Teil 3 von 6⏱ 14 hSprint 2 · Meilenstein M2

Ein Ladegerät hat beim Anfassen gekribbelt und ist gesperrt. In der neuen Ladehalle kommen sechs Ladegeräte an die Wand, und die Werkstattleitung will wissen, was den Mechaniker schützt, wenn in einem Gerät ein Draht lose ist. In diesem Teil rechnest du die Abschaltung nach, wählst die Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen nach Datenblatt aus und legst mit deinem Team das Schutzkonzept der Halle fest.

Schritt 1 von 5. Du liest die Lage, siehst dir die Szene am Ladegerät -T11 an und planst mit deinem Team den Weg bis Meilenstein M2.

Danach: Lernangebot 5 · Schutz gegen elektrischen Schlag

Agil arbeiten · Sprint 2

Eure Storycard für Teil 3

Druckt sie doppelseitig aus, bevor ihr loslegt. Im Planning schreibt ihr euer Sprintziel in eigenen Worten auf und ergänzt eigene Kriterien. Am Ende prüft das andere Team gegen die Akzeptanzbedingungen, danach haltet ihr eure Retrospektive.

1 Planning2 Arbeiten mit Daily3 Review4 Retrospektive

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Das lernst du in Teil 3

KörperstromBerührungsspannungFehlerschutzSchleifenimpedanzAbschaltbedingungFehlerstrom-SchutzeinrichtungRCD-TypenSchutzklasseIP-CodeSicherheitsregeln

Lernangebot 5 · Schutz gegen elektrischen Schlag →Lernangebot 6 · Kennzeichen lesen und sicher arbeiten →

Der wichtigste Satz auf dieser Seite: Ein Gehäuse darf nie Spannung führen. Führt es doch Spannung, muss eine Schutzeinrichtung abschalten, bevor der Strom durch den Menschen gefährlich wird.

Check-in: Wo ist dir das schon begegnet?

Klick bei jedem Punkt an, wo er dir schon begegnet ist: im Betrieb, privat oder in einem früheren Lernfeld. Das ist keine Bewertung.

Wozu der Check-in?

Hier stehen die Punkte, um die es in diesem Teil geht. Es geht nicht darum, was du dir zutraust, sondern darum, wo dir das schon begegnet ist: im Betrieb, privat oder in einem früheren Lernfeld. Hast du schon einmal die Prüftaste einer Fehlerstrom-Schutzeinrichtung gedrückt, im Betrieb die fünf Sicherheitsregeln angewendet oder zu Hause erlebt, dass „der FI rausfliegt“? Das zählt. Der Check-in ist keine Bewertung. Er hilft dir bei der Planung, und am Ende des Teils siehst du in deinem Kompetenzmodell, was sich verschoben hat.

Darum geht es

Als Elektronikerin oder Elektroniker für Betriebstechnik möchte ich für jeden Stromkreis der Ladehalle die passende Schutzmaßnahme und Schutzeinrichtung festlegen und nachrechnen, dass sie rechtzeitig abschaltet, damit niemand einen gefährlichen Schlag bekommt, auch wenn ein Ladegerät einen Fehler hat.

Übersichtsplan der Ladehalle am Vorfeld Ost als Grundriss: Stahlhalle 40 m mal 24 m, trocken und beheizt. Innen an der Nordwand die Ladeplätze 1 bis 6 mit den Ladegeräten -T11 bis -T16 und den E-Schleppern ES 21 bis ES 26. An der Westwand die Unterverteilung UV-LH, gespeist über die Zuleitung -W1 (85 m, Kabelpritsche) aus der Trafostation V-Ost mit Abgang -Q24. Darunter Werkbank 1 und Werkbank 2 mit je zwei Steckdosen, links und rechts, zwei CEE-Steckdosen 16 A, der Kompressor, in der Mitte die Hebebühne, LED-Leuchten, in der Südwand das Sektionaltor mit Torantrieb. Außen davor unter dem Vordach nur der Schweißplatz mit der CEE-Steckdose 32 A. Netz TN-S. Schutzeinrichtungen sind nicht eingetragen.Ladehalle LH am Vorfeld OstGrundriss mit Verbrauchern. Was schützt hier wen? Das legt ihr in Teil 3 fest.TrafostationV-OstNSHV, -Q24-W185 mKabelpritscheLadehalle LH · 40 m × 24 m · Höhe 7 m · Stahlhalle, trocken, beheizt, Betonboden-T11Ladeplatz 1ES 21-T12Ladeplatz 2ES 22-T13Ladeplatz 3ES 23-T14Ladeplatz 4ES 24-T15Ladeplatz 5ES 25-T16Ladeplatz 6ES 26UV-LHUnterverteilungWerkbank 1Werkbank 2CEE 16 A3/N/PEHebebühne400 V, festMKompressorSektionaltorMTorantriebCEE 32 A3/N/PEVordach außen:Schweißplatz,Regen, SpritzwasserSteckdose, mit 3/N/PE: CEELeuchte, LED, 3 StromkreiseLadegerät, Wandmontage innenUnterverteilungZuleitung, nicht maßstäblichVordach, im FreienNetz ab Trafo: TN-S400/230 V, 50 HzSchutzeinrichtungenlegt ihr in Teil 3 fest
Übersichtsplan der Ladehalle LH am Vorfeld Ost als Grundriss: Stahlhalle 40 m × 24 m mit der Unterverteilung UV-LH an der Westwand, versorgt über die Zuleitung -W1 (85 m) aus der Trafostation V-Ost; in der Halle zwei Werkbänke mit je zwei Steckdosenstromkreisen (links und rechts), zwei CEE-Steckdosen 16 A, Hebebühne, Kompressor, Beleuchtung und Sektionaltor; innen an der Nordwand die Ladeplätze 1 bis 6 mit den Ladegeräten -T11 bis -T16 und den E-Schleppern ES 21 bis ES 26; außen unter dem Vordach nur der Schweißplatz mit der CEE-Steckdose 32 A. Netz TN-S. Die Schutzeinrichtungen legt ihr in diesem Teil fest. Eigene Darstellung für den Unterricht.

Die Lage in der Ladehalle

Die Halle hat ihr Netz: TN-S aus der Trafostation V-Ost, das habt ihr in Teil 2 festgestellt. Jetzt kommt die Frage nach dem Schutz. Das Ladegerät LG-M aus der alten Werkstatt hat beim Anfassen gekribbelt, die Werkstattleitung hat es gesperrt. „So etwas will ich in der neuen Halle nicht erleben“, sagt sie. „Sechs Ladegeräte hängen dort an der Nordwand, nachts laden alle gleichzeitig, und morgens fasst sie jemand an. Der Hersteller schreibt im Datenblatt etwas von Typ B. Was heißt das, und was schützt meine Leute?“ Euer Ergebnis ist Meilenstein M2, das Schutzkonzept. Ein anderes Team prüft es, die Projektleitung zeichnet ab.

Das kennst du schon aus Lernfeld 1, Lernfeld 2 und Teil 2

Aus Lernfeld 1: die Werkstatt der Bodenverkehrsdienste am Vorfeld Ost, das Warnzeichen W012 am Arbeitsstand 1 und das Messgerät mit seiner Messkategorie. Aus Lernfeld 2: In der Hütte 7 hast du den Weg des Fehlerstroms beim Körperschluss am Glühweinkocher verfolgt, mit dem Körperwiderstand von 1.000 Ω gerechnet und die Fehlerstrom-Schutzeinrichtung mit 30 mA eingeführt. Dort wurde das Prüfen nur geplant. LF 5 vertieft das und rechnet es für eine ganze Halle durch, gemessen wird in Teil 5. Aus Teil 2: das Netzsystem TN-S der Ladehalle und weshalb der Fehlerstrom dort über den Schutzleiter zurückfließt.

So sieht es am Ladegerät -T11 aus

Ein Draht im Ladegerät hat sich gelöst. Sieh dir an, was passiert, sobald er das Gehäuse berührt, und was die Schutzeinrichtung tut.

Bewegte Szene, lösungsfrei: Stromlaufplan von der Trafostation V-Ost über die NSHV V-Ost mit -Q24, die Zuleitung -W1 und die Unterverteilung UV-LH mit der Fehlerstrom-Schutzeinrichtung -F31 (30 mA) und dem LS-Schalter -F11 C16 zum Ladegerät -T11. Ein loser Draht an L1 berührt das Metallgehäuse, ein Mechaniker fasst das Gehäuse an. Rot läuft der Strom über L1 hin, grün über den Schutzleiter zurück. Nach kurzer Zeit öffnen Kontakte in der UV-LH, der Strom ist weg. Fünf Beobachtungsfragen, keine Zahlen.Körperschluss am Ladegerät -T11TN-S, Stromlaufplan allpolig: Der lose Draht berührt das Gehäuse. Was schaltet ab?Trafostation V-OstNSHV V-OstUnterverteilung UV-LHDyn50,4 kVSternpunktzentraler ErdungspunktL1L2L3NPE-Q24NH gG-W185 mPE-SchieneIΔ-F31RCD30 mAI>-F11LS C163-poligIΔ-T11Ladegerät, Ladeplatz 1Gehäuse aus Metall, Schutzklasse ILade-elektronikloser Drahtan L1Betonboden der HalleMechanikerFehlerstrom hin über L1Fehlerstrom zurück über PEWas läuft hier ab? Beobachte und beschreibe:1 Welchen Weg nimmt der Strom, sobald der Draht das Gehäuse berührt?2 Was vergleicht -F31 die ganze Zeit?3 Welche Schutzeinrichtung schaltet ab, und weshalb?4 Was spürt der Mechaniker, der in diesem Moment das Gehäuse anfasst?5 Was wäre, wenn der Schutzleiter unterbrochen wäre?

Bewegte Szene, lösungsfrei: Stromlaufplan von der Trafostation V-Ost über die NSHV V-Ost mit -Q24 und die Zuleitung -W1 zur Unterverteilung UV-LH mit der Fehlerstrom-Schutzeinrichtung -F31 (30 mA) und dem LS-Schalter -F11 C16 bis zum Ladegerät -T11. Ein loser Draht an L1 berührt das Metallgehäuse, ein Mechaniker fasst das Gehäuse an. Rot der Strom über L1 hin, grün über den Schutzleiter zurück, dann schaltet eine der beiden Schutzeinrichtungen ab. Fünf Beobachtungsfragen, keine Zahlen. Eigene Darstellung für den Unterricht.

Größen beim Schutz gegen elektrischen Schlag

Diese Zeichen begleiten dich durch den ganzen Teil.

Zeichen Bedeutung In der Ladehalle Wo du es in Teil 3 brauchst
U0 Spannung Außenleiter gegen Erde 230 V im TN-S 400/230 V Aufgabe 5.1, 5.4, 5.7
IK Körperstrom, Strom durch den Menschen beim Anfassen eines Gehäuses unter Spannung Aufgabe 5.1, 5.2, 5.7
UB Berührungsspannung, die ein Mensch überbrückt zwischen Gehäuse und Boden oder Potentialausgleich Aufgabe 5.3, 5.7
UL vereinbarte Grenze der Berührungsspannung Wechselspannung Aufgabe 5.1
IF Fehlerstrom vom Außenleiter über das Gehäuse und den PE zurück Aufgabe 5.3, 5.7
Zs Schleifenimpedanz der Fehlerschleife vom Sternpunkt über den Außenleiter und den PE zurück Aufgabe 5.3, 5.4, 5.5
Ia Strom, bei dem die Schutzeinrichtung rechtzeitig abschaltet LS-Schalter B und C Aufgabe 5.4, 5.5
IΔn Bemessungsdifferenzstrom einer RCD Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen der Halle Aufgabe 5.6, 5.8

Erst schätzen, dann arbeiten

Der lose Draht in -T11 berührt das Gehäuse. Wie groß ist der Strom, der jetzt über den Schutzleiter zurückfließt: ein paar Milliampere, ein paar Ampere oder ein paar hundert Ampere? Und wie lange fließt er, bis abgeschaltet ist? Schreib deine Schätzung auf, bevor du rechnest. In Lernangebot 5 rechnest du nach.

Dein Weg in 12 Schritten

1Auftrag klären
2Strom am Menschen
3Das Kribbeln klären
4Den Fehlerstrom verfolgen
5Abschaltbedingung
6Abgänge nachrechnen
7Die RCD verstehen
8Körperschluss durchrechnen
9Schutzkonzept
10Kennzeichen lesen
11Sicher arbeiten
12Abnahme M2

Kursmaterial · Storycard

Die Storycard zu Teil 3. Zwei Seiten: vorne Story, Akzeptanzbedingungen, Sprintziel und „Die Lage ändert sich“, hinten Anschluss, Kompetenzmodell und Retrospektive. Druck sie doppelseitig aus und leg sie neben das Tabellenbuch.

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Mehr zu diesem Teil

Dein Weg im Einzelnen
  1. Auftrag klären
    Lies die Lage, sieh dir die Szene an und schreib auf, was ihr noch nicht erklären könnt.
  2. Strom am Menschen
    Berechne Körperströme und ordne sie in die Stromstärke-Zeit-Bereiche ein.
  3. Das Kribbeln klären
    Kläre, welcher Schutz beim Ladegerät LG-M versagt hat.
  4. Den Fehlerstrom verfolgen
    Verfolge den Fehlerstrom an -T11 und benenne die Widerstände der Fehlerschleife.
  5. Abschaltbedingung
    Berechne die größte zulässige Schleifenimpedanz für die LS-Schalter der Halle.
  6. Abgänge nachrechnen
    Rechne die Schleifenimpedanz der Abgänge aus und vergleiche sie mit der Grenze.
  7. Die RCD verstehen
    Erschließe Aufbau, Auslösebereich und Prüftaste der Fehlerstrom-Schutzeinrichtung.
  8. Körperschluss durchrechnen
    Rechne den Körperschluss an -T11 satt und mit Übergangswiderstand durch.
  9. Schutzkonzept
    Wählt den RCD-Typ nach Datenblatt und stellt das Schutzkonzept der Halle auf.
  10. Kennzeichen lesen
    Lies Schutzklasse, Schutzart und Isolationsklasse an Typenschild und Datenblatt.
  11. Sicher arbeiten
    Wendet die fünf Sicherheitsregeln an und stellt die Sicherheitskarte UV-LH auf.
  12. Abnahme M2
    Ein anderes Team prüft euer Schutzkonzept, die Projektleitung zeichnet ab. Danach Wissensspeicher und Kompetenzmodell.
Fertig bist du, wenn …

Das Arbeitspaket gilt erst als fertig, wenn ein anderes Team alle Punkte geprüft hat und die Projektleitung abzeichnet (Meilenstein M2):

  • Für jeden Stromkreis der Ladehalle steht in der Tabelle Schutzkonzept die Schutzmaßnahme, die Schutzeinrichtung und eine Begründung mit Quelle.
  • Der RCD-Typ der Ladegeräte ist aus dem englischen Datenblatt abgeleitet; die Entscheidung Typ B oder Typ A mit Gleichstrom-Erkennung ist begründet.
  • Der Zuschnitt der Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen ist begründet: wie viele Stromkreise hinter einer RCD, mit Blick auf Verfügbarkeit, Schutzleiterströme und Kosten.
  • Die Abschaltbedingung ist für den ungünstigsten Abgang jeder LS-Art nachgerechnet, mit Formel, Werten, Einheit und Vergleich mit Zs,max.
  • Der Fehlerstromweg beim Körperschluss an -T11 ist im Stromlaufplan eingezeichnet, mit Fehlerstrom, Berührungsspannung und abschaltender Schutzeinrichtung.
  • Der Schutzpotentialausgleich der Stahlhalle ist im Schutzkonzept enthalten: was angeschlossen wird und weshalb.
  • Die Sicherheitskarte UV-LH nennt die Kennzeichen der Betriebsmittel, die fünf Sicherheitsregeln mit Ort und Betriebsmittel und die Zuständigkeiten.
  • Schutzklasse, Schutzart und Isolationsklasse aller Geräte der Werkstatt und der Ladegeräte sind gelesen und gegen den Einsatzort geprüft.
  • Das Schutzkonzept (Meilenstein M2) ist von einem anderen Team gegen diese Punkte geprüft und von der Projektleitung abgezeichnet.
  • Das Wissensspeicher-Blatt ist vollständig; drei Prüffragen für die Expertenrunde liegen vor.
Das brauchst du dafür
  • Den abgezeichneten Projektauftrag mit den Anlagendaten, besonders die Verbraucherliste und das englische Datenblatt des Ladegeräts
  • Deinen Netzsystem-Steckbrief der Ladehalle aus Teil 2
  • Lernangebot 5 (Schutz gegen elektrischen Schlag) und Lernangebot 6 (Kennzeichen lesen und sicher arbeiten)
  • Tabellenbuch Elektrotechnik und Taschenrechner
  • Die Wissensspeicher-Vorlage
Das kommt in deinen Wissensspeicher

Ein Blatt „Was schützt den Mechaniker?“: die Stromstärke-Zeit-Bereiche mit euren Punkten, der Fehlerstromweg im TN-S mit der Fehlerschleife, die Abschaltbedingung mit den Grenzwerten für B16, C16 und C32, die RCD mit Aufbau und Typen, Schutzklassen, IP-Code und die fünf Sicherheitsregeln. Dazu eure Entscheidung zum RCD-Typ der Ladegeräte.

Zusätzlich: drei Prüffragen für die Expertenrunde formulieren, eine Wissensfrage, eine Rechenfrage, eine Begründungsfrage.

Für Lehrkräfte
Für Lehrkräfte: Sprint 2 · 14 h · Meilenstein M2 Schutzkonzept, geprüft von einem anderen Team, abgenommen von der Projektleitung. Stunden als Vorschlag: Auftrag und Szene 1 h, Lernangebot 5 7 h, Lernangebot 6 4 h, Rechenwege, Kontrolle, gemischte Wiederholung und Abnahme M2 2 h. Lernziele: 3.1 die Wirkung des Stroms auf den Menschen beschreiben und Körperströme einordnen; 3.2 Schutzmaßnahmen gegen elektrischen Schlag unterscheiden und zuordnen; 3.3 den Fehlerstromweg im TN-S verfolgen und die Abschaltbedingung nachrechnen; 3.4 Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen nach Fehlerstromform und Datenblatt auswählen; 3.5 Schutzklasse, Schutzart und Isolationsklasse lesen; 3.6 die fünf Sicherheitsregeln anwenden und Zuständigkeiten festlegen. Prüfungsbezug: Abschlussprüfung Teil 1 der Elektroniker für Betriebstechnik (LF 1 bis 6), Arbeitsaufgabe mit situativen Gesprächsphasen und schriftliche Aufgabenstellungen; Schutzmaßnahmen, Schutzeinrichtungen und Sicherheitsregeln sind dort Kern. Wiederholung aus Lernfeld 2 (Fehlerstromweg, RCD in der Hütte 7) ist gewollt, sag das den Teams offen. Offen ist, wie viele Stromkreise die Teams hinter eine RCD legen und ob sie für die Ladegeräte Typ B oder Typ A mit Gleichstrom-Erkennung (RDC-DD) wählen; beides ist mit dem Datenblatt vereinbar. Wählen alle Teams dasselbe, frag nach der Begründung, nicht nach dem Ergebnis. Alle Werte sind Unterrichtswerte. Die Szene zeigt im Auftrag keine Zahlen, erst in der Lösungslektion. Laborvorschlag: RCD-Prüfung am Prüfplatz mit Fehlerstromsimulation; nie mit Körperströmen experimentieren.
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