Kapitel 13. Regeln der Technik Fehlerstrom- Schutzschalter (FI, RCD)

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1 TD TECHNISCHE DOKUMENTATION Kapitel 13 Regeln der Technik 13.4 Fehlerstrom- Schutzschalter (FI, RCD) Fehlerstromschutzeinrichtung, nachfolgend FI genannt. englisch=rcd oder Residual Current protective Device Dreipolig Einpolig Verfasser: Peter Amstutz, Eidg. Dipl. Elektroinstallateur, , Hans-Rudolf Niederberger, Elektroingenieur FH/HTL, Vordergut 1, 8772 Nidfurn, Ausgabe: Januar 2013

2 TD TECHNISCHE DOKUMENTATION Seite 2 Inhaltsverzeichnis 13.4 Fehlerstromschutzschalter Der Stromkreis Das Prinzip Funktion Einsatzgebiete Prüfen von RCD s BiVo Probleme umfassend bearbeiten Verstehen und anwenden Erinnern BAF Betriebliche Aufgaben und Funktionen 1.3 Organisation und Zustänmdigkeit Elektrotechnische Organisationen - Internationale Organisationen: Internationale Elektrotechnische Kommission IEC, Internationale Fernmelde Union ITU - Europäische Organisationen: Europäisches Komitee für Elektrotechnische Normung CENELEC, Europäische Normungsinstitut Fernmeldewesen ETSI - Schweizerische Organisationen: electrosuisse/sev, Verband für Elektro-, Energie- und Informationstechnik, Schweizerisches Elektrotechnisches Komitee CES (Nationalkomitee der IEC), Technische Komitees TK (u. a. TK 64), Schweizerischer Verband der Telekommunikation asut, Schweizerische Normenvereinigung SNV TD Technische Dokumentation 4.3 Regeln der Technik Gesetze, Verordnungen, Normen NIV Die Lernenden erklären die Zusammenhänge zwischen Gesetz, Verordnungen, Normen und ergänzenden Weisungen der Netzbetreiber. Die Lernenden erklären den Inhalt und die Bedeutung der NIV und zeigen deren Verwendung auf. Die Lernenden Gliederung der NIN Die Lernenden beschreiben die Gliederung der Niederspannungs-Installations-Norm (NIN) und erläutern im Grundsatz die Bedeutung der einzelnen Kapitel in Bezug auf die praktische Tätigkeit Bestimmungen Erstellung, Betrieb und Unterhalt Die Lernenden erläutern und begründen die wesentlichen Bestimmungen der Niederspannungs-Installations-Norm (NIN) für die Erstellung und den Unterhalt von elektrischen Installationen Personen- und Sachenschutz Die Lernenden erläutern und begründen die Bestimmungen der NIV und der NIN zum Schutz von Personen und Sachen Prüfen elektrischert Anlagen Die Lernenden erläutern die Bestimmungen zum Prüfen von elektrischen Anlagen Richtlinien für die Installation von Kommunikationsanlagen (RIT) Die Lernenden erläutern und begründen Richtlinien, welche bei informations- und kommunikationstechnischen Anlagen angewendet werden (RIT). BET Bearbeitungstechnik TG Technologische Grundlagen EST Elektrische Systemtechnik KOM Kommunikationstechnik

3 TD TECHNISCHE DOKUMENTATION Seite 3 13 Regeln der Technik 13.4 Fehlerstromschutzschalter Der Stromkreis Die Gefahr des Elektrisieren besteht, wenn ein elektrischer Strom fliesst, und das ist nur der Fall wenn der Stromkreis geschlossen ist. Wie im unteren Bild gezeichnet ist fliesst erst ein Strom wenn der Schalter geschlossen ist. Der Strom fliesst vom Transformator über den einen Leiter des Kabels und den geschlossenen Schalter zum Glühdraht der Lampe (6), bringt diese zum Leuchten, und fliesst über den anderen Leiter (7) des Kabels wieder zurück zum Transformator. 1 Trenn-Trafo 2 Überstromunterbrecher 3 Steckdose, Stecker 4 Trennschalter offen 5 Hinleitung 6 Verbraucher 7 Rückleitung Der menschliche Körper kann nur von einem Strom durchflossen werden, wenn er in einen geschlossenen Stromkreis gerät. Das wird normalerweise durch die Isolation der Zu- und Rückleitung und des Elektrogerätes (6) verhindert. Bei einwandfreier Isolation fliesst der Strom nur in seinen dafür vorgesehenen Bahnen und kann keinen Menschen schaden. Ist die Isolation allerdings Fehlerhaft kann einen gefährlichen Strom über einen Menschen oder Tier fliessen. Der Stromkreis wird über den Menschen und Erde geschlossen da der Sternpunkt des Transformators (1) ebenfalls an Erde gelegt ist. 1 Trenn-Trafo 6 Verbraucher 2 Überstromunterbrecher 7 Kurzschluss-Stelle 3 Steckdose, Stecker 8 Rückleitung Verbraucher 4 Schalter geschlossen 9 Rückleitung Körperstrom 5 Hinleitung Der menschliche Körperwiderstand ist ein wichtiger Faktor beim elektrisieren. Stromweg Hand - Hand Hand - Fuß Hand - Füße Hände - Füße Körperwiderstand (minimal)

4 TD TECHNISCHE DOKUMENTATION Seite 4 1 DER STROMKREIS Der menschliche Körper kann bei einem Durchfluss von der Hand zu den Füssen mit ca Ohm angenommen werden. Das entspricht einem maxialen Strom von: Der Mensch verspürt schon geringfügige Ströme und schon kleine Ströme können ihm sehr gefährlich werden. 0.05mA Kribbeln mit der Zunge 1 bis 15mA Zunehmendes Kribbeln und schliesslich beginnender Muskelkrampf 15 bis 20mA 20 bis 50mA 50mA Über 50mA Muskelkrampf, bei dem der Betroffene die Hand nicht mehr vom umfassten elektrischen Leiter lösen kann Mit steigender Stromstärke zunehmender Muskelkrampf, Atemnot, Atemstillstand und sofern Stromfluss nicht unterbrochen wird 3 bis 4 Minuten später Erstickungstod Herzkammerflimmern nach einigen Sekunden möglich; Tod (Flimmerschwelle) Herzkammerflimmern nach Sekunden beziehungsweise Bruchteilen von Sekunden; Tod Bleibt die Stärke des Berührungsstroms unter 15mA, so ist in der Regel nicht mit unmittelbaren schädlichen Folgen zu rechnen. Übersteigt die Stärke des Berührungsstroms 15mA, so können nur durch Begrenzung der Einwirkdauer auf ein ungefährliches Mass schädliche Folgen verhindert werden und genau diese Einwirkdauer wir von einem RCD (Residual Current Protection Device, sinngemäß Reststromschutzgerät) begrenzt.

5 TD TECHNISCHE DOKUMENTATION Seite Das Prinzip Der RCD (Fehlerstromschutzschalter) muss nach einer maximal vorgegebenen Zeit allpolig abschalten, sobald ein Fehlerstrom entstanden ist, dessen Stromstärke über der Nennauslösestromstärke des Fehlerstromschutzschalters liegt. Die maximale Abschaltzeit ist in der Produktenorm von RCD s geregelt. Gemäss EN darf die maximale Abschaltzeit für RCD s folgenden Wert nicht übersteigen: 0.3s Welche Körperreaktionen sind zu erwarten. Bereich Körperreaktion Keine Körperreaktion Kribbeln, Ameiselaufen, ungefährlich Muskelverkrampfung, Atemnot, Herzrhytmusstörungen Herzkammerflimmern möglich, tödliche Wirkung wahrscheinlich Etwas schade ist, dass in den NIN 2010 keinerlei Angaben zur Vorgehensweise bei Überprüfung von Fehlerstromschutzeinrichtungen erwähnt ist. Der Vorgänger die NIN 2005 dagegen nimmt sich dem Thema wesentlich detaillierter an und beschreibt klar wie eine RCD Installation zu prüfen ist. Grundsätzlich gilt was damals schon gut war ist auch heute noch gut, die RCD können weiterhin so geprüft werden (genauere Vorgehensweise werden später behandelt). Die Handelsüblichen Nennauslöseströme von FI sind 10mA, 30mA, 100mA, 300mA. Die Auslösung von FI-Schutzschalter erfolgt bei auftretenden Fehlerströmen in 20 bis 30 ms. Selektivität S K Eine Selektivität zwischen in Reihe geschalteten Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen (RCDs) kann zur Sicherstellung einer hohen Verfügbarkeit erforderlich sein. Selektivität liegt dabei vor, wenn bei einem Fehlerstrom gegen Erde nur die Fehlerstrom-Schutzeinrichtung (RCD) abschaltet, die der Fehlerstelle unmittelbar vorgeschaltet ist. S K

6 TD TECHNISCHE DOKUMENTATION Seite Funktion Im Fehlerstromschutzschalter werden alle von der Stromquelle zum Verbraucher, und von diesem zur Stromquelle, zurückfliessenden Ströme gemessen (Polleiter und Neutralleiter). Nach dem physikalischen Gesetz muss die Summe dieser Ströme gleich Null sein. Ist dies nicht der Fall, so fliesst irgendwo ein Fehlerstrom. Da der hinfliessende Strom nun grösser ist als der zurückfliessende, entsteht ein Magnetfeld welches im RCD auf den Summenstromwandler wirkt. Dieses Magnetfeld im Summenstromwandler erzeugt auf der Sekundärseite eine Spannung welche zum Auslösen des Fehlerstromschutzschalters führt. Diese Spannung ist sehr gering, und der Auslöserelais muss deshalb sehr empfindlich sein. Die Spannung wirkt auf ein Permanent- Magnet, indem er sein Magnetfeld schwächt. Dies hat zur Folge, dass der Magnetanker abfällt und die frei gewordene Energie auf den Freilauf des Fehlerschutzschalters wirkt und dessen Auslösung bewirkt (NIN ). Bei einem Isolationsfehler oder einem defekten Gerät schützt der RCD eine Person vor einem gefährlichen elektrischen Schlag. In alle Steckdosenstromkreise ist der Fehlerstromschutzschalter als zusätzlicher Personenschutz vorgesehen. a) Bezeichnen Sie die Elemente des Fehlerstrom-Schutzschalters. 1 Summenstromwandler 2 Auslösespule 3 Mechanische Auslösung 4 Prüftaste b) Welche Auslöseströme kennen Sie für FI? 10 ma, Personenschutz 30 ma, Personen- und Sachenschutz 100mA Sachenschutz 300 ma, Brandschutz Beschreiben Sie die Funktion des Fehlerstromschutzschalters: Ist der Differenstrom grösser als die Hälfte des Auslösestromes, so darf der Fehlerstromschutzschalter auslösen. Ist die Differenz von Hin- und Rückstrom grösser oder gleich der Auslösegrösse,so muss der Fehlerstromschutzschalter auslösen. Mit der Prüftaste sollte der FI-Schalter alle drei Monate getestet werden. Nur ein funktionierendes Personenschutz-Element kann den Zweck erfüllen.

7 TD TECHNISCHE DOKUMENTATION Seite Einsatzgebiete Fehlerstromschutzschalter werden nach ihren Nennauslösestromstärken eingesetzt. So gilt, FI-Schutzschalter grösser >30mA Nennauslösestromstärke wird für den Brandschutz angewendet. Gängige Grössen sind 100mA oder 300mA. FI-Schutzschalter gleich oder kleiner 30mA Nennauslösestromstärke sind für den Personenschutz zu verwenden. Gängige Grössen sind 10mA und 30mA. Natürlich ist neben den Nennauslösestromstärken auch noch auf andere Einflüsse zu achten - z.b. wo wird der FI eingesetzt, sind im Stromkreis Steckdosen eingespeist oder wird er in einem Aussenkasten z.b. auf der Rigi mit Temperaturen im Winter weit unter dem Nullpunkt eingesetzt? Für solche speziellen Eigenschaften der Fehlerstromschutzschalter sind genormte Zeichen festgelegt worden. 1 A Wechselströme bis 1 khz - und Pulsierende Gleichfehlersströme 1 A B B wie A und zpeziell für Gleichfehlerstrom F B+ bis mindestens 20KHz teilweise bis 1 MHz F wie A und für Fehlerströme mit Mischfrequenzen 2 Kurzschlussfest bis z.b. 6kA 2 B+ khz 3 Für Betrieb bei tiefen Temperaturen z.b. bis -25 C FI mit Unterspannungsauslösung 4 FI-Schutzschalter Bauart S, selektiver FI-Schutz U< schalter, Auslösung >100ms (Fehlerstromabhängig) Steckvorrichtungen bis und mit 32A ( 32 A): Vorschrift Literatur Piktogramm Ort der Anwendung in Badezimmern und Duschräumen im Bereich 2 von Schwimmbecken auf Camping- und Wohnwagenplätzen (maximal drei Steckdosen) in landwirtschaftlichen Betriebsstätten für sämtliche Steckdosen in medizinisch genutzten Räumen für elektromedizinische Geräte in Gebäude integrierte Heizeinheiten Vorschrift Literatur Piktogramm Ort der Anwendung auf Baustellen für Aussensteckdosen im Freien, an der Aussenhaut und Steckdosen im Innern, bei welchen Geräte für ins Frei eingesteckt werden provisorische und temporäre Anlagen in elektrischen Versuchsräumen und Prüfeinrichtungen bei provisorischen und temporären Anlagen von Festplätzen, Jahrmärkten, Messeplätzen für elektrische Anlagen in explosionsgefährdeten Räumen in der Zone 1 und in feuchten und nassen Räumen in korrosionsgefährlichen Räumen Fest angeschlossene Verbraucher bis 32 A: auf Baustellen in der Hand gehaltene elektrische Verbraucher.

8 TD TECHNISCHE DOKUMENTATION Seite Prüfen von RCD s Nach Erstellen einer Installation und bevor die Installationen an den Besitzer übergeben werden, muss in jedem Falle eine Erstprüfung durchgeführt werden. Bei dieser Erstprüfung ist die Funktionsprüfung von RCD s ebenfalls enthalten. Die RCD s werden mit geeigneten Messgeräten nach EN61557 Elektrische Sicherheit in Niederspannungsnetzen bis AC 1000V und DC 1500V- Geräte zum Prüfen, Messen oder Überwachen von Schutzmassnahmen geprüft. Untenstehende Prüfung ist gemäss NIN2005, nach welchem auch heute noch Fehlerstromschutzeinrichtungen geprüft werden können. Eine Fehlerstromschutzeinrichtung (RCD) ist wie folgt zu prüfen: Durch Betätigen der Prüfvorrichtung der Fehlerstromschutzeinrichtung (B+E). Durch Erzeugen eines kurzzeitigen Fehlerstroms in der an eine Fehlerstromschutzeinrichtung angeschlossenen Installation. Bei einem Fehlerstrom, welcher der Nennauslösestromstärke I n der Fehlerstromschutzeinrichtung entspricht, muss die Auslösung innerhalb von 0,3 s erfolgen. Durch Erzeugen eines Fehlerstroms in der an eine Fehlerstromschutzeinrichtung angeschlossenen Installation. Bei einem Fehlerstrom, welcher 50 % der Nennauslösestromstärke I n der Fehlerstromschutzeinrichtung entspricht, darf keine Auslösung erfolgen. Wichtige 3 Punkte bei der RCD-Prüfung: 1 Funktionstest mit Betätigung der Prüftaste. Alle zwei Monate soll der Fehlerstromschutzschalter getestet werden. 2 Bei einem Fehlerstrom unter 50% des Auslösestromes darf der FI nicht auslösen 3 Bei einem Fehlerstrom über 50% des Auslösestromes darf der FI auslösen. Bei einem Fehlerstrom in der Grösses des Auslösestromes muss der FI innerhalb von 0,3 Sekunden ausschalten.