Fehlerstromschutzschalter

auch RCD,
FI-Schutzschalter oder
Summenstromzähler genannt.

Fehlerstrom-Schutzeinrichtung (RCD)

Die verschiedenen Bezeichnungen für einen „ Fehlerstrom-Schutzschalter“ oder
eine „ Fehlerstrom-Schutzeinrichtung“ (häufig einfach „FI-Schutzschalter“ genannt)
wurden in einer offiziellen Verlautbarung der DKE

(Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik im DIN und VDE) vom 06. November 2008 wie folgt vereinheitlicht und festgelegt:

Das Komitee K221 „Elektrische Anlagen und Schutz gegen elektrischen Schlag“
der DKE hat entschieden,
für die verschiedenen Arten von Fehlerstrom-Schutzschaltern,
Fehlerstrom-Schutzgeräten und Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen
(früher teilweise allgemein mit „RCDs“ in den Normen der Reihe
DIN VDE 0100 (VDE 0100) benannt) folgende
einheitliche Benennung in den vorgenannten Errichtungsbestimmungen anzuwenden:

• „Fehlerstrom-Schutzeinrichtung (RCD)“ (in der Einzahl)
• „Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen (RCDs)“ (in der Mehrzahl)

Die früher übliche Unterscheidung in FI-Schutzschalter für
hilfs- bzw. netzspannungsunabhängige Fehlerstrom-Schutzschalter und
DI-Schutzschalter für hilfs bzw. netzspannungsabhängige Fehlerstrom-Schutzschalter
wurde damit fallen gelassen.

Der stets nachgestellte Klammerausdruck RCD erinnert
noch an die internationale Bezeichnung,
die ursprünglich als Oberbegriff für alle Arten dieser Schutzeinrichtung vorgesehen war:

• RCD Residual Current protective Device

In den Herstellernormen wird häufig nicht die Bezeichnung „Schutzeinrichtung“ verwendet, sondern „Schutzschalter“.

Gängige Kurzbezeichnungen für die verschiedenen Arten solcher Schalter bzw. Einrichtungen sind:

RCCB, Typ A


• Netzspannungsunabhängige Fehlerstrom-Schutzschalter ohne
  integrierten Überstromschutz.
  Allgemeine Anforderungen werden in
  DIN EN 61008-1 (VDE 0664-10) beschrieben und
  spezielle Anforderungen in
  DIN EN 61008-2-1 (VDE 0664-11).

RCBO, Typ A


• Netzspannungsunabhängige Fehlerstrom-Schutzschalter mit
  integriertem Überstromschutz.
  Allgemeine Anforderungen werden in
  DIN EN 61009-1 (VDE 0664-20) beschrieben und
  spezielle Anforderungen inDIN EN 61009-2-1 (VDE 0664-21).

RCD, Typ F


• Netzspannungsunabhängige Fehlerstrom-Schutzeinrichtung ohne
  eingebauten Überstromschutz für Wechsel- und pulsierende Gleichfehlerströme
  der Netzfrequenz und Fehlerströme mit Mischfrequenzen
  abweichend von der Netzfrequenz.
  Anforderungen für diesen Schutzschalter sind in
  DIN EN 62423 (VDE 0664-40) zu finden.Hinweis:In derselben Norm werden auch die Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen
  vom Typ B beschrieben.
  Dies kann leicht zu Missverständnissen führen,
  denn RCDs Typ F können keine RCDs Typ B ersetzen,
  weil sie Gleichfehlerströme nicht erfassen können bzw.
  durch diese außer Funktion gesetzt werden.

RCCB sowie RCBO, Typ B

• Fehlerstrom-/Differenzstrom-Schutzschalter mit oder ohne
  integriertem Überstromschutz zur Erfassung von
  Wechsel- und Gleichfehlerströmen nach
  DIN EN 62423 (VDE 0664-40).

RCCB, Typ B+

• Fehlerstrom-Schutzschalter ohne eingebautem Überstromschutz
  zur Erfassung von Wechsel- und Gleichfehlerströmen
  für den gehobenen vorbeugenden Brandschutz nach
  DIN VDE 0664-400 (VDE 0664-400).

RCBO, Typ B+

• Fehlerstrom-Schutzschalter mit eingebautem Überstromschutz
  zur Erfassung von Wechsel- und Gleichfehlerströmen für den
  gehobenen vorbeugenden Brandschutz nach
  DIN VDE 0664-401 (VDE 0664-401).
• Modulare Fehlerstromgeräte M RCDHier handelt es sich um die Kombination eines Differenzstromwandlers und
  einer Auswerteeinheit ( RCU),
  die zum Zweck einer automatischen Abschaltung im Fehlerfall
  in der Regel auf einen Leistungsschalter wirkt.
  MRCDs werden in DIN EN 60947-2 (VDE 0660-101),
  Anhang M beschrieben.
• Leistungsschalter mit CBRDies sind Leistungsschalter mit integriertem Fehlerstrom-Auslöser (CBR)
  nach DIN EN 60947-2 (VDE 0660-101):2010-04, Anhang B.

Mit dem „pulsstromempfindlichen FI-Schutzschalter“ (Typ A),
der also wechselstromsensitiv und pulsstromsensitiv arbeitet,
werden Fehlerströme beherrscht, die als reine sinusförmige Wechselströme oder
als pulsierende Gleichströme zeitweise den Wert null annehmen oder
Nulldurchgänge aufweisen.

Der FI-Schutzschalter Typ A ist somit in der Lage,
Fehlerströme abzuschalten, wie sie in folgenden Schaltungen auftreten:

• Einweggleichrichtung ohne Glättung
• Zweipuls-Brückenschaltung mit Glättung (Graetzbrücke mit Glättung)
• Zweipuls-Brückenschaltung halbgesteuert (unsymmetrische Phasenanschnittsteuerung
• Wechselstromsteller mit Zündwinkelsteuerung (symmetrische Phasena nschnittsteuerung)
• Wechselstromsteller (Schwingungspaketsteuerung, Wellenpaketsteuerung)

FI-Schutzschalter vom Typ A, die wechselstromsensitiv und
pulsstromsensitiv sind, werden wie folgt gekennzeichnet:

Die Weiterentwicklung war dann der allstromsensitive FI-Schutzschalter, Typ B,
der auch in der Lage ist, reine Gleichströme als Fehlerstrom zu erkennen.

FI-Schutzschalter vom Typ B, die allstromsensitiv arbeiten, werden wie
folgt gekennzeichnet:

In den letzten Jahren wurde dieser Schalter noch weiterentwickelt.
Während der beschriebenen Entwicklung wurden auch die Betriebssicherheit und
Funktionalität der FI-Schutzschalter ständig verbessert.
So wurde der anfänglich große Mangel des FI-Schalters,
die unzulängliche Festigkeit gegen Stoßströme,
die vor allem bei Gewittern zu häufigen Fehlauslösungen führten, verbessert.

Die heute angebotenen FI-Schutzschalter sind in bestimmten Bereichen stoßstromfest.

Bei der Reihenschaltung von FI-Schutzschaltern genügt es nicht,

die Schalter nach Bemessungsströmen und Bemessungs-Differenzströmen zu staffeln,
da so kein selektives Abschalten gewährleistet werden kann.
Abhilfe schafft hier der selektive FI-Schutzschalter – ein FI-Schutzschalter,

der mit einer Zeitverzögerung ausgestattet ist und dadurch als
Haupt-FI-Schutzschalter Verwendung finden kann.

Trotz Zeitverzögerung erfolgt die Abschaltung innerhalb der vorgegebenen Zeit.
Selektive FI-Schutzschalter besitzen auch verbesserte Eigenschaften gegen Stoßströme.

Sie sind mit folgendem Kennzeichen versehen:

Mittlerweile haben die Hersteller auch sogenannte kurzzeitverzögerte
FI-Schutzschalter entwickelt,
für die es allerdings kein genormtes Symbol gibt.

Einige Hersteller bezeichnen diese Schalter mit dem
Buchstaben K, andere mit V, G oder KV.

Allen verzögerten (und kurzzeitverzögerten) FI-Schaltern ist gemeinsam,
dass sie gegen impulsförmige Stoßströme
(je nach Schaltertyp zwischen 3 000 A und 5 000 A) unempfindlich sind,
was eine höhere Betriebssicherheit bzw.
Fehlauslösesicherheit einschließt.

Auch in Bezug auf Grenzwerte für eine geeignete Umgebungstemperatur,
bei der die Funktion des Schutzschalters gewährleistet ist,
kam es zu einer technischen Entwicklung:

Die anfangs nur eingeschränkte Verwendungsfähigkeit
der FI-Schutzschalter bei Temperaturen von +5 °C bis +40 °C wurde erweitert.
FI-Schutzschalter mit dem Kennzeichen

können bei Temperaturen von –25 °C bis +40 °C eingesetzt werden.

Die Anwendung im Freien, z. B. auf Baustellen, Campingplätzen, Kieswerken u. Ä.,
ist ohne Probleme möglich.

Die Entwicklung ist noch längst nicht abgeschlossen.

 

Technische Anforderungen –
Prinzipieller Aufbau eines Fehlerstromschutzschalter

Den prinzipiellen Aufbau eines Fehlerstrom-Schutzschalters mit
netzspannungsunabhängiger Ausschaltung ohne Überstromschutz zeigt
unten stehendes Bild.

Bild: Fehlerstrom-Schutzschalter ohne eingebauten Überstromschutz

Quelle: VDE 0100 und die Praxis

A
Auslöser

PR
Prüfwiderstand

PT
Prüftaste

S
Schaltschloss, Betätigungsorgan

W
Summenstromwandler

WP
Wandler, Primärwicklungen

WS
Wandler, Sekundärwicklung

Im unten stehendem Bild ist der prinzipielle Aufbau für einen
zweipoligen Differenzstrom-Schutzschalter mit spannungsabhängiger Ausschaltung und
Überstromschutz gezeigt.

Ein wichtiges Bauteil der FI-Schutzschalter und
DI-Schutzschalter ist der Summenstromwandler
(auch Ringkernwandler genannt).

Beim ungestörten Betrieb eines Stromkreises ist nach dem ersten Kirchhoff’schen Gesetz die Summe der Ströme in jedem Augenblick gleich null:

Bild: Differenzstrom-Schutzschalter mit eingebautem Überstromschutz

Quelle: VDE 0100 und die Praxis

A
Auslöser

LS
Leitungsschutzschalter mit thermischer und magnetischer Auslösung

PR
Prüfwiderstand

PT
Prüftaste

S
Schaltschloss, Betätigungsorgan

V
Verstärker

S
Summenstromwandler

Das bedeutet, dass durch die Summe der in die Anlage hineinfließenden Ströme
im Summenstromwandler theoretisch ein magnetischer Fluss erzeugt wird,
der aber durch die zurückfließenden Ströme sofort wieder aufgehoben wird.

Im Summenstromwandler entsteht also kein magnetischer Fluss, und
in der Sekundärwicklung wird keine Spannung induziert,
wenn kein Fehler- oder Ableitstrom IΔ zur Erde oder
zum Schutzleiter fließt (Fehlerstrom IΔ = 0).

Wird dieser Zustand gestört,
weil z. B. ein Fehler- oder Ableitstrom IΔ in ausreichender
Höhe zu einem Schutzleiter oder zur Erde fließt, so ist IΔ > 0, und
in der Sekundärwicklung des Summenstromwandlers wird durch den entstehenden
magnetischen Fluss eine Spannung induziert.

Durch den Auslöser wird dabei der Stromkreis abgeschaltet,
sobald IΔ einen bestimmten Wert erreicht, d. h.,
die Abschaltung erfolgt spätestens, wenn der Bemessungsdifferenzstrom IΔn
(in verschiedenen Normen auch Bemessungsfehlerstrom genannt) erreicht wird.

Die zulässige Abschaltzeit liegt maximal bei Δt = 0,3 s
(für stoßstromfeste, selektive Schalter sind maximal Δt = 0,5 s zugelassen).

Die Auslösung des Schalters darf zwischen dem
Bemessungsnichtauslösefehlerstrom IΔno,
den der Hersteller angibt und dessen Normwert IΔno = 0,5 IΔn beträgt, und
dem Bemessungsdifferenzstrom/Bemessungsfehlerstrom IΔn liegen.

Es gilt also für eine Auslösung des Schalters

nach der Norm I_Δ = I_Δno … I_Δn = (0,5 … 1,0) I_Δn.

In der Praxis erfolgt die Auslösung bei handelsüblichen RCCD und RCBO etwa bei

I_Δ = 0,8 I_Δn.

An das Auslöseorgan eines FI-Schutzschalters
(Hilfs- oder Netzspannungsunabhängige Fehlerstrom-Schutzeinrichtung (RCD))
ist die Forderung gestellt,
dass die Auslösung ohne Hilfsenergie (Netzspannung oder Batterie) auskommen muss.

Die Auslösung muss allein durch die Energie erfolgen,
die durch den Fehlerstrom im Summenstromwandler induziert wird.

Bei normal empfindlichen Schaltern mit
I_Δn = 300 mA und 500 mA wird dabei ohne Kondensator gearbeitet,
da der magnetische Auslöser ausreicht.

Bei hochempfindlichen Schaltern mit I_Δn = 10 mA und
30 mA wird je nach Auslösertyp zusätzlich ein Kondensator so eingebaut und
abgestimmt, dass ein Resonanzkreis entsteht, bestehend aus Summenstromwandler,
magnetischem Auslöser und Kondensator.

Ein magnetischer Auslöser, z. B.
ein Sperrmagnet-Auslöser, wie in Bild unten gezeigt,
besitzt einen Permanent-Magneten, der im normalen Betrieb das Auslöseglied des Schalters hält.

Bei einem Fehlerstrom wird der permanente magnetische Fluss durch einen Wechselfluss, hervorgerufen durch den Fehlerstrom, so geschwächt,
dass das Auslöseglied durch eine Feder abgezogen werden kann.

Die grundsätzlichen technischen Anforderungen an RCCB und RCBO
sind annähernd gleich.

Der Unterschied besteht lediglich darin, dass:

• RCCB ohne eingebauten Überstromschutz
• RCBO mit eingebautem Überstromschutz
  ausgerüstet sind.

Bild: Differenzstrom-Schutzschalter mit eingebautem Überstromschutz

Quelle: VDE 0100 und die Praxis

Für alle Geräte gelten deshalb auch die Aussagen,
dass RCCB und RCBO verwendet werden können:

• zum Schutz von Personen bei indirektem Berühren (Fehlerschutz)
• zum Schutz gegen Brandgefahren infolge länger andauernder Erdfehlerströmeohne
  Ansprechen der Überstrom-Schutzeinrichtung ( Brandschutz)
• zum Schutz von Personen bei direktem Berühren, wenn der Bemessungsfehlerstrom
  IΔn < 30 mA ist. ( Zusatzschutz)
• zum selektiven Schutz von Anlagen, die durch Schalter des normalen Typsgeschützt sind und zusätzlich einen vorangeschalteten Schalter haben;
  ein selektiver Schalter – Kennzeichen S –
  ist mit einer Zeitverzögerung ausgerüstet,
  um ein selektives Verhalten der Schalter untereinander zu gewährleisten

Auswahl und Errichtung von Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen ( RCD)

RCD sind so auszuwählen,
dass die in einer Anlage auftretenden Fehlerströme erkannt und ausgeschaltet werden können.
Die verschiedenen RCD sind für folgende Fehlerströme geeignet:

• Typ AC zum Schutz bei sinusförmigen Wechselfehlerströmen
• Typ A zum Schutz bei sinusförmigen Wechselfehlerströmen und bei pulsierenden
  Gleichfehlerströmen
• Typ B zum Schutz bei sinusförmigen Wechselfehlerströmen,
  pulsierenden
  Wechselfehlerströmen und glatten Gleichfehlerströmen in Wechselspannungsnetzen
  Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen (RCD) vom Typ B dürfen keine RCD vom Typ A vorgeschaltet werden.

Bild unten zeigt hierzu ein Planungsbeispiel.

Beispiel für den Einsatz von Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen von Typ A und Typ B

a) Stromkreise, bei denen im Fehlerfall Wechselfehlerströme und/oder pulsierende
Gleichfehlerströme auftreten können

b) Stromkreise, bei denen im Fehlerfall Wechselfehlerströme und/oder pulsierende
Gleichfehlerströme und/oder glatte Gleichfehlerströme auftreten können

(Quelle: DIN VDE 0100-530 (VDE 0100-530):2011-06)

RCD zum Schutz gegen elektrischen Schlag

Zum Schutz gegen elektrischen Schlag dürfen folgende RCD eingesetzt werden:

a) Netzspannungsunabhängige Fehlerstrom-Schutzschalter Typ A zur Auslösung
bei Wechselfehlerströmen und pulsierenden Gleichfehlerströmen

– ohne eingebaute Überstrom-Schutzeinrichtung (RCCB)
– mit eingebauter Überstrom-Schutzeinrichtung (RCBO)

b) Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen Typ B zur Auslösung bei Wechselfehlerströmen,
pulsierenden und glatten Gleichfehlerströmen

– ohne eingebaute Überstrom-Schutzeinrichtung (RCCB)
– mit eingebauter Überstrom-Schutzeinrichtung (RCBO)

Anmerkung: Fehlerstrom-Schutzschalter Typ B arbeiten bei Wechselfehlerströmen
und pulsierenden Gleichfehlerströmen netzspannungsunabhängig
und
bei glatten Gleichfehlerströmen netzspannungsabhängig.
v
c) Fehlerstromeinheit (RCBO) zum Anbau an Leitungsschutzschalter nach
DIN EN 61009-1 (VDE 0664-20):2015-11, Anhang G

d) Leistungsschalter mit Fehlerstromschutz (CBR) nach DIN EN 60947-2
(VDE 0660-101):20140-01, Anhang B

Wenn in einer elektrischen Anlage glatte Gleichfehlerströme zu erwarten sind,
müssen Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen (RCDs) Typ B verwendet werden.

RCD zum Brandschutz

Es dürfen für den Brandschutz die in Abschnitt
„RCD zum Schutz gegen elektrischen Schlag“
beschriebenen Fehlerstrom-
Schutzschalter (RCD) verwendet werden,
wobei noch zu beachten ist, dass
der Bemessungsfehlerstrom nicht größer als 300 mA ist.
Dabei müssen Fehlerstrom-
Schutzeinrichtungen vom Typ A, Typ B oder Typ B+ eingesetzt werden.

Wenn in der Anlage glatte Gleichfehlerströme zu erwarten sind,
müssen RCD vom
Typ B oder B+ zur Anwendung gelangen.

Auswahl bei Berücksichtigung der Selektivität

Sollte eine Reihenschaltung mehrerer RCDs notwendig werden,
muss natürlich über Selektivität nachgedacht werden.

Es darf nicht sein, dass durch einen Fehler
in irgendeinem Stromkreis die komplette elektrische Anlage ausfällt.

Häufig wird eine Reihenschaltung von RCDs in TT-Systemen notwendig.
Eine übergeordnete RCD übernimmt den Schutz vor elektrischen Schlag
nach VDE 0100-410.

Selbstverständlich sollte dafür eine RCD
mit einem möglichst hohen Bemessungsfehlerstrom
ausgesucht werden,
damit betriebliche Ableitströme keine Abschaltung
hervorrufen.

Außerdem setzt man in der Regel als übergeordnete RCD
solche
mit einer möglichst hohen Stoßstromfestigkeit ein,
damit z. B. bei Gewitter oder
Schalthandlungen in der Anlage keine ungewollte Abschaltung stattfindet.

Für Bereiche in der elektrischen Anlage, wo ein zusätzlicher Schutz durch RCD
gefordert wird
(z. B. bei Steckdosenstromkreisen) müssen allerdings RCDs mit
geringerem Bemessungsfehlerstrom vorgesehen werden.

Häufig wird übergeordnet eine selektive RCD (S-Typ)
mit einem Bemessungsfehlerstrom
von mindestens 300 mA gewählt.

Für Endstromkreise, in denen ein
zusätzlicher Schutz nach
VDE 0100-410, Abschnitt 415.1
vorgesehen werden
muss, käme eine nachgeschaltete RCD mit 30 mA infrage.

Beim Thema Selektivität von in Reihe geschalteten Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen
wird in
VDE 0100-530, Abschnitt 535.2.2 erwähnt,
dass Selektivität dann
vorliegt, wenn für die übergeordnete RCD gesagt werden kann:

a) sie ist selektiv (Typ S)
b) ihr Bemessungsfehlerstrom beträgt mindestens das Dreifache
des Wertes der
nachgeschalteten Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen

Zusammenfassende Betrachtung zur Auswahl von RCDs

Bei der Auswahl von Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen (RCDs)
sind also immer
mehrere Faktoren zu berücksichtigen.
In der unten stehenden Tabelle werden in einer
vereinfachten Darstellung
die zu berücksichtigenden Faktoren, wie sie in den
vorherigen Abschnitten besprochen wurden, zusammengefasst.

Was soll durch den Einsatz einer RCD erreicht werden?	RCD-Typ	IΔN	Stoßstromfestigkeit
Abschaltzeit im TN-System muss eingehalten werden. Dabei ist zu berücksichtigen:			Bei Bedarf mit erhöhter Stoßstromfestigkeit
▶  Frequenzen im Fehlerstrom überwiegend 50 Hz	A		• bis 3 kA (kurzzeitverzögert) • bis 5 kA (S-Typ)
▶ Frequenzanteile im Fehlerstrom bis zu 1 000 Hz	F		(sofern die erhöhte Stoßstromfestigkeit
▶ Fehlerströme mit Gleichstromanteilen	B		bei den verschiedenen RCD-Typen angeboten wird)
▶ Fehlerströmen mit Gleichstromanteilen und Frequenzanteilen bis zu 20 kHz	B+		bei den verschiedenen RCD-Typen angeboten wird)
Abschaltzeit im TT-System muss eingehalten werden. Dabei ist zu berücksichtigen:	B+		Bei Bedarf mit erhöhter Stoßstromfestigkeit
▶ Frequenzen im Fehlerstrom überwiegend 50 Hz	A		Bei Bedarf mit erhöhter Stoßstromfestigkeit
▶ Frequenzen im Fehlerstrom überwiegend 1 000 Hz	F		• bis 3 kA (kurzzeitverzögert) • bis 5 kA (S-Typ)
▶ Fehlerströme mit Gleichstromanteilen	B		(sofern die erhöhte Stoßstromfestigkeit
▶ Fehlerströme mit Gleichstromanteilen und Frequenzanteilen bis zu 20 kHz	B+		bei den verschiedenen RCD-Typen angeboten wird)
Zusätzlicher Schutz	wie zuvor	≦ 30 mA	wie zuvor
Brandschutz	wie zuvor	≦ 300 mA	wie zuvor

Tabelle – Auswahlmöglichkeiten bei Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen (RCDs) nach Vorgaben
der Schutzmaßnahmen sowie nach technischer Notwendigkeit