Störlichtbogenschutz bei Arbeiten an und in der Nähe von elektrischen Anlagen

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1 Störlichtbogenschutz bei Arbeiten an und in der Nähe von elektrischen Anlagen Dr.-Ing. Thomas Jordan Vortragsveranstaltung FASI e.v. 03. Dezember 2015, Dresden BSD 1 FASI, Dresden 12/2015

2 BSD GmbH Werkzeuge / Ausrüstung / PSA Ausbildung / Qualifikation Technische Prüfungen Ingenieurtechnische Dienstleistungen / Beratung / Consulting BSD 2 FASI, Dresden 12/2015

3 Agenda Gefahren durch Störlichtbögen Grundlagen Kenngrößen Anlagen, Tätigkeiten Statistik Berücksichtigung der Störlichtbogengefahr in der Gefährdungsbeurteilung Risiko-Bewertung TOP-Maßnahmen Auswahl von PSAgS und praktische Umsetzung der DGUV Information Hilfsmittel EVU Industrie BSD 3 FASI, Dresden 12/2015

4 Elektrische Gefahren - Störlichtbogen - Gefahren von Störlichtbögen: Heiße, toxische Gase Heiße Partikel, Metallspritzer und Metalldämpfe Wärmefluss Optische Strahlung Schallwirkung Kraftwirkungen auf den Körper Für den Menschen vorrangig Verbrennungsgefahr! BSD 4 FASI, Dresden 12/2015

5 BSD 5 FASI, Dresden 12/2015 Elektrische Gefahren - Störlichtbogen -

6 Elektrische Gefahren - Störlichtbogen - Video BSD 6 FASI, Dresden 12/2015

7 Gefahren von Störlichtbögen Personenschäden Anlagenschäden LICHTBOGENENERGIE = Lichtbogenleistung x Einwirkzeit = Lichtbogenstrom x Spannung x Einwirkzeit BSD 7 FASI, Dresden 12/2015

8 Ursachen von Störlichtbögen Anlagenschädigungen Isolatorenbrüche, gealterte Verbindungen und Kontakte Einwirkungen von außen (Vögel, Bagger) Schalthandlungen Fehlfunktionen von Schaltgeräten Fehlschaltungen Fehlhandlungen defekte Messmittel, unzureichende Abdeckungen zu geringer Abstand (Arbeiten in der Nähe) Fehler bei der Umsetzung der 5 Sicherheitsregeln BSD 8 FASI, Dresden 12/2015

9 Unfallstatistik Anteil der Störlichtbogenunfälle an allen elektrischen Unfällen (BGFE 2005) BSD 9 FASI, Dresden 12/2015

10 Unfallstatistik Quelle: BG ETEM 2015 BSD 10 FASI, Dresden 12/2015

11 Unfallstatistik Aufteilung der Stromunfälle auf Spannungsbereiche (2011) Quelle: BG ETEM 2015 BSD 11 FASI, Dresden 12/2015

12 Unfallstatistik Aufteilung der Stromunfälle auf Elektrotechnische Arbeiten und Tätigkeiten ( ) Quelle: BG ETEM 2015 BSD 12 FASI, Dresden 12/2015

13 Blick ins Ausland Quelle: BSD 13 FASI, Dresden 12/2015

14 Umsetzung von Störlichtbogenschutz Gefährdungsbeurteilung Sicherheit Gefahr Grenzrisiko Restrisiko Tatsächliche Risikoverminderung Notwendige Risikoverminderung Risiko BSD 14 FASI, Dresden 12/2015

15 Gefährdungsbeurteilung Risikobewertung Risiko = Schadensschwere x Eintrittswahrscheinlichkeit Abhängig von Lichtbogenenergie W LB =. quantifizierbar (DGUV I ) Abhängig von: 1. Anlagenzustand 2. Mitarbeiterqualifikation bedingt quantifizierbar BSD 15 FASI, Dresden 12/2015

16 Umsetzung von Störlichtbogenschutz Gefährdungsbeurteilung Zwei Zielrichtungen der Umsetzung des Störlichtbogenschutzes in der Gefährdungsbeurteilung: 1. Vermeidung der Entstehung von Störlichtbögen! 2. Begrenzung der Auswirkungen von Störlichtbögen! - Hochwertige, moderne Anlagen (Stand der Technik, maximaler Berührungsschutz) - Regelmäßige Wartung und Prüfung der Anlagen - Qualifiziertes Personal, regelmäßig geschult - Begrenzung der Lichtbogenenergie Verringerung von I K Verringerung von t k - Begrenzung der Einwirkenergie Inhärenter Lichtbogenschutz Geschottete Anlagen Abstand Tragen von PSAgS BSD 16 FASI, Dresden 12/2015

17 Vermeiden von Störlichtbögen NS-Anlagentechnik, Berührungsschutz BSD 17 FASI, Dresden 12/2015

18 Vermeiden von Störlichtbögen Einsatz von qualifiziertem Personal (Regelmäßige Unterweisungen, Wiederholungsschulungen, Schaltbefähigung ) Regelmäßige Reinigung, Prüfung und Wartung der Anlagen (Schaltgeräte ) BSD 18 FASI, Dresden 12/2015

19 Begrenzung der Auswirkungen von Störlichtbögen MS- und NS-Anlagentechnik, inhärenter Lichtbogenschutz (bei Bedienung von außen!) BSD 19 FASI, Dresden 12/2015

20 Begrenzung der Auswirkungen von Störlichtbögen Lichtbogenerkennungssysteme für NS- und MS-Anlagen (stationär, mobil, ab Werk oder nachrüstbar) Einsatz von Arbeitsschutzssicherungen Durchführung von netztechnischen Maßnahmen Tragen von PSAgS BSD 20 FASI, Dresden 12/2015

21 Blick ins Ausland Quelle: BSD 21 FASI, Dresden 12/2015

22 Blick ins Ausland ATPV > 40 cal/cm² BSD 22 FASI, Dresden 12/2015

23 Zwischenfazit Die Bewertung des Risikos durch Störlichtbögen kann nicht nur auf der Basis der Lichtbogenenergie erfolgen. Ein wichtiger Schwerpunkt der Gefährdungsbeurteilung muss die Vermeidung von Störlichtbögen sein Anlagentechnik und Mitarbeiterqualifikation. Technische und organisatorische Arbeitsschutzmaßnahmen und PSAgS mit dem maximalen Schutzpegel passend zur Tätigkeit senken gemeinsam das Risiko von Verletzungen und Schäden durch Störlichtbögen. BSD 23 FASI, Dresden 12/2015

24 Auswahl von PSAgS Für welche Tätigkeitsbereiche benötige ich PSA zum Schutz vor den thermischen Gefahren eines Störlichtbogens (PSAgS)? 1. Anlage ist geöffnet Anlagenschutz aufgehoben 2. Direkte Tätigkeit mit Kontakt zur Anlage Ziehen von NH-Sicherungen Messen und Prüfen Schalthandlungen Arbeiten in der Nähe Arbeiten unter Spannung (AuS) Wichtig: Störlichtbogenschutz ist kein Privileg des AuS! BSD 24 FASI, Dresden 12/2015

25 Anwendungsbereich von PSAgS In welchen Spannungsebenen ist PSA zum Schutz vor Störlichtbögen erforderlich? Der Fokus liegt im Niederspannungsbereich; höhere Spannungsebenen müssen aber ebenso betrachtet werden! BSD 25 FASI, Dresden 12/2015

26 PSAgS - Schutzbekleidung Schutzbekleidung BSD 26 FASI, Dresden 12/2015

27 PSAgS - Schutzbekleidung Schutzbekleidung BSD 27 FASI, Dresden 12/2015

28 PSAgS - Gesichtsschutz Visiere und Schutzhauben BSD 28 FASI, Dresden 12/2015

29 PSAgS - Handschutz Isolierende Handschuhe und Schalthandschuhe BSD 29 FASI, Dresden 12/2015

30 PSAgS - Schutzklassen In den Produkt- bzw. Prüfnormen sind zwei Schutzklassen festgelegt (Basis Box-Test): Schutzklasse 1 (Basisschutz) Schutzklasse 2 (erweiterter Schutz) Prüfpegel Lichtbogenenergie 168 kj 320 kj Der Unternehmer muss nun die korrekte Schutzklasse für die durchzuführenden Tätigkeiten bzw. Arbeitsplätze auswählen. BSD 30 FASI, Dresden 12/2015

31 DGUV I Unterstützung bei der Auswahl der Persönlichen Schutzausrüstung bei Arbeiten in elektrischen Anlagen BSD 31 FASI, Dresden 12/2015

32 DGUV I Formuliert einen Berechnungsalgorithmus zur Ermittlung eines Schutzpegels für PSAgS Eingangsgrößen: Netznennspannung U Nn, Kurzschlussleistung S k, Schutzeinrichtungen / Abschaltdauer t k, Anlagengeometrie k t Arbeitsabstand a Netzberechnung und Anlagenkenntnis notwendig Exakte Berechnung möglich Bisher nur für Drehstromnetze Basiert auf dem Box-Test-Prüfverfahren Ergebnis ist eine arbeitsplatzbezogene Gefährdungsbeurteilung! BSD 32 FASI, Dresden 12/2015

33 Hilfsmittel BSD Lichtbogen-Software Eingabe Dokumentation Anlagenmarkierung BSD 33 FASI, Dresden 12/2015

34 Anforderungen an EVU Unterscheidung in: 1. kleine EVU und Stadtwerke: - geringe Zahl an auszustattenden Mitarbeitern - z.t. wenige Kapazitäten für Umsetzung BGI 5188 frei 2. große EVU und Stadtwerke: - hohe Anzahl an Mitarbeitern - Umsetzung eigener Beurteilungen Umgang mit Dienstleistern im eigenen Netz BSD 34 FASI, Dresden 12/2015

35 Umsetzungsstrategien NS-Netz BSD 35 FASI, Dresden 12/2015

36 Umsetzungsstrategien - Kategorisierung ONS KVS HAK HAK ZP ZP 1. Identifikation sich wiederholender Strukturen des zu betrachtenden Netzes 2. Kategorisierung verschiedener typischer Arbeitsstellen 3. Bestimmung der notwendigen Schutzklasse/Prüfpegel für mind. einen Beispielarbeitsplatz jeder Kategorie 4. Identifikation der Kategorie mit dem höchsten notwendigen Schutzniveau 5. Berechnung weiterer Arbeitsplätze dieser Kategorie 6. Auswahl der PSAgS auf Basis dieser Kategorie BSD 36 FASI, Dresden 12/2015

37 Umsetzungsstrategien - Kategorisierung Voraussetzung: Möglichst hoher Standardisierungsgrad der Netztopologie und Betriebsmittel Extra Berechnung für die Exoten und die Strukturen die sich durch ein historisch gewachsenes Netz ergeben. BSD 37 FASI, Dresden 12/2015

38 Umsetzungsstrategien Einteilung von Kabelstrecken Muffenloch Einfluß auf Lichtbogenenergie: Kurzschlussstrom Abhängig von Impedanz (Kabellänge) Abschaltzeit / Brenndauer Abhängig Kurzschlussstrom Lichtbogengefährdung am Kabel ist ortsabhängig! BSD 38 FASI, Dresden 12/2015

39 Umsetzungsstrategien Einteilung von Kabelstrecken BSD 39 FASI, Dresden 12/2015

40 Umsetzungsstrategien Einteilung von Kabelstrecken BSD 40 FASI, Dresden 12/2015

41 Umsetzungsstrategien Einteilung von Kabelstrecken BSD 41 FASI, Dresden 12/2015

42 Umsetzungsstrategien Einteilung von Kabelstrecken 630 kvanh gg 250 A NAYY 240 mm² Muffenloch BSD 42 FASI, Dresden 12/2015

43 Umsetzungsstrategien Einteilung von Kabelstrecken 630 kvanh gg 250 A NAYY 240 mm² Muffenloch Sonderzone BSD 43 FASI, Dresden 12/2015

44 Risikobewertung Bei den meisten Berechnungen entsteht die Frage: Was tun bei Arbeitsplätzen für PSAgS > Klasse 2? Wenn alle technischen Möglichkeiten zur Senkung der Lichtbogenenergie ausgereizt sind: 1. Verwendung von PSAgS mit einem höheren Prüfpegel (Beachtung der Arbeitsergonomie, ergonomisch bis W PLB = 630 kj möglich)! 2. Abschätzung der Eintrittswahrscheinlichkeit! BSD 44 FASI, Dresden 12/2015

45 Beispiellösung eines EVU Voraussetzungen EVU hat bereits PSAgS mit Klasse 2 Einsatz von ASS nicht immer technisch möglich bzw. sinnvoll Unfallstatistik der letzten Jahre: 0 Unfälle Hochqualifiziertes und erfahrenes Personal mit Anlagenkenntnis Durchführung Vor jeder AuS-Tätigkeit Bestimmung des PSA-Schutzbereichs aus GIS-Daten und Anlagendatenbank mit Software-Tool Wenn Arbeitsplatz in der Sonderzone, Festlegung von Maßnahmen nach Grad der Gefährdung (abhängig von Tätigkeit und Anlage) Maßnahme 1: Einsatz von Arbeitsschutzsicherungen Maßnahme 2: Extra Unterweisung und Sensibilisierung des Personals BSD 45 FASI, Dresden 12/2015

46 Beispiellösung eines EVU Beispiel: AuS im Muffenloch Bestimmung der Kabelnummer Bestimmung der Entfernung zur Einspeisung Bestimmung des PSA- Schutzbereichs Arbeitsauftrag Anlagendaten bank GIS-Datenbank Software-Tool BSD 46 FASI, Dresden 12/2015

47 Anforderungen in der Industrie Innerhalb der elektrischen Industrie-Infrastruktur bezüglich der elektrischen Parameter (z.b. Leistung von Einspeisepunkten) relativ hoher Standardisierungsgrad Insbesondere in gewachsenen Netzen unterschiedlichster Anlagenbestand (z.b. Alter, Lichtbogenfestigkeit) Anlagenbestand neuer Industriestandorte aufgrund hoher Einspeiseleistungen mit hochwertigen Anlagen (integrierter Lichtbogenschutz, schnelle Leistungsschalter) Hohe Leistungsdichte an NS-Sammelschienen, meist hohes PSA-Schutzniveau notwendig In den NS-Verteilungen meist niedriges PSA-Schutzniveau erforderlich (hohe Kurzschlussströme führen zu schnellen Abschaltzeiten von Leistungsschaltern und Sicherungen) BSD 47 FASI, Dresden 12/2015

48 Beispiel 1 Industrienetz Schutzbereich der Klasse 2 65 % 13 % 22 % BSD 48 FASI, Dresden 12/2015

49 Beispiel 2 Industrienetz 220-V-GS-Anlage MS-LS t a = 166 ms GS-Anlage PSAgS Klasse kva 20-kV-MS-Anlage NS-LS t a = 50 ms MS-Anlage PSAgS Klasse 2 NS-Anlage 1 PSAgS > Klasse V-NS-Anlage NS-Anlage 2 PSAgS Klasse 1 BSD 49 FASI, Dresden 12/2015

50 240 mm² m Beispiel 3 Industrienetz NSHV 2 Werkhalle KHV 1 KHV 2 NS-LS t a = 30 ms 1600 kva KHV 4 NSHV 1 KHV kva 400 A gg BSD 50 FASI, Dresden 12/2015

51 240 mm² m Beispiel 3 Industrienetz NSHV 2 Werkhalle KHV 1 KHV 2 NS-LS t a = 30 ms 1600 kva KHV 4 Werkhalle: PSAgS Klasse 1 NSHV 1 KHV 3 NSHV: PSAgS > Klasse kva 400 A gg BSD 51 FASI, Dresden 12/2015

52 Umsetzung der Schutzklassen Gesichtsschutz: Klasse 1 Klasse 2 Bekleidung: direkt Kombination Handschuhe: BSD 52 FASI, Dresden 12/2015

53 Umsetzung der Schutzklassen bis 395 kj bis 630 kj Gesichtsschutz: Bekleidung: 2 2 Kombination Handschuhe: BSD 53 FASI, Dresden 12/2015

54 Zusammenfassung Das Risiko von Störlichtbogengefährdungen ist abhängig von der möglichen Schadensschwere (Lichtbogenenergie) und der Eintrittswahrscheinlichkeit eines Fehlers (Anlagenzustand und Mitarbeiterqualifikation). Die Gefährdungsbeurteilung muss beide Faktoren berücksichtigen. Die DGUV I ist die Basis für die Berechnung der Störlichtbogenenergie. Die Auswahl der PSAgS und deren Einsatz muss anhand der Betrachtung aller relevanten Faktoren erfolgen: Tätigkeit, Anlage, erforderlicher Schutzpegel der PSAgS, ergonomische Anforderungen an die PSAgS, Qualifikation, Möglichkeiten der organisatorischen Umsetzung Nur das Zusammenspiel aller Faktoren erzeugt ein dauerhaft funktionierendes PSA-Konzept mit hoher Akzeptanz. BSD 54 FASI, Dresden 12/2015

55 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! BSD 55 FASI, Dresden 12/2015