Strom-Polizei

Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen schalten den Strom schnell ab und dienen der Erhöhung des Brandschutzes. Isolationsfehler können bei allen elektrischen Maschinen auftreten. Dadurch kann es zu Bränden...

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Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen schalten den Strom schnell ab und dienen der Erhöhung des Brandschutzes. Isolationsfehler können bei allen elektrischen Maschinen auftreten. Dadurch kann es zu Bränden oder noch schlimmer zum Tod eines Menschen kommen. Deshalb machen Isolationsfehler einen Schutz bei indirektem Berühren (Fehlerschutz) erforderlich. Sie stellen eine Beeinträchtigung des Basisschutzes dar. Isolationsfehler treten in Form von Kurzschluss, Körperschluss oder Erdschluss auf.Kurzschlüsse erzeugen keine ErdschlussströmeKurzschlüsse oder Leiterschlüsse treten zwischen den aktiven Leitern und/oder aktiven Teilen auf. Sie können definitionsgemäß keine Fehler- oder Erdschlussströme erzeugen. Erdschlüsse entstehen als Verbindung aktiver Leiter oder Teile zu einem Erdpotenzial. Bei Körperschlüssen geschieht dies auf dem Umweg über leitfähige Körper.Kurzschluss, Leiterschluss und Erdschluss stellen Brandquellen dar und bergen die Gefahr der thermischen und dynamischen Überlastung der Schaltanlage, der Betriebsmittel und der Installation.Dagegen stellt der Körperschluss darüber hinaus eine Unfallquelle durch elektrischen Schlag dar und gilt als direkt personengefährdend. Der Körperschluss stellt definitionsgemäß nicht etwa einen Schluss zum Körper eines Lebewesens dar, sondern einen Schluss zum Körper (Gehäuse) eines Betriebsmittels oder zu fremden, konstruktiven Teilen. Bei dem Körperschluss eines Betriebsmittels soll der Strom über den Schutzleiter PE zur Erde und damit zum geerdeten Mittelpunkt des Netzes abfließen. In Abhängigkeit von den Widerstandsverhältnissen durch die Art des Erdreiches und des Erders entsteht eine Berührungsspannung, die eine gefährliche Höhe annehmen kann (Bild 1). Das kann bedeuten, dass der Stromfluss über einen Menschen, der den Körper berührt, widerstandsmäßig günstiger sein kann. Dann ist der Mensch gefährdet. Deshalb muss diese Berührungsspannung auf das für den Personenschutz zulässige Maß begrenzt werden (durch Einflussnahme auf die Widerstandsverhältnisse) beziehungsweise beim Überschreiten festgelegter Grenzwerte muss die Fehlerstelle in £ 0,2 s freigeschaltet werden. Die FI-Schutzeinrichtung kann die Höhe des Fehlerstromes und die Höhe der Berührungsspannung zwar nicht begrenzen, jedoch so schnell abschalten, dass Schäden für Menschen und Tiere vermieden werden. Besonders gefährlich wird die Situation, wenn zusätzlich zu dem Körperschluss noch eine Schutzleiterunterbrechung auftritt (Bild 2). In diesem Fall kann ein Personenschutz nur durch eine hoch empfindliche FI-Schutzeinrichtung (Zusatzschutz) mit einem Bemessungsfehlerstrom/Bemessungsdifferenzstrom IDN von £ 30 mA sichergestellt werden.Alle Arten der Schlüsse bei einem Isolationsfehler können entweder als vollkommene Schlüsse (ohne wesentlichen dämpfenden Widerstand) oder als unvollkommene Schlüsse auftreten. Der unvollkommene Schluss ist widerstandsbehaftet, zum Beispiel in Form eines Störlichtbogens. Der unvollkommene Schluss ist unter Umständen schwierig zu orten, da er häufig mit Unterbrechungen oder nur gelegentlich auftritt.Wirkungsweise der FI-Schutzeinrichtung RCDBeim ungestörten Betrieb einer elektrischen Anlage stellt sich der vom Betriebsmittel benötigte Strom über die Zuleitung zum Betriebsmittel ein. Eine Grundregel der Elektrotechnik, die ,,erste Kirchhoff'sche Regel", beschreibt dies so: In jedem Knotenpunkt eines Stromkreises ist die Summe der zufließenden gleich der Summe der abfließenden Ströme.Diese Regel wird bei FI-/DI-Schutzeinrichtungen (Bild 3) durch eine Summenstromüberwachung angewendet. Durch einen Summenstromwandler werden alle aktiven Leiter (einschließlich N-Leiter) einer Anlage oder eines Anlagenteils geführt. Dies ist der Primärkreis. Im ungestörten Betrieb ist die Summe der Ströme null. Dadurch wird im Sekundärkreis des Wandlers keine Spannung induziert. Fließen durch einen Isolationsfehler Fehlerströme zur Erde ab (Geräte der Schutzklasse I, mit Schutzleiteranschluss), wird im Summenstromwandler durch den auftretenden Differenzstrom im Sekundärkreis eine Spannung induziert. Der durch die induzierte Spannung hervorgerufene Strom wird durch ein Relais bewertet.Erreichen Fehlerströme oder Ableitströme den Wert des Bemessungsfehlerstromes IDn muss die FI-/DI-Schutzeinrichtung auslösen. Genauer betrachtet ist eine Auslösung bereits ab dem Überschreiten des Bemessungsnichtauslösestromes IDno zulässig (IDno = 0,5 ? IDn) . Die Funktionsweise einer Erdschluss-Schutzeinrichtung ist, mit höheren Werten des Bemessungsfehlerstromes IDn, physikalisch gleich. Differenzstrom muss vorhanden seinWie beschrieben setzen FI- und Erdschluss-Schutzeinrichtungen für ihre Auslösung immer das Vorhandensein eines Differenzstromes im Summenwandler voraus. Daraus ergibt sich, dass beispielsweise FI-Schutzeinrichtungen nicht auslösen, wenn eine Person zwei Phasen anfasst, weil in diesem Fall kein Differenzstrom auftritt. Das kann für die Person tödlich sein. Denn oft wird irrtümlich angenommen, dass der hoch empfindliche FI-Schalter Schutz gegen alle denkbaren elektrischen Unfälle bietet und ein Freibrief für jegliche Unvernunft ist.Schutzeinrichtungen unterscheiden sichBei den Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen lassen sich neben den Bauformen:- Fehlerstromschutzschalter (alle Funktionseinheiten in einem Gerät, einschließlich Hauptstromkontakten)- Fehlerschutzrelais mit externem Wandler (Hilfsstromrelaisausgang)- Fehlerstrom-Zusatzeinrichtungen (zu Leistungsschaltern und Leitungsschutzschaltern)unterscheiden nach:- netzspannungsunabhängigen Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen (die Funktion und die Betätigung der Schalteinrichtung ist dabei vom Vorhandensein einer Netzspannung unabhängig); diese Schutzeinrichtungen werden in Deutschland als Fehlerstrom-Schutzeinrichtung bezeichnet (Residual Current Protective Devices - RCD - ohne Hilfsspannungsquelle)- netzspannungsabhängige oder bedingt netzspannungsunabhängige Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen (die Funktion der Fehlerstromerfassung ist von dem Vorhandensein der Netzspannung unabhängig oder abhängig, für die Betätigung der Schalteinrichtung muss das speisende Netz vorhanden sein); diese Schutzeinrichtungen werden in Deutschland als Differenzstrom-Schutzeinrichtung oder DI-Schutzeinrichtung bezeichnet (RCD mit Hilfsspannungsquelle).Zum Aufbau einer Fehlerstrom-Selektivität werden verzögerbare FI-Schutzeinrichtungen angeboten. Als Richtwert gilt, dass die vorgeschaltete Schutzeinrichtung zur Sicherstellung der Selektivität eine Auslösezeit in der Größe des dreifachen Wertes der nachgeschalteten Schutzeinrichtung besitzen soll. Zusätzlich müssen die Bemessungsfehlerströme IDn um mindestens eine Stufe gestaffelt werden.Die inzwischen nicht mehr gültige DIN VDE 0100 Teil 720 forderte früher für feuergefährdete Betriebsstätten zur Verhinderung von Bränden mit elektrischer Ursache in diesen Räumen FI-Schutzeinrichtungen mit einem Bemessungsfehlerstrom von 500 mA. Die Sachversicherer empfahlen für diesen Zweck einen Wert von 300 mA. Für diese Aufgaben stehen weiterhin FI-Schutzeinrichtungen zur Verfügung.Erdschlussauslöser machen Leckströme erkennbarJe größer der Bemessungsstrom beispielsweise eines Leistungsschalters ist, umso schwerer ist es, einen kleinen Fehlerstrom mit dem Summenwandler zu selektieren. Das begründet die höheren Bemessungsfehlerströme der Erdschluss-Schutzeinrichtungen, die aber durchaus noch sinnvoll sind. Erdschlussauslöser stellen einen wesentlichen Beitrag zum Brandschutz dar, weil sie größere Leckströme erkennbar machen und längerfristige, zunehmende Schädigungen der elektrischen Ausrüstung verhindern.Selbst ein Bemessungsfehlerstrom von 100 A liegt bei einem großen Leistungsschalter noch im Bereich der normalen Betriebsströme, wo Überlastauslöser erst sehr spät und Kurzschlussauslöser noch gar nicht reagieren würden. Hinzu kommt, dass die höheren Bemessungsfehlerströme auch einen Beitrag zur Fehlerstrom-Selektivität darstellen und dass dadurch Fehlauslösungen von Leistungsschaltern beispielsweise in Einspeisungen vermieden werden. Literatur:[1]IEC/EN 61008-1, DIN VDE 0664 Teil 10: Fehlerstrom-/Differenzstrom-Schutzeinrichtungen ohne eingebauten Überstromschutz (RCCB) für Hausinstallationen und für ähnliche Anwendungen -Teil 1: Allgemeine Anforderungen. September 2000.