DGUV Information 203-077 - Thermische Gefährdung durch Störlichtbögen Hilfe bei ...

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Anhang 5, Beispiele
Anhang 5
Thermische Gefährdung durch Störlichtbögen Hilfe bei der Auswahl der persönlichen Schutzausrüstung (DGUV Information 203-077)

Anhangteil

Titel: Thermische Gefährdung durch Störlichtbögen Hilfe bei der Auswahl der persönlichen Schutzausrüstung (DGUV Information 203-077)
Normgeber: Bund
Amtliche Abkürzung: DGUV Information 203-077
Gliederungs-Nr.: [keine Angabe]
Normtyp: Satzung

Anhang 5 – Beispiele

In den nachfolgenden Beispielen werden Arbeiten an verschiedenen Arbeitsorten eines typischen städtischen Niederspannuns-Versorgungssystems betrachtet.

Hinweis: Die nachfolgenden Beispiele wurden aus Sicht der Experten, die an dieser DGUV Information mitgearbeitet haben, erstellt. Sie sollen dem Anwender dieser Auswahlhilfe als Unterstützung bei der Anwendung bieten. In der betrieblichen Praxis können einzelne Bewertungen unter Berücksichtigung zum Beispiel der örtlichen Gegebenheiten oder der konkreten Arbeitsverfahren unterschiedlich ausfallen.

string

Abb. A 5-1
Betrachtetes städtisches Niederspannungs-Versorgungssystem

A 5.1
Beispiel 5.1: Niederspannungsverteilung in einer Transformatorstation (Arbeitsort 1)

Häufig werden Tätigkeiten an Niederspannungs-Verteilungen von Transformatorstationen durchgeführt. Dies sind zum Beispiel das Entfernen oder Einsetzen von NH-Sicherungseinsätzen, An- und Abklemmen von Abgängen, Reinigungsarbeiten oder das Messen und Prüfen an aktiven Teilen.

string

Abb. A 5-3
Ersatzschaltbild Arbeitsort 1

Gefährdungsbeurteilung der geplanten Tätigkeit

Phase 1: Besteht prinzipiell die Gefahr der Störlichtbogenexposition von Personen?

  • Ja

  • Es werden Arbeiten mit Kontakt zu einer offenen unter Spannung stehenden Anlage durchgeführt, bei denen ein Störlichtbogen entstehen kann.

Phase 2: Erste Bewertung der Störlichtbogenenergie des Tätigkeits- bzw. Arbeitsplatzbereichs. Ist eine Berechnung erforderlich?

  • Ja

  • Auf eine PSAgS kann bei Arbeiten in Niederspannungsanlagen in den folgenden Fällen verzichtet werden:

    • Bei Arbeiten an Mess-, Steuer- und Regelungsanlagen mit vorgelagerten Stromkreisabsicherungen bis 25 A.

      • nicht zutreffend

    • Bei Arbeiten an Stromkreisen mit Nennspannungen bis 400 V mit vorgelagerter Absicherung bis einschließlich 63 A, wenn handelsübliche Arbeitskleidung bestehend aus langärmeliger Oberbekleidung und langer Hose getragen wird.

      • nicht zutreffend

    • Bei Arbeiten an Stromkreisen mit Nennspannungen bis 400 V AC und einem Kurzschlussstrom < 1 kA. (Ein solcher Lichtbogen brennt nicht stabil und erlischt unmittelbar wieder.)

      • nicht zutreffend

Bei den betrachteten Arbeiten besteht eine erhöhte Gefährdung, da am Arbeitsort im Fehlerfall die Kurzschlussleistung maßgeblich ist, die sich unmittelbar hinter dem Transformator ergibt. Entscheidend für die in einem Störlichtbogen freigesetzten Energien sind die Transformatorleistungen und die Ausschaltzeiten der Transformatorsicherungen bzw. der Leistungsschalter der Speisezweige. Ein wichtiger Einfluss resultiert aus der Struktur bzw. dem Schaltzustand des Niederspannungs-Netzes im Zusammenhang mit der Art der Speisung der Niederspannungs-Stationen (Stationsvermaschung oder stationsweise gespeiste Niederspannungs-Netze). Die Kurzschlussleistung und der prospektive Kurzschlussstrom am Arbeitsort werden davon mitbestimmt, ob eine ein- oder mehrseitige Speisung besteht.

Phase 3: Berechnungsverfahren anwenden: W LB , W LBS ermitteln!

Schritt 1: Daten der betrachteten Arbeitsstelle

Im Beispielfall handelt es sich um ein städtisches Versorgungssystem (Abb. A 5-2), in dem der Arbeitsort 1 betrachtet wird. In den Netzstationen sind Transformatoren 20/0,4 kV mit Bemessungsscheinleistungen S rT von 630 kVA oder 400 kVA und Kurzschlussspannungen u k von 4 % vorhanden. Die Standardquerschnitte der 1-kV-Aluminiumkabel betragen 150 mm2 bei den Netzkabeln und 35 mm2 bei den Hausanschlusskabeln. In Abb. A 5-1 sind die Trennstellen im Netz eingezeichnet, die bei AuS geöffnet werden, um jeweils einseitige Speisungen in den betreffenden Netzbereichen herzustellen. Der Arbeitsort 1 wird von einem 630-kVA-Transformator über eine NH-Transformatorsicherung 630 kVA der Betriebsklasse gTr AC 400 V gespeist. Die Strom-Zeit-Kennlinie der Sicherung ist in Abb. A 5-4 dargestellt.

string

Abb. A 5-2
Arbeiten an einer Niederspannungs-Verteilung

Schritt 2: Bestimmung I" k 3 , R/X

Aus der Kurzschlussstromberechnung gemäß VDE 0102 [7] ergibt sich für den Schaltzustand einseitiger Speisung für den Arbeitsort ein prospektiver Kurzschlussstrom (Anfangskurzschlusswechselstrom) I" k 3 von

I" k 3,max = 24,5 kA(c = 1,05)
I" k 3,min = 21,6 kA(c = 0,95)

Das R/X-Verhältnis der Netzimpedanz im Fehlerstromkreis beträgt ca. 0,27.

Schritt 3: Bestimmung Lichtbogenstrom

Der für die Ausschaltzeit der NH-Sicherung relevante minimale Fehlerstrom bei einem Lichtbogenkurzschluss ergibt sich aus dem minimalen prospektiven Kurzschlussstrom I" k 3,min mit Hilfe des Begrenzungsfaktors k B, der die strombegrenzenden Wirkungen der Störlichtbögen im Fehlerstromkreis charakterisiert. Da es sich um eine Niederspannungs-Anlage handelt und im ersten Ansatz eine Worst-Case-Betrachtung vorgenommen wird, wird nach Abschnitt 4.2.2 ein Strombegrenzungsfaktor von k B = 0,5 angenommen. Für den minimalen Fehlerstrom folgt daraus

string
string

Abb. A 5-4
Mittlere Zeit-Strom-Kennlinien der verwendeten Sicherung gTr AC 400 V

Für diesen Strom ergibt sich aus der Sicherungskennlinie in Abb. A 5-4 eine Ausschaltzeit von t = 0,113 s. Diese Zeit entspricht der Kurzschlussdauer t k.

Anmerkung:

In der praktischen Anwendung ist die Kennlinie der tatsächlich verwendeten Überstromschutzeinrichtung zu benutzen.

Schritt 4: Lichtbogenleistung am Arbeitsort

Mit dem maximalen prospektiven Kurzschlussstrom I" k 3,max folgt für die Kurzschlussleistung am Arbeitsort

string

Unter Worst-Case-Bedingungen kann mit der Formel der maximal mögliche Wert der bezogenen Lichtbogenleistung ermittelt werden. Für dieses Beispiel ergibt die Berechnung k P,max = 0,36.

Daraus resultiert eine Lichtbogenenergie W LB:

string

Diese Energie ist der Erwartungswert der Lichtbogenenergie im Fehlerfall am Arbeitsort 1.

Schritt 5: Arbeitsabstand festlegen

Für die Arbeiten in der Niederspannungs-Verteilung wird ein Arbeitsabstand von a = 300 mm angesetzt. Das entspricht einem Minimalabstand vom Oberkörper zur Vorderfront der geöffneten Anlage.

Schritt 6: Prüfpegel für PSA

Die Prüfpegel für PSA unter den Normbedingungen des Boxtests nach VDE 0682-306-1-2 betragen

Störlichtbogenschutzklasse APC 1: W LB P1 = 168 kJ

Störlichtbogenschutzklasse APC 2: W LB P2 = 320 kJ

Schritt 7: Transmissionsfaktor, Schutzpegel der PSAgS

Bei Arbeiten an Niederspannungs-Verteilungen in Transformatorstationen soll von großräumigen Anlagen, deren Raumbegrenzung hauptsächlich durch die Rückwand gegeben ist, ausgegangen werden. Es wird hier ein Transmissionsfaktor von k T = 1,5 angenommen. Mit dem Arbeitsabstand a = 300 mm folgt für die äquivalente Lichtbogenenergie mit

string

W LBS_APC 1 = 252 kJ bei Störlichtbogenschutzklasse APC 1

W LBS_APC 2 = 480 kJ bei Störlichtbogenschutzklasse APC 2

Schritt 8: Auswahl der Störlichtbogenschutzklasse

Es gilt W LB = 690,3 kJ > W LBS_APC 2 = 480 kJ.

Die zu erwartende Lichtbogenenergie ist größer als der Schutzpegel W LBS_APC 2 einer PSAgS der Störlichtbogenschutzklasse APC 2. In diesem Fall muss mit Phase 4 der Gefährdungsbeurteilung fortgefahren werden.

In der Abarbeitung der erforderlichen Arbeitsschritte ergeben sich folgende Ergebnisse (siehe Tabelle A 5-1).

Phase 4: Weitere Maßnahmen zur Reduzierung der Lichtbogenenergie und der Wahrscheinlichkeit von Verletzungen durch Störlichtbögen umsetzen

Für die betrachtete Anlage und die Arbeitssituation ist keine geeignete Maßnahme zur Reduzierung der Lichtbogenenergie und der Wahrscheinlichkeit von Verletzungen durch Störlichtbögen möglich. Folglich wird mit Phase 5 weiter verfahren.

Tabelle A 5-1 Ergebnis der Berechnung W LB und W LBS für Beispiel 5.1 (Transformatorstation 630 kVA)

Arbeitsort Niederspannungs-Verteilung 630 kVAErstellt von:M. Mustermann
Arbeitsauftrag An-/Abklemmen von Abgängen, Reinigungsarbeiten; Messen und PrüfenDatum:29.11.2019
Rechnung KenngrößeResultat (Worst-Case)Resultat bei genauer Berechnung nach [21]
NetzparameterNennspannung U Nn 400 V
AnlagengeometrieLeiterabstand d 60 mm
KurzschlussstromberechnungMax. Kurzschlussstrom I" k 3,max 24,5 kA
Min. Kurzschlussstrom I" k 3,min 21,6 kA
Verhältnis R/X R/X 0,27
Strombegrenzung k B 0,50,633
Minimaler Fehlerstrom I kLB = k B  I" k 3,min I kLB =10,8 kA13,67 kA
Abschaltzeit der Überstromschutzeinrichtung (Einstellwert des Leistungsschalters / Abschaltzeit aus der Sicherungskennlinie) t k 0,113 s0,045 s
Kurzschlussleistung string S" k =16,97 MVA
Bezogene LB-Leistung string k p =0,360,338
Lichtbogenleistung P LB = k p  S" k P LB =6,1 MW5,7 MW
Lichtbogenenergie (Erwartung) W LB = k p  S" k  t k W LB =690,3 kJ258 kJ
Arbeitsabstand a 300 mm
PSA Normprüfpegel W LBP_APC 2 =320 kJ
W LBP_APC 1 =168 kJ
Transmissionsfaktor k T 1,5
Schutzpegel der PSAgS am Lichtbogenort string W LBS_APC 2 =480 kJ
W LBS_APC 1 =252 kJ
Vergleich W LB < W LBS_APC 2 NEINJA
W LB < W LBS_APC 1 NEINNEIN
Ergebnis Rechnung: Freischalten oder weitere Maßnahmen APC 2

Phase 5: Eintrittswahrscheinlichkeit und Verletzungsschwere einer Störlichtbogenverletzung nach Anwendung der getroffenen Maßnahmen abschätzen; Restrisiko bewerten und entscheiden (Risikomatrix)

In dieser Phase wird die mögliche Schadensschwere (Verletzungsschwere) und die Eintrittswahrscheinlichkeit einer Verletzung durch einen Störlichtbogen abgeschätzt und damit das Restrisiko bestimmt.

Abschätzung der Verletzungsschwere

Es wird für dieses Beispiel angenommen, dass die Berechnung (nach Kapitel 4) für die betrachteten Arbeitsbedingungen folgende Ergebnisse liefert:

Schutzpegel für PSAgS APC 2: W LBS = 480 kJ (k T = 1,5; a = 30 cm)
Lichtbogenenergie: W LB = 690,3 kJ

Aus dem Verhältnis W LB / W LBS = 1,44 ergibt sich dann entsprechend Tabelle A 4-1 eine erwartete Verletzungsschwere von "reversible Verletzung".

Abschätzung der Eintrittswahrscheinlichkeit einer Verletzung

Tabelle A 5-2 Abschätzung der Eintrittswahrscheinlichkeit einer Verletzung für 5.1

  Bezeichnung Bewertungspunkte Erläuterung
a)Art/Zustand der Anlage4 ... unwahrscheinlichoffene Bauweise in einer abgeschlossenen elektrischen Betriebsstätte;
Anlage in ordnungsgemäß gewartetem sauberen Zustand Zustandsbewertung durch Sichtprüfung
b)Technische Maßnahmen2 ...
denkbar, sehr unwahrscheinlich
Einsatz überbrückungssicherer Ausrüstung (AuS-Werkzeug; Spannungsprüfer, NH-Sicherungsaufsteckgriff mit Stulpe)
c)Organisatorische Maßnahmen2 ...
denkbar, sehr unwahrscheinlich
Beschreibung der organisatorischen Maßnahmen
Anwendung betrieblicher Regeln:
Arbeits- und Betriebsanweisungen liegen vor
Qualifikation Personal:
Einsatz von für diese Tätigkeiten qualifiziertem Personal
(Elektrofachkraft)
d)Persönliche Maßnahmen2 ...
denkbar, sehr unwahrscheinlich
Einsatz PSAgS Störlichtbogenschutzklasse APC 2, Einsatz mit NH-Sicherungsaufsteckgriff mit Stulpe
e)Statistische Einflussfaktoren4 ...
unwahrscheinlich
Begrenzter räumlicher Umfang kritischer Bereiche:
übersichtliche Bauweise; kritische Bereiche sind klar erkennbar
Häufigkeit und Dauer von Tätigkeiten in Bereichen, in denen der Schutz durch PSAgS der Störlichtbogenschutzklasse APC 2 nicht gegeben ist:
begrenzt auf wenige Tätigkeiten von kurzer Dauer Mögliche zusätzliche Schutzwirkung durch langärmlige schwerentflammbare Unterbekleidung:
nein
Erkenntnisse aus statistisch belastbaren und vergleichbaren Störlichtbogenereignissen in der Vergangenheit:
Erkenntnisse über Störlichtbogenereignisse bekannt
f)Ergonomische Einflussfaktoren2 ...
denkbar, sehr unwahrscheinlich
Erfahrungen im Unternehmen mit verschiedener PSAgS oder Werkzeugen: PSAgS und AuS Werkzeug wurde unter Beteiligung der ausführenden Personen ausgewählt
  Summe: 16
liegt im Bereich
(10 ... 19)
Ergebnis: die erwartete Eintrittswahrscheinlichkeit für eine Verletzung durch Störlichtbogen liegt bei "denkbar, aber sehr unwahrscheinlich"
string

Abb. A 5-5
Anwendung der Risikomatrix für Beispiel 5.1

Die Risikobewertung mit Verletzungsschwere W LB / W LBS = 1,3 "reversible Verletzung" und Eintrittswahrscheinlichkeit 16 Punkte "denkbar, aber sehr unwahrscheinlich" ergibt in der Risikomatrix (Abb. A 5-5) den grünen Bereich. Die Durchführung der Arbeiten mit PSAgS der Störlichtbogenschutzklasse APC 2 auf Basis der getroffenen Bewertungsansätze ist somit zulässig.

Im Falle einer Station mit einem 400-kVA-Transformator (Kurzschlussspannung 4 %; NH-Sicherung 400 kVA gTr AC 400 V) liegen - unter sonst gleichen Bedingungen wie oben - die prospektiven Kurzschlussströme im Bereich I" k 3 = 12,7 ... 14,1 kA. Das R/X-Verhältnis beträgt 0,27. Aus der Strom-Zeit-Kennlinie der NH-Sicherung (Abb. A 5-4) ergibt sich für k B = 0,5 und I kLB = 6,9 kA eine Kurzschlussdauer von t k = 0,04 s. Die Kurzschlussleistung beträgt S" k = 10,8 MVA. Mit der bezogenen Lichtbogenleistung k P = 0,356 folgt für die Lichtbogenleistung P LB = 3,8 MW und der Erwartungswert der Lichtbogenenergie W LB = 152 kJ. Für gleichen Arbeitsabstand a = 300 mm und gleichen Transmissionsverhältnisse (k T = 1,5) wie zuvor bedeutet dies, dass PSAgS der Störlichtbogenschutzklasse APC 1 erforderlich ist.

Ergebnis der Berechnung siehe Tabelle A 5-3.

Tabelle A 53 Ergebnis der Berechnung W LB und W LBS für Beispiel 5.1 (Transformatorstation 400 kVA)

Arbeitsort Niederspannungs-Verteilung 400 kVAErstellt von:M. Mustermann
Arbeitsauftrag An-/Abklemmen von Abgängen, Reinigungsarbeiten; Messen und PrüfenDatum:29.11.2019
Rechnung KenngrößeResultat (Worst-Case)Resultat bei genauer Berechnung nach [21]
NetzparameterNennspannung U Nn 400 V
AnlagengeometrieLeiterabstand d 60 mm
KurzschlussstromberechnungMax. Kurzschlussstrom I" k 3,max 15,5 kA
Min. Kurzschlussstrom I" k 3,min 13,7 kA
Verhältnis R/X R/X 0,30
Strombegrenzung k B 0,50,64
Minimaler Fehlerstrom I kLB = k B  I" k 3,min I kLB =6,9 kA8,8 kA
Abschaltzeit der Überstromschutzeinrichtung (Einstellwert des Leistungsschalters / Abschaltzeit aus der Sicherungskennlinie) t k 0,04 s0,02 s
Kurzschlussleistung string S" k =10,8 MVA
Bezogene LB-Leistung string k p =0,3560,326
Lichtbogenleistung P LB = k p  S" k P LB =3,8 MW3,5 MW
Lichtbogenenergie (Erwartung) W LB = k p  S" k  t k W LB =152,0 kJ122,7 kJ
Arbeitsabstand a 300 mm
PSA Normprüfpegel W LBP_APC 2 =320 kJ
W LBP_APC 1 =168 kJ
Transmissionsfaktor k T 1,5
Schutzpegel der PSAgS am Lichtbogenort string W LBS_APC 2 =480 kJ
W LBS_APC 1 =252 kJ
Vergleich W LB < W LBS_APC 2 JAJA
W LB < W LBS_APC 1 JAJA
Ergebnis Rechnung: APC 1 APC 1

A 5.2
Beispiel 5.2: Niederspannungskabel (Arbeitsort 2)

Häufig werden Arbeiten im Kabelnetz an Muffen durchgeführt (siehe Abb. A 5-6). Der beispielhaft betrachtete Arbeitsort 2 (Kabelmuffe nach ca. 100 m Netzkabel) ist Abb. A 5-1 zu entnehmen. Die Höhe der Fehlerströme und Lichtbogenenergien ist stark von der Entfernung des Arbeitsortes zur speisenden Netzstation (Transformator) und damit von der diesbezüglichen Netzkabellänge abhängig.

string

Abb. A 5-6
Arbeiten an einer Kabelmuffe

Im Beispiel wird der Arbeitsort durch ein Netzkabel aus einer Station mit einem 630-kVA-Transformator gespeist. Maßgeblich für die Ausschaltung des Störlichtbogenfehlers ist die NH-Sicherung im Kabelabzweig der speisenden Station. Hierbei handelt es sich

um eine Leitungs-Ganzbereichssicherung NH 250 A Betriebsklasse gG bzw. gL AC 400 V. Die Strom-Zeit-Kennlinie ist in Abb. A 5-7 dargestellt.

Gefährdungsbeurteilung

Phase 1: Besteht prinzipiell die Gefahr der Störlichtbogenexposition von Personen?

  • Ja

  • Es werden Arbeiten mit Kontakt zu unter Spannung Leitern durchgeführt, bei denen ein Störlichtbogen entstehen kann.

Phase 2: Basisbewertung des Störlichtbogenrisikos des Tätigkeits- bzw. Arbeitsplatzbereichs. Ist eine Berechnung erforderlich?

  • Ja

  • Keine der in Kapitel 1 aufgezählten Bedingungen, in denen auf eine PSAgS verzichtet werden kann, ist erfüllt.

string

Abb. A 5-7
Mittlere Zeit-Strom-Kennlinien der betrachteten Leitungssicherungen NH gL/gG AC 400 V

Phase 3: Berechnungsverfahren anwenden: W LB , W LBS ermitteln!

In der Abarbeitung der erforderlichen Arbeitsschritte ergeben sich folgende Ergebnisse.

Tabelle A 5-4 Ergebnis der Berechnung W LB und W LBS für Beispiel 5.2 (Muffen in Kabelnetzen)

Arbeitsort KabelgrabenErstellt von:M. Mustermann
Arbeitsauftrag MuffenmontageDatum:29.11.2019
Rechnung KenngrößeResultat (Worst-Case)Resultat bei genauer Berechnung nach [21]
NetzparameterNennspannung U Nn 400 V
AnlagengeometrieLeiterabstand d 45 mm
KurzschlussstromberechnungMax. Kurzschlussstrom I" k 3,max 8,3 kA
Min. Kurzschlussstrom I" k 3,min 7,5 kA
Verhältnis R/X R/X 1,3
Strombegrenzung k B 0,50,57
Minimaler Fehlerstrom I kLB = k B  I" k 3,min I kLB =3,7 kA4,3 kA
Abschaltzeit der Überstromschutzeinrichtung (Einstellwert des Leistungsschalters / Abschaltzeit aus der Sicherungskennlinie) t k 0,107 s0,049 s
Kurzschlussleistung string S" k =5,8 MVA
Bezogene LB-Leistung string k p =0,280,24
Lichtbogenleistung P LB = k p  S" k P LB =1,6 MW1,4 MW
Lichtbogenenergie (Erwartung) W LB = k p  S" k  t k W LB =170,6 kJ68,9 kJ
Arbeitsabstand a 300 mm
PSA Normprüfpegel W LBP_APC 2 =320 kJ
W LBP_APC 1 =168 kJ
Transmissionsfaktor k T 1,9
Schutzpegel der PSAgS am Lichtbogenort string W LBS_APC 2 =608 kJ
W LBS_APC 1 =319 kJ
Vergleich W LB < W LBS_APC 2 JAJA
W LB < W LBS_APC 1 JAJA
Ergebnis Rechnung: APC 1 APC 1

Die Arbeiten am betrachteten Arbeitsort 2 (Kabelmuffe) erfordern bei Abschätzung nach Kapitel 3 und bei genauer Berechnung PSAgS der Störlichtbogenschutzklasse APC 1.

A 5.3
Beispiel 5.3: Hausanschlusskasten (Arbeitsort 3)

Häufige Arbeiten unter Spannung sind das Wechseln von Hausanschlusskästen (Abb. A 5-8; innen/außen). Im Beispielfall wird der Arbeitsort 3 nach Abb. A 5-1 betrachtet. Die Speisung des Arbeitsortes erfolgt wiederum aus einer vorgeordneten Netzstation mit 630-kVA-Transformator. Im Vergleich zu Beispiel 2 ergeben sich noch deutlich geringere Kurzschlussströme, da die Hausanschlusskabel nur vergleichsweise geringe Querschnitte besitzen. Im Beispiel beträgt die Länge des Hausanschlusskabels ca. 15 m.

Für die Kurzschlussausschaltung ist die Abzweigsicherung im vorgeordneten Kabelverteilerschrank maßgeblich; es handelt sich um eine Sicherung NH 250 A Betriebsklasse gG AC 400 V.

string

Abb. A 5-8
Arbeiten am Hausanschlusskasten

Gefährdungsbeurteilung der geplanten Tätigkeit

Phase 1: Besteht prinzipiell die Gefahr der Störlichtbogenexposition von Personen?

  • Ja.

  • Es werden Arbeiten mit Kontakt zu einer offenen unter Spannung stehenden Anlage durchgeführt, bei denen ein Störlichtbogen entstehen kann.

Phase 2: Erste Bewertung der Störlichtbogenenergie des Tätigkeits- bzw. Arbeitsplatzbereichs. Ist eine Berechnung erforderlich?

  • Ja.

  • Keine der in Kapitel 1 aufgezählten Bedingungen, in denen auf eine PSAgS verzichtet werden kann, ist erfüllt.

Phase 3: Berechnungsverfahren anwenden: W LB , W LBS ermitteln!

Die Abarbeitung der erforderlichen Arbeitsschritte ergibt folgende Ergebnisse (siehe Tabelle A 5-5).

string

Abb. A 5-9
Mittlere Zeit-Strom-Kennlinien der betrachteten Leitungssicherungen NH gL/gG AC 400 V

Tabelle A 5-5 Ergebnis der Berechnung W LB und W LBS für Beispiel 5.3 (geöffneter Hausanschlusskasten)

Arbeitsort Erstellt von:M. Mustermann
Arbeitsauftrag Datum:29.11.2019
Rechnung KenngrößeResultat (Worst-Case)Resultat bei genauer Berechnung nach [21]
NetzparameterNennspannung U Nn 400 V
AnlagengeometrieLeiterabstand d 45 mm
KurzschlussstromberechnungMax. Kurzschlussstrom I" k 3,max 3,4 kA
Min. Kurzschlussstrom I" k 3,min 3,0 kA
Verhältnis R/X R/X 2,0
Strombegrenzung k B 0,50,554
Minimaler Fehlerstrom I kLB = k B  I" k 3,min I kLB =1,5 kA1,66 kA
Abschaltzeit der Überstromschutzeinrichtung (Einstellwert des Leistungsschalters / Abschaltzeit aus der Sicherungskennlinie) t k 1,0 s * 1,0 s *
Kurzschlussleistung string S" k =2,353 MVA
Bezogene LB-Leistung string k p =0,260,24
Lichtbogenleistung P LB = k p  S" k P LB =0,61 MW0,56 MW
Lichtbogenenergie (Erwartung) W LB = k p  S" k  t k W LB =607 kJ565 kJ
Arbeitsabstand a 300 mm
PSA Normprüfpegel W WLBP_APC 2 =320 kJ
W WLBP_APC 1 =168 kJ
Transmissionsfaktor k T 1,0
Schutzpegel der PSAgS am Lichtbogenort string W LBS_APC 2 =320 kJ
W LBS_APC 1 =168 kJ
Vergleich W LB < W LBS_APC 2 NEINNEIN
W LB < W LBS_APC 1 NEINNEIN
Ergebnis Rechnung: Freischalten oder weitere Maßnahmen Freischalten oder weitere Maßnahmen

Phase 4: Weitere Maßnahmen zur Reduzierung der Lichtbogenenergie und der Wahrscheinlichkeit von Verletzungen durch Störlichtbögen umsetzen

Im Ergebnis zeigt sich, dass im Beispielfall für die Arbeiten am Hausanschlusskasten PSAgS der Störlichtbogenschutzklasse APC 2 nicht ausreichend ist. Der hohe Erwartungswert der Lichtbogenenergie kommt durch die große Kurzschlussdauer zustande, aus der eine lange Expositionsdauer resultiert.

Um das Arbeiten in diesem Fall zu ermöglichen, können z. B.

  • Überstromschutzeinrichtungen, die eine definierte ausreichend schnelle Ausschaltung garantieren, angewendet oder

  • die Einhaltung eines ausreichenden Mindestabstandes gefordert oder

  • für höhere Einwirkenergien geprüfte PSA eingesetzt

werden.

Für die nachfolgende Betrachtung wird die erstgenannte Option ausgewählt. Dazu ist zu fordern, dass die im Kabelabzweig der speisenden Netzstation vorhandene Abzweigsicherung NH 250 A gG für die Dauer der Arbeiten gegen eine Arbeitssicherung mit geringerer Bemessungsstromstärke und/oder einer flinken oder superflinken Betriebscharakteristik ausgetauscht wird, so dass sich vor Beginn der Arbeiten ein Sicherungswechsel und nach Abschluss der Arbeiten ein Sicherungswechsel erforderlich machen. Setzt man eine Arbeitssicherung NH 160 A Betriebsklasse aR (flink: üf2; überflink: üf1; superflink: üf01; hyperflink: üf02) ein, ergibt sich in jedem Fall eine strombegrenzende Ausschaltung. Für die Berechnungen ist in diesem Fall eine Kurzschlussdauer von t k = 0,01 s anzusetzen. Im Beispielfall wird eine Sicherung NH 160 A aR/690 V - üf01 eingesetzt, woraus eine Ausschaltzeit von 6,87 ms resultiert.

Tabelle A 5-6 Ergebnis der Berechnung W LB und W LBS für Beispiel 5.3 bei Einsatz einer

Arbeitsschutzsicherung (geöffneter Hausanschlusskasten)

Arbeitsort Erstellt von:M. Mustermann
Arbeitsauftrag Datum:29.11.2019
Rechnung KenngrößeResultat (Worst-Case)Resultat bei genauer Berechnung nach [21]
NetzparameterNennspannung U Nn 400 V
AnlagengeometrieLeiterabstand d 45 mm
KurzschlussstromberechnungMax. Kurzschlussstrom I" k 3,max 3,4 kA
Min. Kurzschlussstrom I" k 3,min 3,0 kA
Verhältnis R/X R/X 2,0
Strombegrenzung k B 0,50,554
Minimaler Fehlerstrom I kLB = k B  I" k 3,min I kLB =1,5 kA1,66 kA
Abschaltzeit der Überstromschutzeinrichtung (Einstellwert des Leistungsschalters / Abschaltzeit aus der Sicherungskennlinie) t k 0,01 s0,01 s
Kurzschlussleistung string S" k =2,353 MVA
Bezogene LB-Leistung string k p =0,260,24
Lichtbogenleistung P LB = k p  S" k P LB =0,61 MW0,56 MW
Lichtbogenenergie (Erwartung) W LB = k p  S" k  t k W LB =6,1 kJ5,2 kJ
Arbeitsabstand a 300 mm
PSA Normprüfpegel W LBS_APC 2 =320 kJ
W LBS_APC 1 =168 kJ
Transmissionsfaktor k T 1,0
Schutzpegel der PSAgS am Lichtbogenort string W LBP_APC 1 =320 kJ
W LBP_APC 2 =168 kJ
Vergleich W LB < W LBS_APC 2 JAJA
W LB < W LBS_APC 1 JAJA
Ergebnis Rechnung: APC 1 APC 1

Die Berechnung ergibt, dass die zu erwartende Lichtbogenenergie kleiner 50 kJ ist. Damit ist für die betrachtete Tätigkeit keine besondere PSAgS erforderlich. Eine handelsübliche Arbeitskleidung, bestehend aus langärmeliger Oberbekleidung und langer Hose ist ausreichend.

Es ist jedoch zu berücksichtigen, dass zum Einsetzen der Arbeitsschutz-Sicherung eine PSAgS (APC 1 oder APC 2) benötigt wird.

A 5.4
Beispiel 5.4: Elektroinstallation bei vorgeschaltetem Hausanschlusskasten (Arbeitsort 4)

Werden Arbeiten unter Spannung oder Arbeiten in der Nähe unter Spannung stehender Teile in der elektrischen Hausinstallation (400 V), die über eine Sicherung mit maximal 63 A Nennstrom abgesichert ist, durchgeführt, ist handelsübliche Arbeitskleidung bestehend aus langärmeliger Oberbekleidung und langer Hose ausreichend (siehe Anwendungsbereich).

Anmerkung:

Der Vollständigkeit halber wird dieses Beispiel aus der ersten Auflage dieser DGUV Information (Ausgabe Oktober 2012) hier aufgeführt. Die Berechnungen der ersten Auflage zeigen, die abgeschätzten Werte für W LB deutlich (Faktor >27) unterhalb des Schutzpegels einer PSAgS der Störlichtbogenschutzklasse APC 1 liegen.

string

Abb. A 5-10
Arbeiten hinter der Hauseinspeisung

Gefährdungsbeurteilung der geplanten Tätigkeit

Phase 1: Besteht prinzipiell die Gefahr der Störlichtbogenexposition von Personen?

  • Ja

  • Bei Arbeiten an einer Verteilung wie z. B. das Wechseln eines Stromzählers unter Spannung kann zu einem Störlichtbogenereignis kommen.

Phase 2: Erste Bewertung der Störlichtbogenenergie des Tätigkeits- bzw. Arbeitsplatzbereichs. Ist eine Berechnung erforderlich?

  • Nein

  • Auf eine PSAgS kann bei Arbeiten in Niederspannungsanlagen in den folgenden Fällen verzichtet werden:

    • Bei Arbeiten an Mess-, Steuer- und Regelungsanlagen mit vorgelagerten Stromkreisabsicherungen bis 25 A.

      • nicht zutreffend

    • Bei Arbeiten an Stromkreisen mit Nennspannungen bis 400 V mit vorgelagerter Absicherung bis einschließlich 63 A, wenn handelsübliche Arbeitskleidung bestehend aus langärmeliger Oberbekleidung und langer Hose getragen wird.

      • zutreffend

    • Bei Arbeiten an Stromkreisen mit Nennspannungen bis 400 V AC und einem Kurzschlussstrom < 1 kA. (Ein solcher Lichtbogen brennt nicht stabil und erlischt unmittelbar wieder.)

      • nicht zutreffend

A 5.5
Beispiel 5.5: Entfernen von NH-Sicherungseinsätzen

Das Tätigkeitsfeld von Zählermonteuren kann Arbeitsbereiche mit unterschiedlicher Störlichtbogengefährdung umfassen:

  1. a)

    Arbeiten an Anlagen (Zähler) hinter einer Hausanschlusssicherung (vgl. Beispiel Arbeitsort 4):

    Diese Tätigkeiten umfassen z. B. Spannung prüfen, Wechsel von Zählern (im spannungsfreien Zustand oder unter Spannung). Entsprechend der Rechenergebnisse ist dazu PSAgS der Störlichtbogenschutzklasse APC 1 ausreichend.

  2. b)

    Arbeiten am geöffneten Hausanschlusskasten (vgl. Beispiel Arbeitsort 3): Zur Vorbereitung von Arbeiten am Zähler müssen ggf. Hausanschlusssicherungen entfernt oder wieder eingesetzt werden. Entsprechend der Rechenergebnisse wird hier der rechnerische Schutzpegel der PSAgS Störlichtbogenschutzklasse APC 1 überschritten (W LB / W LBS = 1,3).

Zählermonteure sind im Regelfall mit PSAgS der Störlichtbogenschutzklasse APC 1 ausgerüstet. Es ergibt sich die Frage, ob für das Entfernen und das Einsetzen von Hausanschlusssicherungen eine Ausrüstung mit PSAgS Störlichtbogenschutzklasse APC 2 zwingend erforderlich ist, oder ob diese Tätigkeit auch mit PSAgS der Störlichtbogenschutzklasse APC 1 ausgeführt werden kann?

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Abb. A 5-11
Entfernen und Einsetzen von NH-Sicherungen am Hausanschlusskasten

Gefährdungsbeurteilung der geplanten Tätigkeit

Phase 1: Besteht prinzipiell die Gefahr der Störlichtbogenexposition von Personen?

  • Ja.

  • Es werden Arbeiten mit Kontakt zu einer offenen unter Spannung stehenden Anlage durchgeführt.

Phase 2: Erste Bewertung des Störlichtbogenrisikos des Tätigkeits- bzw. Arbeitsplatzbereichs. Ist eine Berechnung erforderlich?

  • Ja.

  • Keine der in Kapitel 1 aufgezählten Bedingungen, in denen auf eine PSAgS verzichtet werden kann, ist erfüllt.

Phase 3: Berechnungsverfahren anwenden: W LB , W LBS ermitteln!

Die Berechnung von W LB ergibt 607 kJ (vgl. Tabelle A 5-5, Hausanschlusskasten). Ausgehend von einem Arbeitsabstand von a = 500 mm beträgt der Schutzpegel der PSAgS Störlichtbogenschutzklasse APC 1 467 kJ (bei k T = 1).

Da bei diesen Arbeiten mit fast gestrecktem Arm gearbeitet wird, wird von einem Arbeitsabstand von 500 mm ausgegangen.

Damit überschreitet W LB den Schutzpegel der Störlichtbogenschutzklasse APC 1 um den Faktor 1,3.

Phase 4: Weitere Maßnahmen zur Reduzierung der Lichtbogenenergie und der Wahrscheinlichkeit von Verletzungen durch Störlichtbögen umsetzen

Eine weitere Maßnahme zur Reduzierung der Wahrscheinlichkeit von Verletzungen durch Störlichtbögen wäre der Einsatz einer PSAgS der Störlichtbogenschutzklasse APC 2. Zur Untersuchung, ob diese Tätigkeit auch mit PSAgS der Störlichtbogenschutzklasse APC 1 ausgeführt werden kann, wird diese Abschätzung mit Phase 5 weiter betrachtet.

Phase 5: Eintrittswahrscheinlichkeit und Verletzungsschwere einer Störlichtbogenverletzung nach Anwendung der getroffenen Maßnahmen abschätzen; Restrisiko bewerten und entscheiden (Risikomatrix)

Abschätzung der Verletzungsschwere

Es wird für dieses Beispiel angenommen, dass die Berechnung (nach Kapitel 4) für die betrachteten Arbeitsbedingungen folgende Ergebnisse liefert:

Schutzpegel für PSAgS APC 1: W LBS = 467 kJ (k T = 1; a = 500 mm)
Lichtbogenenergie: W LB = 607 kJ

Aus dem Verhältnis W LB / W LBS = 1,3 ergibt sich dann entsprechend Tabelle A 4-2 eine erwartete Verletzungsschwere von "reversible Verletzung".

Abschätzung der Eintrittswahrscheinlichkeit einer Verletzung

Tabelle A 5-7 Abschätzung der Eintrittswahrscheinlichkeit einer Verletzung für 5.5

  Bezeichnung Bewertungspunkte Erläuterung
a)Art/Zustand der Anlage4 ... unwahrscheinlichoffene Bauweise in einer abgeschlossenen elektrischen Betriebsstätte;
Anlage in ordnungsgemäß gewartetem sauberen Zustand Zustandsbewertung durch Sichtprüfung
b)Technische Maßnahmen2 ...
denkbar, sehr unwahrscheinlich
Einsatz überbrückungssicherer Ausrüstung (AuS-Werkzeug;
Spannungsprüfer, NH-Sicherungsaufsteckgriff mit Stulpe)
c)Organisatorische Maßnahmen2 ...
denkbar, sehr unwahrscheinlich
Anwendung betrieblicher Regeln:
Arbeits- und Betriebsanweisungen liegen vor
Qualifikation Personal:
Einsatz von für diese Tätigkeiten qualifiziertem Personal
(Elektrofachkraft)
d)Persönliche Maßnahmen2 ...
denkbar, sehr unwahrscheinlich
Einsatz PSAgS Störlichtbogenschutzklasse APC 1,
Einsatz NH-Sicherungsaufsteckgriff mit Stulpe
e)Statistische Einflussfaktoren4 ...
unwahrscheinlich
Begrenzter räumlicher Umfang kritischer Bereiche:
übersichtliche Bauweise; kritische Bereiche sind klar erkennbar Häufigkeit und Dauer von Tätigkeiten in Bereichen, in denen der Schutz durch PSAgS der Störlichtbogenschutzklasse APC 2 nicht gegeben ist:
begrenzt auf wenige Tätigkeiten von kurzer Dauer Mögliche zusätzliche Schutzwirkung durch langärmlige schwerentflammbare Unterbekleidung:
nein
Erkenntnisse aus statistisch belastbaren und vergleichbaren Störlichtbogenereignissen in der Vergangenheit:
Erkenntnisse über Störlichtbogenereignisse bekannt
f)Ergonomische Einflussfaktoren2 ...
denkbar, sehr unwahrscheinlich
Erfahrungen im Unternehmen mit verschiedener PSAgS oder Werkzeugen: PSAgS und AuS Werkzeug wurde unter Beteiligung der ausführenden Personen ausgewählt
  Summe: 16
liegt im Bereich
(10 ... 19)
Ergebnis: die erwartete Eintrittswahrscheinlichkeit für eine Verletzung durch Störlichtbogen liegt bei "denkbar, aber sehr unwahrscheinlich"
string

Abb. A 5-12
Anwendung der Risikomatrix für Beispiel 5.5

Die Risikobewertung mit Verletzungsschwere W LB / W LBS = 1,3 "reversible Verletzung" und Eintrittswahrscheinlichkeit 16 Punkte "denkbar, aber sehr unwahrscheinlich" ergibt in der Risikomatrix (Abb. A 5-12) den grünen Bereich. Die Durchführung der Arbeiten mit PSAgS der Störlichtbogenschutzklasse APC 1 auf Basis der getroffenen Bewertungsansätze ist somit zulässig.

A 5.6
Beispiel 5.6: Industrieverteiler

Das nachfolgende Beispiel zeigt die Berechnung für eine typische Konfiguration hinter einer NH 315 A gG Sicherung. An dieser Beispielanlage werden hinter der NH Sicherung unterschiedliche Tätigkeiten durchgeführt (siehe Abb. A 5-13). Dies geht vom Austausch von Betriebsmitteln bis hin zu einfachsten Einstellarbeiten an Schutzorganen und Betriebsmitteln.

Der Arbeitsort ist die elektrotechnische Ausrüstung der Kältemaschine und liegt hinter einem Kabel von 86 m.

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Abb. A 5-13
Anlagenübersicht Industrieanlage

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Abb. A 5-14 Niederspannungsanlage in der Industrie (Schaltschrank Kältemaschine)

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Abb. A 5-15
Mittlere Zeit-Strom-Kennlinien der betrachteten Leitungssicherungen NH gL/gG AC 400 V

Gefährdungsbeurteilung der geplanten Tätigkeit

Phase 1: Besteht prinzipiell die Gefahr der Störlichtbogenexposition von Personen?

  • Ja

  • Es werden Arbeiten mit Kontakt zu einer offenen unter Spannung stehenden Anlage (AuS) oder in der Nähe von unter Spannung stehenden Teilen der Anlage durchgeführt, bei denen ein Störlichtbogen entstehen kann.

Phase 2: Erste Bewertung der Störlichtbogenenergie des Tätigkeits- bzw. Arbeitsplatzbereichs. Ist eine Berechnung erforderlich?

  • Ja

  • Keine der in Kapitel 1 aufgezählten Bedingungen, in denen auf eine PSAgS verzichtet werden kann, ist erfüllt.

Phase 3: Berechnungsverfahren anwenden: W LB , W LBS ermitteln!

In der Abarbeitung der erforderlichen Arbeitsschritte ergeben sich folgende Ergebnisse (siehe Tabelle A 5-8).

Anmerkung: Bei genauer Berechnung ergibt sich aus der Kennlinie der Schutzeinrichtung eine Zeit < 10 ms; die Kurzschlussdauer wird deshalb auf 10 ms festgelegt.

Tabelle A 5-8 Ergebnis der Berechnung W LB und W LBS für Beispiel 5.6 (Niederspannungs-Anlage in der Industrie)

Arbeitsort Erstellt von:M. Mustermann
Arbeitsauftrag Datum:29.11.2019
Rechnung KenngrößeResultat (Worst-Case)Resultat bei genauer Berechnung nach [21]
NetzparameterNennspannung U Nn 400 V
AnlagengeometrieLeiterabstand d 20 mm
KurzschlussstromberechnungMax. Kurzschlussstrom I" k 3,max 16,4 kA
Min. Kurzschlussstrom I" k 3,min 14,7 kA
Verhältnis R/X R/X 0,81
Strombegrenzung k B 0,50,761
Minimaler Fehlerstrom I kLB = k B  I" k 3,min I kLB =7,4 kA11,4 kA
Abschaltzeit der Überstromschutzeinrichtung (Einstellwert des Leistungsschalters / Abschaltzeit aus der Sicherungskennlinie) t k 0,013 s0,01 s
Kurzschlussleistung string S" k =11,4 MVA
Bezogene LB-Leistung string k p =0,30,17
Lichtbogenleistung P LB = k p  S" k P LB =3,5 MW1,9 MW
Lichtbogenenergie (Erwartung) W LB = k p  S" k  t k W LB =45,2 kJ19,1 kJ
Arbeitsabstand a 300 mm
PSA Normprüfpegel W LBP_APC 2 =320 kJ
W LBP_APC 1 =168 kJ
Transmissionsfaktor k T 1,5
Schutzpegel der PSAgS am Lichtbogenort string W LBS_APC 2 =480 kJ
W LBS_APC 1 =252 kJ
Vergleich W LB < W LBS_APC 2 JAJA
W LB < W LBS_APC 1 JAJA
Ergebnis Rechnung: APC 1 APC 1

Anmerkung:

Bei genauer Berechnung ergibt sich aus der Kennlinie der Schutzeinrichtung eine Zeit < 10 ms; die Kurzschlussdauer wird deshalb auf 10 ms festgelegt.

Die Berechnung ergibt, dass die zu erwartende Lichtbogenenergie kleiner als

W LB, min = 50 kJ ist. Damit ist für die hier betrachtete Arbeit keine besondere PSAgS erforderlich. Eine handelsübliche Arbeitskleidung bestehend aus langärmeliger Oberbekleidung und langer Hose ist ausreichend. Eine Schutzkleidung der Störlichtbogenschutzklasse APC 1 wird jedoch empfohlen.

A 5.7
Beispiel 5.7: Schalten an nicht störlichtbogengeprüften Anlagen älterer Bauart

Aufgrund des hohen Leistungsbedarfs im industriellen Bereich findet man dort häufig Anlagen mit hohen Kurzschlussleistungen. Gängige Transformatorgrößen für die Umspannung von Mittel- auf Niederspannung sind 1,0 MVA, 1,6 MVA, 2,0 MVA sowie 2,5 MVA, teilweise auch bis zu 4 MVA. Damit einhergehend treten sehr hohe Kurzschlussströme auf. Teilweise bestehen auch relativ lange Abschaltzeiten.

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Abb. A 5-16 Ersatzschaltbild Schaltanlage

Im Weiteren wird der Fall betrachtet, wie ein Schaltfeld (Strahlennetz) freigeschaltet wird, damit z. B. an der unterlagerten Verteilung gearbeitet werden kann.

Hierzu wird zunächst von außen, mittels eines Hebels, der dem Abgang zugeordnete Lasttrennschalter betätigt (Betrachtung a). Danach werden die NH-Sicherungen entfernt (Betrachtung b) und die Spannungsfreiheit festgestellt (Betrachtung c).

Gefährdungsbeurteilung der geplanten Tätigkeit

Phase 1: Besteht prinzipiell die Gefahr der Störlichtbogenexposition von Personen?

  • Ja.

  • Infolge des Versagens des Schaltorgans, sowie später beim Entfernen der NH-Sicherung an der unter Spannung stehenden Anlage, kann ein Störlichtbogen nicht ausgeschlossen werden.

Phase 2: Erste Bewertung der Störlichtbogenenergie des Tätigkeits- bzw. Arbeitsplatzbereichs. Ist eine Berechnung erforderlich?

  • Ja.

  • Keine der in Kapitel 1 aufgezählten Bedingungen, in denen auf eine PSAgS verzichtet werden kann, ist erfüllt.

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Abb. A 5-17 Leistungsstarke Schaltanlage älterer Bauart; eingesetzt in der Industrie

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Abb. A 5-18
Geöffnetes Feld

A 7.7.1 Betrachtung a - Öffnen des Lasttrennschalters

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Abb. A 5-19
Öffnen des Lastrennschalters bei geschlossener Tür mittels Bedienhebel

Phase 3: Berechnungsverfahren anwenden: W LB , W LBS ermitteln!

Die Berechnung in Tabelle A 5-9 zeigt, dass für das Öffnen des Lastrennschalters Schutzkleidung APC 1 ausreichend ist. Bei der Berechnung wird die Schutzwirkung der Tür beim Auftreten eines Lichtbogens nicht berücksichtigt, da diese nicht quantifizierbar ist.

Anmerkung:

Lichtbogenversuche an realen Schaltanlagen habe eine große Schutzwirkung von Türen ergeben. Im Falle eines starken Lichtbogens wird die Tür vorrausichtlich öffnen und die Lichtbogenenergie durch die entstehende Öffnung entweichen (Richtwirkung). Daher ist es sinnvoll, sich so vor der Anlage zu positionieren, dass man sich nicht im Bereich der entstehenden Öffnung befindet (seitliches Stehen). Hierdurch kann ein zusätzlicher Schutz für den Ausführenden erreicht werden. Bei den Versuchen hat sich ebenfalls gezeigt, dass normalerweise die Bänder der Tür halten und die Öffnung im Bereich der Verriegelung entsteht.

Tabelle A 5-9 Ergebnis der Berechnung W LB und W LBS für Beispiel 5.7.1 (Öffnen des Lasttrennschalters)

Arbeitsort Schaltanlage (ältere Bauart)Erstellt von:M. Mustermann
Arbeitsauftrag Öffnen des LasttrennschaltersDatum:29.11.2019
Rechnung KenngrößeResultat (Worst-Case)Resultat bei genauer Berechnung nach [21]
NetzparameterNennspannung U Nn 400 V
AnlagengeometrieLeiterabstand d 20 mm
KurzschlussstromberechnungMax. Kurzschlussstrom I" k 3,max 36 kA
Min. Kurzschlussstrom I" k 3,min 29 kA
Verhältnis R/X R/X 0,12
Strombegrenzung k B 0,50,9
Minimaler Fehlerstrom I kLB = k B  I" k 3,min I kLB =14,5 kA26,1 kA
Abschaltzeit der Überstromschutzeinrichtung (Einstellwert des Leistungsschalters / Abschaltzeit aus der Sicherungskennlinie) t k 0,01 s0,01 s
Kurzschlussleistung string S" k =24,9 MVA
Bezogene LB-Leistung string k p =0,420,19
Lichtbogenleistung P LB = k p  S" k P LB =10,4 MW4,7 MW
Lichtbogenenergie (Erwartung) W LB = k p  S" k  t k W LB =103,7 kJ47,4 kJ
Arbeitsabstand a 600 mm
PSA Normprüfpegel W LBP_APC 2 =320 kJ
W LBP_APC 1 =168 kJ
Transmissionsfaktor k T 1,9
Schutzpegel der PSAgS am Lichtbogenort string W LBS_APC 2 =2432 kJ
W LBS_APC 1 =1277 kJ
Vergleich W LB < W LBS_APC 2 JAJA
W LB < W LBS_APC 1 JAJA
Ergebnis Rechnung: APC 1 APC 1

A 7.7.2 Betrachtung b - Entnehmen der NH-Sicherungen

string

Abb. A 5-20
Entnehmen der NH-Sicherungseinsätze, zusätzlich mobile Trennstege um Potentiale gegeneinander zu isolieren

Phase 3 (Betrachtung b): Berechnungsverfahren anwenden: W LB , W LBS ermitteln!

Das Ergebnis der Berechnung zeigt Tabelle A 5-10.

Phase 4: Weitere Maßnahmen zur Reduzierung der Lichtbogenenergie und der Wahrscheinlichkeit von Verletzungen durch Störlichtbögen umsetzen

Für die betrachtete Anlage und die Arbeitssituation ist keine geeignete Maßnahme zur Reduzierung der Lichtbogenenergie und der Wahrscheinlichkeit von Verletzungen durch Störlichtbögen möglich. Folglich wird mit Phase 5 weiter verfahren.

Phase 5: Eintrittswahrscheinlichkeit und Verletzungsschwere einer Störlichtbogenverletzung nach Anwendung der getroffenen Maßnahmen abschätzen; Restrisiko bewerten und entscheiden (Risikomatrix)

Abschätzung der Verletzungsschwere

Es wird für dieses Beispiel angenommen, dass die Berechnung (nach Kapitel 4) für die betrachteten Arbeitsbedingungen folgende Ergebnisse liefert:

Schutzpegel für PSAgS APC 2: W LBS_APC 2 = 1689 kJ (k T = 1,9; a = 500 mm)
Lichtbogenenergie:= 3512 kJ W LB

Aus dem Verhältnis W LB / W LBS = 2,1 ergibt sich dann entsprechend Tabelle A 5-11 eine erwartete Verletzungsschwere von "reversible Verletzung".

Tabelle A 5-10 Ergebnis der Berechnung W LB und W LBS für Beispiel 5.7.2 (Entnehmen NH-Sicherungseinsätze)

Arbeitsort Schaltanlage (ältere Bauart)Erstellt von:M. Mustermann
Arbeitsauftrag Entnehmen der NH-SicherungseinsätzeDatum:29.11.2019
Rechnung KenngrößeResultat (Worst-Case)Resultat bei genauer Berechnung nach [21]
NetzparameterNennspannung U Nn 400 V
AnlagengeometrieLeiterabstand d 60 mm
KurzschlussstromberechnungMax. Kurzschlussstrom I" k 3,max 36 kA
Min. Kurzschlussstrom I" k 3,min 29 kA
Verhältnis R/X R/X 0,12
Strombegrenzung k B 0,50,67
Minimaler Fehlerstrom I kLB = k B  I" k 3,min I kLB =14,75 kA19,4 kA
Abschaltzeit der Überstromschutzeinrichtung (Einstellwert des Leistungsschalters / Abschaltzeit aus der Sicherungskennlinie) t k 0,424 s0,44 s
Kurzschlussleistung string S" k =24,9 MVA
Bezogene LB-Leistung string k p =0,420,32
Lichtbogenleistung P LB = k p  S" k P LB =10,4 MW8,0 MW
Lichtbogenenergie (Erwartung) W LB = k p  S" k  t k W LB =4564 kJ3512 kJ
Arbeitsabstand a 500 mm
PSA Normprüfpegel W LBP_APC 2 =320 kJ
W LBP_APC 1 =168 kJ
Transmissionsfaktor k T 1,9
Schutzpegel der PSAgS am Lichtbogenort string W LBS_APC 2 =1689 kJ
W LBS_APC 1 =887 kJ
Vergleich W LB < W LBS_APC 2 NEINNEIN
W LB < W LBS_APC 1 NEINNEIN
Ergebnis Rechnung: Freischalten oder weitere Maßnahmen Freischalten oder weitere Maßnahmen

Abschätzung der Eintrittswahrscheinlichkeit einer Verletzung

Tabelle A 5-11 Abschätzung der Eintrittswahrscheinlichkeit einer Verletzung für 5.7

  Bezeichnung Bewertungspunkte Erläuterung
a)Art/Zustand der Anlage4 ... unwahrscheinlichAnlage leicht verstaubt (keine leitfähigen Ablagerungen); Zustandsbewertung durch Sichtprüfung
b)Technische Maßnahmen2 ...
denkbar, sehr unwahrscheinlich
Einsatz überbrückungssicherer Ausrüstung
(NH-Sicherungsaufsteckgriff mit Stulpe, mobile Trennstege zwischen Sicherungsträgern; Spannungsprüfer CAT IV)
c)Organisatorische Maßnahmen2 ...
denkbar, sehr unwahrscheinlich
Anwendung betrieblicher Regeln:
Arbeits- und Betriebsanweisungen liegen vor
Qualifikation Personal:
Einsatz von für diese Tätigkeiten qualifiziertem Personal - speziell geschultes Schaltpersonal (Elektrofachkraft)
Übersichtsschaltpläne vorhanden und aktuell
d)Persönliche Maßnahmen2 ...
denkbar, sehr unwahrscheinlich
Einsatz PSAgS Störlichtbogenschutzklasse 2
e)Statistische Einflussfaktoren4 ...
unwahrscheinlich
Begrenzter räumlicher Umfang kritischer Bereiche:
übersichtliche Bauweise; kritische Bereiche sind klar erkennbar Häufigkeit und Dauer von Tätigkeiten in Bereichen, in denen der Schutz durch PSAgS der Störlichtbogenschutzklasse APC 2 nicht gegeben ist:
begrenzt auf Entfernen der NH-Sicherung - kurze Arbeitsdauer Erkenntnisse aus statistisch belastbaren und vergleichbaren Störlichtbogenereignissen in der Vergangenheit:
in der Organisationseinheit bisher beim Ausführen der Tätigkeit nicht aufgetreten
f)Ergonomische Einflussfaktoren2 ...
denkbar, sehr unwahrscheinlich
Erfahrungen im Unternehmen mit verschiedener PSAgS oder Werkzeugen: PSAgS und AuS Werkzeug wurde unter Beteiligung der ausführenden Personen ausgewählt
  Summe: 16
liegt im Bereich
(10 ... 19)
Ergebnis: die erwartete Eintrittswahrscheinlichkeit für eine Verletzung durch Störlichtbogen liegt bei "denkbar, aber sehr unwahrscheinlich"
string

Abb. A 5-21
Anwendung der Risikomatrix für Beispiel 5.7

Die Risikobewertung mit Verletzungsschwere W LB / W LBS = 2,1 "reversible Verletzung" und Eintrittswahrscheinlichkeit 16 Punkte "denkbar, aber sehr unwahrscheinlich" ergibt in der Risikomatrix (Abb. A.5-21) den grünen Bereich. Die Durchführung der Arbeiten mit PSAgS der Störlichtbogenschutzklasse APC 2 auf Basis der getroffenen Bewertungsansätze ist somit zulässig.

A 7.7.3 Betrachtung c - Spannungsfreiheit feststellen

string

Abb. A 5-22
Feststellen der Spannungsfreiheit

Zum Abschluss der Freischaltung muss nun noch die Spannungsfreiheit festgestellt werden. Hierbei muss im Rahmen der Gefährdungsbeurteilung in der Phase 1 geprüft werden, ob eine Gefährdung durch Störlichtbogenexposition gegeben ist. Im vorliegenden Fall erfolgt die Prüfung mit einem Spannungsprüfer CAT IV mit verlängerten Spitzen. Diese sind hier nicht zwangsweise erforderlich, in dem Unternehmen für das Schaltpersonal aber Standard, da mit ihnen ein größerer Arbeitsabstand erreicht wird. Die Spitzen haben an ihren Enden nur einen sehr kurzen metallischen Teil, wodurch im vorliegenden Fall keine Überbrückung der potentiell unter Spannung stehender Teile erfolgen kann. Da somit das Entstehen eines Störlichtbogens ausgeschlossen werden kann, könnte das Feststellen der Spannungsfreiheit ohne PSAgS erfolgen. Da im vorherigen Arbeitsschritt (Entnehmen NH-Sicherungen) aber ohnehin PSAgS erforderlich war, wird der kurze Vorgang des Feststellens der Spannungsfreiheit ebenfalls mit dieser ausgeführt.

Da im Arbeitsschritt b - "Entnehmen der NH-Sicherungen" PSAgS APC 2 erforderlich ist, werden letztlich alle drei Arbeitsschritte mit dieser PSAgS durchgeführt. Durch die kurze Zeitdauer der gesamten Arbeiten von 5-10 Minuten ist das Tragen der PSAgS auch ergonomisch unproblematisch.

A 5.8
Beispiel 5.8: Arbeiten an DC-Anlagen (USV)

Arbeiten an einer USV-Anlage

Im Beispiel handelt es sich um Arbeiten an einer USV-Anlage (unterbrechungsfreie Stromversorgung) 200 kVA (Verschiebungsfaktor cos ϕ = 0,9, Wirkungsgrad DC/AC = 0,9) mit einer leistungsstarken Batterie im Zwischenkreis des Wechselrichters. Die Zwischenkreisspannung beträgt 400 V (siehe Abb. A 5-23).

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Abb. A 5-23
Prinzipschaltbild der USV-Anlage mit den Arbeitsorten 1 und 2 (Fehlerorte)

Aus der Ausgangsleistung des Wechselrichters, einer Entladeschlussspannung von 350 V und der vorgegebenen Entladezeit (Überbrückungszeit) von 15 min ergibt sich der Batterieentladestrom (maximaler Betriebsstrom) von 571 A. Für den Schutz der Batterie ist ein Sicherungslasttrennschalter mit DC-Batteriesicherung NH gR Bat 500 A (500 V, Baugröße NH3) vorgesehen.

Die Batterie besteht aus einer Reihenschaltung von 100 Batteriezellen 4 V. Der Hersteller gibt im Datenblatt dafür einen Innenwiderstand von 97,9 mΩ (0,98 mΩ/Zelle) an, woraus sich ein prospektiver Kurzschlussstrom von I kDC = 4,086 kA ergibt.

Gefährdungsbeurteilung der geplanten Tätigkeit

Phase 1: Besteht prinzipiell die Gefahr der Störlichtbogenexposition von Personen?

  • Ja.

  • Bei Arbeiten am Wechselrichte oder im Bereich der Batterien kann ein Störlichtbogen nicht ausgeschlossen werden.

Phase 2: Erste Bewertung der Störlichtbogenenergie des Tätigkeits- bzw. Arbeitsplatzbereichs. Ist eine Berechnung erforderlich?

  • Ja.

  • Keine der in Kapitel 1 aufgezählten Bedingungen, in denen auf eine PSAgS verzichtet werden kann, ist erfüllt.

A 5.8.1
Arbeiten im Batteriebereich und direkt an den Batteriezellen (Arbeitsort 1)

Phase 3: Berechnungsverfahren anwenden: W LB , W LBS ermitteln!

Bei Arbeiten im Batteriebereich und direkt an den Batteriezellen ist bei Einleitung eines Lichtbogenkurzschlusses am Fehlerort von einem Leiterabstand von d = 30 mm auszugehen, woraus sich ein Strombegrenzungsfaktor von k B = 0,677 und ein tatsächlicher Fehlerstrom (Lichtbogenkurzschlussstrom) I kLB = 2,76 kA ergibt. Da der Arbeitsort nicht im Schutzbereich der Sicherung NH gR Bat liegt, ist vom ungünstigsten Fall der Einwirkzeit von t k = 1 s auszugehen (maximale Einwirkzeit bzw. Zeitdauer, in der sich die Person aus dem unmittelbaren Gefahrenbereich zurückziehen kann).

Aus der Iterationsrechnung ergibt sich für die Lichtbogenleistung P LB = 358 kW, was einer bezogenen Lichtbogenleistung von k P = 0,219 entspricht. Mit der Kurzschlussdauer von t k = 1000 ms resultiert daraus ein Erwartungswert für die am Arbeitsort (Fehlerort) umgesetzte Lichtbogenleistung von W LB = 358 kJ.

Rechnet man die Lichtbogenleistung aus der Worst-Case-Abschätzung (ohne Berücksichtigung eines Elektrodenabstandes) über die Beziehung P LB = 0,25 P K mit den Netzkenngrößen Netzspannung und prospektiver Kurzschlussstrom und der Kurzschlussleistung P K = U N  I kDC aus, so folgt P LB max = 0,25  1,634 MVA = 0,408 MW. Für den Erwartungswert der Lichtbogenenergie ergibt sich dann W LB max = 408,5 kJ.

Der Schutzpegel der PSAgS wird aus den Prüfpegeln der Lichtbogenenergie unter Berücksichtigung der Transmissionsverhältnisse und des Arbeitsabstandes a ermittelt. Geht man hier entsprechend des Anlagenvolumens von Bedingungen aus, bei denen hauptsächlich eine Rückwandwirkung besteht, was einem Transmissionsfaktor von k T = 1,5 entspricht, und einem Abstand von a = 300 mm aus, so ergeben sich die Schutzpegel der PSAgS W LBS aus den Prüfpegeln W LBP gemäß W LBS = k T  (a / 300 mm)2  W LBP . Für Störlichtbogenschutzklasse APC 1 gilt W LBS_APC 1 = 252 kJ und für Störlichtbogenschutzklasse APC 2 W LBS_APC 2 = 480 kJ. Für die Arbeiten sind folglich PSAgS der Störlichtbogenschutzklasse APC 2 notwendig.

Die Berechnungen sind in der Übersicht Tabelle A 5-12 in Form der Arbeitsschritte dargestellt.

Tabelle A 5-12 Zusammenfassung für das Beispiel Arbeiten an USV-Anlage Arbeitsort 1

Arbeitsort Arbeiten an WechselrichterErstellt von:M. Mustermann
Arbeitsauftrag USV-Anlage 200 kVADatum:29.11.2019
Rechnung  KenngrößeResultat
NetzparameterNennspannung U Nn 400 V
AnlagengeometrieLeiterabstand d 30 mm
KurzschlussstromberechnungDauerkurzschlussstrom I kDC 4,0 kA
Zeitkonstante ττ0,002 s
Strombegrenzung k B 0,677
Lichtbogenstrom
(Fehlerstrom)
string I kLB =2,76 kA
Abschaltzeit der Überstromschutzeinrichtung (Einstellwert des Leistungsschalters / Abschaltzeit aus der Sicherungskennlinie) t k 1,000 s
Kurzschlussleistung P k = U Nn  I kDC P k =1,6 MW
Lichtbogenleistung P LB = U LB  I kLB P LB =0,36 MW
Bezogene LB-Leistung k p = P LB / P k k p =0,219
Lichtbogenenergie (Erwartung) W LB = P LB  t k W LB =357,46 kJ
Arbeitsabstand a 300 mm
PSA Normprüfpegel W LBP_APC 2 =320 kJ
W LBP_APC 1 =168 kJ
Transmissionsfaktor k T 1,5
Schutzpegel der PSAgS am Lichtbogenort string W LBS_APC 2 =480 kJ
W LBS_APC 1 =252 kJ
Vergleich W LB < W LBS_APC 2 JA
W LB < W LBS_APC 1 NEIN
Ergebnis Rechnung: APC 2

A 5.8.2
Arbeiten im Bereich des Wechselrichters (DC-Zwischenkreis, Arbeitsort 2)

Phase 3: Berechnungsverfahren anwenden: W LB , W LBS ermitteln!

Am Fehlerort ist von einem Leiterabstand von d = 20 mm auszugehen, woraus sich ein Strombegrenzungsfaktor von k B = 0,710 und ein tatsächlicher Fehlerstrom (Lichtbogen-kurzschlussstrom) I kLB = 2,9 kA ergibt. Da der Fehler im Schutzbereich der Sicherung entsteht, wird er durch die Sicherung ausgeschaltet. Ausgehend vom Datenblatt des Herstellers ergibt sich für die Sicherung NH gR Bat 500 A für den Fehlerstrom von 2,9 kA eine Ausschaltzeit von t k = 210 ms aus (siehe Abb. A 5-24).

Aus der Iterationsrechnung ergibt sich für die Lichtbogenleistung P LB = 337 kW, was einer bezogenen Lichtbogenleistung von k P = 0,206 entspricht. Mit der Kurzschlussdauer von t k = 210 ms resultiert daraus ein Erwartungswert für die am Arbeitsort (Fehlerort) umgesetzte Lichtbogenleistung von W LB = 70,7 kJ.

Rechnet man die Lichtbogenleistung aus der Worst-Case-Abschätzung (ohne Berücksichtigung eines Elektrodenabstandes) über die Beziehung P LB = 0,25 P k mit den Netzkenngrößen Netzspannung und prospektiver Kurzschlussstrom und der Kurzschlussleistung P K = U N  I kDC aus, so folgt P LB max = 0,25  1,634 MVA = 408,5 kW. Für den Erwartungswert der Lichtbogenenergie ergibt sich dann W LB max = 85,8 kJ.

string

Abb. A 5-24
Mittlere Zeit-Strom-Kennlinien der betrachteten Sicherungen NH gR Bat

Der Schutzpegel der PSAgS wird aus den Prüfpegeln der Lichtbogenenergie unter Berücksichtigung der Transmissionsverhältnisse und des Arbeitsabstandes a ermittelt. Geht man hier von den Standardbedingungen eines kleinräumigen Anlagenvolumens (mit Seiten- und Rückwänden), was einem Transmissionsfaktor von k T = 1,0 entspricht, und einem Abstand von a = 300 mm aus, so ist der Schutzpegel W LBS mit dem Prüfpegel W LBP identisch. Der Schutzpegel beträgt unter diesen Bedingungen für PSAgS der Störlichtbogenschutzklasse APC 1 W LBP = 168 kJ, so dass Arbeiten am betrachteten Arbeitsort mit PSAgS der Störlichtbogenschutzklasse APC 1 ausgeführt werden können.

Im Falle abweichender Anlagenbedingungen würden sich größere Werte für den Transmissionsfaktor und für den Arbeitsabstand ergeben, sodass der Schutzpegel gemäß W LBS = k T  (a / 300 mm)2  W LBP ebenfalls höhere Pegel besitzt. Die Arbeiten sind folglich auch für diese Verhältnisse mit PSAgS der Störlichtbogenschutzklasse APC 1 möglich.

Die Berechnungen sind in der Übersicht Tabelle 5-13 in Form der Arbeitsschritte dargestellt.

Tabelle A 5-13 Zusammenfassung für das Beispiel Arbeiten an USV-Anlage Arbeitsort 2

Arbeitsort Arbeiten an BatterieanlageErstellt von:M. Mustermann
Arbeitsauftrag USV-Anlage 200 kVADatum:29.11.2019
Rechnung KenngrößeResultat
NetzparameterNennspannung U Nn 400 V
AnlagengeometrieLeiterabstand d 20 mm
KurzschlussstromberechnungDauerkurzschlussstrom I kDC 4,09 kA
Zeitkonstante ττ0,002 s
Strombegrenzung k B 0,71
Lichtbogenstrom
(Fehlerstrom)
string I kLB =2,90 kA
Abschaltzeit der Überstromschutzeinrichtung (Einstellwert des Leistungsschalters / Abschaltzeit aus der Sicherungskennlinie) t k 0,210 s
Kurzschlussleistung P k = U Nn  I kDC P k =1,6 MW
Lichtbogenleistung P LB = U LB  I kLB P LB =0,34 MW
Bezogene LB-Leistung k p = P LB / P k k p =0,206
Lichtbogenenergie (Erwartung) W LB = P LB  t k W LB =70,72 kJ
Arbeitsabstand a 300 mm
PSA Normprüfpegel W LBP_APC 2 =320 kJ
W LBP_APC 1 =168 kJ
Transmissionsfaktor k T 1,0
Schutzpegel der PSAgS am Lichtbogenort string W LBS_APC 2 =320 kJ
W LBS_APC 1 =168 kJ
Vergleich W LB < W LBS_APC 2 JA
  W LB < W LBS_APC 1 JA
Ergebnis Rechnung: APC 1

A 5.9
Beispiel 5.9: Arbeiten an DC-Anlagen (Bahnnetz)

Arbeiten in einem Gleichrichter-Unterwerk im Abgang nach dem Speise-Leistungsschalter

In dem DC-Versorgungssystem wird jeder Fahrleitungsabschnitt aus einer Parallelschaltung versorgt (siehe Abb. A 5-25). Es sind Arbeiten im Abgang in einem Unterwerk A vorgesehen. Das Unterwerk wird demnach zweiseitig gespeist: über die Speiseleitung SL A sowie mit der Leitung SL B über das Unterwerk B und die Fahrleitung FL.

string

Abb. A 5-25
Ersatzschaltbild Arbeitsort DC-Bahnstromversorgung

Gefährdungsbeurteilung der geplanten Tätigkeit

Phase 1: Besteht prinzipiell die Gefahr der Störlichtbogenexposition von Personen?

  • Ja.

  • Bei Arbeiten Bereich der Unterwerke A oder B kann ein Störlichtbogen nicht ausgeschlossen werden.

Phase 2: Erste Bewertung der Störlichtbogenenergie des Tätigkeits- bzw. Arbeitsplatzbereichs. Ist eine Berechnung erforderlich?

  • Ja.

  • Keine der in Kapitel 1 aufgezählten Bedingungen, in denen auf eine PSAgS verzichtet werden kann, ist erfüllt.

Phase 3: Berechnungsverfahren anwenden: W LB , W LBS ermitteln!

Betrachtet wird das arbeitsbedingte Einleiten eines Kurzschlusses im Abgangsbereich des UW A hinter dem Speiseschalter LS A. Bei beidseitiger Einspeisung entsteht ein Fehlerstromkreis, der über die Parallelschaltung des Zweiges mit Speiseleitung SL A und Leistungsschalter LS A und des Zweiges mit Speiseleitung SL B, Unterwerk B mit Leistungsschalter LS B, die Fahrleitung FL, die Fehlerstelle im UW A und die Parallelschaltung des Zweiges aus Rückleitung RL A des UW A und des Zweiges mit Rückleitung RL B des UW B und der Bahnschiene S führt.

Für Arbeiten im Unterwerk wird zunächst ein geeigneter Schaltzustand hergestellt, indem eine einseitige Einspeisung gewählt wird. In den Parallelschaltungen besitzen die Zweige mit Speiseleitung SL A und mit Rückleitung RL A des UW A jeweils den geringeren Widerstand. Vor Beginn der Arbeiten wird deshalb der Speiseschalter im UW A ausgeschaltet. Die Höhe des Stroms bei Kurzschluss wird damit herabgesetzt, so dass im Fehlerfall eine geringere Leistung und Energie in einem Störlichtbogen umgesetzt werden.

Die Speisung der Fehlerstelle am Arbeitsort wird dann bei Entstehen eines Kurzschlusses nur noch über das UW B vorgenommen (Kurzschlussstromkreis über Speiseleitung SL B, geschlossenen Leistungsschalter LS B und Fahrleitung FL, Fehlerort, Schiene S und Rückleitung RL B. Die Ausschaltung des Fehlers erfolgt durch den Leistungsschalter LS B im Unterwerk UW B.

Für den genannten Arbeits- bzw. Fehlerort ist ein prospektiver Kurzschlussstrom von I kDC = 6,54 kA bei einer Netzspannung von 807 V ermittelt worden, was auch durch einen durchgeführten Kurzschlussversuch messtechnisch bestätigt wurde. Am Fehlerort ist von einem Leiterabstand von d = 30 mm auszugehen, woraus sich ein Strombegrenzungsfaktor von k B = 0,826 und ein tatsächlicher Fehlerstrom (Lichtbogenkurzschlussstrom) I kLB = 5,4 kA ergibt. Der Leistungsschalter LS B im UW B (Einstellung statischer Auslöser 5 kA) schaltet den Fehlerstromkreis in der Kurzschlussdauer t k = 100 ms aus (bei einem di/dt-Schutz schaltet der Leistungsschalter im Allgemeinen noch schneller aus).

Aus der Iterationsrechnung ergibt sich für die Lichtbogenleistung P LB = 760 kW, was einer bezogenen Lichtbogenleistung von k P = 0,143 entspricht. Mit der Kurzschlussdauer von t k = 100 ms resultiert daraus ein Erwartungswert für die am Arbeitsort (Fehlerort) umgesetzte Lichtbogenenergie von W LB = 75,7 kJ.

Rechnet man die Lichtbogenleistung aus der Worst-Case-Abschätzung (ohne Berücksichtigung eines Elektrodenabstandes) über die Beziehung P LB = 0,25 P K mit den Netzkenngrößen Netzspannung und prospektiver Kurzschlussstrom und der Kurzschlussleistung P K = U N  I kDC aus, so folgt P LB max = 0,25  5,3 MVA = 1,325 MW. Für den Erwartungswert der Lichtbogenenergie ergibt sich dann W LB max = 133 kJ.

Der Schutzpegel der PSAgS wird aus den Prüfpegeln der Lichtbogenenergie unter Berücksichtigung der Transmissionsverhältnisse und des Arbeitsabstandes a ermittelt. Geht man hier von den Standardbedingungen eines kleinräumigen Anlagenvolumens (mit Seiten- und Rückwänden), was einem Transmissionsfaktor von k T = 1,0 entspricht, und einem Abstand von a = 300 mm aus, so ist der Schutzpegel W LBS mit dem Prüfpegel W LBP identisch. Der Schutzpegel beträgt unter diesen Bedingungen für PSAgS der Störlichtbogenschutzklasse APC 1 W LBP = 168 kJ, so dass Arbeiten am betrachteten Arbeitsort mit PSAgS der Störlichtbogenschutzklasse APC 1 ausgeführt werden können.

Im Falle abweichender Anlagenbedingungen würden sich größere Werte für den Transmissionsfaktor und für den Arbeitsabstand ergeben, sodass der Schutzpegel gemäß W LBS = k T  (a / 300 mm)2  W LBP ebenfalls höhere Pegel besitzt. Die Arbeiten sind folglich auch für diese Verhältnisse mit PSAgS der Störlichtbogenschutzklasse APC 1 möglich.

Die Berechnungen sind in der Übersicht Tabelle A 5-14 in Form der Arbeitsschritte dargestellt.

Tabelle A 5-14 Zusammenfassung für das Beispiel Arbeiten im Abgangsbereich eines GR-Unterwerkes der Bahnstromversorgung

Arbeitsort GR-Unterwerk A AbgangsbereichErstellt von:M. Mustermann
Arbeitsauftrag ReinigungsarbeitenDatum:29.11.2019
Rechnung KenngrößeResultat
NetzparameterNennspannung U Nn 807 V
AnlagengeometrieLeiterabstand d 30 mm
KurzschlussstromberechnungDauerkurzschlussstrom I kDC 6,54 kA
Zeitkonstante ττ0,030 s
Strombegrenzung k B 0,826
Lichtbogenstrom
(Fehlerstrom)
string I kLB =5,40 kA
Abschaltzeit der Überstromschutzeinrichtung (Einstellwert des Leistungsschalters / Abschaltzeit aus der Sicherungskennlinie) t k 0,100 s
Kurzschlussleistung P k = U Nn  I kDC P k =5,3 MW
Lichtbogenleistung P LB = U LB  I kLB P LB =0,76 MW
Bezogene LB-Leistung k p = P LB / P k k p =0,143
Lichtbogenenergie (Erwartung) W LB = P LB  t k W LB =75,71 kJ
Arbeitsabstand a 300 mm
PSA Normprüfpegel W LBP_APC 2 =320 kJ
W LBP_APC 1 =168 kJ
Transmissionsfaktor k T 1,0
Schutzpegel der PSAgS am Lichtbogenort string W LBS_APC 2 =320 kJ
W LBS_APC 1 =168 kJ
Vergleich W LB < W LBS_APC 2 JA
W LB < W LBS_APC 1 JA
Ergebnis Rechnung: APC 1
*

Aus der Strom-Zeit-Kennlinie (Abb. A 5-10) ergibt sich eine Ausschaltzeit t > 1 s, so dass davon auszugehen ist, dass die für die Exposition relevante Höchstzeit t k = 1 s beträgt (siehe auch Anmerkung am Ende des Abschnittes 4.2.2).