Störlichtbögen in Schaltanlagen

Aktive und passive Störlichtbogen-Schutzsysteme sorgen für sicheren Anlagenbetrieb

Günter Waschbüsch

Störlichtbögen können explosionsartig zerstörerische Kräfte freisetzen. Damit stellen sie eine große Gefahr für Menschen und Anlagen dar. Um teure Anlagenausfälle, Brände und Personenschäden zu verhindern, sind bereits bei der Planung und Projektierung geeignete Schutzmaßnahmen vorzusehen. Der folgende Beitrag zeigt unter Berücksichtigung der aktuellen Normenlage auf, welche Schutzmaßnahmen für einen sicheren Betrieb und eine hohe Anlagenverfügbarkeit zu ergreifen sind.

Laut Statistik ereignen sich in Deutschland pro Jahr zwischen 500 und 600 meldepflichtige Stromunfälle; bei rund 25 % dieser Unfälle treten Störlichtbögen auf. Die häufigsten Ursachen für das Auftreten von Störlichtbögen lassen sich in drei Kategorien einteilen: 1. 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 einen Störlichtbogen auslösen. 2. Betriebsbedingte Fehler wie 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. 3. Nagetierverbisse vornehmlich durch Mäuse oder Ratten.

Phänomen Störlichtbögen: Explosionsartige Gasentladung
Doch was ist ein Störlichtbogen überhaupt? Bei einem Lichtbogen handelt es sich um eine elektrische Gasentladung mit hohem Strom zwischen zwei Elektroden, die sich mit einer Geschwindigkeit von 100 m/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 20.000 kg/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 durch das Entstehen von gesundheitsschädlichen Gasen und Metalldämpfen Vergiftungen. 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.

Normgerechter Störlichtbogenschutz
Die Effizienz eines Störlichtbogen- Schutzsystems wird in erster Linie durch die Begrenzung der Einwirkdauer des Lichtbogens bestimmt: Beträgt die Abschaltzeit mehr als 20 Millisekunden, ist von einem hohen Schaden auszugehen; liegt sie jedoch unter fünf Millisekunden, 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 5 Millisekunden sowie zur nachgelagerten sicheren Abschaltung der Versorgungsanlage hin.