 1 min 7

8 2. Einteilung in Hinsicht auf Personen, die Zugang haben (Abschnitt 4.2) Eingeschränkter Zugang durch Elektrofachkraft: Nachbildung der Bekleidung einer Elektrofachkraft mit schwerem Stoff (Indikatoren 150 g / m 2 ) Uneingeschränkter Zugang durch Laien: Nachbildung der Bekleidung von Laien mit leichtem Stoff (Indikatoren 40 g / m 2 ) Der eingeschränkte Zugang ist anwendbar, sofern keine anderen Vereinbarungen zwischen Anwender und Hersteller getroffen wurden 8

9 2. Anlage in einer Produktion mit uneingeschränktem Zugang durch Laien 9

10 3. Bilder Prüfung Störlichtbogenklasse A U e 400 V, I p arc 80 ka, t arc 300 ms, uneingeschränkter Zutritt durch Laien 10

11 3. Bilder Prüfung Störlichtbogenklasse B U e 400 V, I p arc 80 ka, t arc 300 ms, uneingeschränkter Zutritt durch Laien 11

12 3. Bilder Prüfung Störlichtbogenklasse C: Schutzsystem DEHNshort U e 400 V, I pc arc 80 ka, t b 3 ms, uneingeschränkter Zutritt durch Laien 12

13 3. Bilder nach der Prüfung Störlichtbogenklasse A U e 400 V, I p arc 80 ka, t arc 300 ms, uneingeschränkter Zutritt durch Laien 13

14 3. Bilder nach der Prüfung Störlichtbogenklasse B U e 400 V, I p arc 80 ka, t arc 300 ms, uneingeschränkter Zutritt durch Laien 14

15 3. Bilder nach der Prüfung Störlichtbogenklasse C: Schutzsystem DEHNshort U e 400 V, I pc arc 80 ka, t b 3 ms, uneingeschränkter Zutritt durch Laien 15

16 Zwischenfazit: Personen- und Anlagenschutz bedeutet nicht Gefährdungsfreiheit 3.6 Personenschutz unter Störlichtbogenbedingungen (DIN EN Beiblatt 1): Fähigkeit einer Schaltgerätekombination, die Gefährdung von Personen hinsichtlich der mechanischen und thermischen Auswirkungen von inneren Störlichtbögen zu begrenzen Nicht geprüft werden die Auswirkungen auf Personen durch Druckanstieg (Wegschleudern der Person von der Anlage) Schallwirkung (Knalltrauma, Taubheit) Lichtblitz (Verblitzen der Augen, Sehstörungen) heiße Gase (Schwefelsäure, verdampfte Metalle verätzte und verkupferte Lunge) 16

17 4. Störlichtbogenklasse C, Aktiver Störlichtbogenschutz Funktionsweise Die gesamte Anlage wird mittels Schutzwandlern in der Einspeisung sowie Lichtsensoren in jedem Feld überwacht. Beide Signale werden in einem Erfassungsgerät analysiert. Im Fall eines Störlichtbogens wird eine Kurzschliessereinheit angesteuert, die die Anlage 3-polig innerhalb von 2 bis 3 Millisekunden kurzschließt. Der Störlichtbogen erlischt augenblicklich und der weiterhin anstehende Kurzschluss wird vom Einspeiseleistungsschalter abgeschaltet. Nach dem Austausch der Kurzschliessereinheit und Beseitigen der Störlichtbogenursache ist die Anlage innerhalb kurzer Zeit wieder voll funktionsfähig. 17

18 4. Aktiver Störlichtbogenschutz: DEHNshort Fehlauslösesicherheit gegenüber Schaltlichtbögen Was ist das? Bei der Kurzschlussabschaltung eines Leistungsschalters kommt es zu austretenden Schaltlichtbögen, die zur ungewollten Auslösung des Schutzsystems führen können. Durch Prüfungen ist zu belegen, dass die Einbausituation des Leistungsschalters und Positionierung der Lichtsensoren nicht zu einer Fehlauslösung führen. In VAMOCON wurde die Fehlauslösesicherheit mit dem System DEHNshort unter Verwendung von Punktsensoren für Schaltgeräte von ABB, Siemens und Schneider Electric erfolgreich nachgewiesen. Anmerkung: Im Nationalen Vorwort zur DIN EN Beiblatt 1 wird der Nachweis der Fehlauslösesicherheit gegenüber Schaltlichtbögen lediglich EMPFOHLEN. 18

19 4. Nachweis Fehlauslösesicherheit gegenüber Schaltlichtbögen - Siemens 3WL BG II, I cc 100 ka, 400 V 19

20 4. Nachweis Fehlauslösesicherheit gegenüber Schaltlichtbögen - Schneider Electric MTZ2, I cc 100 ka, 400 V 20

21 5. Nachweis Störlichtbogenklasse C bei geschlossener Tür - Störlichtbogen mit I parc =100kA, U e =690V, Löschung durch DEHNshort innerhalb 3 ms - Nachbildung der Bekleidung eines Laien mit leichtem Stoff (40 g / m²) 21

22 5. Nachweis Störlichtbogenklasse C bei geöffneter Tür - Störlichtbogen mit I parc =100kA, U e =690V, Löschung durch DEHNshort innerhalb 3 ms - Nachbildung der Bekleidung einer Elektrofachkraft mit schwerem Stoff (150 g / m²) 22

23 6. Zusammenfassung Als erstes System wurde VAMOCON im IPH Berlin nach neuer DIN EN Beiblatt 2 für uneingeschränkten Zutritt durch Laien erfolgreich geprüft Störlichtbogenklasse A und B: - U e 400 V, I parc 80 ka, t arc 300 ms, uneingeschränkter Zutritt durch Laien - U e 690 V, Ip arc 70 ka, t arc 300 ms, eingeschränkter Zutritt durch Elektrofachkraft Störlichtbogenklasse C: - DEHNshort U e 690 V, I pc arc 100 ka, Störlichtbogenlöschzeit < 3 ms, uneingeschränkter Zutritt durch Laien Fehlauslösesicherheit 400 V, I cc 100 ka mit Schaltgeräten von ABB, Siemens und Schneider Electric erfolgreich nachgewiesen - ABB UFES U e 690 V, I pc arc 100 ka, Störlichtbogenlöschzeit < 3 ms, uneingeschränkter Zutritt durch Laien 23

24 SEDOTEC GmbH & Co. KG Wallstadter Straße 59 D Ladenburg Tel: / info@sedotec.de Betriebsstätte Mittweida: Leipziger Straße 38 D Mittweida Tel: /