Übungsaufgaben zu Gefahren des elektrischen Stroms, den fünf Sicherheitsregeln und der Ersten Hilfe

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Erstelle neue Übungsaufgaben zum Thema „Gefahren des elektrischen
Stroms, den fünf Sicherheitsregeln und der Ersten Hilfe“.

Bauplan: Halte Dich an Aufbau, Kompetenzstufen, Operatoren,
Anforderungsbereiche, Punkte und Zeitschätzung, die im Artikel
https://oer-informatik.de/aufgaben-aufbau beschrieben sind.

Fachliche Grundlage:
- https://oer-informatik.de/gefahren-sicherheitsregeln
- https://oer-informatik.de/schutz-gegen-elektrischen-schlag
- Stilbeispiel: https://oer-informatik.de/gefahren-sicherheitsregeln-uebungsaufgaben

Die Aufgaben sollen Inhalte zu diesen Schlagwörtern abdecken:
- Elektrische Sicherheit
- Körperstrom
- Stromwirkungsdiagramm
- Berührungsspannung
- Fünf Sicherheitsregeln
- Freischalten
- Elektrofachkraft
- Erste Hilfe
- AED

Kompetenzstufe: Basiskompetenz (alternativ: Kernkompetenz, Profilkompetenz, Expertise)
Anzahl: 1 Aufgabe mit Teilaufgaben
Bearbeitungszeit in Minuten ca.: <5 bis 30 min>
Szenario: eines der Szenarien aus dem Bauplan

Vorgehen:
1. Lies zuerst die verlinkten Artikel. Kannst Du keine Webseiten
   abrufen, sag mir das, statt zu raten.
2. Steht bei einer Angabe noch ein Platzhalter in <…>, frag mich
   zuerst danach. Richte Punkte und Zahl der Teilaufgaben nach der
   Bearbeitungszeit (ca. 0,9 min je Punkt).
3. Gib je Aufgabe Titel mit Kompetenzstufe, Ausgangssituation und
   Teilaufgaben mit Operator und Punktzahl aus, dazu die geschätzte
   Bearbeitungszeit.
4. Gib die Beispiellösungen mit Punkteverteilung erst aus, wenn ich
   danach frage.

Geg.: Checkliste des Kollegen mit vier Einträgen; Arbeiten an einem Unterverteilerabgang

Ges.: Fehler der Checkliste; fünf Sicherheitsregeln in richtiger Reihenfolge

Fehler (2 Punkte):

• Eintrag 2 steht an der falschen Stelle: Erst wird gegen Wiedereinschalten gesichert (Eintrag 3), dann die Spannungsfreiheit festgestellt.

• Die Spannungsfreiheit darf nicht mit einem Multimeter und nicht nur zwischen L und N festgestellt werden, sondern allpolig (auch gegen PE und N–PE) mit einem zweipoligen Spannungsprüfer.

• Die fünfte Regel fehlt: Benachbarte, unter Spannung stehende Teile in der Unterverteilung abdecken oder abschranken.

Richtige Reihenfolge (3 Punkte, je Fehler 1 Punkt Abzug):

1. Freischalten
2. Gegen Wiedereinschalten sichern
3. Spannungsfreiheit allpolig feststellen
4. Erden und kurzschließen
5. Benachbarte, unter Spannung stehende Teile abdecken oder abschranken

Nach der Arbeit werden die Maßnahmen in umgekehrter Reihenfolge aufgehoben.

Ges.: Zuordnung der Tätigkeiten zu EFK, EuP oder Laie

Je richtiger Zeile 1 Punkt:

Ges.: Begründung, warum die Hausmeisterin keine Fehlersuche durchführen darf

Die Hausmeisterin ist elektrotechnischer Laie (1 Punkt). Eine Fehlersuche verlangt, an geöffneten, unter Umständen spannungsführenden Teilen zu arbeiten und Gefahren zu erkennen und zu beurteilen; das darf nach DGUV Vorschrift 3 nur eine Elektrofachkraft mit Ausbildung, Kenntnissen und Erfahrung oder eine Person unter ihrer Leitung und Aufsicht (1 Punkt).

Ges.: erste Maßnahme vor dem Öffnen; Begründung

• Erste Maßnahme: den Netzstecker ziehen und in Sichtweite behalten (1 Punkt).

• Begründung (2 Punkte): Der Leuchtenschalter trennt oft nur einen Leiter. Je nach Steckerlage liegt dann der Außenleiter trotz ausgeschaltetem Schalter an Fassung und Leitungen an. Außerdem ist gerade der Schalter defekt und kann deshalb nicht sicher trennen. Nur der gezogene Stecker trennt allpolig und sichtbar.

Geg.: Ständerbohrmaschine der Schutzklasse I an Wechselstrom; Körperschluss im Motor; Schutzleiter der Anschlussleitung unterbrochen; zwei Beschreibungen des Fehlerstromwegs

Ges.: zutreffende Beschreibung; Fall, in dem die andere gilt; Netzsystem mit Merkmal

• Mias Beschreibung trifft zu (1 Punkt): Der Schutzleiter ist gebrochen und führt keinen Strom; der einzige Rückweg zum Sternpunkt führt durch die Auszubildende und das Erdreich.

• Jonas’ Beschreibung gälte bei intaktem Schutzleiter (1 Punkt): Dann fließt der Fehlerstrom niederohmig über PE, das Gehäuse liegt nahezu auf Erdpotenzial und die Sicherung löst aus.

• Netzsystem: TN-S-System (1 Punkt). Merkmal: Neutralleiter N und Schutzleiter PE sind ab dem geerdeten Sternpunkt als zwei getrennte Leiter bis zur Steckdose geführt; es gibt keinen gemeinsamen PEN-Leiter (1 Punkt).

Ges.: Abschaltung der Sicherung; Gefahr

Die Sicherung schaltet nicht ab (1 Punkt): Der Strom wird durch Körper-, Standort- und Erdungswiderstand je nach Standort auf wenige bis einige hundert Milliampere begrenzt, weit unter dem Auslösestrom einer Sicherung. Der Körperstrom fließt deshalb, bis jemand abschaltet; je nach Stärke und Dauer drohen Verkrampfung (Loslassen unmöglich) und Herzkammerflimmern (1 Punkt).

Geg.: U_0 = 230\ \text{V}; R_\mathrm{K} = 1\ \text{k}\Omega; R_\mathrm{St,A} = 99\ \text{k}\Omega; R_\mathrm{St,B} = 600\ \Omega

Ges.: Körperströme I_\mathrm{K,A} und I_\mathrm{K,B}

Körperwiderstand und Standortwiderstand liegen in Reihe (1 Punkt):

I_\mathrm{K} = \frac{U_0}{R_\mathrm{K} + R_\mathrm{St}}

I_\mathrm{K,A} = \frac{230\ \text{V}}{1\ \text{k}\Omega + 99\ \text{k}\Omega} = \underline{\underline{2{,}30\ \text{mA}}}\quad\text{(1 Punkt)}

I_\mathrm{K,B} = \frac{230\ \text{V}}{1\ \text{k}\Omega + 0{,}6\ \text{k}\Omega} \approx \underline{\underline{144\ \text{mA}}}\quad\text{(1 Punkt)}

An Standort B ist der Körperstrom mehr als sechzigmal so groß wie an Standort A.

Ges.: Vorteil der zweipoligen Abschaltung

Der Schutzkontaktstecker kann in zwei Lagen gesteckt werden (1 Punkt). Ein einpoliger Schalter könnte den Neutralleiter trennen, dann läge der Außenleiter im ausgeschalteten Gerät weiter an. Der zweipolige Schalter trennt L und N, sodass die Bohrmaschine nach dem Ausschalten unabhängig von der Steckerlage spannungsfrei ist (1 Punkt).

Ges.: zwei Schutzmaßnahmen mit Begründung

Zwei der folgenden, je Maßnahme 1 Punkt und je Begründung 1 Punkt:

• Fehlerstrom-Schutzeinrichtung (RCD, 30 mA): Die RCD erkennt, dass Strom über den Menschen zur Erde und nicht über N zurückfließt, und schaltet in Bruchteilen einer Sekunde ab – auch ohne Schutzleiter.

• Intakter Schutzleiter mit Abschaltung: Der niederohmige Rückweg über PE lässt einen großen Fehlerstrom fließen, die Sicherung schaltet schnell ab.

• Schutzisolierung (Schutzklasse II): Ein isolierendes Gehäuse verhindert, dass ein Körperschluss überhaupt eine berührbare Spannung erzeugt.

• Regelmäßige Prüfung der Anschlussleitung (DGUV Vorschrift 3): Ein Schutzleiterbruch wird bei der Messung des Schutzleiterwiderstands erkannt, bevor ein Fehler gefährlich wird.

Ges.: Wirkungsbereich je Fall

Je richtigem Bereich 1 Punkt:

Fall 2 und 3 zeigen: Derselbe Strom ist bei kurzer Einwirkdauer weniger gefährlich. Deshalb muss eine Schutzeinrichtung schnell abschalten.

Geg.: U_\mathrm{B} = 180\ \mathrm{V} AC zwischen Gehäuse und Erde; R_\mathrm{K} = 1{,}2\ \mathrm{k\Omega}; R_\mathrm{St} = 1{,}8\ \mathrm{k\Omega}

Ges.: Begriff Berührungsspannung; Grenzwerte

• Die Berührungsspannung ist die Spannung, die im Fehlerfall zwischen gleichzeitig berührbaren leitfähigen Teilen auftritt, hier zwischen Maschinengehäuse und Erde; sie liegt am Menschen an und treibt den Körperstrom (2 Punkte).

• Dauernd zulässig sind U_\mathrm{L} = 50\ \mathrm{V} Wechselspannung (1 Punkt) und 120\ \mathrm{V} oberschwingungsfreie Gleichspannung (1 Punkt).

Ges.: Körperstrom I_\mathrm{K}

\begin{aligned} &\text{(I)} && R_\mathrm{ges} = R_\mathrm{K} + R_\mathrm{St} \\ &\text{(II)} && U_\mathrm{B} = R_\mathrm{ges} \cdot I_\mathrm{K} \end{aligned}

I berechnen (1 Punkt):

R_\mathrm{ges} = 1{,}2\ \mathrm{k\Omega} + 1{,}8\ \mathrm{k\Omega} = 3{,}00\ \mathrm{k\Omega}

II nach I_\mathrm{K} umstellen, I in II (2 Punkte):

\def\arraystretch{2.3} \begin{array}{rcl|l} U_\mathrm{B} & = & R_\mathrm{ges} \cdot I_\mathrm{K} & \color{gray}{:R_\mathrm{ges}} \\ I_\mathrm{K} & = & \dfrac{U_\mathrm{B}}{R_\mathrm{ges}} = \dfrac{180\ \mathrm{V}}{3000\ \Omega} = 0{,}0600\ \mathrm{A} = \underline{\underline{60{,}0\ \mathrm{mA}}} & \end{array}

Ges.: Wirkung bei 1{,}5\ \mathrm{s} und bei 40\ \mathrm{ms}

• 60\ \mathrm{mA} für 1{,}5\ \mathrm{s}: Der Punkt liegt rechts von Kurve c (dort etwa 48\ \mathrm{mA}), also im Bereich AC-4: Herzkammerflimmern, Herz- oder Atemstillstand möglich – Lebensgefahr (2 Punkte).

• 60\ \mathrm{mA} für 40\ \mathrm{ms}: Der Punkt liegt links von Kurve b (dort etwa 96\ \mathrm{mA}), also im Bereich AC-2: spürbar, Muskelzuckungen, meist keine schädlichen Folgen (2 Punkte).

Die schnelle Abschaltung macht aus demselben Strom einen meist ungefährlichen Stromschlag.

Ges.: Begründung für einen großen Isolationswiderstand

Je Argument 1 Punkt, drei davon:

• Je größer der Isolationswiderstand, desto kleiner sind die Ableitströme über Gehäuse und Schutzleiter im Normalbetrieb.

• Fehlt der Schutzleiter, begrenzt ein großer Isolationswiderstand den Strom, der über einen berührenden Menschen fließen kann.

• Ein kleiner oder sinkender Isolationswiderstand zeigt Feuchtigkeit (Wasser in der Waschmaschine), Verschmutzung oder gealterte Isolierstoffe an und warnt vor einem Körperschluss oder Brand.

• Große Ableitströme können eine RCD auslösen; ein großer Isolationswiderstand verhindert solche Fehlauslösungen.

Ges.: Begründung, warum die RCD nicht auslöst

Die RCD vergleicht die Ströme in Hin- und Rückleitern und löst nur bei einem Differenzstrom aus (1 Punkt). Steht der Kollege isoliert und berührt L und N, fließt der Strom über L in seinen Körper und über N vollständig zurück; es fließt kein Strom zur Erde ab, die Differenz ist null (1 Punkt). Für die RCD ist er ein gewöhnlicher Verbraucher, obwohl der Strom lebensgefährlich durch den Brustkorb fließt. Die RCD ersetzt deshalb nie das Freischalten nach den fünf Sicherheitsregeln (1 Punkt).

Geg.: ortsveränderliches Batterieladegerät mit Elektrolytkondensator hinter dem Gleichrichter; Hebebühne 3 an eigenem Drehstromabgang (L1, L2, L3, N, PE)

Ges.: erste Maßnahme; Sicherung gegen Wiedereinschalten

• Erste Maßnahme: Netzstecker ziehen (1 Punkt).

• Sichern (2 Punkte): den Stecker in Sichtweite am Arbeitsplatz behalten bzw. so ablegen, dass niemand ihn unbemerkt einsteckt; bei längerer Unterbrechung den Stecker mit einer Steckerabdeckung mit Schloss sichern und ein Schild „Nicht einstecken – Es wird gearbeitet“ anbringen.

Ges.: Vorgehen bei geladenem Elektrolytkondensator

Der Kondensator kann nach dem Trennen vom Netz noch eine gefährliche Spannung speichern (1 Punkt). Deshalb die Entladezeit abwarten oder ihn über einen geeigneten Entladewiderstand entladen (1 Punkt) und anschließend an seinen Anschlüssen die Spannungsfreiheit mit einem geeigneten Messgerät feststellen, bevor Bauteile berührt werden (1 Punkt).

Ges.: Freischalten, Sichern und Feststellen der Spannungsfreiheit am Abgang der Hebebühne

Je Schritt sinnvoll beschrieben 1 Punkt:

1. Freischalten: den Abgang der Hebebühne in der Unterverteilung allpolig ausschalten (Leitungsschutzschalter bzw. Motorschutz- oder Hauptschalter), dabei vorher prüfen, dass es der richtige Abgang ist und die Hebebühne unten steht.

2. Gegen Wiedereinschalten sichern: Schaltgerät mit Sperrelement und persönlichem Vorhängeschloss sperren, bei Schmelzsicherungen die Einsätze herausnehmen und mitnehmen.

3. Verbotsschild „Nicht schalten – Es wird gearbeitet“ mit Ort, Datum und Namen am Schaltgerät anbringen.

4. Spannungsprüfer (zweipolig, nach DIN EN 61243-3) unmittelbar vorher an einer bekannten Spannung auf Funktion prüfen.

5. Spannungsfreiheit allpolig an der Arbeitsstelle feststellen: zwischen allen Außenleitern (L1–L2, L1–L3, L2–L3), jedem Außenleiter und N, jedem Außenleiter und PE sowie N–PE.

6. Prüfen, ob Erden und Kurzschließen nötig ist (in diesem Niederspannungsabgang ohne Fremdeinspeisung nicht erforderlich) und benachbarte, unter Spannung bleibende Teile der Unterverteilung abdecken.

Ges.: Vorgehen beim Stromunfall in richtiger Reihenfolge

Je Schritt in richtiger Reihenfolge 1 Punkt:

Ges.: Begründung ärztliche Untersuchung; Dokumentation und Meldung

• Nach einem Stromunfall können Herzrhythmusstörungen noch Stunden später auftreten, auch innere Verbrennungen sind von außen nicht sichtbar; deshalb wird jeder Stromunfall ärztlich untersucht (1 Punkt).

• Dokumentation (2 Punkte): Eintrag der Erste-Hilfe-Leistung ins Verbandbuch bzw. den Meldeblock und Meldung an den Vorgesetzten bzw. die Fachkraft für Arbeitssicherheit; bei mehr als drei Tagen Arbeitsunfähigkeit erstattet der Betrieb die Unfallanzeige an die Berufsgenossenschaft.

Geg.: Autohaus mit Werkstatt, bis zu 47 anwesende Beschäftigte, zwei Ersthelfer

Ges.: Stellungnahme zur Zuständigkeit; Mindestzahl der Ersthelfer

• Zuständigkeit (1 Punkt): Die Aussage ist falsch. Die Ersthelfer leisten im Notfall Hilfe; für die Organisation der Ersten Hilfe (Ersthelfer ausbilden lassen, Material und Meldeeinrichtungen bereitstellen, Aushang, Dokumentation) ist nach DGUV Vorschrift 1 der Unternehmer verantwortlich, also Inhaber oder Geschäftsführung.

• Mindestzahl (2 Punkte): Ein Autohaus mit Werkstatt ist kein reiner Handels- oder Verwaltungsbetrieb, es gelten 10 % der anwesenden Beschäftigten: 0{,}1 \cdot 47 = 4{,}7, aufgerundet \underline{\underline{5\ \text{Ersthelfer}}}. Zwei reichen also nicht; der Betrieb muss mindestens drei weitere ausbilden lassen.