rcd

Grundlagen SchulungFehlerstromschutzschalter

Überblick

Gefahren des elektrischen Stroms

Gefahrensituationen

Elektrounfälle

Schutzmassnahmen

Personenschutz

Brandschutz

Aufbau und Funktion FI

Funktionsprinzip

Bestandteile FI-Schutzschalter

Bauarten FI

Unerwünschte Auslösungen

durch Installationsfehler

durch kapazitive Ableitströme

durch äussere Einflüsse

Inhalt

Month DD, Year | Slide 2

© ABB Group

Überblick

Gefahren des elektrischen Stroms

Warum Fehlerstromschutz?

Gefahrensituationen

Elektrounfälle Statistik

Schutzmassnahmen

Personenschutz

Brandschutz

Aufbau und Funktion FI

Unerwünschte Auslösungen

Inhalt

Month DD, Year | Slide 3

Gefahren Warum Fehlerstromschutz?

Month DD, Year | Slide 4

© ABB Group

„Strom“ ist mit menschlichen Sinnen

nicht erfassbar: Gefahr !!!

FI-Schutzschalter:

Schutz des Menschen bei direkter

und indirekter Berührung Brandschutz

Hilft, als Zusatzschutz die Anzahl

der tödlichen Elektrounfälle

zu vermindern

Heute die Nase, morgen die

Steckdose?

Gefahren Gefahrensituationen

Month DD, Year | Slide 5

© ABB Group

Indirekte Berührung

Direkte Berührung

Brandgefahr

GefahrenGefahrensituationen für den Mensch

Month DD, Year | Slide 6

Defekt nahe beim Neutralleiter: kaum Fehlerstrom

Fehlerstrom fliesst überwiegend über Erdung des defekten Gehäuses ab: IF2 << IF1

wie , Leitungsschutzschalter schaltet ab

Schutzleiter unterbrochen: Strom fliesst komplett über den Mensch

Direkte Berührung, Strom fliesst komplett über den Mensch, volle Netzspannung

ElektrounfälleStatistik tödliche Elektrounfälle CH

Month DD, Year | Slide 7

3.4

2.8

3.2

3.63.8

3.4

1.82.0

1.6

1.2 1.2

1.6

5.2

4.8 4.8

5.25.0

4.6

0

2

4

6

1993-1997 1994-1998 1995-1999 1996-2000 1997-2001 1998-2002

BU NBU BU+NBU

5-Jahres-Durchschnitte

1993 - 2002

BU Berufsunfälle

NBU Nichtberufsunfälle

Einwirkung:

94% Durchströmung

6% Flammbogen

ElektrounfälleStatistik Elektro-Berufsunfälle

Month DD, Year | Slide 8

* bezogen auf die 1075 Elektro-Berufsunfälle von 1993 bis 2002 (CH)

Einwirkung: 69% Durchströmung

31% Flammbogen

SchutzmassnahmenSchutzprinzip

Month DD, Year | Slide 9

© ABB Group

Basisschutz

Fehlerschutzbei 1. Fehler

Zusatzschutzbei 2. Fehler

Beim Auftreten eines einzigen Fehlers darf keine Gefahr entstehen.

Ein Basisschutz schützt gegen direktes Berühren.

Falls der Basisschutz versagt, sorgt der Fehlerschutz

dafür, dass auch weiterhin keine Gesundheitsgefährdung

durch elektrischen Schlag auftritt.

Falls auch der Fehlerschutz versagt oder spannungs-

führende Teile direkt berührt werden, können Fehlerstrom-

Schutzeinrichtungen für Zusatzschutz sorgen.

SchutzmassnahmenUrsachen für elektrischen Schlag

Month DD, Year | Slide 10

© ABB Group

Direkte Berührung Berührung von Teilen,

die betriebsmässig

unter Spannung stehen.

Berühren von leitfähigen Teilen

(Körper eines Geräts),

die nur infolge eines Fehlers

unter Spannung stehen.

Indirekte Berührung

SchutzmassnahmenSchutz gegen

Month DD, Year | Slide 11

© ABB Group

indirektes Berührendirektes Berühren

Isolierung aktiver Teile

Abdeckungen, Umhüllun

gen

Hindernisse, Abstand

Schutzkleinspannung

Funktionsklein-

spannung

Hauptpotentialausgleich

Schutzisolierung

Schutztrennung

Abschaltung, Fehlermeld

ung

Schutzkleinspannung

Funktionskleinspannung

Abschaltung

zusätzlicher

Potentialausgleich

SchutzmassnahmenBasisschutz: Schutzgrade IP XY

Month DD, Year

| Slide 12

© ABB Group

4K mit erhöhtem Druck

6K mit erhöhtem Druck

Eindringen von WasserBerührungs- und

Fremdkörperschutz

0 kein Schutz

1 Handrücken, Ø > 50mm

2 Finger, Ø > 12.5mm

3 Werkzeug, Ø > 2.5mm

4 Draht, Ø > 1mm

5 staubgeschützt

6 staubdicht

DIN EN 60529

0 kein Schutz

1 Tropfwasser senkrecht

2 Tropfwasser bis 15° Neigung

3 Sprühwasser

4 Spritzwasser

5 Strahlwasser

6 Strahlwasser stark

7 Untertauchen zeitweilig

8 Untertauchen dauernd

IP 2X Schutz gegen direktes Berühren

IP XX B erhöhter Berührungsschutz

9K Hochdruck- / Dampfstrahl-Reinigung

SchutzmassnahmenFehlerschutz: Schutzklassen

Month DD, Year | Slide 13

© ABB Group

Ausführung

I

II

III

Klasse

Leitende Umhüllung der Körper

mit Schutzleiteranschluss

Isolierende Umhüllung

Schutzkleinspannung

PersonenschutzWirkung von Strömen auf den Mensch

Month DD, Year | Slide 14

Physiologisch

Muskulatur in Funktion

beeinträchtigt

Verkrampfen, Nicht-Loslassen

Bewusstlosigkeit

Atemstillstand

Herzstillstand

Herzkammerflimmern

Physikalisch

Strommarken an den Eintrittsstellen

Innere Verbrennungen

Gerinnung von Eiweiss

(Hämoglobin)

Chemisch

Zersetzung der Zellflüssigkeit

(bei Gleichstrom)

Personenschutz Wirkung von Strömen auf den Mensch

Month DD, Year | Slide 15

abhängig von

Stromstärke

Widerstand der durchflossenen

Körperteile

(abhängig von Spannung)

Stromart

Frequenz / Signalform

Einwirkungsdauer

PersonenschutzAuswirkung von Körperströmen

Month DD, Year | Slide 16

© ABB Group

Loslassgrenze

Muskelkrampf

Herzkammerflimmern / Tod

Glühbirne 100W

Normaler Leitungsschutz

in einer Hausinstallation

Ameisenhaufen Berührung

Hand-Fuss-Lederschuh

Berührung

Hand-Hand

Berührung

grossflächig, nass

PersonenschutzKörperstrom AC / Einwirkungszeit

Month DD, Year | Slide 17

Nicht wahrnehmbar

- keine Reaktion

Wahrnehmbar

- keine Gefahr

Temporär Beschwerden

- Muskelkrämpfe

- Atem / Herz

reversibel, nur solange

Strom einwirkt

Lebensgefahr

- Herzkammerflimmern

- Herzstillstand

- Atemstillstand

- Verbrennungen (>3A)

Personenschutz Körperstrom AC/DC / EInwirkungszeit

Month DD, Year | Slide 18

© ABB Group

Nicht wahrnehmbar

- keine Reaktion

Wahrnehmbar

- keine Gefahr

Temporär Beschwerden

- Muskelkrämpfe

- Atem / Herz

reversibel, nur solange

Strom einwirkt

Lebensgefahr

- Herzkammerflimmern

- Herzstillstand

- Atemstillstand

- Verbrennungen (>3A)

PersonenschutzKöperwiderstand Verteilung

Month DD, Year | Slide 19

Angaben in %

bezogen auf

Hand - Fuss

PersonenschutzKörperwiderstand Faustregel

Month DD, Year | Slide 20

RK

L

1L

2L

3N

P

E

RB

RB

RB

RBR

E

Berührung RK 400 500 Ω

grossflächig, nass IK 460 575 mA

Hand Hand RK 1000 3000 Ω

IK 77 230 mA

Hand - nackte Füsse RK 1200 1500 Ω

IK 155 190 mA

Hand - Füsse - RK 5000 15000 Ω

trockene Lederschuhe IK 15 46 mA bei 230V

Brandschutz

Kriechströme über brennbare Materialienstellen Brandgefahr dar

Ursache für „unvollkommene“ Kurz- oder Erdschlüsse:

Isolation defekt

Schmorstellen an Klemmen

Windungsschlüsse (Überlastung, Alterung)

eindringende Feuchtigkeit, Kondenswasser

leitfähige Stäube oder Ablagerungen

Entzündung möglich:

Ab Wärmeleistung 60 .. 100 W,

freigesetzt in kleinem Volumen (mm3)

über ausreichend lange Zeit,

brennbare Stoffe und O2in der Nähe.

Brandschutz

Month DD, Year | Slide 21

© ABB Group

Dauerstrom I Leistung P

bei U=230 V

Für einen Brand mind. erforderlich:

0.26 A 60 W

0.43 A 100 W

Schutzorgane:

BrandschutzBrandschutz durch FI

Month DD, Year | Slide 22

© ABB Group

P = U · I

LS-Schalter B/C 16 A 18 A 4’140 W

Schmelzeinsatz 10 A 15 A 3’450 W

FI mit IΔN = 500 mA 0.5 A 115 W

FI mit IΔN = 300 mA 0.3 A 69 W

FI mit IΔN = 30 mA 0.03 A 6.9 W

Funktion FIInhalt „Aufbau und Funktion FI“

Month DD, Year | Slide 23

Gefahren des elektrischen Stroms

Aufbau und Funktion FI

Funktionsprinzip

Bestandteile FI-Schutzschalter

Summenstromwandler

Magnetauslöser

Schaltschloss

Kontakte

Bauarten FI, Einsatzbereiche

Stromformen

Temperatur

Frequenz

Auslösezeiten

elektromechanisch elektronisch

Grenzen der FI-Schutzschaltung

Unerwünschte Auslösungen

Funktion FIPrinzip Differenzstrom

Month DD, Year | Slide 24

Durchfluss an

Ein- und

Ausgang ist

gleich gross

Funktionierender

Apparat:

Zu- und ab-

fliessender Strom

sind gleich gross

Apparat mit

Isolationsdefekt:

Zu- und ab-

fliessender Strom

sind nicht mehr

gleich gross

Durchfluss

an Ein- und

Ausgang ist

nicht mehr

gleich gross

Funktion FIFunktion der FI-Schutzschaltung

Month DD, Year | Slide 25

Wandler W

Sekundärwicklung A

Magnetauslöser MA

Schaltschloss S

Kontakte

Funktion FIPrüftaste

Month DD, Year | Slide 26

BestandteileSchnitt FI-Schutzschalter 2-polig

Month DD, Year | Slide 27

© ABB Group

Wandler inkl.Wicklungen

Magnetauslöser

Schaltschloss(verdeckt)

Kontakte

Bestandteile FI Innenansicht FI-Schutzschalter 4-polig

Month DD, Year | Slide 28

Wandler

Magnetauslöser

Schaltschloss

Kontaktträger(Kontakte verdeckt)

Primärwindungen

Sekundärwindungen

Signalaufbereitung

Prüfkreis

Anschlussklemmen

Bestandteile FISummenstromwandler

Month DD, Year | Slide 29

Ringkern

gewickelt aus kristallinem Bandmaterial

hochwertige, weichmagnetische Ni-Fe-Legierung

Umhüllung: lackiert oder in Gehäuse

Primärwicklung

1 .. 3 Windungen

Anzahl beschränkt aus Dimensions- und thermischen Gründen

Sekundärwicklung

10 .. 1400 Windungen

Spezielle Ringkernwickelmaschinen

Kern

Primärwicklung

Sekundär-wicklung

Bestandteile FIMA7 – Bauteile

Month DD, Year | Slide 30

© ABB Group

Joch rechtsJoch links

Spule

Anker

Feder

Anker-Lager

Permanent-

magnet

Stössel

Bestandteile FISchaltschloss / Kontakte

Month DD, Year | Slide 31

MA-Stössel entriegelt

Verklinkung

Kontakte öffnen

Während Abschaltung

wird MA zurückgesetzt

Bestandteile FIKontakte: Allpolige Abschaltung

Month DD, Year | Slide 32

N unterbrochen

Potentialanhebung

Fehlerstrom

Abschaltung allpolig, auch N

FI Bauarten

1928 Patentanmeldung (RWE)

1951 Erste fabrikmässige Fertigung mit IΔN 0.5 .. 3A

1958 Aufnahme FI in VDE-Errichtungsbestimmungen

1962 Beginn fabrikmässige Fertigung mit IΔN 0.03A

1963 Erste Baubestimmung für FI (unverändert bis 1981)

1971 Europäische Bau- und Prüfbestimmung für FI

1977 Beginn internationale Bau- und Prüfvorschrift für FI

1981 Vorschrift: FI auch für pulsierende Gleichströme

1985 Vorschrift Erweiterung: Stossstromfestigkeit,Kurzschlussfestigkeit, Selektivität

1986 Vorstoss, inzwischen zurückgezogen:Spannungsabhängige FI

1987 Vorschrift für ortsveränderliche FI

1990 Internationaler Standard für FI

Historie der FI-Schutzschaltung

Month DD, Year | Slide 33

FI BauartenPulsierende Gleichfehlerströme

Month DD, Year | Slide 34

© ABB Group

W

MA

AC

Typ A

FI BauartenGleichfehlerströme

Month DD, Year | Slide 35

© ABB Group

Typ B

FI BauartenEinsatzbereich Stromformen

Month DD, Year | Slide 36

© ABB Group

Wechselfehlerstrom

Pulsierender Gleichfehlerstrom

angeschnittene Halbwellen

Anschnittwinkel 90

Anschnittwinkel 135

Halbwellen + Gleichstrom 6mA

Glatter Gleichstrom

Höhere Ströme zugelassen als bei

reinem Wechselfehlerstrom, da

Gefährdung geringer

FI BauartenEinsatzbereich Temperatur

Month DD, Year | Slide 37

Mit abnehmender Temperatur steigt der

Auslösestrom IΔ an.

Einsatzbereich ohne weitere Angabe:

- 5 ... + 40 C

Einsatzbereich mit Schneestern

- 25 ... + 40 C

FI BauartenEinsatzbereich Frequenz

© ABB Group

50 Hz Auslegung FI

60 Hz Funktion gewährleistet

162/3 Hz spezielle Abstimmung für Bahn

400 Hz spezielle Abstimmung für Flughafen

0

5

10

15

20

25

30

16 2/3 50 100 200 400 800 1'600

f [Hz]

I Δ / I Δ

N

FI BauartenVerzögerte FI

Month DD, Year | Slide 39

© ABB Group

Schnellstmögliche Abschaltung

ist nicht immer erwünscht.

Kurzzeitverzögerter FI FIK

Abschaltung wird um min. 10ms verzögert

Maximal zulässige Abschaltzeiten eingehalten

Anwendung bei unerwünschten Auslösungen

infolge kapazitiver Ableitströme

Realisierung: Elektronische Verzögerung

Selektiver FI FIS

Längere Abschaltzeit als unverzögerter und

kurzzeitverzögerter FI, kein Personenschutz

Beispiel:

Brandschutz: gesamte Anlage 300mA

Personenschutz: nur Steckdosen 30mA

K

S

VG

FI BauartenAuslösezeiten

Auslösezeiten [ms]

Fehlerstrom unverzögert kurzverzögert selektiv

FIK FIS

≤ 0.5 IΔN keine Ausl. keine Ausl. keine Ausl.

≤ 1 IΔN 0 .. 300 10 .. 300 130 .. 500

2 IΔN 0 .. 150 10 .. 150 60 .. 200

5 IΔN 0 .. 40 10 .. 40 50 .. 150

500 A 0 .. 40 10 .. 40 40 .. 150

zum Vergleich:

Abschaltzeiten beim Leitungsschutz

≤ 400 ms (Steckdosen)

≤ 5000 ms (fest angeschlossen)Month DD, Year | Slide 40

© ABB Group

FI BauartenPersonenschutz durch FI

Month DD, Year | Slide 41

© ABB Group

0.001

0.01

0.1

1

10

0 1 10 100 1'000 10'000 100'000

Körperstrom (mA)

Ein

wirkungszeit

(s)

Wahrnehmbar

- keine Gefahr

Temporär

Beschwerden

- Muskelkrämpfe

- Atem / Herz reversibel,

nur solange der Strom

einwirkt

Lebensgefahr

- Herzkammerflimmern

- Herzstillstand

- Atemstillstand

- Verbrennungen (>3A)

5% 50%

Nicht wahrnehmbar

- keine Reaktion

gültig für AC, f = 15 .. 100 Hz

Wahrnehmbar-

keitsschwelle

Loslass-

schwelle

Flimmer-

schwelle

FI

FIK

FIS

LS

Strompfad:

Linke Hand oder beide Hände

zu einem oder beiden Füssen

FI BauartenFehlerstromschutz vorgeschrieben

Month DD, Year | Slide 42

© ABB Group

gesamte Installation IΔN = 300 mA

feuergefährdete Räume

korrosionsgefährdete Räume

explosionsgefährdete Räume

landwirtschaftliche Betriebsstätten

Steckdosenstromkreise In = 40A, IΔN = 30 mA

Bade- und Duscheinrichtungen

feuchte und nasse Räume

korrosionsgefährdete Räume

elektrische Versuchsräume

landwirtschaftliche Betriebsstätten

Steckdosenstromkreise In = 25A, IΔN = 30 mA

transportable Objekte im Freien

Baustellen

Campingplätze / Bootsanlegeplätze

provisorische und temporäre Anlagen

Steckdosenstromkreise IΔN = 10 mA

transportable Objekte in engen Räumen

aus gut leitenden Werkstoffen

FI BauartenPersonenschutz durch FI

zulässig als transportabler FI-Schutzschalter

zulässig für besondere Anlagen, die dauernd von instruiertem

Personal überwacht werden

– spannungsabhängig

– bei N-Unterbruch vor Schalter: Versagen

– Unterspannungsauslösung (in CH verlangt)

– Zuverlässigkeit Elektronik

+ Kosten

+ flexibel parametrierbar / erweiterbar

U <

FI BauartenFI Typen

Month DD, Year | Slide 44

© ABB Group

nach Stromform

Typ AC

Typ A

Typ B

nach Frequenz

50 Hz

162/3 Hz

400 Hz

nach IΔN

10 mA

30 mA

300 mA

nach IN16 A

25 A

40 A

63 A

nach Polzahl

2

4

verzögert

FIK kurzverzögert

FIS selektiv

kombiniert mit LS

FI / LS

Fehlerstromrelais

FIR o. Wandler/Schaltelement

nur Signalgeber

FISG o. Schaltelement

FI BauartenPersonenschutz durch FI

Month DD, Year | Slide 45

© ABB Group

Herstellerbezeichnungen

Nennstrom

NennauslösestromNennkurzschlussstromMax.

Überstromunterbrecher

Typ A kurzverzögert

Einsatz bis -25°CPrinzipschaltbildNennspannung

FI BauartenFI-Sortiment von ABB CMC (Auszug)

Month DD, Year | Slide 46

© ABB Group

SIDOS

FI4 FI2 FI-LS

T Tragschiene

S Stecksystem

FI BauartenGrenzen der FI-Schutzschaltung

Month DD, Year | Slide 47

© ABB Group

Kein FI-Schutz, wenn Betriebsstromkreis

geschlossen ist.

Keine Unterscheidung, ob Verbraucher

angeschlossen oder Notfall vorliegt.

Beispiel:

Isoliert stehende Person fasst

mit beiden Händen an L und N.

Unerwünschte AuslösungenInhalt „Unerwünschte Auslösungen“

Month DD, Year | Slide 48

© ABB Group

Gefahren des elektrischen Stroms

Aufbau und Funktion FI

Unerwünschte Auslösungen

durch Installationsfehler

durch kapazitive Ableitströme

durch äussere Einflüsse

Unerwünschte AuslösungenAuslösungen durch äussere Einflüsse

Month DD, Year | Slide 49

© ABB Group

Kurzschlüsse

Auslösung infolge von Unsymmetrie im

Summenstromwandler, leichte

Magnetisierung bei grossen Strömen.

Erdschlüsse

Netz wird durch Überstromunterbrecher

abgeschaltet, der FI bleibt eventuell

eingeschaltet.

Blitzschläge,

atmosphärische Überspannungen

Spannungsspitzen grösser 2kV zwischen

Polleiter und Schutzleiter können

unverzögerte FI zur Auslösung bringen.

Magnetische Einflüsse

Starke magnetische Fremdfelder können FI

zur Auslösung bringen. Beispiel:

Einschalten eines grossen Schützes

in der Nähe eines FI.