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Aus dem Facharchiv: Elektropraxis
Beurteilung der Lichtbogengefahr in Batterieanlagen

Den ep erreichte der kritische Brief eines Lesers zu einem im Heft veröffentlichten Foto. Dieses Foto zeigt eine konkrete Arbeitssituation an einer Batterieanlage, bei der ein Techniker ohne geeignete PSA mit unisoliertem Werkzeug Batteriezellen montiert.

Elektriker bei der Arbeit

Das Benutzen von PSA gegen Störlichtbogen wäre für diese Arbeitssituation eine sichere Arbeitsweise. Bei noch nicht befüllten Zellen wäre PSA nicht notwendig. Die Auswahl der jeweiligen Ausrüstung und die Lichtbogenklasse hängen von der arbeitssystembezogenen Gefährdungsbeurteilung ab. (Foto: BSW-Solar; Bormann)

Dieser Fachbeitrag untersucht nun diese konkrete Arbeitssituation und soll helfen, das Gefährdungspotential zu beurteilen.

Bei Arbeiten an Batterieanlagen stellt sich durchaus die Frage, wie gefährlich Kurzschlüsse und die thermischen Auswirkungen der damit erzeugten Lichtbögen für das Montagepersonal sind. Es genügt zuweilen ein Abrutschen mit dem Schraubenschlüssel, um Pole von Akkumulatoren zu überbrücken, welche hohe Kurzschlussströme erzeugen können.

Grundsätzlich verlangt das berufsgenossenschaftliche sowie das staatliche Regelwerk die Durchführung einer Gefährdungsbeurteilung. Mit deren Umsetzung sind Maßnahmen zu den relevanten Gefährdungen, insbesondere zu Gefährdungen durch Störlichtbögen, zu treffen.

Zur Ermittlung von Störlichtbogenkenngrößen können die Normenreihen VDE 0102 und VDE 0103 sowie die DGUV Information 203-077 [1] der BG ETEM genutzt werden. Besonders die DIN EN 61660-2 (VDE 0103-10) [2] verweist auf die Berechnung von Kurzschlussströmen in Gleichstromanlagen.

Diese Norm lässt sich aber nur zum Nachweis der Kurzschlussfestigkeit von elektrischen Betriebsmitteln nutzen.

Das weitergehende Regelwerk bezieht sich hauptsächlich auf Wechselspannungssysteme und lässt somit wenige Rückschlüsse zur Gefährdungsermittlung in Batterieanlagen zu. An dieser Stelle seien Normen- und Regelsetzer angesprochen, um diese Lücke im elektrotechnischen Regelwerk zu füllen.

Beurteilung der gezeigten Arbeitssituation

Sind bei Montage- und Installationsarbeiten die Zellen noch nicht mit Batteriesäure gefüllt, befindet sich die Anlage im spannungsfreien Zustand. Diese Arbeitsmethode ist für die Errichtung von Batterieanlagen zu bevorzugen. Die im Bild 1 dargestellte Arbeitssituation ist in diesem Fall akzeptabel.

Ist die Batterie bereits gefüllt, so ist ersichtlich, dass mit der im Bild 1erkennbaren Länge der Kombination aus Knarre, Steckschlüssel und Verlängerung sich die nicht abgedeckten bzw. nicht isolierten Pole der einzelnen Zellen überbrücken lassen. Ein Lichtbogen ist bei einer Zellenspannung von 2 V nicht zu erwarten. Die anfängliche Kurzschlussleistung der einzelnen Zelle beträgt maximal 17,8 kW. Für diese Arbeitssituation droht eine thermische Aufheizung der Gegenstände, wie zum Beispiel die zum Einsatz kommende Knarre, die den Kurzschluss auslösen können. Diesbezüglich ist isoliertes Werkzeug empfehlenswert.

Es ist des Weiteren darauf zu achten, dass die Batteriepole stets isoliert abgedeckt bleiben. Sind aktive Teile von verketteten Zellen mit einem Pol an Erd- bzw. Massepotential der Anlage angeschlossen, lassen sich Kurzschlüsse durch Überbrücken von aktiven Teilen der Batterie mit Masse- bzw. Gehäuseteilen verursachen. Hierdurch kann ein Lichtbogen mit hoher Leistung im Bereich von einhundert bzw. mehreren Hundert Kilowatt erzeugt werden. In diesen Fällen ist es angezeigt, den Masseanschluss erst nach der Beendigung der Arbeiten zu erstellen bzw. bei Beginn von Montagearbeiten diesen Anschlusspunkt aufzutrennen, um eine Isolation der Spannungsquelle gegenüber dem Erdpotential herzustellen. Vor dem Auftrennen der spannungsführenden aktiven Teile ist mit geeigneten Messgeräten die Höhe des Stroms an der Arbeitsstelle zu überprüfen, um das Trennen unter Last zu vermeiden. Auch hier ist der Einsatz von isoliertem Werkzeug eine zusätzliche zweckmäßige Schutzmaßnahme. Das Anschließen der Batteriepole muss oft mit einem stark begrenzten Drehmoment erfolgen. Isolierte Drehmomentschlüssel gehören oftmals nicht zum Umfang der Ausstattung mit isoliertem Werkzeug, sind jedoch auf dem Markt erhältlich.

Im Falle der zuvor beschriebenen Lichtbogengefährdung ist die Benutzung von PSA gegen Störlichtbogen zwingend notwendig. Die Auswahl der jeweiligen Ausrüstung und die Lichtbogenklasse hängen von der arbeitssystembezogenen Gefährdungsbeurteilung ab.

Für die vorgenannten und ähnlich gearteten Arbeiten an Batterieanlagen sind folgende Schutzmaßnahmen anwendbar:

  • Soweit möglich, Montagearbeiten an nicht befüllten bzw. spannungsfreien Batterieanlagen durchführen, andernfalls Abreiten möglichst an entladenen Batterieanlagen durchführen.
  • Vor dem Befüllen von Batterieanlagen die Anlage auf elektrische Sicherheit prüfen sowie während des Befüllens die Leerlaufspannung als auch die Stromfreiheit der Batterie messtechnisch überwachen.
  • Grundsätzliche Benutzung und Aufrechterhaltung der isolierten Polabdeckungen
  • Benutzung von isoliertem Werkzeug bei leistungsstarken Zellen und Batterien
  • Absicherung von Stromkreisen mit schnellauslösenden Sicherungen oder Schutzschaltern (ggf. nur während der Durchführung von Montagearbeiten und Inbetriebnahmen)
  • Pole der Spannungsquelle isoliert gegen Erdpotential führen (ggf. nur während der Durchführung von Montagearbeiten und Inbetriebnahmen)
  • Benutzung von PSA gegen Störlichtbogen (PSAgS) je nach Gefährdungsbeurteilung gemäß der DGUV Information 203-077 [1] (Bild 4) (Schutzhandschuhe sowie Jacke, Hose oder Mantel, Helm mit Visier, ggf. Schutzbrille für kleine Leistungen und Spannungen)
  • Benutzung von PSA für Arbeiten unter Spannung gemäß dem Verfahren „Arbeiten mit Isolierhandschuhen“ bei Spannungswerten über DC 120 V
  • Trageverbot von Schmuck (Ringe, Armbänder, Ketten)
  • Auf freien Bewegungsraum achten.

Fazit: Für die Abschätzung der Gefährdungen durch Störlichtbögen in Batterieanlagen ist die Fachkunde einer Elektrofachkraft erforderlich. Ein Lichtbogen ist erst ab einer Batteriespannung von deutlich mehr als 10 V – 15 V zu erwarten. Kurzschlüsse unterhalb dieses Spannungsbereiches werden ihre Energie in die thermische Aufheizung der Kurzschluss auslösenden Gegenstände und in den Bauteilen der Fehlerschleife freisetzten. Die Abschätzung der Lichtbogenenergie in Abhängigkeit von der Kurzschlussenergie hängt in erster Linie von der Batteriespannung und dem Innenwiderstand der Batterie ab. In Zweiter Linie kann die Kapazität in Amperestunden bzw. die maximale Ladung der Batterie herangezogen werden. Bei Arbeiten unter Spannung mit Lichtbogengefahr in Batterieanlagen ist je nach Batteriesystem sowohl persönliche Schutzausrüstung gegen Störlichtbogen der Klasse 1 oder Klasse 2 als auch PSA für Arbeiten unter Spannung bei nicht berührungsgeschützten aktiven Teilen mit einer Spannung von über DC 120 V notwendig. Der Einsatz von isolierten Anschlusssystemen, isolierten Werkzeugen sowie die Absicherung der Stromkreise durch Sicherungen und Schutzschalter sind weitere zweckmäßige Schutzmaßnahmen bei Arbeiten unter Spannung an Batterieanlagen.

Literatur: [1] DGUV Information 203-077 (bisher BGI/GUV-I 5188) Thermische Gefährdung durch Störlichtbögen, Hilfe bei der Auswahl der persönlichen Schutzausrüstung, Oktober 2012.
[2] DIN EN 61660-2 (VDE 0103-10):1998-05 Kurzschlußströme; Kurzschlußströme in Gleichstrom-Eigenbedarfsanlagen von Kraftwerken und Schaltanlagen – Teil 2: Berechnung der Wirkungen.

Autor: F. Florschütz

Der vollständige Artikel ist in unserem Facharchiv nachzulesen.

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