Elektrische Schutzmaßnahmen EduTrainer

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8048616

Elektrische Schutzmaßnahmen EduTrainer

Elektrotechnik/

Elektronik Aufgaben und Arbeitsblätter

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Bestell-Nr.: 8048652

Stand: 08/2015

Autoren: TS Aalen / Markus Moll Grafik: Marc Eggelhöfer, Markus Moll Layout: Festo Didactic

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Der Käufer erhält ein einfaches, nicht-ausschließliches, zeitlich unbeschränktes und geografisch nur auf die Nutzung innerhalb des Standortes/Sitz des Käufers beschränktes Nutzungsrecht wie folgt.

 Der Käufer ist berechtigt, die Inhalte des Werkes zur Fortbildung seiner Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter, des Standortes zu nutzen und hierzu auch Teile der Inhalte zur Erstellung eigener Fortbildungsunterlagen zur Fortbildung seiner Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Standortes unter Angabe der Quelle zu verwenden und für die Fortbildung am Standort zu kopieren. Bei

Schulen/Hochschulen und Ausbildungsstätten umfasst das Nutzungsrecht auch die Nutzung für deren Schüler, Lehrgangsteilnehmer und Studenten des Standortes für den Unterricht.

 Ausgeschlossen ist in jedem Fall das Recht zur Veröffentlichung sowie zur Einstellung und Nutzung in Intranet- und Internet- sowie LMS-Plattformen und Datenbanken wie z. B. Moodle, die den Zugriff einer Vielzahl von Nutzern auch außerhalb des Standortes des Käufers ermöglichen.

 Weitere Rechte zu Weitergabe, Vervielfältigungen, Kopien, Bearbeitungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen sowie die Übertragung, Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen

Systemen, unabhängig ob ganz oder in Teilen, bedürfen der vorherigen Zustimmung der Festo Didactic.

Hinweis

Soweit in diesem Arbeitsbuch nur von Lehrer, Schüler etc. die Rede ist, sind selbstverständlich auch Lehrerinnen, Schülerinnen etc. gemeint. Die Verwendung nur einer Geschlechtsform soll keine geschlechtsspezifische Benachteiligung sein, sondern dient nur der besseren Lesbarkeit und dem besseren Verständnis der Formulierungen.

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Inhalt

Allgemeine Voraussetzungen zum Betreiben der Geräte __________________________________________ V Piktogramme ____________________________________________________________________________ VI Bestimmungsgemäße Verwendung _________________________________________________________ VII Für Ihre Sicherheit _______________________________________________________________________ VIII Arbeits- und Sicherheitshinweise ____________________________________________________________ XI 1 Gefährdung durch elektrischen Strom __________________________________________________ 1 1.1 Die Gefährdung von Anlagen, Geräten und Gebäuden durch elektrischen Strom ________________ 1 1.2 Die Gefährdung des Menschen durch elektrischen Strom ___________________________________ 1 1.3 Maßnahmen bei Unfällen durch elektrischen Strom _______________________________________ 3 2 Leitungsschutzschalter und Schutzleiter _______________________________________________ 5 2.1 Aufbau Leitungsschutzschalter ________________________________________________________ 5 Aufgabe 2.1: Körperschluss am Lampengehäuse ________________________________________________ 6 Aufgabe 2.2: Körperschluss am Lampengehäuse ________________________________________________ 8 Aufgabe 2.3: Körperschluss am Lampengehäuse ______________________________________________ 10 Aufgabe 2.4: Körperschluss am Lampengehäuse ______________________________________________ 12 3 RCD-Schalter, Leitungsschutzschalter und Schutzleiter _________________________________ 15 3.1 Funktionsprinzip __________________________________________________________________ 15 3.2 Typen von Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen ___________________________________________ 16 3.3 Kennwerte _______________________________________________________________________ 17 3.4 Prüfen des Fehlerstromschutzschalters _______________________________________________ 17 Aufgabe 3.1: Kurzschluss zwischen Leiter L1 und Neutralleiter N __________________________________ 18 Aufgabe 3.2: Körperschluss am Lampengehäuse ______________________________________________ 20 Aufgabe 3.3: Körperschluss am Lampengehäuse ______________________________________________ 22 Aufgabe 3.4: Körperschluss am Lampengehäuse ______________________________________________ 24 Aufgabe 3.5: Körperschluss am Lampengehäuse ______________________________________________ 26 Aufgabe 3.6: Körperschluss am Lampengehäuse ______________________________________________ 28

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Inhalt

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Allgemeine Voraussetzungen zum Betreiben der Geräte

Allgemeine Anforderungen bezüglich des sicheren Betriebs der Geräte:

• In gewerblichen Einrichtungen sind die Unfallverhütungsvorschriften der DGUV Vorschrift 3 "Elektrische Anlagen und Betriebsmittel" zu beachten.

• Der Labor- oder Unterrichtsraum muss durch einen Arbeitsverantwortlichen überwacht werden.

– Ein Arbeitsverantwortlicher ist eine Elektrofachkraft oder eine elektrotechnisch unterwiesene Person mit Kenntnis von Sicherheitsanforderungen und Sicherheitsvorschriften mit aktenkundiger Unterweisung.

Der Labor- oder Unterrichtsraum muss mit den folgenden Einrichtungen ausgestattet sein:

• Es muss eine NOT-AUS-Einrichtung vorhanden sein.

– Innerhalb und mindestens ein NOT-AUS außerhalb des Labor- oder Unterrichtsraums.

• Der Labor- oder Unterrichtsraum ist gegen unbefugtes Einschalten der Betriebsspannung bzw. der Druckluftversorgung zu sichern.

– z. B. durch einen Schlüsselschalter – z. B. durch abschließbare Einschaltventile

• Der Labor- oder Unterrichtsraum muss durch Fehlerstromschutzeinrichtungen (RCD) geschützt werden.

– Betreiben Sie elektrische Geräte (z. B. Netzgeräte, Verdichter, Hydraulikaggregate) nur in Ausbildungsräumen, die mit einer Fehlerstromschutzeinrichtung ausgestattet sind.

– Als Fehlerstromschutzeinrichtung ist ein RCD-Schutzschalter mit Differenzstrom ≤ 30 mA, Typ B zu verwenden.

• Der Labor- oder Unterrichtsraum muss durch Überstromschutzeinrichtungen geschützt sein.

– Sicherungen oder Leitungsschutzschalter

• Es dürfen keine Geräte mit Schäden oder Mängeln verwendet werden.

– Schadhafte Geräte sind zu sperren und aus dem Labor- oder Unterrichtsraum zu entfernen.

– Beschädigte Verbindungsleitungen, Druckluftschläuche und Hydraulikschläuche stellen ein Sicherheitsrisiko dar und müssen aus dem Labor- oder Unterrichtsraum entfernt werden.

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Piktogramme

Dieses Dokument und die beschriebene Hardware enthalten Hinweise auf mögliche Gefahren, die bei unsachgemäßem Einsatz des Systems auftreten können. Folgende Piktogramme werden verwendet:

Warnung

… bedeutet, dass bei Missachten schwerer Personen- oder Sachschaden entstehen kann.

Vorsicht

… bedeutet, dass bei Missachten Personen- oder Sachschaden entstehen kann.

Warnung

… bedeutet, dass vor Montage-, Reparatur-, Wartungs- und Reinigungsarbeiten das Gerät auszuschalten und der Netzstecker zu ziehen ist. Beachten Sie das Handbuch, insbesondere alle Hinweise zur Sicherheit. Bei Missachten kann schwerer Personen- oder Sachschaden entstehen.

Warnung

… bedeutet, dass durch das Berühren heißer Gehäuseoberflächen (bis ca. 85 °C) Verbrennungsgefahr bestehen kann.

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Bestimmungsgemäße Verwendung

Die Komponenten und Systeme von Festo Didactic sind nur zu benutzen:

• für die bestimmungsgemäße Verwendung im Lehr- und Ausbildungsbetrieb

• in sicherheitstechnisch einwandfreiem Zustand

Die Komponenten und Systeme sind nach dem heutigen Stand der Technik und den anerkannten

sicherheitstechnischen Regeln gebaut. Dennoch können bei unsachgemäßer Verwendung Gefahren für Leib und Leben des Benutzers oder Dritter und Beeinträchtigungen der Komponenten entstehen.

Das Lernsystem von Festo Didactic ist ausschließlich für die Aus- und Weiterbildung im Bereich Automatisierung und Technik entwickelt und hergestellt. Das Ausbildungsunternehmen und/oder die Ausbildenden hat/haben dafür Sorge zu tragen, dass die Auszubildenden die Sicherheitsvorkehrungen, die in dieser Betriebsanleitung beschrieben sind, beachten.

Festo Didactic schließt hiermit jegliche Haftung für Schäden des Auszubildenden, des

Ausbildungsunternehmens und/oder sonstiger Dritter aus, die bei Gebrauch/Einsatz dieses Gerätes außerhalb einer reinen Ausbildungssituation auftreten; es sei denn Festo Didactic hat solche Schäden vorsätzlich oder grob fahrlässig verursacht.

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Für Ihre Sicherheit

Wichtige Hinweise

Grundvoraussetzung für den sicherheitsgerechten Umgang und den störungsfreien Betrieb des EduTrainers ist die Kenntnis der grundlegenden Sicherheitshinweise und der Sicherheitsvorschriften. Dieses Handbuch enthält die wichtigsten Hinweise, um den EduTrainer sicherheitsgerecht zu betreiben.

Insbesondere die Sicherheitshinweise sind von allen Personen zu beachten, die am EduTrainer arbeiten.

Darüber hinaus sind die für den Einsatzort geltenden Regeln und Vorschriften zur Unfallverhütung zu beachten.

Verpflichtung des Betreibers

Der Betreiber verpflichtet sich, nur Personen am EduTrainer arbeiten zu lassen, die:

• mit den grundlegenden Vorschriften über Arbeitssicherheit und Unfallverhütung vertraut und in die Handhabung des EduTrainers eingewiesen sind,

• das Sicherheitskapitel und die Warnhinweise in diesem Handbuch gelesen und verstanden haben.

Das sicherheitsbewusste Arbeiten des Personals soll in regelmäßigen Abständen überprüft werden.

Verpflichtung der Auszubildenden

Alle Personen, die mit Arbeiten am EduTrainer beauftragt sind, verpflichten sich, vor Arbeitsbeginn:

• das Sicherheitskapitel und die Warnhinweise in diesem Handbuch zu lesen,

• die grundlegenden Vorschriften über Arbeitssicherheit und Unfallverhütung zu beachten.

Gefahren im Umgang mit dem EduTrainer

Der EduTrainer ist nach dem Stand der Technik und den anerkannten sicherheitstechnischen Regeln gebaut.

Dennoch können bei ihrer Verwendung Gefahren für Leib und Leben des Benutzers oder Dritter bzw.

Beeinträchtigungen an der Maschine oder an anderen Sachwerten entstehen.

Der EduTrainer ist nur zu benutzen:

• für die bestimmungsgemäße Verwendung und

• in sicherheitstechnisch einwandfreiem Zustand.

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Störungen, die die Sicherheit beeinträchtigen können, sind umgehend zu beseitigen!

• Lebensgefahr bei unterbrochenem Schutzleiter!

– Der Schutzleiter (grün-gelb) darf weder außerhalb noch innerhalb des Geräts unterbrochen werden.

– Die Isolierung des Schutzleiters darf weder beschädigt noch entfernt werden.

• In gewerblichen Einrichtungen sind die Unfallverhütungsvorschriften der DGUV Vorschrift 3 "Elektrische Anlagen und Betriebsmittel" zu beachten.

• In Schulen und Ausbildungseinrichtungen ist das Betreiben von Netzteilen durch geschultes Personal verantwortlich zu überwachen

• Vorsicht!

Kondensatoren im Gerät können noch geladen sein, selbst wenn das Gerät von allen Spannungsquellen getrennt wurde.

• Beim Ersetzen von Sicherungen: Verwenden Sie nur vorgeschriebene Sicherungen mit der richtigen Nennstromstärke und Auslösecharakteristik.

• Schalten Sie Ihr Netzteil niemals sofort ein, wenn es von einem kalten in einen warmen Raum gebracht wird. Das dabei entstehende Kondenswasser kann unter ungünstigen Umständen Ihr Gerät zerstören.

Lassen Sie das Gerät ausgeschaltet, bis es Zimmertemperatur erreicht hat.

• Lebensgefahr durch Reihenschaltung von Netzteilen!

Berührungsspannungen > 25 V AC bzw. > 60 V DC sind nicht zulässig.

Spannungen > 50 V AC bzw. 120 V DC können bei Berührung tödlich sein.

– Schalten Sie keine Spannungsquellen hintereinander.

• Lüftungsschlitze von Netzteilen dürfen nicht abgedeckt werden! Die Geräte sind auf harte, schwer entflammbare Unterlagen zu stellen, so dass die Luft ungehindert in die Geräte eintreten kann. Die Kühlung der Geräte erfolgt überwiegend durch Konvektion.

• Bei Arbeiten unter Spannung: Verwenden Sie nur ausdrücklich geeignetes Werkzeug.

• Lebensgefahr durch elektrischen Schlag!

Schützen Sie die Ausgänge der Netzteile (Ausgangsbuchsen/-klemmen) und daran angeschlossene Leitungen vor direkter Berührung.

– Verwenden Sie nur Leitungen mit ausreichender Isolation bzw. Spannungsfestigkeit.

– Verwenden Sie Sicherheitssteckbuchsen mit berührungssicheren Kontaktstellen.

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• Bei

– sichtbarer Beschädigung, – defekter Funktion,

– unsachgemäßer Lagerung oder – unsachgemäßem Transport

ist kein gefahrloser Betrieb des Geräts mehr möglich.

– Schalten Sie sofort die Spannung ab.

– Schützen Sie das Gerät vor unbeabsichtigtem Wiedereinschalten.

• Herstellen bzw. abbauen von elektrischen Verbindungen nur in spannungslosem Zustand!

• Verwenden Sie nur Schutzkleinspannungen, maximal 24 V DC.

Sicher arbeiten

Allgemein

• Die Auszubildenden dürfen nur unter Aufsicht einer Ausbilderin/eines Ausbilders an den Schaltungen arbeiten.

• Betreiben Sie elektrische Geräte (z. B. Netzgeräte, Verdichter, Hydraulikaggregate) nur in Ausbildungsräumen, die mit einer Fehlerstromschutzeinrichtung (RCD) ausgestattet sind.

• Beachten Sie die Angaben der Datenblätter zu den einzelnen Komponenten, insbesondere auch alle Hinweise zur Sicherheit! Störungen, die die Sicherheit beeinträchtigen können, dürfen beim

Schulungsbetrieb nicht erzeugt werden und sind umgehend zu beseitigen.

• Tragen Sie Ihre persönliche Schutzausrüstung (Schutzbrille, Sicherheitsschuhe), wenn Sie an den Schaltungen arbeiten.

Elektrik

• Herstellen bzw. Abbauen von elektrischen Anschlüssen nur in spannungslosem Zustand!

• Verwenden Sie für die elektrischen Anschlüsse nur Verbindungsleitungen mit Sicherheitssteckern.

• Defekte Verbindungsleitungen und Sicherheitsstecker sind sofort auszutauschen

• Ziehen Sie beim Abbauen der Verbindungsleitungen nur an den Sicherheitssteckern, nicht an den Leitungen.

Leitungsschutzschalter und Fehlerstromschutzschalter (RCD-Schalter) sind Gegenstand des Trainingsgerätes und haben keine Schutzfunktion. Der Berührschutz ist durch die

Schutzkleinspannung gegeben.

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Arbeits- und Sicherheitshinweise

Allgemein

• Die Auszubildenden dürfen nur unter Aufsicht einer Ausbilderin/eines Ausbilders an den Schaltungen arbeiten.

• Beachten Sie die Angaben der Datenblätter und Bedienungsanleitungen zu den einzelnen Komponenten, insbesondere auch alle Hinweise zur Sicherheit!

• Störungen, die die Sicherheit beeinträchtigen können, dürfen nicht erzeugt werden.

• Tragen Sie Ihre persönliche Schutzausrüstung (Schutzbrille, Gehörschutz, Sicherheitsschuhe), wenn Sie an den Schaltungen arbeiten.

Elektrik

• Spannungsfrei schalten!

– Schalten Sie die Spannungsversorgung aus, bevor Sie an der Schaltung arbeiten.

– Beachten Sie, dass elektrische Energie in einzelnen Komponenten gespeichert sein kann.

Informationen hierzu finden Sie in den Datenblättern und Bedienungsanleitungen der Komponenten.

• Verwenden Sie nur Schutzkleinspannungen, maximal 24 V DC.

• Herstellen bzw. Abbauen von elektrischen Anschlüssen

– Stellen Sie elektrische Anschlüsse nur in spannungslosem Zustand her.

– Bauen Sie elektrische Anschlüsse nur in spannungslosem Zustand ab.

• Die zulässigen Strombelastungen von Leitungen und Geräten dürfen nicht überschritten werden.

– Vergleichen Sie stets die Strom-Werte von Gerät, Leitung und Sicherung.

– Benutzen Sie bei Nichtübereinstimmung eine separate vorgeschaltete Sicherung als entsprechenden Überstromschutz.

• Verwenden Sie für die elektrischen Anschlüsse nur Verbindungsleitungen mit Sicherheitssteckern.

• Verlegen Sie Verbindungsleitungen so, dass sie nicht geknickt oder geschert werden.

• Verlegen Sie Leitungen nicht über heiße Oberflächen.

– Heiße Oberflächen sind mit einem Warnsymbol entsprechend gekennzeichnet.

• Achten Sie darauf, dass Verbindungsleitungen nicht dauerhaft unter Zug stehen.

• Geräte mit Erdungsanschluss sind stets zu erden.

– Sofern ein Erdanschluss (grün-gelbe Laborbuchse) vorhanden ist, so muss der Anschluss an Schutzerde stets erfolgen. Die Schutzerde muss stets als erstes (vor der Spannung) kontaktiert werden und darf nur als letztes (nach Trennung der Spannung) getrennt werden.

– Einige Geräte haben einen hohen Ableitstrom. Diese Geräte müssen zusätzlich mit einem Schutzleiter geerdet werden.

• Wenn in den Technischen Daten nicht anders angegeben, besitzt das Gerät keine integrierte Sicherung.

• Ziehen Sie beim Abbauen der Verbindungsleitungen nur an den Sicherheitssteckern, nicht an den Leitungen.

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1 Gefährdung durch elektrischen Strom

Elektrizität wird heute im weitesten Umfang in fast allen Bereichen der menschlichen Wirtschaft und Technik angewandt.

Elektrische Anlagen der verschiedensten Arten für Kraft, Licht und Wärme findet man nicht nur in Industrie-/

Gewerbebetrieben und Haushalten, sondern auch in der Landwirtschaft und dem Verkehrswesen z. B. Bahn, Ampelanlagen, Straßenbeleuchtung etc.

Bei allen elektrischen Anlagen sind Schutzmaßnahmen vorgeschrieben, die im Fehlerfall die Gefährdung des Menschen bzw. die Zerstörung von Geräten und Installation verhindern sollen. In diesem Arbeitsbuch werden Wirkung und Schutzfunktion des Leitungsschutzschalters (umgangssprachlich Sicherung) und Schutzleiter untersucht.

1.1Die Gefährdung von Anlagen, Geräten und Gebäuden durch elektrischen Strom

Durch Fehler in elektrischen Geräten und Anlagen kann es zu Überlastung, starker Hitzeentwicklung und Lichtbögen kommen, wodurch es ohne geeignete Schutzmaßnahmen zur Zerstörung des Gerätes und im schlimmsten Fall zur Entzündung in der Nähe befindlicher Gegenstände kommen kann.

1.2Die Gefährdung des Menschen durch elektrischen Strom

Die Gefährdung des Menschen durch elektrischen Strom hängt nicht nur von der Höhe der elektrischen Spannung (Volt) ab. Die Stromstärke (Ampere) und die Zeit bestimmen die Größe der Gefahr.

Schon bei geringer Spannung von einigen Volt kann sich ein Unfall ereignen, wenn große Stromstärken wirksam werden. Die Stromeinwirkung ist auch von der Stromart (Gleich- oder Wechselstrom), der Frequenz des Wechselstromes und dem elektrischen Widerstand des Körpers abhängig.

Der Körperwiderstand ist abhängig von

• der Berührungsfläche,

• den Körperteilen durch die der Strom fließt,

• der Beschaffenheit der Haut und Kleidung,

• dem Übergangswiderstand (trockene oder feuchte Haut u.a.) und so weiter.

Der Widerstand des menschlichen Körpers wird im Mittel mit etwa 1000 Ω angenommen.

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1 Gefährdung durch elektrischen Strom

a Wahrnehmbarkeitsschwelle 1 Keine Reaktion des Körpers b Loslassschwelle 2 Keine Gefährliche Wirkung

c Flimmerschwelle 3 Gefahr Herzkammerflimmern möglich

4 Herzkammerflimmern, tödliche Stromwirkung wahrscheinlich

Stromstärke Wirkung auf den Menschen

< 5 mA (Milliampere) Nur geringe Einwirkungen (Kribbeln, leichter Schlag) 5 - 15 mA Muskelverkrampfung, Loslassen aber noch möglich

> 15 mA Muskelverkrampfung, selbstständiges Loslassen nicht mehr möglich

< 25 mA Blutdrucksteigerung, Herzunregelmäßigkeit, Herzstillstände mit Wiedereinsetzen der Herztätigkeit

> 50 mA Bewusstlosigkeit

> 80 mA Herzkammerflimmern (akute Lebensgefahr)

> 3000 mA Innere und äußere Verbrennungen, Herzstillstand

Wenn ein Fehlerstrom parallel zum Menschen über einen sehr kleinen Widerstand zur Erde abgeleitet wird, fließt nur ein Teilstrom durch den Menschen. Darauf basieren eine Reihe von Schutzmaßnahmen. Ist der Mensch jedoch der alleinige Ableiter der vollen Strom-Stärke, dann besteht meist Lebensgefahr.

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1.3Maßnahmen bei Unfällen durch elektrischen Strom

Ein Verunglückter ist so schnell wie möglich von der Spannung zu trennen. In Niederspannungsanlagen ist zunächst die betreffende Leitung spannungsfrei zu schalten, da eine vorherige Berührung des

Verunglückten den Helfer selbst gefährdet.

Ist dies auch einer Elektrofachkraft nicht unverzüglich möglich, dann kann man den Verunglückten von gut isoliertem Standort aus (trockenes Holz, trockene Kleider) von den Leitungen oder Geräten wegziehen.

Dabei darf man unbedeckte Körperteile nicht mit ungeschützten Händen berühren, sondern muss sich z. B.

trockener Decken, Kleider, Handschuhe, Holzlatten bedienen.

Bei Hochspannungsanlagen dürfen nur Elektrofachkräfte und elektrotechnisch unterwiesene Personen eingreifen. Auch die Annäherung an den Verunglückten ist gefährlich. Sicherheitsabstand einhalten! Sobald der Verunglückte nicht mehr mit der Spannung in Berührung steht, sind Erste-Hilfe-Maßnahmen

durchzuführen:

• Verletzten ansprechen,

• Atemspende bei Atemstillstand,

• Herz-Lungen-Wiederbelebung bei Kreislaufstillstand,

• stabile Seitenlage bei Bewusstlosigkeit,

• Versorgung von evtl. vorliegenden Wunden,

Bei Stromunfällen unbedingt den Notarzt verständigen!

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1 Gefährdung durch elektrischen Strom

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2 Leitungsschutzschalter und Schutzleiter

2.1 Aufbau Leitungsschutzschalter

Geöffneter Leitungsschutzschalter (Schematischer Aufbau) 1 Manueller Schalthebel (Rückstellung)

2 Freiauslösung 3 Schaltkontakt 4 Anschlussklemmen

5 Bimetallstreifen (thermische Überlast) 6 Elektromagnetische Auslösung 7 Lichtbogenlöschung

Auslösecharakteristik Leitungsschutzschalter

Typen B, C, D

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2 Leitungsschutzschalter und Schutzleiter

Aufgabe 2.1: Körperschluss am Lampengehäuse

Problemstellung

Körperschluss am Lampengehäuse (Leiter L1 berührt das Gehäuse, S geschlossen). Die Person berührt das Lampengehäuse dabei steht sie auf einem gut isolierten Boden mit R = 10 kΩ.

Aufbau

– Verdrahten Sie die Schaltung nach dem Bild des Versuchsaufbaus.

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Beantworten Sie die folgenden Fragen

a) Beschreiben Sie die Funktion bzw. die Aufgabe folgender Geräte des Versuchsaufbaus:

– Leitungsschutzschalter – Amperemeter

– Voltmeter

______________________________________________________________________________________

b) Führen Sie den Versuch durch, indem Sie die Spannungsversorgung einschalten. Messen Sie die Berührungsspannung U^B zwischen dem Berührpunkt an der Lampe und dem Fußboden (Spannung, an welche der Mensch greift). Messen Sie außerdem den Körperstrom I^K welcher durch den Mensch fließt.

______________________________________________________________________________________

c) Welche Folgen würden sich für einen Menschen ergeben, wenn er, wie im Versuch dargestellt, das Gehäuse einer Lampe mit Körperschluss bei 230 V berühren würde? Nutzen Sie dazu die

Stromgefährdungstabelle aus dem Arbeitsblatt „Stromgefährdungstabelle“.

______________________________________________________________________________________

Sicherheitshinweis

Schaltungen immer im spannungsfreien Zustand auf- und umbauen!

(Hauptschalter aus)

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Aufgabe 2.2: Körperschluss am Lampengehäuse

Problemstellung

Körperschluss am Lampengehäuse (Leiter L1 berührt das Gehäuse, S geschlossen). Die Person berührt das Lampengehäuse dabei steht sie auf einem gut leitenden Boden mit R = 10 Ω.

Aufbau

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a) Führen Sie den Versuch durch, indem Sie die Spannungsversorgung einschalten. Messen Sie die Berührungsspannung U^B zwischen dem Berührpunkt an der Lampe und dem Fußboden (Spannung, an welche der Mensch greift). Messen Sie außerdem den Körperstrom I^K welcher durch den Mensch fließt.

______________________________________________________________________________________

b) Welche Folgen würden sich für einen Menschen ergeben, wenn er, wie im Versuch dargestellt, das Gehäuse einer Lampe mit Körperschluss bei 230 V berühren würde? Nutzen Sie dazu die

Stromgefährdungstabelle aus dem Arbeitsblatt „Stromgefährdungstabelle“.

______________________________________________________________________________________

(Hauptschalter aus)

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Aufgabe 2.3: Körperschluss am Lampengehäuse

Problemstellung

Körperschluss am Lampengehäuse (Leiter L1 berührt das Gehäuse, S geschlossen). Die Person berührt das Lampengehäuse mit einer Hand und außerdem mit der anderen Hand einen geerdeten Wasserhahn.

Lampengehäuse (Leiter L1 berührt das Gehäuse, S geschlossen).

Aufbau

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a) Führen Sie den Versuch durch, indem Sie die Spannungsversorgung einschalten. Messen Sie die Berührungsspannung U^B zwischen dem Berührpunkt an der Lampe und dem geerdeten Wasserhahn (Spannung, an welche der Mensch greift). Messen Sie außerdem den Körperstrom I^K welcher durch den Mensch fließt.

______________________________________________________________________________________

b) Welche Folgen würden sich für einen Menschen ergeben, wenn er, wie im Versuch dargestellt, das Gehäuse einer Lampe mit Körperschluss bei 230 V und außerdem dabei noch einen geerdeten Wasserhahn berühren würde? Nutzen Sie dazu die Stromgefährdungstabelle aus dem Arbeitsblatt

„Stromgefährdungstabelle“.

______________________________________________________________________________________

(Hauptschalter aus)

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Aufgabe 2.4: Körperschluss am Lampengehäuse

Problemstellung

Körperschluss am Lampengehäuse (Leiter L1 berührt das Gehäuse, S geschlossen). Der Schutzleiter ist am Gehäuse der Lampe angeschlossen. Die Person berührt das Lampengehäuse mit einer Hand und außerdem mit der anderen Hand einen geerdeten Wasserhahn.

Aufbau

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a) Führen Sie den Versuch durch, indem Sie die Spannungsversorgung einschalten. Messen Sie die Berührungsspannung U^B zwischen dem Berührpunkt an der Lampe und dem geerdeten Wasserhahn (Spannung, an welche der Mensch greift). Messen Sie außerdem den Körperstrom I^K welcher durch den Mensch fließt.

______________________________________________________________________________________

b) Welche Folgen würden sich für einen Menschen ergeben, wenn er, wie im Versuch dargestellt, das Gehäuse einer Lampe mit Körperschluss bei 230 V berührt und dabei der Schutzleiter am

Lampengehäuse angeschlossen ist?

______________________________________________________________________________________

c) Wodurch wird der Mensch bei diesem Versuchsaufbau geschützt? Beschreiben Sie hierbei die Funktion des Schutzleiters am Lampengehäuse.

______________________________________________________________________________________

(Hauptschalter aus)

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3 RCD-Schalter, Leitungsschutzschalter und Schutzleiter

In den folgenden Versuchen werden Wirkung und Schutzfunktion des Fehlerstromschutzschalters RCD (umgangssprachlich: FI-Schalter) im Zusammenwirken mit einem Leitungsschutzschalter untersucht.

1 Schaltschloss 2 Auslösespule 3 Summenstromwandler 4 Prüftaste

Schematischer Aufbau Fehlerstromschutzschalter

Durch die früher gängige Abkürzung FI stand „F“ für das Wort Fehler und „I“ für das Formelzeichen des elektrischen Stroms, wird der Schalter umgangssprachlich auch oft FI-Schalter genannt.

Seit 2008 wird, durch internationale Normung, allgemein das Kürzel „RCD“ in den Deutschen Normen verwendet. RCD steht für die englische Bezeichnung Residual Current protective Device (sinngemäß Reststromschutzgerät)

3.1 Funktionsprinzip

Der Fehlerstromschutzschalter trennt bei Überschreiten eines bestimmten Differenzstroms, in Hausanlagen und öffentlichen Gebäuden meist 30 mA, den überwachten Stromkreis allpolig, das heißt alle Leiter bis auf den Schutzleiter, vom restlichen Netz.

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3 RCD-Schalter, Leitungsschutzschalter und Schutzleiter

Differenzströme können auftreten, wenn etwa durch den menschlichen Körper oder über eine schadhafte Isolierung ein (Fehler-)Strom fließt. Dazu vergleicht der Fehlerstromschutzschalter die Größe des hin- mit der des zurückfließenden Stromes. Die vorzeichenbehaftete Summe aller durch den

Fehlerstromschutzschalter fließenden Ströme muss bei einer intakten Anlage Null sein. Anders ausgedrückt muss der Strom, der zum Verbraucher fließt, genauso groß sein wie der Strom, der vom Verbraucher zurückfließt.

Der Vergleich erfolgt in einem Summen-Stromwandler. Dieser hat zwei oder mehr durchlaufende Leitungsadern (Primärwicklungen). Sie sind so geführt, dass ihre Induktionswirkung sich im Normalfall gegenseitig aufhebt, kein Magnetfluss im Wandlerkern induziert wird und kein Sekundärstrom fließt. Der Wandler „addiert“ also alle zum und vom Verbraucher fließenden Ströme vorzeichenrichtig. Fließt aus einer Ader ein Teilstrom zur Erde (Fehlerstrom), so ist die Summe von hin- und zurückfließenden Strömen im Wandler nicht mehr Null. Dies hat einen Strom in der Sekundärwicklung (Auslösespule) zur Folge. Der Sekundärstrom löst ein Schaltschloss aus, das die Leitung allpolig abschaltet.

3.2Typen von Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen

Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen werden hinsichtlich ihrer Eignung zur Erfassung von unterschiedlichen Fehlerstromformen unterschieden

Typ AC

Zur Erfassung von sinusförmigen Wechselfehlerströmen

Dieser Gerätetyp ist in Deutschland entsprechend DIN VDE 0100-530 nicht mehr zulässig!

Typ A

Zur Erfassung von sinusförmigen Wechselfehlerströmen und pulsierenden Gleichfehlerströmen.

Typ B und B+

Neben der Erfassung von sinusförmigen Wechselfehlerströmen und pulsierenden Gleichfehlerströmen, registriert diese Schutzeinrichtung auch glatte Gleichfehlerströme.

Die Auslösewerte sind bei Fehlerstromschutzeinrichtungen des Typ B sind bis 2 kHz, die des Typ B+ bis 20 kHz definiert

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3.3Kennwerte

Handelsüblich sind Fehlerstromschutz-Schutzschalter in des Typ A für Bemessungsdifferenzströme von IΔN=10 mA, 30 mA und 300 mA. Die Toleranz des Differenzstromes eines Fehlerstromschutzschalters liegt laut VDE bei <50 %, was garantieren soll, dass der Nenn-Auslösestrom bei keinem Exemplar überschritten wird. In der Praxis erfolgt die Auslösung bei handelsüblichen RCDs etwa bei 0,8*IΔN.

Zum Personenschutz ist ein maximaler Ansprechstrom von 10 mA oder 30 mA und für den Brandschutz einer von 300 mA vorgeschrieben. Innerhalb von 300 ms muss, entsprechend der Gerätebestimmung

DIN EN 61008-1 (VDE 0664-10), beim Bemessungsdifferenzstrom die Abschaltung erfolgen.

3.4Prüfen des Fehlerstromschutzschalters

Am Fehlerstromschutzschalter befindet sich eine Test-Taste (T), mit der die Funktion des Gerätes geprüft werden kann: ein abgehender Außenleiter wird über einen geeignet dimensionierten Widerstand mit dem Neutralleiter vor dem Fehlerstromschutzschalter verbunden. So wird gewollt ein Fehlerstrom erzeugt, der die Auslösestromstärke übersteigt. Diese Auslösung stellt jedoch nicht sicher, dass die Stromkreise zu den Verbrauchern richtig verdrahtet sind. Die Gesamtfunktion in der Anlage kann mit geeigneten Prüfgeräten sichergestellt werden. Für die Prüfung des exakten Auslösestromes und der Auslösezeit bedarf es einer RCD-Prüfung nach DIN VDE 0100-600, die gem. DGUV Vorschrift 3 von einer Elektrofachkraft durchzuführen ist. Hersteller empfehlen eine mindestens halbjährliche Prüfung durch den Nutzer.

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Aufgabe 3.1: Kurzschluss zwischen Leiter L1 und Neutralleiter N

Problemstellung

Aufbau

Die rote Leitungsverbindung symbolisiert den Kurzschluss zwischen L1 und N.

Am Gehäuse der Lampe ist kein Körperschluss (S offen).

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a) Beschreiben Sie die Funktion bzw. die Aufgabe des RCD-Schalters im Versuchsaufbau.

______________________________________________________________________________________

b) Führen Sie den Versuch durch, indem Sie die Spannungsversorgung einschalten.

Welches Sicherungselement (RCD oder Leitungsschutzschalter) spricht in diesem Fehlerfall an?

______________________________________________________________________________________

c) Weshalb reagiert bei der Fehlerart „Kurzschluss“ der RCD-Schalter nicht?

______________________________________________________________________________________

(Hauptschalter aus)

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Aufgabe 3.2: Körperschluss am Lampengehäuse

Problemstellung

Aufbau

Am Gehäuse der Lampe ist ein Körperschluss (S geschlossen).

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Beantworten Sie die folgende Frage

a) Führen Sie den Versuch durch, indem Sie die Spannungsversorgung einschalten. Welches Sicherungselement (RCD oder Leitungsschutzschalter) spricht in diesem Fehlerfall an?

______________________________________________________________________________________

(Hauptschalter aus)

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Aufgabe 3.3: Körperschluss am Lampengehäuse

Problemstellung

Die Person berührt einen stromführenden Leiter (L1). Sie steht dabei auf einem gut isolierten Untergrund R = 10 kΩ.

Aufbau

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a) Führen Sie den Versuch durch, indem Sie die Spannungsversorgung einschalten. Messen Sie den Körperstrom IK welcher durch den Mensch fließt.

______________________________________________________________________________________

b) Welche Folgen würden sich für einen Menschen ergeben, wenn er, wie im Versuch dargestellt, einen stromführenden Leiter bei 230 V berührt und dabei auf einem gut isolierten Untergrund steht. Nutzen Sie dazu die Stromgefährdungstabelle aus dem Arbeitsblatt „Stromgefährdungstabelle“.

______________________________________________________________________________________

(Hauptschalter aus)

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Aufgabe 3.4: Körperschluss am Lampengehäuse

Problemstellung

Die Person berührt einen stromführenden Leiter (L1). Sie steht dabei auf einem gut leitenden Untergrund R = 10 Ω.

Aufbau

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a) Führen Sie den Versuch durch, indem Sie die Spannungsversorgung einschalten. Messen Sie den Körperstrom I^K welcher durch den Mensch fließt.

______________________________________________________________________________________

b) Welche Folgen würden sich für einen Menschen ergeben, wenn er, wie im Versuch dargestellt, einen stromführenden Leiter bei 230 V berührt und dabei auf einem gut isolierten Untergrund steht. Nutzen Sie dazu die Stromgefährdungstabelle aus dem Arbeitsblatt „Stromgefährdungstabelle“.

______________________________________________________________________________________

(Hauptschalter aus)

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Aufgabe 3.5: Körperschluss am Lampengehäuse

Problemstellung

Die Person berührt einen stromführenden Leiter (L1) mit einer Hand und außerdem mit der anderen Hand einen geerdeten Wasserhahn.

Aufbau

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a) Führen Sie den Versuch durch, indem Sie die Spannungsversorgung einschalten. Messen Sie den Körperstrom I^K welcher durch den Mensch fließt.

______________________________________________________________________________________

b) Welche Folgen würden sich für einen Menschen ergeben, wenn er, wie im Versuch dargestellt, einen stromführenden Leiter bei 230 V und gleichzeitig einen geerdeten Wasserhahn berührt?

______________________________________________________________________________________

c) Wodurch ergibt sich der Schutz für den Menschen bei Berührung von stromführenden Leitern, wenn dabei zum Beispiel die Isolation des Leiters beschädigt ist?

______________________________________________________________________________________

d) Warum löst bei einer Spannung von 230 V ein Leitungsschutzschalter mit 10 A bei einem durch den Menschen verursachten Kurzschluss nicht sofort aus?

______________________________________________________________________________________

(Hauptschalter aus)

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Aufgabe 3.6: Körperschluss am Lampengehäuse

Problemstellung

Ermitteln Sie den Auslösestrom mithilfe eines Potentiometers, bei welchem der RCD-Schalter auslöst.

Aufbau

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a) Bei welchem Stromfluss muss der Fehlerstromschutzschalter (RCD-Schalter) auslösen? Ermitteln Sie diesen Wert aus der Stromgefährdungstabelle.

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b) Führen Sie den Versuch durch. Drehen Sie dabei das Potentiometer auf den maximalen Widerstandswert von 10 kΩ. Schalten Sie nun die Spannungsversorgung ein. Drehen Sie den

Widerstand langsam gegen 0 Ω und ermitteln Sie dabei den Strom I^K durch den Menschen, bei dem der Fehlerstromschutzschalter auslöst.

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c) Welche Folgen würden sich für einen Menschen ergeben, wenn er, wie im Versuch dargestellt, einen stromführenden Leiter bei 230 V berührt und dabei der gemessene Auslösestrom durch ihn fließt?

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(Hauptschalter aus)

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