Fehlerstrom-Schutzschalter

Fehlerstromschutzschalter

Geöffneter Fehlerstromschutzschalter für Drehstrom mit erkennbarem Summenstromwandler und rot-braunen Kupferdrahtwicklungen

Fehlerstromschutzschalter (RCCB), umgangssprachlich auch 'FI-Schalter', sind die am häufigsten verwendeten Geräte aus der übergeordneten Gruppe der „Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen“ (RCD), wie sie heute allgemein in den Normen des deutschen Sprachraumes bezeichnet wird. Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen jedweder Bauform verhindern gefährlich hohe Fehlerströme gegen Erde und tragen so zur Reduzierung lebensgefährlicher Stromunfälle in Niederspannungsnetzen maßgeblich bei.

Durch den Einfluss der internationalen Normung wird seit 2008 allgemein das Kürzel „RCD“ für die englische Bezeichnung Residual Current protective Device (sinngemäß Reststromschutzgerät) in den deutschsprachigen Normen verwendet.

Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen werden grundsätzlich den üblichen Überstromschutzeinrichtungen vorgelagert und zusätzlich zu diesen in den Niederspannungsverteilern installiert. Es gibt auch die Kombination in Form des RCBO, welcher die Funktion der Fehlerstrom-Schutzeinrichtung und des Leitungsschutzschalters in einem Gerät vereint. Für den Fehlerstromschutz einzelner Steckdosen in Altanlagen sind auch RCD-Steckdosen verfügbar.

In der früher gängigen Abkürzung FI stand „F“ für das Wort Fehler und „I“ für das Formelzeichen des elektrischen Stroms.

Grundlagen

Nach DIN VDE 0100-100 ist die Sicherheit von Personen, Nutztieren und Sachwerten hinsichtlich der Gefahren und Schäden sicherzustellen, die beim bestimmungsgemäßen Gebrauch elektrischer Anlagen entstehen können. Darunter fallen insbesondere Gefahren, die beim Berühren unter Spannung stehender Teile von elektrischen Anlagen entstehen können. Dieser Schutz kann durch folgende Maßnahmen erreicht werden:

• Verhindern, dass ein Fehlerstrom durch den Körper einer Person oder eines Nutztieres fließt
• Begrenzen des Fehlerstroms, der durch einen Körper fließt, auf einen ungefährlichen Wert
• Begrenzung des Fehlerstroms, der durch einen Körper fließt, auf eine ungefährliche Zeitdauer

Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen zielen ergänzend zu den Maßnahmen „Schutzerdung und Schutzpotentialausgleich“ (gemäß DIN VDE 0100-410) auf die zeitlich begrenzende Maßnahme ab. Sie schützen gegen das Bestehenbleiben – nicht das Entstehen – eines unzulässig hohen Berührungsstroms (siehe auch Berührungsspannung). Sie sind ein effizientes Mittel zur Vermeidung von gefährlichen Stromunfällen, insbesondere dem Erdschluss über den Körper.

Ein weiterer sehr wesentlicher Aspekt für den Einsatz von Fehlerstromschutz-Einrichtungen ist der Brandschutz. In der Brandschutztechnik wird eine Fehlerleistung von mehr als 60 Watt bei längerer Einwirkdauer als möglicher Brandauslöser eingestuft. Unter bestimmten Voraussetzungen muss sogar bei geringeren Leistungen mit Brandgefahr gerechnet werden. Aus brandschutztechnischen Gründen werden daher Schutzeinrichtungen, Melde- oder Überwachungsgeräte mit einem Bemessungsdifferenzstrom/Ansprechstrom ≤ 300 mA empfohlen. Solche Schutzeinrichtungen für den vorbeugenden Brandschutz haben typisch eine verzögerte Auslösung und eignen sich auch bedingt durch den hohen Bemessungsdifferenzstrom nicht für den Personenschutz.

Im Gegensatz dazu dienen Überstromschutzeinrichtungen wie Leitungsschutzschalter oder Schmelzsicherungen, die allgemein als „Sicherungen“ bezeichnet werden, hauptsächlich dem Schutz von Geräten und Installationen und bieten deshalb keinen hinreichenden Schutz vor Stromschlag: „die Sicherung schützt die Leitung, die Fehlerstrom-Schutzeinrichtung den Menschen“.

Voraussetzung für ein verlässliches unmittelbares Auslösen der Fehlerstromschutz-Einrichtung bei einem unzulässig hohen Fehlerstrom ist eine normgerechte Auslegung der Kundenanlage, speziell hinsichtlich Schutzerdung und Potentialausgleich. Bei einfachen Fehlern wird durch den Erdkontakt eines betriebsmäßig spannungsführenden Leiters ein Stromkreis über den Schutzleiter oder über die Erde gebildet. Die netzseitigen Voraussetzungen sind bei europäischen Niederspannungsnetzen (bis auf Ausnahmen wie z. B. in IT-Systemen, bei denen Fehlerstromschutz-Einrichtungen nur zur Erkennung von Mehrfachfehlern eingesetzt werden können) generell gegeben und werden durch den jeweiligen Verteilnetzbetreiber (VNB) gewährleistet. In den Abschnitten eines TN-C-Systems, in dem der Schutzleiter (PE-Leiter) gleichzeitig Neutralleiter (N-Leiter) ist (und als PEN-Leiter bezeichnet wird), kann eine Fehlerstromschutz-Einrichtung erst nach der Aufspaltung in getrennte PE-Leiter und N-Leiter eingesetzt werden. Nach der Aufspaltung wird der N-Leiter über die Fehlerstromschutz-Einrichtung geführt. Diese Aufspaltung des PEN-Leiters erfolgt üblicherweise im Hausanschlusskasten, womit dies keine weiteren Auswirkungen auf die normale Haus- bzw. Wohnungsinstallation hat.

Funktionsprinzip

Fehlerstromschutzschalter in einem einphasigen Stromkreis. 1: Schaltschloss; 2: Auslösespule; 3: Summenstromwandler; 4: Prüftaste

Fehlerstromschutzschalter in einer Drehstromanlage

Der Fehlerstromschutzschalter trennt bei Überschreiten eines bestimmten Differenzstroms, in Hausanlagen und öffentlichen Gebäuden meist 30 mA, den überwachten Stromkreis allpolig, das heißt alle Leiter bis auf den Schutzleiter, vom restlichen Netz.

Differenzströme können auftreten, wenn etwa durch den menschlichen Körper oder über eine schadhafte Isolierung ein (Fehler-)Strom fließt. Dazu vergleicht der Fehlerstromschutzschalter die Höhe des hin- mit der des zurückfließenden Stromes. Die vorzeichenbehaftete Summe aller durch den Fehlerstromschutzschalter fließenden Ströme muss bei einer intakten Anlage Null sein. Anders ausgedrückt muss der Strom zum Verbraucher genauso groß sein wie der Strom, der vom Verbraucher zurückfließt.

Der Vergleich erfolgt in einem Summen-Stromwandler. Dieser hat zwei oder mehr durchlaufende Leitungsadern (Primärwicklungen). Sie sind so geführt, dass ihre Induktionswirkung sich im Normalfall gegenseitig aufhebt, kein Magnetfluss im Wandlerkern induziert wird und kein Sekundärstrom fließt. Der Wandler „addiert“ also alle zum und vom Verbraucher fließenden Ströme vorzeichenrichtig. Fließt aus einer Ader ein Teilstrom zur Erde (Fehlerstrom), so ist die Summe von hin- und zurückfließenden Strömen im Wandler nicht mehr Null. Dies hat einen Strom in der Sekundärwicklung (Auslösespule) zur Folge. Der Sekundärstrom löst ein Relais (Schaltschloss) aus, das die Leitung allpolig abschaltet.

Grenzen der Schutzwirkung

Ein Fehlerstromschutzschalter bietet keinen Schutz gegen Stromschlag, wenn eine Person auf isolierendem Untergrund stehend beide Netzspannungsleitungen (L und N) berührt, da hier kein Fehlerstrom auftritt. Ebenso ist kein Schutz gegeben, wenn ein unerwünschter Strom zwischen mehreren Außenleitern (L1, L2 oder L3) in einem Dreiphasenwechselstromnetz fließt. Berührt man zum Beispiel an der Anschlussdose eines Elektroherdes oder eines Durchlauferhitzers gleichzeitig mehrere Leiter des Drehstroms, kann eine Fehlerstromschutz-Einrichtung nur auslösen, wenn auch ein Fehlerstrom gegen Erde fließt.

Ein Fehlerstromschutzschalter bietet prinzipbedingt keinen Schutz vor den Auswirkungen eines Leiterschlusses, Überlast und Kurzschluss, so diese Schlüsse keinen Erdstrom (Erdschluss) umfassen. Hierfür sind zusätzliche Schutzeinrichtungen wie die verschiedenen Formen der Überstromschutzeinrichtung, Beispiele sind Schmelzsicherungen oder Leitungsschutzschalter, nötig. In speziellen Betriebsbereichen kommen auch zusätzlich zum Fehlerstromschutzschalter die Fehlerlichtbogen-Schutzeinrichtungen zur Anwendung.

Aufbau des Summenstromwandlers

Der Summenstromwandler besteht aus einem Ringkern, gewickelt aus kristallinem oder nanokristallinem weichmagnetischem Band. Ferritkerne sind wegen der zu geringen Permeabilität nicht geeignet. Um die notwendige Leistung für das Auslösen des Fehlerstromschutzschalters zu erreichen, sind Ringbandkerne mit einer gewissen Größe und Masse notwendig, typische Abmessungen sind Außendurchmesser etwa 25 mm, Innendurchmesser etwa 15 mm, Höhe 20 mm, typisches Gewicht 40 g.

Typen nach Art des Fehlerstroms

Unterschiedliche Fehlerströme und Typen von Fehlerstromschutz-Einrichtungen zur Erkennung

Es gibt in der Summe drei wesentliche Typen von Fehlerstromschutzschaltern, welche je nach Art des Fehlerstroms, den sie erfassen können, wie laut nebenstehender Abbildung unterschieden werden:

1. Typ AC erfassen nur rein sinusförmige Fehlerströme. Bei Fehlerströmen, welchen ein Gleichstrom zufolge einer Gleichrichtung überlagert ist, kommt es aufgrund der magnetischen Sättigung im Kern des Stromwandlers zu keiner Auslösung. Diese Typen werden daher kaum eingesetzt und sind nach VDE 0100-530 in Deutschland nicht als Fehlerstromschutz-Einrichtung zugelassen.
2. Typ A umfassen die handelsüblichen, pulsstromsensitiven Fehlerstromschutzeinrichtungen. Dieser Typ erfasst sowohl rein sinusförmige Wechselströme als auch pulsierende Gleichfehlerströme. Die zusätzliche Empfindlichkeit wird durch spezielle Magnetwerkstoffe für die eingesetzten Ringbandkerne und Resonanzschaltungen zur Beeinflussung des Frequenzgangs erreicht. Pulsstromsensitive Fehlerstromschutzeinrichtungen arbeiten netzspannungsunabhängig.
3. Typ F sind mischfrequenzsensitive Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen. Sie erfassen alle Fehlerstromarten wie Typ A. Darüber hinaus sind sie zur Erfassung von Fehlerströmen, die aus einem Frequenzgemisch von Frequenzen bis 1 kHz bestehen, geeignet. Damit werden auch die möglichen Fehlerstromformen auf der Ausgangsseite von einphasig angeschlossenen Frequenzumrichtern (z. B. in Waschmaschinen, Pumpen) beherrscht. Glatte Gleichfehlerströme bis 10 mA beeinflussen die Auslöseeigenschaften nicht unzulässig. Typ F FI-Schutzeinrichtungen besitzen zusätzlich eine kurzzeitverzögerte Auslösung und erhöhte Stoßstromfestigkeit. Sie sind geeignet für elektronische Betriebsmittel mit Eingangsstromkreisen.
4. Typ B sind allstromsensitive Fehlerstromschutzschalter, welche neben Wechselfehlströmen auch glatte Gleichfehlströme erfassen können. Diese Fehlerstromschutz-Einrichtungen enthalten einen zweiten Summenstromwandler und eine Elektronikeinheit. Die Überwachung auf Gleichfehlerströme erfordert eine Stromversorgung und ist somit netzspannungsabhängig. Der wechsel- bzw. pulsstromsensitive Schalterteil ist davon unabhängig und arbeitet wie bei Typ A netzspannungsunabhängig.

Der Einsatz von Typ B ist insbesondere bei Wechselrichtern und Frequenzumrichtern, welche im Bereich des Zwischenkreises mit Gleichrichtern arbeiten, wesentlich. Herkömmliche RCD vom Typ A würden bei einem Erdschluss hinter der Gleichrichterbrücke durch den dann vorhandenen Gleichfehlerstrom vormagnetisiert und funktionsunfähig.

Kombinierte Bauarten RCD/LS und RCD-Steckdose

Es gibt auch kombinierte RCD mit Leitungsschutzschaltern (LS) (z. B.: 30 mA RCD und 13 A Leitungsschutzschalter), welche als RCBO bezeichnet werden. Ein RCBO mit der Polzahl 1P + N hat typisch die gleiche Einbaubreite wie ein zweipoliger Leitungsschutzschalter.

Um einzelne Steckdosen mit RCD abzusichern, sind auch RCD-Steckdosen (SRCD) verfügbar. Sie dienen zur Pegelschutzerhöhung und stellen nur einen Zusatzschutz dar. Sie ersetzen nicht einen herkömmlichen RCD nach DIN EN 61008-1 (VDE 0664-10), wo dieser gefordert wird.

Kennwerte

Handelsüblich sind Fehlerstromschutz-Schutzschalter in der Bauart A für Bemessungsdifferenzströme von I_ΔN=10 mA, 30 mA, 100 mA, 300 mA, 500 mA und 1 A. Die Toleranz des Differenzstromes eines Fehlerstromschutzschalters liegt laut VDE bei −50 %, was garantieren soll, dass der Nenn-Auslösestrom bei keinem Exemplar überschritten wird. In der Praxis erfolgt die Auslösung bei handelsüblichen RCDs etwa bei 0,8*I_ΔN.

Zum Personenschutz ist ein maximaler Ansprechstrom von 10 mA oder 30 mA und für den Brandschutz einer von 300 mA vorgeschrieben. Die maximale Auslösezeit für nicht-selektive Fehlerstromschutzschalter ist laut VDE-Norm DIN VDE 0100-410:2007 Tabelle 41.1 auf 400 ms im TN-Netz (bei Nennspannung 120 V bis 230 V) bei einfachem Nennfehlerstrom festgelegt. Bei 5-fachem Nennfehlerstrom muss der Fehlerstromschutzschalter unter 40 ms auslösen.

Selektivität

Zur Selektivität und zum Betrieb von Geräten mit Netzfiltern (höherer Ableitstrom beim Einschalten) sind ansprechverzögerte Typen verfügbar. Die Abschaltzeiten bei einfachem Nennfehlerstrom liegen hier zwischen 200 und 500 ms. Bei 5-fachem Nennfehlerstrom müssen diese zwischen 40 und 150 ms auslösen. Zu beachten ist, dass ein Fehlerstromschutzschalter die Höhe des Fehlerstroms nicht begrenzt; er schaltet lediglich bei Erreichen der eingestellten maximalen Differenzstromhöhe den Fehlerstrom ab. Das bedeutet, dass bis zum Abschalten (je nach Modell z. B. 30 ms) ein nur vom Netz bzw. einer Überstromschutzeinrichtung begrenzter hoher Strom fließen kann.

Bezeichnungen, Begriffsklärung

In deutschen Normen wurden früher folgende Begriffe verwendet:

• Fehlerstromschutzschalter (FI) für netzspannungsunabhängige Geräte (ohne Hilfsspannungsquelle),
• Differenzstromschutzschalter (DI) für netzspannungsabhängige Geräte (mit Hilfsspannungsquelle).

Im Handel finden sich auch:

• Personenschutzautomat ist ein Marketingname und technisch nicht genau definiert.
• Personenschutzschalter ist eine Bezeichnung die für Fehlerstromschutzschalter in Zuleitungen und Verlängerungen, sowie in Zwischensteckern verwendet wird und ansonsten nicht genau definiert ist. Die BGI608 macht für solche ortsveränderliche Schutzeinrichtungen Vorgaben bei der Verwendung als Speisepunkt für sogenannte kleine Baustellen.

Für Fehlerstromschutzschalter, die mit Leitungsschutzschaltern kombiniert sind, wurden folgende Bezeichnungen verwendet:

• FI/LS-Schutzschalter, wenn sie netzspannungsunabhängig waren,
• DI/LS-Schutzschalter, wenn sie netzspannungsabhängig waren.

Die Unterscheidung in netzspannungsunabhängige und netzspannungsabhängige Schutzgeräte wird in englischsprachigen Normen nicht gemacht und auch in den IEC- und EN-Normen nicht benutzt. In den internationalen Gerätenormen werden folgende Bezeichnungen verwendet:

• RCCB = Residual Current operated Circuit-Breaker without over current protection, entspricht den reinen FI- bzw. DI-Schaltern, (ist gleichwertig zu RCD residual-current device)
• RCBO = Residual Current operated circuit-Breaker with integral Over current protection, entspricht den kombinierten FI/LS- und LS/DI-Schaltern,
• SRCD = Socket outlet with Residual Current operated Device, sind FI- bzw. DI-Steckdosen (diese Schutzelemente sind für den Einbau in Steckdosen gedacht)
• PRCD = Portable Residual Current operated Device, sind ortsveränderlich, am häufigsten zu finden unter Personenschutz-Adapter,
• RCU = Residual Current Units, sind Fehlerstrom-Auslöser zum Anbau an Leitungsschutzschalter,

Geöffneter GFCI aus einer Steckdose

• CBR = Circuit-Breaker incorporating Residual current protection, sind Leistungsschalter mit Fehlerstromschutzfunktion.
• GFCI = Ground Fault Circuit Interrupter, ist der in Nordamerika verwendete Begriff für RCCB

In den Errichtungsbestimmungen für elektrische Anlagen werden Fehlerstrom-Schutzschalter einheitlich unter einem übergeordneten Begriff RCD geführt. Eine Differenzierung zwischen FI, DI oder speziellen Bauformen wird in den Errichtungsbestimmungen für elektrische Anlagen nicht mehr vorgenommen. Hier ist das Schutzziel entscheidend. Dieses muss in Abhängigkeit vom Einsatzort mit unterschiedlichen Bauformen realisiert werden.

Vorschriften

Der Einsatz von Fehlerstromschutzschaltern wird in vielen Ländern im Haushalts- und Industriebereich zumindest für Steckdosen (bis 20 A oder 32 A) (etwa DIN VDE oder ÖVE) zusätzlich zu den installierten Überstromschutzorganen zwingend verlangt. Ein Fehlerstromschutzschalter mit einer Auslösestromdifferenz von 300 mA wird als Brandschutz der gesamten elektrischen Anlage von einigen Energieversorgungsunternehmen oftmals vorgeschrieben, wenn die Hauseinspeisung nicht über Erdkabel, sondern über Dachfreileitungen erfolgt.

In Europa sind, bis auf Großbritannien, netzspannungsunabhängige FI-Schutzschalter (RCD) vorgeschrieben. Die dahinterstehende Sicherheitsphilosophie stellt die Zuverlässigkeit der elektronischen Verstärkerschaltungen in Frage, welche in den einfacheren und kleineren elektronischen DI-Schaltern (Differenzstrom-Schutzschalter) im englischsprachigen Raum angewendet werden.

Deutschland

In Deutschland sind Fehlerstromschutzschalter seit dem 1. Mai 1984 für Räume mit Badewanne oder Dusche in Neubauten gefordert (einzige Ausnahme: fest angeschlossene Warmwasserbereiter). Seit dem 1. Februar 2009 müssen in Neubauten außerdem alle Steckdosen-Stromkreise mit einem Bemessungsstrom bis 20 A, welche für die Benutzung durch Laien und zur allgemeinen Verwendung bestimmt sind, mit einer Fehlerstrom-Schutzeinrichtung mit einem Bemessungsdifferenzstrom von 30 mA ausgestattet sein (im Außenbereich für Endstromkreise bis 32 A).

Die dafür verbindlichen Normen sind die DIN VDE 0100-701:2008-10 (für Räume mit Badewanne oder Dusche) und die DIN VDE 0100-410:2007 (Abschnitt 411.3.3 – für Steckdosenstromkreise). Die Übergangsfrist für die vorhergegangene Ausgabe 1997-01 ist am 1. Februar 2009 abgelaufen.

Für überdachte Schwimmbäder und Schwimmbäder im Freien sowie für Räume und Kabinen mit Saunaheizungen gibt es ebenfalls die Forderung nach Fehlerstromschutzschaltern.

Der oftmals missverständlich angewendete Begriff „Feuchtraum“ bezieht sich nicht auf Bäder oder Toiletten in Wohnräumen. Gemäß Definition in der DIN 68800 handelt es sich um einen Feuchtraum, wenn längerfristig eine Luftfeuchtigkeit oberhalb 70 % vorhanden ist. In der DIN VDE 0100-200:2008-06 Abschnitt NC.3.3 werden Küchen in Wohnungen und Baderäume in Wohnungen und Hotels in Bezug auf Installation explizit als trockene Räume eingestuft (da in diesen Räumen nur zeitweise Feuchtigkeit auftritt).

Ein "feuchter Raum" gemäß VDE 0100-200 Abschnitt NC.3.4 ist ein Raum oder ein bestimmter Bereich innerhalb eines Raums, in dem die Sicherheit der elektrischen Betriebsmittel durch Feuchtigkeit, Kondenswasser oder ähnliche klimatische Einflüsse beeinträchtigt werden kann.

Ein "nasser Raum" gemäß VDE 0100-200 Abschnitt NC.3.5 ist ein Raum oder ein bestimmter Bereich innerhalb eines Raums, dessen Fußboden – mitunter auch dessen Wände und/oder Einrichtungen – aus betrieblichen, hygienischen oder anderen Gründen mit Wasser abgespritzt werden.

Für Altanlagen gibt es keine Nachrüstpflicht. Das heißt, eine Anlage darf weiter betrieben werden, wenn die Anlage zum Zeitpunkt ihrer Errichtung den damals geltenden Normen und Richtlinien entsprochen hat und diesen heute noch entspricht.

In Deutschland ist unter folgenden Umständen jedoch die Nachrüstung eines Fehlerstromschutzschalters unumgänglich wenn:

• Nutzungsänderungen vorgenommen werden
• Nutzungserweiterungen, Umbaumaßnahmen oder Sanierungen, die in die Substanz eingreifen
• neue Rechtsverordnungen, die eine Nachrüstung fordern, TAB beachten
• abgelaufene Übergangsfristen
• unmittelbare Gefahren für Personen und Sachwerte

Anmerkung: Der bloße Austausch eines Betriebsmittels am Beispiel einer Steckdose erfordert keine Anpassung an neue Normen. Wird jedoch die Steckdose an eine andere Stelle versetzt oder ein Steckdosenstromkreis um eine weitere Steckdose erweitert, dann ist zumindest dieser Stromkreis an den aktuellen Stand der Technik (Normenlage) anzupassen.

Auch in der Landwirtschaft müssen, insbesondere bei Tierhaltung, Fehlerstromschutzschalter verwendet werden. Die Reduzierung der dauernd zugelassenen Berührungsspannung auf 25 V Wechselspannung und 60 V Gleichspannung ist nach DIN VDE 0100-705:2007-10 entfallen.

Österreich

In Österreich ist ein Fehlerstromschutzschalter mit einem Nennfehlerstrom von max. 30 mA nach ÖVE E8001-1/A1:2013-11-01 für alle Stromkreise vorgeschrieben, in denen sich Steckdosen befinden und deren Nennstrom 16 A nicht übersteigt.

Auf Baustellen ist für alle Steckdosenstromkreise mit einem Nennstrom bis 32 A und in landwirtschaftlichen sowie gartenbaulichen Betriebsstätten (nicht in den angrenzenden Wohnhäusern), in Saunabereich, in Schwimmbädern, Schwimmanlagen im Freien, Experimentierstände in Unterrichtsräumen, medizinisch genutzte Räume, Badezimmer, Campingplätze, Bootsanlegestellen, Wandlampen im Handbereich von Umkleidekabinen unabhängig von deren Nennstrom, ein Zusatzschutz vorzusehen.

Schweiz

In der Schweiz sind laut Niederspannungs-Installations-Norm (NIN) 2005 4.7.2.3.1-8 max. 30 mA vorgeschrieben für Bade- und Duschräume, Steckdosen im Freien, feuchte und nasse Räume, korrosive Umgebungen und explosionsfähige Atmosphären, Baustellen, Messeplätze, Jahrmärkte, Festplätze, elektr. Versuchsanordnungen. (jeweils alle Steckdosen ≤ 32 A).

300 mA sind für Installationen in korrosiven Umgebungen, explosions- und feuergefährdeten Räumen sowie in landwirtschaftlichen Betrieben für die gesamte Installation vorgeschrieben, wobei in der Landwirtschaft alle Steckvorrichtungen mit Fehlerstromschutzschaltern 30 mA ausgerüstet sein müssen.

Ab 1. Januar 2010 trat die neue NIN 2010 in Kraft. Ab sofort muss jede frei zugängliche Steckdose ≤ 32 A mit einem max. 30-mA-FI-Schutzschalter abgesichert sein. Ausnahmen sind zum Beispiel: Steckdosen in IT-Anlagen, bei denen die Betriebssicherheit wichtiger ist und der Raum mit Zutrittskontrolle nur von einem instruierten Personenkreis betreten werden kann.

Im Wohnungsbau wird grundsätzlich der Typ A für alle Anwendungen eingesetzt.

Für die Prüfung der zulässigen Abschaltzeit in der Installation gilt für Stromkreise ≤ 32 A 0,4 s. Die Prüfung mit dem halben und dem ganzen Differenzstrom mit einer Auslösezeit von < 0,3 s ist eine reine Geräteprüfung und hat für den SiNa keine Bedeutung.

Einsatzbereich

In der Unterverteilung (Sicherungskasten) eingebauter Fehlerstromschutzschalter

In IT-Systemen muss die gesamte Niederspannungsinstallation geschützt werden. Im Neubaubereich spricht heute nichts mehr dagegen, die komplette Stromversorgung abzusichern. Es ist mittlerweile Vorschrift, mindestens 2 RCDs in einen Wohnungsunterverteiler zu bauen, damit nicht die komplette Anlage im Fehlerfall abschaltet. Das kann unter Umständen hinderlich sein, so dass man die per Fehlerstromschutzschalter geschützten Stromkreise eingrenzen sollte. Bei der Auswahl sind auch allfällige Leckströme elektronischer Verbraucher (z. B. EVG) oder deren mögliche Fehlerstromart (z. B. eingebauter Frequenzumrichter in Waschmaschine) zu beachten. Bei der Nachrüstung von Altbauwohnungen kommt es oft zu Fehlauslösungen des Fehlerstromschutzschalters, deren Ursache teilweise schwer einzugrenzen ist. Oft sind falsche Verdrahtungen die Ursache, bei denen beispielsweise in Steckdosen oder Durchlauferhitzern Strom über die Schutzleiter statt über den Neutralleiter abfließt.

Abschaltungen durch Fehlerstromschutzschalter können auch durch externe Ereignisse hervorgerufen werden, beispielsweise durch Überspannungsimpulse durch Blitzschläge in Freileitungen. Das kann oft zu unangenehmen Nebenwirkungen führen, wie Abschaltungen von Heizungen oder Kühlanlagen, obwohl kein Fehler in der eigenen Anlage vorliegt. Aus diesem Grund wurden auch Schutzschalter entwickelt, die in kurzem Abstand nach dem Auslösen zwei- bis dreimal selbständig nochmals die Spannung aufschalten. Nur wenn der Fehler weiterhin auftritt, bleiben sie endgültig abgeschaltet. Diese Modelle sind vor allem für ferngesteuerte Anlagen von Interesse, wo kein Personal vor Ort ist, welches den Schutzschalter wieder einschalten könnte.

Anlagenfehler können schneller gefunden werden, wenn die Endkreise geschaltete oder durch Trennklemmen unterbrechbare Neutralleiter haben.

Prüfen des Fehlerstromschutzschalters

FI-Schalter mit Test-Taste

Der Profitest von Gossen Metrawatt eignet sich unter anderem zum Prüfen von RCDs nach DIN VDE 0100-600

Taste für Funktionsprüfung (Test-Taste)

Am Fehlerstromschutzschalter befindet sich eine Test-Taste (T), mit der die Funktion des Gerätes geprüft werden kann: ein abgehender Außenleiter wird über einen geeignet dimensionierten Widerstand mit dem Neutralleiter vor dem Fehlerstromschutzschalter verbunden. So wird gewollt ein Fehlerstrom erzeugt, der die Auslösestromstärke übersteigt. Diese Auslösung stellt jedoch nicht sicher, dass die Stromkreise zu den Verbrauchern richtig verdrahtet sind. Die Gesamtfunktion in der Anlage kann mit geeigneten Prüfgeräten sichergestellt werden. Für die Prüfung des exakten Auslösestromes und der Auslösezeit bedarf es einer RCD-Prüfung nach DIN VDE 0100-600, die gem. DGUV Vorschrift 3) von einer Elektrofachkraft durchzuführen ist.

Hersteller empfehlen eine mindestens halbjährliche Prüfung durch den Nutzer.

RCD-Prüfung nach DIN VDE 0100-600 (Stand 06-2008)

Nach DIN VDE 0100 Teil 600 ist die Wirksamkeit der Schutzmaßnahme „Automatische Abschaltung der Stromversorgung“ nachzuweisen. Dabei sind entsprechende Anforderungen nach DIN VDE 0100-410 einzuhalten.

Mit der Differenzstrommessung I∆n kann die Funktion eines Fehlerstromschutzschalters geprüft werden. Der Messwert liegt zwischen 50 % und 100 % des Nennfehlerstroms. In der Praxis liegt der Wert bei rund 70 %.

Die maximale Abschaltzeit nach DIN VDE 0100-410 beträgt für Steckdosenstromkreise bis einschließlich 32 A in TN-Systemen 0,4 s (bei 230 V gegen Erde, im TT-System 0,2 s). In der Praxis liegt dieser Wert bei rund 20 ms –40 ms. Die Abschaltzeit für das Gerät selbst beträgt nach Baunorm (DIN EN 61008-1, VDE 0664-10) bei vollem I∆n 0,3 s, bei 2xI∆n 0,15 s und bei 5xI∆n 0,04 s.

Zusätzlich wird die Berührungsspannung sowie der Erdungswiderstand gemessen, diese dürfen in der Norm vorgegebene Werte nicht überschreiten. Die Wirksamkeit der automatischen Abschaltung der Stromversorgung durch Fehlerstromschutzeinrichtungen (RCDs) muss mit geeigneten Messgeräten nach DIN EN 61557-6 (VDE0413-6) geprüft werden. Die Messwerte sind in geeigneten Prüfberichten zu dokumentieren, das kann zum Beispiel ein ZVEH-Prüfprotokoll sein.

RCD-Prüfung Typ A (Schweiz)

Ein Elektrofachmann schaltet den Schalter immer mit der Prüftaste aus. Dann wird ein Strom in der Größe des Nennfehlerstromes simuliert und der Fehlerstromschutzschalter muss gemäß DIN 2010 Kapitel 4.1 innerhalb von 0,4 s auslösen. Es sind kleine Handprüfgeräte und Installationstester auf dem Markt, welche diese Prüfung vom Außenleiter zum Schutzleiter ermöglichen. Die Auslösezeit wird im Sicherheitsnachweis festgehalten, bei einem 30-mA-RCD sind das in der Praxis 20 bis 30 ms. Kurzzeitverzögerte Fehlerstromschutzschalter benötigen 40 bis 100 ms.

Selektive Fehlerstromschutzschalter mit 300 mA für Brand- und Korrosionsschutz lösen bei der Impulsmethode (50 % und 100 % Fehlerstrom) etwa in 200 bis 400 ms aus, die Norm (NIN 6.1.3.9 / EN 61008-1 ) verlangt 130 bis 500 ms.

Historisches und Entwicklung

Der Fehlerstromschutzschalter wurde bereits 1903 von Schuckert unter der Bezeichnung Summenstromschaltung zur Erdschlusserfassung patentiert (DRP-Nr. 160.069). Kuhlmann beschreibt bei der AEG eine Methode zur Messung der Erdschlussströme im Berliner Netz. Weiterentwickelt wird die Technik, auf der auch heutige Fehlerstromschutzschalter basieren, von Nicholsen (1908, USA-Pat-Nr. 959.787).

Anfang der 1950er Jahre wird nach zahllosen Anregungen und technischen Studien zur grundsätzlichen Anwendbarkeit der Schaltung als Schutzeinrichtung erstmals ein ausgereifter Fehlerstromschutzschalter für den breiten Einsatz beim Stromkunden präsentiert. Belegt ist darin für 1951 ein Fehlerstromschutzschalter der Firma Schutzapparate-Gesellschaft & Co. mbH. KG, Schalksmühle/Westf. (Schupa) mit der Handelsbezeichnung Spinnennetz, der in zwei-, drei- und vierpoliger Ausführung für einen Nennstrom von 25 A und Spannungen bis 380 V bei einem Auslösefehlerstrom von 0,3 A ausgelegt war. Eine geringere Auslöseschwelle wurde diskutiert, jedoch als wirtschaftlich unvernünftig verworfen. Die damals zulässigen Ableitströme bei Wärmegeräten hätten bei einer geringeren Auslöseschwelle auch zu häufigen Fehlauslösungen geführt.

Im Jahr 1957 entwickelte Gottfried Biegelmeier in Österreich bei Felten & Guilleaume einen Fehlerstromschutzschalter. Diese wurden in Österreich im Jahr 1980 in Privathaushalten gesetzlich vorgeschrieben, wobei die Auslösestromstärke schrittweise von ursprünglich 100 mA auf 70, 65 und 30 mA herabgesetzt wurde. Seit Anfang 1985 gilt dies mit dem Inkrafttreten der Vorschrift SEV 1000-1.1985 auch in der Schweiz.

Ähnliche Einrichtungen

• Schutzleitungssystem – Eine Isolationsprüfeinrichtung in speziellen Einrichtungen
• PRCD-S – Eine mobile Fehlerstromschutzeinrichtung, die in die Zuleitung von Geräten geschaltet wird
• Residual Current Monitor – Eine Überwachungsanlage zur Anzeige von Fehlerströmen

Normen

• DIN VDE 0100-100:2009-06 Errichten von Niederspannungsanlagen, Teil 1: Allgemeine Grundsätze, Bestimmungen allgemeiner Merkmale, Begriffe.
• DIN VDE 0100-410:2007-06 Errichten von Niederspannungsanlagen, Teil 4-41: Schutzmaßnahmen – Schutz gegen elektrischen Schlag.
• DIN VDE 0100-530 :2011-06 Errichten von Niederspannungsanlagen, Teil 530: Auswahl und Errichtung elektrischer Betriebsmittel – Schalt- und Steuergeräte. „Norm mit nationalem Charakter nur für Deutschland“.
• DIN VDE 0100-600:2008-06 Errichten von Niederspannungsanlagen, Teil 6: Prüfungen.
• DIN VDE 0100-701:2008-10 Errichten von Niederspannungsanlagen – Teil 7-701: Anforderungen für Betriebsstätten, Räume und Anlagen besonderer Art – Räume mit Badewanne oder Dusche.
• DIN VDE 0100-705:2007-10 Errichten von Niederspannungsanlagen, Teil 7-705: Anforderungen für Betriebsstätten, Räume und Anlagen besonderer Art – Elektrische Anlagen von landwirtschaftlichen und gartenbaulichen Betriebsstätten.
• DIN EN 61008-1 VDE 0664-10:2010-01 Fehlerstrom-/Differenzstrom-Schutzschalter ohne eingebauten Überstromschutz (RCCBs) für Hausinstallationen und für ähnliche Anwendungen Teil 1: Allgemeine Anforderungen.
• DIN EN 61557-6 VDE 0413-6:2008-05 Elektrische Sicherheit in Niederspannungsnetzen bis AC 1 000 V und DC 1 500 V – Geräte zum Prüfen, Messen oder Überwachen von Schutzmaßnahmen, Teil 6: Wirksamkeit von Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen (RCD) in TT-, TN- und IT-Systemen.
• ÖVE E8001-1/A1:2013-11-01 Errichtung von elektrischen Anlagen mit Nennspannungen bis AC 1000 V und DC 1500 V, Teil 1: Begriffe und Schutz gegen elektrischen Schlag (Schutzmaßnahmen)

Literatur

• NIN2005 4.7.2.3 /4.1.2.5.
• A. Senner: Fachkunde Elektrotechnik. 4. Auflage. Verlag Europa – Lehrmittel, 1965.
• Ernst Hörnemann, Heinrich Hübscher: Elektrotechnik Fachbildung Industrieelektronik. 1. Auflage. Westermann Schulbuchverlag, Braunschweig 1998, ISBN 3-14-221730-4.
• Günter Springer: Fachkunde Elektrotechnik. 18. Auflage. Verlag Europa – Lehrmittel, Wuppertal 1989, ISBN 3-8085-3018-9.
• M. Kampler, H. Nienhaus, D. Vogt: VDE Schriftenreihe 63, „Prüfung vor Inbetriebnahme von Niederspannungsanlagen“. 3. Auflage. VDE Verlag, Berlin/ Offenbach 2008, ISBN 978-3-8007-3112-1, S. 127 ff. 

Weblinks

Commons: Fehlerstromschutzschalter – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Wiktionary: Fehlerstrom-Schutzschalter – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

• Simple Darstellung der Funktionsweise eines Fehlerstromschutzschalters
• Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen – BETA Niederspannungs-Schutzschalttechnik Technik-Fibel (Siemens AG; PDF; 1,6 MB)
• Schrack: Wandel der Elektrotechnik, abgerufen am 31. Januar 2012