Elektrische Anlagen und Betriebsmittel im Feuerwehrdienst
Die Feuerwehr-Unfallkasse Niedersachsen hat Ende 2005 sechs neue INFO-Blätter herausgegeben, die ausführliche Informationen über ortsveränderliche elektrische Betriebsmittel und tragbare Stromerzeuger liefern.
Risiko
An einer Einsatzstelle herrschen Gegebenheiten vor, die auf Grund von Feuchtigkeit oder Nässe die Wahrscheinlichkeit begünstigen, eine gefährliche Körperdurchströmung zu erleiden (Eintrittswahrscheinlichkeit). Die Folgen einer Körperdurchströmung können rückbildungsfähig (vorübergehend), aber leider auch tödlich sein. Somit kann das Risiko (Risiko = Eintrittswahrscheinlichkeit x Folgenschwere) als hoch bezeichnet werden.
Für das Risiko "Explosion" ist die Eintrittswahrscheinlichkeit beim Vorhandensein einer explosionsfähigen Atmosphäre durchaus vorstellbar. Die Folgen für die betroffenen Personen sind, sofern das Ereignis eintritt, erheblich, so dass auch in diesem Fall schwere bleibende Gesundheitsschäden oder gar tödliche Verletzungen zu befürchten sind. Somit ist auch hier das Risiko als hoch zu bewerten. Für beide Risiken gilt: Wenn falsche und unzureichende elektrische Betriebsmittel verwendet werden, werden die Risiken nochmals erhöht (Info-Blatt ortsveränderliche elektrische Betriebsmittel - Betrieb).
Gefährliche Körperdurchströmung
Eine Aussage, ab welcher elektrischen Spannung eine schädigende Wirkung für den Menschen eintritt, ist nicht pauschal möglich. Nach dem Ohmschen Gesetz folgt eine Verkettung von Spannung zu Strom über den Widerstand. In diesem Fall ist der Widerstand der Körperwiderstand des Menschen. Der Körperwiderstand eines Menschen schwankt in weiten Bereichen. Bei kleinen Spannungen ist die Hautbeschaffenheit besonders wichtig, da die Haut als Isolator wirkt. Bei höheren Spannungen wird die Haut durchschlagen, wobei in diesem Fall nur noch der innere Körperwiderstand entscheidend ist. Der Isolationswiderstandsdurchschlag der Haut beginnt je nach Hautbeschaffenheit bei ca. 20 V (Minimalwert) und liegt bei horniger Haut bei ca. 200 V. Nach dem Spannungsdurchbruch durch die Haut steht dem Strom nur noch der innere Widerstand des menschlichen Körpers gegenüber, der nahezu konstant ist und bei ca. 750 Ohm liegt.
Um nachvollziehbare und handhabbare Größen für zulässige Berührungsspannungen zu bekommen, wurden durch das Deutsche Institut für Normung (DIN) in Zusammenarbeit mit dem Verband der Elektrotechnik, Elektronik und Informationstechnik (VDE) Festlegungen getroffen, die sich über Jahre bewährt haben. Nach Punkt 411 DIN VDE 0100 - 410 "Errichten von Starkstromanlagen mit Nennspannung bis 1000 V - Kapitel 41: Schutz gegen elektrischen Schlag" wird der Schutz bei direktem und indirekten Berühren eines spannungsführenden Leiters bei Spannungen bis 50 V (Wechselstrom) und 120 V (Gleichstrom) als erfüllt angesehen. Werden diese Spannungen überschritten, sind weitere Maßnahmen notwendig, um einen ausreichenden Schutz gegen elektrischen Schlag sicherzustellen.
Das heißt im Klartext für die Feuerwehren: Geräte, die mit kleinen Spannungen betrieben werden (< 50 V ~, < 120 V =), stellen keine Gefährdungen in Bezug auf eine gefährliche Körperdurchströmung für Feuerwehrangehörige bei direktem oder indirekten Berühren eines spannungsführenden Leiters dar.
Explosionsschutz
Im Gegensatz zur gefährlichen Körperdurchströmung spielt die Betriebsspannung des eingesetzten Betriebsmittels im Hinblick auf einen Explosionsschutz nur eine untergeordnete Rolle. So kann z.B. selbst ein Handsprechfunkgerät mit einer typischen Betriebsspannung von 4,8 V ein explosionsfähiges Gasgemisch zünden.
Im Bereich des Explosionsschutzes werden die Einsatzgrenzen der elektrischen Betriebsmittel nach dem Nutzungsort unterschieden. Hierbei ist es erheblich, ob das Betriebsmittel Unter Tage, also im Bergbau, eingesetzt werden soll, oder nicht. An Geräte für den Untertageeinsatz (Gerätegruppe I) werden andere Anforderungen gestellt, als an Geräte, die Über Tage (Gerätegruppe II) eingesetzt werden sollen. Die einschlägigen Normen liefern für beide Gerätegruppen jeweils Einsatzgrenzen, die die Zündenergie, die Zündtemperatur, das zeitliche Vorhandensein einer explosionsfähigen Atmosphäre sowie einen möglichen Fehlerfall des Betriebsmittels berücksichtigen.
Diese Einsatzgrenzen werden in Form eines Zahlen-Buchstaben-Codes, der mit dem Piktogramm bzw. mit der Zeichenkombination "E Ex" beginnt, auf dem Gerät kenntlich gemacht. Zur Decodierung dieses Codes kann u.a. unser INFO-Blatt "Ortsveränderliche elektrische Betriebsmittel - Ex-Schutz" hilfreiche Dienste leisten. Grundsätzlich sind jedoch die Herstellerangaben zu berücksichtigen.
Stromerzeuger / Energiequelle
Für die Stromversorgung der Geräte sind vorrangig die genormten Stromerzeuger der Feuerwehr einzusetzen. Sollte in Ausnahmefällen auf Grund der Einsatzsituation ein anderer Speisepunkt erforderlich sein, darf der Anschluss nur über einen Personenschutzschalter nach DIN VDE 0661 mit einer druckwasserdichten Steckvorrichtung (Kupplung) erfolgen. Der Personenschutzschalter ist dann möglichst nahe an der Stromentnahmestelle zu installieren. Ein Funktionstest des Personenschutzschalters ist vor der Inbetriebnahme eines Betriebsmittels durch Betätigen der Prüftaste durchzuführen.
Der genormte tragbare Stromerzeuger der Feuerwehr (DIN 14685) weist Besonderheiten auf. Ein normgerechter Stromerzeuger verfügt über die Schutzmaßnahme "Schutztrennung". Das heißt, keine Leitung aus dem Generator - also weder eine spannungsführende Leitung noch der Rückleiter - ist mit dem Gehäuse elektrisch verbunden. Des Weiteren erfolgt ein Potenzialausgleich aller Metallteile, so dass Spannungsdifferenzen minimiert sind bzw. nicht auftreten können. Dieser spezielle Leiter wird Potenzialausgleichsleiter oder auch Schutzleiter (PE) genannt.
Die Sicherheit des genormten Stromerzeugers liegt nun in der Tatsache, dass für eine gefährliche Körperdurchströmung eine Potenzialdifferenz vorliegen muss. Kommt z.B. der spannungsführende Leiter eines angeschlossenen Betriebsmittels gegen ein leitendes Teil, so werden alle Metallteile durch den vorhandenen Potenzialausgleich auf diese Spannung gelegt.
Ein solcher Fehler kann z.B. durch einen Isolationsfehler eines durchgescheuerten Kabels ausgelöst werden. Die Berührung eines unter Spannung stehenden Metallteils eines defekten Betriebsmittels durch einen Menschen bleibt beim genormten Stromerzeuger ohne Folgen, da der Stromkreis nicht geschlossen ist. Besser noch, der Stromerzeuger sowie das angeschlossene defekte Betriebsmittel können ohne Sicherheitsabstriche weiter betrieben werden. Nun wird ggf. ein Verständnisproblem auftreten: Eine Person berührt ein unter Spannung stehendes Teil und bekommt trotzdem keinen Stromschlag? Dieses Phänomen ist in der Natur häufig zu beobachten. Vögel auf Hochspannungsleitungen befinden sich auf einem - nicht nur räumlich - hohen Potenzial (hohe Spannung) und fallen trotzdem nicht "gegrillt" herunter. Ihnen fehlt der "Gegenpol". Es kommt nicht zu einem Stromfluss.
Nun könnte man doch einfach bei einem nicht genormten Stromerzeuger einen Fehlerstromschutzschalter (FI-Schalter) oder eine Isolationsüberwachung einbauen bzw. nachrüsten, um die gleiche Sicherheit zu bekommen wie beim genormten Stromerzeuger. Es ist aber zu bedenken, dass beide Einrichtungen zur Folge hätten, dass es häufig zu Abschaltungen kommt. Ein zielgerichtetes Arbeiten an der Einsatzstelle wäre nicht möglich. Beide Einrichtungen reagieren naturgemäß sehr empfindlich auf Feuchtigkeit, die praktisch bei jedem Feuerwehreinsatz vorhanden ist. Darüber hinaus wird bei einem defekten FI-Schalter oder einer defekten Isolationsüberwachung bereits bei einem weiteren Fehler eine gefährliche Situation eintreten. Ein solches System ist nur beim Vorhandensein eines einzigen Fehlers sicher.
Kommt es bei einem genormten Stromerzeuger mit Schutztrennung und Potenzialausgleich zu einem weiteren Fehler (zweiter Fehler), z.B. durch einen Fehler in einer angeschlossenen Tauchpumpe und einen Fehler in einem angeschlossenen Flutlichtstrahler, schalten die im Stromerzeuger fest eingebauten Sicherungen innerhalb von 0,2 sec ab (Vorgabe aus DIN VDE) . Das können die vorhandenen Sicherungen jedoch nur, wenn gewisse Rahmenbedingungen eingehalten werden. Die Sicherungen müssen u.a. exakt auf den Stromerzeuger abgestimmt sein, sie müssen eine überstromerfassung im spannungsführenden als auch im Nullleiter auswerten und ein genügend hoher Kurzschlussstrom muss zum fließen kommen. Das bedingt, dass zum sicheren Betrieb eines normgerechten Stromerzeugers auch der Feuerwehrangehörige seinen Beitrag leisten muss (INFO-Blatt "Tragbare Stromerzeuger - Betrieb"). Erst ein dritter Fehler, z.B. zwei defekte Betriebsmittel und ein unterbrochener Potenzialausgleichsleiter, lässt eine gefährliche Situation entstehen. Somit weist der genormte Stromerzeuger nach DIN 14685 einen deutlich höheren Schutz auf als ein ungenormter. Erst wenn drei Fehler vorliegen, kann eine gefährliche Situation eintreten.
Nicht genormten Stromerzeugern fehlt darüber hinaus häufig der erforderliche Schutz gegen Wasser. So kann z.B. durch die Montage von nur spritzwassergeschützten Steckdosen oder einem zu geringen Wasserschutz des Generators (z.B. IP 23) Feuchtigkeit bzw. Wasser in den Generator eindringen und Fehler verursachen. In einem solchen Fall braucht nur noch ein defektes Betriebsmittel angeschlossen zu werden und eine gefährliche Körperdurchströmung kann stattfinden. Erfahrungsgemäß können Stromerzeuger mit einem zu geringen Wasserschutz des Generators nicht umgerüstet werden, da dann Probleme mit der Generatorkühlung auftreten. Sollen Umrüstungen erfolgen, ist der Hersteller zu kontaktieren. Eine ausführliche Erläuterung, welchen Anforderungen ein tragbarer Stromerzeuger im Feuerwehrdienst genügen muss, kann dem INFO-Blatt "Tragbare Stromerzeuger - Aufbau" entnommen werden.
Stecker, Kupplungen und Leitungen
Das geforderte Schutzziel nach § 4 Abs. 3 UVV "Elektrische Anlagen und Betriebsmittel" (GUV-V A3), dass elektrische Betriebsmittel nur benutzt werden dürfen, wenn sie den betrieblichen und örtlichen Sicherheitsanforderungen im Hinblick auf Betriebsart und Umgebungseinflüsse genügen, soll mit nachstehenden Messprotokoll erläutert werden: Die Messungen 1 bis 10 stellen den zeitlichen Verlauf des Isolationswiderstandes einer in Wasser eingetauchten, spritzwassergeschützten Steckverbindung (zwei Verlängerungskabel zusammengekuppelt, je IP 44) dar. Ab Messwert 5 wurde die Steckverbindung dem Wasser entnommen. Eindringendes Wasser konnte nach der Entnahme aus der Steckvorrichtung auslaufen, was aber keinen gravierenden Einfluss auf den Isolationswiderstand hatte. Erst das Auseinanderkuppeln ließ den Isolationswiderstand (Messwert 10) wieder steigen.
Der gleiche Versuchsaufbau wurde bei der zweiten Messreihe genutzt. Es wurden nur keine spritzwassergeschützten sondern druckwasserdichte Steckverbindungen verwendet. Diese Messreihe zeigt, dass der Isolationswiderstand auch beim Untertauchen der Steckverbindung mit ca. 17 Megaohm konstant bleibt. Die Steckverbindung wurde aus einer Leitungstrommel nach DIN 14680-2 "Handbetätigte Leitungstrommeln" und einer Tauchmotorpumpe nach DIN 14425 "Tragbare Tauchmotorpumpen mit Elektromotorantrieb" gebildet. Erst ein Lösen der Steckverbindung lässt den Isolationswiderstand von ca. 17 Megaohm auf ca. 24 Megaohm ansteigen, was sich aus dem Trennen der Parallelschaltung der beiden Isolationswiderstände erklärt.
Die beiden Messreihen belegen eindeutig, was ein geschultes Auge bereits gesehen hat: Die Forderung nach druckwasserdichten Steckverbindungen im Bereich der Feuerwehr ist berechtigt, da mit einem zeitweiligen Unter- bzw. Eintauchen in Flüssigkeit gerechnet werden muss. Es sind also alle auf Feuerwehrfahrzeugen verlasteten Geräte, somit auch Winkelschleifer, Bohrmaschinen, Wassersauger, Tauchmotorpumpen, Elektrosägen und Scheinwerfer, mit druckwasserdichten Steckvorrichtungen auszustatten.
Nicht nur an Stecker und Kupplungen werden Anforderungen gestellt, sondern auch an die Leitungen selber. Für die Auswahl des Leitungstyps sind ähnliche Überlegungen ausschlaggebend, wie sie bereits bei Stecker und Kupplungen gemacht worden sind. Es werden hohe Anforderungen an die mechanische Festigkeit gestellt, da der Betrieb an der Einsatzstelle rau ist. Aus diesem Grund kommen nur flexible Leitungstypen mit einer "dicken" Isolierung zur Anwendung, die auch dauerhaft im Freien verwendet werden können. Ein Leitungstyp, der diesen Anforderungen genügt, heißt H07RN-F, siehe DIN VDE 0298 Teil 3. Der Mindestquerschnitt zum sicheren Betrieb einer Leitung, also die minimale Dicke des stromführenden Kupfers, ist abhängig von der maximalen Länge der verwendeten Leitung, der Stromquelle und der angeschlossenen Last. Im Bereich der Feuerwehr hat sich bei der Verwendung von genormten Stromerzeugern ein Querschnitt von 2,5 mm2 bei einer Leitungslänge von insgesamt 100 m als ausreichend erwiesen. Dicker und kürzer geht natürlich immer, dünner oder länger ist grundsätzlich nicht erlaubt! Bei Geräteanschluss-Leitungen gibt es allerdings eine Erleichterung. Hier kann der Querschnitt ggf. auf 1,5 mm2 reduziert werden, wenn die Länge maximal 10 m und die Leistung des Gerätes entsprechend ist. Der Leitungstyp bleibt aber bei H07RN-F. Dennoch sind die scheinbar robusten Leitungen mit Vorsicht zu behandeln. So sind zum Beispiel scharfe Kanten, ein Ziehen über den Boden, eine Zugbelastung, heiße Oberflächen und ein Befahren mit einem Kfz auszuschließen. Muss eine Tauchmotorpumpe z.B. in einen Schacht abgelassen werden, ist diese nicht an der Leitung oder Schlauch sondern mittels einer Feuerwehrleine zu halten. Leitungsroller sind auf Grund der Stauwärme immer ganz abzuwickeln. Müssen Verkehrswege überquert werden, sind die gleichen Maßnahmen wie beim Schlauch zu treffen (Überfahrschutz).
Prüfungen
Ortsveränderliche elektrische Betriebsmittel sind jährlich durch eine Elektrofachkraft oder durch eine elektrotechnisch unterwiesene Person zu prüfen. Prüfungen durch elektrotechnisch unterwiesene Personen setzen die Verwendung geeigneter Prüfgeräte mit eindeutiger Anzeige ("in Ordnung" oder "Fehler") sowie die Leitung und Aufsicht durch eine Elektrofachkraft voraus. Die Prüfungen sind zu dokumentieren (§ 5 Unfallverhütungsvorschrift [UVV] "Elektrische Anlagen und Betriebsmittel" [GUV-V A3]). Prüfumfänge und -abläufe können dem INFO-Blatt "Ortsveränderliche elektrische Betriebsmittel - Prüfung" und dem INFO-Blatt "Tragbare Stromerzeuger - Prüfung" entnommen werden.
Darüber hinaus ist vor jeder Inbetriebnahme eines elektrischen Betriebsmittels eine Sichtprüfung durch den Feuerwehrangehörigen durchzuführen. Bei Bedenken gegen einen sicheren Betrieb, z.B. ist ein augenscheinlicher Mangel vorhanden, darf das Betriebsmittel nicht verwendet werden. Der Mangel ist mindestens unverzüglich zu melden, sofern dieser nicht fachgerecht behoben werden kann (§ 15 Unfallverhütungsvorschrift "Grundsätze der Prävention" [GUV-V A1]). Da der genormte Stromerzeuger eine Schutzleiterprüfeinrichtung, genauer formuliert eine Potenzialausgleichsleiterprüfeinrichtung hat, ist neben der Sichtprüfung auch eine Prüfung des Potenzialausgleichsystems zwingend vor der Inbetriebnahme vorzunehmen. Im Einzelfall kann bei Einsätzen zur Rettung von Menschenleben von dieser Bestimmung abgewichen werden (siehe § 17 Unfallverhütungsvorschrift "Feuerwehren" [GUV-V C53]). In einem solchen Fall sind die erforderlichen Prüfungen nach Beendigung der Arbeit zeitnah vor dem Verlasten auf den Fahrzeugen nachzuholen.
Quellenangaben:
[1] VDE 0100 und die Praxis, Gerhard Kiefer, Seite 47 ff., ISBN 3-8007-2299-2
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