Inspektion und Prüfung elektrischer Anlagen: Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen
1. Was ist ein RCD und was bewirkt er?
Ein Fehlerstromschutzschalter (RCD) wird in BS 7671:2008(2013) wie folgt definiert:
„Ein mechanisches Schaltgerät oder eine Kombination von Geräten, die dazu bestimmt sind, das Öffnen der Kontakte zu bewirken, wenn der Reststrom unter festgelegten Bedingungen einen bestimmten Wert erreicht.“
Ein RCD ist eine Schutzeinrichtung, die die Stromversorgung automatisch unterbricht, wenn ein Ungleichgewicht zwischen stromführenden Leitern erkannt wird. Bei einem einphasigen Stromkreis überwacht das Gerät die Stromdifferenz zwischen Phase und Neutralleiter.
Beachten Sie, dass der Begriff „stromführender“ Leiter sowohl den Leitungs- als auch den Neutralleiter umfasst.
In einem intakten Stromkreis, in dem weder Fehlerstrom gegen Erde noch Schutzleiter fließt, ist die Summe der Ströme in Außen- und Neutralleiter Null. Tritt ein Erdschluss auf, fließt daher ein Teil des Außenleiterstroms nicht durch den Neutralleiter zurück. Das Gerät überwacht diese Differenz und schaltet den Stromkreis ab, wenn der Fehlerstrom einen voreingestellten Grenzwert, den Ansprechfehlerstrom (IΔn), erreicht.
RCDs dienen zum Schutz vor bestimmten Gefahren, die in elektrischen Anlagen auftreten können, darunter:
- Fehlerschutz;
- zusätzlicher Schutz; und
- Schutz vor Feuer.
Ein RCD bietet keinen Schutz vor Überstrom. Überstromschutz wird durch eine Sicherung oder einen Leistungsschalter gewährleistet. Es gibt jedoch auch kombinierte RCD- und Leistungsschalter, die als RCBOs bezeichnet werden.
2. Arten von RCDs
„RCD“ ist der Oberbegriff für eine Einrichtung, die auslöst, wenn der Fehlerstrom im Stromkreis einen vorgegebenen Wert erreicht. Die folgende Tabelle, Abbildung 1, zeigt die verschiedenen verfügbaren RCD-Typen, eine Beschreibung der einzelnen Geräte und Beispiele für deren Verwendung:
Abbildung 1 Arten von RCDs
| Art des RCD | Beschreibung | Installiert/verwendet | |
|---|---|---|---|
| FI-Schutzschalter | Fehlerstrom-Schutzschalter ohne integrierten Überstromschutz | Gerät, das auslöst, wenn der Reststrom unter bestimmten Bedingungen einen bestimmten Wert erreicht. | Verbrauchereinheiten Verteilertafeln |
| FI-Schalter | Fehlerstrom-Schutzschalter (RCCB) mit integriertem Überstromschutz | Gerät, das aktiviert wird, wenn der Reststrom unter bestimmten Bedingungen einen bestimmten Wert erreicht, und über einen Überstromschutz verfügt. | Verbrauchereinheiten Verteilertafeln |
| CBR | Leistungsschalter mit Fehlerstromschutz | Überstromschutzeinrichtung mit Fehlerstromschutz. | Verteilertafeln in größeren Anlagen. |
| SRCD | Steckdose mit eingebautem RCD | Eine Steckdose oder abgesicherte Anschlusseinheit mit integriertem RCD. | Wird häufig installiert, um den Benutzern der Steckdose zusätzlichen Schutz zu bieten, wenn es nicht vorteilhaft ist, den gesamten Stromkreis mit einem RCD zu schützen. |
| PRCD | Tragbarer Fehlerstrom-Schutzschalter | Ein PRCD ist ein Gerät, das RCD-Schutz für jedes Gerät bietet, das über eine Steckdose mit Strom versorgt wird. | Wird in eine vorhandene Steckdose eingesteckt. PRCDs sind nicht Teil der Festinstallation. |
| SRCBO | Steckdose mit integriertem RCBO | Steckdose oder Sicherungsanschlusseinheit mit integriertem RCBO. | Wird häufig installiert, um den Benutzern der Steckdose zusätzlichen Schutz zu bieten, wenn es nicht vorteilhaft ist, den gesamten Stromkreis mit einem RCD zu schützen. |
2.1 Ältere Anlagen mit FI-Schutzschaltern
In der Vergangenheit wurden in den Vorschriften zwei grundlegende Typen von Fehlerstrom-Schutzschaltern (ELCB) anerkannt: der bekannte strombetriebene Typ und der frühere spannungsbetriebene Typ.
Der spannungsbetriebene Typ wurde 1981 in den Vorschriften nicht mehr anerkannt; heute wird nur noch der strombetriebene Typ anerkannt. Das spannungsbetriebene Gerät ist an seinen zwei separaten Erdungsklemmen zu erkennen – eine für den Anschluss des Erdungsleiters der Anlage und die andere für den Anschluss an eine Erdungseinrichtung. Solche Geräte wurden häufig in Anlagen verwendet, die Teil eines TT-Systems waren, bei dem die Erdungseinrichtung ein Erder war. Der Hauptnachteil des spannungsbetriebenen Fehlerstrom-Schutzschalters besteht darin, dass ein paralleler Erdungspfad das Gerät deaktivieren kann. In Normungskreisen (BSI-Komitee PEL/23/1) gibt es eine Bewegung, das Prinzip des spannungsbetriebenen Fehlerstrom-Schutzschalters für den Einsatz in Ladeanlagen für Elektrofahrzeuge wiederzubeleben – das Prinzip besteht darin, dass das Gerät anspricht und die Verbindung trennt, falls zwischen Punkten innerhalb der Anlage, d. h. zwischen Erde und Fahrzeug, eine Spannung auftritt; siehe Vorschrift 722.411.4.1(iii) von BS 7671:2008(2013).
2.2 Erkannte Geräte
RCDs für den Einsatz in Großbritannien werden nach europäischen Normen hergestellt und sind an der BS EN-Nummer zu erkennen. BS bedeutet, dass die Norm in Großbritannien anerkannt ist, und EN steht für Euro-Norm. Die folgende Liste enthält die geltenden bestätigten und aktuellen Normen:
- BS 7071:1992(1998) – Spezifikation für tragbare Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen.
- BS 7288:1990(1998) – Spezifikation für Steckdosen mit Fehlerstrom-Schutzschaltern (SRCDs).
- BS EN 61008-1:2012 – Fehlerstrom-Schutzschalter ohne integrierten Überstromschutz für Haushalte und ähnliche Anwendungen (RCCBs).
- BS EN 61009-1:2012 – Fehlerstrom-Schutzschalter mit integriertem Überstromschutz für Haushaltszwecke und ähnliche Anwendungen (RCBOs).
Beachten Sie, dass die Spezifikation BS 4293:1983(1993) für Fehlerstrom-Schutzschalter zurückgezogen und durch BS EN 61008-1:2012 ersetzt wurde.
2.3 Eigenschaften von RCDs
RCDs werden durch eine Reihe von drei elektrischen Hauptmerkmalen definiert:
- Die Nennleistung des Geräts in Ampere, I.
- Der Bemessungsfehlerstrom der Schutzeinrichtung in Ampere, IΔn.
- Ob das Gerät sofort funktioniert oder eine absichtliche Zeitverzögerung zur Unterscheidung beinhaltet. Solche Geräte werden als „S“ oder „Selektiv“ bezeichnet.
Geräte werden mit unterschiedlichen Werten für Nennstrom und Nennfehlerstrom hergestellt, in diesem Artikel betrachten wir jedoch den Nennfehlerstrom der Schutzeinrichtung, IΔn.
3. Bewerbungen
Für die jeweilige Anwendung muss das richtige Gerät ausgewählt werden. Die Wahl des falschen Geräts kann schwerwiegende Folgen haben und zu Stromschlägen oder Bränden führen. Die Liste in Abbildung 2 enthält Beispiele für bestimmte Anwendungen von RCDs und Verweise auf die entsprechenden Vorschriften in BS 7671:2008(2013).
Abb. 2 Beispiele für besondere Anwendungen von RCDs
| Anwendung | Verordnung | |
|---|---|---|
| 10 mA | Ein sehr empfindliches Gerät, das manchmal zum Schutz von Steckdosen an Labortischen in Schulen verwendet wird. | 415.1.1 |
| 30 mA | Mobile Geräte, die im Freien verwendet werden, müssen durch einen FI-Schutzschalter mit einem Bemessungsfehlerstrom von höchstens 30 mA geschützt sein. | 411.3.3(ii) 514.1.1 |
| In Bereichen mit Badewanne oder Dusche müssen alle Stromkreise des Bereichs durch einen oder mehrere FI-Schutzschalter mit einem maximalen Stromfluss von 30 mA geschützt werden. Beachten Sie, dass die Anforderung „des Bereichs“ gilt; in der Praxis bedeutet dies, dass die Leitungen das Badezimmer versorgen oder durch dieses verlaufen und nicht auf Stromkreise innerhalb der Zonen beschränkt sind. | 701.411.3.3 | |
| Steckdosen für den Gebrauch durch Laien zur allgemeinen Verwendung. | 411.3.3(i) | |
| 100 mA | Wenn ein RCD installiert wird, weil die Impedanz der Erdschlussschleife für den Fehlerschutz zu hoch ist, d. h. die Abschaltzeit kann von der Überstromschutzeinrichtung nicht eingehalten werden. | 411.5.3 |
| 300 mA | Brandschutzzwecke in landwirtschaftlichen und gärtnerischen Betrieben. | 705.422.7 |
| Einstellbar ?2000 mA | Geräte mit einem Restbetriebsstrom von 2 A oder mehr werden manchmal in bestimmten Industrie- und Verteilungsanwendungen oder zur temporären Stromversorgung für Unterhaltungszwecke eingesetzt. Der Entwickler muss um Rat gefragt werden. | 31-02-10 |
| Alle Einstellmethoden und -mechanismen dürfen für normale, nicht qualifizierte oder nicht eingewiesene Personen unzugänglich sein. | 531.2.10 |
3.1 Unerwünschter Betrieb
Ein unerwünschtes Ansprechen von RCDs kann auftreten, wenn ein Schutzleiterstrom dazu führt, dass der RCD unter fehlerfreien Bedingungen anspricht, d. h. die Akkumulation von Schutzleiterströmen, die von Schaltnetzteilen von Computern entwickelt werden, z. B. zu viele Computer an einem Stromkreis. Ein RCD muss so ausgewählt und die Stromkreise so unterteilt werden, dass ein während des normalen Betriebs der angeschlossenen Last(en) zu erwartender Schutzleiterstrom wahrscheinlich kein unnötiges Ansprechen des Geräts verursacht (siehe Vorschrift 531.2.4). Ein solches Ansprechen kann in Stromkreisen mit Heizelementen von Kochgeräten usw. auftreten, wo Elemente in kaltem Zustand durch mangelhafte Dichtungen eine kleine Menge Feuchtigkeit aufnehmen können. Unter Spannung bietet diese Feuchtigkeit einen leitfähigen Pfad für den Stromfluss und kann den RCD ansprechen lassen. Die Feuchtigkeit trocknet aus, wenn sich das Element erwärmt. Obwohl es in BS 7671 nicht ausgeschlossen ist, ist die Verwendung eines RCD in solchen Stromkreisen nicht vorgeschrieben, die Anforderungen der Verordnungen müssten jedoch dennoch erfüllt werden, d. h. Kabel in Wänden, Verordnung 522.6.101.
3.2 Diskriminierung
Bei Reihenschaltung von zwei oder mehr RCDs muss gegebenenfalls eine Selektivität gewährleistet sein, um Gefahren zu vermeiden (siehe Regel 531.2.9). Bei einem Fehler ist die Selektivität erreicht, wenn das dem Fehler elektrisch am nächsten gelegene Gerät aktiviert wird und keine weiteren, weiter vorgeschalteten Geräte beeinflusst. Selektivität ist erreicht, wenn
S-Typen (selektiv) werden in Verbindung mit nachgeschalteten RCDs allgemeiner Bauart verwendet. Der S-Typ verfügt über eine integrierte Zeitverzögerung und bietet Unterscheidung, indem er den Fehler für einen festgelegten Zeitraum ignoriert, sodass empfindlichere nachgeschaltete Geräte den Fehler beheben können. RCDs des S-Typs oder RCDs mit einem Bemessungsfehlerstrom IΔn über 30 mA dürfen nicht als zusätzlicher Schutz verwendet werden.
4. Kennzeichnung
In der Vorschrift 514.12.2 wird der Hinweis festgelegt, der an einer gut sichtbaren Stelle am oder in der Nähe des Installationsanfangs angebracht werden muss, wenn für eine Installation ein Fehlerstromschutzschalter erforderlich ist:
5. Testen
RCDs müssen geprüft werden; die Anforderungen sind in den folgenden Vorschriften festgelegt:
- Die Wirksamkeit des RCD muss durch einen Test überprüft werden, der einen entsprechenden Fehlerzustand simuliert und unabhängig von einer im Gerät integrierten Testeinrichtung oder Testtaste ist (siehe Vorschrift 612.13.1).
- Wenn ein RCD mit einem Bemessungsfehlerstrom IΔn von höchstens 30 mA verwendet wird, um zusätzlichen Schutz zu bieten, darf die Auslösezeit bei einem Fehlerstrom von 5 IΔn 40 ms nicht überschreiten (siehe Vorschrift 415.1.1).
Die Prüfungen werden auf der Lastseite des RCD zwischen dem Außenleiter des geschützten Stromkreises und dem zugehörigen CPC durchgeführt. Vor der Prüfung sollten alle Verbraucher und Geräte abgeklemmt werden.
5.1 Prüfumfang
Obwohl die folgenden Tests keine spezifische Anforderung der Norm BS 7671:2008(2013) sind, wird ihre Durchführung empfohlen:
| Gerät | Einstellung des Geräteteststroms | Zufriedenstellendes Ergebnis |
|---|---|---|
| Allzweck-RCDs nach BS 4293 und RCD-geschützte Steckdosen nach BS 7288 | 50 % des Betriebsstroms | Das Gerät sollte nicht funktionieren |
| 100 % des Betriebsstroms | Das Gerät sollte in weniger als 200 ms ansprechen. Wenn der RCD eine absichtliche Zeitverzögerung enthält, sollte er innerhalb eines Zeitbereichs von 50 % der Nennzeitverzögerung plus 200 ms bis 100 % der Nennzeitverzögerung plus 200 ms auslösen. | |
| Allzweck-FI-Schutzschalter nach BS EN 61008 oder RCBOs nach BS EN 61009 | 50 % des Betriebsstroms | Das Gerät sollte nicht funktionieren |
| 100 % des Betriebsstroms | Das Gerät sollte in weniger als 300 ms ansprechen, es sei denn, es handelt sich um ein selektives Gerät vom Typ S, das eine absichtliche Zeitverzögerung beinhaltet. In diesem Fall sollte es innerhalb eines Zeitbereichs von 130 ms bis 500 ms auslösen. | |
| Geräte mit zusätzlichem Schutz IΔn ≤ 30 mA | Prüfstrom bei 5 Iδn. Die maximale Prüfzeit darf 40 ms nicht überschreiten, es sei denn, das Schutzleiterpotential überschreitet 50 V nicht. (Der Gerätelieferant berät hinsichtlich der Einhaltung). | Das Gerät sollte in weniger als 40 ms betriebsbereit sein. |
5.2 Integriertes Prüfgerät
Jeder RCD verfügt über eine integrierte Prüfvorrichtung. Mit dieser Vorrichtung können die mechanischen Teile des RCD durch Drücken der Taste „T“ bzw. „Test“ überprüft werden.
6. Prüfgerät
Das zur Prüfung von RCDs verwendete Prüfgerät muss den gesamten Prüfstrombereich mit der in BS EN 61557-6 angegebenen Genauigkeit im Betrieb anwenden können. Diese Messgenauigkeit berücksichtigt die Auswirkungen von Spannungsschwankungen um die Nennspannung des Prüfgeräts. Um die Funktion des RCDs zu überprüfen und die Gefahr während der Prüfung zu minimieren, sollte der Prüfstrom nicht länger als 2 Sekunden angelegt werden. Geräte gemäß BS EN 61557-6 erfüllen die oben genannten Anforderungen.
