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Die richtigen RCD wählen

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Fehlerstrom-Schutzeinrichtung
Die Elektrofachkraft entscheidet, welcher RCD eingesetzt wird (Bildquelle: vydrin/iStock/Thinkstock)

Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen (RCD) werden zum Schutz bei indirektem und direktem Berühren sowie Brandschutz verwendet. Bei der Auswahl von FI-Schutzschaltern sind Kriterien wie RCD-Typen, Geräteausführungen, Umgebungsbedingungen und Koordination der RCD zu berücksichtigen.

Um den richtigen RCD-Typ auswählen zu können, muss im Vorfeld geklärt werden, welche Verbraucher im Stromkreis vorhanden sind.
Alle in Deutschland zugelassenen FI-Schutzschalter können pulsierende Gleichfehlerströme erfassen und abschalten. Ein wesentlicher Unterschied besteht jedoch in der Erfassung glatter Gleichfehlerströme, wie sie bei der Mehrzahl der Gleichrichterschaltungen auftreten können.
In Tabelle 1 sind die unterschiedlichen RCD-Typen mit ihrem Verhalten bei verschiedenen Stromarten aufgelistet. Aus dieser Tabelle ist ersichtlich, dass RCD Typ A und F nicht in Stromkreisen eingesetzt werden dürfen, in denen glatte Gleichfehlerströme auftreten können, da ansonsten ihre Funktion beeinträchtigt wird.

Tab. 1: Verhalten von RCD bei verschiedenen Stromarten

Verhalten von RCD bei verschiedenen Stromarten

Die Erzeugung glatter Gleichfehlerströme hängt von den angeschlossenen Verbrauchsmitteln und den in ihnen enthaltenen Halbleiterschaltungen ab. In Tabelle 2 sind die üblichen Halbleiterschaltungen mit ihren Stromverläufen den entsprechenden RCD-Typen gegenübergestellt. Je nach Verbrauchsmittel muss der dafür passende RCD-Typ ausgewählt werden.

Tab. 2: Kurvenverlauf von Fehlerströmen (Quelle: DIN VDE 0100-530 Anhang B)

Kurvenverlauf von Fehlerströmen

Die Erfassung von Fehlerströmen in einem breiteren Frequenzband ist eine weitere Eigenschaft, in der sich die RCD-Typen unterscheiden. RCD, die ein breites Frequenzband erfassen, wie z.B. RCD des Typs B+, sind besonders für den Brandschutz geeignet, da hiermit der größte Anteil des effektiven Fehlerstroms erfasst wird. RCD des Typs F erfassen zwar auch unterschiedliche Frequenzen, da sie aber keine glatten Gleichfehlerströme erfassen, sind sie für einen Großteil der Anwendungen nicht geeignet (siehe Tab. 2).

Bei der Auswahl der Geräteausführung sind folgende Eigenschaften zu berücksichtigen:

  • RCD mit oder ohne Überstromschutz
  • Polzahl
  • Zeitverzögerung
  • Zusatzfunktionen

RCD mit oder ohne Überstromschutz

Nach heutigem Stand der Technik muss die Verfügbarkeit einer elektrischen Anlage auch nach dem Auslösen eines Schutzorgans noch im gewissen Rahmen gewährleistet sein. Somit ist der Schutz einer kompletten elektrischen Anlage durch einen einzelnen Fehlerstromschutzschalter nicht gestattet.

Um die Verfügbarkeit der Anlage sicherzustellen ist es die idealste Lösung, jeden Endstromkreis mit RCBOs (umgangssprachlich werden diese als FI/LS-Schutzschalter bezeichnet) auszurüsten.

Auswahl der Polzahl

Prinzipiell gibt es RCD in zwei-, drei- und vierpoliger Ausführung. Allerdings werden in Deutschland von den Herstellern größtenteils nur zwei- und vierpolige RCD angeboten.
Für dreipolige Anwendungen, z.B. Drehstromanwendungen ohne Neutralleiter, können vierpolige RCD verwendet werden, dabei sind die Herstellerangaben zu berücksichtigen.

Auswahl nach der Zeitverzögerung

Gewitter und kurzzeitig hohe Ableitströme bei Schaltvorgängen können Fehlerstromschutzschalter zum Auslösen bringen. Um eine größere Verfügbarkeit der elektrischen Anlage zu erreichen, empfiehlt es sich, zeitverzögerte RCD einzusetzen.

Zeitverzögerte Fehlerstromschutzschalter werden unterschieden in:

  • RCD Typ S (Kennzeichnung mit einem S für selektiv im Quadrat oder bei CBRs und MRCDs mit Δt) und
  • kurzzeitverzögerte RCD (Kennzeichnung mit, z.B. K, KV, G, AP-R)

Bei einem kurzzeitverzögerten RCD liegt die Zeitverzögerung im Zeitfenster einem Standard-RCD, und ist damit für alle Schutzmaßnahmen geeignet.
Bei selektiven RCD ist die Zeitverzögerung für die Schutzmaßnahme „zusätzlicher Schutz“ zu hoch. Aus diesem Grund gibt es keine selektiven RCD mit einem Bemessungsdifferenzstrom IΔN = 30 mA.

Fehlerstromschutzschalter können mit einer Vielzahl von Zusatzfunktionen ausgerüstet werden, z.B.:

  • Test des RCD ohne Spannungsunterbrechung
  • manuelle oder automatische Fernschaltung von RCD

In vielen Bereichen wird ein regelmäßiger Test des FI-Schalters nicht durchgeführt, weil eine Spannungsunterbrechung des betroffenen Anlagenteils aus betriebswirtschaftlichen oder anderen Gründen nicht vertretbar erscheint. Abhilfe schaffen hier Fehlerstromschutzschalter, deren Funktion getestet werden kann, ohne die Spannung zu unterbrechen (siehe Abb. 1). Auch bei diesen Geräten sind unbedingt die Herstellerangaben zu beachten. Dieser Funktionstest ersetzt jedoch keine Prüfung des RCD.

Abb. 1: RCD mit Test ohne Spannungsunterbrechung (Quelle: Doepke Schaltgeräte GmbH)
RCD mit Test ohne Spannungsunterbrechung

Bei technischen Anlagen ohne vor Ort verfügbares Personal, z.B. Verteiler von Telekommunikationsanlagen, ist eine Ferneinschaltung wünschenswert. Unabhängig, ob die Wiedereinschaltung manuell oder automatisch erfolgt, muss gewährleistet sein, dass dabei kein Personen- oder Sachschaden entstehen kann. RCD mit automatischer Wiedereinschaltung werden eingesetzt, wenn es aufgrund von Schalthandlungen oder EMV-Maßnahmen zu kurzzeitigen Erdfehlerströmen kommt.

Auswahl nach den Bemessungswerten der RCD

Die für die Auswahl der Fehlerstromschutzschalter notwendigen Bemessungswerte befinden sich auf dem Gerät oder in den Katalogen der Hersteller.

Die Auswahl der Fehlerstromschutzschalter erfolgt nach den folgenden Bemessungswerten:

  • Bemessungsspannung
  • Bemessungsstrom
  • Bemessungsfrequenz
  • Bemessungsdifferenzstrom IΔN
  • Bemessungskurzschlussstrom
  • Bemessungsfehlerkurzschlussstrom
  • Bemessungsschaltvermögen
  • Bemessungsfehlerschaltvermögen

Die Höhe der Bemessungsspannung ist von der Nennspannung des Netzes abhängig. Die Bemessungsspannung Un des RCD muss mindestens so groß sein wie die Nennspannung Un des Netzes.
Die Bemessungsspannung von RCD kann 230 V oder 400 V betragen. Die Nennspannung des Netzes gegen Erde U00 darf nicht größer als 250 V sein.

Die Höhe des Bemessungsstroms hängt vom maximalen Betriebsstrom der angeschlossenen Verbraucher und dem Bemessungsstrom der zugeordneten Überstrom-Schutzeinrichtung ab. Folgende Bedingung muss eingehalten werden:

  • In (RCD) ≥ In (ÜSS) ≥ IB
  • In /RCD) Bemessungsstrom der RCD
  • In (ÜSS) Bemessungsstrom der Überstrom-Schutzeinrichtung
  • IB Betriebsstrom der angeschlossenen Verbraucher

Zu beachten ist, dass manche Hersteller von RCD nur einen kleineren Bemessungsstrom der Überstrom-Schutzeinrichtung gegenüber dem Bemessungsstrom der RCD zulassen. Diese Angaben zu den Vorsicherungen sind unbedingt einzuhalten.
Bei RCBOs erfolgt der Überlastschutz durch den integrierten Leitungsschutzschalter.

Geräte ohne Aufschrift einer Bemessungsfrequenz sind für eine Netzfrequenz von 50 Hz geeignet. Der Einsatz bei anderen Frequenzen ist nur entsprechend den Herstellerangaben möglich.

Die Höhe des Bemessungsdifferenzstrom IΔN ist vom Schutzziel abhängig. 

Die Höhe des Bemessungskurzschlussstroms bzw. des Bemessungsfehlerkurzschlussstroms hängt vom maximal auftretenden Kurzschlussstrom in der Anlage sowie der zugeordneten Überstrom-Schutzeinrichtung ab.

Die Angaben für den Bemessungskurzschlussstrom und den Bemessungsfehlerkurzschlussstrom sind bei den meisten Herstellern identisch. Bei unterschiedlichen Angaben ist der kleinere Bemessungswert für die Koordinierung mit der Überstrom-Schutzeinrichtung heranzuziehen.

Der Wert des Bemessungsschaltvermögens bzw. des Bemessungsfehlerschaltvermögens drückt aus, welchen Kurschluss- bzw. Fehlerstrom ein RCD bis zur Auslösung führen kann. Bemessungsschaltvermögen und Bemessungsfehlerschaltvermögen sind im Allgemeinen identisch.

Für die Auswahl der RCD sind diese beiden Werte kaum relevant, da sich die Werte entsprechend den Normenvorgaben bei den verschiedenen Herstellern kaum unterscheiden. Der Schutz vor Kurzschlüssen erfolgt durch die zugeordnete Überstrom-Schutzeinrichtung (siehe Bemessungskurzschlussstrom).

Auswahl nach Umgebungsbedingungen

Fehlerstromschutzschalter sind entsprechend den realen Umgebungsbedingungen, in denen sie betrieben werden, auszuwählen. Als Hilfestellung zur Auswahl gibt es den Anhang ZA der DIN VDE 0100-510. In diesem Anhang wurden reale Umgebungseinflüsse mit unterschiedlichen Härtegraden beschrieben.

Wenn RCD mit diesen Härtegraden korrespondieren, sind sie korrekt ausgewählt. Sind RCD für die betreffenden Bedingungen nicht geeignet, müssen sie durch den Einbau in Gehäusen geschützt werden.

Im Folgenden werden die für RCD zutreffenden Umgebungseinflüsse aufgezählt, die Kurzzeichen nach DIN VDE 0100-510 sind in Klammern angegeben:

  • Umgebungstemperatur (AA)
  • Luftfeuchtigkeit (AB)
  • Luftdruck (AC)
  • Auftreten von Wasser (AD)
  • Auftreten von Staub und festen Fremdkörpern (AE)
  • Auftreten von korrosiven oder verunreinigenden Substanzen (AF)
  • mechanische Beanspruchung (AG)
  • Schwingungen (AH)
  • elektromagnetische, elektrostatische oder ionisierende Einflüsse (AM)
  • Verschmutzungsgrad

RCD werden im Allgemeinen in unterschiedliche Temperaturbereiche unterteilt und sind mindestens für einen Temperaturbereich von –5 °C bis +40 °C ausgelegt. Eine Kennzeichnung erfolgt für diesen Standardbereich nicht.

Allerdings sind RCCBs (FI-Schutzschalter) in Deutschland üblicherweise für einen Temperaturbereich von –25 °C bis +40 °C ausgelegt, wobei der Höchstwert der mittleren Tagestemperatur 35 °C betragen darf. Sind RCBOs auch für diesen erweiterten Temperaturbereich ausgelegt, werden sie wie RCCBs mit dem Kennzeichen in Abbildung 2 gekennzeichnet.

Bei CBRs und MRCDs muss der Temperaturbereich den Herstellerangaben entnommen werden, wenn er von dem oben genannten Standardbereich abweicht.

Abb. 2: Kennzeichen RCD
Kennzeichen RCD

Damit entspricht der Standard-Temperaturbereich von RCD der normalen Umgebungstemperatur nach DIN VDE 0100-510 (AA4). Der erweiterte Temperaturbereich bis –25 °C schließt den speziellen Bereich AA3 mit ein.

RCD sind für eine Luftfeuchtigkeit von 50 % bei einer Umgebungstemperatur von maximal 40 °C ausgelegt. Dies entspricht annähernd den Bedingungen in temperaturgeregelten Orten oder Räumen (AB5 mit Einschränkung).

Bei niedrigeren Temperaturen ist eine höhere Luftfeuchtigkeit zulässig. Für weitere Informationen hierzu ist der Hersteller zu befragen.

RCD sind für einen Luftdruck von 70 kPa bis 106 kPa ausgelegt. Das entspricht einer Höhenlage bis 2.000 m (AC1). Für Installationen in größeren Höhen ist der Hersteller zu befragen.

RCCBs und RCBOs erfüllen immer die Schutzart IP 20 (eine Kennzeichnung erfolgt nicht). Das entspricht einem vernachlässigbaren Schutz gegen Wasser (AD1) und gegen Staub sowie feste Fremdkörper (AE1).

Bei CBRs und MRCDs wird die Schutzart angegeben. Für einen höheren Schutz müssen RCD in Gehäuse mit entsprechender Schutzart eingebaut werden.

Für den Einbau von FI-Schutzschaltern in Niederspannungs-Schaltanlagen nach DIN EN 61439 (DIN VDE 0660-600) wird zur Bewertung die Angabe des Verschmutzungsgrads benötigt.

Der Einsatz von RCCBs und RCBOs ist in einer Umgebung mit einem Verschmutzungsgrad 2 vorgesehen. Dieser entspricht einer nicht leitenden Verschmutzung, bei einer zeitweiligen Leitfähigkeit durch gelegentliche Betauung.

Wenn vom Hersteller nichts anderes vorgegeben wird, eignen sich CBRs und MRCDs für den Einsatz unter den Bedingungen des Verschmutzungsgrads 3. Dies entspricht einer leitenden Verschmutzung oder einer trockenen, nicht leitenden Verschmutzung, die durch Betauung leitfähig werden kann.

Standard-RCD sind nicht gegen korrosive oder verunreinigende Substanzen geschützt. Damit sind sie nur für eine Umgebung entsprechend AF1 geeignet.

Um einen höheren Schutz zu erreichen, müssen entweder entsprechende RCD eingesetzt werden (siehe RCD für erschwerte Umgebungsbedingungen) oder sie müssen in Gehäusen mit entsprechendem Schutz eingebaut werden.

RCD sind für eine normale mechanische Beanspruchung (AG1) und einer niedrigen Beanspruchung durch Schwingungen (AH1) ausgelegt. Damit sind sie für normale Bedingungen im Haushalt o.ä. Umgebungen geeignet.

Der Schutz von RCD gegen elektromagnetische, elektrostatische oder ionisierende Einflüsse (AM) liegt in den von Haushalten o.ä. Umgebungen üblichen Grenzen. Bei der Anordnung elektromagnetisch betriebener Betriebsmittel, z.B. Transformatoren, Schütze, ist darauf zu achten, diese nicht in unmittelbarer Nähe zu RCD zu installieren.

Aggressive Schadgase, z.B. in der Landwirtschaft, in Schwimmbädern und in der Industrie, sowie eine extrem hohe Luftfeuchtigkeit verkürzen wesentlich die Lebensdauer von RCD. Um die Lebensdauer von RCD in einer solch aggressiven Umgebung zu verlängern, empfiehlt sich der Einsatz von RCD, die für erschwerte Umgebungsbedingungen entwickelt wurden.

Koordination von RCD

Für ein ordnungsgemäßes Verhalten der RCD müssen sie korrekt in die elektrische Anlage integriert werden. Dazu müssen sie untereinander und mit anderen Schutzeinrichtungen abgestimmt werden. Dabei sind folgende Punkte zu beachten:

  • Schutz gegen Kurzschluss und Überlast
  • Reihenschaltung mit anderen RCDs und anderen Schutzeinrichtungen

Bei RCCBs müssen der Kurzschlussschutz und der Überlastschutz durch eine vorgeordnete Überstrom-Schutzeinrichtung erfolgen. Für die richtige Auswahl der Überstrom-Schutzeinrichtung sind der Bemessungsstrom und der Bemessungskurzschlussstrom von Bedeutung (siehe oben).

Reihenschaltungen von RCD

Um Selektivität zwischen RCD zu erreichen, muss der netzseitige RCD vom Typ S (selektiv) sein. Außerdem muss dessen Bemessungsdifferenzstrom den dreifachen Wert des Bemessungsdifferenzstroms des RCD auf der Lastseite betragen.
RCD des Typs B oder B+ dürfen keine RCD des Typs A oder F vorgeschaltet werden. Um ein ungewolltes Auslösen von RCD zu vermeiden, sind Überspannungs-Schutzeinrichtungen des Typs 1 und 2 grundsätzlich netzseitig vor den RCD anzuordnen.

Autor: Dipl.-Ing. Karsten Callondann

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Kommentare

Kommentar von hanz |

seit gestern !
Weil voll wichtig

Kommentar von krueger |

seit wann müssen 2 RCD eingebaut sein ??
Gibt es eine VDE Bestimmung hierzu

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