Verwendung von Spannungsprüfgeräten bei der Wartung zum Schutz der Bediener vor hohen Spannungen

Von Bill Giovino

Zur Verfügung gestellt von Nordamerikanische Fachredakteure von Digi-Key

Elektrische Schaltschränke, wie sie in Industrieanlagen üblich sind, können hohe Spannungen führen, die von 110 oder 220 Volt Netzspannung bis zu vielen hundert Volt reichen. Die Vorschriften für diese Schaltschränke oder Gehäuse, einschließlich der von den Underwriter's Laboratories (UL) und der National Fire Protection Association (NFPA), verlangen, dass die Abwesenheit von Hochspannungen im Inneren dieser Schaltschränke überprüft wird, bevor mit Aktualisierungs-, Reparatur- oder Wartungsarbeiten begonnen werden kann.

Dies erfordert, dass der Bediener eine sperrige persönliche Schutzausrüstung anlegt, bevor er die Stromzufuhr zum Schaltschrank abschaltet und die Tür öffnet. Der Bediener muss dann einen manuellen Prozess zur Prüfung der im Schaltschrank vorhandenen Spannungen durchlaufen. Das Prüfgerät muss vor und nach der Überprüfung der Spannungsfreiheit einem Selbsttest unterzogen werden. Erst dann kann der Bediener mit der Wartung des Schaltschranks beginnen. Dies ist ein zeitaufwändiger und fehleranfälliger Vorgang, der für jedes Gehäuse wiederholt werden muss.

Dieser Artikel stellt Spannungsprüfer (AVTs) vor und erklärt, wie sie eingesetzt werden können, um den Prozess zur Sicherstellung der Spannungsfreiheit innerhalb des Gehäuses zu automatisieren. Er untersucht die Vorteile von AVTs für Hochspannungs-Schaltschränke in der Industrieelektronik und zeigt, wie sie für die Sicherheit der Bediener sorgen und gleichzeitig Zeit bei der Durchführung von Wartungsarbeiten sparen. Anschließend werden drei AVTs der Panduit Corporation vorgestellt, die den Testprozess automatisieren.

Schutz des Bedienpersonals vor elektrischen Gefährdungen

Einrichtungen der Industrieautomation müssen alle für die Arbeitsplatzumgebung geltenden NFPA-Normen einhalten. Insbesondere der „Standard for Electrical Safety in the Workplace“ (Standard für elektrische Sicherheit am Arbeitsplatz) NFPA-70E erzwingt sichere Arbeitspraktiken, um Menschen vor größeren elektrischen Gefahren zu schützen. Er umfasst Verfahren am Arbeitsplatz zum Schutz vor Verletzungen, die durch stromführende Leitungen verursacht werden, einschließlich elektrischer Schläge, Lichtbögen und Lichtbogenexplosionen.

Bei der Durchführung von Wartungsarbeiten an elektrischen Schaltschränken muss ein Techniker zunächst gemäß NFPA-70E sicher überprüfen, dass im Inneren des Schaltschranks keine Spannung vorhanden ist. Typischerweise ist diese Prüfung auf Spannungsfreiheit ein manuelles Verfahren (Abbildung 1). Vor dem Öffnen des Gehäuses muss der Techniker oder Wartungstechniker persönliche Schutzausrüstung anlegen, einschließlich Ganzkörperisolierung mit Gesichtsschutz, Helm und Handschuhen.

Bild der Wartung im Inneren eines SchaltschranksAbbildung 1: Vor der Durchführung von Wartungsarbeiten im Inneren eines Schaltschranks, hier bei geöffneter Tür, muss die Elektronik sicher geprüft werden, um die Spannungsfreiheit sicherzustellen. (Bildquelle: Panduit Corporation)

Einige Schaltschränke können Hunderte von Volt führen, und der Techniker muss entsprechend geschützt werden, falls die Spannungen noch vorhanden sind. So kann z. B. ein Netzschalter defekt sein und in der Position „EIN“ feststecken, oder durch eine falsche Konfiguration wurde eine externe Stromversorgung eingespeist, die nicht ordnungsgemäß abgeschaltet wurde.

Als nächstes muss der Ingenieur oder Techniker die gesamte Stromversorgung der Schaltschrankelektronik mit einem oder mehreren externen Schaltern abschalten. Zum Prüfen der internen Spannungen wird ein handgehaltenes Spannungsmessgerät wie z. B. eine Sonde oder ein Voltmeter verwendet, das vor der Verwendung getestet werden muss, um die korrekte Funktion zu überprüfen. Dazu gehört, dass Sie überprüfen, ob das Display des Geräts eingeschaltet ist und dass keine Anzeigen für schwache Batterien vorhanden sind.

Wenn der Techniker ordnungsgemäß geschützt und die Spannungssonde einsatzbereit ist, kann er den Schaltschrank öffnen, wie in Abbildung 1 dargestellt. Ingenieure oder Techniker überprüfen mit dem Spannungsmessgerät, dass an den Leistungsprüfpunkten und Steckverbindern im Inneren des Gehäuses keine Spannungen anliegen und dass alle Kondensatoren sicher entladen sind. Dazu müssen sie die beiden Spannungssonden sorgfältig platzieren, eine an der zu prüfenden Spannungsstelle und die andere an der zugehörigen Masseklemme. Dies muss geschehen, ohne die vorhandenen elektrischen Komponenten im Gehäuse zu stören oder Drähte zu verlagern. Eine falsche Platzierung der Messfühler kann dazu führen, dass keine Spannung angezeigt wird, oder in einigen Fällen interne Komponenten beschädigt werden. Alle elektrischen Lüfter im Inneren des Gehäuses werden visuell überprüft, um festzustellen, dass keine Restladungen mehr vorhanden sind.

Zum Schluss muss noch einmal geprüft werden, ob das Spannungsmessgerät richtig funktioniert, um sicherzustellen, dass die Spannungsmesswerte korrekt waren und es sich nicht um eine Gerätefehlfunktion handelt. Erst dann kann die erforderliche Wartung im Inneren des Schaltschranks durchgeführt werden.

Dies ist ein komplexer und zeitaufwändiger Prozess, der aufgrund vieler Faktoren, wie z. B. Ablenkung, Müdigkeit oder Störungen von außen, anfällig für Bedienerfehler ist. Er kann die Wartung verzögern und im Falle einer Störung den Techniker gefährlichen Spannungen aussetzen oder sogar einen ungeschützten Techniker, der am Schaltschrank vorbeigeht, gefährlichen Spannungen aussetzen.

Automatisierte Spannungsprüfer

Die Lösung für diesen manuellen Prozess ist ein automatisiertes System, das vor dem Öffnen der Tür auf Spannungsfreiheit im Inneren des Schaltschranks prüfen kann. Eine Lösung ist das Spannungssprüfgerät VeriSafe der Panduit Corporation. Die AVTs von Panduit automatisieren den gesamten Prozess der Prüfung auf Spannungsfreiheit im Inneren eines Schaltschranks, einschließlich eines Selbsttests des AVTs vor und nach der Spannungsprüfung.

Der AVT verwendet ein im Schaltschrank montiertes Isolationsmodul, das redundante Sensorleitungen mit Hochspannungsbereichen sowie Neutral- und Erdleitungen verbindet. Das Trennmodul ist fest mit einem batteriebetriebenen Anzeigemodul verbunden, das in einem Ausbruch in der Schaltschranktür montiert ist. Wenn die Prüftaste gedrückt wird, führt das AVT zunächst einen Selbsttest seines Systems durch. Wenn der AVT-Selbsttest fehlschlägt, wird der Fehler durch rote LEDs auf der Taste angezeigt und der Test wird beendet. Bei bestandenem Selbsttest prüft das Isolationsmodul anschließend auf vorhandene Spannungen sowie auf Erdschlüsse.

Danach führt das AVT einen letzten Selbsttest durch. Erfolg oder Fehler werden durch LEDs an der Prüftaste angezeigt. Erst nach erfolgreicher Prüfung und Feststellung der Spannungsfreiheit darf der Techniker die Schaltschranktür öffnen. Das spart Zeit und sorgt für die Sicherheit von Ingenieuren, Technikern und Bedienern bei gleichzeitiger Erhöhung der Betriebszeit und Verbesserung der Produktivität.

Ein für industrielle Schaltschränke konzipiertes Prüfgerät ist das VeriSafe-AVT VS-AVT-C08-L10 von Panduit (Abbildung 2). Das Trennmodul kann auf einer Hutschiene oder mit Schrauben direkt am Gehäuse befestigt werden. Dies ermöglicht Flexibilität bei der Installation in bestehenden Systemen. Er verfügt über drei Paare von 3 Meter langen Sensorleitungen zum Anschluss an Spannungsklemmen und ist sicher für Systeme bis zu 600 Volt, AC oder DC.

Bild des automatisierten AVTs VS-AVT-C08-L10 von PanduitAbbildung 2: Das VS-AVT-C08-L10 von Panduit ist ein automatisches AVT mit 3 Meter langen Sensorleitungen und einem 2,4 Meter langen Systemkabel. Es kann an AC- oder DC-Spannungssystemen verwendet werden. (Bildquelle: Panduit Corporation)

Es verfügt über ein 2,4 Meter langes Systemkabel, das die Isolationsbox sicher mit dem Anzeigemodul verbindet. Das leuchtend gelbe Anzeigemodul (in Abbildung 3 hervorgehoben) verfügt über einen kleinen Taster oberhalb des Panduit-Logos. Dieser wird gedrückt, um den Test zu starten. Wenn sowohl der Selbsttest als auch der Spannungstest erfolgreich abgeschlossen sind, leuchten die LEDs für L1, L2 und L3 auf dem Anzeigemodul durchgehend grün. Wenn gefährliche Spannungen erkannt werden, leuchtet einer oder mehrere der Spannungsanwesenheitsdetektoren rot auf. Dies stellt eine sichere und zuverlässige Prüfmethode dar, die sicherstellt, dass sich keine gefährlichen Spannungen im Inneren des Schaltschranks befinden, bevor die Schaltschranktür geöffnet wird.

Abbildung des Anzeigemoduls für die AVT-Systeme von PanduitAbbildung 3: Das Anzeigemodul für die AVT-Systeme von Panduit verfügt über einen Taster, der den Test startet. Die Ergebnisse des Selbsttests und der Spannungsprüfung werden durch verschiedene grüne, gelbe und rote LEDs im Anzeigemodul angezeigt. (Bildquelle: Panduit Corporation)

Das externe Anzeigemodul hat einen Durchmesser von 48,6 Millimetern (mm) und hebt sich durch seine leuchtend gelbe Farbe deutlich von einer Schranktür ab. Der Einbaudurchmesser beträgt 30 mm, so dass er problemlos in eine standardmäßige 30mm-Aussparung an Schaltschranktüren montiert werden kann.

Die Stromversorgung des AVT erfolgt über eine industrielle 3,6-Volt-Lithiumbatterie, die im Anzeigemodul montiert ist. Die Batterie kann durch Abschrauben des Anzeigemoduls ausgetauscht werden. Dies bietet zusätzliche Sicherheit, da die Schaltschranktür sicher geschlossen bleiben kann, während die Batterie ausgetauscht wird.

Für zusätzliche Zuverlässigkeit gibt es zwei Sensorleitungen für jeden der drei Spannungskontakte, was eine Redundanz für den Fall bietet, dass eine Leitung versehentlich abgeklemmt wird. Die drei Paar 3 Meter langen Sensorleitungen des VS-AVT-C08-L10 sind für den Anschluss an die Heiß-, Neutral- und Erdleiter in einem Wechselspannungssystem vorgesehen. In einem Gleichspannungssystem würden diese Doppelleitungen an die Spannungs-Plus-, Spannungs-Minus- und Erdungsleitungen angeschlossen werden. Zusätzlich gibt es ein viertes Paar Sensorleitungen für den Anschluss an die physikalische Erdung. Wenn das Prüfgerät nicht in Betrieb ist, sind alle Sensorleitungen hochohmig geöffnet, um den Betrieb der Schaltschrankelektronik nicht zu stören.

Für jedes Paar redundanter Leitungen ist es wichtig, dass jedes Paar nicht mechanisch mit der gleichen Kontaktstelle verbunden wird, da sonst die Sicherheit und Redundanz der doppelten Leitungen nicht gewährleistet ist. Jedes Adernpaar muss in einiger Entfernung voneinander an das gleiche Kabel angeschlossen werden, um Redundanz zu gewährleisten und den Ausfall eines einzelnen Kontaktpunkts zu verhindern.

Das Prüfgerät von Panduit erhöht die Sicherheit des Bedieners und kann die Notwendigkeit des Tragens einer persönlichen Schutzausrüstung beim Öffnen des Gehäuses reduzieren. Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass die Notwendigkeit, eine solche Schutzausrüstung zu tragen, auch aus Gründen bestehen kann, die über die spezifizierten Fähigkeiten des Prüfgeräts hinausgehen und Faktoren wie nahe gelegene Geräte, andere Aktivitäten in der Umgebung und die Ausbildung des Bedieners einschließen können. Aus diesem Grund obliegt es den Sicherheitsverantwortlichen einer Einrichtung zu entscheiden, ob der Einsatz des Prüfgeräts von Panduit den Bedarf an persönlicher Schutzausrüstung bei der Wartung von Schaltschränken reduziert.

Anzeige der Spannungsfreiheit bei Vorhandensein von brennbaren Gasen

Wenn sich der Schaltschrank in einer industriellen Umgebung befindet, in der brennbare Gase vorhanden sein können, bietet Panduit das Prüfgerät VS-AVT2-C02L03 für explosionsgefährdete Bereiche an (Abbildung 4). Es entspricht in Bedienung und Aussehen dem VS-AVT-C08-L10, ist aber für den Betrieb in explosionsgefährdeten Bereichen der OSHA-Klasse I Abschnitt 2 vorgesehen, in denen brennbare Flüssigkeiten verwendet und eingeschlossen werden, aber noch brennbare Gase in der Atmosphäre vorhanden sein können.

Bild des Prüfgeräts VS-AVT2-CO2L03 von PanduitAbbildung 4: Das VS-AVT2-CO2L03 ähnelt optisch und betrieblich dem VS-AVT-CO8-L10, ist jedoch für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen der OSHA-Klasse 1 Abschnitt 2 ausgelegt. (Bildquelle: Panduit Corp.)

Das VS-AVT2-C02L03 hat 0,9 Meter lange Sensorleitungen und ein 0,6 Meter langes Systemkabel und bietet eine sichere Anzeige der Spannungsfreiheit, so dass hohe Spannungen beim Öffnen der Schaltschranktür nicht brennbaren Gasen ausgesetzt werden.

Nachrüsten bestehender Systeme

Für bestehende Schaltschränke, die nicht über eingebaute Sensorpunkte verfügen, oder für Schaltschränke, die nicht für einen längeren Zeitraum außer Betrieb genommen werden können, um Sensorkontaktpunkte zu installieren, bietet Panduit das nachrüstbare Prüfgerät VS-AVT-RKP1 an. Es verfügt über dieselben Komponenten wie das VS-AVT-C08-L10 von Panduit, einschließlich 3 Meter langer Sensorleitungen und eines 2,4 Meter langen Systemkabels, enthält jedoch zusätzlich einen VeriSafe-Steckverbindersatz (Abbildung 5).

Bild des nachrüstbaren Prüfgeräts VS-AVT-RKP1 von PanduitAbbildung 5: Das nachrüstbare Prüfgerät VS-AVT-RKP1 wird mit einem Durchstoßverbindersatz für Gehäuse geliefert, die für die Installation von Sensorkontakten nicht vom Netz genommen werden können. (Bildquelle: Panduit Corp.)

Es bietet eine platzsparende Möglichkeit, ein Gehäuse für ein Spannungsprüfgerät nachzurüsten, ohne die Integrität der vorhandenen Leiter zu beeinträchtigen. Er eignet sich zum schnellen Abgreifen von Leitern mit einer Stärke von 14 bis 6 (AWG) ohne Schneiden oder Abisolieren. Das spart Zeit und ermöglicht eine schnelle und sichere Installation des Panduit-Prüfgeräts - ohne lange Ausfallzeiten. Im Lieferumfang sind außerdem zwölf Kabelbinder und sechs Kabelbinderhalterungen enthalten, um die Sensorleitungen sicher von vorhandener Elektronik fernzuhalten.

Fazit

Der Schutz von Ingenieuren, Technikern und Bedienern vor gefährlichen Spannungen hat in Industrieanlagen höchste Priorität. Elektrische Schaltschränke können Hunderte von Volt führen und müssen daher vor dem Öffnen des Gehäuses für Wartungsarbeiten auf Spannungsfreiheit überprüft werden. Spannungsprüfgeräte (AVTs) bieten eine sichere, einfache und effektive Möglichkeit, die Prüfung auf Spannungsfreiheit im Inneren des Gehäuses vor dem Öffnen der Tür zu automatisieren. Dies gewährleistet Sicherheit bei gleichzeitiger Zeitersparnis und verbesserter Produktivität.

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Über den Autor

Bill Giovino

Bill Giovino ist Elektronikingenieur mit einem BSEE von der Syracuse University und einer der wenigen, die erfolgreich vom Entwicklungsingenieur über den Anwendungsingenieur zum Technologiemarketing wechselten.

Seit über 25 Jahren wirbt Bill für neue Technologien vor technischem und nicht-technischem Publikum für viele Unternehmen, darunter STMicroelectronics, Intel und Maxim Integrated. Während seiner Zeit bei STMicroelectronics trug Bill dazu bei, die frühen Erfolge des Unternehmens in der Mikrocontroller-Industrie voranzutreiben. Bei Infineon inszenierte Bill die ersten Erfolge des Unternehmens im Bereich Mikrocontroller-Design in den USA. Als Marketingberater für sein Unternehmen CPU Technologies hat Bill vielen Unternehmen geholfen, unterbewertete Produkte in Erfolgsgeschichten zu verwandeln.

Bill war zudem ein früher Anwender des Internets der Dinge, einschließlich der Implementierung des ersten vollständigen TCP/IP-Stacks auf einem Mikrocontroller. Die Botschaft von „Verkauf durch Aufklärung“ und die zunehmende Bedeutung einer klaren, gut geschriebenen Kommunikation bei der Vermarktung von Produkten im Internet sind Bills Anliegen. Er ist Moderator der beliebten „Semiconductor Sales & Marketing Group“ auf LinkedIn und spricht fließend B2E.

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