Fehlerstromschutzschalter

Eine weitere Schutzeinrichtung für das Stromnetz wird durch den Fehlerstromschutzschalter realisiert. Er trennt den überwachten Stromkreis vom restlichen Stromnetz, wenn Strom auf unerlaubtem Weg fließt. Dazu vergleicht der Fehlerstromschutzschalter die hingeleitete mit der zurückgeleiteten Stromstärke. Wird irgendwo im Stromkreis ein Strom gegen Erde abgeleitet, so 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 Abschaltung der Stromzufuhr 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 wird eine Überspannung immer auch ein Abschalten des überwachten Stromkreises nach sich ziehen. Der Fehlerstromschutz erkennt die über den Schutzleiter abgeleitete Überspannung als einen Fehler im System und schaltet darauf hin 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 10kA.

Betriebsstrom
Der Betriebsstrom ist die Stromstärke die ein Fehlerstromschutzschalter dauerhaft führen kann. In privaten Haushalten werden in der Regel 16A 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 – also der Differenz zwischen abgehendem und wieder eingehendem Strom – von 30 mA auslösen und den Stromkreis unterbrechen. Für Brandschutz ist nur ein Fehlerstrom von 300 mA vorgeschrieben. Zu beachten ist, 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 20A 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 20A, die für die allgemeine Verwendung vorgesehen sind, einen Fehlerstromschutz mit einem Fehlerstrom von maximal 30mA.

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.

Praxis

In vielen Fällen ist es verträglich, wenn 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. Für alle anderen Fälle gibt es nur zwei Lösungen:

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

Stromkreise aufteilen Wenn man berücksichtigt, dass Überspannungsschutz vorrangig ein Geräteschutz und Fehlerstromschutz vorrangig ein Personenschutz ist, kann man in vielen Fällen eine sinnvolle Aufteilung finden. Stationär betriebene Geräte, die dauerhaft betrieben werden, werden nur in seltenen Fällen direkt von Personen berührt. Frei zugängliche Steckdosen in denen mobile Geräte betrieben werden sollten dagegen mit Fehlerstromschutz versehen werden.

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.

Schutzeinrichtungen für Steckdosen-Stromkreise

Sicherheit ist immer gegeben: Wenn ein FI-Schutzschalter durch eine Ableitung eines Überspannungsschutzes den Stromkreis abschaltet, wird der Schutzleiter von ihm nicht getrennt und die Ableitung der Überspannung ist weiterhin ohne Einschränkung gegeben.

Sollten Stromkreise vom zentralen Fehlerstrom getrennt worden sein, um deren dauerhaften Betrieb gewährleisten zu können, sind teilweise auch frei zugängliche Steckdosen für mobile Geräte vorhanden. Diese können einfach durch den Kopp Personenschutz als Personenschutz gesichert werden. Er ist als Zwischenstecker ausgelegt und kann vorzugsweise vor Steckdosenleisten eingebunden.