Was ist ein Störlichtbogen?

Ein Lichtbogen ist eine plötzliche Freisetzung von elektrischer Energie, die auftritt, wenn ein Fehler oder ein Kurzschluss einen Lichtbogen zwischen zwei Leitern oder einem Leiter und der Erde verursacht. Ein Lichtbogen kann intensive Hitze, Licht, Geräusche und Druck erzeugen, die jeden in der Nähe verletzen können.

Wie heiß kann ein Störlichtbogen werden?

Ein Lichtbogen kann Temperaturen von bis zu 35.000 Grad Fahrenheit erreichen, was heißer ist als die Oberfläche der Sonne. Diese extreme Hitze kann Kleidung entzünden, Metall schmelzen und schwere Verbrennungen auf der Haut und an den Augen verursachen.

Die Hitze eines Lichtbogens kann eine ernsthafte Gefahr für einen Menschen darstellen, selbst wenn er dem Lichtbogen nicht direkt ausgesetzt ist. Die Strahlungshitze kann Verbrennungen zweiten oder dritten Grades auf jeder ungeschützten Haut im Umkreis von einigen Metern um den Lichtbogen verursachen. Die Hitze kann auch entflammbare Materialien wie Kleidung, Haare oder Papier entzünden und noch schwerere Verletzungen verursachen. Darüber hinaus kann die starke Hitze das Atemsystem schädigen und zu Inhalationsverletzungen führen, insbesondere wenn Rauch oder giftige Gase vorhanden sind. Tragen Sie daher unbedingt eine geeignete persönliche Schutzausrüstung (PSA) und vermeiden Sie nach Möglichkeit die Arbeit in der Nähe von unter Spannung stehenden elektrischen Geräten.

Wie hoch ist die Explosionskraft eines Lichtbogens?

Ein Lichtbogen kann auch eine starke Druckwelle erzeugen, die Arbeiter von den Füßen reißen, Gegenstände quer durch den Raum schleudern und Geräte und Strukturen beschädigen kann. Die Druckwelle kann von einigen Pfund pro Quadratzoll (psi) bis zu mehreren tausend psi reichen, je nach Spannung, Stromstärke und Entfernung zum Lichtbogen.

Wie hoch ist das Risiko für einen Menschen durch einen Lichtbogen?

Ein Störlichtbogen kann bei Arbeitnehmern, die ihm ausgesetzt sind, zu schweren Verletzungen und zum Tod führen. Einige der häufigsten Auswirkungen eines Störlichtbogens sind:

• Thermische Verbrennungen: Die starke Hitze eines Lichtbogens kann tiefe und schmerzhafte Verbrennungen verursachen, die die Haut, Muskeln, Nerven und Organe schädigen können. Verbrennungen können auch zu Infektionen, Narbenbildung und Entstellung führen.
• Augenverletzungen: Das helle Licht eines Lichtbogens kann zu vorübergehender oder dauerhafter Erblindung sowie zu Schäden an der Netzhaut, Hornhaut und Linse führen. Augenverletzungen können auch die Sehkraft beeinträchtigen, Lichtempfindlichkeit verursachen und das Risiko von Katarakten und Glaukomen erhöhen.
• Gehörverlust: Der laute Lärm eines Lichtbogens kann das Trommelfell zerreißen, das Innenohr schädigen und vorübergehenden oder dauerhaften Hörverlust verursachen. Gehörverlust kann auch das Gleichgewicht, die Kommunikation und die Lebensqualität beeinträchtigen.
• Atemprobleme: Der Rauch und die Gase eines Lichtbogens können die Lunge, den Rachen und die Nase reizen und Husten, Keuchen, Kurzatmigkeit und Asthma verursachen. Einige der Gase, wie z.B. Kohlenmonoxid, können auch giftig sein und zu Vergiftungen, Hirnschäden und Tod führen.
• Herzstillstand: Der Stromschlag eines Lichtbogens kann das Herz zum Stillstand bringen, einen unregelmäßigen Herzschlag verursachen und den Herzmuskel schädigen. Ein Herzstillstand kann auch zu Hirnschäden, Koma und Tod führen.
• Psychologisches Trauma: Die Erfahrung eines Lichtbogens kann eine posttraumatische Belastungsstörung (PTSD), Angst, Depression und Flashbacks verursachen. Ein psychologisches Trauma kann sich auch auf Gedächtnis, Konzentration, Schlaf und Beziehungen auswirken.
• Kollaps der Lunge: Die Explosionskraft eines Lichtbogens kann eine Schockwelle erzeugen, die schneller als die Schallgeschwindigkeit ist. Diese Schockwelle kann die Luft in der Lunge komprimieren und dazu führen, dass sie reißt oder kollabiert. Dieser Zustand wird als Pneumothorax bezeichnet. Ein Lungenkollaps kann zu schweren Atembeschwerden, Brustschmerzen, niedrigem Blutdruck und Zyanose (bläuliche Haut) führen. Ein Lungenkollaps kann auch lebensbedrohlich sein und eine Notfallbehandlung mit einer Thoraxdrainage oder eine Operation erfordern.

Was sind Kaloriengrenzen und warum sind sie wichtig?

Ein Kaloriengrenzwert ist ein Maß für die Menge an Wärmeenergie, die auf der menschlichen Haut eine Verbrennung zweiten Grades verursachen kann. Sie wird in Kalorien pro Quadratzentimeter (cal/cm) ausgedrückt.²). Eine Verbrennung zweiten Grades ist eine Verbrennung, die die äußeren und inneren Schichten der Haut beschädigt und Blasen, Schmerzen und Schwellungen verursacht.

Kaloriengrenzwerte sind wichtig, weil sie dazu beitragen, das Schutzniveau zu bestimmen, das Arbeiter tragen müssen, wenn sie in der Nähe von elektrischen Geräten arbeiten, die einen Lichtbogen verursachen können. Das Schutzniveau wird auch als Lichtbogenschutzgrenze (AFPB) oder als Lichtbogengefahrengrenze (AFHB) bezeichnet.

Die AFPB oder AFHB ist die Entfernung von der Lichtbogenquelle, bei der die einfallende Energie gleich oder geringer als ein bestimmter Kaloriengrenzwert ist. Je niedriger der Kaloriengrenzwert ist, desto näher liegt die Grenze und desto höher ist das erforderliche Schutzniveau. Je höher der Kaloriengrenzwert ist, desto weiter ist die Grenze entfernt und desto geringer ist das erforderliche Schutzniveau.

Einer der am weitesten verbreiteten Grenzwerte ist 1,2 cal/cm^2, der auf dem Standard 70E der National Fire Protection Association (NFPA) für elektrische Sicherheit am Arbeitsplatz basiert. Die NFPA 70E besagt, dass Arbeiter bei der Arbeit innerhalb der AFPB oder AFHB Kleidung und persönliche Schutzausrüstung (PSA) tragen müssen, die mindestens 1,2 cal/cm^2 der auftretenden Energie standhalten.

Wie kennzeichnet man elektrische Geräte hinsichtlich der Gefahr von Lichtbögen?

Eine der besten Möglichkeiten, Verletzungen und Todesfälle durch Störlichtbögen zu verhindern, ist die Kennzeichnung elektrischer Geräte mit Informationen über die Gefahren von Störlichtbögen und das erforderliche Schutzniveau. Die Kennzeichnung elektrischer Geräte kann den Arbeitern helfen, die potenziellen Risiken zu erkennen, die sicheren Arbeitsverfahren zu befolgen und die geeignete PSA zu tragen.

Gemäß der NFPA 70E müssen Lichtbogen-Etiketten die folgenden Informationen enthalten:

• Nominale Systemspannung
• Lichtbogen-Grenze
• Mindestens einer der folgenden Punkte:
• Verfügbare Einfallsenergie und der entsprechende Arbeitsabstand
• Mindestlichtbogenstärke der Kleidung
• Erforderliches Niveau der PSA
• Höchste Gefahren-/Risikokategorie (HRC) für das Gerät

Lichtbogen-Etiketten können mit Hilfe von Software, Rechnern oder Tabellen erstellt werden, die die Lichtbogen-Parameter auf der Grundlage der elektrischen Systemeigenschaften, wie Spannung, Stromstärke, Fehlerbehebungszeit und Gerätekonfiguration, schätzen. Lichtbogen-Etiketten können auch mit zusätzlichen Informationen versehen werden, z.B. mit Datum, Ort und Warnzeichen.

Lichtbogen-Etiketten sollten an allen elektrischen Geräten angebracht werden, bei denen die Wahrscheinlichkeit besteht, dass sie unter Spannung geprüft, eingestellt, gewartet oder instand gehalten werden müssen, wie z.B. Schalttafeln, Schaltschränke, Steuerpulte, Zählersteckdosen und Motorsteuerungszentren. Lichtbogen-Etiketten sollten gut sichtbar und dauerhaft sein und bei Bedarf aktualisiert werden.

Wie berechnet man die Gefahr von Störlichtbögen?

So führen Sie eine technische Berechnung ETAP oder SKM verwenden, müssen die folgenden Informationen vor Ort gesammelt werden:

- Typ, Modell und Nennwert des elektrischen Geräts und der Schutzschalter

- Die Länge, Größe und das Material der Leiter

- Art und Standort der Transformatoren und deren Impedanzwerte

- Die Quellenspannung und der Fehlerstrom am Netzeingang

- Die Lastcharakteristik und der Leistungsfaktor der angeschlossenen Geräte

Anhand dieser Informationen kann die Software das elektrische System simulieren und die einfallende Energie, die Lichtbogengrenze und den Arbeitsabstand für jedes Gerät berechnen. Auf der Grundlage der berechneten Werte kann die Software auch Lichtbogen-Kennzeichnungen erstellen.

Die Anforderung, die richtige Koordination der Leistungsschalter einzustellen, besteht darin, sicherzustellen, dass die Schutzgeräte selektiv arbeiten und nur den fehlerhaften Teil des Systems isolieren, während die Kontinuität des Dienstes für den Rest des Systems erhalten bleibt. Die Koordination der Leistungsschalter kann durch die Anpassung ihrer Auslöseeinstellungen, wie z.B. Langzeit, Kurzzeit, unverzögert und Erdschluss, entsprechend ihrer Zeit-Strom-Kurven erreicht werden.

Das Ziel der Verkürzung der Störlichtbogenzeiten durch Erfassen des Störlichtbogens im unmittelbaren Auslösebereich des nächstgelegenen Schutzschalters besteht darin, die Exposition der Arbeiter und der Ausrüstung gegenüber den gefährlichen Auswirkungen des Störlichtbogens, wie hohe Temperatur, Druck, Schall und Licht, zu minimieren. Das Erfassen des Störlichtbogens im Sofortauslösebereich bedeutet, dass der Schutzschalter den Fehler so schnell wie möglich und ohne absichtliche Verzögerung auslöst und so die Dauer und das Ausmaß des Störlichtbogens reduziert. Dies kann erreicht werden, indem der Wert für die unverzögerte Auslösung des Schutzschalters unter dem erwarteten Lichtbogenstrom des Geräts eingestellt wird.

Eine andere Methode zur Abschätzung der Lichtbogengefahr ist die Verwendung der Tabellen der Norm NFPA 70E, in denen die Lichtbogengrenze und die Anforderungen an die persönliche Schutzausrüstung (PSA) für verschiedene Arten von elektrischen Geräten auf der Grundlage ihrer Nennspannung, des Fehlerstroms und der Löschzeit angegeben sind. Die Tabellen sollen die Störlichtbogenanalyse vereinfachen und eine konservative Schätzung des Gefährdungsgrads liefern.

- Die Geräte müssen gemäß den Spezifikationen des Herstellers und den Industriestandards ordnungsgemäß installiert und gewartet werden.

- Das Gerät muss einen verschraubten Fehlerstrom innerhalb des in der Tabelle angegebenen Bereichs aufweisen.

- Der Leistungsschalter muss eine Gesamtausschaltzeit von 2 Zyklen oder weniger für Spannungen unter 1 kV bzw. 6 Zyklen oder weniger für Spannungen zwischen 1 kV und 15 kV haben.

- Der Leistungsschalter muss über eine unverzögerte Auslösefunktion oder ein energiesparendes Wartungsschaltgerät verfügen.

- Das Gerät darf keine Fehler oder Vorfälle mit Lichtbögen aufweisen.

Wenn eine dieser Bedingungen nicht erfüllt ist, sollten die Tabellen nicht verwendet werden und eine detaillierte Berechnung sollte mit den Methoden durchgeführt werden, die in der IEEE 1584 Standard. Die Norm IEEE 1584 enthält Gleichungen und Modelle zur Berechnung der einfallenden Energie und der Lichtbogengrenze für verschiedene Gerätetypen, wobei verschiedene Faktoren wie der Abstand zwischen den Leitern, die Größe des Gehäuses, der Arbeitsabstand und die Elektrodenkonfiguration berücksichtigt werden.

Die Berechnungsmethoden in IEEE 1584 sind genauer und flexibler als die Tabellen in NFPA 70E, aber sie erfordern auch mehr Daten und Fachwissen zur Durchführung. Daher wird empfohlen, einen qualifizierten Elektroingenieur mit der Durchführung der Störlichtbogenanalyse zu beauftragen und die Ergebnisse mit geeigneten Softwaretools zu überprüfen.

Es ist auch wichtig zu beachten, dass sowohl die Tabellen als auch die Berechnungen auf Annahmen und Näherungswerten beruhen, die möglicherweise nicht die tatsächlichen Bedingungen des elektrischen Systems zum Zeitpunkt eines Störlichtbogenereignisses widerspiegeln. Daher sollte die Bewertung der Lichtbogengefahr in regelmäßigen Abständen (spätestens alle 5 Jahre) aktualisiert werden, insbesondere bei Änderungen der Systemkonfiguration, der Belastung oder der Schutzeinstellungen. Die neueste Ausgabe der Norm IEEE 1584, die 2018 veröffentlicht wurde, berücksichtigt neue Forschungsergebnisse und Daten zu Lichtbogenphänomenen und bietet überarbeitete Gleichungen und Modelle, um die Genauigkeit und Gültigkeit der Lichtbogenberechnungen zu verbessern. Es ist ratsam, die aktuellsten Methoden und Standards zu verwenden, um die Sicherheit der Arbeiter und der Ausrüstung vor den Gefahren des Störlichtbogens zu gewährleisten.

Was ist, wenn bereits eine Verletzung durch einen Lichtbogen aufgetreten ist?

Trotz aller notwendigen Vorsichtsmaßnahmen und der Einhaltung der Normen besteht immer noch die Möglichkeit, dass es aufgrund unvorhergesehener oder unvermeidbarer Umstände zu einem Störlichtbogenvorfall kommt. In solchen Fällen ist es wichtig, schnell und effektiv zu handeln, um die durch den Lichtbogen verursachten Schäden und Verletzungen zu minimieren. Die folgenden Schritte sollten unternommen werden, wenn es bereits zu einer Verletzung durch einen Störlichtbogen gekommen ist:

- Benachrichtigen Sie die zuständigen Behörden und Mitarbeiter über den Vorfall und kooperieren Sie bei der Untersuchung und Berichterstattung. Befolgen Sie die festgelegten Verfahren und Protokolle für die Meldung und Dokumentation von Störlichtbogen-Vorfällen an Ihrem Arbeitsplatz.

- Wenden Sie sich so schnell wie möglich an Dreiym Engineering, damit ein fachkundiger Elektroingenieur die Ursache und die Folgen des Störlichtbogenvorfalls bewertet und Empfehlungen und Lösungen anbietet, um zu verhindern, dass sich ähnliche Vorfälle wiederholen. Dreiym Engineering ist mehr als nur ein Anbieter von Störlichtbogenanalysen und Beratungsdienstleistungen. Sie sind Ihr zuverlässiger Partner, wenn es darum geht, die Sicherheit und Zuverlässigkeit Ihres elektrischen Systems zu gewährleisten. Mit ihrem Team aus qualifizierten und erfahrenen Ingenieuren können sie Ihnen helfen, die potenziellen Gefahren und Risiken in Ihrem elektrischen System zu identifizieren und zu beseitigen und Ihnen die besten Verfahren und Lösungen zur Einhaltung der Normen und Vorschriften an die Hand geben. Ganz gleich, ob Sie eine umfassende Störlichtbogenstudie, eine detaillierte Energieanalyse oder ein maßgeschneidertes Schulungsprogramm benötigen, eine forensische Analyse eines Störlichtbogenereignissesoder ein zuverlässiges System zur Reduzierung von Störlichtbögen, Dreiym Engineering kann Ihnen die Ergebnisse liefern, die Sie benötigen.