Letzte Aktualisierung: 23.12.2022
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Jeden Tag benutzen wir im Haushalt Strom, ohne groß darüber nachzudenken. In der Regel ist das auch gefahrlos möglich. Ist ein Gerät jedoch defekt oder die elektrische Anlage beschädigt, kann es zu lebensbedrohlichen Stromschlägen kommen. Wirksamen Schutz bietet ein FI-Schutzschalter, der im Neubau bereits vorgeschrieben ist. Aber auch im Altbau sollten sie nachgerüstet werden. Wir erklären hier, welche Arten von Schutzschaltern es gibt und in welchen Anwendungen welcher Schutzschalter-Typ eingesetzt wird.
Kühlschrank, Computer, Spielekonsole, Kaffeemaschine oder Elektrowerkzeug – im Alltag kommt eine Vielzahl an elektrischen Geräten ganz selbstverständlich zum Einsatz. Überall im Haus können diese Geräte normalerweise sicher betrieben werden, ohne dass die Gefahr eines elektrischen Schlages besteht. Ist allerdings ein Gerät defekt oder wird es falsch benutzt, dann können gefährliche Situationen für den Benutzer entstehen. Daher müssen nach der EN 60204Steckdosen mit einem Nennstrom ≤ 20 A mit einer Fehlerstromschutzeinrichtung abgesichert sein.
Ein sogenannter Fehlerstrom-Schutzschalter (RCD, von engl. Residual-Current Device oder RCCB, von engl. Residual-Current Circuit Breaker, sinngemäß Differenzstrom-Schutzeinrichtung), kurz FI-Schutzschalter („F“ steht für das Wort Fehler und „I“ für das Formelzeichen der elektrischen Stromstärke), überwacht ständig den Stromfluss der elektrischen Anlage und der angeschlossenen Geräte. Fließt ein Teil des Stromes nicht über den im fehlerfreien Zustand vorgesehenen Weg, sondern beispielsweise über einen Menschen, der ein defektes Elektrogerät in seiner Hand hält, unterbricht der FI-Schutzschalter innerhalb von Bruchteilen einer Sekunde die Stromzufuhr und rettet so im Ernstfall Leben. FI-Schutzschalter bieten folgende Sicherheitsaspekte:
FI-Schalter sind die am häufigsten verwendeten Geräte aus der übergeordneten Gruppe der Schutzeinrichtungen bei Fehlerstrom.
Schutzschalter | Beschreibung |
---|---|
LS-Schalter: Schutz vor Überlastung und Kurzschluss | Der Leitungsschutzschalter schützt Kabel, Leitungen und die angeschlossenen Geräte vor den Folgen einer Überlastung. Er unterbricht die Stromzufuhr, bevor ein eventuell zu hoher Strom Schäden anrichten kann. |
FI-Schalter: Schutz vor Fehlerströmen und elektrischem Schlag | Sind elektrische Geräte oder Leitungen beschädigt, besteht die Gefahr, dass sich der Strom eigene Wege sucht und nicht durch die Leitung zurückfließt. Dieser sogenannte Fehlerstrom wird vom Fehlerstromschutzschalter erkannt, der den Stromkreis innerhalb von Millisekunden abschaltet und so im Ernstfall Leben rettet. |
FI/LS-Schalter: Kombinierer Schutz | Der FI/LS-Schalter ist eine Kombination aus Fehlerstrom- und Leitungsschutzschalter. Mit diesem wird bei einem Fehlerstrom nur der betroffene Stromkreis unterbrochen, was zu einer erhöhten Verfügbarkeit der Elektroinstallation beitragen kann. |
AFDD: Schutz vor Fehlerlichtbögen | An lockeren Kontaktstellen von Klemmen oder Schadstellen von Leitungen können gefährliche Fehlerlichtbögen entstehen. Durch die punktuelle Hitzeentwicklung kann im schlimmsten Fall ein Brand ausgelöst werden. Der AFDD oder auch Fehlerlichtbogen-Schutzschalter schützt davor, indem er kontinuierlich das Frequenzbild des Stromes analysiert und bei Auffälligkeiten den angeschlossenen Stromkreis abschaltet. |
Schutzeinrichtungen gegen Überspannung | Überspannungs-Schutzeinrichtungen sorgen dafür, dass an sensiblen elektrischen Verbrauchsgeräten (z.B. Computer oder Haushaltsgeräte) keine Überspannungsschäden verursacht werden und somit auch keine Folgeschäden entstehen. |
Der FI-Schutzschalter löst bei Überschreitung eines bestimmten Fehler-/Differenzstroms aus und schaltet den betroffenen Stromkreis allpolig, das heißt alle aktiven Leiter, vom vorgelagerten Netz ab. Dazu vergleicht der Fehlerstrom-Schutzschalter die Höhe des hin- mit der des zurückfließenden Stromes.
Die vorzeichenbehaftete Summe aller durch einen Stromwandler des FI-Schutzschalters fließenden Ströme muss bei einer fehlerfreien Anlage immer Null sein. Vereinfacht ausgedrückt muss der Strom, der zum Verbraucher fließt, genauso groß sein wie der Strom, der vom Verbraucher zurückfließt.
Der Vergleich erfolgt in einem Summenstromwandler. Dieser hat zwei oder mehr durchlaufende Leitungsadern (Primärwicklungen). Sie sind so geführt, dass ihre
Der Wandler "addiert" also alle zum und vom Verbraucher fließenden Ströme vorzeichenrichtig. Fließt aus einer Ader ein Teilstrom zur Erde (Fehlerstrom), so ist die Summe von hin- und zurückfließenden Strömen im Wandler nicht mehr Null. Dies hat einen Strom in der Sekundärwicklung zur Folge. Der Sekundärstrom löst über den Haltemagnet-Auslöser ein Schaltschloss aus, das die Leitung allpolig abschaltet.
Wann ein FI-Schalter auslöst, wird vom Bemessungsfehlerstrom IΔn bestimmt. Ein FI-Schutzschalter darf erst oberhalb des halben Bemessungsfehlerstroms auslösen. Typische Werte für IΔn sind 10 mA, 30 mA, 100 mA, 300 mA, 500 mA und 1 A. Die Auslösung eines rein sinusförmigen Wechselfehlerstroms erfolgt in der Praxis zwischen 0,6 IΔn und 0,8 IΔn. Bei mehrpoligen Fehlerstrom-Schutzschaltern versteht sich dieser Bemessungsstrom pro Pol. Um Personen vor einem Stromschlag zu schützen, ist ein maximaler Ansprechstrom von 10 mA oder 30 mA und für den Brandschutz einer von 300 mA vorgeschrieben.
Art des Fehlerstroms | Zulässiger Auslösestrombereich |
---|---|
sinusförmiger Wechselstrom | 0,5 bis 1 IΔn |
pulsierender Gleichstrom (positive oder negative Halbwellen) | 0,35 bis 1,4 IΔn |
phasenwinkelgesteuerte Halbwellenströme mit Phasenwinkel von 90° el | 0,25 bis 1,4 IΔn |
phasenwinkelgesteuerte Halbwellenströme mit Phasenwinkel von 135° el | 0,11 bis 1,4 IΔn |
pulsierender Gleichstrom überlagert mit glattem Gleichfehlerstrom von 6 mA | max 1,4 IΔn + 6 mA |
glatter Gleichstrom | 0,5 bis 2 IΔn |
Das Komitee K 221 „Elektrische Anlagen und Schutz gegen elektrischen Schlag“ der DKE bezeichnet die verschiedenen Arten von Fehlerstrom-Schutzschaltern Schutzgeräten und -Schutzeinrichtungen über die in den Normen der Reihe DIN VDE 0100 (VDE 0100) gemachten Definition hinausgehend als Fehlerstrom-Schutzeinrichtung (RCD) (in der Einzahl) und Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen (RCDs) (in der Mehrzahl).
FI-Schutzschalter vom Typ A sind netzspannungsunabhängige Fehlerstrom-Schutzschalter zur Auslösung bei Wechsel-Fehlerströmen und pulsierenden Gleich-Fehlerströmen, ohne eingebaute Überstrom-Schutzeinrichtung (RCCBs) nach DIN EN 61008-1 (VDE 0664 Teil 10):2000-09 und DIN EN 61008-2-1 (VDE 0664 Teil 11):1999-12 und mit eingebauter Überstrom-Schutzeinrichtung (RCBOs) nach DIN EN 61009-1 (VDE 0664 Teil 20):2000-09 und DIN EN 61009-2-1 (VDE 0664 Teil 21):1999-12. Dieser Typ erfasst sowohl rein sinusförmige Wechselströme als auch pulsierende Gleichfehlerströme. Die zusätzliche Empfindlichkeit wird durch spezielle Magnetwerkstoffe für die eingesetzten Ringbandkerne und Resonanzschaltungen zur Beeinflussung des Frequenzgangs erreicht. Pulsstromsensitive Fehlerstrom-Schutzschalter arbeiten netzspannungsunabhängig.
Netzspannungsunabhängige Fehlerstrom-Schutzschalter vom Typ AC dienen zur Auslösung nur bei Wechsel-Fehlerströmen. Bei Fehlerströmen, welchen ein Gleichstrom zufolge einer Gleichrichtung überlagert ist, kommt es aufgrund der magnetischen Sättigung im Kern des Stromwandlers zu keiner Auslösung. Daher sind FI-Schutzschalter vom Typ AC in Deutschland durch „Besondere Nationale Bedingungen“ in den obenstehenden Normen ausgeschlossen und nach den Errichtungsbestimmungen nicht zugelassen.
FI-Schutzschalter des Typs F schützen vor elektrischen Schlägen bei Fehlerströmen, wie sie bei einphasigen elektrischen Verbrauchern mit Frequenzumrichtern entstehen können – beispielsweise bei Waschmaschinen und Pumpen. Diese können Fehlerströme mit Mischfrequenzen erzeugen und erfordern deshalb spezielle Schutzeinrichtungen. Gegenüber herkömmlichen FI-Schutzschaltern bieten die FI-Schutzschalter des Typs F auch eine erhöhte Fehlauslösungs- und Stoßstromfestigkeit. Sie können in Privathaushalten, Büros und öffentlichen Gebäuden eingesetzt werden.
Differenzstrom-Schutzschalter sind netzspannungsabhängige Fehlerstrom-Schutzschalter, die in Deutschland früher auch „Differenzstrom-Schutzschalter" (DI-Schutzschalter) genannt wurden, Sie sind ohne eingebaute Überstrom-Schutzeinrichtung (RCCBs) und mit eingebauter Oberstrom-Schutzeinrichtung (RCB0s) erhältlich. Jedoch gibt es für diese in Deutschland zurzeit keine Produktnormen und im CENELEC-Bereich auch keine Europäischen Normen (EN) und sind daher nach den Errichtungsbestimmungen nicht zugelassen.
Typ B FI-Schutzschalter sind allstromsensitive Fehlerstrom-Schutzschalter, die bei Wechsel- und pulsierenden Gleich-Fehlerströmen und auch bei glatten Gleich-Fehlerströmen netzspannungsabhängig nach Entwurf DIN VDE 0664-100 (VDE 0664 Teil 100):2002-05 (eine entsprechende Europäische Norm (EN) gibt es zurzeit nicht) ohne eingebaute Überstrom-Schutzeinrichtung (RCCBs) arbeiten. Diese Fehlerstrom-Schutzschalter nutzen einen zweiten Summenstromwandler mit Elektronikeinheit. Zur Erfassung von Gleichfehlerströmen benötigt die Elektronikeinheit eine Stromversorgung und ist somit netzspannungsabhängig. Der wechsel- bzw. pulsstromsensitive Teil für den ersten Summenstromwandler funktioniert wie beim Typ A netzspannungsunabhängig. Typ B erfasst Fehlerströme mit Frequenzen bis zu 1 kHz. Der Typ B+ sogar bis 20 kHz, sodass dieser einen gehobenen vorbeugenden Brandschutz erreicht.
Fehlerstrom-Auslöser (RCUs oder RC Units) werden zum Anbau an Leitungsschutzschalter nach DIN EN 61009-1 (VDE 0664 Teil 20):2000-09 (Anhang G) und als Leistungsschalter mit Fehlerstrom-Auslösern (CBRs) nach DIN EN 60947-2 (VDE 0660 Teil 101):2002-09 (Anhang B) eingesetzt.
Daneben unterscheidet man zudem ortsfeste Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen in Steckdosenausführung zur Schutzpegelerhöhung (SRCDs) nach Entwurf DIN VDE 0662 (VDE 0662):1993-08 (eine entsprechende EN gibt es zurzeit nicht) und ortsveränderliche Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen (PRCDs) nach DIN VDE 0661-10 (VDE 0661 Teil 10):2002-12.
Sobald der PRCD Netzstecker in eine Steckdose eingesteckt und der PRCD mit Spannung versorgt wird, wird die Verdrahtung der Steckdose vom PRCD selbstständig auf Fehlerfreiheit und auf das Vorhandensein des Schutzleiters überprüft. Überprüft wird hierbei ob die Phase L, der Neutralleiter N und der Schutzleiter PE vorhanden, richtig angeschlossen und nicht vertauscht sind. Ein PRCD funktioniert als ein Fehlerstrom-Schutzschalter mit einem Nennfehlerstrom/ Bemessungsdifferenzstrom von IΔn ≤ 30 mA.
Neben den Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen (RCDs) können für Überwachungsaufgaben z.B. auch Differenzstrom-Überwachungsgeräte (RCMs) nach DIN EN 62020 (VDE 0663):1999-07 und Isolations-Überwachungsgeräte (IMDs) nach DIN EN 61557-8 (VDE 0413 Teil 8):1998-05 eingesetzt werden.
Abkürzung | Internationaler Fachausdruck | Deutsche Übersetzung |
---|---|---|
RCD | residual current operated device | Fehlerstrom-Schutzeinrichtung |
RCCB | residual current operated circuit-breaker | FI-Schutzschalter |
RCBO | residual current operated circuit-breaker with overcurrent protection | FI mit eingebauter Überstromeinrichtung (FI/LS) |
RCU | residual current unit | Fehlerstrom-Auslöser, FI-Block |
CBR | circuit-breaker residual current operated device | Leistungsschalter mit FI |
SRCD | socket outlet RCD | Ortsfeste FI in Steckdosenform |
PRCD | portable RCD | Ortsveränderliche FI |
RCM | residual current monitor | Differenzstrom-Überwachungsgerät |
Die Auslösung von FI-Schutzschaltern ist nach VDE 0664-10/-20 (IEC/EN 61008/9) in 2 Typen unterteilt, abhängig von der Verzögerungszeit, die beim Auftreten von Fehlerströmen zugelassen ist.
FI-Schutzschalter ohne Zeitverzögerung sind der Standardtyp. In den Produktnormen sind die Abschaltzeiten in Abhängigkeit von der Höhe und Art des Fehlerstromes definiert. Kurzzeitverzögerte Ausführungen sind normativ nicht beschrieben, deshalb gelten für diese Ausführungen die Grenzen der Standardausführungen.
Die maximale Auslösezeit für sogenannte "nicht-selektive Fehlerstrom-Schutzschalter" ist laut VDE-Norm DIN VDE 0100-410:2007 Tabelle 41.1 auf 400 ms im TN-Netz (bei Nennspannung 120 V bis 230 V) bei einfachem Nennfehlerstrom festgelegt. Bei 5-fachem Nennfehlerstrom muss der Fehlerstromschutzschalter unter 40 ms auslösen.
FI-Schutzschalter mit Zeitverzögerung sind so gebaut, dass sie einen vordefinierten Grenzwert für die Nichtauslösezeit einhalten, der sich auf den Bemessungswert des Fehlerstromes bezieht. Der Einsatz eines FI-Schutzschalters vorgeschaltet zu einem anderen FI-Schutzschalter wird oft mit den Begriffen Abgrenzung oder „Selektivität“ bezeichnet. Der Zweck dieser Abgrenzung ist die Sicherstellung, dass im Fehlerfall nur der FI-Schutzschalter, der den untergeordneten (End-)Stromkreis schützt, auslöst und nicht auch der vorgeschaltetete FI-Schutzschalter, solange der Fehlerstrom eine bestimmte Zeit nicht überschreitet.
Für selektive FI-Schutzschalter betragen die höchstzulässigen Abschaltzeiten 0,5 s bei einem Strom von 1 IΔn, 0,2 s bei 2 IΔn und 0,15 s bei 5 IΔn.
Selektivität kann geschaffen werden, indem schwach sensitive Fehlerstrom-Schutzschalter vor- und stärker sensitive Fehlerstrom-Schutzschalter nachgeschaltet werden. Eine unerlässliche Bedingung für die Herstellung einer selektiven Koordination ist, dass IΔ1 der vorgeschalteten Schutzeinrichtung („Haupt-FI“) mehr als doppelt so hoch ist wie IΔ2 der nachgeschalteten Schutzeinrichtung. Die Faustregel für eine Teilselektivität ist
IΔn des vorgeschalteten Schutzschalters = 3 x IΔn
des nachgeschalteten FI-Schutzschalters. In diesem Fall ist die Selektivität partiell und nur der nachgeschaltete Schutzschalter löst bei einem Fehlerstrom aus.
Für eine totale Selektivität (Chronometrische Selektivität) müssen verzögerte oder selektive Fehlerstrom-Schutzschalter installiert werden. Die Auslösezeiten der beiden in Reihe geschalteten Geräte müssen so koordiniert sein, dass die höchstzulässige Abschaltzeit t2 des nachgeschalteten Schutzschalters für sämtliche Stromwerte geringer ist als die kürzeste Nichtauslösezeit t1 der vorgeschalteten Schutzeinrichtung. Auf diese Art öffnet der nachgeschaltete Schutzschalter vor dem vorgeschalteten Schutzschalter.
Um eine totale Selektivität gewährleisten zu können muss IΔ1mehr als doppelt so hoch sein als IΔ2 des nachgeschalteten FI-Schutzschalters also beispielsweise 300 mA und 30 mA. Aus Sicherheitsgründen muss die Auslöseverzögerung des vorgeschalteten RCDs immer unter der Sicherheitskurve für schädliche physiologische Effekte beim Menschen liegen.
Herkömmliche FI-Schutzschalter des Typs A bieten in der Regel ausreichenden Schutz vor Stromunfällen. Sie können die meisten der üblicherweise auftretenden Fehlerströme erfassen und abschalten. Kommen in Haushalten jedoch elektrische Geräte mit modernen Steuerungen, beispielsweise Frequenzumrichter für die stufenlose Drehzahlsteuerung in Waschmaschinen, Heizungs- und Wärmepumpen oder Induktionskochfeldern zum Einsatz, können bei einer Störung oder einem Defekt Fehlerströme mit Mischfrequenzen entstehen, die die üblich verbauten FI-Schutzschalter möglicherweise nicht vollständig erfassen.
In diesem Fall sollte eine besondere Art des Schutzschalters zum Einsatz kommen: Der FI-Schutzschalter des Typs F. Aufschluss hierüber kann die Betriebsanleitung des Geräteherstellers liefern. Wird dort der Einsatz eines FI-Schutzschalters Typ F verlangt, so muss dieser von einer Elektrofachkraft gegen den gegebenenfalls vorhandenen Schutzschalter des Typs A ausgetauscht werden. Dieser FI-Schutzschalter ist nicht nur in der Lage, Fehlerströme mit Mischfrequenzen zu erfassen, sondern er ist auch besonders unempfindlich gegenüber Stoßströmen, wie sie etwa bei Gewitter, beim Einschalten bestimmter elektrischer Geräte oder ausgedehnten Beleuchtungsanlagen mit elektronisch gesteuerten Leuchten vorkommen können.
Ein Fehlerstromschutzschalter kann Ihr Leben und das Ihrer Familie retten, jedoch nur, wenn er funktioniert. Um die Sicherheit der heimischen Elektroinstallation zu gewährleisten, empfehlen Hersteller den FI-Schalter regelmäßig zu testen.
Die VDE 0664-10/-20 (IEC/EN 61008/9) fordert, dass FI-Schutzschalter eine Prüfeinrichtung, auch Prüftaste genannt, besitzen müssen. Bei älteren Installationen befindet sich dieser direkt an der Badezimmersteckdose, bei neueren Einbauten im Sicherungskasten.
Die Prüftaste ermöglicht die schnelle und einfache Überprüfung der Funktionsfähigkeit des FI-Schutzschalters. Dabei wird über einen internen Prüfwiderstand ein Fehlerstrom simuliert, welcher das Auslöserelais zum Ansprechen bringt und den FI-Schutzschalter abschaltet.
Das manuelle Auslösen des Schalters ist wichtig, da die Mechanik des Schalters Schwankungen der Temperatur und Raumluftfeuchte ausgesetzt ist und korrodieren kann. Bei Überlastung können zudem die Kontakte verkleben. Durch die regelmäßige Betätigung des FI-Schalters wird diese Mechanik bewegt und deren Funktion überprüft.
Zusätzlich kann festgestellt werden, ob der Schutzschalter durch die Umstellung auf neue Beleuchtungstechnik oder Elektrogeräte überhaupt noch in der Lage ist, die daraus resultierenden Fehler- bzw. Ableitströme zu erkennen.
Es wird empfohlen die Prüftaste während der regelmäßigen Überprüfungen der Installation, mindestens jedoch zweimal im Jahr, zu betätigen. Sollte es bei Betätigung des bunten Testknopfs zu keiner Abschaltung kommen, rufen Sie unbedingt Ihren Elektriker zur Überprüfung des Schutzschalters bzw. der elektrischen Anlage.
Seit dem 1. Mai 1984 müssen entsprechend der DIN VDE 0100-701:2008-10 in Deutschland FI-Schutzschalter in Räumen mit Badewanne oder Duschen in Neubauten installiert werden. Eine Ausnahme besteht nur für fest angeschlosseneWarmwasserbereiter.
Seit dem 1. Februar 2009 müssen in Neubauten außerdem alle Steckdosen-Stromkreise gemäß der DIN VDE 0100-410:2007 (Abschnitt 411.3.3) mit einem Bemessungsstrom In bis 20 A, welche für die Benutzung durch Laien und zur allgemeinen Verwendung bestimmt sind, mit einer Fehlerstrom-Schutzeinrichtung mit einem Bemessungsdifferenzstrom IΔn von max. 30 mA ausgestattet sein, im Außenbereich für Endstromkreise bis 32 A.
Eine Nachrüstpflicht für bestehende Wohngebäude gibt es nicht, allerdings ist es empfehlenswert die Schutzeinrichtungen der elektrischen Anlage vom Fachmann überprüfen und gegebenenfalls FI-Schutzschalter nachrüsten zu lassen. Zudem ist eine Nachrüstung in Deutschland unumgänglich, wenn eine Nutzungsänderungen der elektrischen Anlage z. B. im Zuge einer Sanierungs- oder Erweiterungsmaßnahme vorgenommen wird oder unmittelbare Gefahren für Personen aber auch Sachwerte besteht.
Ein nachträglicher Einbau ist in der Regel unkompliziert möglich. Der Fachmann setzt den FI-Schutzschalter direkt in der Haus- oder Wohnungsverteilung ein. Das Erneuern elektrischer Leitungen ist meistens nicht notwendig. Lichtstromkreise sollten dabei grundsätzlich getrennt von Steckdosenstromkreisen geschützt werden. Unterbricht der FI-Schutzschalter die Stromzufuhr der Steckdosenstromkreise, stehen die Bewohner dann dank der getrennten Stromkreise nicht im Dunkeln.