Brandgefahr durch Fehlerlichtbögen Erkennung und Abschaltung

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1 Brandgefahr durch Fehlerlichtbögen Erkennung und Abschaltung Uwe Scherer Siemens AG

2 Agenda Die Brandgefahr durch Fehlerlichtbögen Wie entsteht ein Fehlerlichtbogen? Ursache und Wirkung Schließen der Schutzlücke Schutzkonzepte Der Brandschutzschalter 5SM6 Seite 2

3 Agenda Die Brandgefahr durch Fehlerlichtbögen Wie entsteht ein Fehlerlichtbogen? Ursache und Wirkung Schließen der Schutzlücke Schutzkonzepte Der Brandschutzschalter 5SM6 Seite 3

4 Geschichte der Fehlerlichtbogenerkennung in den USA 1983: Erste Patente für AFCI 1 Technologie 1992: die Consumer Products Safety Commission (CPSC) initiiert das Projekt Home Electrical System Fires Project CPSC beauftragt UL mit der Untersuchung und Überprüfung von Brandursachen Vielversprechendste Lösung: eine neue Technologie der Lichtbogenerkennung Januar 2008: Der National Electrical Code 2005 schreibt den AFCI Klasse A für den Schutz von allen Stromkreisen 15 / 20 A in Wohnräumen vor 1 AFCI: Arc Fault Circuit Interruption Seite 4

5 Brandschäden in Deutschland Jährliche Brandschäden in Deutschland Anzahl der Feuerschäden 1 : ca Schadenshöhe 2 : ca. 6 Milliarden Verletzte 3 : ca Schwerverletzte 3 : ca Tote 2 : ca. 600 (davon 75% in Privatwohnungen) 1 Quelle:GDV(Gesamtverband der deutschen Versicherungswirtschaft e.v.): 2 Quelle: vfdb Technisch-Wissenschaftlicher Beirat (Arbeitsgruppe Brandschutzforschung) 3 Quelle: GDV: Seite 5

6 Brandursachen Deutschland Statistischer Hintergrund in Deutschland 1% Ursachen für elektrisch verursachte Feuer 28 %: Ursache in der Elektroinstallation 49 %: Ursache in elektrischen Verbrauchern 23 %: Sonstige / unbekannt Seite 6 Brandursachen (2010) 3% 9% 22% 18% 0% 3% 8% 34% 2% Blitzschlag Elektrizität Explosion Brandstiftung Feuergefährliche Arbeiten Menschliches Fehlverhalten Offenes Feuer Selbstentzündung Überhitzung Sonstiges / unbekannt Vorbeugbare Brandursachen (2010) 0% 34% 5% 2% 4% 3% 52% Blitzschlag Elektrizität Explosion Feuergefährliche Arbeiten Offenes Feuer Selbstentzündung Sonstiges / unbekannt Elektrisch verursachte Feuer 40% 30% 20% 10% 0%

7 Brandgefahr durch Fehlerlichtbögen in Endstromkreisen Paralleler Fehlerlichtbogen zw. Phase und Neutralleiter / Erde Serieller Fehlerlichtbogen in Phase oder Neutralleiter Nagel oder Schraube Hohe Temperatur des Lichtbogens Lose Kontakte und Anschlüsse entzündbares Material Gequetschte Leitung UV-Strahlung / Nagetierverbiss Zu kleiner Biege-Radius Seite 7 Abgeknickte Stecker / Leitungen

8 Agenda Die Brandgefahr durch Fehlerlichtbögen Wie entsteht ein Fehlerlichtbogen? Ursache und Wirkung Schließen der Schutzlücke Schutzkonzepte Der Brandschutzschalter 5SM6 Seite 8

9 Lichtbogen infolge einer Störstelle in der Leitung Phase 1: Strom fließt durch beschädigte Leitung bis ca C bis ca C ca C Phase 2: Engpass in Leitung und Isolierung werden heiß Seite 9 Phase 3: Heißes Kupfer oxidiert zu Kupferoxid, Isolierung karbonisiert Phase 4: Kupfer schmilzt und vergast kurzzeitig (z.b. bei Sinusscheitel) => Luftspalt => Sporadische Fehlerlichtbögen über Isolierung Phase 5: Stabiler Fehlerlichtbogen über karbonisierter Isolierung

10 Agenda Die Brandgefahr durch Fehlerlichtbögen Wie entsteht ein Fehlerlichtbogen? Ursache und Wirkung Schließen der Schutzlücke Schutzkonzepte Der Brandschutzschalter 5SM6 Seite 10

11 Serielle und parallele Fehlerlichtbögen Serielle Fehlerlichtbögen Die Last in Reihe begrenzt den Strom Der Fehler ist mit herkömmlichen Schutzgeräten nicht detektierbar Parallele Fehlerlichtbögen Die Netzimpedanz und die Bogenspannung begrenzen den Strom L-N: Schutz mit Überstromschutz L-PE: Schutz mit Überstromschutz oder Fehlerstromschutz Seite 11

12 Schließen der Schutzlücke bei seriellen Fehlerlichtbögen Fehlerfall Schutz nach IEC-Standard Schutz nach UL-Standard Seriell L LAST AFDD AFCI N Parallel Phase-Neutral/ Phase-Phase L N LAST MCB AFDD MCB AFCI Parallel Phase-Schutzleiter L LAST RCD AFDD RCD AFCI N AFDD MCB RCD Brandschutzschalter Leitungsschutzschalter (LS) Fehlerstrom- Schutzeinrichtung (FI) AFCI MCB RCD Kombination Leitungsschutzschalter/ Brandschutzschalter Leitungsschutzschalter Fehlerstrom- Schutzeinrichtung Seite 12

13 Brandschutzschalter: Detektion Seite 13

14 Brandschutzschalter: Auswertungsprinzipien Seite 14

15 Agenda Die Brandgefahr durch Fehlerlichtbögen Wie entsteht ein Fehlerlichtbogen? Ursache und Wirkung Schließen der Schutzlücke Schutzkonzepte Der Brandschutzschalter 5SM6 Seite 15

16 Brandschutzschalter 5SM6: Produktvarianten Ausführungen 5SM Für 1 TE Leitungsschutzschalter 1+N (5SY60) max. 16 A 5SM Für 2 TE Schutzschalter FI/LS-Schalter 1+N (5SU1) oder LS-Schalter 1+N (5SY), jeweils max. 16 A Besonderheiten Regelmäßiger Funktionsselbsttest Überspannungsschutz: Abschaltung bei Spannungen über 275 V zwischen Außenleiter und N-Leiter Identisches Zubehör wie LS-Schalter 5SY (AS, FC, UR, ST) Seite 16

17 Anwendungsbereiche für Endstromkreise bis 16 A Räume, in denen ein Brand nicht sofort erkannt wird (Personengefährdung) Wohnhäuser Schlaf-, Kinderzimmer Betrieb unbeobachteter Verbraucher mit hoher Leistung (z.b. Nachtbetrieb von Waschmaschine, Geschirrspülmaschine) Altenheime Krankenhäuser Räume mit wertvollen Gütern, Kunstgegenständen Bibliotheken Museen Galerien Räume mit leichtentzündlichen Stoffen Holzbauten und -verkleidungen, ökologische Baustoffe, Dachausbauten Räume mit Verarbeitung leicht brennbarer Stoffe Schreinereien Bäckereien Viehställe, Scheunen Seite 17

18 Fazit Fehlerlichtbögen im Hausbereich können fatale Brände verursachen. Klassische Schutzkonzepte weisen Lücken auf. Ein Brandschutzschalter kann gefährliche Fehlerlichtbogen sicher detektieren und abschalten. Der Brandschutzschalter 5SM6 ergänzt die bewährten FI-Schutzschalter und Leitungsschutzschalter und verringert so die Wahrscheinlichkeit elektrisch gezündeter Brände. Seite 18

19 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit und Ihr Interesse! Wikipedia: Brandschutzschalter Seite 19

20 Backup Fehlerlichtbogenerkennung ohne Fehlauslösung Seite 20

21 Betriebsmäßige Störquellen vermeiden unerwünschter Auslösung Ziel: Unterscheidung zwischen betriebsmäßig vorhandenen Störquellen und unerwünschten oder fehlerhaften Bedingungen Bohrmaschine Betriebsmäßige Störquellen Einschaltstrom Leuchtstofflampen und Kondensatoren Normaler Lichtbogen Elektromotor, Thermostat-Kontakte, Lichtschalter, Gerätestecker Nicht sinusförmige Schwingungen Elektronische Lampendimmer, Schaltnetzteile, Leuchtstofflampen Übersprechen Vermeiden der Auslösung, wenn Lichtbogen in benachbartem Stromkreis auftritt Staubsauger Schaltnetzteil Dimmer Seite 21

22 Lichtbogenerkennung Unterscheidung der Störquellen Lichtbogenerkennung Mikroprozessor und/oder ASIC Fünf Hauptkriterien für die Unterscheidung zw. Fehlerlichtbogen und Störquellen Verschiedene Filter und Hysterese-Kurven, um die Fehlauslösungsfestigkeit zu erhöhen Seite 22

23 Backup - Normenansatz Seite 23

24 Aktivitäten: Produktnormen und Errichtungsbestimmungen IEC / EN und VDE Produktnorm für AFDD 240V, 63A, AC 2pol Projektplatzierung: Normung von 3pol AFDD DE Vorschlag: Normung von 3pol AFDD IEC / EN und VDE Produktnorm für AFDD 240V, 63A, AC 3+N (Termin offen) IEC (therm. Auswirkung): DIN VDE (therm. Auswirkung): DIN VDE (Geräteauswahl): Hinweis AFDD in Beratung DIN VDE (therm. Auswirkung): Anmerkung AFDD zur Brandrisikominimierung CD für Ammendment zu IEC Empfehlung: AFDD zur Brandrisiko- Minimierung Ziel: Forderung Einsatz von AFDD in Schlafräumen und Räumen mit feuerverbreitenden Strukturen DE Green Paper zu IEC angenommen; Projektstart 2013 IEC (Geräteauswahl) Ziel: Forderung: Einsatz von AFDD (Termin offen) 01/ / / / /2016 Seite 24

25 Produktnorm Norm IEC Seite 25

26 Backup Sonstiges Seite 26

27 AFCIs von Siemens in den USA AFCI der ersten Generation: Klasse B Schutz bei parallelen Störlichtbögen Auslöseschwelle 75 A nach UL1699 Geringfügige Erhöhung des Brandschutzes AFCI der neuen Generation: Klasse A Schutz bei parallelen und seriellen Störlichtbögen Auslöseschwelle 5 A nach UL1699 Bedeutende Erhöhung des Brandschutzes mit hoher Fehlauslösungsfestigkeit Fehlerstrom- und Überstromschutz kombinierbar Seite 27 04/2012