Störlichtbogenschutzsysteme

Aktiver Schutz in zwei bis drei
Millisekunden

Störlichtbögen sind ein gefürchtetes Phänomen in der Elektroinstallationstechnik: Sie können den Weiterbetrieb von Leistungsabnehmern einschränken oder gar unmöglich machen und so immense Folgekosten nach sich ziehen. Bei Menschen können sie schwere Verbrennungen, Schäden des Augenlichts und des Hörvermögens sowie Verletzungen durch wegfliegende Anlagenteile verursachen. Der folgende Beitrag zeigt unter Berücksichtigung der aktuellen Normenlage auf, welche Schutzmaßnahmen für einen sicheren Betrieb und eine hohe Anlagenverfügbarkeit zu ergreifen sind.
Laut der Berufsgenossenschaft Energie Textil Elektro Medienerzeugnisse (BG ETEM) ereignen sich in Deutschland pro Jahr zwischen 500 und 600 meldepflichtige Stromunfälle; bei rund 25 Prozent dieser Unfälle treten Störlichtbögen auf. Die häufigsten Ursachen für das Auftreten von Störlichtbögen lassen sich in drei Kategorien einteilen:

  • • Das sind zum einen Montagemängel einschließlich Wartungs- und Inspektionsfehlern bei Arbeiten an Strom führenden Teilen wie dem Ersetzen von Sicherungen und Anschlüssen. Aber auch banales Vergessen von Werkzeug oder Arbeitsmaterialien in Schaltanlagen kann Störlichtbögen auslösen.
  • • Einen weiteren Ursachen-Schwerpunkt bilden betriebsbedingte Fehler. Hierunter fallen beispielsweise Überspannungen, mangelhafte Isolationen, schlechte Kontaktierungen, unzureichende Dimensionierung oder eine zu hohe Packungsdichte eingebauter Geräte. Aber auch Verschmutzungen oder die Entstehung von Kondenswasser fallen in diesen Bereich.
  • • Als dritte Kategorie sind schließlich noch Nagetierverbisse statistisch erfasst.

Technische Definition des Störlichtbogens

Bei einem Lichtbogen handelt es sich um eine elektrische Gasentladung mit hohem Strom zwischen zwei Elektroden, die sich mit einer Geschwindigkeit von 100m/s in Stromrichtung fortbewegt. Dabei bildet sich zwischen zwei aktiven Leitern oder einem aktiven und einem passiven Leiter ein elektrisch leitfähiges Plasma, dessen Temperatur bis zu 20.000°C betragen kann. Tritt dieser Lichtbogen nicht betriebsmäßig, sondern durch eine Störung auf, spricht man von einem Störlichtbogen. Durch die hohe Temperatur kommt es zu einer explosionsartigen Druckerhöhung von bis zu zwei Bar. Das entspricht dem Gewicht von 20.000kg/m² und ist mit den Auswirkungen einer Bombe zu vergleichen. Bei Menschen kann es dadurch zu schweren Verbrennungen, zu Schäden des Augenlichtes durch den Lichtblitz, zur Beeinträchtigung des Hörvermögens durch den Detonationsknall sowie zu Verletzungen durch wegfliegende Anlagenteile kommen. Zudem drohen Vergiftungen durch das Entstehen von gesundheitsschädlichen Gasen und Metalldämpfen. Ein vornehmliches Ziel des Störlichtbogenschutzes ist daher die Personensicherheit. Neben der Personensicherheit zielen die zu ergreifenden Schutzmaßnahmen auf den Erhalt der Funktionsfähigkeit einer Anlage ab. Denn rund 40% der Störlichtbogenunfälle führen zu Schäden an der Anlage und in der Folge zu kostenintensiven Produktions- und Serviceausfällen. Da die Verfügbarkeit einer NS-Schaltanlage im professionellen Umfeld wie beispielsweise in Rechenzentren, Intensivstationen oder industriellen Prozessen eine entscheidende Rolle spielt, tragen die normativen Vorgaben hinsichtlich des Störlichtbogenschutzes dieser Zielsetzung Rechnung.

Die Normenlage

Die Effizienz eines Störlichtbogen-schutzsystems wird in erster Linie durch die Begrenzung der Einwirkdauer des Lichtbogens bestimmt: Beträgt die Abschaltzeit mehr als 20ms, ist von einem hohen Schaden auszugehen; liegt sie jedoch unter 5ms, ist nur mit geringen Schäden zu rechnen. Die aktuelle Norm DIN VDE 0100 zum ‚Errichten von Niederspannungsanlagen‘ weist daher in ihren Teilen -420 (Schutz gegen thermische Auswirkungen) und -530 (Auswahl und Errichtung elektrischer Betriebsmittel) konkret auf Maßnahmen zur Löschung eines Lichtbogens innerhalb von 5ms sowie zur nachgelagerten sicheren Abschaltung der Versorgungsanlage hin. Beide Normen sprechen sich für den Einsatz sogenannter aktiver Störlichtbogenschutzsysteme aus.

Störlichtbogenschutzsysteme
Bild: Hager Vertriebsgesellschaft mbH & Co. KG


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