Der Fehlerstromschutzschalter – leicht erklärt von DPS – Das Prüfunternehmen
Der FI oder Fehlerstromschutzschalter ist mit Abstand der wichtigste Schutz gegen tödliche Stromschläge. Hierbei steht steht „F“ für das Wort Fehler und „I“ für das Formelzeichen der elektrischen Stromstärke. Wie solch ein FI-Schalter funktioniert und worin der Unterschied zur allseits bekannten Sicherung besteht, erklären wir in diesem Artikel.
Der Fehlerstromschutzschalter – Personenschutz vs. Geräteschutz
Ein Fehlerstromschutzschalter – umgangssprachlich auch FI-Schalter – ist das am häufigsten eingesetzte Gerät aus der Gruppe der Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen. (RCD, von engl. Residual Current Device)
Diese Art der Schutzeinrichtung dient in erster Linie dem Personenschutz. Die andere wichtige Gruppe von Schutzmechanismen in Stromkreisen, die jeder vom heimischen Sicherungskasten kennt, sind Überstromschutzeinrichtungen, wie beispielsweise einmalig verwendbare Schmelzsicherungen. Genauso natürlich auch Leitungsschutzschalter, die nach dem Auslösen wieder eingeschaltet werden können. Hierbei geht es vor allem um den Geräteschutz. Der entscheidende Unterschied liegt in der Höhe der unerwünschten Ströme, bei denen ein Fehlerstromschutzschalter bzw. eine Überstromschutzeinrichtungen jeweils aktiv werden. Bei Überstromschutzeinrichtungen liegt diese Schwelle teilweise sehr hoch, im zweistelligen Ampere Bereich. Hier geht es vor allem darum die Leitungen vor Schäden zu schützen, die durch zu große Erwärmung entstehen können. Für den Menschen können jedoch, vor allem Wechselströme, im zweistelligen mA-Bereich schon lebensgefährlich sein. Deswegen unterbricht ein Fehlerstromschutzschalter bereits bei einem Bemessungsfehlerstrom von 30 mA allpolig die Stromversorgung. Nähere Informationen zum Thema Stromschlag haben wir in einem früheren Blogartikel schon für Sie bereitgestellt.
Bei welchen Szenarien wird ein FI-Schalter (Fehlerstromschutzschalter) aktiv ?
Bildquelle: https://www.leifiphysik.de
Ein Fehlerstromschutzschalter wird immer dann aktiv, wenn in einem Stromkreis gefährlich hohe Fehlerströme gegen Erde abfließen. Was bedeutet das ? Normalerweise fließt ein Strom über den sogenannten Außenleiter zum Verbraucher und über den Neutralleiter zurück zur Stromquelle. Kommt es zu einem Defekt, beispielsweise in der Isolierung der Leiter, dann fließen entsprechende Ströme über unerwünschte Pfade. Ein solcher Pfad könnte ein metallenes Gehäuse sein, das mit einem Außenleiter fehlerhafterweise in Kontakt geraten ist, wobei dann die Ströme über den Schutzleiter abfließen. Ein gefährlicherer Fall ist im Bild links dargestellt. Eine Person kommt in Kontakt mit einem aktiven Leiter und aufgrund der Körperdurchströmung fließt ein Fehlerstrom gegen Erde. Auch der Fön, der in die Badewanne, oder der Toaster, der ins Spülwasser rutscht, provoziert eine vergleichbare Situation. Der Fehlerstromschutzschalter hat nun die Aufgabe eine solche Situation zu “erkennen” und den Stromfluss allpolig zu unterbrechen. Die Abschaltung erfolgt hierbei in Bruchteilen von Sekunden. (0.2 – 0.4 Sekunden) Dieser kurze Zeitraum ist wichtig, da es im Fall von Körperdurchströmungen schnell zu Herzkammerflimmern kommen kann. Der Unterschied zum Kurzschluss ist nun einfach zu erklären. Bei einem Kurzschluss fließt der Strom nicht im obigen Sinne über unerwünschte Pfade, sondern es fließen viel zu hohe Ströme über die eigentlich erwünschten Pfade. Deshalb kann ein FI-Schalter eine Überstromschutzeinrichtung niemals ersetzen sondern wird diesen Einrichtungen vorgeschaltet.
Wie funktioniert ein FI-Schalter (Fehlerstromschutzschalter)?
Wie “erkennt” ein FI-Schalter nun eigentlich einen Fehlerstrom? Die Funktion eines Fehlerstromschutzschalters basiert auf der Tatsache, dass um einen stromdurchflossenen Leiter herum ein Magnetfeld entsteht. Würde man einen Kompass an einen Leiter halten und den Strom anschalten, würde die Kompassnadel ausschlagen. Genau auf diese Weise wurde das Phänomen Anfang des 19. Jh. ursprünglich auch entdeckt. Wenn die Summe der zu- und abfließenden Ströme null ist, d.h. wenn keine Fehlerströme fließen, dann heben sich auch die Magnetfelder der regulären Pfade genau auf. Die Kompassnadel würde nicht ausschlagen. Ist der abfließende Strom dagegen kleiner als der zufließende, dann bleibt auch ein Rest des Magnetfeldes unausgeglichen und die Kompassnadel würde ausschlagen. Ein paar schöne Animationen dazu finden sich auf dieser Seite. Eine Kompassnadel als “Schalter” ist für Wechselstrom der netzüblichen Frequenz zu träge, deswegen ist in Fehlerstromschutzschaltern eine etwas ausgefeiltere Spulen-Konstruktion installiert, die über ein Schaltschloss den Strom im Fehlerfall unterbricht. Eine derartige Konstruktion wird auch Summenstromwandler genannt.
Anwendung und Vorschriften
Der Einsatz von Fi Schaltern ist Pflicht in vielen Ländern, bei Neuinstallationen oder Änderungen im Haushalts- und Industriebereich, zumindest für Steckdosen (bis 20A oder 32A) und zusätzlich zu den installierten Überstromschutzeinrichtungen.
Ein Fehlerstromschutzschalter mit einer Auslösestromdifferenz von 300 mA wird als Brandschutz der gesamten elektrischen Anlage von einigen Energieversorgungsunternehmen oftmals vorgeschrieben, wenn die Hauseinspeisung nicht über Erdkabel, sondern über Dachfreileitungen erfolgt. Auch wer die Brandschutzauflagen nachgewiesen durch die VdS Prüfung nach Klausel 3602, erfüllen möchte, muss entsprechende Schalter installieren.
In Deutschland sind Fehlerstromschutzschalter in Neubauten seit mitte der achtziger Jahre, für Räume mit Badewanne oder Dusche, gefordert. Seit dem 1. Oktober 2018 müssen in Neubauten außerdem alle Steckdosen–Stromkreise mit einem Bemessungsstrom bis 32 A, die für die Benutzung durch Laien und zur allgemeinen Verwendung bestimmt sind, sowie Beleuchtungsstromkreise in Wohnungen, mit einem FI Schalter ausgestattet sein. Seitdem haben sich tödliche Stromunfälle in Deutschland, laut Statistischem Bundesamt, mehr als halbiert.
Fi Schalter nachrüsten
Eine Fehlerstromschutzschalter Nachrüstpflicht für ältere Anlagen gibt es derzeit nicht. Es empfiehlt sich jedoch eine solche Nachrüstung vorzunehmen. Falls Unsicherheit darüber besteht, ob bereits ein FI-Schutzschalter installiert ist, kann das ganz einfach herausfinden. Ein Blick in den Sicherungskasten reicht hier aus. Finden Sie dort einen Schalter mit der Beschriftung „FI-Schutzschalter“ oder „RCD“, ist der Lebensretter schon installiert.
Ein nachträglicher Einbau eines Fehlerstromschutzschalters ist in der Regel unkompliziert möglich. Der Fachmann kann den FI-Schutzschalter direkt in der Haus- oder Wohnungsverteilung anschließen. Das Erneuern elektrischer Leitungen ist in der Regel nicht notwendig. Tipp: Lichtstromkreise sollten dabei getrennt von Steckdosenstromkreisen geschützt werden. Unterbricht der FI-Schutzschalter die Stromzufuhr der Steckdosenstromkreise, stehen die Bewohner dann nicht im Dunkeln.
Es ist auch möglich einzelne Steckdosen oder Stromkreise mit eibnem Fehlerstromschutzschalter auszustatten. Mobile Fehlerstromschutzschalter vom Typ PRCD sind hier die richtige Wahl. Die Schutzschalter werden beispielsweise in Bad und Garten zwischen Stromverbraucher und Steckdose geschaltet – und sie bieten einen weiteren Vorteil. Die mobilen Schalter erkennen nicht nur Fehler im angeschlossenen Elektrogerät, sondern auch im speisenden Netz.
Fazit:
Der FI-Schutzschalter dient vor allem dem Personenschutz. Seine Funktionen werden durch die klassische Sicherung nicht mit abgedeckt. Für die Funktionsweise von Fehlerstromschutzschaltern wird sich die Tatsache zunutze gemacht, dass um jeden stromdurchflossenen Leiter ein Magnetfeld entsteht und Stromdifferenzen dadurch messbar werden. Für ältere Elektroinstallationen ist eine Nachrüstung eines Fehlerstromschutzschalters momentan keine Pflicht, sie ist aus Gründen des Personenschutzes jedoch angeraten. Ein nachträglicher Einbau ist in der Regel unkompliziert möglich.
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