4,4/5 Sterne (5 Stimmen)
Funktionen von Fehlerstromschutzschaltern 4.4 5 5

Funktionen von Fehlerstromschutzschaltern

(Kommentare: 0)

Die Elektrofachkraft entscheidet, welcher Fehlerstromschutzschalter eingesetzt wird. - Bild
Die Elektrofachkraft entscheidet, welcher Fehlerstromschutzschalter eingesetzt wird.

Fehlerstromschutzschalter (RCDs) erhöhen die Benutzersicherheit in elektrischen Anlagen. Durch ihr sehr frühzeitiges Abschalten beim Auftreten eines Fehlers können sie allerdings auch nachteilig auf die Versorgungssicherheit wirken.

Hierdurch entsteht grundsätzlich in jeder elektrischen Anlage das Problem, dass die zuständige Elektrofachkraft die Entscheidung treffen muss, ob Gruppenfehlerstromschutzschalter den Anforderungen entsprechen oder ob Einzelfehlerstromschutzschalter eingesetzt werden müssen.

1. Funktion des FI-Fehlerstromschutzschalters

1.1 Summenstromwandler

Der FI-Schutzschalter misst den durch ihn hindurch fließenden Strom. Durch die gleichzeitige Betrachtung des in den geschützten Anlagenteil hineinfließenden und des herausfließenden Stroms wird der Ableitstrom der nachgeschalteten Leitungsanlage, Installationsgeräte, Betriebsmittel und Geräte ermittelt. Bei der Überschreitung eines definierten Grenzwerts erfolgt eine Abschaltung.

1.2 Abschaltbedingungen

Die Funktion von RCDs besteht nicht darin, den Ableitstrom bzw. den Fehlerstrom der nachgeschalteten Anlage zu begrenzen. Sie schalten lediglich bei kleineren Grenzwerten im Gegensatz zu Schmelzsicherungen oder Leitungsschutzschaltern ab. Die Abschaltbedingungen für fest installierte RCDs sind in DIN VDE 0664-10 [1] festgelegt. RCDs müssen bei 1-fachem Bemessungsdifferenzstrom innerhalb von 0,3 s abschalten [2].

Ein Leistungsschutzschalter der Charakteristik B benötigt hierzu einen 5-fachen Bemessungsstrom, um innerhalb von 0,4 s sicher abzuschalten [3]. Im direkten Vergleich des Schutzes einer Steckdose würde dies ein Fehlerstromverhältnis von 30 mA: 80 A = 1 : 2667 bedeuten. Der Leitungsschutzschalter benötigt somit einen über 2000-fachen Fehlerstrom für eine Abschaltung in einem ähnlichen Zeitbereich.

RCDs dürfen jedoch erst ab einem Mindestdifferenzstrom abschalten. Dieser liegt bei 50 % seines Bemessungsdifferenzstromes [4]. Dies bedeutet, dass ein Fehlerstromschutzschalter mit einem Bemessungsdifferenzstrom von 30 mA unterhalb seiner Nichtauslöseschwelle von 15 mA nicht auslösen darf. Ohne diese Festlegung wäre der Betrieb einer elektrischen Anlage unmöglich, da sich Ableitströme aufgrund der physikalischen Grundlagen (Endlichkeit von Isolationseigenschaften) nicht vollständig vermeiden lassen.

1.3 Einsatzbereiche von RCDs

Die Forderungen nach dem Einsatz von Fehlerstromschutzschaltern sind sehr vielfältig (z.B. Ex-Schutz, Personenschutz, Brandschutz). Aus diesem Grund muss die Elektrofachkraft in jedem Einzelfall prüfen, ob und welche Fehlerstromschutzschalter zu verwenden sind. Hierbei sind besonders die Typen A, B und B+ zu unterscheiden. Weiterhin sind der Bemessungsdifferenzstrom und ein eventuelles Selektivitätsverhalten zu betrachten.

Mit Erscheinen der DIN VDE 0100-410:2007-06 wurde eine „allgemeine RCD-Pflicht für Steckdosenstromkreise“ eingeführt [5]. Für Betriebsstätten mit besonders wertvollen Gütern erhebt die DIN VDE 0100-482 die allgemeine Forderung nach dem Einsatz von RCDs [6].

2. Ableitströme

2.1 Anlagen

Für Neuanlagen fordert die DIN VDE 0100-600 einen Mindestisolationswiderstand von 1,0 M Ohm [7]. Bei Bestandsanlagen kann dieser Wert bis auf 300 Ohm/V abfallen [8]. Dies entspricht in einem Wechselstromkreis einem Ableitstrom von 3,33 mA.

2.2 Geräte

Ableitströme für Geräte sind z.B. in der Norm DIN VDE 0701-0702 festgelegt. Für Geräte der Schutzklasse I betragen sie höchstens 3,5 mA [9]. Bei Geräten der Schutzklasse II wird ein maximaler Wert von 0,1 mA gefordert [10]. Für Heizgeräte wurde der maximal zulässige Ableitstrom auf 10 mA festgelegt [11].

Diese Werte weichen von den normativen Festlegungen im Abschnitt 2.1 teilweise ab. Es ist insofern möglich, dass eine Anlage mit zwei Heizgeräten mit separaten Stromkreisen und einem gemeinsamen Fehlerstromschutzschalter mit einem Bemessungsfehlerstrom von 30 mA nicht betriebsfähig ist, obwohl alle Einzelgrenzwerte eingehalten wurden. Der normativ zulässige Ableitstrom der Einzelgeräte kann bei dieser Konstellation in Summe 20 mA betragen. Der Fehlerstromschutzschalter kann allerdings bereits bei 15 mA Ableitstrom auslösen.

2.3 Stromkreise

Die Summe der Ableitströme eines Stromkreises ergibt sich aus den Anlagen- und den Geräteableitströmen. Bei der konsequenten Trennung von Beleuchtungsstromkreisen von Geräte- bzw. Steckdosenstromkreisen ergeben sich unterschiedlich hohe Ableitströme. Bei Beleuchtungsstromkreisen ist von einem maximalen Ableitstrom von 3,33 mA auszugehen (siehe Abschnitt 2.1). In Steckdosenstromkreisen addieren sich zu der „Grundbelastung“ noch die Ableitströme der angeschlossenen Geräte. Im Hinblick auf die normative Nichtauslöseschwelle von 50 % des Bemessungsdifferenzstroms [4] von 15 mA eines Steckdosenstromkreises können hier sehr schnell Ableitströme auftreten, die sich dieser Nichtauslöseschwelle stark annähern oder überschreiten.

3. Entscheidungskriterien

Auf die Entscheidungsfindung ob Einzel- oder Gruppen-RCDs zum Einsatz kommen müssen, wirken unterschiedliche Parameter ein. Zwischen ihnen gilt es abzuwägen und eine sinnvolle Entscheidung zu treffen.

3.1 Wirtschaftliche Betrachtung

Eine Fehlauslösung eines RCDs aufgrund falscher Ableitstrombetrachtungen kann je nach Art des betroffenen Stromkreises zu Anlagenstillständen führen. Dieses zieht eventuell Umsatzverluste mit sich. Weiterhin kann durch die Fehlauslösung ein Unfall entstehen. Auch dieser kann wirtschaftliche Folgen haben.

Im Gegensatz hierzu stehen die Investitionskosten für die zu errichtende Anlage. Dies bedeutet im Allgemeinen Mehrkosten für Einzel-RCDs, Mehrkosten für größere Verteilungen sowie Mehrkosten für erhöhten Instandhaltungsaufwand durch Wiederholungsprüfungen.

3.2 Normative und betriebliche Betrachtung

Aus normativen Gründen kann eine Beschränkung des Fehlerstromschutzschalters auf lediglich einen Stromkreis erfolgen. So ist z.B. die Sicherheitsbeleuchtung eines Fluchtwegs über unabhängige Stromkreise zu versorgen [12]. Ebenso kann aus betrieblichen Gründen eine ähnliche Forderung aufgestellt sein. Diese ergibt sich dann aus einer Gefährdungsbeurteilung auf Basis des Arbeitsschutzgesetzes (ArbSchG) oder der Betriebssicherheitsverordnung (BetrSichV).

4. Installationsvarianten

4.1 Gruppen-RCDs mit nachgeschalteten LS-Schalter

Eine sehr häufig eingesetzte Variante ist der Gruppen-Fehlerstromschutzschalter mit nachgeschalteten Leitungsschutzschaltern für Endstromkreise. Diese Variante bietet sich für Wohnungsinstallationen und Anlagen mit geringer Anforderung an die Versorgungssicherheit an. Sie kann allerdings auch in Verwaltungsgebäuden oder ähnlichen Anlage eingesetzt werden. Es sollten hierbei nicht mehr als 6 Leitungsschutzschalter einem Gruppen-RCD nachgeschaltet werden.

Abb. 1: Gruppen-RCD mit 6 LS-Schaltern

Gruppen-RCD mit 6 LS-Schaltern

4.2 Leitungsschutzschalter mit nachgeschaltetem RCD

In älteren Anlagen befinden sich häufig auch Kombinationen aus Leitungsschutzschaltern und zugeordneten Fehlerstromschutzschaltern. Hierbei ist es erforderlich, für die Festlegung der Anordnung der Schutzgeräte im Stromkreis (RCD mit nachgeschaltetem Leitungsschutzschalter oder Leitungsschutzschalter mit nachgeschaltetem RCD) die maximal zulässige Vorsicherung des RCDs zu ermitteln. In dem Beispiel aus Abbildung 2 beträgt die maximale Vorsicherung des RCD 63 A. Hierbei kann der RCD dem Leitungsschutzschalter vorgeschaltet werden, wenn die Vorsicherung einen Bemessungsstrom von 63 A nicht überschreitet.

Abb. 2: Leitungsschutzschalter mit vor-/nachgeschaltetem RCD

Leitungsschutzschalter mit vor-/nachgeschaltetem RCD

4.3 RCDs mit integriertem Leitungsschutzschalter

Die „moderne“ Variante des Beispiels aus Abschnitt 4.2 stellen RCDs mit integriertem Überstromschutzorgan dar (RCBO – residal current operated circuit-breaker with integral overcurrent protection). Sie benötigt eine Teilungseinheit weniger und spart somit 1/3 des zuvor benötigten Platzes in der Verteilung ein.

Abb. 3: RCBOs - RCDs mit integriertem Überstromschutzorgan

RCBOs - RCDs mit integriertem Überstromschutzorgan

5. Fazit

Die Festlegung, ob ein Gruppen-RCD eingesetzt werden kann oder ob Einzel-RCDs eingesetzt werden müssen, lässt sich nicht pauschal treffen. Sie muss individuell für jede Anlage getroffen werden. Hierbei sind besonders die Folgen durch einen Ausfall der angeschlossenen Stromkreise zu betrachten.

Je geringer die Anforderungen an die Versorgungssicherheit sind, desto mehr Stromkreise können auf einen Gruppen-RCD geschaltet werden. Mehr als sechs Stromkreise pro Gruppen-RCD sollte man allerdings vermeiden.

Abb. 4: Ableitströme am ZEP einer NSHV

Ableitströme am ZEP einer NSHV

Grundsätzlich sollten sicherheitsrelevante Stromkreise über Einzel-RCDs oder RCBOs angeschlossen werden. Hierzu zählen z. B.:

  • Sicherheitsbeleuchtung für notwendige Flure und Treppenräume
  • Komponenten der Brandmeldeanlage
  • Lichtrufanlagen gem. DIN VDE 0834
  • Rauchabzugsanlagen

Durch eine gewissenhafte und gründliche Instandhaltung der elektrischen Anlage können erhöhte Ableitströme und Isolationsfehler frühzeitig erkannt werden. Hierdurch lassen sich ungewollte Fehlauslösungen vermeiden und der sichere Betrieb der Anlage ist zu erwarten.

Quellennachweise

[1]: DIN VDE 0664-10:2010-01

[2]: DIN VDE 0664-10:2010-01, Tabelle 1

[3]: DIN VDE 0641-11:2006-03, Tabelle 2

[4]: DIN VDE 0664-10:2010-01, Abschnitt 5.3.4

[5]: DIN VDE 0100-410:2007-06, Abschnitt 411.3.3

[6]: DIN VDE 0100-482:2003-06, Abschnitt 482.3

[7]: DIN VDE 0100-600:2008-06, Tabelle 6A

[8]: DIN VDE 0105-100:2009-10, Abschnitt 5.3.101.3.3 b

[9]: DIN VDE 0701-0702: 2008-06, Tabelle 1 mit Tabelle 2

[10]: DIN VDE 0701-0702: 2008-06, Tabelle 1

[11]: DIN VDE 0701-0702: 2008-06, Tabelle 2

[12]: DIN VDE 0100-560:2011-03, Abschnitt 560.7.1

Autor: Dipl.-Ing. (FH) Olaf Wulf VDE

Zurück

Kommentare

Diskutieren Sie mit

* Pflichtfeld