Elektrische Heizungen können bei unsachgemäßer Handhabung insbesondere in Galvanikbetrieben eine erhebliche Gefahrenquelle darstellen. Abhilfe schaffen Sicherheitsabschaltungen der Heizsysteme sowie optimal ausgelegte Füllstands- und Temperatursensoren in Verbindung mit moderner Regelungstechnik. Darüber hinaus kann die Brandgefahr durch den Einsatz indirekter Heizsysteme nahezu vollständig reduziert werden.
Brandrisiken
In den letzten Jahren kam es in deutschen Galvanikbetrieben durchschnittlich zu nahezu 80 Bränden pro Jahr, darunter rund 15 Großbrände mit Schadenssummen von jeweils mehr als 500 000 Euro. Großbrände führen häufig zu erheblichen Zerstörungen, die einen langfristigen Produktionsausfall zur Folge haben und in Einzelfällen sogar zur Schließung von Unternehmen führen können.
Zu den wesentlichen Brandursachen zählen:
- elektrische Fehlfunktionen
- fehlende oder mangelhafte Temperatur- und Füllstandsensoren
- Korrosion an Kontakten (z. B. in Schaltschränken oder an Steckdosen)
- unsachgemäße Montage von Betriebsmitteln (u. a. Elektroheizungen)
Anlagen- und betriebstypische Gefahren
Für die unterschiedlichen Anlagenbereiche lassen sich verschiedene potenzielle Gefahrenquellen für die Entstehung von Bränden identifizieren. Bei elektrischen Heizungen zählen dazu:
- ein automatischer Anlauf elektrischer Heizungen ohne ausreichende Flüssigkeitsüberdeckung
- Trockengang elektrischer Heizgeräte während des Betriebs, beispielsweise infolge fehlender oder nicht funktionierender Füllstandsüberwachung
- zu geringer Abstand der Heizelemente zu brennbaren Behälterwänden oder Einbauten
- fehlende oder nicht funktionierende Übertemperatursicherungen
Ein weiterer Bereich mit erheblichem Potenzial für die Brandentstehung ist die Stromversorgung der eingesetzten Elektrolytsysteme. Mögliche Ausgangspunkte für Brände sind hier die Überhitzung der Gleichstromversorgung oder deren Kontaktstellen sowie eine Korrosion von Anschlusskontakten mit daraus resultierendem erhöhtem Übergangswiderstand und entsprechender Erwärmung.
Normen und Regelungen
Die Sicherheit von Elektrowärmeanlagen beziehungsweise von elektrischen Geräten werden in verschiedenen Normen wie DIN EN 60335-1 (VDE0700-1):2020-08 [1] oder der DIN EN 60519-1 (VDE 0721-1) [2] festgehalten. So befasst sich die Norm DIN EN 60519-1:2020-12 [2] mit dem Schutz gegen Temperatureinflüsse in Absatz 10 sowie Absatz 14 wie folgt:
Wenn ein Einzelfehler zu einer Überhitzungsgefahr eines Teils der Elektrowärmeeinrichtung […] führen könnte, muss eine Temperatursicherung […] die Heizmittel und alle weiteren Teile, die eine solche Gefährdung verursachen könnten, abschalten [2, Abs. 10.6.2]
Übertemperaturschutzeinrichtungen müssen vom Temperaturregelsystem getrennt sein. Dies gilt nicht nur für Temperaturaufnehmer, sondern auch für alle Trenneinrichtungen in den Stromkreisen, die abzuschalten sind [2, Abs. 14.7]
Darüber hinaus gilt seit 2018 eine europäische Norm für Galvanik- und Anodisieranlagen (DIN EN 17059:2018-10 [3]). Mit dem Brandschutz befassen sich zudem Leitfäden und Richtlinien des Zentralverbands Oberflächentechnik e. V., des Gesamtverbands der Deutschen Versicherungswirtschaft e. V. sowie der Schadenverhütung GmbH [4]. Diese Vorschriften, die grundsätzlich für neue Betriebe gelten, empfehlen auch bestehenden Unternehmen, die Leitlinien durch entsprechende Anpassungen der Brandschutzmaßnahmen umzusetzen.
Es empfiehlt sich, den Versicherer frühzeitig bei Um- und Neubauten zur Beratung hinzuzuziehen und die einschlägigen Sicherheitsvorschriften für Produktionsbetriebe rechtzeitig zu berücksichtigen. Im Ergebnis sollen das Brandrisiko reduziert sowie Brandschäden und Folgeschäden (Betriebsausfall!) minimiert werden.
Lösungen für eine sichere Prozesstemperierung
Eine Sicherheit durch Elektroheizungen mit integrierter Abschaltung zeichnet sich durch eine prinzipielle Beibehaltung der elektrischen Heizungstechnik aus, wobei diese durch Heizungen mit integriertem Sicherheitssystem, wie dem Antibrandsystem der Sicherheitsbadwärmer ROTKAPPE®, realisiert wird (Abb. 1). Der im Tauchrohr eingebaute Temperaturbegrenzer schaltet die Heizung beim Erreichen gefährlich hoher Tauchrohrtemperaturen (z. B. bei Überhitzung durch Trockengang oder starke Verkrustung) dauerhaft ab. Durch einen manuellen Reset der Temperaturbegrenzereinheit kann die Heizung nach Abstellen der Überhitzungsursache wieder in Betrieb genommen werden.
Abb. 1: Sicherheitsbadwärmer ROTKAPPE® mit Antibrandsystem
Zur Vermeidung einer Brandauslösung ist es ebenso notwendig, geeignete Sensoren für Füllstand und Temperatur einzusetzen. Dabei ist auf die folgenden Punkte zu achten:
- Auswahl der Sensorsysteme mit der geforderten chemischen und thermischen Beständigkeit in der jeweiligen Prozessflüssigkeit
- Abstimmung der Funktionsfähigkeit des Sensorsystems auf die Einflussfaktoren der Prozessflüssigkeiten
- Einsatz von Schwimmerschaltern (Abb. 2) für elektrisch nicht leitfähige Flüssigkeiten (z. B. Wasser in Spülstufen)
- Verzicht auf elektromechanische Sensoren, wie zum Beispiel Schwimmerschalter, bei inkrustierenden Flüssigkeiten (z. B. Elektrolyte mit hohem Salzgehalt)
- Überwachung elektrisch leitfähiger Flüssigkeiten (z. B. Elektrolyte) mit konduktiven Messsystemen, beispielsweise Niveaustabsonden (Abb. 3). Die Anwendung von exakt einstellbaren Signalgeräten zur konduktiven Füllstandsüberwachung erlaubt eine gute Anpassung der Ansprechempfindlichkeit auf die jeweilige elektrische Leitfähigkeit der Prozessflüssigkeit
Abb. 2: Schwimmerschalter MTS
Abb. 3: Niveaustabsonden NS
Neben den Füllstandsensoren zur Niveauüberwachung empfiehlt sich die Verwendung von geeigneten Temperatursensoren zur Temperaturregelung. Für den Einsatz von Temperaturbegrenzern (Abb. 4) gilt:
- zwingender Einsatz eines Temperaturbegrenzers, wenn es eine entsprechende Risikobeurteilung verlangt
- auf elektrische und funktionale Unabhängigkeit des Temperaturbegrenzers von der Temperaturregelung achten
- ausschließliche Verwendung von Sicherheits-Temperatur-Begrenzern (STB) nach DIN EN 14597 [5]
- generelle Empfehlung des Einsatzes von redundanten Messsystemen bis hin zu redundanten Leistungsschützen als wichtiger Grundsatz für den Brandschutz folgen
Abb. 4: Temperaturfühler TF
Die Gefahren durch elektrische Ströme und Spannungen elektrischer Heizungen lassen sich durch den Einsatz von indirekten Beheizungssystemen beziehungsweise von Wärmetauschern vollständig vermeiden. Hierbei muss allerdings eine alternative wirtschaftliche Heizquelle vorhanden sein. In Betracht kommen Wärmeträger wie Wasser, Dampf, Thermoöl oder Glykol sowie Wärmequellen, wie Wärmepumpen oder Blockheizkraftwerke. Darüber hinaus ist auf die Absicherung vor Verschleppung oder Kontamination mit Chemikalien sowie die Vermeidung von Undichtigkeiten an solchen Anlagen und deren Rohrleitungen zu achten.
Abb. 5: Wärmetauscher SYNOTHERM®
Verwendung finden für die indirekte Beheizung beispielsweise Plattenwärmetauscher SYNOTHERM® (Abb. 5). Diese zeichnen sich aus durch:
- indirekte Beheizung und Kühlung für den Einsatz in Behältern
- keine Brandgefährdung
- einfache Wartung (leichte Abreinigung)
- homogene Temperierung und effiziente Energienutzung
- geringe Einbaumaße und gute chemische Beständigkeit (Edelstähle, Titan, Kunststoffe)
Brandgefahr kann minimiert werden!
Die Reduzierung von Brandgefahren ist bei sachgerechter Anwendung der in Deutschland geltenden Vorschriften grundsätzlich gewährleistet. Dennoch ist in den vergangenen Jahren ein Anstieg der Brandereignisse zu verzeichnen, weshalb seitens der Industrieversicherer eine Verschärfung bestehender Auflagen in Betracht gezogen wird. Der vorliegende Beitrag hat die wesentlichen Gefahrenquellen aufgezeigt und die relevanten Normen sowie Richtlinien systematisch dargestellt. Darüber hinaus wurde der aktuelle Stand der Technik zur Vermeidung von Brandschäden durch Heizsysteme beleuchtet. Insgesamt wird deutlich, dass neben der Einhaltung regulatorischer Anforderungen insbesondere die konsequente Umsetzung technischer und organisatorischer Maßnahmen entscheidend ist, um das Brandrisiko nachhaltig zu minimieren.
Literatur
[1] DIN EN 60335-1:2012-10; VDE 0700-1:2012-10, Sicherheit elektrischer Geräte für den Hausgebrauch und ähnliche Zwecke – Teil 1: Allgemeine Anforderungen (IEC 60335-1:2010, modifiziert)
[2] DIN EN 60519-1:2020-12; VDE 0721-1:2020-12 – Sicherheit in Elektrowärmeanlagen und Anlagen für elektromagnetische Bearbeitungsprozesse – Teil 1: Allgemeine Anforderungen (IEC 60519-1:2020)
[3] DIN EN 17059:2018-10 – Galvanik- und Anodisieranlagen – Sicherheitsanforderungen (prEN 17059:2018)
[4] https://shop.vds.de/publikation/vds-3412
[5] DIN EN 14597:2015-02, Temperaturregeleinrichtungen und Temperaturbegrenzer für wärmeerzeugende Anlagen (EN 14597:2012)
