Fehlerstromschutzschalter
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Der Fehlerstromschutzschalter (RCD) ist eine Schutzeinrichtung in Stromnetzen.
In der EU wurde die englische Bezeichnung RCD (Residual Current protective Device, Fehlerstromschutzeinrichtung ohne Hilfsenergie) genormt.
Fehlerstromschutzschalter werden im allgemeinen Sprachgebrauch als FI-Schutzschalter oder kurz FI-Schalter bezeichnet. (F für Fehler, I als Formelzeichen des elektrischen Stromes).
Er ist heute allgemein das beste Mittel zur Verhinderung von (tödlichen) Unfällen durch elektrischen Strom sowie ein wichtiges Mittel zur Brandverhütung. FI-Schalter schützen gegen das Bestehenbleiben (nicht: Entstehen) einer Berührungsspannung, nicht jedoch gegen Überlastung des Netzes – zu diesem Zweck sind Überstromschutzeinrichtungen, wie Leitungsschutzschalter oder Schmelzsicherungen nötig.
In den USA und Kanada spricht man von einem Ground Fault Circuit Interrupter (GFCI); dort sind sie meist in Steckdosen integriert.
In Europa werden RCD normalerweise im Sicherungskasten zusätzlich zu den Überstromschutzeinrichtungen und anderen Geräten installiert.
Bei einem RCBO sind FI-Schalter und Leitungsschutzschalter zusammengefasst. (Auch als FI/LS-Schalter oder „Personenschutzautomat" bezeichnet – letztere Bezeichnung ist als Marketingname technisch nicht genau definiert; es kann auch nur ein einfacher FI-Schalter sein)
Ein FI-Schalter ohne integrierten Leitungsschutzschalter wird als RCCB (Residual Current Operated Circuit Breaker) bezeichnet.
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[Bearbeiten] Vorschriften
Der Einsatz von Fehlerstromschutzschaltern wird in vielen Ländern im Haushalts- und Industriebereich zumindest für Steckdosen (bis 20A oder 32A) (etwa DIN VDE oder ÖVE) zusätzlich zu den installierten Überstromschutzorganen zwingend verlangt. Ein RCD mit einer Auslösestromdifferenz von 300 mA wird als Brandschutz der gesamten elektrischen Anlage von einigen EVU oftmals vorgeschrieben, wenn die Hauseinspeisung nicht über Erdkabel, sondern über Dachfreileitungen erfolgt.
[Bearbeiten] Deutschland
Für Feuchträume (z.B. Bäder, Saunen, Bierkeller oder Gewächshäuser) und Anlagen im Aussenbereich waren RCDs in Deutschland bereits seit 1984 vorgeschrieben. Seit dem 1. Juni 2007 fordert der VDE bis auf wenige Ausnahmen zusätzlich auch für alle anderen Steckdosenstromkreise bis 20A im Gebäude und 32A im Freien (DIN VDE 0100-410 Nr. 411.3.3), einen RCD mit einem Bemessungsdifferenzstrom von kleiner gleich 30mA.[1][2]
Für Altanlagen gibt es keine Nachrüstpflicht. Das heißt, wenn die Anlage zum Zeitpunkt ihrer Errichtung den damals geltenden Normen und Richtlinien entsprochen hat, darf sie weiter betrieben werden.
In Deutschland ist unter folgenden Umständen jedoch kein Bestandsschutz gegeben und die Nachrüstung eines RCD unumgänglich:
- wesentliche Änderungen an der Installation
- neue Rechtsverordnungen, die eine Nachrüstung fordern, TAB beachten
- abgelaufene Übergangsfristen
- unmittelbare Gefahren für Personen und Sachwerte
Auch in der Landwirtschaft müssen, insbesondere bei Tierhaltung, Fehlerstromschutzschalter verwendet werden. Hier ist allerdings die maximal zulässige Berührungsspannung auf die Hälfte, also 25 V AC oder 60 V DC, begrenzt.
[Bearbeiten] Österreich
In Österreich ist ein RCD mit einem Nennfehlerstrom von max 30mA nach ÖVE E8001-1/A1:2002-04-01 für alle Stromkreise vorgeschrieben, in denen sich Steckdosen befinden und deren Nennstrom 16A nicht übersteigt. Auf Baustellen ist für alle Steckdosenstromkreise mit einem Nennstrom bis 32A und in landwirtschaftlichen sowie gartenbaulichen Betriebsstätten (nicht in den angrenzenden Wohnhäusern), unabhängig von deren Nennstrom, ein Zusatzschutz vorzusehen.
[Bearbeiten] Schweiz
In der Schweiz sind laut NIN2005 4.7.2.3.1-8 max. 30mA vorgeschrieben für Bade- und Duschenräume, Steckdosen im Freien, feuchte und nasse Räume, korrosive und Ex. Räume, Baustellen, Messeplätze, Jahrmärkte, Festplätze, elektr. Versuchsanordnungen. (jeweils alle Steckdosen <=32A). 300mA 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 RCD 30mA ausgerüstet sein müssen.
[Bearbeiten] Funktionsprinzip
Der RCD (FI-Schalter) trennt bei Überschreiten einer bestimmten Differenzstromstärke (in Hausanlagen meist 30mA) den überwachten Stromkreis allpolig, d.h. 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 RCD die Höhe des ankommenden mit der des zurückfließenden Stromes. Die Summe muss bei einer intakten Anlage Null betragen. (Siehe auch: Kirchhoffsche Regeln)
Der Vergleich erfolgt in einem Summen-Stromwandler, der alle zum und vom Verbraucher fließenden Ströme vorzeichenrichtig addiert. Wird irgendwo im Stromkreis ein Strom gegen Erde abgeleitet, so ist im Summenstromwandler die Summe von hin- und zurückfließendem Strom ungleich Null: es entsteht eine Stromdifferenz (ΔI, sprich: Delta I), die zum Ansprechen des RCD und damit zur Abschaltung der Stromzufuhr führt.
Der Schutz gegen direktes Berühren (Basisschutz durch Isolierung) und Kurzschluss bzw. Überlast (Schutz durch Sicherungen) kann durch einen RCD nicht ersetzt, sondern nur ergänzt werden. Sie bieten keinen Schutz gegen Stromschlag, wenn eine Person auf einer isolierenden Unterlage beide Netzspannungsleitungen (L und N) berührt, da hier (aus „Sicht" des FI-Schalters) kein Fehlerstrom auftritt.
Werden an dem Standard-RCD B6-Gleichrichterschaltungen (etwa in Frequenzumrichtern) betrieben, wird dieser Schutzschalter bei einem Fehlerstrom hinter der Gleichrichterbrücke durch den dann vorhandenen Gleichfehlerstrom vormagnetisiert und totgelegt. Der RCD geht in Sättigung und kann auch Fehler an parallel betriebenen Geräten nicht mehr erkennen. Nur RCD Typ B, allstromsensitiv (mit Elektronik) sind dann noch funktionsfähig und zulässig. [3]
[Bearbeiten] 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 RCD 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.
[Bearbeiten] Verwendung, Ausführung
Voraussetzung zum Einsatz des Fehlerstromschutzschalters ist, dass der Schutzleiter im normalen Betrieb keinen Strom führt. In einem Abschnitt eines TN-Systems, in dem der Schutzleiter gleichzeitig Neutralleiter ist (TN-C System), kann er daher nicht eingesetzt werden. Da jedoch der sogenannte PEN-Leiter (PE für Schutzleiter, N für Neutralleiter) im Hausanschlusskasten (HAK) in PE und N Leiter aufgeteilt wird, hat das keine Auswirkungen auf die normale Hausinstallation.
[Bearbeiten] Bauarten
Fehlerstromschutzeinrichtungen vom Typ AC (wechselstromsensitiv) erfassen rein sinusförmige Fehlerströme. Diese Typen sind in Deutschland nicht zugelassen; hier sind pulsstromsensitive Fehlerstromschutzeinrichtungen vom Typ A üblich. Diese erfassen rein sinusförmige Wechselströme sowie pulsierende Gleichfehlerströme. Diese zusätzliche Sensibilität wird durch spezielle Magnetwerkstoffe für die eingesetzten Ringbandkerne erreicht. Pulsstromsensitive Fehlerstromschutzeinrichtungen arbeiten netzspannungsunabhängig.
Allstromsensitive Fehlerstromschutzschalter vom Typ B enthalten einen zweiten Summenstromwandler zur Erfassung glatter Gleichfehlerströme. Eine Elektronikeinheit gibt bei einem Fehler den Abschaltbefehl an den Auslöser weiter. Die Überwachung auf Gleichfehlerströme erfolgt netzspannungsabhängig. Sie benötigt also eine Versorgungsspannung, welche aus den Außenleitern und ggf. dem Neutralleiter abgenommen wird. Der pulsstromsensitive Schalterteil ist davon unabhängig und arbeitet wie bei Typ A netzspannungsunabhängig.
Hierbei regelt die DIN VDE 0664 das Umfeld.
In Europa (bis auf GB) sind netzstromunabhängige FI-Schutzschalter (RCD) vorgeschrieben. Die dahinterstehende Sicherheitsphilosophie stellt die Zuverlässigkeit von Verstärkerschaltungen auf Basis von Halbleitern in Frage, welche in den einfacheren und kleineren elektronischen DI-Schaltern (Differenzstrom-Schutzschalter) im englischsprachigen Raum zur Anwendung kommen. Das Risiko, dass wegen eines Transistor-Ausfalls der FI im Fehlerfall nicht mehr funktioniert, entfällt bei den passiven Ausführungen in Europa.
[Bearbeiten] Kennwerte
Handelsüblich sind RCD für Bemessungsdifferenzströme von IΔN=10 mA, 30 mA, 100 mA, 300 mA und 500 mA (Mittlerweile werden 500 gar nicht mehr und 100er nur noch in Baustromverteilern eingesetzt). Die Toleranz des Differenzstromes eines RCD liegt laut VDE bei -50%, was garantieren soll, dass der Nenn-Auslösestrom bei keinem Exemplar überschritten wird.
Die Auslösezeit war früher auf maximal 200 ms festgelegt. Sie ist abhängig vom Fehlerstrom und verkürzt sich bei höheren Fehlerströmen auf unter 50 ms[4]. Genaue Angaben zu den zulässigen Auslösezeiten machen die entsprechenden VDE-Vorschriften.
Es gibt zur Selektivität und zum Betrieb von Geräten mit Netzfilter (höherer Ableitstrom beim Einschalten) ansprechverzögerte Typen[5].
Zum Personenschutz ist ein maximaler Ansprechstrom von 10 mA oder 30 mA und für den Brandschutz einer von 300 mA vorgeschrieben.
Zu beachten ist, dass ein RCD die Höhe des Fehlerstroms nicht begrenzt; er schaltet lediglich bei Erreichen der eingestellten maximalen Differenzstromhöhe den Fehlerstrom ab. Dies bedeutet, dass bis zum Abschalten (je nach Modell z. B. 30 ms) ein nur vom Netz bzw. Überlastschutzorgans begrenzter hoher Strom fließen kann.
[Bearbeiten] Einsatzbereich
In IT-Systemen muss die gesamte Niederspannungs-Installation geschützt werden. Im Neubaubereich spricht heute nichts mehr dagegen, die komplette Stromversorgung abzusichern. Es sollte genau abgewogen werden, ob es wirklich sinnvoll ist, bei Gerätedefekten gleich die komplette Beleuchtungsanlage einer Wohnung mit abzuschalten[6]. Dies kann unter Umständen hinderlich sein, so dass man die per RCD geschützten Stromkreise eingrenzen sollte. Bei der Nachrüstung von Altbauwohnungen kommt es oft zu Fehlauslösungen des RCD, 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 RCD können auch durch externe Ereignisse hervorgerufen werden, beispielsweise durch Überspannungs-Impulse durch Blitzschläge in Freileitungen. Dies 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 zwei bis dreimal selbständig in einem kurzen Abstand nochmals die Spannung aufschalten. Erst wenn der Fehler trotzdem auftritt, bleiben sie endgültig abgeschaltet. Diese Modelle sind vor allem für ferngesteuerte Anlagen von Interesse, wo kein Personal vor Ort ist und nur zum Einschalten vor Ort fahren müsste.
[Bearbeiten] Prüfen des RCD
[Bearbeiten] Test-Taste
Vorne am RCD befindet sich eine Test-Taste (T), mit der der Fehlerfall simuliert werden kann. So kann die ordnungsgemäße Funktion regelmäßig (VDE-Vorschrift jeden Monat) überprüft werden. Durch Drücken der Taste wird eine abgehende Phase über einen geeignet dimensionierten Widerstand mit dem Neutralleiter vor dem Fehlerstromschutzschalter verbunden und so gewollt ein Fehlerstrom erzeugt, der die Auslösestromstärke übersteigt. Wenn ein RCD beim Betätigen der Test-Taste ausschaltet, ist das jedoch lediglich ein Hinweis auf seine korrekte Funktion und nicht darauf, dass die Geräte in diesem Stromkreis richtig angeschlossen und geerdet sind.
Hersteller empfehlen eine monatliche Prüfung. Ortsveränderliche RCD müssen täglich vor Arbeitsbeginn auf Funktion geprüft werden.
[Bearbeiten] RCD Prüfung nach DIN VDE 0100-610
Bei der Prüfung einer Neuinstallation verlangt die DIN VDE 0100-610 den Nachweis des Auslösefehlerstromes. Dieser soll zwischen 50 % und 100% des Nennfehlerstromes liegen. Zusätzlich können mit modernen Messgeräten die Auslösezeit, die Berührungsspannung sowie der Erdungswiderstand gemessen werden. Diese Werte müssen auch in das ZVEH-Protokoll eingetragen werden.
[Bearbeiten] RCD Prüfung Typ A (Schweiz)
Ein Elektrofachmann schaltet den Schalter immer mit der Prüftaste aus. Er muss zusätzlich zur Test-Taste an einem 30mA-RCD einen Fehlerstrom von 50 % des Nennauslösestromes simulieren, der RCD muss halten, dann wird ein Strom in der Größe des Nennfehlerstromes simuliert und der RCD muss innerhalb von 0,3 Sekunden auslösen. Es sind kleine Handprüfgeräte und Installationstester auf dem Markt, welche diese Prüfung vom Polleiter zum Schutzleiter ermöglichen. Die Auslösezeit wird im Sicherheitsnachweis festgehalten, bei einem 30mA-RCD sind das in der Praxis 20 bis 30 ms. Kurzzeitverzögerte RCD benötigen 40 bis 100 ms.
Selektive RCD 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.
[Bearbeiten] Historisches - Entwicklung
Entwickelt wurde der Fehlerstromschutzschalter von dem Österreicher Gottfried Biegelmeier im Jahr 1957 bei der Firma Felten & Guilleaume, der heutigen Moeller GmbH in Schrems in Niederösterreich. In Österreich wurde er gesetzlich im Jahr 1980 auch in Privathaushalten vorgeschrieben. Schrittweise wurde die Auslösestromstärke von 100 auf 70, 65 und 30 mA herabgesetzt.
Seit dem Inkrafttreten der SEV 1000-1.1985 kann der obige Artikel 1:1 auch für CH-Vorschriften übernommen werden.
[Bearbeiten] Literatur
- NIN2005 4.7.2.3 /4.1.2.5
[Bearbeiten] Einzelnachweise
- ↑ „Schutz gegen elektrischen Schlag beim Errichten von Niederspannungsanlagen (1)“ aus „de 13-14/2007“ (abgerufen am 18. März 2008 um 13:55)
- ↑ „Schutz gegen elektrischen Schlag beim Errichten von Niederspannungsanlagen (2)“ aus „de 15-16/2007“ (abgerufen am 18. März 2008 um 13:55)
- ↑ VDE 0160; EN 50178 Kap 5.2.11.
- ↑ http://www.prcd-s.de/Schulung.pdf FI-Auslösecharakteristik: Seite 30
- ↑ http://www.dke.de/DKE/Auskuenfte+zu+Normen/Mitteilungen+der+Arbeitsgremien/Installationstechnik+Anlagen+Geraete+Maschinen/2005-Oeffentlich/Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen+RCDs.htm
- ↑ Laut DIN 18015-2 (Gilt für Wohnungsanlagen in Deutschland) ist die Zuordnung zu Fehlerstrom-Schutzschaltern so vorzunehmen, dass das Abschalten eines Fehlerstrom-Schutzschalters nicht zum Ausfall aller Stromkreise führt.
[Bearbeiten] Siehe auch
[Bearbeiten] Weblinks
