Hinweise_elektrische_Energie - Lehrer-Uni
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Hinweise zum Experimentieren mit elektrischer Energie 1. Allgemeine Sicherheitsmaßnahmen Die folgenden Sicherheitsmaßnahmen müssen bei nicht berührungsgefährlichen und bei berührungsgefährlichen Spannungen befolgt werden: Prüffristen für elektrische Anlagen und Geräte einhalten (RISU I-11.9, Seite 69 und III-6.7, Seite 231) Lehrer müssen aufgrund ihrer Ausbildung und Kenntnisse sowie aufgrund ihrer Erfahrungen die von Ihnen geleiteten oder auszuführenden Experimente mit elektrischer Energie beurteilen und mögliche Gefahren erkennen können. Lehrer müssen vor Beginn der Experimente anhand der RISU unterwiesen sein (RISU I-11.4, Seite 67) Allgemeine Gefahrenunterweisung der Schülerinnen und Schüler mindestens zweimal jährlich mit Dokumentation im Klassenbuch (BG/GUV-SI 8040, Seite 5) Vor dem Experimentieren ist eine Gefährdungsbeurteilung zu erstellen (RISU I-11.2, Seite 66) Vor Nutzung muss eine Überprüfung der Geräte und Materialien auf sichtbare Mängel durchgeführt werden (Prüfliste: BG/GUV-SI 8040, Seite 42; RISU I-11.8, Seite 68) Netzgerät als Spannungsquelle: Nur Steckdosen mit vorgeschriebenen Schutzvorrichtungen dürfen verwendet werden (RCD ≤ 30 mA, Zentrale Not-AusEinrichtung) (RISU I-11.8, Seite 68 und 11.3, Seite 67) Sicherheitseinrichtungen dürfen auch zu Experimentierzwecken nicht außer Kraft gesetzt werden (RISU III-6.6, Seite 230). Der Stromkreis zu den Schülerexperimentierständen darf erst dann eingeschalten werden, wenn sich der Lehrer vergewissert hat, dass keine Gefährdungen bestehen. Nach Beendigung der Experimente sind die Stromkreise der Schülerexperimentierstände abzuschalten (RISU I-11.3, Seite 67) Schutz der Netzgeräte und Messgeräte vor Feuchtigkeit und Flüssigkeiten auch während des Experiments (RISU, III-6.6, Seite 230) Keine nassen el. Geräte benutzen. Z. B. Widerstandsmessungen an Flüssigkeiten: Hinweise für Schüler z. B. auf Aufgabenblatt/Versuchsanleitung Akku als Spannungsquelle: dürfen nur an- oder abgeklemmt werden, wenn kein Strom fließt (RISU I-11.7, Seite 68) Leitungen so verlegen, dass keine Knick- Scher- oder Stolperstellen entstehen Niemals Stecker an der Leitung heraus ziehen (RISU III-6.6, Seite 230) Bedienungsanleitung der Geräte und Bauteile (eventuell Kurzform als Betriebsanweisung) beachten und gemäß Bestimmungszweck verwenden (RISU III-6.6, Seite 230) Maximale Belastbarkeit der Spannungsquelle und der Bauteile beachten Steck- und Schraubverbindungen müssen in ihren Abmessungen aufeinander abgestimmt sein. Kabelschuhe müssen dem Bolzendurchmesser angepasst sein (RISU I-11.8, Seite 68) Kondensatoren: Nennspannung und Polung beachten! Explosionsgefahr bei Elektrolytkondensatoren (RISU II-4.4, Seite 93) Hinweise für Schüler z. B. auf Aufgabenblatt/Versuchsanleitung Elektromagnet: Bei Heben von Lasten auf Gefahren durch Stromunterbrechung achten (RISU II-4.4, Seite 93) Dr. Markus Ziegler, Gymnasium Spaichingen Für Vollständigkeit und Richtigkeit wird keine Haftung übernommen Seite 1 von 4 Hinweise zum Experimentieren mit elektrischer Energie Mechanische Gefährdungen minimieren: z. B. Verletzung durch handbetriebenen Generator. Hinweise für Schüler z. B. auf Aufgabenblatt/Versuchsanleitung Thermische Gefährdungen minimieren: z. B. Kennlinienaufnahme Graphit und Metalldraht. Hinweise für Schüler z. B. auf Aufgabenblatt/Versuchsanleitung Melden Sie Schäden oder ungewöhnliches Verhalten von elektrischen Geräten oder Anlagen sofort der Schulleitung bzw. dem von ihm Beauftragten. Entziehen Sie das Gerät oder die Anlage bis zur Instandsetzung einer weiteren Nutzung (RISU III-6.6, Seite 230) Reparaturen an elektrischen Geräten dürfen nur von einer Elektrofachkraft durchgeführt werden. Führen Sie keine Reparaturen – auch noch so einfacher Art – an elektrischen Geräten und Anlagen selbst durch (RISU III-6.6, Seite 230) Sicherungsaustausch nur im spannungslosen Zustand durchführen. Nur vorgesehene Sicherungen verwenden (RISU I-11.8, Seite 68) 2. Experimentieren mit nicht berührungsgefährlicher Spannung Definition nicht berührungsgefährliche Spannung (BG/GUV-SI 8040, Seite 27; DIN EN 50191:2010: Errichten und Betreiben elektrischer Prüfanlagen, Seite 5): o U ≤ 25 V AC / 60 V DC oder o U > 25 V AC / 60 V DC und Kurzschlußstrom I ≤ 3 mA AC/ 12 mA DC oder o U > 25 V AC / 60 V DC und elektrische Entladungsenergie ≤ 350 mJ Hierbei ist U die Leerlaufspannung. Diese wir mit einem Spannungsmessgerät mit einem Innenwiderstand > 50 kOhm gemessen. Der Kurzschlussstrom wird über einen induktionsfreien Widerstand von 2 kOhm bestimmt. Zusätzliche Sicherheitsmaßnahmen und Hinweise: Notwendige technische Voraussetzungen für die Bereitstellung von nicht berührungsgefährlicher Spannung im Bereich U ≤ 25 V AC / 60 V DC (BG/GUV-SI 8040, Seite 27) beachten: Sicherheitstransformator mit Begrenzung auf U ≤ 25 V AC/ 60 V DC oder netzunabhängige Versorgung mit mindestens gleicher Sicherheit: Akku, Batterie, Generator, Solarzelle, … U ≤ 25 V AC/ 60 V DC Transformatorexperimente: Darauf achten, dass in der Sekundärspule U = 25 V AC nicht überschritten werden kann!! Experimente mit Spulen: Darauf achten, dass die Induktionsspannung nicht berührungsgefährlich ist. Hier entstehen meist Spannungen > 60 V DC! Schülerexperimente mit Gleichspannung und 1 bis 3 Praktikumsspulen sind i. A. unbedenklich. Schülerexperimente mit leistungsfähigen Spulen sind bis Klassenstufe 11 nicht zu empfehlen Parallelschaltung von leistungsfähigen Spulen kann zu berührungsgefährlichen Spannungen führen! Dr. Markus Ziegler, Gymnasium Spaichingen Für Vollständigkeit und Richtigkeit wird keine Haftung übernommen Seite 2 von 6 Hinweise zum Experimentieren mit elektrischer Energie Wagnerscher Hammer (z. B. elektrischer Weidezaun, Funkeninduktor, Klingel) können berührungsgefährliche Spannungen erzeugen! Experimente zur Batteriezündung können berührungsgefährliche Spannungen erzeugen! Keine Bauteile bzw. Schaltungen verwenden, die berührungsgefährliche Spannungen erzeugen können (z. B. Hochspannungskaskade) 2.1 Experimente an Schülern mit elektrischer Energie Versuche mit berührungsgefährlichen Spannungen an Schülerinnen und Schülern sind verboten (RISU I-2, Seite 17) Bei Abnahme elektrophysiologischer Signale (EKG, EEG) dürfen nur Geräte eingesetzt werden, die dem Medizinproduktegesetz bzw. der Medizingeräteverordnung entsprechen oder vollständig vom Stromnetz getrennt betrieben werden und an denen keine berührungsgefährlichen Spannungen auftreten können (RISU I-2, Seite 17) Ratschlag: Verwenden Sie zur Sicherheit als Spannungsquelle eine 4,5-V-Batterie und batteriebetriebene Messgeräte. Beispiel: Widerstandsmessung an einem oder mehreren Schülern Dr. Markus Ziegler, Gymnasium Spaichingen Für Vollständigkeit und Richtigkeit wird keine Haftung übernommen Seite 3 von 6 Hinweise zum Experimentieren mit elektrischer Energie 3. Experimentieren mit berührungsgefährlicher Spannung „Bei der Auswahl und Vorbereitung von Experimenten mit berührungsgefährlicher Spannung obliegt der Lehrkraft eine besondere Verantwortung, denn auch bei Einhaltung der nachgenannten Schutzmaßnahmen bleibt eine Gefährdung. Dies gilt gleichermaßen für von der Lehrkraft angeleitete, als auch für selbst ausgeführte Experimente“ (RISU I-11.5, Seite 66) „Schülerinnen und Schüler dürfen grundsätzlich nicht mit berührungsgefährlicher Spannung experimentieren. Ausnahmen sind nur in der gymnasialen Oberstufe zulässig, wenn das Lernziel anders nicht erreicht werden kann.“ (RISU I - 11.5, Seite 67) Gymnasiale Oberstufe: Ab Klasse 11 (siehe BG/GUV-SI 8040) Es ist daher auf jeden Fall eine Substitutionsprüfung erforderlich!! Lehrkräfte müssen ein abgeschlossenes Lehramtsstudium des Faches Physik oder vergleichbarer Ausbildungsgänge besitzen (RISU I-11.4, Seite 67) Achtung Lebensgefahr! Beim Berühren der Sekundärspule eines Transformators spricht die Fehlerstromschutzeinrichtung (RCD) nicht an!! 3.1 Zusätzliche Sicherheitsmaßnahmen für das Experimentieren mit berührungsgefährlicher Spannung: Vor dem Experimentieren müssen Sicherheitseinrichtungen (z.B. RCD, Not-Aus) auf Funktion überprüft werden (RISU I-11.9, Seite 69) Sicherheitsexperimentierleitungen sind bei allen Tätigkeiten mit berührungsgefährlichen Spannungen erforderlich (RISU I-11.8, S. 68) Alle Experimentiereinrichtungen müssen mit Sicherheitsbuchsen ausgestattet sein (BG/GUV-SI 8040, Seite 33) Aufbau, Umbau und Abbau sind nur im spannungsfreien Zustand erlaubt! Dies gilt auch für Sicherheitsexperimentierleitungen (RISU I-11.6, S. 68) An unter berührungsgefährlicher Spannung stehenden Teilen darf nicht gearbeitet werden. Dies gilt auch für das Heranführen von Messeinrichtungen (RISU I-11.5, S. 68) Lehrer überzeugt sich vor Spannungsfreigabe vom richtigen und ordnungsgemäßen Zustand des Aufbaus (RISU I-11.6, S. 68) Es muss sichergestellt sein, dass eine Körperdurchströmung ausgeschlossen ist (RISU I-11.6, S. 68) Unterweisung der Schülerinnen und Schüler über die Gefährdungen und Schutzmaßnahmen (auch Not-Aus-Schalter) des Versuches ist notwendig (RISU I-11.5, Seite 68) Hinweis auf ein Verbot häuslicher Experimente mit berührungsgefährlicher Spannung ist erforderlich (BG/GUV-SI 8040, Seite 35) Dr. Markus Ziegler, Gymnasium Spaichingen Für Vollständigkeit und Richtigkeit wird keine Haftung übernommen Seite 4 von 6 Hinweise zum Experimentieren mit elektrischer Energie Der Lehrer muss während der Versuchsdurchführung im Unterrichtsraum anwesend sein (RISU III-6.2.4, Seite 229) Für Messungen müssen geeignete und sichere Messgeräte verwendet werden (BG/GUV-SI 8040, Seite 35). Warnhinweis W 012 „Warnung vor gefährlicher Spannung“ aufstellen (RISU, II-4.4, Seite 94): 3.2 Experimentieren mit berührungsgefährlicher Spannung unter dem Schutz von SELV/PELV-Systemen Notwendige technische Voraussetzungen für SELV/PELV-Systeme: Erlaubte Spannungsquellen: Sicherheitstransformator mit U ≤ 50 V AC/ 120 V DC oder netzunabhängige Versorgung mit mindestens gleicher Sicherheit: Akku, Batterie, Generator, Solarzelle, … mit Leerlaufspannung U ≤ 50 V AC/ 120 V DC Basisschutz der gesamten Experimentieranordnung, d. h., die gesamte Schaltung muss vollständig isoliert sein, sodass es keine berührungsgefährlichen Teile gibt In der Experimentieranordnung befinden sich keine Spulen, Transformatoren oder andere Bauteile, die berührungsgefährliche Spannungen oberhalb 50 V AC/ 120 V DC erzeugen Experimentieren mit Schutz durch SELV/PELV-Systeme ist deutlich sicherer als Experimentieren ohne Schutz durch SELV/PELV-Systeme. Daher dürfen bei Verwendung von SELV/PELV-Systemen Schülerexperimente ab Klasse 11 durchgeführt werden, falls das Lernziel sonst nicht erreicht werden kann. Es dürfen in diesem Fall auch gleichzeitig mehrere Schülerexperimente durchgeführt werden. Sicherheitsmaßnahmen siehe Kapitel 3.1 Dr. Markus Ziegler, Gymnasium Spaichingen Für Vollständigkeit und Richtigkeit wird keine Haftung übernommen Seite 5 von 6 Hinweise zum Experimentieren mit elektrischer Energie 3.3 Experimentieren mit berührungsgefährlicher Spannung ohne Schutz durch SELV/PELV-Systeme In diesem Fall ist eine erhebliche Gefährdung durch elektrische Energie gegeben. Weitreichende Sicherheitsmaßnahmen sind notwendig. Zusätzliche Sicherheitsmaßnahmen: Not-Aus-Schalter direkt am Experimentierstand ist notwendig. Dies ist meist nur am Lehrerarbeitstisch vorhanden (RISU I-11.5, Seite 67) Wiedereinschaltung nach Not-Aus-Betätigung darf nur durch befugte Personen möglich sein (z. B. Schlüsselschalter) (RISU III-6.2.4, Seite 229) Die Lehrkraft muss das Experiment unmittelbar beaufsichtigen (RISU I-11.5, Seite 68) Folglich können nicht mehrere Experimente mit berührungsgefährlicher Spannung ohne Schutz durch SELV/PELV gleichzeitig durchgeführt werden Die Lehrkraft muss vor der Spannungsfreigabe den Versuchsaufbau der Schülerinnen und Schüler prüfen und auf Gefahrstellen hinweisen (RISU I-11.5, Seite 68). Die Spannungsfreigabe muss angekündigt werden (BG/GUV-SI 8040, 2.4.3, Seite 35) In jedem Experimentieraufbau ist eine Ein-Aus-Schalteinrichtung vorzusehen (BG/GUV-SI 8040, 2.4.3, Seite 35) Zur Abnahme von Energie aus dem 230-V-Netz über Sicherheitsexperimentierleitungen dürfen nur Sicherheitsadapter („Anschlussdosen“) verwendet werden (BG/GUV-SI 8040, 2.4.3, Seite 36) Der Abstand zu den Schülerinnen und Schüler muss genügend groß gewählt werden, sodass diese nicht in die Schaltung greifen können. Mindestabstand zwischen Lehrerarbeitstisch und 1. Schülertisch beträgt für alle Experimente1,20 m. Falls eine Schutzscheibe vorhanden ist, kann gegebenenfalls auch ein kleinerer Abstand toleriert werden (http://www.sichereschule.de/physik/unterrichtsraum/default.htm) Zusätzliche Hinweise: In diese Kategorie gehören auch Experimente mit Bandgeneratoren / Hochspannungsnetzgeräten, auch wenn diese (gerade noch) nicht berührungsgefährliche Spannungen erzeugen Das Aufladen von Kondensatoren über 60 V kann zu berührungsgefährlichen Spannungen führen Anbringen von zusätzlichen Kondensatoren (z. B. Konduktoren) an Bandgeneratoren oder Hochspannungsnetzgeräte kann zu berührungsgefährlichen Spannungen führen! Bei größeren Kondensatoren mit einer Nennspannung über 60 V sollten die Kontakte bei Lagerung miteinander verbunden werden Dr. Markus Ziegler, Gymnasium Spaichingen Für Vollständigkeit und Richtigkeit wird keine Haftung übernommen Seite 6 von 6
