Abschaltung durch Fehlerstromschutzschalter

Allgemeines

Wird die Schutzmaßnahme durch den Einsatz von Fehlerstromschutzschaltern (RCD) umgesetzt, so müssen diese auf ihre Funktionsfähigkeit geprüft werden. Der Überlast- und Kurzschlussschutz wird durch das vorgeschaltete Überstromschutzorgan übernommen. In Stromkreisen, die über einen Fehlerstromschutzschalter geschützt werden, ist eine Schleifenimpedanzmessung nicht möglich, da bei der Messung ein Prüfstrom von der Phase über den Schutzleiter fließt. Der vorgeschaltete Fehlerstromschutzschalter würde abschalten. Stattdessen werden der Fehlerstromschutzschalter (Auslösezeit, Fehlerstrom) und die Berührungsspannung gemessen.

Funktionsweise Fehlerstromschutzschalter:

Dabei wird der zu- und abfließende Strom durch den Fehlerstromschutzschalter verglichen. Die Summe der Ströme sollte dabei null sein. Der Fehlerstromschutzschalter arbeitet dabei als Summenstromwandler und muss spätestens bei einer Stomdifferenz in Höhe seines Nennfehlerstromes (I_ΔF) abschalten. Die Abschaltzeit wird durch die Bauart der RCDs vorgegeben.

Durchführung der Messung

Gefordert werden bei Neuinstallationen der Nachweis über Einhaltung der Auslösestromes und die Einhaltung der maximal zulässigen Berührungsspannung bei Nennfehlerstrom. Ein Nachweis über die Einhaltung der Abschaltzeit wird dagegen nur empfohlen. Es wird davon ausgegangen, dass ein werksneues Bauteil die geforderten Grenzwerte einhält.

Wird ein Fehlerstromschutzschalter dagegen wiederverwendet oder ein bereits vorhandener bei einer Erweiterung einer Anlage genutzt, so besteht jedoch die Pflicht zur Messung der Abschaltzeit.

Gemessen werden:

• Berührungsspannung U_B  

• Abschaltzeit I_Δt

• Auslösestrom I_Δ

Um die Wirksamkeit des Schutzes durch Fehlerstromschutzschalter zu prüfen, muss mit einem geeigneten Messgerät ein Differenzstrom in Höhe des Bemessungsdifferenzstromes erzeugt werden. Der Fehlerstromschutzschalter muss abschalten. Die heutigen Messgeräte messen dabei auch die Abschaltzeit. Dieses wird zwar in der Norm nicht in allen Fällen verlangt, sollte aber unbedingt gemessen und protokolliert werden. Dieses dient der rechtssicheren fachlichen Dokumentation und unterstützt den Fachmann in der Beurteilung des Zustandes des Bauteils.

Zusätzlich wird für Neuanlagen auch die Messung des Auslösestromes gefordert.

Die Auslösung durch die Prüftaste am Fehlerstromschutzschalter wird ausdrücklich zusätzlich gefordert. Allerdings gilt dieses als Erproben und ersetzt auf keinen Fall die Messung.

Die Messung darf an jeder beliebigen Stelle des Stromkreises nach dem FI gemessen werden. In der Praxis wird an einer Steckdose oder an einem Festanschluss gemessen. Dadurch wird gleichzeitig der niederohmige Durchgang des Schutzleiters an der Messstelle festgestellt. Von dieser Stelle kann dann mit der Niederohmmessung die Verbindung zu den Schutzleitern an weiteren Anschlüssen festgestellt werden.

Befinden sich mehrere Fehlerstromschutzschalter im gleichen Verteiler, so ist es am wirtschaftlichsten, alle RDC direkt in der Verteilung zu prüfen, da man dann nicht für jeden gemessenen FI wieder zum Verteiler gehen muss, um das RCD nach der Messung wieder einzuschalten.

Die Niederohmmessung an den Anschlüssen der einzelnen Stromkreise ist dann durchzuführen, um die Durchgängigkeit des Schutzleiters nachzuweisen.

Es gibt allerdings die Möglichkeit im Rahmen der RCD-Messung die Messung der Berührungsspannung durchzuführen. Bei dieser Messung wird die Durchgängigkeit des Schutzleiters ebenfalls (aber nicht normgerecht, da Prüfstrom < 0,2 A) nachgewiesen.

Unter der Berührungsspannung versteht man die Spannung, die im Fehlerfall (Isolationsfehler) zwischen zwei berührbaren Teilen auftreten kann. Die Messung erfolgt unter Spannung zwischen der Phase und dem je nach Netzsystem vorhandenen Schutzleiter / PEN-Leiter / Erde.

Die Messung des RCDs wird zwischen Phase(n) und dem Schutzleiter durchgeführt.

Messverfahren

Zur Überprüfung des Fehlerstromschutzschalters und Beurteilung über die Einhaltung der Schutzmaßnahme werden zwei verschiedene Messungen durchgeführt.

1. Messung nach der Impulsmethode

Gemessen wird damit im ersten Schritt (a) die Berührungspannung. Anschließend, im zweiten Schritt (b) wird dann die Auslösezeit gemessen.

a) Ohne Auslösung der RCDs - Messung der Berührungsspannung U_B

Die Impulsmethode ist die Methode, die am häufigsten angewendet wird. Dabei wird das Messgerät zwischen der Phase und dem Schutzleiter (wie bei der Schleifenimpedanzmessung) angeschlossen. Am Messgerät wird der Bemessungsdifferenzstrom der RCDs eingestellt z. B. 30 mA.

Beim Starten des Messvorganges wird vom Messgerät zunächst ein Prüfstrom in der Höhe des 1/3 bis 1/2 des Bemessungsdifferenzstrom zum Fließen gebracht. Der Fehlerstromschutzschalter löst dabei normalerweise nicht aus. Sein Auslösebereich liegt zwischen dem 0,5 bis 1,0-fachem des Bemessungsdifferenzstrom.

Durch eine Rechenoperation berechnet das Messgerät die dabei auftretendende Berührungsspannung. Der angezeigte Wert ist dabei bereits auf den Bemessungsdifferenzstrom hochgerechnet. Dieser darf nicht über der maximalen Berührspannung U_L liegen.

Maximal zulässige Berührungsspannung: U_B < U_L

b) Mit Auslösung der RCDs - Messung der Abschaltzeit I_Δt

Dabei wird die gleiche Messung durchgeführt, nur diesmal wird ein Fehlerstrom in Höhe des vollen Bemessungsdifferenzstrom generiert. Dieser Fehlerstrom wird mit einer Impulsdauer von 300 ms zum Fließen gebracht. Das RCD muss dann innerhalb dieser Zeit auslösen. Moderne Messgeräte messen dabei die Auslösezeit. Dies ist zwar nicht in jedem Fall gefordert, dient aber der Beurteilung des Bauteils (RCD). Bei einigen Messgeräten muss zuvor die Berührungsspannung ohne Auslösen durchgeführt werden. Damit prüft das Messgerät das Vorhandensein des Schutzleiters. Dies ist besonders wichtig, da ohne Schutzleiter sonst beim Messvorgang eine gefährlich hohe Berührungsspannung auftreten könnte. Die Auslösung der RCDs muss dann bei immer noch anliegenden Messspitzen gestartet werden. Einige Messgeräte führen beide Messungen automatisch direkt hintereinander durch. Soll nur die Berührungsspannungsmessung ohne Auslösung durchgeführt werden, so muss das Messgerät entsprechend eingestellt werden.

Bei vielen Messgeräten wird der Erdungswiderstand R_E  (TT-Netz) bzw. der Schutzleiterwiderstand (TN-Netz) mit angezeigt.

Werden "selektive" Fehlerstromschutzschalter gemessen, muss das entsprechend am Messgerät eingestellt werden. Da bei diesen FI`s eine über die 300 ms hinausgehende Abschaltzeit zulässig ist, würde das Messgerät bei überschreiten dieser Zeit die Messung mit einer Fehlermeldung abbrechen. Abgesehen davon wird bei der Messung von selektiven RCDs ein etwas anderer Messlauf vom Messgerät angewendet.

2. Messung mit ansteigendem Prüfstrom (Messung des Auslösestroms I_Δ)

Bei dieser Messung wird gemessen, ab welchem Fehlerstrom die RCD abschaltet. Dies ist besonders interessant, um festzustellen, ob sich die Eigenschaften der RCDs durch Alterung oder externe Einflüsse geändert haben.

Bei dieser Messung wird das Messgerät zwischen der Phase und dem Schutzleiter (wie bei der Schleifenimpedanzmessung) angeschlossen.

Am Messgerät wird der Bemessungsdifferenzstrom der RCD eingestellt, z. B. 30 mA. Beim Starten des Messvorganges wird vom Messgerät ein geringer Prüfstrom fließen gelassen. Dieser Prüffehlerstrom steigt dann langsam an, bis das RCD auslöst. Maximal bis auf den eingestellten Bemessungsdifferenzstrom, z. B. 30 mA an. Der Fehlerstromschutzschalter muss dabei auslösen. Der Prüfstrom, der zum Zeitpunkt des Abschaltens fließt, wird vom Messgerät angezeigt.

In der Norm ist nur der Nachweis über die Einhaltung des Abschaltstromes, z. B. 30 mA (bauartbedingt) gefordert. 

Messschaltbild

Die niederohmige Schutzleiterverbindung zu den weiteren Anschlüssen kann dann über die R_LO-Messung überprüft werden.

Das in der Praxis oft angewendete Verfahren, das RCD an jeder Steckdose mit Auslösung zu messen und das RCD nach jeder einzelnen Messung wieder einschalten zu lassen, ist damit absolut unnötig und kostet nur unnötig Zeit und Geld.

Wenn fachgerecht gemessen wird, müsste jedes RCD nur zwei Mal ausgelöst werden. Einmal bei der Messung der Abschaltzeit und ein zweites Mal bei der Messung des Auslösestromes.

Grenzwerte

Berührungsspannung U_B:

Die höchst zulässige Berührungsspannung U_L beträgt:

Besondere Bereiche, z. B. medizinisch genützte Räume.

Praxiswerte:

In TN-Sytemem sind aufgrund der extrem niedrigen Erdungswiderstände (Schutz-, PEN-Leiter direkt über Kabelleitungen zum Sternpunkt) sind Werte von 0 V bis ca.1 V zu erwarten. In TT-Systemen sind aufgrund der relativ schlechten Erdungswiderstände auch höhere Werte bis zu U_L zu erwarten.

Abschaltzeit I_Δt(bauartbedingt)

Maximale Abschaltzeiten in TN /TT-System oder beim zweiten Fehler im IT-System

Praxiswert:

In der Praxis löst ein "normaler" Fehlerstromschutzschalter in 20-50 ms aus, wenn ein Fehlerstrom I_ΔF in Höhe seines Bemessungsdifferenzstromes I_Δn fließt. Wird eine Abschaltzeit gemessen, die außerhalb der aus Erfahrung gewonnenen üblichen Zeiten liegt, ist zu überlegen, ob das RCD nicht ausgewechselt werden sollte, da die Werte sich mit dem Alter der Bauteile verschlechtern können. Besonders bei der Wiederholungsprüfung können die Werte früherer Messungen Anhaltspunkte geben, um eine Tendenz festzustellen.

Abschaltstrom:

Nach Vorgaben der Norm:

Angaben eines Herstellers:

Quelle: Hager

Wird ein Auslösestrom gemessen, der im obersten Bereich der Grenzwerte liegt, so ist zu überlegen, ob dieser nicht ausgewechselt werden sollte, da die Werte sich mit dem Alter der Bauteile verschlechtern können. Besonders bei der Wiederholungsprüfung können die Werte früherer Messungen Anhaltspunkte geben, um eine Tendenz festzustellen. Wird ein Auslösestrom gemessen, der unter dem zu erwartenden Wert liegt, könnte die Ursache ein "Vorfehlerstrom" sein. Dieser könnte durch Verbraucher verursacht werden, die während der Messung über das gleiche RCD versorgt werden. Diese Geräte könnten einen (zulässigen) Ableitstrom verursachen, der den Messwert verfälscht.

Abschaltbedingungen, die eingehalten werden müssen:

Die im folgenden beschriebenen Abschaltbedingungen sind nur die Grundbedingungen, die entsprechend der Norm VDE 0100 - 410 (Schutzmaßnahmen - Schutz gegen elektrischen Schlag) erfüllt werden müssen. Die weiteren und ergänzenden Vorgaben zur Einhaltung des Schutzziels müssen der Norm entnommen werden. Auch weiterführende Normen sind zu beachten.

Wenn ein TN-System vorliegt, muss die Einhaltung der Abschaltbedingung nach folgender Bedingung (VDE 0100 - 410) erfüllt werden.

Z_S = Impedanz der Fehlerschleife

I_a = Abschaltstrom des Überstromschutzorgans, für die maximale Abschaltzeit

Hinweis: Bei Verwendung von Fehlerstromschutzschaltern ist I_a = I_Δn (Bemessungsdifferenzstrom)

Die Höhe von Z_S kann durch Messen der Schleifenimpedanz bestimmt werden. (Siehe Schleifenwiderstandsmessung).

Wenn ein TT-System vorliegt, muss die Einhaltung der Abschaltbedingung nach folgender Bedingung (VDE 0100 - 410) erfüllt werden.

R_A = Gesamtwiderstand des Anlagenerders und der Schutzleiter

I_ΔN = Abschaltstrom der Schutzeinrichtung (RCD)

Hinweis: Bei Verwendung von Fehlerstromschutzschaltern ist I_a = I_Δn (Bemessungsdifferenzstrom)

Die Höhe von R_a wird durch Messen der Berührungsspannung (Impulsmessung ohne auslösen) gemessen.

Wenn ein IT-System vorliegt, muss die Einhaltung der Abschaltbedingung nach folgender Bedingung (VDE 0100 - 410) beim Auftreten des ersten Fehlers erfüllt werden.

Beim ersten Fehler:

R_A = Gesamtwiderstand des Anlagenerders und der Schutzleiter.

I_d = Fehlerstrom, der im Falle des ersten Fehlers zwischen Außenleiter und einem Körper (leitfähiges geerdetes Gehäuse) fließt.

Maximaler Erdwiderstand: z. B. bei FI mit I_Δn 30 mA.

z. B. bei RCD mit I_Δn 300mA.

Die maximalen Erdungwiderstände R_{A max.} können damit selber berechnet werden. Sie sind aber auch in der Norm VDE 0100 - 600 Tabelle NA.3 für verschiedene Bemessungsdifferenzströme angegeben.

Hinweis: Durch die jahreszeitlichen Schwankungen des Erdwiederstandes (Regen / Trockenheit) wird der Praktiker nur ca. 30 % vom errechneten Wert als max. Wert akzeptieren. Bsp: Rechenwert 1667 Ω, Praxiswert ca. 500 Ω.

Eintragung Messprotokoll

Messfehler

Die Messwerte werden, wie vom Gerät angezeigt in das Prüfprotokoll übernommen. Toleranzen müssen bei der Beurteilung berücksichtigt werden. Diese können den Unterlagen der Messgeräte entnommen werden. Sie liegen in einer Größenordnung von ca. 5-10 % Abweichung.

Messgeräte

Zur Messung muss ein geeignetes Messgerät der Norm (VDE 413 Teil 6) oder (VDE 413 Teil 10) verwendet werden. Heutige moderne Messgeräte haben Vorkehrungen eingebaut, die eine Gefahr beim Messen ausschließen. Z. B. wird die Messung des Auslösestromes bei Überschreitung der zulässigen Berührungsspannung abgebrochen, oder bei der Messung der Auslösezeit wird erst nach dem Messen der Berührungsspannung der Stromimpuls freigegeben.

Literatur:

• DIN VDE 0100 - 200 ( Begriffe)
• DIN VDE 0100 - 410 (Schutzmaßnahmen - Schutz gegen elektrischen Schlag)
• DIN VDE 0100 - 600 (Prüfungen)