Brandschutzschalter (AFDD)

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1 Brandschutzschalter Brandschutzschalter (AFDD) Die Innovation in der europäischen Elektroinstallation V1.0

2 Vorstellung Elektrotechniker-Meister Andreas Zwerschke Promotor Installationstechnik GER IC LMV OST S PRO PROM Nonnendammallee Berlin Tel.: Mobil: Fax: andreas.zwerschke@siemens.com Seite Brandschutzschalter Andreas Zwerschke

3 Brandschutzschalter Seite Brandschutzschalter Andreas Zwerschke

4 Agenda Brandstatistik Fehlerquellen für elektrisch gezündete Brände Vorschriften zur Brandverhütung Elektrische Geräte zur Brandverhütung Entstehung eines elektrisch gezündeten Brandes Lichtbogenarten Geräte zu Erkennung von seriellen Lichtbögen (Brandschutzschalter) Funktionsweise Brandschutzschalter (AFDD) Normenvorschau Zusammenfassung Seite Brandschutzschalter Andreas Zwerschke

5 Agenda Brandstatistik Fehlerquellen für elektrisch gezündete Brände Vorschriften zur Brandverhütung Elektrische Geräte zur Brandverhütung Entstehung eines elektrisch gezündeten Brandes Lichtbogenarten Gerät zu Erkennung von seriellen Lichtbögen (Brandschutzschalter) Funktionsweise Brandschutzschalter (AFDD) Normenvorschau Zusammenfassung Seite Brandschutzschalter Andreas Zwerschke

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

7 Statistik Brandursachen Deutschland Seite Brandschutzschalter Andreas Zwerschke

8 Statistik Brandursachen Deutschland Jährliche Brandschäden in Deutschland Anzahl der Feuerschäden: ca Schadenshöhe: ca. 6 Milliarden 2 Tote 2 : 600 (davon 75% in Privatwohnungen) Verletzte 3 : ca ; Schwerverletzte 3 : ca Quelle:GDV(Gesamtverband der deutschen Versicherungswirtschaft e.v.): 2 Quelle: vfdb Technisch-Wissenschaftlicher Beirat (Arbeitsgruppe Brandschutzforschung) ( anhalt.de/fileadmin/elementbibliothek/bibliothek_feuerwehr/idf_dokumente/kontexmen%c3%bc/denkschrift_bs- Forschung.pdf) 3 Quelle: GDV: eite12184.html Seite Brandschutzschalter Andreas Zwerschke

9 Statistik Brandursachen Andere Länder Europas Dänemark: Grundlage Brandstatistik 2005 Absolute Anzahl: Brände Beschädigungen und Feuchtigkeit Isolationsfehler Anwendungsfehler Lose Verbindungen Alterung Materialfehler Nagetierfraß Finnland: Grundlage Brandstatistik 2006 Absolute Anzahl: Brände Norwegen: Grundlage Brandstatistik Absolute Anzahl: Brände Sonstiges Lichtbogen Montagefehler Überlast Lose Verbindungen Kurzschluss / Erdfehler Sonstiges Kriechstrom Erdfehler / Kurzschluss Seite Brandschutzschalter Andreas Zwerschke

11 Fehlerquellen elektrisch gezündeter Brände Seite Brandschutzschalter Andreas Zwerschke

19 Vorschriften zur Brandverhütung Haben wir nicht die notwendigen Vorschriften? Seite Brandschutzschalter Andreas Zwerschke

20 Vorschriften zur Brandverhütung Einsatz von Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen nach DIN VDE 0664 in den Errichtungsbestimmungen DIN VDE 0100 Bestimmung (DIN VDE oder BGI ) Anwendungsbereich Schutz gegen elektrischen Schlag Steckdosen bis 20 A, Anlagen im Freien Brandschutz bei besonderen Risiken oder Gefahren Niederspannungs- Stromerzeugungsanlagen Geforderter I n (ma) Empfohlene Siemens- FI-Schutzeinrichtung 5SM3 5SM.. (Typ A) SIQUENCE (Typ B) 5SM...-KK12 SIGRES und Seite Brandschutzschalter Andreas Zwerschke

21 Vorschriften zur Brandverhütung Einsatz von Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen nach DIN VDE 0664 in den Errichtungsbestimmungen DIN VDE 0100 Bestimmung (DIN VDE oder BGI ) Anwendungsbereich Räume mit Badewanne oder Dusche, Steckdosen im Bereich Becken von Schwimmbädern und andere Becken Geforderter I n (ma) Empfohlene Siemens- FI-Schutzeinrichtung 5SM3 5SM.. (Typ A) SIQUENCE (Typ B) 5SM...-KK12 SIGRES Räume und Kabinen mit Saunaheizungen Seite Brandschutzschalter Andreas Zwerschke

22 Vorschriften zur Brandverhütung Einsatz von Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen nach DIN VDE 0664 in den Errichtungsbestimmungen DIN VDE 0100 Bestimmung (DIN VDE oder BGI ) Anwendungsbereich Baustellen, Steckdosenstromkreise bis 32 A und und für handgehaltene Betriebsmittel, BGI 698 Steckvorrichtungen I n > 32 A Landwirtschaftliche und gartenbauliche Anwesen allgemein, Geforderter I n (ma) Empfohlene Siemens- FI-Schutzeinrichtung 5SM3 5SM.. (Typ A) SIQUENCE (Typ B) 5SM...-KK12 SIGRES 30 ma ma Steckdosenstromkreise Seite Brandschutzschalter Andreas Zwerschke

23 Vorschriften zur Brandverhütung VdS 2015 : (05) Elektrische Geräte und Anlagen Merkblatt zur Schadensverhütung Seite Brandschutzschalter Andreas Zwerschke

24 Vorschriften zur Brandverhütung Seite Brandschutzschalter Andreas Zwerschke

25 Vorschriften zur Brandverhütung Richtlinien zur Schadensverhütung Vds 2033 : (06) Elektrische Anlagen in feuergefährdeten Betriebsstätten und diesen... Seite Brandschutzschalter Andreas Zwerschke

26 Vorschriften zur Brandverhütung (Richtlinien) VdS 2033 : (06) Elektrische Anlagen in feuergefährdeten Betriebsstätten (Tab.1) und diesen gleichzustellenden Risiken (Tab. 2) Aufbereitung (Recycling, Entsorgung, Versorgung)... Bearbeitung, Herstellung, Verabeitung (Schmirgeln, Bürsten, Bürsten, Scheren Spanabhebend, kleben, reinigen... Einkaufszentrale (f. Einzelhändler, Großhändler, Warenhaus, Shoppingcenter) für Bekleidung. Landwirtschaftliche Betriebsstätte Lager (Silo ) Saunabetrieb sowie Wartungs- und Reparaturbetriebe f. Fahrzeuge Seite Brandschutzschalter Andreas Zwerschke

27 Vorschriften zur Brandverhütung (Richtlinien) VdS 2033 : (06) Elektrische Anlagen in feuergefährdeten Betriebsstätten und diesen gleichzustellenden Risiken ( Tab 2) Unwiederbringliche Kulturgüter ( Ausstellungen, Bibliotheken, Burgen, Kunsthallen, Museen, Schlösser ) Erhöhte Sachwertgefährdung oder/und Betriebsunterbrechungsrisiko (Archivraum, Großbahnhof, EDV Zentrale, Großflughäfen, Kühlhäuser, Lager, Leitwarten, Steril- und Reinsträume, Versandhäuser Seite Brandschutzschalter Andreas Zwerschke

28 Vorschriften zur Brandverhütung (Richtlinien) 5.2. Schutz durch Meldung und Abschaltung von Isolationsfehlern Einrichtungen zum Fehlerstromschutz Zur Erfassung sehr kleiner Ströme, muss ein RCD mit einem Bemessungsfehlerstrom 300mA eingesetzt werden. Ausnahme bei Flächenheizungselementen (Entzündungsgefahr kleiner 100 ma möglich) deshalb RCD 30 ma Bei Gewährleistung, das der Fehler kurzfristig behoben werden kann, reicht es aus brandgefährliche Fehlerströme zu signalisieren und nicht abzuschalten (RCM 300mA Differenzstrommessgerät)) zugelassen sind TypA und Typ B RCD, RCM, MRCD sowie CBR Quelle: VdS 2033 : (06) Elektrische Anlagen in feuergefährdeten Betriebsstätten (Tab.1) und diesen gleichzustellenden Risiken Seite Brandschutzschalter Andreas Zwerschke

29 Vorschriften zur Brandverhütung VdS 3501 : (02) Isolationsfehlerschutz in elektrischen Anlagen mit elektronischen Betriebsmittel RCD und FU Seite Brandschutzschalter Andreas Zwerschke

30 Vorschriften zur Brandverhütung VdS 2067 : (05) Elektrische Anlagen in der Landwirtschaft Seite Brandschutzschalter Andreas Zwerschke

31 Vorschriften zur Brandverhütung VdS 2023 : (03) Elektrische Anlagen in baulichen Anlagen mit vorwiegend brennbaren Baustoffen Seite Brandschutzschalter Andreas Zwerschke

35 Rauchmeldervorschriften Seite Brandschutzschalter Andreas Zwerschke

37 Elektrische Geräte zur Brandverhütung Haben wir nicht die entsprechenden Geräte? Seite Brandschutzschalter Andreas Zwerschke

38 Elektrische Geräte zur Brandverhütung Seite Brandschutzschalter Andreas Zwerschke

39 Überstromschutz/Störlichtbogen Bei Störlichtbögen in Reihe zum Verbraucher verläuft die Strom-Zeit Kennlinie im Bereich von einer Sekunde bis in Bereich von 100 ms und liegt damit unter der Auslösegrenze von Leitungsschutzschaltern. Bei parallelen Störlichtbögen ergibt sich aus der Strom-Zeit Kennlinie, dass die in Kombination eingesetzten Leitungsschutzschalter aufgrund der hohen Fehlerströme bereits vor der Detektion des parallelen Lichtbogens auslösen. Seite Brandschutzschalter Andreas Zwerschke

40 Elektrische Geräte zur Brandverhütung Schutz durch Leitungsschutzschalter Schutz durch Schmelzsicherung Die herkömmlichen Überstromschutzgeräte sind nur wirksam, wenn die Strom/Zeit-Charakteristik des Fehlers oberhalb der Auslösekennlinie des Schutzorgans liegt. Der Elektroplaner muss sicherstellen, dass die Auslösecharakteristik des Schutzgerätes für den Stromkreis geeignet ist. Seite Brandschutzschalter Andreas Zwerschke

42 Brandschutzschalter Hohe Temperatur des Lichtbogens Gequetschte Leitung Nagel oder Schraube entzündbares Material + Sauerstoff Steckdose mit geringem Kontaktdruck lockerer Klemme durch Kralle verletzter Leiter Zu feste Klammer Seite Brandschutzschalter Andreas Zwerschke

43 Entstehung eines elektrisch gezündeten Brandes Schutz- max. möglicher P ISO einrichtungen Dauerstrom bei I ISO U n = ~ 230 V Sicherung 10 A 15 A W MCB B/C/D 16A 18 A W RCCB I n = 0,5 A 0,5 A 115 W RCCB I n = 0,3 A 0,3 A 69 W RCCB I n = 30 ma 0,03 A 6,9 W Für einen Brand erforderliche Mindestleistung P W L1 N PE Isolationsfehler N L1 L2 L3 RCCB N N T I ISO R ISO R ISO Last Seite Brandschutzschalter Andreas Zwerschke

44 Entstehung eines elektrisch gezündeten Brandes Last Seite Brandschutzschalter Andreas Zwerschke

45 Entstehung eines elektrisch gezündeten Brandes Isolationsfehler Nur FI schaltet rechtzeitig ab Seite Brandschutzschalter Andreas Zwerschke

46 Entstehung eines elektrisch gezündeten Brandes L N Last Seite Brandschutzschalter Andreas Zwerschke

48 Lichtbogenarten Fehlerfall Seriell L LAST Schutz nach IEC-Standard AFDD Schutz nach UL-Standard AFCI N Parallel Phase-Neutral/ Phase-Phase L N LAST MCB AFDD MCB AFCI Parallel Phase-Schutzleiter L LAST RCD AFDD RCD AFCI ² Arc Fault Circuit Interruptor ³ Arc Fault Detection Device (Gerät zur Erkennung von Störlichtbögen) N AFDD³Brandschutzschalter MCB Leitungsschutzschalter RCD Fehlerstrom- Schutzeinrichtung AFCI ²Kombination Leitungsschutzschalter/ Brandschutzschalter MCBLeitungsschutzschalter RCD Fehlerstrom- Schutzeinrichtung Seite Brandschutzschalter Andreas Zwerschke

49 Lichtbogen/Störlichtbogen Rein physikalisch betrachtet sind Lichtbögen ein Plasma. DIN 1326 Ein Plasma ist in der Physik ein makroskopisches Vielteilchen, das insgesamt elektrisch neutral ist, aber so viele freie elektrische Ladungen enthält, das deren elektromagnetische Wechselwirkungen untereinander oder mit äußeren elektromagnetischen Feldern die Systemeigenschaften wesentlich bestimmt. Ein Plasma ist daher immer ein elektrischer Leiter. Seite Brandschutzschalter Andreas Zwerschke

50 Lichtbogenarten Phase 1: Strom fließt durch beschädigte Leitung bis ca C bis ca C ca C Phase 2: Engpass in Leitung und Isolierung werden heiß Phase 3: Heißes Kupfer oxidiert zu Kupferoxid, Isolierung karbonisiert Phase 4: Kupfer schmilzt und vergast kurzzeitig (bei Sinusscheitel) => Luftspalt => Sporadische Störlichtbögen über Isolierung Seite Brandschutzschalter Andreas Zwerschke Phase 5: Stabiler Störlichtbogen über karbonisierter Isolierung

51 Lichtbogenarten Es gibt eine Schutzlücke, serieller Störlichtbogen! Brandursache Nr.1 bei elektrisch gezündeten Bränden Seite Brandschutzschalter Andreas Zwerschke

52 Lichtbogenarten Serieller Störlichtbogen Seite Brandschutzschalter Andreas Zwerschke

53 Lichtbogenarten L N Last Seite Brandschutzschalter Andreas Zwerschke

54 Lichtbogenarten Störlichtbogengefährdete Anlagen Seite Brandschutzschalter Andreas Zwerschke

55 Lichtbogenarten Seite Brandschutzschalter Andreas Zwerschke

56 Lichtbogenarten Kabelbrände durch Lichtbogen Seite Brandschutzschalter Andreas Zwerschke

57 Lichtbogenarten Phasenschluss im Motor Seite Brandschutzschalter Andreas Zwerschke

58 Agenda Brandstatistik Fehlerquellen für elektrisch gezündete Brände Vorschriften zur Brandverhütung Elektrische Geräte zur Brandverhütung Entstehung eines elektrisch gezündeten Brandes Lichtbogenarten Geräte zu Erkennung von seriellen Lichtbögen Funktionsweise Brandschutzschalter (AFDD) Normenvorschau Zusammenfassung Seite Brandschutzschalter Andreas Zwerschke

59 Geräte zu Erkennung von seriellen Lichtbögen Europa Brandschutzschalter / AFDD Arc Fault Detection Device (Gerät zur Erkennung von Störlichtbögen) USA AFCI Arc Fault Circuit Interruptor (Kombination aus AFDD + LS in einem Gerät) Seite Brandschutzschalter Andreas Zwerschke

60 Geräte zu Erkennung von seriellen Lichtbögen Seite Brandschutzschalter Andreas Zwerschke

61 Geräte zu Erkennung von seriellen Lichtbögen Ausführungen 5SM Für 1 TE Leitungsschutzschalter 1+N (5SY60) (max. 16 A) Seite Brandschutzschalter Andreas Zwerschke

62 Gerät zu Erkennung von seriellen Lichtbögen (Brandschutzschalter) 5SM Für 2 TE Schutzschalter FI/LS-Schalter 1+N (5SU1) oder LS-Schalter 1+N (5SY), jeweils max. 16 A Seite Brandschutzschalter Andreas Zwerschke

63 Geräte zu Erkennung von seriellen Lichtbögen) 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) Markteinführung September 2012 Seite Brandschutzschalter Andreas Zwerschke

64 Geräte zu Erkennung von seriellen Lichtbögen Die Schutzlücke, ist geschlossen! Seite Brandschutzschalter Andreas Zwerschke

66 Funktionsweise des Brandschutzschalter (AFDD) Zur Ermittlung ob ein Störlichtbogen vorliegt wird vom AFDD sowohl der Spannungsverlauf als auch der Stromverlauf über die Zeit gemessen und mittels digitale Signalverarbeitung bewertet. Insbesondere der Stromverlauf weist bei Störlichtbögen charakteristische, hochfrequente Komponenten auf. Dabei muss bei der Auswertung beachtet werden, dass auch reguläre Schwankungen im Stromverlauf, aber auch im normalen Betrieb auftretende Oberschwingungen und transiente Stromverläufe beim Einschaltvorgang von Verbrauchern nicht zur einer fehlerhaften Auslösung führen dürfen. Seite Brandschutzschalter Andreas Zwerschke

67 Beispiel: Spektrum im Haushalt Seite Brandschutzschalter Andreas Zwerschke

68 Funktionsweise des Brandschutzschalter (AFDD) Brandschutzschalter: Detektion Seite Brandschutzschalter Andreas Zwerschke

69 Funktionsweise des Brandschutzschalter (AFDD) Detektion serieller Störlichtbögen Received Signal Strength Indication HF-Leistung des Stroms (hochfrequentes Rauschen des Stroms) Seite Brandschutzschalter Andreas Zwerschke

70 Funktionsweise des Brandschutzschalter (AFDD) Detektion paralleler Störlichtbögen Received Signal Strength Indication HF-Leistung des Stroms (hochfrequentes Rauschen des Stroms) Seite Brandschutzschalter Andreas Zwerschke

71 Lichtbogenerkennung Unterscheidung der Störquellen Lichtbogenerkennung Mikroprozessor und/oder ASIC 5 Hauptkriterien für die Unterscheidung zw. Störlichtbogen und Störquellen Verschiedene Filter und Hysteresen, um die Fehlauslösungsfestigkeit zu erhöhen Auslösezeit <100ms Seite Brandschutzschalter Andreas Zwerschke

72 Seite Brandschutzschalter Andreas Zwerschke

73 Funktionsweise des Brandschutzschalter (AFDD) Betriebsbedingter Lichtbogen Seite Brandschutzschalter Andreas Zwerschke

74 Funktionsweise des Brandschutzschalter (AFDD) Störquellen Seite Brandschutzschalter Andreas Zwerschke

75 Funktionsweise des Brandschutzschalter (AFDD) Betriebsmäßige Störquellen Ziel: Vermeiden unerwünschter Auslösung 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 Staubsauger Schaltnetzteil Dimmer Seite Brandschutzschalter Andreas Zwerschke Übersprechen

76 Funktionsweise des Brandschutzschalter (AFDD) Lichtbogenerkennung durch Analyse des HF-Rauschens Netzspannung Laststrom Unterbrechungen bei Nulldurchgang und steilen Flanken Bogenspannung HF-Rauschen des Lichtbogens Seite Brandschutzschalter Andreas Zwerschke

77 Schaltplan Brandschutzschalter max. Querschnitt ein-mehrdrähtig 0,75 16mm² feindrähtig mit Aderendhülse max. 10mm² Seite Brandschutzschalter Andreas Zwerschke

78 Funktionsweise des Brandschutzschalter (AFDD) Anzeige des Funktionszustandes AFD unit einsatzbereit, in Funktion Auslösung: Serieller Störlichtbogen Auslösung: Paralleler Störlichtbogen Auslösung: Überspannung > 275 V AFD unit nicht einsatzbereit Keine Spannungsversorgung Seite Brandschutzschalter Andreas Zwerschke

79 FAQ zum Brandschutzschalter Gerät prüft sich aller 13 h selbst um die Analogelektronik und die Detektion Algorithmen zu testen. Zur Vervollständigung des Testkonzeptes wurde noch ein externer Watch-Dog implementiert,der alle 20 ms den Ablauf des Programms und die Integrität der Firmenware überprüft Seite Brandschutzschalter Andreas Zwerschke

80 FAQ zum Brandschutzschalter LED Anzeige AFDD Seite Brandschutzschalter Andreas Zwerschke

81 FAQ zum Brandschutzschalter Fehleranzeige bleibt beim einfachen Einschalten durch den Kunden erhalten. Fehlerrücksetzung nur durch den Installateur wie in folgender Beschreibung. Seite Brandschutzschalter Andreas Zwerschke

83 Normenvorschau Die Einrichtungen sind dafür vorgesehen, die Risiken eines Brandes in Verbraucherstromkreisen einer ortsfesten Anlage aufgrund von Fehlerlichtbogenströmen zu begrenzen, die unter bestimmten Bedingungen bei fortdauerndem Lichtbogen das Risiko einer Brandentzündung darstellen. Seite Brandschutzschalter Andreas Zwerschke

84 Normenvorschau IEC 23E/742/CDV (Entwurf) Dokumentart: Norm-Entwurf Ausgabedatum: Erscheinungsdatum: Der vorliegende Norm-Entwurf gilt für Fehlerlichtbogen- Schutzeinrichtungen (AFDD) zum Einsatz in Wechselstromkreisen in Hausinstallationen und ähnlichen Anwendungen. Eine AFDD ist vom Hersteller ausgelegt entweder als einzelne Einrichtung mit Ausschaltvorrichtungen, die den zu schützenden Stromkreis unter festgelegten Bedingungen ausschalten kann, oder als eine einzelne Einrichtung, die eine Schutzeinrichtung enthält, oder als eine gesonderte Einheit, die nach Anhang D vor Ort mit einer angegebenen Schutzeinrichtung zusammengebaut wird. Seite Brandschutzschalter Andreas Zwerschke

85 Normenvorschau Normentwurf IEC Auslösezeiten serieller Störlichtbogen Seite Brandschutzschalter Andreas Zwerschke

86 Normenvorschau Normentwurf IEC Auslösezeiten paralleler Störlichtbogen Seite Brandschutzschalter Andreas Zwerschke

87 Normenvorschau Seite Brandschutzschalter Andreas Zwerschke

88 Zusammenfassung Seite Brandschutzschalter Andreas Zwerschke

89 Zusammenfassung Das Schutzkonzept ist vollständig, die Brandursache Nr.1, bei elektrisch gezündeten Bränden, serieller Störlichtbogen, kann jetzt erkannt und verhindert werden 04_lnk_InterakiverSchulungskoffer_DE_3008.zip Seite Brandschutzschalter Andreas Zwerschke

90 Brandschutz Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Seite Brandschutzschalter Andreas Zwerschke