Was sind Lichtbogenrisiken und wie schützt man sich davor?

Lichtbogenrisiken entstehen, wenn elektrische Energie unkontrolliert über einen Lichtbogen freigesetzt wird. Das kann zu schweren Verbrennungen, Druckwellen und Bränden führen. Wer in der Elektrotechnik arbeitet oder elektrische Anlagen betreibt, muss diese Risiken kennen und gezielt absichern. Dieser Artikel beantwortet die wichtigsten Fragen rund um Lichtbogengefahr, Schutzmaßnahmen und Schutzausrüstung.

Wie entsteht ein elektrischer Lichtbogen?

Ein elektrischer Lichtbogen entsteht, wenn ein elektrischer Strom einen Luftspalt zwischen zwei leitfähigen Punkten überbrückt und dabei ein Plasma aus ionisiertem Gas erzeugt. Das geschieht typischerweise beim Öffnen oder Schließen von Schaltgeräten unter Last, bei Kurzschlüssen oder durch Isolationsfehler an spannungsführenden Bauteilen.

Der Lichtbogen ist im Grunde eine unkontrollierte elektrische Entladung. Die Temperaturen im Lichtbogen können innerhalb von Millisekunden auf mehrere tausend Grad Celsius ansteigen. In industriellen Niederspannungsanlagen reicht dafür bereits ein kleiner Fehler: ein lockerer Kontakt, Feuchtigkeit, Staub oder ein Werkzeug, das versehentlich in die Nähe spannungsführender Teile gerät.

Besonders gefährlich ist, dass ein Lichtbogen sich selbst aufrechterhalten kann, solange genug Strom fließt. Er erlischt nicht von selbst, sondern muss aktiv unterbrochen werden, zum Beispiel durch Schutzschalter oder Sicherungen. Im Bereich der Energie- und Anlagentechnik, wie wir sie bei KSV planen und bauen, ist das Lichtbogenrisiko durch die höheren Energiemengen besonders ernst zu nehmen.

Welche Gefahren gehen von einem Lichtbogen aus?

Ein Lichtbogen in einer elektrischen Anlage ist eine der gefährlichsten Situationen in der Elektrotechnik. Er erzeugt gleichzeitig extreme Hitze, eine Druckwelle, ultraviolettes Licht und geschmolzene Metallpartikel, die in alle Richtungen geschleudert werden. Diese kombinierten Wirkungen können schwere oder tödliche Verletzungen verursachen, selbst wenn keine direkte Berührung stattfindet.

Thermische Gefährdung

Die Wärmestrahlung eines Lichtbogens überträgt sich in Sekundenbruchteilen auf alles in der Umgebung. Kleidung entzündet sich, Haut erleidet tiefe Verbrennungen, und Materialien schmelzen oder verdampfen. Selbst in einigen Metern Abstand kann die Strahlungshitze gefährlich sein.

Mechanische Gefährdung durch Druckwelle

Beim Lichtbogenunfall dehnt sich das erhitzte Gas schlagartig aus und erzeugt eine Druckwelle, die mit einer Explosion vergleichbar ist. Diese kann Menschen zu Boden schleudern, Schaltschrankgehäuse aufsprengen und Gehörschäden verursachen. Hinzu kommen herumfliegende Metallpartikel und Schrapnelle aus zerstörten Bauteilen.

Nicht zu vergessen ist die Blendwirkung: Das intensive ultraviolette Licht eines Lichtbogens kann ohne geeigneten Augenschutz bleibende Augenschäden verursachen, ähnlich wie beim Schweißen ohne Schutzbrille.

Was ist der Unterschied zwischen Lichtbogen und Stromschlag?

Der wesentliche Unterschied liegt im Kontakt: Bei einem Stromschlag fließt Strom durch den menschlichen Körper, weil eine Person direkten oder indirekten Kontakt mit einem spannungsführenden Teil hat. Ein Lichtbogen hingegen wirkt aus der Distanz durch Hitze, Druck und Strahlung, ohne dass eine Berührung notwendig ist.

Beim Stromschlag sind die Hauptgefahren Herzrhythmusstörungen und innere Verbrennungen entlang des Strompfades durch den Körper. Beim Lichtbogenunfall stehen äußere Verbrennungen, Druckwellenschäden und Augenverletzungen im Vordergrund. Beide Ereignisse können tödlich enden, aber sie erfordern unterschiedliche Schutzmaßnahmen.

Ein weiterer Unterschied: Ein Stromschlag setzt direkten Kontakt voraus und lässt sich durch Isolierung und Abstand verhindern. Die Lichtbogengefahr besteht auch dann, wenn eine Person sicher von spannungsführenden Teilen entfernt steht, aber sich im sogenannten Lichtbogengefahrenbereich befindet. Dieser Bereich wird durch eine Risikoanalyse ermittelt und ist in Normen wie der NFPA 70E oder der IEC 61482 definiert.

Wie wird das Lichtbogenrisiko in einer Anlage bewertet?

Das Lichtbogenrisiko in einer elektrischen Anlage wird durch eine strukturierte Lichtbogenrisikoanalyse bewertet. Dabei werden die verfügbare Kurzschlussenergie, die Betriebsspannung, die Schutzeinrichtungen und die Arbeitsabstände berücksichtigt, um den Lichtbogengefahrenbereich und die erforderliche Schutzausrüstung zu bestimmen.

Die Grundlage der Bewertung ist die sogenannte Incident Energy, also die Energie, die bei einem Lichtbogenereignis auf eine Person in einem bestimmten Abstand einwirken würde. Diese wird in Joule pro Quadratzentimeter (J/cm²) angegeben. Je höher die Incident Energy, desto höher sind die Anforderungen an die persönliche Schutzausrüstung.

Für die Bewertung sind folgende Faktoren entscheidend:

Kurzschlussstrom: Wie viel Strom kann im Fehlerfall maximal fließen?
Auslösezeit der Schutzeinrichtungen: Wie schnell wird der Fehler abgeschaltet?
Betriebsspannung: Niederspannung oder Mittelspannung bestimmen die Energiemengen erheblich.
Arbeitsabstand: In welchem Abstand arbeiten Personen an der Anlage?
Bauart der Anlage: Offene Schaltanlagen, Schaltschränke oder gekapselte Systeme verhalten sich unterschiedlich.

Diese Analyse ist keine einmalige Aufgabe. Sie muss wiederholt werden, wenn sich die Anlage ändert, etwa durch neue Einspeisepunkte, veränderte Schutzeinstellungen oder den Anschluss neuer Verbraucher.

Welche Schutzmaßnahmen reduzieren Lichtbogenrisiken?

Lichtbogenrisiken lassen sich durch technische, organisatorische und persönliche Schutzmaßnahmen erheblich reduzieren. Die wirksamste Strategie ist es, Arbeiten unter Spannung grundsätzlich zu vermeiden und stattdessen im spannungsfreien Zustand zu arbeiten.

Technische Maßnahmen bilden die erste Verteidigungslinie:

Lichtbogenerkennungssysteme: Sensoren erkennen den Lichtbogen innerhalb von Millisekunden und lösen eine schnelle Abschaltung aus, bevor sich die Energie vollständig entlädt.
Zonenselektivität bei Schutzschaltern: Eine schnelle und präzise Abschaltung begrenzt die freigesetzte Energie erheblich.
Lichtbogenfeste Schaltschränke: Gehäuse, die nach IEC 61641 geprüft sind, halten einen internen Lichtbogen aus und schützen Personen außerhalb.
Wartung und Inspektion: Regelmäßige Überprüfung von Kontakten, Verbindungen und Isolierungen verhindert, dass Fehler überhaupt entstehen.

Organisatorische Maßnahmen ergänzen die Technik. Dazu gehören klare Arbeitsanweisungen für Tätigkeiten in der Nähe spannungsführender Teile, Unterweisungen zur Lichtbogengefahr und das Vier-Augen-Prinzip bei kritischen Arbeiten. Eine konsequente Freischaltpraxis nach den fünf Sicherheitsregeln der Elektrotechnik ist dabei unverzichtbar. Gerade im Bereich der Steuerungs- und Automatisierungstechnik spielen durchdachte Schutzkonzepte eine zentrale Rolle, da hier Eingriffe in laufende Systeme besonders sorgfältig geplant werden müssen.

Welche Schutzausrüstung ist bei Lichtbogengefahr vorgeschrieben?

Bei Arbeiten in Bereichen mit Lichtbogengefahr ist persönliche Schutzausrüstung (PSA) vorgeschrieben, die speziell für den Schutz vor Lichtbogenenergie ausgelegt ist. Standard-Arbeitskleidung oder normale Schutzausrüstung reicht nicht aus, da sie sich entzünden kann und damit die Verletzungen verschlimmert.

Die PSA gegen Lichtbogengefahr wird nach der Norm IEC 61482-2 klassifiziert. Die Schutzklasse richtet sich nach der ermittelten Incident Energy der Anlage:

Lichtbogenschutzkleidung (APC): Flammenbeständige Jacken, Hosen und Overalls aus speziellen Materialien wie Nomex oder Modacryl, die sich nicht entzünden.
Lichtbogenschutzhelm mit Visier: Schützt Gesicht und Kopf vor Wärmestrahlung, Druckwelle und UV-Strahlung.
Isolierende Handschuhe: Geprüft nach VDE 0680, abgestimmt auf die jeweilige Spannungsebene.
Sicherheitsschuhe: Antistatisch und isolierend, nach EN ISO 20345.
Gehörschutz: Bei Arbeiten, bei denen eine Druckwelle möglich ist.

Wichtig ist, dass die PSA nicht nur vorhanden, sondern auch korrekt getragen und regelmäßig geprüft wird. Beschädigte oder veraltete Schutzkleidung bietet keinen zuverlässigen Schutz mehr und muss ersetzt werden.

Wie KSV Koblenz beim Schutz vor Lichtbogenrisiken unterstützt

Lichtbogenrisiken sind kein unvermeidbares Schicksal, sondern ein planbares und beherrschbares Sicherheitsthema. Wir bei KSV bringen über 45 Jahre Erfahrung in der Planung, dem Bau und der Inbetriebnahme elektrotechnischer Anlagen mit und verstehen, dass Sicherheit von Anfang an in die Anlage hineingebaut werden muss. Mehr über unsere Arbeitsweise und unsere Werte erfahren Sie auf unserer Unternehmensseite.

Unser Leistungsangebot im Bereich Lichtbogenschutz und Anlagensicherheit umfasst:

Planung und Bau von Niederspannungshauptverteilungen und Schaltschränken mit lichtbogenfesten Gehäusen nach IEC 61641
Integration von Lichtbogenerkennungssystemen in neue und bestehende Anlagen
Auswahl und Einstellung von Schutzgeräten zur Minimierung der Auslösezeiten und damit der freigesetzten Energie
Ganzheitliche Planung von Energieverteilungssystemen von der Mittelspannungseinspeisung bis zur Unterverteilung
Beratung zur Risikoanalyse und zur geeigneten persönlichen Schutzausrüstung für Ihre Anlage

Sicherheit in der Elektrotechnik beginnt mit der richtigen Planung. Sprechen Sie uns an, wenn Sie Ihre Anlage sicherer machen oder eine neue Anlage von Anfang an richtig aufbauen möchten. Wir beraten Sie gerne und entwickeln gemeinsam mit Ihnen eine Lösung, die technisch und wirtschaftlich überzeugt.