Schutz gegen elektrischen Schlag

Der Schutz gegen elektrischen Schlag ruht auf zwei Säulen: Basisschutz (man kann unter normalen Betriebsbedingungen keine spannungsführenden Teile berühren) und Fehlerschutz (man ist geschützt, wenn die Isolierung versagt). Der Fehlerschutz erfolgt typischerweise durch automatische Abschaltung der Versorgung.

Das Prinzip besteht darin, dass ein gefährlicher Fehler die Versorgung innerhalb einer festgelegten Zeit abschalten muss. Dazu ist erforderlich, dass der Fehlerstrom groß genug ist, um die Schutzeinrichtung auszulösen, und dass der PE-Leiter und die Erdverbindung eine ausreichend niedrige Impedanz haben. Die konkreten Abschaltzeiten und Impedanzgrenzen sind in DS/HD 60364-4-41 festgelegt und hängen von der Systemerdung (TN, TT, IT) ab — schlage sie in der geltenden Norm nach.

Ein Fehlerstromschutzschalter misst die Summe der Ströme in den aktiven Leitern. Ist die Summe nicht (nahezu) null, fließt ein Fehlerstrom gegen Erde, und der Schalter löst aus. Ein Schalter mit einem Bemessungsfehlerstrom von 30 mA bietet in vielen Situationen Schutz vor einem elektrischen Schlag.

• 01Der Bemessungsfehlerstrom wird auf dem Schalter angegeben (z. B. 30 mA, 300 mA).
• 02Der Typ (AC, A, F, B) wird nach Art der Belastung gewählt — z. B. erfordert Elektronik mit Gleichstromkomponenten oft mindestens Typ A.
• 03Die Anforderung an die FI-Schutz-Abdeckung (HPFI) und die Typenwahl richten sich nach der geltenden Verordnung und Norm.

Der Schutzpotentialausgleich verbindet berührbare und fremde leitfähige Teile, sodass sie auf (annähernd) demselben Potential gehalten werden. Das reduziert die Berührungsspannung im Fehlerfall. Ein zusätzlicher Potentialausgleich kann in besonderen Räumen, z. B. Badezimmern, erforderlich sein.

Die Grenze dafür, wie hoch eine Berührungsspannung zeitlich unbegrenzt anstehen darf, liegt bei UL = 50 V AC (oder 120 V welligkeitsfreier DC) in normaler, trockener Umgebung. In nasser Umgebung und in besonderen Räumen ist die Grenze niedriger. Wird die Grenze im Fehlerfall überschritten, MUSS der Fehler innerhalb einer festgelegten Zeit abgeschaltet werden — und je höher die Spannung, desto kürzer die Zeit. (Quelle: DS/HD 60364-4-41.)

Bei einem Isolationsfehler darf die gefährliche Spannung nur kurze Zeit anstehen. Die Tabelle gilt bei einer Nennspannung gegen Erde U0 = 230 V:

Das TT-System erfordert eine schnellere Abschaltung, weil der Fehlerstrom dort über die Erde fließt und normalerweise von einem RCD erfasst wird. (Quelle: DS/HD 60364-4-41, Tabelle 41.1.)

Die automatische Abschaltung wirkt nur, wenn der Fehlerstrom groß genug wird, um die Schutzeinrichtung innerhalb der Zeit auszulösen. Das stellt Anforderungen an die Impedanz der Fehlerschleife Zs:

Beispiel: Ein 16-A-C-Leitungsschutzschalter löst magnetisch bei bis zu Ia = 10 · In = 160 A aus (obere Grenze des C-Bandes). Die Anforderung wird damit Zs ≤ U0/Ia = 230/160 = 1,44 Ω. Misst du an der Anlage ein höheres Zs, erreicht der Fehlerstrom nicht schnell genug 160 A, und die sofortige Auslösung ist nicht innerhalb der Zeit garantiert — dann muss Zs gesenkt werden (kürzerer/dickerer Leiter) oder der Schutz geändert werden.

• 01SELV (Sicherheitskleinspannung): höchstens 50 V AC, galvanisch getrennt von Erde und von anderen Stromkreisen, gespeist aus einem Sicherheitstransformator. Keine Erdverbindung.
• 02PELV: wie SELV, aber der Stromkreis oder das Betriebsmittel darf geerdet sein — wird dort verwendet, wo eine Erdung aus Funktionsgründen nötig ist.
• 03FELV (Funktionskleinspannung): niedrige Spannung aus funktionalen Gründen, aber OHNE die vollständige Trennung. Erfordert deshalb weiterhin denselben Schutz wie die übrige Anlage.

SELV und PELV sind eigenständige Schutzmaßnahmen, weil die Spannung an sich ungefährlich gehalten wird. (Quelle: DS/HD 60364-4-41, Abschnitt 414.)