Fehlerstromschutzschalter

Eine wichtige Schutzeinrichtung für das Stromnetz realisiert der Fehlerstromschutzschalter. Er trennt den überwachten Stromkreis vom restlichen Stromnetz, sobald Strom auf unerlaubtem oder unerklärlichem Weg fließt. Dazu vergleicht der Fehlerstromschutzschalter die hingeleitete mit der zurückgeleiteten Stromstärke. Sobald irgendwo im Stromkreis ein Teilstrom gegen Erde abgeleitet wird, ist im Summenstromwandler die Summe von hin- und zurückfließendem Strom nicht mehr Null. Es entsteht eine Stromdifferenz, die zur Auslösung des Fehlerstromschutzschalters und damit zur kompletten Abschaltung des Stromkreises führt.

Der Fehlersrtomschutzschalter wurde 1957 von Gottfried Biegelmeier erfunden und patentiert.

Einteilung der Schutzeinrichtungen für das Stromnetz:

• Überstromschutz: (G) Dahinter verbirgt sich der Leitungsschutzschalter (LSS), im Allgemeinen als Sicherung bezeichnet. Sobald die Verbraucher im gesicherten Stromkreis mehr Strom beziehen möchten, als das Stromnetz ausgelegt ist, löst der Überstromschutz aus und trennt den Stromkreis ab.
• Überspannungsschutz: (G) Hier wird die Betriebsspannung in Stromkreis überwacht. Sobald eine transiente Überspannung auftritt, wie beispielsweise durch einen nahen Blitzschlag, löst der Überspannungsschutz aus uns leitet die Überspannung zur Erde ab. Der Stromkreis wird nicht abgeschaltet.
• Fehlerstromschutz: (G) Im Normalbetrieb sind hin- und rückfließende Ströme gleich. Sollten die Ströme ungleich werden oder es fließt auf dem Schutzleiter ein Strom, schließt der Fehlerstromschutz auf einen Fehler im Stromkreis und schaltet ab.

Bei einer Kombination von Fehlerstromschutz und Überspannungsschutz am Gerät wird eine Überspannung immer auch ein Abschalten des überwachten Stromkreises nach sich ziehen. Die Ableitung hat einen Kurzschluß zwischen L und dem Schutzleiter oder zwischen N und dem Schutzleiter zur Folge. Da die hin- und rückfließenden Ströme nicht mehr gleich sind, schaltet der Fehlerstromschutz konsequent ab.

Da der Fehlerstromschutz keinen Überstromschutz enthält, ist zusätzlich zum Fehlerstromschutz immer ein Überstromschutz vorgeschrieben. Geräte, die beide Schutzarten enthalten, werden als FI/LS-Schalter oder "Personenschutz" bezeichnet. Üblich ist aber die getrennt Ausführung, vorrangig im Hausanschluss bzw. der Unterverteilung.

Aufbau eines Fehlerstromschutzschalters

Der Fehlerstromschutzschalter basiert auf 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. Durch den Differenzstrom wird in der Auslösespule eine Spannung induziert, die das Relais mit dem Schaltschloss zum Auslösen bringt.

technischer Aufbau eines Fehlerstromschutzschalters

Mit der am Fehlerstromschutzschalter von vorn zugänglichen Prüftaste kann der Fehlerfall simuliert werden, um die ordnungsgemäße Funktion regelmäßig zu überprüfen. 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. Hersteller empfehlen eine halbjährliche Prüfung. Ortsveränderliche Fehlerstromschutzschalter müssen täglich vor Arbeitsbeginn auf Funktion geprüft werden.

Dimensionierung

Fehlerstromschutzschalter werden anhand von 3 wesentlichen Parametern unterschieden:

1. Schaltvermögen (angegeben in Kiloampere [kA])
2. Betriebsstrom (angegeben in Ampere [A])
3. Fehlerstrom (angegeben in Milliampere [mA])

Schaltvermögen
Schaltvermögen oder auch Kurzschlussfestigkeit gibt die max. Amperezahl an, bei der ein ausgeschalteter oder ausgelöster Fehlerstromschutzschalter dem Stromkreis noch unterbrechen kann. Ab einer bestimmten Amperezahl kann ein Lichtbogen zwischen den geöffneten Kontakten entstehen und so eine entsprechenden Hitzeentwicklung entstehen. Gute Fehlerstromschutzschalter für private Haushalte haben ein Schaltvermögen von 10 kA.

Betriebsstrom
Der Betriebsstrom ist die Stromstärke die ein Fehlerstromschutzschalter dauerhaft führen kann. In privaten Haushalten werden in der Regel 20 A Fehlerstromschutzschalter eingesetzt.

Fehlerstrom (G)
Gibt die Fehlerstromstärke an, aber der ein Fehlerstromschutzschalter auslöst. Um einen Personenschutz zu gewährleisten, muss ein Fehlerstromschutzschalter spätesten ab einem Fehlerstrom von 30 mA auslösen und den Stromkreis unterbrechen. Für Brandschutz ist nur ein Fehlerstrom von 300 mA vorgeschrieben. Das ist für den Haushalt kein ausreichender Schutz. Zu beachten ist weiterhin, dass ein Fehlerstromschutzschalter nicht die Höhe des Fehlerstroms begrenzt. Die Schutzwirkung beruht ausschließlich auf der schnellen Abschaltung der Stromzufuhr.

Vorschriften

Der Einsatz von Fehlerstromschutzschaltern wird in vielen Ländern im Haushalts- und Industriebereich zumindest für Steckdosen bis 20 A zusätzlich zu dem installierten Überstromschutz. In Deutschland wird Fehlerstromschutz für Feuchträume und Anlagen im Außenbereich bereits seit 1984 vorgeschrieben. Seit dem 01.06.2007 fordert der Gesetzgeber bis auf wenige Ausnahmen zusätzlich auch für alle anderen Steckdosen bis 20 A, die für die allgemeine Verwendung vorgesehen sind, einen Fehlerstromschutz mit einem Fehlerstrom von maximal 30 mA.

Diese Vorschrift wirkt sich extrem bei Stromkreisen aus, die zusätzlich mit einem Überspannungsschutz ausgerüstet sind. Anlagen, die dauerhaft in Betrieb sein müssen - wie Kühlanlagen, Sicherheitssysteme und Telekommunikation - würden durch Auftreten von kleinen Überspannungen langfristig abgeschaltet werden.

Rückwirkung auf Überspannungsschutz

In vielen Fällen kann es akzepriert werden, dass ein Überspannungsschutz den Fehlerstromschutz auslöst. Sobald immer eine Person vor Ort ist, solange das System genutzt wird, kann diese Person den Zustand des Systems prüfen und ggf. manuell wieder einschalten. Sollte das zu schützende System keinen längeren Ausfall erlauben, gibt es nur zwei Lösungen:

• Stromkreise aufteilen in Stromkreise mit Überspannungsschutz und Stromkreise mit Fehlerstromschutz
• Die Installation einer Wiedereinschaltautomatik

Stromkreise aufteilen: Überspannungsschutz, der ohne Ausfallzeiten ableiten kann, wird benötigt sobald wichtige elektrische Geräte (PC-Server, Router, ...) im Stromkreis betrieben werden. Sofern sich keine frei zugängigen Steckdosen im Stromkreis befinden, ist der FI-Schutz nicht vorgeschrieben. Frei zugängige Steckdosen, die für mobile Geräte genutzt werden, benötigen in der Regel keinen Überspannungsschutz. In diesem Stromkreis ist aber ein FI-Schutz vorgeschrieben. Der sicherste Weg ist also, wenn die Stromkreise entsprechend aufgeteilt werden - mit Überspannungsschutz für feste Geräte und mit FI-Schutz für mobile Geräte. Diese Lösung ist am wirksamsten für Personen und Geräte und entspricht vollkommen den aktuellen Vorschriften.

Möller Wiedereinschaltautomat

Wiedereinschaltautomaten: (G) werden in der Unterverteilung neben den Fehlerstromschutzschaltern platziert. Mit einer kleinen Fahne wird der Kippschalter des Automaten wieder eingeschaltet. Verschiedene Betriebsarten legen die Anzahl und Abstände zu weiteren Einschaltversuchen fest. In der Regel werden 1 bis 5 Versuche angeboten. Ein permanentes Wiedereinschalten wird nicht angeboten, weil im tatsächlichen Fehlerfall - also keine transiente Überspannung - das System dann nur zusätzlich belastet werden würde. Die Lösung über Wiedereinschaltautomaten sollte nur angewendet werden, wenn eine Aufteilung der Stromkreise nicht möglich ist.

Anordnung der Schutzeinrichtungen Leitungsschutz, FI-Schutz und Überspannungsschutz zum Verbraucher

Optimale Sicherheit ist in dieser Anordnung immer gegeben: Genau wie die Verbraucher werden FI-Schutz und Überspannungsschutz durch den Leitungsschutz vor Überlastung geschützt. Sobald der FI-Schutzschalter auslöst und den Stromkreis abschaltet, wird der Schutzleiter von ihm nicht getrennt und die Ableitung einer Überspannung ist weiterhin ohne Einschränkung möglich.

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