Leben retten mit dem FI-Schalter (RCD)

Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen haben die wichtige Aufgabe Personen zu schützen. Im Fehlerfall wird der zu überwachende Stromkreis allpolig, schnell und sicher vom Netz getrennt und gefährliche Körperströme bei direktem oder indirektem Berühren vermieden.

Bezeichnung RCD/FI-Schalter

In der EU ist die englische Bezeichnung RCD (engl.: residual current protective device; wörtlich übersetzt: Reststromschutzgerät) die Norm und daher auch in der deutschen Fachsprache üblich, im allgemeinen Sprachgebrauch sind vor allem die Begriffe FI-Schutzschalter oder kurz FI-Schalter (F für Fehler, I als Formelzeichen des elektrischen Stroms) gebräuchlich.

Pflicht für Einsatz von FI-Schutzschaltern

Die Installation von Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen mit Bemessungsfehlerströmen von maximal 30 mA ist in Neubauten schon sehr lange Pflicht; zum Beispiel

• nach DIN VDE 0100-701 bereits seit 1984 in Räumen mit Badewanne oder Dusche;
• laut DIN VDE 0100-410 auch als zusätzlicher Schutz für alle Steckdosen-Stromkreise mit einem Bemessungsstrom von nicht größer als 32 A, die für die Benutzung durch Laien und zur allgemeinen Verwendung bestimmt sind;
• sowie bei Endstromkreisen für im Außenbereich verwendete tragbare Betriebsmittel mit einem Bemessungsstrom von maximal 32 A.
• Außerdem legt die DIN VDE 0100-410 zusätzliche Anforderungen für Leuchtenstromkreise in TN- und TT-Systmen fest. So müssen in Wohnungen Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen (RCDs) mit einem Bemessungsdifferenzstrom nicht größer als 30 mA für Endstromkreise für Wechselstrom (AC), die Leuchten enthalten, vorgesehen werden.
• Nach DIN VDE 0100-723 „Anforderungen für Betriebsstätten, Räume und Anlagen besonderer Art – Unterrichtsräume mit Experimentiereinrichtungen“ müssen zur Versorgung der Experimentiereinrichtungen und deren Stromkreise in TN- oder TT-Systemen Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen des Typs B mit einem Bemessungsdifferenzstrom von ≤ 30 mA vorgesehen werden.

Aufbau und Funktionsweise von RCDs

Eine Fehlerstrom-Schutzeinrichtung besteht hauptsächlich aus:

• Schaltschloss mit Kontakten bzw. der Mechanik,
• dem Auslösekreis,
• der Prüftaste mit Prüfwiderstand und
• dem Summenstromwandler.

Die aktiven Leiter (L1, L2, L3 und N), die vom Netz zu dem Verbraucher führen, werden durch einen sogenannten Summenstromwandler geführt, der in der Regel aus einem Ringkerntransformator besteht.

Liegt kein Fehler vor, so ist die Summe der Ströme in den Leitungen gleich null. Deshalb heben sich alle magnetischen Wechselfelder, die die Leiter umgeben, gegenseitig auf.

Tritt ein Erdschluss oder ein Körperschluss auf, fließt ein Fehlerstrom (Teilstrom) über die Erde bzw. den Schutzleiter an der Fehlerstrom-Schutzeinrichtung vorbei und zum Spannungserzeuger zurück. In diesem Fall ist die Summe aller Ströme nicht mehr gleich null und die magnetischen Wechselfelder befinden sich nicht mehr im Gleichgewicht.

Entsprechend der Größe des Fehlerstroms, der abhängig vom Körperwiderstand sowie dem Erdungswiderstand ist, wird ein Magnetfeld im Ringkern und damit eine Spannung in der Sekundärwicklung aufgebaut. Diese lässt über den Auslösekreis das Schaltschloss auslösen und die Kontakte allpolig öffnen.

Funktionsprüfung

Bei der Funktionsprüfung der Fehlerstrom-Schutzeinrichtung wird über die Prüftaste, mithilfe eines Prüfwiderstands, ein „Teststrom“ am Summenstromwandler vorbeigeführt und damit in der Fehlerstrom-Schutzeinrichtung ein Fehlerstrom simuliert, der den Auslösekreis anspricht und die RCD abschaltet.

Wird eine mehrpolige Fehlerstrom-Schutzeinrichtung mit nur einem Außenleiter betrieben, müssen unbedingt die Angaben der Hersteller beachtet werden, da je nach Hersteller die Prüftaste an unterschiedlichen Außenleitern angeschlossen sein kann und dadurch eine Funktionsprüfung nicht gewährleistet ist.

Aufschriften auf Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen (RCDs)

Hersteller von Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen müssen die Schutzeinrichtungen so kennzeichnen, dass bei deren Einbau keine Zweifel bestehen. Folgende Aufschriften müssen neben der Firmen- und Typkennzeichnung vorhanden sein:

• Bemessungsspannung U_n mit dem Zeichen der Spannungsart
• Bemessungsstrom I_n
• Bemessungsfehlerstrom I_Δn
• Bemessungsschaltvermögen I_m
• Kennzeichen S (bei selektiven Typen)
• Schutzgrad
• Kennzeichen der Verwendungsart (bei spannungsabhängigen Typen)
• Auslösecharakteristik Typ AC, A, F, B oder B+ (auch als Bildzeichen)
• Umgebungstemperatur

Dimensionierung

Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen werden anhand von drei wesentlichen Parametern unterschieden:

1. Schaltvermögen I_nC [kA]
2. Betriebsstrom I_n [A]
3. Fehlerstrom I_Δn [mA]

Schaltvermögen I_nC

Im Kurzschlussfall können Ströme von mehreren Hundert Ampere über die Fehlerstrom-Schutzeinrichtung fließen, deren Schaltstücke sich dabei gerade öffnen. Dieser Beanspruchung müssen die Kontakte standhalten.

Das Schaltvermögen oder auch Kurzschlussfestigkeit gibt die maximale Stromstärke an, bei der eine Fehlerstrom-Schutzeinrichtung den Stromkreis noch unterbrechen kann. Ab einer bestimmten Stromstärke kann ein Lichtbogen zwischen den geöffneten Kontakten entstehen und die Kontakte „zusammenschweißen“. Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen für private Haushalte gibt es ab einem Schaltvermögen von 4 kA.

Bemessungsstrom (Betriebsstrom) I_n

Der Bemessungsstrom ist die Stromstärke, die eine Fehlerstrom-Schutzeinrichtung dauerhaft führen kann. In privaten Haushalten werden in der Regel Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen ab 20 A eingesetzt.

Bemessungsdifferenzstrom (Nennfehlerstrom) I_Δn

Der Bemessungsdifferenzstrom gibt die Stromstärke an, bei der eine Fehlerstrom-Schutzeinrichtung auslöst. Beim Einsatz als Personenschutz muss eine Fehlerstrom-Schutzeinrichtung spätestens bei einem Fehlerstrom von 30 mA auslösen und den Stromkreis unterbrechen.

Typen von Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen (RCDs)

Typ AC

Netzspannungsunabhängige Fehlerstrom-Schutzeinrichtung vom Typ AC sind ausschließlich zur Überwachung von Wechselfehlerströmen geeignet. Die Anwendung in Deutschland ist entsprechend der DIN VDE 0100-530 nach den Errichtungsbedingungen nicht zugelassen und darf kein VDE-Zeichen erhalten.

Typ A

Netzspannungsunabhängige Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen vom Typ A sind nur zur Auslösung bei Wechselfehlerströmen (pulsstromsensitiv) geeignet. Sie erfassen neben sinusförmigen Wechselfehlerströmen auch pulsierende Gleichströme und sind damit auch für einphasige Verbraucher mit elektronischen Bauteilen im Netzteil (z.B. EVG, Dimmer, PC-Netzteil) ausgelegt.

Typ F

Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen des Typs F sind zum Schutz bei Wechsel- und Pulsfehlerströmen der Netzfrequenz und bei Fehlerströmen der Netzfrequenz mit Mischfrequenzen abweichend von der Netzfrequenz geeignet.

Die Anforderungen an den RCD-Typ F entsprechen größtenteils den Eigenschaften des Typs A, ergänzt um folgende Parameter:

• AC-Auslösebedingungen für Frequenzgemische aus Anteilen von 10 Hz/50 Hz/1.000 Hz
• Kurzzeitverzögerung
• Stromfestigkeit mindestens 3 kA
• Überlagerung mit 10 mA DC

Typ B

Fehlerstrom-Schutzeinrichtung zur Erfassung von glatten und pulsierenden Gleichströmen sowie Wechselströmen bis 2.000 Hz (allstromsensitiv).

Typ B+

Fehlerstrom-Schutzeinrichtung zur Erfassung von glatten und pulsierenden Gleichströmen sowie Wechselströmen bis 20 kHz (allstromsensitiv) für den gehobenen vorbeugenden Brandschutz.

Anwendung

Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen vom Typ B oder B+ werden zur Auslösung bei Wechselfehlerströmen, pulsierenden und glatten Gleichfehlerströmen ohne eingebaute Überstrom-Schutzeinrichtung eingesetzt. Sie finden Anwendung in Anlagen und Geräten, in deren Eingangsstromkreisen Drehstrom-Brückenschaltungen installiert sind und bei denen Gleichfehlerströme auftreten können.

Beispiele

• mehrphasig betriebene Frequenzumrichter mit Zweipuls- oder Sechspuls-Gleichrichterbrückenschaltung
• medizinische Geräte wie Röntgengeräte oder CT-Anlagen
• Photovoltaik- oder USV-Anlagen
• Rohrbegleitheizungen
• Entwicklungsanlagen in Labors
• Aufzugssteuerungen
• Schulungsräume mit Experimentiereinrichtungen
• Ladestationen von batteriebetriebenen Flurförderzeugen
• Kräne in Industrie, Gewerbe, Handwerk und Handel
• elektrische Betriebsmittel auf Baustellen gemäß DGUV Information 203-006
• drehzahlgeregelte Werkzeugmaschinen, z.B. Fräs- und Schleifmaschinen sowie Drehbänke
• Schweißgeräte, wenn eine Gleichstromrückkopplung möglich ist