Schutz durch Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen

Über den Fehlerschutz (Schutz bei indirektem Berühren) hinaus bieten FI-Schutzschalter mit Bemessungsdifferenzströmen bis 30 mA auch den „zusätzlichen Schutz“ (Schutz bei direktem Berühren). Auch Brände durch Erdschlussströme können im Entstehen verhindert werden. In vielen Fällen verlangen die DIN VDE-Bestimmungen den Einsatz von FI-Schutzeinrichtungen. Deshalb sollte sich jeder Elektroinstallateur intensiv mit FI-Schutzschaltern befassen. Neben der Information zu der Schutzwirkung soll auch das Verständnis für die Gerätefunktion vermittelt werden. Um den Einsatz optimal den Erfordernissen der elektrischen Anlage anzupassen, werden die unterschiedlichen Ausführungen der FI-Schutzschalter in ihrer Funktion erläutert und dem Anwender Installations- und Praxishilfen gegeben.

Bei Ausführung der Schutzmaßnahme „Automatische Abschaltung der Stromversorgung“ mit einer Fehlerstrom-Schutzeinrichtung ist die Grundvoraussetzung, dass ein entsprechend geerdeter Schutzleiter an die zu schützenden Anlagenteile und Betriebsmittel geführt ist. Ein Stromfluss über einen Menschen kann dann nur beim Auftreten von zwei Fehlern (zusätzlich zum Isolationsfehler auch Unterbrechung des PE-Leiters) oder beim unbeabsichtigten Berühren aktiver Teile auftreten.

Zusätzlicher Schutz (früher „Schutz bei direktem Berühren”) mit IΔn ≤ 30 mA

Unter zusätzlichem Schutz versteht man einen Schutz, der wirkt, wenn es durch Versagen des Basis- und/ oder Fehlerschutzes zum direkten Kontakt eines Menschen mit einem betriebsmäßig unter Spannung stehendem aktiven Teil kommt. Sofern ein Mensch aktive Teile berührt, bestimmen zwei in Reihe liegende Widerstände die Höhe des fließenden Stromes – der Innenwiderstand des Menschen Rm und der Standortübergangswiderstand Rst (Bild 1).

Für die Unfallbetrachtung muss der ungünstigste Fall mit Standortwiderstand nahe null angenommen werden. Der Körperwiderstand ist abhängig vom Stromweg und dem Übergangswiderstand der Haut. Messungen ergaben z. B. ca. 1000 Ω für den Stromweg Hand-Hand oder Hand-Fuß. Unter diesen Annahmen ergibt sich bei einer Berührungsspannung von 230 V ein gefährlicher Körperstrom von 230 mA. Bild 2 zeigt die Stromstärke/ Einwirkungsdauer-Kurven in Bezug auf die physiologischen Reaktionen des menschlichen Körpers. Gefährlich sind Stromstärken und Einwirkungsdauern, die in den Bereich ④ reichen. Hier kann es durch Herzkammerflimmern zum Tod des Betroffenen kommen. Eingetragen sind auch der Auslösebereiche von Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen mit Bemessungsdifferenzstrom von 10 mA und 30 mA. Dabei sind die max. zulässigen Auslösezeiten nach VDE 0664-10 eingetragen. Wie aus den Auslösekurven zu entnehmen ist, begrenzen Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen nicht die Höhe des Fehlerstroms, sondern erzielen die Schutzwirkung durch die rasche Abschaltung und damit geringe Einwirkungsdauer des Stromes.

FI-Schutzeinrichtungen mit einem Bemessungsdifferenzstrom IΔn ≤ 10 mA liegen mit der Auslösekennlinie im Bereich ② unterhalb der Loslassgrenze. Medizinisch schädliche Einwirkungen und Muskelverkrampfungen treten üblicherweise nicht auf (siehe Bild 2). Sie sind damit besonders für sensitive Bereiche wie Badezimmer geeignet. FI-Schutzeinrichtungen mit einem Bemessungsdifferenzstrom IΔn ≤ 30 mA erfüllen die Bedingungen zum zusätzlichen Schutz gegen elektrischen Schlag (siehe Bild 2):

• bei unbeabsichtigtem, direktem Berühren betriebsmäßig unter Spannung stehender Teile (z. B.: Versagen der Basisisolierung, nicht bestimmungsgemäßer Betrieb, Unwirksamkeit des Basisschutzes)
• bei Sorglosigkeit des Benutzers (z. B. Verwendung defekter Geräte, unsachgemäße Reparaturen an Anlagen und Betriebsmitteln)
• beim Berühren fehlerhaft unter Spannung stehender Teile (z. B. Versagen des Fehlerschutzes bei Unterbrechung des Schutzleiters)

Der Einsatz von Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen mit einem Bemessungsdifferenzstrom bis 30 mA hat sich dabei als zusätzlicher Schutz beim Versagen der Basisschutzvorkehrung (Schutz gegen direktes Berühren) und/ oder Fehlerschutzvorkehrung (Schutz bei indirektem Berühren) ebenso wie bei Sorglosigkeit des Benutzers im Umgang mit elektrischen Betriebsmitteln bewährt. Allerdings darf dies nicht das alleinige Mittel des Schutzes gegen elektrischen Schlag sein. Die Anwendung einer nach DIN VDE 0100-410 geforderten weiteren Schutzmaßnahme wird damit nicht ersetzt. Die Forderung des „zusätzlichen Schutzes“ mit Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen nachden Abschnitten 411.3.3 und 415.1 in DIN VDE 0100-410 bedeutet nicht, dass die Anwendung dieses Schutzes dem Anwender freigestellt ist.

Vielmehr kann dieser zusätzliche Schutz unter bestimmten äußeren Einflüssen und in bestimmten speziellen Bereichen gemeinsam mit weiteren Schutzmaßnahmen gefordert sein. In mehreren Teilen der Normen der Gruppen 4 und 7 von DIN VDE 0100 wird dieser zusätzliche Schutz gefordert oder ausdrücklich empfohlen. Beispielhaft werden hier einige bedeutsame Anforderungen näher erläutert.

In der allgemein gültigen Errichtungsnorm für den Schutz gegen elektrischen Schlag DIN VDE 0100-410:2007-06 wird für den zusätzlichen Schutz der Einsatz von FI-Schutzeinrichtungen mit Bemessungsdifferenzstrom ≤ 30mA gefordert für

• alle Steckdosen mit einem Bemessungsstrom ≤ 20 A wenn diese für die Benutzung durch Laien und zur allgemeinen Verwendung bestimmt sind.
• Endstromkreise für im Außenbereich verwendete tragbare Betriebsmittel mit einem Bemessungsstrom ≤ 32 A .

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Anmerkung: In DIN VDE 0100-410:06-2007 werden zu diesen Forderungen zwar zwei Ausnahmen genannt, diese sind aber für die Mehrzahl der Anwendungen üblicherweise nicht zutreffend. Nur bei Steckdosen, die ausschließlich durch Elektrofachkräfte und elektrotechnisch unterwiesene Personen benutzt werden (z. B. in elektrischen Betriebsstätten) oder wenn sichergestellt ist, dass die Steckdose dauerhaft nur für ein „bestimmtes Betriebsmittel“ genutzt wird, darf von der normativen Forderung des zusätzlichen Schutzes abgewichen werden.

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Gemäß der Norm DIN VDE 0100-723:2005-06 „Anforderungen für Betriebsstätten, Räume und Anlagen besonderer Art – Unterrichtsräume mit Experimentierein-richtungen“ müssen zur Versorgung der Experimentiereinrichtungen und deren Stromkreise in TN- oder TT-Systemen Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen des Typs B mit einem Bemessungsdifferenzstrom ≤ 30mA vorgesehen werden.

Fehlerschutz (früher „Schutz gegen indirektes Berühren”)

Unter Fehlerschutz versteht man die Vorkehrung zum Schutz bei Kontakt eines Menschen mit einem betriebsmäßig nicht unter Spannung stehendem elektrisch leitfähigem Teil. Gefordert ist in diesen Fällen die automatische Abschaltung der Stromversorgung, wenn durch einen Fehler aufgrund der Größe und Dauer der auftretenden Berührungsspannung ein Risiko entstehen kann. Hierzu sind auch Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen mit Bemessungsdifferenzströmen über 30 mA geeignet. Um die Schutzwirkung zu erzielen, sind die Abschaltbedingungen einzuhalten. Hierzu darf die gefährliche Berührungsspannung unter Berücksichtigung des Erdungswiderstandes und Bemessungsdifferenzstromes nicht unzulässig lange anstehen.

Brandschutz

DIN VDE 0100-482 fordert für „feuergefährdete Betriebsstätten“ Maßnahmen zur Verhütung von Bränden, die durch Isolationsfehler entstehen können. Danach müssen Kabel- und Leitungsanlagen in TN- und TT-Systemen mit Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen mit Bemessungsdifferenzstrom IΔn ≤ 300 mA geschützt werden. Ausgenommen sind davon mineralisierte Leitungen und Stromschienesysteme. Bei Anwendungen, in denen widerstandsbehaftete Fehler einen Brand entzünden können (z. B. bei Deckenheizungen mit Flächenheizelementen), muss der Bemessungsdifferenzstrom IΔn = 30 mA betragen. Der Schutz vor Bränden durch Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen sollte aber nicht nur auf die feuergefährdeten Betriebsstätten beschränkt bleiben, sondern grundsätzlich genutzt werden.