FI-Schalter sind die Lebensversicherung im Bereich des ... · lung allerdings ein pulsierender...

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Elektrotechnik 3/09 | 17 Monatsthema FI-Schalter sind die Lebensversicherung im Bereich des elektrischen Stroms RCD-Technik und Spezialitäten Schon in der Ausbildung wird gepaukt: Die Sicherung schützt die Leitung, der FI-Schalter den Menschen. Ein FI-Schal- ter schützt nicht vor dem Entstehen einer unzulässig hohen Berührungsspannung, aber vor dem Bestehenbleiben. In der EU ist die englische Bezeichnung RCD ( Resi- dual Current Protective Device, wört- lich Reststromschutzgerät ) die Norm und daher auch in der deutschen Fachsprache üblich. Das Prinzip des RCD ist schon mehr als 100 Jahre alt. Er wurde 1903 von Schuckert unter der Bezeichnung Summenstromschaltung zur Erdschlusserfas- sung patentiert. In der Schweiz sind laut NIN2005 4.7.2.3.1-8 RCD mit maximal 30 mA vorgeschrieben für Bade- und Duschenräume, Steckdosen im Freien, feuchte und nasse Räume, korrosive Umgebungen und explosionsfähige At- mosphären, Baustellen, Messeplätze, Jahrmärkte, Festplätze, elektrische Ver- suchsanordnungen für Steckdosen 32 A. RCD haben sich in den letzten Jahren zu ausgeklügelten Geräten ent- wickelt. Im Zusammenhang mit elekt- ronischen Lasten ist ihr Einsatz nicht unproblematisch und es lohnt sich des- halb, eine Auffrischung des Wissens vorzunehmen. Auf das Prinzip des RCD gehen wir kurz ein, damit wir die Prob- lematik verschiedener Lasten erklären können. Bei 230 V fliessen durch den menschlichen Körper rund 230 mA, weil der menschliche Körper einen Wi- derstand von rund 1000 aufweist. Wir setzen voraus, dass bekannt ist, dass RCD mit einer Stromauslösestärke von 10 mA und 30 mA dem Personen- Schon in der Lehre müssen Elektroinstallateure die Funktionsweise des FI-Schalters (RCD) erklären können. Die Praxis zeigt allerdings, dass die Handhabung von RCD keineswegs trivial ist, sobald spezielle Lasten mit Elektronik im Einsatz sind. Dieser Beitrag behandelt auch Spezialitäten. Raymond Kleger schutz, Typen mit 300 mA hingegen nur dem Brandschutz dienen. Die ur- sprüngliche Vielfalt von unterschied- lichsten Stromauslösestärken hat sich in der Schweiz auf diese drei Typen redu- ziert; dies gilt nicht für das Ausland. Wir gehen ebenfalls von der bekannten Tatsache aus, dass der Einsatz eines RCD ein TNS-Netz voraussetzt. Dies bedeutet, dass in der Elektroinstallation Neutralleiter und Schutzleiter getrennt geführt sind. Die Trennung kann aber auch unmittelbar vor dem RCD erfol- gen: TNCS-Netz oder ein TT-Netz. Klassischer Summenstromwandler Am Prinzip des einfachen RCD hat sich seit mehr als 100 Jahren nichts geän- dert. Der Summenstromwandler be- steht aus einem Ringkern, gewickelt aus kristallinem weichmagnetischem Band. Der Aussendurchmesser des Ringkerns beträgt etwa 25 mm, der Innendurch- messer rund 15 mm, die Höhe 20 mm, das Gewicht rund 40 g. Fehlerstrom- schutzeinrichtungen vom Typ AC (wechselstromsensitiv) arbeiten nur mit Wechselströmen ohne Gleichanteil. Diese Typen sind in der Schweiz nicht mehr zu- gelassen. Es müssen A-Typen zum Einsatz kommen, diese vertragen auch pulsförmige Gleichströme. In der Sekundärwicklung eines Trafos wird nur dann eine Spannung induziert, wenn der magnetische Fluss im Kern ändert. Bei einem gewöhnlichen Trafo mit einer Primär- und Sekundär- wicklung ist das der Fall, wenn der Primär- strom ändert. Wenn in der Primärwick- 1 1 = Auslösemechanischmus 2 = Sekundärspule 3 = weichmagn. Ringkern 4 = Prüftaste provoziert Fehlerstrom L N 4 1 2 3 2 2 T V 468 1357 A B C D A = Summenstromwandler nach Trafoprinzip für Auslösung nach AC und A B = Elektronischer Summenstromwandler für Auslösung nach AC, A und B C = Elektronischer Verstärker, speist sich aus Netzspannung D = Mechanischer Auslösemechanismus LS + RCD-B 3 1 RCD, kombiniert mit Leitungsschutzschalter von Hager. 2 Prinzip eines RCD. 3 LS, kombiniert mit RCD vom Typ B.

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Elektrotechnik 3/09 | 17

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FI-Schalter sind die Lebensversicherung im Bereich des elektrischen Stroms

RCD-Technik undSpezialitäten

Schon in der Ausbildung wird gepaukt:Die Sicherung schützt die Leitung, derFI-Schalter den Menschen. Ein FI-Schal-ter schützt nicht vor dem Entstehen einerunzulässig hohen Berührungsspannung,aber vor dem Bestehenbleiben. In der EUist die englische Bezeichnung RCD (Resi-dual Current Protective Device, wört-lich Reststromschutzgerät) die Norm unddaher auch in der deutschen Fachspracheüblich. Das Prinzip des RCD ist schonmehr als 100 Jahre alt. Er wurde 1903von Schuckert unter der BezeichnungSummenstromschaltung zur Erdschlusserfas-sung patentiert. In der Schweiz sind lautNIN2005 4.7.2.3.1-8 RCD mit maximal30 mA vorgeschrieben für Bade- undDuschenräume, Steckdosen im Freien,feuchte und nasse Räume, korrosiveUmgebungen und explosionsfähige At-mosphären, Baustellen, Messeplätze,Jahrmärkte, Festplätze, elektrische Ver-suchsanordnungen für Steckdosen�32 A. RCD haben sich in den letztenJahren zu ausgeklügelten Geräten ent-wickelt. Im Zusammenhang mit elekt-ronischen Lasten ist ihr Einsatz nichtunproblematisch und es lohnt sich des-halb, eine Auffrischung des Wissensvorzunehmen. Auf das Prinzip des RCDgehen wir kurz ein, damit wir die Prob-lematik verschiedener Lasten erklärenkönnen. Bei 230 V fliessen durch denmenschlichen Körper rund 230 mA,weil der menschliche Körper einen Wi-derstand von rund 1000 � aufweist. Wirsetzen voraus, dass bekannt ist, dassRCD mit einer Stromauslösestärke von10 mA und 30 mA dem Personen-

Schon in der Lehre müssen Elektroinstallateure die Funktionsweise desFI-Schalters (RCD) erklären können. Die Praxis zeigt allerdings, dass dieHandhabung von RCD keineswegs trivial ist, sobald spezielle Lasten mitElektronik im Einsatz sind. Dieser Beitrag behandelt auch Spezialitäten.

Raymond Kleger schutz, Typen mit 300 mA hingegennur dem Brandschutz dienen. Die ur-sprüngliche Vielfalt von unterschied-lichsten Stromauslösestärken hat sich inder Schweiz auf diese drei Typen redu-ziert; dies gilt nicht für das Ausland.Wir gehen ebenfalls von der bekanntenTatsache aus, dass der Einsatz einesRCD ein TNS-Netz voraussetzt. Diesbedeutet, dass in der ElektroinstallationNeutralleiter und Schutzleiter getrenntgeführt sind. Die Trennung kann aberauch unmittelbar vor dem RCD erfol-gen: TNCS-Netz oder ein TT-Netz.

Klassischer SummenstromwandlerAm Prinzip des einfachen RCD hat sichseit mehr als 100 Jahren nichts geän-dert. Der Summenstromwandler be-steht aus einem Ringkern, gewickelt auskristallinem weichmagnetischem Band.Der Aussendurchmesser des Ringkernsbeträgt etwa 25 mm, der Innendurch-messer rund 15 mm, die Höhe 20 mm,das Gewicht rund 40 g. Fehlerstrom-

schutzeinrichtungen vom Typ AC(wechselstromsensitiv) arbeiten nur mitWechselströmen ohne Gleichanteil. DieseTypen sind in der Schweiz nicht mehr zu-gelassen. Es müssen A-Typen zum Einsatzkommen, diese vertragen auch pulsförmigeGleichströme. In der Sekundärwicklungeines Trafos wird nur dann eine Spannunginduziert, wenn der magnetische Fluss imKern ändert. Bei einem gewöhnlichenTrafo mit einer Primär- und Sekundär-wicklung ist das der Fall, wenn der Primär-strom ändert. Wenn in der Primärwick-

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1 = Auslösemechanischmus2 = Sekundärspule3 = weichmagn. Ringkern4 = Prüftaste provoziert Fehlerstrom

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A = Summenstromwandler nach Trafoprinzip für Auslösung nach AC und A

B = Elektronischer Summenstromwandler für Auslösung nach AC, A und BC = Elektronischer Verstärker, speist sich aus NetzspannungD = Mechanischer Auslösemechanismus

LS +RCD-B

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1 RCD, kombiniertmit Leitungsschutzschalter von Hager.

2 Prinzip eines RCD.3 LS, kombiniert mit RCD vom Typ B.

lung allerdings ein pulsierender Gleich-strom fliesst, neigt der Eisenkern in Sätti-gung zu gehen. Bei einem gesättigten

Kern lässt sich aber der magnetische Flusstrotz pulsierendem Primärstrom kaumnoch ändern. Bei einem einphasigen RCD

besteht die Primärwicklung aus zwei bi-filaren Wicklungen. Hier entsteht nurein magnetischer Fluss, wenn die Strö-me in den beiden Primärwicklungenunterschiedlich sind, was beim Auftre-ten eines Fehlerstroms der Fall ist.Auch hier gilt, wenn in der Primärwick-lung ein Gleichstrom vorliegt, gerät derKern in Sättigung und so wird trotz desFehlerstroms in der Sekundärwicklungkeine Spannung induziert und damitlöst ein RCD trotz Fehlerstrom nichtaus. Es gibt nun spezielle Magnetwerk-stoffe, die eine hohe Sättigungsgrenzeaufweisen und damit lösen solche RCDauch bei pulsierenden Gleichströmenaus. AC- und A-Typen arbeiten reinpassiv, benötigen also keine Stromver-sorgung und sind deshalb funktionalganz einfach aufgebaut und damit si-cher. Die Strom führenden Leiter wer-den durch den Kern geführt (Bild 2).Eine höhere Empfindlichkeit lässt sicherzielen, wenn die Leiter L und N inmehreren Schlaufen um den Kern füh-ren. Die Sekundärwicklung diesesTransformators verfügt über sehr vieleWindungen und wird mit dem emp-findlichen Auslösemechanismus ver-bunden. Solange der Verbraucherstromkorrekt über L zum Verbraucher undvon da zurück über N führt, wird dasSummenmagnetfeld im Ringkern Nullund damit in der Sekundärwicklungkeine Spannung induziert. IL treibt imKern z. B. einen Fluss im Uhrzeiger-sinn, IN einen im Gegenuhrzeigersinnund weil beide zeitlich exakt gleichgross sind, entsteht kein Summenfeld-magnetfeld im Eisenkern. Fliesst hinge-gen ein Fehlerstrom zur Erde, sind IL

und IN nicht mehr gleich gross, es ent-steht im Kern ein magnetischer Fluss,damit eine Spannung in der Sekundär-wicklung und der RCD unterbricht denStromkreis. So weit muss ein Lehrlingden RCD verstanden haben und dieFunktionsweise erklären können. Mitdem Einzug von Dimmern, Gleichrich-tern, Sanftanlaufgeräten, Frequenzum-richtern und vielem mehr wird es mitder Funktion eines RCD komplizierter.Bei speziellen Lasten können annä-hernd reine Gleichströme fliessen undhier ist jeder konventionelle RCDüberfordert. In solchen Fällen müssenRCD vom Typ B zum Einsatz gelangen,sogenannte allstromsensitive RCD. Be-vor wir den allstromsensitiven RCDvorstellen, müssen wir aber noch einegenaue Definition abgeben, was dieNormen unter Wechselstrom, pulsie-rendem Gleichstrom und glattemGleichstrom verstehen (Tabelle 1).

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Einphasig

PE

Einphasig mit Glättung

iLL iF

N

PE

Vollbrückenschaltung

iL

iF

PE

Drehstrom-Sternschaltung

iLL1 iF

PE

Drehstrom-Vollbrücke

L3

L2

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PE

Prinzip Frequenzumrichter und Drehstrom-USV

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Phasenanschnitt

iL

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Form Belastungsstrom

Form Fehlerstrom

Prinzipschaltung mitFehlerquelle

Typ RCD

AC A B

iLL

iF

N

PE

iLL

iF

N

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RCD-Typ Sensitivität für Differenz-/Fehlerströme Symbol

AC Reine Wechselfehlerströme mit geringem Oberwellen-anteil, d. h. sinusförmige Fehlerströme, deren Mittelwert über eine Periode der Netzfrequenz null ist.

A Fehlerströme vom Typ AC und pulsierende Gleich feh ler-ströme, deren Augenblickswert mindestens für die Dauer einer halben Periode der Netzfrequenz näherungs-weise null (< 6mA) ist.

B Fehlerströme vom Typ A (d. h. auch AC bis 1000 Hz), pulsierende sowie glatte GleichfehlerströmeTabelle 1

Definition der verschiedenen Ströme.

4 Verschiedenste Lasten und der passende RCD.

Allstromsensitiver FIIn Europa (bis auf GB, Irland und Holland) sind ausschliesslichnetzstromunabhängige RCD vorgeschrieben. Die dahinterstehendeSicherheitsphilosophie stellt die Zuverlässigkeit von Verstärker-schaltungen auf Basis von Halbleitern in Frage, welche in den elek-tronischen FI-Schaltern zur Anwendung gelangen. Das Risiko, dasswegen eines Transistorausfalls der RCD im Fehlerfall nicht mehrfunktioniert, entfällt bei den passiven Ausführungen. Nun ist esaber mit entsprechendem Aufwand möglich, auch allstromsensitiveRCD sicher zu konstruieren. Dies gelingt, wenn man nicht alleinauf die Elektronik vertraut, sondern die klassische Summenstrom-wandler-Technik, kombiniert mit dem elektronischen Summen-stromwandler. Einen allstromsensitiven RCD vom Typ B nach die-ser Technik zeigt Bild 3. Der klassische Summenstromwandlerarbeitet rein passiv und benötigt keine Stromversorgung, die Se-kundärwicklung des Summenstromwandlers greift direkt auf denmagnetischen Auslöser zu. Die Elektronik des allstromsensitivenSummenstromwandlers greift parallel auf den magnetischen Auslö-ser zu. Es ist deutlich zu erkennen, dass der elektronische Summen-stromwandler eine Stromversorgung benötigt. Diese ist so ausge-legt, dass selbst eine Phase mit nur noch 50 V genügt, um dieElektronik mit Strom zu versorgen. Der elektronische Summen-stromauslöser ist in der Lage, auch bei einem reinen Gleichstromauszulösen, sofern der Summenstrom im Ungleichgewicht ist. Esdürfte wohl selbstverständlich sein, dass hier elektronische Kompo-nenten zum Einsatz gelangen, die über eine geringe Alterung verfü-gen, sofern das Netz nicht mit unzulässigen Überspannungen be-lastet ist.

Unterschiedlichste LastenBild 4 zeigt verschiedenste «elektronische» Lasten. Es genügen eineDiode, ein Kondensator und ein ohmscher Verbraucher und schonfliesst ein pulsierender Gleichstrom. Der ursprüngliche klassischeRCD (Typ AC) löste bei solchen Fehlerströmen nicht aus, weil dasBlech des Ringkerns in Sättigung geriet. Abhilfe brachte hier einRCD vom Typ A (IEC 60755). Zur Provozierung eines reinenGleichstroms, der dann auch im RCD fliesst, kommen nur Ver-braucher mit Drehstromanschluss in Frage. Der Fall 5 ist typischfür Drehstromgleichrichter, Frequenzumrichter (FU) bei Motorenab etwa 2 kW Leistung und USV (Unterbrechungsfreie Stromver-sorgung) für Leistungen ab 2 kVA. Die Drehstromspannung wirdgleichgerichtet und auf einen Kondensator gebracht; man spricht hiervon der Zwischenkreisspannung. Diese Gleichspannung verwandeltder Wechselrichter wieder in eine Wechselspannung. Findet ein Erd-schluss bei der Gleichspannung (Zwischenkreis) statt, löst nur einRCD nach Typ B aus. Netzteile, Dimmer (Abschnitt oder An-schnitt), Leuchtstoffröhren-Vorschaltgeräte, FU, USV und andereelektronische Geräte mit einphasigem Anschluss provozieren imFehlerstromfall einen pulsierenden Gleichstrom oder auch Wech-selstrom und hier lösen RCD vom Typ A aus. Hingegen haben pas-siv wirkende RCD mit Fehlerströmen höherer Frequenz, wie sieklassisch bei FU und USV-Anlagen auftreten, häufig Probleme. DerSummenstromwandler und ihr elektromechanisch aufgebauter Auslö-semechanismus streiken bei zu hohen Frequenzen. Hier helfen nurRCD vom Typ B. Siemens brachte als erster Hersteller bereits 1994den allstromsensitiven RCD Typ B kurzzeitverzögert (K) – auchfür glatte Gleichfehlerströme – auf den Markt.

Aufbau von RCDEinen typischen Aufbau eines RCD zeigt Bild 5. Weil bei Gerätenauch englische Bezeichnungen vermehrt Einzug halten, sind hiernoch die korrekten Abkürzungen und ihre Bedeutung wiedergeben.•FI-Schalter nach EN 61008-1, Abkürzung RCCB (Residual Current

operated Circuit Breaker without integral overcurrent protection).

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• FI/LS-Schalter nach EN 61009-1,Abkürzung RCBO (Residual Currentoperated Circuit Breaker with integralOvercurrent Protection).

•Leistungsschalter mit Fehlerstromauslö-ser nach EN 60947-2,Anhang B, Abkürzung: CBR (CircuitBreaker providing Residual currentprotection).

• Modulare Fehlerstrom- oder Diffe-renzstromschutzeinrichtung, bei derdie Einheit zur Reststromerfassung,Reststrombewertung und der Last-schaltteil (Leistungsschalter) in ge-trennten Gehäusen untergebrachtsind) nach EN 60947-2 Anhang M,Abkürzung MRCD (Modular Residu-

al Current protective Device).Bild 6 zeigt einen Auszug aus einemDatenblatt eines RCD.

RCD, kombiniert mit LSABB, Hager, Siemens und andere Herstel-ler von RCD bieten neuerdings auchKombinationen von FI- und LS-Schal-tern an, sogenannte FI/LS-Schalter. DieGeräte bieten mit der LS-Funktion Schutz

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Bestimmungen:

Polzahl:

Bemessungsstrom:

Bemessungsfehlerstrom:

Auslösebereich:

Auslösezeiten bei:

Auslösezeiten bei:

Stossstromfestigkeit:

Bemessungsschaltvermögen Im*:

Bemessungskurzschlussstrom Inc*:

Kurzschlussfestigkeit:

IEC 61008, EN 61 008

2- und 4-polig

100 A

10, 30 und 100 mA

0,5...1 . I∆n

0,11...1,4 . I∆n

200 ms1 . I∆n

5 . I∆n 40 ms

200 ms1 . 1,4 I∆n

5 . 1,4 I∆n 40 ms

250 A

1000 A

6000 A

10 000 A 67

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5 Aufbau eines Drehstrom-RCD imgeöffneten Zustand von Hager.Die Summenstromspule ist deut-lich zu erkennen.

6 Typische Daten eines RCD vomTyp A.

7 FI /LS-Kombination für einphasigeKreise von ABB.

8 RCD, kombiniert mit Überspan-nungsschutz von Phoenix ContactAG.

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gegen Kurzschluss und Überlast (Brand-schutz) und schützen Menschen vor Feh-lerströmen durch den integrierten RCD.Einphasen-Wechselstromkreise allerArt in modernen Anlagen lassen sich soschützen. Der Vorteil liegt auf derHand, im Verteiler muss nur ein Gerätverbaut und verdrahtet werden. Bild 7zeigt einen FI/LS-Schalter von ABB.Die Geräte besitzen ein innovatives De-sign mit einem zweifarbigen Schalthebel(schwarz/blau) und einer Fehlerstrom-Auslöseanzeige auf der Frontseite des Ge-rätes. Bei einer Fehlerauslösung wird dasnormalerweise transparente Sichtfensterblau. Bei der Baureihe Smissline von ABBgibt es die Auswahlmöglichkeit zwi-schen drei verschiedenen Schaltvermö-gen, fünf Sensitivitätsstufen und zweiAusführungen bezüglich des Fehler-strom-Auslöseverhaltens. Die Produkt-palette umfasst Gerätereihen bis zu ei-nem Schaltvermögen von 10 kA. DieKombination von FI und LS in einemGerät schafft allerdings unzählige mög-liche Varianten, zumal die Auslöse-stromstärke und Charakteristik des LS,die Fehlerstromstärke und die Kurz-zeitverzögerung des FI als Variablenanstehen. Die Multiplikation aller die-ser Faktoren führt zu einer riesigen An-zahl von möglichen Varianten, die na-türlich auf die gängigsten beschränktwerden müssen. Die Funktionalität derFI/LS-Schalter kann durch den Anbauvon entsprechendem Zubehör erweitertwerden. So sind beispielsweise Signalkon-takt, Hilfsschalter, Unterspannungsauslö-ser oder Arbeitsstromauslöser nachträglichanbaubar.

RCD, kombiniert mitÜberspannungsschutzMit der zunehmenden Verbreitung vonElektronik in unzähligen Geräten desHaushalts kommt dem Überspannungs-schutz eine grosse Bedeutung zu. Phoenix

Contact bietet eine weitere Kombinationeines FI mit einem Überspannungsschutzin einem Gerät (Bild 8). In vielen Gegen-den ist das Risiko, Opfer eines Blitzein-schlags zu werden, relativ hoch. In diesemFall beginnt das Überspannungsschutz-konzept mit einem Blitzstromableiter beider Energieeinspeisung. Derartige Über-spannungsschutzgeräte vom SPD Typ 1können direkte Blitzteilströme führenund sind möglichst nah am Gebäude-eintritt der Energieversorgung zuplatzieren. Bei der Messung in der

Unterverteilung oder dem Wohnungs-verteiler wird das Schutzkonzept mit ei-nem SPD, Typ 2, ergänzt. Wie von ei-nem normalen FI-Schalter gewohnt,wird nur ein Gerät angeschlossen, dochgleichzeitig die zweifache Sicherheit in-stalliert. Sinnvoll ist der Einbau vordem Fehlerstrom-Schutzschalter, damitauch dieser vor Überspannungen ge-schützt wird. Und genau hier hakt dasKonzept von Phoenix Contact ein. Siebieten einen RCD kombiniert mit ei-nem SPD, Typ 2, an.

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90 %

T1=8

T2=20

î

î=250A

100 %

0,5μs

-60%

10 %

10μs (100 kHz)

tt

Impulsform IEC 1008Impulsform IEC 60-2

i

μs

μs

10

1 101 102 103 104 105Hz

30 mA

300 mA

Gefährdungsgrenze für Ströme duch menschlichen Körper

Brandschutzgrenze

10

20

30

60

100

200

300

400

mA

40

80

Frequenzbereich I Frequenzb. II Frequenzbereich III

9

9 Gefährdung des menschlichen Körpers durch elektrische Ströme in Funktion der Frequenz.10 Typische genormte Strompulse, wie sie durch Schalthandlungen oder Blitzeinschläge auftreten.

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Hohe Frequenzenunkritischer für MenschIn Frequenzumrichtern und anderenGeräten müssen Filter zum Einsatzkommen, um Harmonische mit zu ho-hen Amplituden wegen der EMV-Vor-schriften vom Netz fernzuhalten. Hierist nun ein weiterer interessanter Effektzu beobachten. Für den menschlichenKörper sind Frequenzen im Bereichvon 30 ... 60 Hz besonders kritisch, wieBild 9 zeigt. Bereits bei 150 Hz verträgtder menschliche Körper einen deutlichgrösseren Fehlerstrom, bei 1 kHz liegtder kritische Strom gar bei 300 mA. Beisehr tiefen Frequenzen nimmt dieEmpfindlichkeit des menschlichen Kör-pers ebenfalls ab. Diese Kurve ist nochnicht mit letzter Sicherheit bestätigt, siestimmt aber sicher tendenzmässig. Weildem so ist, kann der Auslösemechanis-mus des RCD natürlich gezielt so kons-truiert werden, dass die Auslösegrenzebei Fehlerströmen hoher Frequenz undauch bei Gleichstrom höher liegt. DieTatsache, dass Fehlerströme höhererFrequenz für den menschlichen Körperunkritischer sind, lässt es zu, dass manbei Filtern in USV und FU höhere Ab-leitströme zulassen kann. Die erste,ganz kritische Harmonische ist 150 Hz.Hier liegt die Empfindlichkeit desmenschlichen Körpers bereits bei deut-lich über 60 mA anstelle von 30 mA bei50 Hz. Sowohl bei klassischen Sum-menstromwandlern und besonders beielektronischen Summenstromauslösernlässt sich die Frequenzabhängigkeit re-lativ einfach realisieren. Bei Strömen abetwa 0,3 A ist die thermische Kompo-nente im menschlichen Körper zu be-rücksichtigen.

Zeitverzögerte AuslösungTritt ein Fehlerstrom auf, braucht einRCD eine bestimmte Zeit, bis er dieLast vom Netz getrennt hat. Da spielendiverse Faktoren mit. Da ist einmal derSummenstromwandler zusammen mitdem Auslösemechanismus, der übereine bestimmte Ansprechzeit verfügt.Diese liegt bei einem plötzlich auftre-tenden grossen Fehlerstrom unter10 ms. Die Spannung in der Sekundär-wicklung steuert die Auslösespule anund diese gibt dann den mechanischenAuslösemechanismus frei, der die Kon-takte öffnet. Bis die Last vom Netz ge-trennt ist, vergehen 20 ms. Die Zeitsteigt an, wenn der Erdschlussstromsich langsam der Auslösegrenze nähert.Diese recht kurze Auslösezeit kann er-hebliche Schwierigkeiten bieten beimEinschalten von Geräten. Viele Ver-braucher bzw. Lasten haben heute Ent-störkondensatoren eingebaut, die beimZuschalten der Netzspannung einenkurzzeitigen hohen Fehlerstrom verur-sachen. Normale RCD lösen sofort aus,obwohl kein Erdschluss vorliegt. DieLösung liegt hier darin, dass die Auslö-sezeit künstlich erhöht wird. Kurzzeit-verzögerte RCD benötigen 40 ... 100 mszur Auslösung. Es sind jedoch Auslöse-zeiten bis zu 300 ms möglich. Es ist da-mit möglich, RCD verzögert anspre-chen zu lassen, damit beim Einschaltenvon Verbrauchern wegen der Entstör-und Filterkondensatoren keine unge-wollte Auslösung erfolgt. Kritisch fürRCD sind auch Kurzschlussströme.Auch hier lösen normale RCD leiderungewollt aus. Moderne Designs beiRCD erlauben Kurzschlussströme bisüber 5 kA, ohne dass eine ungewollte

Auslösung erfolgt. Di-verse Hersteller habenextra für diese Proble-matik spezielle Typenim Programm. Die Prü-fung erfolgt meistensmit dem genormtenBlitzstrom 8/20 nachIEC 60060-1 (Bild 10).Ungewollte Abschal-tungen von RCD kön-nen auch durch externeEreignisse hervorgeru-fen werden, beispiels-weise durch Überspan-nungsimpulse von Blitz-einschlägen in Frei-leitungen. Dies kannoft zu unangenehmenNebenwirkungen füh-ren, wie Abschaltungenvon Heizungen oder

Kühlanlagen, obwohl kein Fehler inder eigenen Anlage vorliegt. Aus die-sem Grund wurden auch RCD entwi-ckelt, die bis zu dreimal selbstständig ineinem kurzen Abstand nochmals dieSpannung aufschalten. Erst wenn derFehler trotzdem auftritt, bleiben sieendgültig abgeschaltet. Diese Modellesind vor allem für ferngesteuerte Anla-gen von Interesse, wo kein Personal vorOrt ist.

Selektivität bei RCDWer sowohl das Objekt als auch Per-sonen schützen möchte, muss für dieentsprechende Anlage ein RCD-Kon-zept erstellen. Dies bedeutet, dass dieStromkreise, die nach Vorschrift übereinen RCD gesichert werden müssen,einzeln über einen RCD abgesichertwerden (Bild 11). Vorgelagert ist einRCD mit 300 mA Auslösestärke, dernur dem Brandschutz dient. DieserRCD sollte nun ansprechverzögert re-agieren, damit er bei einem plötzlichauftretenden hohen Erdschlussstrom ineinem mit 30 mA abgesicherten RCD-Bereich nicht ebenfalls ungewollt an-spricht.

a) Mit Standard-RCD, Typ AStromkreise mit Verbrauchern, beidenen im Fehlerfall Wechsel-fehlerströme oder/und pulsierendeGleichfehlerströme auftreten,lassen sich über RCD vom Typ Asicher kontrollieren

b) Mit Allstrom-RCD Typ BStromkreise mit Verbrauchern, beidenen im Fehlerfall alle Arten vonFehlerströmen, einschliesslich rei-ner Gleichfehlerströme auftretenkönnen, sind mit RCD vom Typ Babzusichern.

FazitRCD vom Typ A reichen für ein-phasige und mehrphasige Anwen-dungen in der Regel aus. Bei dreipha-sigen Verbrauchern mit Gleichrich-tung können bei einem Erdschlussauf der Gleichspannungsseite glatteGleichströme entstehen, die nur nochmit RCD vom Typ B in den Griff zukriegen sind. Moderne RCD sind auchunempfindlich bezüglich Kurzschluss-strömen und Überspannungen auf demNetz. Es lohnt sich, qualitativ hochwer-tige RCD einzusetzen und darauf zuachten, dass an einem einzigen RCDnicht das halbe Haus hängt. Speziell zubeachten ist die Selektivität von RCD,damit bei einem Fehlerstrom nur derbetroffene Strang abgeschaltet wird undnicht gleich das ganze Haus. ■

I∆n = 10mA

FI FI

Typ A

I∆n = 30mA

FI/LS

I∆n = 30mA

ElektronischeBetriebsmittel

FI

I∆n = 300mA

Typ A Typ B

S

S

Typ A

11

11 Selektivität bei RCD wird durch Typen erreicht, die verzögert reagieren.