Donnerstag, November 26, 2020
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Vorbeugende Instandhaltung elektrischer Anlagen

Betriebssicherheit: Erfahrungsbericht zu Sicherheitsprüfungen auf Kläranlagen
Umfangreiche Wartungs-, Umbau- und Prüfarbeiten strapazieren die Personalressourcen
Wie können Verantwortliche allen Anforderungen gerecht werden?
Störungsfrüherkennung zeigt akuten Handlungsbedarf auf
Gesetzliche Bestimmungen und Normen erhöhen das persönliche Haftungsrisiko
Welche Erwartungen sollte ein externer Mitarbeiter erfüllen?
Praktische Fragen zur Prüfung im laufenden Betrieb
Welche Prüfmethoden sind sinnvoll?
Neue Methode (IR-Messungen) erfordert spezielle Methodenkenntnis und Qualifikation
Welche Auffälligkeiten werden entdeckt?
Mit Sicherheit in die Betriebssicherheitsprüfung


Betriebssicherheit: Erfahrungsbericht zu Sicherheitsprüfungen auf Kläranlagen

Bild 1: Kläranlage mit freundlicher Unterstützung der DTA

Bild FW-Ene-Juli-09-Thermografie-1-H.jpg Gehen wir davon aus, dass eine Kläranlage z.B. einen Trockenwetterzufluss von 1.500 m³/h und einen Regenwetterzufluss von 2.800 m³/h bewältigt, dann beträgt die rechnerische Belastung ca. 96.500 EW (bezogen auf 60 mg BSB5 / EW d.). Dieses aufkommende Volumen wird mit zahlreichen abwassertechnischen Einrichtungen, die über das gesamte Stadtgebiet verteilt sind, gesammelt und zur Kläranlage weitergeleitet. Bei derartigen Kläranlagen und ihren Abwassernetzen ist es nicht ungewöhnlich, dass sie über die Jahre schrittweise modernisiert und ausgebaut werden. Insbesondere betrifft dies auch die elektrischen Anlagen und ihre Steuerungssysteme. Das bedeutet für die Klärwerksbetreiber, dass die Mitarbeiter bereits mit regelmäßigen Wartungen und den notwendigen Umbau- und Anpassungsarbeiten mehr als gut beschäftigt und ausgelastet sind. Die Folge ist – für die wichtigen und regelmäßigen Sicherheitsprüfungen gemäß der Betriebssicherheitsverordnung bleibt kaum ausreichend Zeit.


Umfangreiche Wartungs-, Umbau- und Prüfarbeiten strapazieren die Personalressourcen

Elektroschaltanlagen und –Steuerungen regeln die Prozesse in den Pumpwerken, den Regenrückhaltebecken und auf der Kläranlage. Durch den kontinuierlichen Aus- und Umbau der Anlage müssen in den einzelnen Anlagenschwerpunkten immer größere und komplexere Elektroschaltanlagen installiert werden. Nur so können die Anforderungen an die Abwasserreinigung erfüllt werden. Die Folge ist – das Aufkommen der erforderlichen Wartungs- und Prüfungsarbeiten wächst weiter sehr stark an. Nicht zu vergessen sind die allgemeinen Aufgaben wie: Störungsdienst und Anpassungsarbeiten. Zu diesen regelmäßigen Arbeiten an den Elektroanlagen kommen die wiederkehrenden Prüfungen im Rahmen der Anforderungen nach BetrSichV hinzu. Auch hier ist ein stetiger Aufgabenzuwachs deutlich zu erkennen, der nicht zuletzt durch die neuen gesetzlichen Anforderungen verstärkt wird.
Die tägliche Verantwortung eines Klärwerksbetreibers erreicht so eine Größenordnung, die nur dann zu bewältigen ist, wenn besonders geschulte Mitarbeiter zur Verfügung stehen und diese nicht krankheits- oder urlaubsbedingt ausfallen.


Wie können Verantwortliche allen Anforderungen gerecht werden?

Spätestens jetzt muss sich der Klärwerksbetreiber Gedanken machen, wie er dafür sorgt, dass die anfallenden Aufgaben vollständig wahrgenommen werden, obwohl gerade in einer solchen Situation wenig Zeit zur Verfügung steht. Im Vorfeld der Risikoanalyse werden üblicherweise folgende Fragen genauer beleuchtet:

Welche innerbetrieblichen oder außerbetrieblichen Möglichkeiten bieten sich an, um die parallel notwendigen Sicherheitsüberprüfungen (BetrSichV) korrekt durchzuführen?
Welcher Mitarbeiter kann allgemeine Elektroaufgaben übernehmen? – Welche externe fachliche Unterstützung ist möglich?
Welche externe fachliche Unterstützung ist möglich?
Welcher Fachmann kann die speziellen elektrischen Anlagen richtig beurteilen und hat hinreichend Erfahrung mit Abwasseranlagen?

Bei näherer Betrachtung wird schnell klar – es kommen nur Mitarbeiter in Betracht, die neben den
Anlagenkenntnissen auch die elektrotechnische Qualifikation mitbringen und so für die notwendigen
Störungsbeseitigungen bzw. Wartungsarbeiten sorgen können.

Zum einen muss es ein Elektrofachmann sein, der die allgemeinen Wartungen der elektrischen Anlagen durchführt und die internen direkten Funktionsstörungen behebt,
und zum anderen ein erfahrener und möglichst zertifizierter Sachverständiger, der die regelmäßigen vorbeugenden Instandhaltungen, Störungsfrüherkennungen und die Betriebssicherheit nach BetrSichV als Aufgabe übernimmt.

Optimal ist ein externer Dienstleister, der in beiden Bereichen sicher ist und verschiedene Messmethoden kompetent anwenden kann.


Störungsfrüherkennung zeigt akuten Handlungsbedarf auf

Bild 2: Ausschnitt Elektroanlage

Bild FW-Ene-Juli-09-Thermografie-2-H.jpgVermeintlich kleine, fehlerhafte Veränderungen in der elektrischen Anlage wirken sich u. U. dramatisch auf die Sicherheit aus. Jeder Anlagenverantwortliche kennt das Phänomen, dass die meisten Funktionsstörungen dann auftreten, wenn die Anlage nicht besetzt ist (abends und an Wochenenden). Nicht selten sind lose Klemmen, defekte oder überlastete Kontakte Ursache für Überhitzung und im schlimmsten Fall der Grund für Brände. Hier fachmännisch aktiv zu werden, schützt nicht nur das Objekt, Leib und Leben, sondern wirkt sich auch Kosten sparend auf die Versicherungsprämien aus. Die richtige Auswahl und der kompetente Einsatz der einzelnen Prüfmethoden, im Rahmen der vorbeugenden Instandhaltung, verhindern erhöhte Folgekosten im Schadens-, Fehlerfall. Eine nachweislich sachgerecht durchgeführte vorbeugenden Instandhaltung und damit Störungsfrüherkennung bietet verschiedene Vorteile. Das rechtzeitige Erkennen, welche Steuerungen nicht korrekt funktionieren, hat direkten Einfluss auf das Sicherstellen der Einleitungswerte, die für die Kläranlage von höchster Wichtigkeit sind. Bereits bei intensiven Vorbesprechungen zum Thema, wird häufig deutlich, dass es einen akuten Handlungsbedarf gibt.

Gesetzliche Bestimmungen und Normenerhöhen das persönliche Haftungsrisiko

Anlagenverantwortliche tragen ein hohes persönliches Risiko, denn die BetrSichV fordert das Erfüllen der
gesetzlich notwendigen Sicherheitsprüfung mit folgenden Punkten:

Bild 3: Rechtssicherheit?

Bild FW-Ene-Juli-09-Thermografie-3-H.jpg

Prüfung durch Fachleute
Fachverantwortung
Risikoanalyse
Leitplan für Prüfintervalle
Genaue Dokumentation der Prüfungsdurchführung

Im Ernstfall wird das Unterlassen oder die falsche
Durchführung von Prüfungen als Strafrechtsbestand eingestuft.
Dieses Fehlverhalten gilt nicht mehr als Ordnungswidrigkeit.
Die nachfolgenden Definitionen machen deutlich wie sehr Klärwerksbetreiber, Abwassermeister, Werks-, und  Betriebsleiter in der unmittelbaren Verantwortung stehen.

Bild 4: Prüfplaketten

Bild FW-Ene-Juli-09-Thermografie-4-H.jpg

Definition zur Qualifikation einer Elektrofachkraft nach BetrSichV:
Ein ausgebildeter Elektrogeselle besitzt mit erfolgreichem Abschluss seiner Ausbildung die Qualifikation zur Prüfung elektrischen Anlagen. Jedoch spricht die Rechtssprechung ihm diese Qualifikation ab,
– wenn er nicht regelmäßig auf diesem Fachgebiet geschult wird,
– wenn ihm die geeigneten Messgeräte nicht zur Verfügung stehen
– wenn er die Arbeiten nicht regelmäßig durchführt.
Prüfung elektrischer Anlagen, Maschinen und Betriebsmitteln nach:
BetrSichV
DIN VDE 0100-T610 – Erstprüfung elektrischer Anlagen
DIN VDE 0105 – Wiederholungsprüfungen von Anlagen (Anlagenprüfung)
DIN VDE 0701 – Prüfung nach Instandsetzung und Reparatur von ortsveränderlichen Betriebsmitteln
DIN VDE 0702 – Wiederholungsprüfung ortveränderlicher Betriebsmittel
DIN VDE 0298 – Verwendung von Kabeln und isolierten Leitungen in Starkstromanlagen
DIN VDE 0113 – Erstprüfung und Wiederholungsprüfungen elektrischer Maschinen
DIN VDE 0664 – Fehlerstromschutzeinrichtungen
VdS2859/60 – Thermografie elektrischer Anlagen
BGV A3 – Unfallverhütungsvorschrift
DIN 54191 Thermografie elektrischer Anlagen
Wichtige, ergänzende Prüfmethode zu den klassischen Prüfmethoden nach VDE
Neue Norm DIN 54191
Der Gesetzgeber wird die neue Norm DIN 54191 zerstörungsfreie Prüfung – Thermografische Prüfung elektrischer Anlagen verabschieden. Mit der Inkraftsetzung dieser Norm wird die Thermografie elektrischer Anlagen zur gesetzlichen Pflichtprüfung und somit verbindlich vorgeschrieben.
Normen und Vorschriften sind teilweise nicht leicht zu verstehen
Deshalb gibt es verschiedene, kommentierte Schriftreihen zur VDE.
Nachfolgend einige wichtige Schriften:
VDE Schriftenreihe, Band 106 – DIN VDE 0100 richtig angewandt
VDE Schriftenreihe, Band 43 – VDE Prüfung nach BGV A3 und BertSichV
VDE Schriftenreihe, Band 85 – Schadensverhütung in elektrischen Anlagen
VDE Schriftenreihe, Band 26 – Elektrische Ausrüstung von Maschinen und Anlagen
VDE Schriftenreihe, Band 62 – Prüfung elektrischer Geräte in der betrieblichen Praxis
VDE Schriftenreihe, Band 185 – EMV – Blitzschutz von elektrischen und elektronischen Systemen in baulichen Anlagen
VDE Schriftenreihe, Band 130 – Schutz gegen elektrischen Schlag
VDE Schriftenreihe, Band 143 – Schutz bei Überlast und Kurzschluss in elektrischen Anlagen


Welche Erwartungen sollte ein externer Mitarbeiter erfüllen?

Zur Durchführung der Prüfungen an den elektrischen Anlagen sollte der Prüfer, neben der erforderlichen
Qualifikation, auch spezielle Anlagenkenntnis von Abwasseranlagen nachweisen. Dazu gehören ebenfalls die Bereitstellung der erforderlichen Prüf- und Messgeräte und die regelmäßige Weiterbildung des Prüfers.

Die allgemeinen Prüfungen elektrischer Anlagen beinhalten, beim qualifizierten Fachmann, folgende Schwerpunkte:

Bild FW-Ene-Juli-09-Thermografie-5-H.jpg

Begehen der Anlage
Generelle Sichtkontrollen
Messtechnische Prüfungen (Schutzmaßnahmen, Isolationen)
Temperaturmessungen jeweils als Stichprobe
(umfassender und genauer ist die Thermografie)
Prüf- und Abschlussberichte

Die Messergebnisse der einzelnen Stromschienen, Schütze, sonstiger Bauteile und Verdrahtung, auf der Grundlage der gültigen Normen (DIN/VDE usw.) und
der aktuellen Strombelastung, müssen fachlich korrekt beurteilt werden.

Günstig ist, wenn der Mitarbeiter verschiedene Messmethoden beherrscht, z. B. die thermische Untersuchung mit der Infrarotkamera. Mit ihr kann systematisch nach Temperaturauffälligkeiten gesucht werden. Speziell bei der Thermografie ist es unabdingbar, dass ein – zertifizierter Sachverständiger Elektrothermograf – zusätzlich alle Fachkompetenzen für den Bereich der Elektrotechnik nachweist. Die notwendigen Qualifikationen auf beiden Fachgebieten besitzt ein nach VdS 2859 zertifizierter Thermograf, dessen Praxisgrundlage die Elektrotechnik ist. (mehr in: IR-Qualifikationen) Neben seiner fachlichen Kompetenz ist auch die technische Ausrüstung von entscheidender Bedeutung. (z.B. das Infrarotkamerasystem) In verschiedensten Publikationen beim VdS (Verband der Sachversicherer) und VATh (Verband für angewandte Thermografie) sind die wichtigsten Kriterien zur Qualifikation ausführlich dargelegt.


Praktische Fragen zur Prüfung im laufenden Betrieb

Gerade auf der Kläranlage ist die Sachkenntnis eines Elektrofachmanns mit Abwassererfahrung notwendig. Nur so können sehr spezifische Fragen und Voraussetzungen besprochen und berücksichtigt werden.

Wie können die zahlreich vorhandenen Reserveaggregate in die Prüfung mit einbezogen werden?
Kann während der Prüfung des Hauptaggregats auf das Reserveaggregat umgeschaltet werden?
Ist es möglich bei den Frequenzumformerabgängen auf die Bypass-Schaltung umzuschalten?
Kann z. B. zur Prüfung, das Regenfangbecken teilweise gefüllt werden, um alle Aggregate (Pumpen,
Rührwerke, Wibeljets) zu betreiben?


Welche Prüfmethoden sind sinnvoll?

Bild 5: IR-Bild mit Fehler

Bild FW-Ene-Juli-09-Thermografie-6-H.jpgUm Anlagenausfälle zu vermeiden, sollten Prüfmethoden gewählt werden, die elektrische Anlagen unter Betriebsbedingungen – also unter tatsächlicher Strombelastung – „abtasten“. Die herkömmlichen Methoden nach VDE werden heute bereits durch die Thermografie ergänzt und zukünftig sogar nach DIN 54191 gefordert. Die Thermografie ist effektiv, wirtschaftlich und deshalb den stichprobenartigen Temperaturmessungen klar vorzuziehen. Gerade die thermische Messmethode, insbesondere im Bereich der vorbeugenden Instandhaltung, bietet deutliche Vorteile, da sie die Oberflächentemperaturen berührungslos und chronologisch in den Schaltanlagen erfasst. Durch den Einsatz der Wärmebildkamera entstehen beeindruckende Infrarotbilder mit hohem technischem Informationsgehalt.


Neue Methode (IR-Messungen) erfordert spezielle Methodenkenntnis und Qualifikation

Bei der IR-Messmethode gibt es eine große Anzahl von Faktoren zu beachten, damit die Werte im Bild
(Thermogramm) und später im Bericht korrekte Aussagen enthalten. Einige wichtige Parameter bei dieser Messung sind:

der Emissionsgrad der zu prüfenden Materialien
die reflektierte Wärmestrahlung der zu prüfenden Geräte bzw. der Umgebung
die Messfleckgröße
die Raumtemperatur und Luftfeuchtigkeit
Bild 6: Messinstrumente

Bild FW-Ene-Juli-09-Thermografie-7-H.jpg

Einen entscheidenden Einfluss auf die IR-Bildqualität haben
die technischen Eigenschaften der IR-Kamera.

die Auflösung der einzelnen Thermogramme (jedem Pixel wird ein eigener Temperaturdetektor zugeordnet)
Normalbilder zum Vergleich
die Auswahl spezieller Objektive
(geometrische Eigenschaften)
Abstand zum Messobjekt
beeinflusst die Messfleckgröße
Abstimmen der Geräteeigenschaften auf das Messobjekt

Damit die Ergebnisse später verwertbar sind, müssen sie fachgerecht und richtig beurteilt werden. Das setzt eine hohe Fachkompetenz auf den Gebieten – Elektrotechnik, Thermografie und Kläranlagen – voraus. Um konkrete Aussagen zum Stand der Anlagensicherheit zu treffen, wird zusätzlich ausgeführt:

Messen der Stromkreisbelastung
Umwelt- und Umgebungseinflüsse
Besprechen der Auffälligkeiten im Detail
Wenige Tage später der Abschlussbericht
sämtliche Aufnahmen und Kopien des Berichts auf
Datenträger


Welche Auffälligkeiten werden entdeckt?

Zu den thermisch typischen Auffälligkeiten und ihrer Behebung gehören:

Bild 7: Thermografie

Bild FW-Ene-Juli-09-Thermografie-8-H.jpg

Nachziehen von Klemmstellen und Anschlussverbindungen
Austausch defekter Bauteile
Korrektur von Ausführungsmängeln der Schaltanlagenbauer z. B. Einzeladern mit unterschiedlichen Leitungsquerschnitten,
falsche bzw. zu geringe Aderquerschnitte bezogen auf die Strombelastung

Es werden oft Fehler gefunden:

die man mit herkömmlichen Prüfungsmethoden nicht oder nur
zufällig entdeckt
die sich noch in einem frühen Stadium ihrer Entwicklung befinden
die als gefährlich einzustufen sind und eine direkte Gefahr darstellen

Nach Abschluss der Sicherheitsprüfungen sind Klärwerksbetreiber häufig positiv überrascht und erleichtert.

Bild 8: Messdaten zur Berichtserstellung auswerten

Bild FW-Ene-Juli-09-Thermografie-9-H.jpg

Bild 9: Prüfbericht Ausschnitt

Bild FW-Ene-Juli-09-Thermografie-10-H.jpg

Mit Sicherheit in die Betriebssicherheitsprüfung

Gefundene Fehler entlasten nicht nur den Bereitschaftsdienst, sondern erhöhen die Sicherheit der elektrischen Anlage, des Verantwortlichen, der Mitarbeiter und auf der Klärwerksanlage um ein Vielfaches. (mehr im Prüfbericht: FW-Ene-Juli-09-AB0900999) Der Schutz vor größeren Anlagenausfälle oder Schäden muss gewährleistet sein. Deshalb haben regelmäßige Kontrollen und Überprüfungen der Schaltanlagen die höchste Priorität.

Gehen Sie kein Risiko ein!

Bild FW-Ene-Juli-09-Thermografie-11-H.jpgSicherheit gibt es nicht zum Nulltarif.

Nicht zuletzt spielt auch die wirtschaftliche Komponente eine Rolle – effektives Messen in einem angemessenen Zeitraum ist Voraussetzung.
Der zeitliche und finanzielle Aufwand zur Vorbereitung und Durchführung der Sicherheitsmaßnahmen (nach BGV A3 / BetrSichV), im Verhältnis zum Ergebnis, ist nachhaltig wirtschaftlich und rechtfertigt eindeutig den Prüfungsaufwand.

Herzlichen Dank an die Detmolder Abwasser GmbH für das freundliche und kooperative Bereitstellen von Informationen und Bildmaterial.

Herbert Bäumer, www.bl-automation.de