Gefährliche Nähe

Ob beim Arbeiten an elektrisch längsleitfähigen, erdverlegten Rohrleitungen und mit diesen verbundenen Anlagenteilen in der Nähe von Hochspannungsfreileitungen oder in der Nähe von Bahnoberleitungen: Das Thema Hochspannungsbeeinflussung (HSB) gewinnt mehr und mehr an Bedeutung. Auch die Trassenbündelung von Rohr- und Stromleitungen hat dazu beigetragen, dass die HSB vermehrt auftritt.

Verschärft wird das Thema durch eine im Herbst 2022 von der Bundesregierung beschlossene Ergänzung im Energiewirtschaftsgesetz. Sie sieht vor, dass es zu einer höheren Auslastung der Stromnetze kommen kann, um den Stromtransport in den bestehenden Netzen dem erhöhten Bedarf anzupassen. Durch die Höherauslastung, die vorrangig über die Netzoptimierung und -verstärkung umgesetzt wird, kommt es zu einer erweiterten Betroffenheit der Rohrnetze. Leitungen, die bisher nicht hochspannungsbeeinflusst waren, können somit künftig betroffen sein. Entsprechend können bereits beeinflusste Leitungen künftig gegebenenfalls einer erhöhten HSB ausgesetzt sein.

Ursachen und Mechanismen

Durch Hochspannungsleitungen oder mit Wechselstrom betriebene Bahnoberleitungen, die in der Nähe zur elektrisch längsleitfähigen Rohrleitung verlaufen, kann es zur Einkoppelung einer elektrischen Spannung in die Rohrleitung selbst oder in mit ihr verbundene Anlagenteile kommen. Dieser Effekt wird als Hochspannungsbeeinflussung bezeichnet. Er beschreibt die Einwirkung einer Hochspannungsanlage auf eine benachbarte Rohrleitung durch induktive, kapazitive oder ohmsche Kopplung.

Diese drei Koppelmechanismen führen letztlich zum gleichen Ergebnis: Die Rohrleitung steht gegenüber der Umgebung unter Spannung. Die eingekoppelte elektrische Spannung kann für Personen, die an einer Rohrleitung tätig sind, eine Gefährdung darstellen. Deshalb darf für einen wirksamen Personenschutz die eingekoppelte elektrische Spannung auf der Rohrleitung bestimmte Grenzwerte (siehe DVGW GW 22) nicht überschreiten.

Die aufgrund der Höherauslastung auftretende Gefährdung ist hauptsächlich auf die induktive Kopplung zurückzuführen. Die nachfolgenden Ausführungen beziehen sich deshalb auf diesen Koppelmechanismus.

Bei der induktiven Kopplung wird eine elektrische Spannung in die Rohrleitung induziert. Die Höhe dieser Spannung hängt zum Beispiel ab von

• der Stromstärke in der Hochspannungsleitung (gegebenenfalls wegen Höherauslastung erhöht)
• der Länge der Parallelführung von Rohrleitung und Hochspannungsanlage
• dem Abstand zwischen Rohrleitung und Hochspannungsleitung
• den Eigenschaften der Rohrleitungsumhüllung
• dem konstruktiven Aufbau der Hochspannungsanlage
• der Frequenz des Hochspannungsnetzes (für Gleichstromleitungen liegen bislang keine Erkenntnisse vor).

Gefährdung durch Hochspannungsbeeinflussung

Für die Beurteilung der Gefährdung infolge der HSB ist die Beeinflussungssituation maßgebend. Diese wird durch den Betriebsfall der Hochspannungsleitung und durch die Arbeitssituation vor Ort bestimmt. Beim Betriebsfall wird unterschieden, ob die Spannung in die Rohrleitung durch den Betriebsstrom (zum Beispiel auch bei einer Höherauslastung) oder durch einen Fehlerstrom (zum Beispiel Kurzschluss) in der Hochspannungsleitung eingekoppelt wird. Da bei einem Fehler kurzzeitig sehr große Ströme fließen können, ist dieser Fall immer zu berücksichtigen.

Die Arbeitssituation ergibt sich aus den Rahmenbedingungen vor Ort. Eine typische Arbeitssituation kann beispielsweise bei Bedienvorgängen an Rohrleitungsarmaturen vorliegen, wenn sich die Umgebung in einem sauberen und trockenen Zustand befindet. Eine Arbeit mit erhöhter Gefährdung liegt dagegen vor, wenn in engen, gegebenenfalls nassen Bereichen gearbeitet wird und ein großflächiger Kontakt zu beaufschlagten Leitungsteilen sowie der Erde besteht. Das kann etwa bei Schweißarbeiten in einem Rohrgraben unterhalb einer Rohrleitung der Fall sein.

Gefährdungsbeurteilung und Schutzkonzept

Für das Arbeiten an Rohrleitungen werden in der Regel tätigkeits- oder arbeitsplatzbezogene Gefährdungsbeurteilungen erstellt. Die relevanten und bekannten Gefährdungen müssen gegebenenfalls um den Gefährdungsfaktor der elektrischen Körperdurchströmung infolge HSB ergänzt werden.

Bereits in der Planungsphase sind entsprechende Schutzmaßnahmen auf Basis der örtlichen Gegebenheiten festzulegen. Hilfreich ist die Dokumentation der Schutzmaßnahmen zur HSB in einem speziellen Schutzkonzept, das die besonderen Gegebenheiten für die jeweilige Bau- beziehungsweise Instandhaltungsmaßnahme (zum Beispiel Einbindemaßnahmen, Schieberfunktionskontrollen) enthält. Dieses Dokument ist dann Bestandteil der Gefährdungsbeurteilung für die Baumaßnahme, die für die Ausführung der Arbeiten maßgebend ist. Aus der Gefährdungsbeurteilung ergeben sich die Schutzmaßnahmen, die in Arbeits- oder Betriebsanweisungen zu dokumentieren sind.

Die Prüfung, ob eine HSB vorliegt, ist in der Gefährdungsbeurteilung auch bei geplanten Neubauprojekten von Leitungen notwendig. Beim Neubau von Stromtrassen sind die Stromnetzbetreiber verpflichtet, eine entsprechende Information hinsichtlich der Beeinflussungssituation an die betroffenen Rohrnetzbetreiber zu geben. Dies gilt auch für die Netzoptimierung (erhöhte Fahrweise von Stromnetzen). Auf der anderen Seite sind Leitungsnetzbetreiber verpflichtet, die Beeinflussungssituation für Hochspannung auch beim Neubau von Leitungen bei bereits installierten Stromtrassen zu prüfen beziehungsweise beim Stromnetzbetreiber zu erfragen.

Um den Grad der HSB einer Rohrleitung zu bewerten und geeignete Schutzmaßnahmen festzulegen, ist fachkundiges Personal erforderlich. Die Qualifikationsanforderungen hierzu sollen im Rahmen der Aktualisierung der DVGW GW22 (Arbeitsblatt) definiert werden. (DVGW = Deutscher Verein des Gas- und Wasserfaches)

Die Ablaufdiagramme geben eine Hilfe zum systematischen Vorgehen, um die HSB zu bewerten und geeignete Schutzmaßnahmen festzulegen:

• zur Beantwortung der Frage, ob HSB vorhanden ist (Flussdiagramm 1),
• welche Optionen für Schutzmaßnahmen bestehen,
• Beispiele für mögliche Inhalte eines Schutzkonzeptes (Flussdiagramm 2).

Im Flussdiagramm 1 werden mögliche Schritte beschrieben, um zu einem Schutzkonzept zu gelangen. Die darin beschriebenen Maßnahmen sind in der Gefährdungsbeurteilung für das Arbeiten an der Rohrleitung zu berücksichtigen.

Ablaufdiagramm 2 beschreibt eine mögliche Vorgehensweise, um ein HSB-Schutzkonzept zu erstellen. Es zeigt konkrete Schutzmaßnahmen (technisch/konstruktiv, organisatorisch und persönlich), die auf Basis der durchzuführenden Tätigkeiten und der örtlichen Randbedingungen festgelegt werden können. Grundlage der Erstellung sind die Berechnungsergebnisse zu der hochspannungsbeeinflussten Leitung.

Die im Ablaufdiagramm 2 angegebenen Schutzmaßnahmen können einzeln oder in Kombination mit anderen Schutzmaßnahmen vorgesehen werden. Zu berücksichtigen sind außerdem die Wechselwirkungen zu weiteren bestehenden Gefährdungen wie Brand- und Explosionsgefahr oder erhöhte elektrische Gefährdungen in engen Baugruben oder auf feuchtem Untergrund.

Daraus können sich weitere Schutzmaßnahmen ergeben – zum Beispiel, dass vor dem Trennen einer Gasleitung der gasfreie Zustand in der Leitung hergestellt wird, um das Auftreten von gefährlicher explosionsfähiger Atmosphäre (g. e. A.) im Arbeitsbereich zu vermeiden (siehe dazu auch DGUV Information 203-090 „Arbeiten an in Betrieb befindlichen Gasleitungen“ – derzeit in Erarbeitung).

Hinweis: Beim Einsatz „VDE-konformer“ Isoliermaterialien (Kunststoffmatten gem. VDE 0680-1 / Isoliertes Werkzeug gem. VDE 0682-201) werden – durch die Möglichkeit einer elektrostatischen Aufladung – ggf. bestehende Vorgaben des Explosionsschutzes bezüglich Zündquellenvermeidung nicht eingehalten. In diesem Fall müssen Ersatzmaßnahmen getroffen werden, zum Beispiel Arbeiten im gasfreien Zustand (s. DGUV Information 203-090). Auch Gefährdungen durch Funkenflug sind bei Heißarbeiten an der Rohrleitung entsprechend zu berücksichtigen. Neben den isolierenden Eigenschaften ist deshalb eine flammhemmende Eigenschaft der isolierend wirkenden Matte/Abdeckung notwendig. Außerdem sind die Verantwortlichkeiten für die Umsetzung der Schutzmaßnahmen festzulegen.

Zusammenwirken der beteiligten Fachleute

Neben dem Anlagen- und Arbeitsverantwortlichen sind bei der Erstellung der Gefährdungsbeurteilung weitere Personen einzubeziehen. Beteiligt sein können:

• Anlagenbetreiber,
• Anlagenverantwortlicher,
• Arbeitsverantwortlicher,
• Mitglied im Arbeitsteam,
• Planer,
• Fachkundiges Personal mit Elektrotechnik-Background

Fachkundig für die Durchführung der Gefährdungsbeurteilung und Festlegung der HSB-Schutzmaßnahmen ist, wer für diese Aufgabe über die erforderlichen Fachkenntnisse verfügt. Die Anforderungen an die Fachkunde sind abhängig von der jeweiligen Art der Aufgabe. Zu den Anforderungen zählen eine entsprechende Berufsausbildung, Berufserfahrung oder eine zeitnah ausgeübte entsprechende berufliche Tätigkeit. Die Fachkenntnisse sind durch Teilnahme an spezifischen Fortbildungsmaßnahmen auf aktuellem Stand zu halten.

Außerdem sind die Belange des Korrosionsschutzes zu berücksichtigen. Deshalb müssen auch Expertinnen und Experten für den kathodischen Korrosionsschutz (KKS) beteiligt werden. Sie alle begleiten das Projekt in der Planungs- und in der Ausführungsphase.

Beispiele für Schutzmaßnahmen im HSB-Schutzkonzept

Grundsätzlich können Schutzmaßnahmen mit Potentialausgleich, Erdung und isolierenden Maßnahmen umschrieben werden.

Erdung

Durch die Erdung wird eine elektrische Verbindung von einem leitfähigen Teil zur Erde hergestellt. Dadurch kann die Berührungsspannung zwischen der beeinflussten Rohrleitung und der Erde reduziert werden. Die Erdung kann etwa über die Erdungsanlagen der stationären Abgrenzeinheiten und zusätzlichen lokalen Abgrenzeinheiten für die Dauer der Arbeiten erfolgen. Die Ausführung der Erdungsanlage ist im Schutzkonzept für die Baustelle festzulegen.

Potentialausgleich

Als Potentialausgleich bezeichnet man eine elektrisch leitfähige Verbindung, durch die elektrische Spannungsunterschiede ausgeglichen werden. Dadurch wird verhindert, dass bei einer gleichzeitigen Berührung von erdfühligen Elementen gefährliche Ströme durch den Körper fließen. Im Arbeitsbereich werden deshalb alle gleichzeitig berührbaren, erdfühligen Elemente – wie eine Spundwand oder ein feuchter Erdboden – und die Rohrleitung leitfähig miteinander verbunden. Damit wird ein elektrischer Stromfluss durch den Körper beispielsweise bei der gleichzeitigen Berührung der Rohrleitung und der Spundwand verhindert.

In den Potentialausgleich sind alle leitfähigen Teile im Arbeitsbereich einzubeziehen, die gleichzeitig berührbar sind. Dazu gehören unter anderem:

• metallischer Verbau,
• Hebezeuge, wenn keine elektrisch isolierenden Anschlagmittel verwendet werden,
• Zäune, Blitzschutzeinrichtungen, Treppen, Geländer im unmittelbaren Arbeitsbereich,
• sonstige längsleitfähige Einrichtungen im Arbeitsbereich (zum Beispiel andere Rohrleitungen).

Bei der Trennung von beeinflussten Rohrleitungen ist darauf zu achten, dass trotz einer elektrisch leitfähigen Überbrückung der Trennstelle die Entstehung von Zündfunken nicht ausgeschlossen werden kann. Hierdurch kann eine gefährliche explosionsfähige Atmosphäre im Arbeitsbereich entzündet werden (siehe auch DVGW Arbeitsblatt GW 309).

Der Potentialausgleich vor der Trennung beeinflusster Rohrleitungen verhindert auch das Auftreten einer gefährlichen Berührungsspannung bei gleichzeitiger Berührung zwischen den Enden der Rohrleitung nach der Trennung. Die Ausführung des Potentialausgleiches muss im Schutzkonzept enthalten sein. Darin sind die Querschnitte der Potentialausgleichsleiter nach Gesichtspunkten der Strombelastbarkeit und der mechanischen Festigkeit auszulegen.

Erdung und Potentialausgleich können in Kombination auftreten.

Isolierende Maßnahmen und PSA

Lassen sich trotz Erdung und Potentialausgleich die Grenzwerte für die Berührungsspannung nicht einhalten, können zusätzlich isolierende Maßnahmen getroffen werden, zum Beispiel

• Abdeckungen und Unterlagen aus nichtleitendem Material (z.B. DIN EN 61111 (VDE 0682-512), Matten zur Standortisolierung),
• isolierende persönliche Schutzausrüstung (z.B. DIN EN 60903 (VDE 0682-311), isolierende Handschuhe),
• isoliertes Werkzeug (DIN EN IEC 60900 VDE 0682-201),
• bauliche Maßnahmen zur Isolierung des Standortes (GW 22/ VDE 0101-1/ -2, sedimentfreie Schotterschicht).

Bei der Verwendung isolierender Handschuhe und Abdeckungen ist darauf zu achten, dass diese nicht beschädigt und für die Anwendung geeignet sind. Der Umgang mit den oben genannten Schutzmitteln erfordert eine Unterweisung vor Aufnahme der Tätigkeit.

In der Regel sind Kombinationen der zuvor aufgeführten Schutzmaßnahmen erforderlich. Die Wirksamkeit der Schutzmaßnahme ist gemäß Schutzkonzept nach der Errichtung zu prüfen. Die folgenden arbeitstäglichen Sichtprüfungen sind durch den Arbeitsverantwortlichen durchzuführen.

Beschäftigte müssen vor Aufnahme der Tätigkeit über die Gefährdungen und festgelegten Schutzmaßnahmen für die Rohrnetzbaustelle unterwiesen werden.

Kontrolle der Schutzmaßnahmen

Während der Arbeitsausführung müssen die Schutzmaßnahmen auf ihre Wirksamkeit kontrolliert werden. Dies betrifft zum Beispiel:

• die Umsetzung der geplanten Schutzmaßnahmen vor Ort (zum Beispiel Arbeitsraumbreiten),
• Umgang mit benachbarten elektrischen Anlagen (zum Beispiel beim Freilegen von Erdungsanlagen) und
• Schutzmaßnahmen für eingesetzte Arbeitsmittel (zum Beispiel Kran)

Auch ein vorher nicht berücksichtigter, hoher Grundwasserspiegel kann weitere oder geänderte Maßnahmen erforderlich machen.

Somit muss die ursprüngliche Planung und Festlegung analog der Gefährdungsbeurteilung fortlaufend bei Änderungen oder neuen Erkenntnissen aktualisiert werden.

Zusammenfassung und Ausblick

Mit der Möglichkeit zur Höherauslastung der Hochspannungsnetze entsteht auch eine neue Herausforderung für Arbeiten an Rohrleitungen. Die elektrische Gefährdung, die sich durch die HSB ergeben kann, muss nun möglicherweise an mehr Rohrleitungsabschnitten berücksichtigt werden. Damit verbunden ist die Anpassung der Gefährdungsbeurteilung für Arbeiten an Rohrleitungen. Grundlage für die Berechnungen und die Ableitung von Schutzmaßnahmen ist das DVGW Arbeitsblatt GW 22. Dieses Regelwerk wird derzeit überarbeitet, ergänzt und aktualisiert. Parallel dazu wird im DGUV Sachgebiet Energie und Wasser eine DGUV Information erarbeitet, welche die Problematik aus dem Blickwinkel des Arbeitsschutzes aufgreift. Sie soll den Akteuren auf der Rohrnetzbaustelle eine Handlungshilfe für die Durchführung der Gefährdungsbeurteilung bieten und bei der Organisation sowie der praktischen Umsetzung von Schutzmaßnahmen vor Ort unterstützen.

Kai Gaschler (Open Grid Europe GmbH – Fachabteilung)
Martin Möllmann (Open Grid Europe GmbH – Fachabteilung)
Martin Lotz (Open Grid Europe GmbH – Arbeitssicherheit)
Selina Blaschke (Open Grid Europe GmbH – Arbeitssicherheit)
Dr. Christian Rückerl (BG ETEM)
Dr. Albert Seemann (BG ETEM)