Selektiver FI-Schutzschalter: Aufbau, Zweck, Anwendungsbereich + Schema und Anschlussnuancen

Unter der Vielfalt der Schutzgeräte gibt es die selektive FI-Schutzschaltung, die von Fachleuten als praktische und optimale Schutzlösung angesehen wird. Was zeichnet diese Geräteart gegenüber anderen aus derselben Gruppe aus?

Welche Eigenschaften hat ein selektives Gerät und wie hoch ist seine Empfindlichkeit? Versuchen wir, das mit einer kleinen Übersicht in diesem Bereich zu klären.

Zweck und Funktionsprinzip

Relaisgeräte für elektrische Netze, die dazu bestimmt sind, Schutz bei direktem Berühren in Gefahrenzonen sowie den Geräteschutz zu gewährleisten, werden in verschiedenen konstruktiven Ausführungen angeboten.

Besonderheiten selektiver Geräte

Ein charakteristisches Merkmal des selektiven Geräts ist das Vorhandensein einer Zeitverzögerungsfunktion für die Abschaltung des Stromkreises, der die Last versorgt.

Normalerweise übersteigt dieser Parameter 40 ms – das bedeutet, dass selektive Geräte nicht für den Schutz vor direktem Berührungsschaden ausgelegt sind.

Die Palette der Geräte, die zum Schutz beim Betrieb elektrischer Netze verwendet werden, bietet eine breite Auswahl. Praktisch alle Arten von FI-Schutzschaltungen können in einphasigen oder dreiphasigen Netzen eingesetzt werden.

Zu den Merkmalen selektiver Geräte gehört auch ihre gute Stabilität in Bezug auf die Reaktion auf Strom- und Spannungsspitzen. Dank dieser Eigenschaft wird das Risiko von Fehlauslösungen und damit von Abschaltungen des Stromkreises nahezu vollständig ausgeschlossen. Was Selektivität von Leitungsschutzschaltern ist, wird in diesem Material ausführlich erläutert.

In der Regel werden in der Praxis Geräte mit einem Nennstrom zwischen 25 und 100 A verwendet. Dabei liegt der Differenzstrom im Bereich von 0,1 bis 0,3 A.

Es werden zwei- und vierpolige Ausführungen des Geräts hergestellt. Jede Art wird aktiv in verzweigten Kaskadenschaltungen eingesetzt.

Funktionsprinzip und Aufbau der FI-Schutzschaltung Typ S

Die Besonderheiten selektiver Geräte beschränken sich auf die oben genannten.

Im gesamten übrigen konstruktiven Funktionsumfang gibt es praktisch keinen wesentlichen Unterschied zwischen selektiven Geräten und allgemeinen Schutzeinrichtungen.

Das Funktionsprinzip der Module verfolgt ein einziges Ziel – mögliche Stromlecks zu verhindern, die eine potenzielle Gefahr für die Benutzer verschiedener elektrischer Geräte darstellen. Auch selektive Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen (FI-Schalter) wirken darauf hin, Schäden an der Technik zu verhindern.

Das Funktionsprinzip bleibt entsprechend standardmäßig – anwendbar auf alle Schutzgeräte der Gruppe der FI-Schutzschalter:

1. In der Konstruktion befindet sich ein Differenzialtransformator.
2. Mithilfe des Transformators werden die Kontrollströme verglichen.
3. Die Differenz wird an das empfindliche Element weitergegeben.
4. Wenn die Differenz den eingestellten Kontrollparameter überschreitet, erfolgt eine Abschaltung.

Das ist im Großen und Ganzen das gesamte Funktionsprinzip. Allerdings sollte noch eine Besonderheit erwähnt werden, nämlich die Abhängigkeit der Geräte von der Spannungsversorgung.

In der Praxis werden zwei konstruktive Varianten von selektiven FI-Schutzschaltern (und auch von allgemeinen) verwendet. Eine Variante erfordert eine externe Spannungsversorgung, die andere kommt völlig ohne diese aus.

Ein vierpoliges Modul, eingebaut in ein einphasiges Spannungsnetz. Die Schaltung erfolgt nach einer traditionellen Lösung, bei der ein Hauptleitungsschutzschalter, ein Stromzähler und danach ein selektiver FI-Schutzschalter verwendet werden.

Es ist verständlich, dass Konstruktionen von Schutzgeräten, die keine externe Versorgungsschaltung benötigen, zuverlässiger erscheinen als solche, die eine Energiequelle für ihre Wirksamkeit benötigen.

Da der Differenzialtransformator im Wesentlichen das dominierende Element der Konstruktion ist, werden an dieses Bauteil des FI-Schutzschalters besondere Anforderungen gestellt.

Der Magnetkern des Differenzialtransformators muss eine strenge lineare Magnetisierungskennlinie aufweisen.

In etwa so laufen die Vorgänge im Inneren des Magnetkerns eines selektiven FI-Schutzschalters und der Stromfluss durch die vorhandenen Arbeitswicklungen ab. Durch die Änderung der Stromwerte jeder Leitung wird der Leckfaktor überwacht.

Die Temperatureigenschaften des Magnetkerns müssen einen qualitativ hochwertigen Betrieb in einem weiten Temperaturbereich gewährleisten. Daher wird für die Herstellung dieses Elements ein spezielles Material verwendet – amorphes Eisen oder ein ähnliches.

Weitere Teile der Konstruktion eines selektiven FI-Schutzschalters sind empfindliche magnetoelektrische Relais – Direktwirkungselemente, die oft als Schwellwertorgane bezeichnet werden.

In manchen Konstruktionen werden die Relais durch Elektronik ersetzt, aber das Prinzip bleibt dasselbe.

Normal- und Störungsbetrieb

Beim Betrieb eines FI-Schutzschalters vom Typ S führen die Leiter, die den elektrischen Stromkreis im Magnetfeld des Kerns bilden, solange gleiche Nennlastströme, bis ein Leckstrom (Differenzstrom) festgestellt wird.

Ein Schema, das die internen Prozesse des selektiven Moduls im Betrieb des Geräts im Arbeitsmodus anschaulich darstellt. Die erforderliche Empfindlichkeit wird durch die Einstellung des Abschaltstroms gewährleistet.

Durch diese gleich großen Ströme werden im Inneren des Kerns magnetische Felder mit entgegengesetzter Wirkung induziert.

Ihr Gesamtfluss ist gleich Null, was das Fehlen eines Stroms in der Sekundärwicklung des Differenzialstromwandlers (DT) erklärt. Sein Nullstrom hat keinen Einfluss auf das empfindliche Element der Abschaltung. Der Fehlerstromschutzschalter (FI-Schalter) bleibt eingeschaltet.

Andernfalls, wenn die beschriebene Anordnung gestört wird, wird auch das Stromgleichgewicht gestört. Infolgedessen entsteht in der Sekundärwicklung des DT ein Strom einer bestimmten Größe.

Sobald dieser Wert den Schwellwert des Auslöseelements des selektiven Schutzgeräts überschreitet, löst es aus. Dadurch wird das ausführende Verriegelungssystem aktiviert – die Abschaltung der Laststromkreise. Der FI-Schalter schaltet ab und trennt den Lastkreis.

Traditionelle Anwendungsbereiche des Geräts

Wie oben erwähnt, wird diese Modifikation von Schutzgeräten nicht zum Schutz vor direktem Kontakt verwendet.

Häufig werden die Geräte als Blockierschutz für den Fall eines möglichen Brandes der elektrischen Verkabelung oder von Systemmechanismen eingesetzt.

Direkter Kontakt mit Geräten, insbesondere Haushaltsgeräten, ist eine übliche Erscheinung. Im Falle eines Stromlecks kann ein solcher Kontakt jedoch schwerwiegende Folgen haben. Vor direktem Kontakt bei einem Leck schützt der FI-Schalter vom Typ S nicht, aber dafür gibt es andere Gerätetypen.

Dieselben FI-Schalter werden als Schutzmittel gegen Kurzschluss in Stromversorgungskreisen wertvoller, teurer Anlagen/Geräte/Maschinen oder in Stromversorgungskreisen wichtiger technologischer Systeme eingesetzt.

Üblich ist der Einsatz von Geräten des selektiven Typs beim Aufbau komplexer kaskadierter elektrischer Schaltungen, bei denen an jeder Verzweigung Lasten unterschiedlicher Art mit unterschiedlichen Strömen angeschlossen sind.

Kaskadierte Schaltungslösung für die Verkabelung des Stromnetzes unter Verwendung von Schutzmodulen des selektiven Typs. Eine der gängigen Varianten, die bei der Elektrifizierung von Wohngebäuden eingesetzt werden.

Bei einer solchen Konfiguration des Stromverteilungssystems mit selektiven Geräten wird ein zuverlässiger Schutz einzelner Abschnitte gewährleistet.

Und auch jeder einzelne FI-Schalter ermöglicht im Fehlerfall eine schnelle Fehlererkennung.

Anschlusspläne für die selektive FI-Abschaltung

Eigentlich haben die Schaltungslösungen in diesem Fall theoretisch keine Besonderheiten, die sie vom Aufbau von Schaltungen mit anderen Gerätetypen der Gruppe unterscheiden würden.

Eine andere Frage ist, in welcher Reihenfolge man beispielsweise die selektive Abschaltung und die Abschaltung bei direktem Kontakt einschalten sollte.

Typische Ausführung des Geräts, mit dem die Stromversorgung bei Leckstrom und direktem Berühren blockiert wird. Die Einstellung des Auslösestroms beträgt in der Regel mindestens 30 mA.

Betrachtet man das selektive Abschaltgerät in einer Einzelausführung, so ist es in diesem Fall ein Element einer einfachen Schaltung und wird standardmäßig montiert:

1. Zuerst wird der Leitungsschutzschalter installiert.
2. Danach folgt der FI-Schutzschalter Typ S.
3. Dann die Lastschaltung.

Inzwischen wird der Schutz bei den unterschiedlichsten Arten der Nutzung elektrischer Netze eingesetzt.

Zum Beispiel muss eine hohe Betriebssicherheit eines Drehstrommotors gewährleistet werden. Wie kann in diesem Fall der Schutz durch einen selektiven FI-Schutzschalter organisiert werden?

Eine andere Ausführung – das vierpolige Gerät – ist aus Sicht der Konfigurationsmöglichkeiten der elektrischen Verkabelung bequemer. Mit diesem Modul lässt sich die Erdungsschiene leichter handhaben.

Hier eignet sich erfolgreich ein vierpoliges Gerät, mit dem sich eine Schutzschaltung gegen Kurzschluss der Wicklungen organisieren lässt.

Der Anschluss erfolgt ebenfalls über einen Zwischenstecker des FI-Schutzschalters. Das heißt, zuerst wird der Schutzschalter eingeschaltet, an zweiter Stelle kommt der selektive Schutz, an dritter der Elektromotor.

Variante einer Schaltungslösung mit Elektromotor. Eine einfache und ziemlich effektive Lösung zum Schutz des Motors vor möglichen Phasenschlüssen oder Körperschlüssen.

Eine einphasige Schaltung für Standardanwendungen wie Beleuchtung und Stromversorgung kann recht einfach konstruiert werden, indem man ein zweipoliges Gerät und mehrere Leitungsschutzschalter verwendet.

Die Verteilung einphasiger Leitungen in jeden einzelnen Raum erfolgt über Leitungsschutzschalter, die mit der vom Schutzgerät kommenden Phase versorgt werden.

Dies ist sozusagen eine klassische Schaltungslösung, die in den meisten Fällen von Bewohnern kommunaler Wohnungen, Hauseigentümern und Villenbesitzern genutzt wird.

Klassische Schaltungsvariante mit einem Gerät zur Stromschutzabschaltung für die Verteilung mehrerer Stromkreise. Übliche Lösung in Häusern alter Bauweise, in denen keine Erdungsschiene vorgesehen war.

Moderne Wohnprojekte sehen die Organisation von Schaltungen mit zwingender Erdungsschiene vor. Daher sind für solche Lösungen geringfügige Änderungen/Ergänzungen des Verteilungsplans typisch.

Insbesondere wird der Erdungsleiter (PE) zu einem zusätzlichen Element der Verteilung, das ebenso integraler Bestandteil ist wie die Nullschiene.

Eine alternative Schaltungslösung mit derselben sektoralen Verkabelungsvariation und Verwendung derselben Geräte. Nur in dieser Variante wird bereits eine Erdungsschiene verwendet. Ein solches Beispiel erscheint hinsichtlich des Schutzes effektiver.

In Wohnungen, Häusern und Villen sind selektive Schutzgeräte eine obligatorische Ergänzung des Wohnungsverteilers, wenn Bewohner Haushaltsgeräte nutzen:

• Waschmaschine;
• Geschirrspüler;
• leistungsstarker Elektroherd (Ofen).

Zudem fungiert dieser Gerätetyp (selektiv) in der Regel als zweite Schutzstufe, während auf der ersten Stufe RCDs mit Abschaltung bei direktem Kontakt wirken.

Das heißt, es findet eine Gruppenschaltung der Geräte statt, und dies ist eine wirklich effektive Option in Bezug auf die Sicherheit des Betriebs von Haushaltsstromnetzen.

Anschlussnuancen bei Modulen vom Typ S

Im Wesentlichen sind die Nuancen dieselben wie bei dem Anschlussprozess von Standard-Schutzgeräten.

Die Klemmen jedes Geräts haben eine bestimmte Bestimmung (Phase, Nullleiter) und sind entsprechend gekennzeichnet.

Die Klemmleisten am Schutzgerät und die Bezeichnungen für den Anschluss von elektrischen Leitungen. Ebenfalls gezeigt ist die Bezeichnung der Taste zur Durchführung des Testvorgangs auf korrekte Auslösung des RCD.

Bei der Montage ist eine Änderung der Positionen der Klemmen in Bezug auf ihre Bestimmung gegenüber den Stromversorgungskreisen nicht zulässig.

Wenn anstelle der Phase die Nullschiene angeschlossen wird – das ist zumindest eine Aussicht auf den Ausfall des Geräts selbst. Es ist äußerst schwierig, die beiden Punkte zu verwechseln, aber in der Praxis kommt das vor.

Eine weitere Nuance – die Einstellung des Moduls auf den bestehenden Stromkreis hinsichtlich der Grenzstromabschaltung.

Wenn die Konstruktion keine Einstellungsmöglichkeiten für den Strom vorsieht, sollte das Gerät entsprechend den technischen und betrieblichen Eigenschaften richtig ausgewählt werden.

Schließlich ist ein obligatorischer Aspekt des Anschlusses das Testen des Geräts im Modus der Stromversorgung in den Lastkreis.

Diese Funktion ist einfach und erfordert nur eine Aktion – das Betätigen einer speziellen Taste, die auf dem Gehäuse/in der Dokumentation als „Test“ gekennzeichnet ist.

Fazit und nützliche Videos zum Thema

Eine zugängliche und verständliche Videoerklärung zur Selektivität der Arbeit des Schutzgeräts:

Das Video zeigt die Praxis des Einschaltens einer Gruppe von Geräten in den Stromkreis und die tatsächliche Wirkung der Geräte in Notsituationen:

Es gibt oft Überlegungen zur Einfachheit des Anschlusses eines RCD an das Stromnetz eines Privathauses. Mit diesen Überlegungen wird oft empfohlen, diese Arbeit selbst zu erledigen. Das Motiv ist bekannt – Geld sparen. Es ist jedoch nicht die beste Wahl, an der eigenen Sicherheit zu sparen. Daher sollten solche Arbeiten zur Montage eines selektiven Schutzgeräts immer von einem professionellen Elektriker durchgeführt werden.

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