Fehlerstrom-Schutzschalter
Der Fehlerstromschutzschalter, kurz FI-Schalter (F für Fehler, I für das Formelzeichen des Stroms), engl. RCD oder Residual Current protective Device genannt, ist eine Schutzeinrichtung in Stromnetzen, die den angeschlossenen, überwachten Stromkreis vom restlichen Stromnetz abtrennt, wenn Strom den überwachten Stromkreis auf falschem Weg verlässt. Er wird normalerweise im Sicherungskasten, zusätzlich zu den Überstromschutzorganen (Leitungsschutzschalter, Schmelzsicherungen) installiert.
Die Funktion des FI-Schalters basiert auf einem Summenstromwandler, der alle vom und zum Verbraucher fließenden Ströme addiert. Wird im Fehlerfall an einem Verbraucher ein Strom gegen Erde abgeleitet, so ist im Summenstromwandler die Summe von hin- und zurückfliessendem Strom nicht mehr Null: es entsteht eine Stromdifferenz (, sprich: Delta I), die zur Auslösung des FI-Schalters und damit zur Abschaltung der Stromzufuhr führt. Der Summenstromwandler besteht aus einem Ringkern gewickelt aus kristallinem oder nanokristallinem weichmagnetischem Band. Ferritkerne sind wegen der zu geringen Permeabilität nicht zu gebrauchen. Um die notwendige Energie für das Auslösen des FI-Schalters zu erreichen sind Ringbandkerne mit einer gewissen Größe beziehungsweise Masse notwendig. Typische Abmessungen: Außendurchmesser ca. 25 mm, Innendurchmesser ca. 15 mm, Höhe 20 mm, Typisches Gewicht 40 g.
Handelsüblich sind FI-Schalter für Auslöseströme von 10 mA, 30 mA, 100,mA, 300 mA, 500 mA (500mA - Type veraltet)
In Europa (bis auf GB) sind netzstromunabhängige FI-Schutzschalter vorgeschrieben. Die dahinterstehende Sicherheitsphilosophie stellt die Zuverlässigkeit von Verstärkerschaltungen auf Basis von Halbleitern in Frage, welche in den einfacheren und kleineren elektronischen DI-Schaltern im englischsprachigen Raum zur Anwendung kommen. Das Risiko, dass wegen einem Transistor-Ausfall der DI im Fehlerfall nicht mehr funktioniert, entfällt bei den passiven Ausführungen in Europa.
Voraussetzung zum Einsatz des FI-Schalters ist ein TN-S-Netz, (das heißt ein Netz, bei dem der Neutralleiter und der geerdete Schutzleiter getrennt geführt sind, die Trennung kann aber auch unmittelbar vor dem FI-Schalter erfolgen: TN-C-S-Netz) oder ein TT-Netz.
In Deutschland wird bei Neubau und Modernisierung ein FI-Schalter mit 30 mA vor allem in Feuchträumen und im Außenbereich von der VDE verlangt. Die Schutzwirkung ist unbestritten, ein FI-Schalter mit 300 mA wird als Brandschutz oft für das Haus eingesetzt und wird von einigen EVU sogar vorgeschrieben, wenn die Hauseinspeisung nicht über Erdkabel, sondern über Dachfreileitungen erfolgt.
Seit einiger Zeit sind Ausführungen pulsstromsensitiver FI-Schultzschalter auf dem Markt, die zusätzlich zu Wechselströmen auch pulsierende Gleichströme erfassen und somit den auftretenden Bedingungen bei modernen elektrischen Verbrauchern Rechnung tragen (Allstromsensitiv). Diese zusätzliche Sensibilität wird durch spezielle Magnetwerkstoffe für die eingesetzten Ringbandkerne erreicht. Hierbei regelt die DIN VDE 0664 das Umfeld.
Bei 230 V werden durch den durchschnittlichen menschlichen Körper bei voller Spannung nur rund 80 mA fließen, das ist genug für einen tödlichen Ausgang, bedeutet aber auch, dass nur die FI-Schalter mit 10 und 30 mA wirksamen Personenschutz liefern. Die größeren Modelle sind als Brandschutz und der Realisierung einer Schutzmaßnahme bei problematischen Erdungsverhältnissen in TT-Netzen gedacht.
Einsatzbereich
Der Einsatz von FI-Schutzschaltern wird heute in vielen Ländern im Haushaltsbereich für Steckdosen in Feuchträumen, wie zum Beispiel Badezimmer, sowie für Steckdosen im Außenbereich von den einschlägigen Normen (z.B. DIN VDE oder ÖVE) verlangt. Dazu zählen auch Innensteckdosen, an denen Geräte im Freien betrieben werden. Für Altbauten gibt es einen Bestandschutz. Das heißt, wenn die Anlage zum Zeitpunkt ihrer Errichtung den damals geltenden Normen und Richtlinien entsprochen hat, darf sie weiter betrieben werden.
Unter folgenden Umständen ist aber kein Bestandsschutz gegeben und die Nachrüstung eines FI-Schutzschalters unumgänglich:
- wesentliche Änderungen an der Installation
- neue Normen, die die Nachrüstung fordern, TAB beachten !
- abgelaufene Übergangsfristen
- unmittelbare Gefahren für Personen und Sachwerte
Sinnvoll ist der FI-Schalter in jedem Fall im Kinderzimmer und für Arbeitssteckdosen in der Küche. In TT-Netzen muss die gesamte Niedersapnnungs-Installation geschützt werden. Im Neubaubereich spricht heute nichts mehr dagegen, die komplette Stromversorgung abzusichern. Allerdings sollte genau abgewogen werden, ob es wirklich sinnvoll ist, bei Gerätedefekten auch gleich die komplette Beleuchtungsanlage einer Wohnung mit abzuschalten. Dies kann unter Umständen hinderlich sein, so dass man die per RCD geschützten Stromkreise eingrenzen sollte. Bei der Nachrüstung von Altbauwohnungen müssen falsche Verdrahtungen gefunden werden, bei denen beispielsweise in Steckdosen oder Durchlauferhitzern Strom über die Schutzleiter statt über den Neutralleiter abfließt. Dies würde zu Fehlauslösungen des FI-Schalters führen, deren Ursache teilweise schwer einzugrenzen ist.
Auch in der Landwirtschaft müssen, insbesondere bei Tierhaltung, Fehlerstromschutzschalter verwendet werden.
Abschaltungen von Schutzschaltern können aber auch externe Gründe haben, beispielsweise Überspannungen durch Blitzschläge in Freileitungen. Dies kann oft zu unangenehmen Nebenwirkungen führen, wie Abschaltungen von Heizungen oder Kühlanlagen, obwohl kein Fehler in der eigenen Anlage vorliegt. Aus diesem Grund werden in den letzten Jahren auch Schutzschalter gebaut, die zwei bis dreimal selbständig in einem kurzen Abstand nochmals die Spannung aufschalten. Erst wenn der Fehler trotzdem auftritt, bleiben sie endgültig abgeschaltet. Dieses Modell ist vor allem für ferngesteuerte Anlagen von Interesse, wo kein Personal vor Ort ist und nur zum Einschalten vor Ort fahren müsste.
Mit der am FI-Schalter von vorn zugänglichen Test-Taste (T) kann der Fehlerfall simuliert werden, und man hat die Möglichkeit die ordnungsgemäße Funktion regelmäßig (mind. alle 6 Monate) zu überprüfen, Hersteller empfehlen sogar eine monatliche Prüfung.
Historisches
Entwickelt wurde der Fehlerstromschutzschalter von dem Österreicher Gottfried Biegelmeier im Jahr 1957 und der damaligen Firma Felten & Guillaume, der heutigen Firma Moeller in Schrems in Niederösterreich. In Österreich wurde er gesetzlich im Jahr 1980 auch in den Haushalten vorgeschrieben.
Seit dem Inkrafttreten der NIN 2005 kann der obige Artikel 1:1 auch für CH-Vorschriften übernommen werden.