Hochvolt-Fahrzeuge (Elektromobile) - Ausführungen
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Hochvolt-Fahrzeuge (Elektromobile) - Ausführungen
Hochvolt-Fahrzeuge - Definition
Gefahren des elektrischen Stroms
Körperreaktionen im Zeit-Stromdiagramm AC
Arbeiten in der Nähe von HV-Komponenten
Arbeiten am HV-System oder HV-Komponenten in spannungsfreiem Zustand
Hochvolt-Fahrzeuge - Definition
Damit Hochvolt-Fahrzeuge mit einer vom Fahrzeughalter akzeptierten Leistung angetrieben werden können, ist es erforderlich, dass die Elektromotoren mit sehr hohen Spannungen betrieben werden.
Bei Systemen und Bauteilen, die in Kraftfahrzeugen oberhalb 25V AC bzw. 60V DC betrieben werden, spricht man von Hochvolt (HV)-Systemen bzw. HV-Fahrzeugen.
Spannungen von
U > 30V Wechselspannung (AC) bzw.
U > 60V Gleichspannung (DC)
können auf den menschlichen Körper gefährliche Auswirkungen haben.
Bei den aktuellen HV-Fahrzeugen liegen die Spannungen des HV-Systems zwischen U = 100V DC und U = 300V DC. Prototyen mit U > 600V DC sind in der Erprobung.
Obwohl der Umgang mit elektrischem Strom für Kfz-Mechatroniker, aber auch für Kfz-Mechaniker und Kfz-Elektriker kein neues Thema ist, muss sich jeder Mitarbeiter, der an HV-Fahrzeugen oder sogar am HV-System selbst arbeitet, bewusst sein, dass der Kontakt mit spannungsführenden HV-Komponenten gesundheits- oder lebensgefährdende Folgen haben kann.
Körperdurchströmung
Wenn der menschliche Körper als Widerstand in den Stromkreis "geschaltet" wird, durchfließt der Strom den Körper auf kürzestem Weg. Sollte die Verbindung mit dem Stromkreis, z.B. über beide Hände, hergestellt werden, durchfließt der Strom die lebenswichtigen Organe Herz und Lunge. Hier kann es zu Herzkammerflimmern und inneren Verbrennungen kommen.
Wenn der Stromkreis geschlossen ist, fließt ein Strom. Die Stromstärke (I) in Ampere [A] ist von der Spannung (U) in Volt [V] und von der Größe des Widerstands (R) in Ohm [?] abhängig. Bei konstanter Spannung (U) ist die Stromstärke (I) alleine von der Größe des Widerstands (R) abhängig. Wenn der Widerstand gegen Null geht, geht die Stromstärke gegen Unendlich (Kurzschluss).
Widerstand des menschlichen Körpers
Der Widerstand des menschlichen Körpers ist maßgeblich davon abhängig, auf welchem Weg der Strom den Körper durchfließt.
Gefahren des elektrischen Stroms
Im menschlichen Körper werden sämtliche Bewegungen durch elektrische Steuermechanismen ausgelöst. Alle Muskelreaktionen - wie z.B. der Herzschlag - werden über elektrische Reize gesteuert. Diese elektrischen Reize pflanzen sich im Körper über Nervenbahnen - so ähnlich wie Ströme in elektrischen Schaltkreisen - fort.
Vorliegende elektrische Gefährdungen können beim Menschen zu Unfällen führen. Es kann zu
a) elektrischer Körperdurchströmung,
b) Lichtbogeneinwirkung und
c) Sekundärunfällen
kommen.
Gleichstrom ist keinesfalls ungefährlich. Jedoch ist die physiologische Wirkung bei gleicher Stromstärke weniger stark auf den Menschen als die von Wechselstrom. Es können folgende Wirkungen auftreten:
- Muskelverkrampfung
- Muskelkontraktion
- Nervenerschütterung
- Blutdrucksteigerung
- Herzkammerflimmern (unkoordinierte Reaktion der Herzmuskeln, durch welche die Funktion des Herzen erheblich beeinflusst werden kann. D.h. es wird nicht mehr genügend oder gar kein Blut durch den Körper gepumpt)
- Herzstillstand
- Strommarken (Verbrennungen) an der Stromein- und -austrittsstelle
- Flüssigkeitsverluste, Verkochungen
- Innere Verbrennungen
Der Schaden, den der elektrische Strom im menschlichen Körper verursacht, ist abhängig von
- der Stromstärke und
- der Zeit, für die der Strom den Körper durchfließt.
Körperreaktionen im Zeit-Stromdiagramm AC
- Nicht spürbar.
-
Spürbar bis Muskelverkrampfung.
-
Muskelverkrampfung, Atemschwierigkeiten.
-
Herzkammerflimmern, Atemstillstand, Herzstillstand
(Quelle: Seminar ETG VMBG nach IEC- Report 479-1)
Körperreaktionen im Zeit-Stromdiagramm DC
- Üblicherweise keine Reaktion.
- Üblicherweise keine schädlichen physiologischen Effekte.
- Kein organischer Schaden zu erwarten, es können reversible Störungen der Impulse im Herz auftreten.
- Zusätzlich schwere Verbrennungen, Wahrscheinlichkeit von Herzflimmern.
(Quelle: Seminar ETC VMBG nach IEC-Report 479-1)
Beispiel für die Körperreaktionen im Zeit-Stromdiagramm DC
Wird der menschliche Körper mit einer Stromstärke I = 200mA von Hand zu Hand durchflossen (Stromstärke I bei einer Spannung U = 200V DC), ist davon auszugehen, dass sofort reversible Störungen der Impulse im Herz auftreten. Nach 0,3 Sekunden (dreizehntel Sekunden) kommt es zusätzlich zu schweren inneren und äußeren Verbrennungen/Verkochungen und mit hoher Wahrscheinlichkeit zu Herzflimmern.
- Üblicherweise keine Reaktion.
- Üblicherweise keine schädlichen physiologischen Effekte.
- Kein organischer Schaden zu erwarten, es können reversible Störungen der Impulse im Herz auftreten.
- Zusätzlich schwere Verbrennungen, Wahrscheinlichkeit von Herzflimmern.
Arbeiten in der Nähe von HV-Komponenten
Für nichtelektrotechnische Arbeiten (z.B. mechanische Tätigkeiten wie Ölwechsel) bei denen Mitarbeiter in der Nähe von HV-Komponenten arbeiten müssen und sie somit im Fehlerfall einer elektrischen Gefährdung ausgesetzt sein könnten, müssen folgende Sachverhalte unterwiesen werden:
- die neuen im Fahrzeug befindlichen Gefahrenquellen,
- die Schutzmaßnahmen und
- Verhaltensmaßnahmen
Diese Arbeiten dürfen nur durch "Elektrotechnisch unterwiesene Personen" durchgeführt werden. Elektrotechnisch unterwiesene Personen führen eigenverantwortlich keine Arbeiten am HV-System oder Komponenten des HV-Systems aus.
Der Umfang der Unterweisung orientiert sich an der Art der durchzuführenden Arbeiten und dem dabei zu erwarteten Gefährdungspotenzial. Die Unterweisung muss dokumentiert werden, der zeitliche Umfang für die Unterweisung muss je nach Art und Umfang der Arbeiten 45 Minuten bis 90 Minuten betragen.
Arbeiten am HV-System oder HV-Komponenten in spannungsfreiem Zustand
An unter Spannung stehenden aktiven Teilen elektrischer Anlagen und Betriebsmitteln darf im Regelfall nicht gearbeitet werden. Vor Beginn der Arbeiten ist der spannungsfreie Zustand (Spannungsfreiheit) herzustellen und für die Dauer der Arbeiten sicherzustellen.
Das Herstellen der Spannungsfreiheit geschieht durch Einhaltung der 5 Sicherheitsregeln.
Die Einhaltung dieser fünf Regeln ist für sicheres Arbeiten an elektrischen Anlagen und Betriebsmitteln - wie HV-Fahrzeugen - lebenswichtig. Im Allgemeinen sind die fünf Sicherheitsregeln in der angegebenen Reihenfolge einzuhalten.
Die fünf Sicherheitsregeln gelten grundsätzlich für Starkstromanlagen unabhängig von der Spannungshöhe. Es bestehen für Anlagen mit Nennspannungen bis 1000 Volt einige Erleichterungen. So reicht es im Allgemeinen aus, wenn beim Arbeiten an "HV-eigensicheren Fahrzeugen" die Einhaltung der ersten drei der fünf Regeln sichergestellt ist.
Die fünf Sicherheitsregeln
HV-eigensicheres Fahrzeug - Definition
Ein Kraftfahrzeug bzw. System gilt als "HV-eigensicher", wenn folgende Bedingungen erfüllt sind:
HV-eigensicheres Fahrzeug bedeutet, dass durch technische Maßnahmen am Fahrzeug für den Mitarbeiter ein vollständiger Berührungs- und Lichtbogenschutz gegenüber dem HV-System gewährleistet ist.
Auch bei HV-eigensicheren Fahrzeugn darf die Spannungsfreiheit nur von "Fachkundigen für Arbeiten an HV-eigensicheren Fahrzeugen" hergestellt bzw. die fünf Sicherheitsregeln angewandt werden.
Abgestimmtes Schulungskonzept
Damit Mitarbeiter in Kfz-Werkstätten auch Wartungsarbeiten an HV-eigensicheren Systemen in Kraftfahrzeugen durchführen dürfen, benötigen sie die Zusatzausbildung zum "Fachkundigen für Arbeiten an HV-eigensicheren Fahrzeugen". Unter "Wartungsarbeiten" versteht man in diesem Zusammenhang alle Instandhaltungs- und Instandsetzungsarbeiten, wie z.B. das Spannungsfreischalten des HV-Systems, den Austausch einzelner HV-Komponenten oder Arbeiten an spannungsfreien HV-Bauteilen.
TEXT, Auszug HV Handbuch 2009 Bereits im Jahr 2008 wurde vom ZDK und der TAK, in Abstimmung mit den Berufsgenossenschaften und Vertretern des VDA und VDIK, ein Konzept für eine Schulung erstellt, das Werkstattmitarbeiter dazu qualifiziert, an Fahrzeugen mit HV-Systemen zu arbeiten. Bestandteil dieses Konzeptes ist auch das inhaltlich abgestimmte Schulungshandbuch, das von der TAK erarbeitet wurde.
Fachkundiger für Arbeiten an HV-eigensicheren Fahrzeugen
Schulungen nach dem abgestimmten Konzept werden seit Anfang 2009 von der TAK sowie einigen Herstellern und Importeuren von HV-Fahrzeugen oder HV-Systemen durchgeführt. Personen, die diese Schulung erfolgreich absolviert haben, wurden bisher als "Elektrofachkräfte für Arbeiten an HV-eigensicheren Fahrzeugen" bezeichnet. Da der Begriff "Elektrofachkraft" ursprünglich aus der Elektrotechnik stammt, wurden von Seiten des Elektrohandwerks und der Elektroindustrie Bedenken dagegen geäußert, da der Begriff "Elektrofachkraft" auch für Personen verwendet wird, die speziell für Arbeiten an HV-eigensicheren Fahrzeugen im Servicebereich qualifiziert sind.
Nach Abstimmung mit den Berufsgenossenschaften wird anstelle des Begriffes "Elektrofachkraft" die Bezeichnung "Fachkundiger für Arbeiten an HV-eigensicheren Fahrzeugen" verwendet.
Es hat sich allerdings lediglich die Bezeichnung der geschulten Person, nicht aber die Inhalte oder der Umfang der Schulung geändert. Die geschulten Personen sind nach wie vor berechtigt, an HV-eigensicheren Fahrzeugen nach Start of Production (SoP), also Serienfahrzeugen, folgende Arbeiten durchzuführen:
- Spannungsfreiheit herstellen
- das HV-System gegen Wiedereinschalten sichern
- Spannungsfreiheit des HV-Systems feststellen
Die geschulten Personen sind aber wie bisher nicht berechtigt, an spannungsführenden HV-Komponenten zu arbeiten. Darüber hinaus qualifiziert die Schulung auch nicht für Arbeiten an Fahrzeugen im "vor SoP-Bereich" (z.B. Entwicklung, Prototypenbau) oder bei der Bandmontage.
Unter "Wartungsarbeiten" versteht man in diesem Zusammenhang alle Instandhaltungs- und Instandsetzungsarbeiten, wie z.B. das Spannungsfreischalten des HV-Systems, den Austausch einzelner HV-Komponenten oder Arbeiten an spannungsfreien HV-Bauteilen.
Für Wartungsarbeiten an HV-Systemen, bei denen nicht sicher ist, dass sie eigensicher sind, ist diese Qualifikation nicht ausreichend. Das Gleiche gilt für Wartungsarbeiten an HV-Fahrzeugen und -Systemen, die dem Fachkundigen nicht bekannt sind oder für die keine speziellen Informationen des Fahrzeug- oder Systemherstellers vorliegen. Für Wartungsarbeiten an diesen Kraftfahrzeugen ist eine Fahrzeug- bzw. systemspezifische Zusatzqualifikation unumgänglich.