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Dr. Thomas Lehmann | |
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Letzte Aktualisierung: 20.9.2002 |
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Betriebssicherheit von Elektrogeräten im chemischen Labor
Inhalt:
Auch das noch!Haben wir nicht schon genug zu tun mit Umsetzungen der Gefahrstoffverordnung und anderer Vorschriften? Verbringen wir nicht schon reichlich Zeit damit, Stoffe in Katasterlisten einzutragen oder uns mit Selbstzweifeln zu quälen, ob der Stoff XY wegen seines Gefährdungspotentials überhaupt noch eingesetzt werden kann? Warum dann jetzt auch noch diese Diskussion über die Elektrogeräte? Seitdem sich einer meiner Praktikanten einmal über das Kribbeln beklagt hat, daß er beim Einschalten seines Magnetrührers verspürte, unterziehe ich die Elektrogeräte des organisch-chemischen Grund- und Fortgeschrittenen- Praktikums einer regelmäßigen Kontrolle. Bei der Überprüfung im August 1996 habe ich die Mängel statistisch ausgewertet: Insgesamt wurden 143 Mängel an 348 überprüften Geräten festgestellt! Da einige Geräte gleich mehrere Mängel hatten, war also etwa jedes dritte Gerät nicht in Ordnung. Sie sind schockiert? Ich nicht, denn ich betrachte dieses Ergebnis schon als einen deutlichen Fortschritt gegenüber früheren Überprüfungen, bei denen die Fehlerquote etwa 90 Prozent betrug. Wie Sie solche Mängel feststellen und vermeiden können, lesen Sie in den folgenden Kapiteln. Warum gibt es im Labor so viele defekte Elektrogeräte?
Wie können Mängel an Elektrogeräten festgestellt werden?So manches erkennt man schon bei einer bloßen Sichtkontrolle. Häufige Mängel:
Ob der Strom "ordentlich" seinen Weg durch das Gerät nimmt oder nicht, kann man natürlich nur durch Messungen feststellen. Zu prüfen ist dabei, ob das Gerät überhaupt einen Stromdurchgang hat (der natürlich kein Kurzschluß sein darf!) und ob der Schutzleiter am Stecker einerseits eine widerstandsfreie elektrische Verbindung zum Gerätegehäuse hat, andererseits aber keinerlei leitende Verbindung zum Stromkreis hat. Für die tolerablen Widerstände oder Fehlerströme gibt es in der DIN VDE 0702-1 festgelegte Grenzwerte. Entsprechende Messungen sind normalerweise Sache des Fachmanns, für den zu diesem Zweck entsprechende Meßgeräte auf dem Markt erhältlich sind. Gefährdungen durch defekte Elektrogeräte sind auch den Unfallversicherern bekannt und so ist es kein Wunder, daß diese in der Unfallverhütungsvorschrift "Elektrische Anlagen und Betriebsmittel" (VBG4) hierzu entsprechende Prüfzyklen vorgeschrieben haben. Nach Paragraph 5 dieser Vorschrift sind Prüffristen so zu bemessen, daß entstehende Mängel rechtzeitig erkannt werden können. Bei einer starken Beanspruchung, von der man im Labor ausgehen muß, bedeutet das eine Überprüfung in halbjährlichen (!) Abständen. Was aber, wenn kein Elektriker bereit ist, bis an sein Lebensende nichts anderes mehr zu tun als die leicht in die Tausende gehenden Elektrogeräte eines Instituts einer regelmäßigen halbjährlichen Prüfung zu unterziehen? Wer selbst seine Elektrogeräte überprüfen will, kann dazu ein sogenanntes Laienprüfgerät verwenden. Es unterscheidet sich von den normalen Messgeräten daurch, dass nicht nur Messwerte angezeigt werden, sondern direkt eine Bewertung der Prüfung als "bestanden" oder "Fehler" ausgegeben wird. Für die Mitglieder des Institutsgebäudes ist ein solches Prüfgerät in der Elektrowerkstatt erhältlich. Andere Angehörige der FUB können sich an die Dienststelle Arbeitssicherheit wenden. Das damals für die hier statistisch ausgewertete Prüfung verwendete Gerät "Sekutest 0105" der Firma Gossen zeigt Abb. 1.
Dieses Gerät verfügte über 2 Lampen: "Grün" bedeutete "In Ordnung" und "rot" "Fehler" Mit einem Drehknopf wurden nacheinander die verschiedenen Prüfungen durchgeführt. Inzwischen sind - auch von der gleichen Firma - längst fortentwickelte Geräte auf dem Markt, die natürlich aktuelle Prüfnormen berücksichtigen und auch Spezialfälle, wie z.B. lange Anschlussleitungen berücksichtigen können. Mit einem solchen Gerät kann also auch jemand, der keine Qualifikation als Elektriker hat, entsprechende Kontrollmessungen vornehmen oder anders ausgedrückt: Eine Abteilung, der die Sicherheit ihrer Elektrogeräte den Vorschriften entsprechend wichtig ist, kann die geforderten Messungen notfalls auch selbst vornehmen. Ein bißchen Sachverstand sollte man dazu aber auch als Laie mitbringen. So gibt es bekanntlich schutzisolierte Geräte, die über keinen Schutzleiter verfügen und deshalb meist mit einem sog. Eurostecker ausgerüstet sind. Man erkennt solche Geräte am Doppelquadrat auf dem Typenschild oder auf dem Gehäuse und muß wissen, dass die Prüfung in diesem Fall gemäß Schutzklasse II durchgeführt werden muss oder dass es bei dem damals verwendeten Gerät dann kein Fehler war, wenn bei der Schutzleiterprüfung das Gerät diesen nicht fand und folglich die rote Warnlampe aufleuchten ließ. Ferner "ziehen" Elektromotore im Stillstand, den elementaren Grundlagen der Elektrizitätslehre folgend, auch sehr viel Strom und können dem Meßgerät dabei manchmal einen nicht vorhandenen Kurzschluß vortäuschen. Nach einer kurzen Zeit der Einarbeitung lernt man aber schnell, das Meßergebnis richtig zu bewerten. Den Meßaufbau bei der Prüfung eines Magnetrührers zeigt Abb. 2. Er ist auch für alle neuen Prüfgeräte im Prinzip gleich.
Das Prüfgerät verfügt an der Seite über verschiedene Steckdosen, in die der Stecker des Prüflings eingesteckt wird. Zur Überprüfung des Schutzleiters ist zusätzlich eine Klemme an einer gut leitenden Stelle des Gehäuses (Sonst gibt es einen Fehlalarm bei der Schutzleiterprüfung!) zu befestigen. Die Auswahl der einzelnen Prüfungen erfolgt mit dem Drehknopf (Abb.1). Die eigentliche Prüfung dauert nur ein paar Sekunden. Bei bestandenem Test wird das Gerät mit einer Art "TÜV"-Marke versehen, die das Datum der Prüfung ausweist. Was sind die häufigsten Mängelursachen? Eine StatistikVorbemerkungen:Nachdem ich nach den ersten Überprüfungen mit dem genannten Meßgerät die hauseigene Elektrowerkstatt in der Folge mit ganzen Wagenladungen an Elektrogeräten überschüttet habe, hat sich schnell herausgestellt, daß die Ursachen häufig banal und auch vom Laien schnell zu beheben sind. Dennoch empfand ich die Fehlerquote von 90 % keineswegs als beruhigend und habe in der folgenden Zeit verstärkt darauf geachtet, stark verschlissene Geräte auszusondern. So ist es mir inzwischen gelungen, die Praktikanten erschöpfend mit Magnetrührern auszustatten, so daß z.B. die Heizpilze, die nicht nur wegen der im konkreten Fall teilweise völlig altertümlichen Steckverbindungen gehäuft Mängel aufwiesen, völlig ausgesondert werden konnten. Vor allem dem modernisierten Gerätepark schreibe ich es zu, daß bei der Kontrolle im August 1996 nur noch ein Drittel der Geräte Mängel aufwies. Im Folgenden beschreibe ich die einzelnen Mängelarten und nenne die Häufigkeit, mit der diese Mängel bei der Kontrolle im August 1996 auftraten. Als "Fall" zählt bei der statistischen Auswertung immer ein funktionsfähiges Gerät, also z.B. bei einem Magnetrührer mit ansteckbarem Kabel die Einheit Rührer+Kabel, obwohl beide Teile getrennt geprüft werden müssen. Korrodierte Kontaktflächen am SteckerHäufigkeit: 65 Fälle (= 18 %)Fast jedes fünfte Gerät hatte so stark korrodierte Steckerkontakte, daß dies zu unzulässig hohen elektrischen Widerständen an diesen Flächen führte. Obwohl dem Schutzleiter an einem Schukostecker gleich 2 Kontaktflächen zur Verfügung stehen, war ein mangelhafter Schutzleiterkontakt der mit Abstand häufigste Fehler (59 Fälle = 17 %). Im normalen Betrieb macht sich der Fehler nicht bemerkbar. Fatal wird es erst, wenn durch einen weiteren Defekt das Gehäuse des Gerätes unter Spannung gerät. In diesem Fall muß der Schutzleiter die Spannung zuverlässig abführen und dabei notfalls auch hohe Ströme bewältigen können. Dies geht aber nicht, wenn der Durchtritt durch die Kontaktflächen am Stecker behindert ist. In diesem Fall bleibt also die Spannung am Gehäuse zumindest teilweise erhalten. Sind die beiden "normalen" Steckerstifte korrodiert (dies war in 6 Fällen =2 % der Fall), kann dies sogar bereits bei einem regulären Betrieb fatale Folgen haben. Bekanntlich ist nach dem ohmschen Gesetz der Spannungsabfall an einem Widerstand proportional zum Stromfluß. Je stärker die Leistung des angeschlossenen Gerätes, umso mehr Spannung fällt also bereits am Stecker ab. Das Produkt aus diesem Spannungsabfall und dem Stromfluß entspricht der an diesem Ort umgesetzten Leistung, die hier als Wärme frei wird und also bei höherem Spannungsabfall ebenfalls ansteigt. Die Folge eines solchen Übergangswiderstandes war im Grundpraktikum einmal eine brennende Steckdose, wobei der Brand nicht einmal sofort bemerkt wurde, weil die normalerweise ja sehr unangenehm riechenden Brandgase hier durch die darüber befindliche Abzugkapelle angesaugt und abgeführt wurden. Nicht immer kann die Korrosion an den Kontaktflächen des Steckers zuverlässig durch Augenschein erkannt werden (Selbst metallisch blanke Kontaktflächen sind manchmal offenbar mit einer dünnen Oxidschicht überzogen, so daß eine fehlerfreie Stromleitung verhindert wird.) Im Allgemeinen ist die Korrosionsgefahr der Stecker im (Praktikums-) Labor aber besonders groß, weshalb die meisten beanstandeten Stecker schon deutlich sichtbare grüne (Kupfersalze) oder schwärzliche Krusten an den Kontaktflächen hatten. Vermutlich liegt das daran, daß die Stecker gelegentlich mit Chemikalien in Berührung kommen, und unentdeckte Spuren dann vermutlich wohl vor allem unter Stromfluß in den Steckdosen bruzzelnd ihr Vernichtungswerk entfalten. Abb.3 zeigt einige Stecker mit unterschiedlichen Zuständen der Kontaktflächen.
Fast immer lassen sich korrodierte Stecker leicht mit einer weichen Drahtbürste reinigen. (Vorteilhaft ist eine kleine handelsübliche Minibormaschine mit aufgesteckter Drahtbürste.) Nach einer solchen Behandlung hatten nur noch jeweils zwei Geräte (= 0,6 %) Probleme mit dem Schutzleiter oder dem Stromdurchgang und mußten in die Elektrowerkstatt gebracht werden. Sind die Kontaktflächen des Steckers nicht (mehr) silbrig sondern messingfarben, so hat die Reinigung meist nur einen kurzfristigen Erfolg, weil Messing dem korrosiven Verschleiß zu wenig Widerstand entgegensetzt. Hier ist es besser, den Stecker auswechseln zu lassen. Bleibt nachzutragen, daß unterschiedliche Steckertypen auch unterschiedlich anfällig sind. Insbesondere ältere Kaltgerätestecker (Stecker "A" in Abb. 3) sind manchmal kaum in einen sicherheitstechnisch einwandfreien Zustand zu bringen. Im übrigen sind natürlich auch Verlängerungskabel entsprechend zu überprüfen, wozu an der Kupplung irgendein Stromverbraucher als "Versuchskaninchen" angeschlossen werden muß, damit das Prüfgerät keinen falschen Alarm wegen vermeintlich fehlendem Stromdurchgang anzeigt. FunktionsmängelHäufigkeit: 33 Fälle (= 9 %)Den Abschluß der Prüfung bildet die Funktionskontrolle. Hierbei wird das Gerät eingeschaltet und nachgesehen, ob es "normal" funktioniert. Nicht alle Funktionsmängel sind sicherheitsrelevant. So verursacht eine durchgebrannte Betrachtungslampe nur Verdruß. Ein versagendes Kontrollämpchen, das den Betriebszustand eines Gerätes anzeigt, ist dagegen für die Sicherheit häufig nützlich. Ein Magnetrührer, dessen Heizung sich nicht bei der vorgewählten Temperatur abschaltet, ist schlicht gefährlich. In den genannten 33 Fällen sind alle drei Kategorien vorgekommen, zum Glück aber fast nur die harmlosen. Sichtbare MängelHäufigkeit: 28 Fälle (= 8 %)Die sichtbare Mängel sind schon weiter oben diskutiert worden. Auch die korrodierten Stecker sind meistens ein sichtbarer Mangel, der hier jedoch wegen seiner herausragenden Bedeutung statistisch gesondert behandelt wurde. Zur Feststellung dieser Mängel ist kein Prüfgerät notwendig. Das gilt auch für die Funktionsmängel. Dies bedeutet, daß bei der Überprüfung insgesamt ca. 80 % der gefundenen Mängel auch durch bloßen Augenschein hätten festgestellt werden können. Dies soll nicht etwa bedeuten, daß das Prüfgerät dann ja gar nicht mehr so wichtig ist, sondern vielmehr, daß es sich lohnt, auch beim täglichen Betrieb die Augen offen zu halten! IsolationsproblemeHäufigkeit: 13 Fälle (= 4 %)Unter einem Isolationsfehler versteht man eine elektrisch leitende Verbindung zwischen Schutzleiter und den regulär spannungsführenden Teilen. Dies bedeutet, daß dann auch das Gehäuse elektrischen Kontakt mit spannungsführenden Teilen hat. Nicht immer ist dies ganz so dramatisch, wie dies auf den ersten Blick klingt, denn es kann sich auch um einen sehr hochohmigen Kontakt handeln, wobei der Stromfluß durch den Schutzleiter - wenn er denn funktioniert (s.o.) - zuverlässig abgeführt wird. Es kann also durchaus sein, daß man solch ein Gerät noch anfassen kann, ohne irgendeine Wirkung zu verspüren. Dennoch gehört dieser Mangel zu den gefährlichsten, denn das Wohl und Wehe des Nutzers hängt an zwei seidenen Fäden:
Fast immer haben Isolationsprobleme im Labor ihre Ursache in Kontaminationen mit Chemikalien. Vor allem Heizpilze sind wegen der nicht flüssigkeitsdichten Bauweise naturgemäß hochgradig gefährdet. Es muß dabei keineswegs so sein, daß irgendetwas in die Geräte verschüttet wurde. Offenbar reicht es auch, wenn Dämpfe zum Beispiel in dem Isolationsmaterial eines Trockenschrankes kondensieren. Da die genannten Geräte zum Heizen verwendet werden, verdampfen die Chemikalien in der Regel beim Betrieb wieder und der Mangel kann dadurch von selbst wieder verschwinden. Ich bin fest davon überzeugt, daß beim täglichen Betrieb im Labor etliche Geräte gelegentlich Isolationsfehler bekommen, die völlig unbemerkt bleiben und nach einem stärkeren Aufheizen des Gerätes auch wieder von selbst heilen. Was kann man selbst zu Behebung von Isolationsfehlern tun?
2 Geräte (= 0,6 %) hatten auch nach den genannten Behandlungen persistierende Isolationsprobleme und mußten in die Elektrowerkstatt gebracht werden.
KurzschlußHäufigkeit: 0 Fälle (= 0 %)Es ist unwahrscheinlich, bei einer Überprüfung von Elektrogeräten, die tagtäglich im Labor verwendet werden, ein Gerät mit einem Kurzschluß zu entdecken, da dieser Defekt bei der Inbetriebnahme des Gerätes sofort dadurch auffällt, daß die Sicherung ausgelöst wird. Daß auch hier kein Kurzschluß entdeckt wurde, überrascht also nicht. Aber auch im normalen Laboralltag sind Kurzschlüsse sehr selten und am ehesten noch die Folge eines massiven Verschüttens von Chemikalien oder Heizbädern. Zeitbedarf für die ÜberprüfungFür die Prüfung von 348 Elektrogeräten habe ich insgesamt 25 Arbeitsstunden benötigt. Pro Gerät waren also etwa 4 Minuten Prüfzeit notwendig. Der Prüfzyklus selbst dauert nur ein paar Sekunden. Der Rest der Zeit wurde für die Bereitstellung der Geräte, den Transfer defekter Geräte von und zur Elektrowerkstatt, das Anbringen der Plakette und vor allem für die genannten Selbsthilfemaßnahmen benötigt. Der genannte Arbeitsaufwand ist nicht gerade riesig, will aber doch neben dem normalen Tagesgeschäft erledigt sein. Da ich normalerweise praktikumsleitende Aufgaben wahrnehme, die durch derzeitige Mittel- und Stellenkürzungen auch immer reichhaltiger werden, sehe ich mich außerstande, die halbjährlichen Prüfzyklen einzuhalten. Aber immerhin: Alle 2 Jahre steht dies fest in meinem Terminkalender. Dankbar nehmen übrigens die Praktikanten zur Kenntnis, daß nach so einer Durchsicht alle Geräte wieder in einem "Top"-Zustand sind, weil auch Mängel ohne Sicherheitsrelevanz, z.B. der fehlende oder lose Drehknopf eines Magnetrührers, gleich mit behoben worden sind. Was kann man vorbeugend tun?Generelle Maßnahmen:
Wenn Sie Praktikumsleiter sind:
Wenn Sie Praktikant sind:
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