Häufige Fragen und Antworten zum Auswahlverfahren für geeignete PSAgS

Primäres Kriterium ist zunächst die Ermittlung der zu erwartenden Lichtbogenenergie, die bei einem Störlichtbogen umgesetzt wird (Abschnitt 4.2.2 und Anhang A 3.4.4). Diese muss durch die Schutzkleidung abgedeckt werden, also durch den erforderlichen energetischen Schutzpegel (Anhang A 3.4.6) der Persönlichen Schutzausrüstung gegen die thermischen Gefahren eines Störlichtbogens (PSAgS). Den berechnet man aus den Netz- und Anlagendaten für die interessierenden Arbeitsbereiche und Tätigkeiten mit Hilfe des Verfahrens, das in der DGUV-I 203-077 beschrieben ist (Nutzung Excel-Tools, Anhang A 8 und Downloadlinks in Abschnitt 5).

Bei der Auswahl der Kleidung gibt es darüber hinaus dann eine ganze Reihe weiterer Kriterien wie Flächengewicht, Gewebeart, Design, Schnittkonzept, Tragekomfort (thermophysiologisch, hautsensorisch), Trageakzeptanz, arbeitsorganisatorische und ergonomische Gesichtspunkte etc., die beachtet werden sollten.

Wann eine Persönliche Schutzausrüstung (PSA) zu tragen ist, hängt immer von der Gefährdungsbeurteilung für die Tätigkeit und den Arbeitsort ab, also davon, mit welchen Gefährdungen zu rechnen ist.

PSA allgemein betrifft nicht nur den Störlichtbogenschutz. In Bezug auf die elektrischen Gefährdungen gehören hierzu auch isolierende Schuhe, isolierende Handschuhe, isolierende Helme.

Ist mit einer Gefährdung durch Störlichtbögen zu rechnen, ist eine Persönliche Schutzausrüstung gegen die thermischen Gefahren eines Störlichtbogens (PSAgS) erforderlich, die den Schutz vor den thermischen Wirkungen eines Störlichtbogens bietet. Dies ist dann der Fall, wenn bei der Tätigkeit ein Störlichtbogen entstehen kann und energetisch mit einer Personengefährdung gerechnet werden muss. Das sind im Allgemeinen Arbeiten an oder in den Anlagen.

Bei einer Begehung einer Anlage beispielsweise ist es in der Regel nicht notwendig, eine PSAgS zu tragen. Wenn man nur in eine Anlage hineingeht, dort keine Schränke etc. öffnet oder daran arbeitet, ist die Wahrscheinlichkeit, dass es zu einem Störlichtbogenereignis kommt, äußerst gering. Im Allgemeinen muss dann nicht mit einer Störlichtbogenentstehung und -exposition gerechnet werden. Im Einzelfall kann dies allerdings auch anders aussehen; man muss immer den Einzelfall bewerten.

Die DGUV-I 203-077 gibt die klare Orientierung, dass bei Arbeiten in Niederspannungsanlagen grundsätzlich immer dann auf Persönliche Schutzausrüstung gegen die thermischen Gefahren eines Störlichtbogens (PSAgS) verzichtet werden kann, wenn nicht mit einer thermischen Gefährdung durch Störlichtbögen zu rechnen ist (Abschnitte 1 und 3). Dies ist der Fall

• bei Arbeiten an Mess-, Steuer- und Regelungsanlagen mit vorgelagerten Stromkreisabsicherungen bis 25 A
• 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
• bei Arbeiten an Stromkreisen mit Nennspannungen bis 400 V AC und einem Kurzschlussstrom < 1 kA (kein stabiler Störlichtbogen)
• wenn die Berechnung der zu erwartenden Lichtbogenenergie ergibt, dass ein Wert von 50 kJ nicht überschritten wird (keine Hautverbrennungen 2. Grades).

Es wird jedoch dennoch empfohlen, auch in diesen Fällen PSAgS der Störlichtbogenschutzklasse APC 1 zu tragen. Man sollte stets eine Gesamtbetrachtung durchführen und berücksichtigen, dass durch die Person u.U. auch andere bzw. weitere Arbeiten ausgeführt werden.

APC steht für Arc Protection Class – also: Störlichtbogenschutzklasse.

Dieser englische Fachbegriff entstammt der IEC-Normenreihe 61482, also der Normenreihe, die die Anforderungen an den Störlichtbogenschutz durch PSAgS festlegt (Anhang A 2). Die Verwendung der Abkürzung als Zusatz für die Klassenangabe wurde in der DGUV-I 203-077 bewusst eingeführt, um in der Praxis eine eindeutige Unterscheidung zu anderweitigen Klassenbezeichnungen zu erreichen, insbesondere zu den Isolationsklassen z.B. bei isolierenden Handschuhen oder Helmen, also Produkten, die sowohl isolierende als auch Störlichtbogenschutzeigenschaften besitzen können.

Eine PSAgS ist eine Persönliche Schutzausrüstung der Kategorie III nach EU-PSA-Verordnung 2016/425, die nach Zertifizierung jedes Jahr durch eine benannte Stelle (notified bodies) überprüft wird. Schutzausrüstung der Kategorie III ist eine PSA, bei deren Versagen Gefahr für Leib und Leben einer Person besteht und mit irreversiblen Verletzungen gerechnet werden muss. Der Gesetzgeber sieht hier vor, dass diese PSA durch unabhängige Prüf- und Zertifizierungsstellen geprüft und zertifiziert werden muss. Das sind die sogenannten „benannten Stellen“ (notified bodies). Hierbei gehört es dann dazu, dass neben der ersten Typprüfung auch regelmäßige Überwachungsmaßnahmen durchgeführt werden, wodurch nachgewiesen wird, dass das später gefertigte Produkt tatsächlich noch der geprüften Ausrüstung entspricht.

Der Hersteller darf mögliche Änderungen erst dann einführen, wenn die Stelle, die zertifiziert hat, dem zugestimmt hat. Es müssen dann u.U. nochmals Prüfungen durchgeführt werden, um nachzuweisen, dass durch die Änderungen keine Einschränkungen in Bezug auf die Schutzeigenschaften des Produkts entstehen.

Bei sehr hohen Erwartungswerten der Lichtbogenenergie sollte zunächst geprüft werden, ob netzseitige Maßnahmen der Reduzierung der Einspeiseleistung und Netzkurzschlussleistung (Herstellung bestimmter Schaltzustände, zeitweilige Ausschaltung paralleler Einspeisungen, einseitige Speisung etc.) möglich sind, die zu einer Verringerung der Kurzschlussströme führen.

Ebenso sollte betrachtet werden, ob sich verkürzte Ausschaltzeiten des Schutzes durch veränderte Schutzeinstellungen, den zeitweiligen Einsatz schnellerer Schutzgeräte (Arbeitsschutzsicherungen) oder spezieller schnell-wirkender Lichtbogenschutzeinrichtungen (Störlichtbogendetektoren, Kurzschließer) erreichen lassen. Das führt ebenfalls zu geringeren Störlichtbogenenergien (Abschnitt 5).

Unter aktivem Störlichtbogenschutz wird i.d.R. der Einsatz eines Störlichtbogenschutzsystems verstanden.

Ein Störlichtbogenschutzsystem ist ein technisches System, durch das der Störlichtbogen sehr schnell gelöscht werden kann. Es beinhaltet eine Erkennungs- bzw. Erfassungseinheit, durch die ein Störlichtbogen detektiert wird und die einen Ausschaltbefehl an den Einspeiseleistungsschalter und/oder einen speziellen schnellen Kurzschließer abgibt. Dadurch wird der Störlichtbogen in wenigen Millisekunden gelöscht, so dass der Energieumsatz stark begrenzt bleibt. Solche Systeme können einen wirkungsvollen Anlagenschutz erbringen und bewirken i.d.R. einen sehr wirksamen Personenschutz, für den oftmals Persönliche Schutzausrüstung gegen die thermischen Gefahren eines Störlichtbogens (PSAgS) der Störlichtbogenschutzklasse APC 1 ausreichend ist.

Nein, eine Übertragbarkeit auf 110 kV oder höhere Spannungsebenen ist sehr fraglich und nicht verifiziert.

Die Berechnungsgrundlagen der DGUV Information 203-077 sind insbesondere auf Niederspannungsanlagen (bis 1000 V AC bzw. 1500 V DC) ausgerichtet. Sie sind durch Prüffelduntersuchungen belegt. Sie lassen sich im AC-Bereich auch auf luftisolierte Anlagen der Mittelspannungsebene (bis 35 kV AC) übertragen.

In luftisolierten 110-kV-Anlagen bilden sich schon aufgrund der erforderlichen Isolationsabstände sehr lange Störlichtbögen aus, die frei brennen und sich zum Teil deutlich über den Elektrodenabstand d hinaus verlängern. In der Literatur wird von Lichtbogenlängen vom 2 bis 6-fachen Elektrodenabstand gesprochen. Damit wird auch die Abschätzung möglicher Wirkabstände (Abstände Störlichtbogen – Person) problematischer.

In Drehstromsystemen des Hochspannungsbereichs wird es einen zum Teil deutlich höheren Anteil von einpoligen und zweipoligen Fehlern, insbesondere einpoligen Erdfehlern geben, während man bei den Betrachtungen im Niederspannungsbereich praktisch davon ausgehen kann, dass sich fast immer ein dreipoliger (Lichtbogen-)Kurzschluss bildet und dieser Fall der Berechnung auch zugrunde gelegt wird.

Bei der Lichtbogenausbildung spielen Isolations- und Schutzabstände (110 kV: 1,1 bzw. 3 m) eine Rolle. Die Lichtbogenspannungen nehmen schon wegen der großen Elektrodenabstände sehr hohe Werte an, wobei sich auch die grundlegenden Strom-Spannungs-Zusammenhänge der Störlichtbögen gegenüber den Nieder- und Mittelspannungsverhältnissen durch veränderte Kühlungsbedingungen etc. deutlich unterscheiden. Die Leistungs- und Energieberechnung erfordert daher andere Grundgleichungen bzw. Parameterwerte.

Generell sind die Wirkabstände im 110-kV-Bereich deutlich größer als in der Niederspannung. Die wirksamen Schutzpegel von PSAgS nehmen deshalb auch deutlich höhere Werte an. Es ist jedoch nicht belegt, ob die Abnahme der thermischen Energieeinwirkung mit wachsenden Wirkabstand genauso ausfällt wie im Niederspannungsbereich (quadratische Abnahme). Für die Wärmetransmission kann man im Hochspannungsbereich allgemein von offenen Lichtbögen ausgehen. Wie eine Umrechnung der Transmissionsbedingungen erfolgen muss, ist bisher nicht untersucht worden.

Die Fehler- bzw. Expositionsszenarien, die sich beim Erden und Kurzschließen ergeben können, sind stark von den jeweiligen Gegebenheiten abhängig, so dass eine Betrachtung der Gefährdungen durch Störlichtbögen verifizierte Berechnungsgrundlagen voraussetzt.

Wenn man mit der DGUV-I 203-077 auch nach Festlegung von möglichen Zusatzmaßnahmen keine Persönliche Schutzausrüstung gegen die thermischen Gefahren eines Störlichtbogens (PSAgS) findet, die ausreichend Schutz bietet, so kann man die betreffende Tätigkeit nicht ausführen. Man muss die Anlage für diese Tätigkeit(en) abschalten.

Die einfachste und konsequenteste Maßnahme ist also das Abschalten der Anlage.

Es gibt natürlich Situationen, wo das Abschalten keine Option darstellt. Das trifft z.B. auf das Schalten selbst zu, vor allem bei leistungsstarken Industrieanlagen.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, eine PSAgS zu definieren, die einen höheren Schutz bietet und unter den beabsichtigten Einsatzbedingungen ausreichend schützt, was aber dann tatsächlich auch noch einmal im Prüflabor entsprechend getestet werden muss: mit den höheren Energiewerten etc., unter Umständen mit den betreffenden Anlagen. Allerdings muss man sich auch darüber Gedanken machen, wie die PSAgS diesen veränderten, erhöhten Einwirkungen standhält. Man darf hierbei nicht außer Acht lassen, dass mit der DGUV-I 203-077 und den harmonisierten Prüfverfahren (Anhang A 1.3) nur die thermischen Wirkungen in den Fokus genommen werden und mit all diesen Betrachtungen nur die thermischen Risiken abgedeckt sind. Wenn die Lichtbogenenergien höher werden, erhöhen sich nicht nur die thermischen Einwirkungen, sondern auch der Druck und die anderen Lichtbogengefahren wie Schallemission, dynamische Kraftwirkungen, Explosionswirkungen werden u.U. deutlich größer. Man muss hier prinzipiell abschätzen, ob und wo bzw. bis wohin man Menschen solchen Wirkungen generell noch aussetzen will oder darf, also was verantwortbar ist.

Dabei spielen u.U. auch Erfahrungen, statistische Informationen und Erkenntnisse eine Rolle in der Bewertung. Gerade wenn es um bestimmte Anlagenkonstellationen geht, für die man eine Lichtbogenentstehung zwar (theoretisch) nicht völlig ausschließen kann, wo aber die Frage steht, ob unter den betrachteten Bedingungen überhaupt schon ein Störlichtbogenvorfall verzeichnet wurde und ob damit zu rechnen ist, dass ein Lichtbogenereignis passiert oder ausgelöst wird. Es geht immer um das Restrisiko.

Eine andere Möglichkeit besteht auch darin, auf das ATPV-Verfahren nach nordamerikanischer Herangehensweise zu schauen und PSAgS anhand des ATPV aus einem Open-Arc-Test mit Hilfe eines Auswahlverfahrens wie IEEE 1584 oder NFPA 70E zu wählen (Anhang A 1 und A 2.3). Das bedeutet jedoch, einer grundsätzlich unterschiedlichen Herangehensweise in der Bewertung und Vorgehensweise in der Berechnung nachzugehen.

Höhere Schutzpegel einer Persönlichen Schutzausrüstung gegen die thermischen Gefahren eines Störlichtbogens (PSAgS) ergeben sich generell auch aus vergrößerten Prüfpegeln. Es ist jedoch zu beachten, dass damit auch die weiteren Auswirkungen eines Störlichtbogens (z.B. Druck, Schall, dynamische Kraftwirkungen, Explosionswirkungen) im Ernstfall entsprechend höher sind.

Grundsätzlich besteht also die Möglichkeit, PSAgS einer Boxprüfung mit erhöhtem energetischen Prüfpegel zu unterziehen (Einsatz von Spezial-PSAgS). Das bedeutet praktisch, die Prüfung in Anlehnung an die Prüfnorm DIN EN 61482-1-2 (Anlage A 2.2) vorzunehmen und bei sonst gleichen Expositionsbedingungen einen höheren Prüfstrom einzustellen, so dass sich die angestrebte höhere Prüfenergie ergibt. Im Zusammenhang mit dem Prüfaufbau des Boxtests lassen sich allerdings nicht beliebig hohe Prüfenergien reproduzierbar realisieren. Durch Untersuchungen ist belegt, dass Prüfungen mit Prüfströmen bis zu 9…14 kA durchführbar sind, was unter den Standardprüfbedingungen (Prüfabstand a = 300 mm, Prüfdauer 500 ms, Prüfspannung 400 V, standardisierte Box) Prüfpegeln von ca. 430…810 kJ entspricht. Bezogen auf den Prüfpegel von PSAgS der Klasse APC 2 von 320 kJ bedeutet dies einen um das 1,4…2,5-fache größeren Prüfpegel.

Wichtig ist es anzumerken, dass die Prüfungen bei einem Prüfabstand von 300 mm durchzuführen sind. Aus Prüfungen mit verringerten Prüfabständen (a kleiner 300 mm) kann die Umrechnung mit dem Quotienten Arbeitsabstand/Prüfabstand nicht zur Berechnung des Schutzpegels vorgenommen werden, da sich die Transmissionsbedingungen bei geringen Prüfabständen ändern (veränderte Wärmeausbreitungsverhältnisse) und die invers-quadratische Abstandsabhängigkeit nicht mehr gilt. Das heißt, dass eine Umrechnung z.B. bei einer Prüfung mit einem Prüfabstand von 150 mm nicht mit dem Faktor (a/150 mm)2 erfolgen darf.

Hinsichtlich Persönlicher Schutzausrüstung gegen die thermischen Gefahren eines Störlichtbogens (PSAgS) der Störlichtbogenschutzklasse APC 2 (Anhang A 2.2) ist zu prüfen, ob zur Erhöhung der Schutzpegel ein vergrößerter Arbeitsabstand (durch Vorgabe eines Mindestabstandes oder auch Hilfsmittel) realisierbar ist. Die Erhöhung des Schutzpegels entspricht dem Quadrat des Verhältnisses eines vergrößerten Arbeitsabstandes gegenüber dem Basiswert von 300 mm.

Im Zusammenhang mit den Anlagengegebenheiten kann man auch prüfen, ob sich beim Öffnen der Anlagen oder beim Arbeiten Barrierewirkungen (Türen, Schottungen, Abdeckungen u.ä.) nutzen lassen, die eine direkte Exposition des Arbeitenden verhindern oder Bedingungen schaffen, die Reflexionen und Ausbreitungen der heißen Lichtbogengase reduzieren.

Beispielhafte Betrachtung:

Aus PSAgS-Prüfpegel W_LBP, Arbeitsabstand a und Transmissionsfaktor k_T ergibt sich der Schutzpegel gemäß W_LBS = W_LBP * k_T * (a/300 mm)2 für die Einsatzbedingungen der PSAgS ( Abschnitt 4.3.2 und Anlage A 3.4.6). Bei den gegenüber Anschlusskästen deutlich größeren Volumina der Niederspannungs-Schalt- und Verteilungsanlagen können Transmissionsfaktoren von 1,5…1,9 zutreffend sein (die größeren Werte insbesondere dann, wenn wenig oder keine Reflexion der Lichtbogengase durch Rückwände zu erwarten ist). Kann man außerdem davon ausgehen, dass die Wirkabstände bei Arbeiten beispielsweise mindestens 600 mm betragen, dann ergibt sich ein Faktor von k_T * (a/300 mm)2 = (1,5…1,9) * (600/300 mm)2 = 6…8, woraus mit dem Prüfpegel einer PSAgS der Klasse APC 2 von 320 kJ ein Schutzpegel W_LBS = 1920…2560 kJ resultiert.

Pauschal kann diese Frage nicht beantwortet werden. Eine Berechnung mit den konkreten Netz- und Anlagendaten für die beabsichtigte Arbeitssituation ist erforderlich.

Die erforderliche Persönliche Schutzausrüstung gegen die thermischen Gefahren eines Störlichtbogens (PSAgS) hängt vor allem von der Höhe der Kurzschlussleistung, von der Ausschaltzeit der vorgeordneten Schutzeinrichtung und von der beabsichtigten Tätigkeit ab. Bei Arbeiten an der Sammelschiene oder den Abgängen der Niederspannungs-Verteilung sind i.d.R. die Leistungsschalter oder NH gTR-Sicherungen maßgeblich.

In der DGUV-I 203-077 sind Berechnungsbeispiele für typische Trafostationen (Anlage A 5.1) enthalten.