- Veröffentlicht am 12. Sep. 2024
- Zuletzt bearbeitet am 12. Sep. 2024
- 8 min
Was ist die Funktion eines FI-Schalters?
FI-Schutzschalter sind ein wesentliches Sicherheitsmerkmal in Stromkreisen. Obwohl in erster Linie entwickelt, um Personen vor versehentlichen Eingriffen in stromführende Leitungen zu schützen, schirmen sie auch Maschinen und Eigentum ab vor Stromausfällen und Unfällen. Mit der Entwicklung elektrischer Maschinen haben sich auch die FI-Schutzschalter weiterentwickelt - und sie sorgen weiterhin für eine sichere Betriebsumgebung.
Was ist ein FI-Schalter?
Ein Fehlerschutzschalter ist eine Schutzvorrichtung, die zwingend in den Stromkreis von Gebäuden eingebaut werden muss, um Stromunfälle zu verhindern (es besteht durchaus die FI-Schalter-Pflicht). Der Schalter wird aktiviert, wenn der Fehlerstrom einen bestimmten Wert erreicht, und löst damit eine Unterbrechung des Stromkreislaufes aus. Das Grundprinzip des Fehlerstromschutzschalters beruht auf dem Kirchhoff'schen Stromgesetz, das besagt, dass der Gesamtstrom, der in einen Stromkreis eintritt, genau dem Gesamtstrom entspricht, der denselben Stromkreis verlässt, da er nirgendwo anders hinfließen kann. Wenn eine Differenz zwischen dem eintretenden und dem austretenden Strom besteht, entsteht ein Reststrom, der vom FI-Schutzschalter erkannt wird. Beschädigte Geräte können beispielsweise einen Anstieg des Eingangsstroms verursachen, was zu Kurzschlüssen und anschließenden Bränden führen kann. Ein Hauptzweck von FI-Schutzschaltern ist der Schutz von Personen, die versehentlich mit freiliegenden Leitern in Berührung kommen. Zu diesem Zweck sind FI-Schutzschalter so eingestellt, dass sie einen Fehlerstrom von höchstens 30 mA erkennen.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Fehlerstrom-Schutzeinrichtung hauptsächlich dazu dient, tödliche Stromschläge zu vermeiden und sowohl die Verschwendung elektrischer Energie durch Leckagen als auch die Wahrscheinlichkeit von Kurzschlüssen in der Elektroinstallation zu verringern, die Brände verursachen könnten.
Aufbau des Fehlerstromschutzschalters
Eine Fehlerstrom-Schutzeinrichtung besteht aus einem Eisenkern, um den zwei Spulensätze aus Draht gewickelt sind, und einem mit Eisen verkleideten Schaltgerät. Der Fehlerstromschutzschalter wird an die stromführenden Drähte des Stromkreises angeschlossen, und der Strom fließt von den stromführenden Drähten in einen Satz von Spulen, wodurch ein Magnetfeld erzeugt wird. Über den Nullleiter fließt der Strom dann über den anderen Spulensatz zurück in den FI-Schutzschalter. Beide Spulensätze erzeugen ihre eigenen, entgegengesetzten Magnetfelder. Im Normalfall sind beide Ströme gleich groß und erzeugen entgegengesetzte Magnetfelder von gleicher Stärke. Wenn jedoch aufgrund eines Fehlers im Stromkreis ein Ungleichgewicht zwischen dem ausgehenden und dem eingehenden Strom besteht, kommt es auch zu einem Ungleichgewicht zwischen den Magnetfeldern, was zu einer Bewegung des Schaltgeräts und damit zur Unterbrechung des Stromkreises führt. Ein FI-Schalter enthält auch einen Rückstellknopf, der betätigt werden kann, um den Stromkreis zu schließen und den Strom wieder fließen zu lassen.
Einsatz von FI-Schaltern
Der Fehlerstrom-Schutzschalter muss in Reihe mit den Leitungsschutzschaltern installiert werden. Wird ein einzelner Fehlerstromschutzschalter verwendet, muss er hinter dem Hauptschalter installiert werden. Gibt es zusätzlich zum Hauptstromkreis einen Nebenstromkreis, so muss ein Fehlerstrom-Schutzschalter in jedem Stromkreis installiert werden.
Für das ordnungsgemäße Funktionieren des Restdifferentialschutzes ist es notwendig, dass das Erdungssystem (das System, das für die Vermeidung schädlicher Potentialunterschiede verantwortlich ist, sei es für die Sicherheit von Menschen und Tieren oder für das ordnungsgemäße Funktionieren der Geräte) und der Überspannungsschutz der Anlage gut ausgeführt sind.
Arten von FI-Schaltern
Fehlerstromschutzschalter sind wichtige Sicherheitsvorrichtungen in jeder elektrischen Anlage. Im Folgenden werden einige der gängigsten auf dem Markt erhältlichen Typen vorgestellt:
Hochempfindlicher FI-Schalter (HS): Diese Schalter haben eine Empfindlichkeit im Bereich von 5 bis 30 mA und sollen Menschen vor Stromschlägen schützen. Sie werden in der Regel in Wohnungen und an Orten eingesetzt, an denen Menschen in direkten Kontakt mit elektrischen Geräten kommen können. Der Einsatz dieser Art von FI-Schutzschaltern ist besonders in Feuchträumen wie Badezimmern und Küchen wichtig.
FI-Schalter mit mittlerer Empfindlichkeit (MS): Mit einer Empfindlichkeit zwischen 100 und 300 mA werden diese Schalter in der Regel eingesetzt, um Brände zu verhindern, die durch Fehler in der elektrischen Isolierung verursacht werden. Sie werden üblicherweise in allgemeinen Verteilungsstromkreisen, in Industrieanlagen und in Stromkreisen eingesetzt, die hochwertige oder kritische Betriebslasten versorgen, bei denen die Betriebskontinuität wichtig ist.
FI-Schalter mit niedriger Empfindlichkeit (LS): Mit einer Empfindlichkeit von 300 mA bis 1 A werden diese Schalter in der Regel in elektrischen Anlagen eingesetzt, bei denen der Brandschutz im Vordergrund steht. Sie werden häufig an Orten wie Garagen, Werkstätten und in Stromkreisen eingesetzt, die gefährliche Geräte wie Elektromotoren, Heizungsanlagen und Klimaanlagen versorgen.
Gleichstrom- FI-Schalter (DC): Diese Schutzschalter sind speziell für Anlagen konzipiert, die mit Gleichstrom betrieben werden, wie z. B. photovoltaische Solarenergie-Systeme. Sie verfügen über besondere Merkmale, die es ihnen ermöglichen, Leckströme in Gleichstromanlagen zu erkennen und zu unterbrechen.
Immunisierte FI-Schalter (Typ A): Dieser Schalter ist so konzipiert, dass er gegen unerwünschte Auslösungen durch Geräte, die pulsierende Ströme oder Gleichströme erzeugen, wie es bei vielen modernen elektronischen Geräten der Fall ist, resistent ist. Diese Schalter werden in Stromkreisen von Geräten wie Computern, Kühlschränken, Waschmaschinen und anderen eingesetzt.
FI-Schalter anschließen
Um einen Fehlerstromschutzschalter in einem Stromkreisverteiler einzubauen, ist es wichtig, die Positionierung der anderen Geräte zu überprüfen, d. h. wo Eingänge und Ausgänge sind, um eine einheitliche Organisation beizubehalten und so die Fehlerwahrscheinlichkeit zu verringern. Die Geräte sollten so angebracht werden, dass der FI-Schutzschalter von oben eingespeist wird und die Ausgänge unten sind, um die Standardisierung zu erhalten und eine bestimmte Reihenfolge einzuhalten. Das Gleiche gilt, wenn mehrere FI-Schalter installiert werden.
Mit einer Abisolierzange sollten die Leiter für die Stromversorgung des Geräts abisoliert werden. Für den FI-Schutzschalter gibt es keine richtige Polarität, die einzige Vorgabe ist, wo der Nullleiter angeschlossen wird.
Alle Leiter müssen gut gesichert sein. Die Kabel sollten leicht gezogen werden, um zu prüfen, ob sie wirklich gut an den Klemmen befestigt sind. Vor dem Schließen des Stromkreisverteilers sollten die Stromkreise angeschlossen und Tests durchgeführt werden, um zu prüfen, ob alles richtig funktioniert.
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Die Spannungsüberwachung
Die Funktionsweise von FI-Schutzschaltern beruht auf der ständigen Überwachung des Stroms, der in einen Stromkreis ein- und austritt. Unter normalen Bedingungen sollte der Strom, der durch den Phasenleiter fließt, gleich dem Strom sein, der durch den Nullleiter zurückfließt. Besteht eine Differenz, bedeutet dies, dass Strom abfließt, was auf einen möglichen Stromschlag oder einen Isolationsfehler hinweist.
Die zu überwachenden Kabel sind um einen Kern aus Ferrit gewickelt. Wenn der in den Stromkreis eintretende Strom gleich groß ist wie der austretende, bleibt der FI-Schutzschalter „scharf“. Wenn der austretende Strom geringer ist als der in den Stromkreis eintretende Strom, „versteht“ der FI-Schutzschalter dies als ein elektrisches Leck. Eine zweite interne Vorrichtung im FI-Schutzschalter verstärkt dann das Signal und berechnet den Wert des Lecks. Liegt der Wert über dem für den FI-Schutzschalter vorgesehenen Wert (in der Regel 30 mA oder 300 mA), „schaltet“ er sich selbst aus und damit auch den Stromkreis, zu dem das Leck gehört.
Der FI-Schutzschalter überwacht vor allem Leckströme, bei denen der elektrische Strom, der eigentlich in einen Stromkreis fließen sollte, in andere Teile des Systems „entweicht“, was eine Gefahr für Menschen und Geräte darstellt.
Unterschied zwischen einem FI-Schalter und einem Leitungsschutzschalter
Der Hauptunterschied zwischen diesen beiden Geräten liegt in der Art des Schutzes. Während der Fehlerstromschutzschalter nur vor Leckstrom schützt (Differentialschutz), bietet der Leitungsschutzschalter magneto-thermischen Schutz, d. h. Überlast und Kurzschluss. Der Fehlerstromschutzschalter schaltet bei Fehlerströmen ab, nicht aber bei Überströmen. Der Leitungsschutzschalter schaltet bei Überströmen ab, nicht aber bei Differenzströmen. Daher muss der Fehlerstromschutzschalter durch den Leitungsschutzschalter gegen Überströme geschützt werden, damit eine Einrichtung vorhanden ist, die sowohl gegen Überströme als auch gegen Fehlerströme geschützt ist.
Einschränkungen des FI-Schutzschalters
Ein FI-Schutzschalter kann nicht alle Gefahren, die von elektrischem Strom ausgehen, beseitigen, denn auch seine Schutzwirkung hat ihre Grenzen. Damit der Fehlerstromschutzschalter ausgelöst wird, muss ein Fehlerstrom auftreten (z.B. der Strom fließt durch einen menschlichen Körper). Er kann zwar die Dauer des Stromflusses begrenzen, aber die Stärke des Stroms nicht beeinflussen, bis er abgeschaltet wird.
- Einige seiner Eigenschaften stellen jedoch auch Nachteile dar:
- Hohe Kosten im Vergleich zu anderen Arten von Schutzschaltern
- Empfindlichkeit gegenüber elektromagnetischen Störungen
- Kann bei Stromstößen unnötig auslösen
- Erfordert professionelle Installation und Wartung
FI-Schutzschalter ersetzen
Zunächst einmal ist es wichtig zu betonen, dass FI-Schutzschalter nur von qualifizierten Elektrikern installiert oder ausgetauscht werden sollten.
Ein FI-Schutzschalter muss ersetzt werden, wenn er beschädigt ist oder nicht für die korrekte Stromstärke eingestellt ist (für den Personenschutz maximal 30mA). Es sei darauf hingewiesen, dass Feuchtigkeit oder ungünstige Witterungsbedingungen die Leistung des FI-Schutzschalters im Laufe der Zeit beeinträchtigen können, so dass ein Austausch erforderlich werden kann.
Wenn ein fehlerhaftes Gerät an den Steckdosen-Stromkreis angeschlossen ist, kann es zu einer unnötigen Auslösung kommen, so dass der FI-Schutzschalter möglicherweise ersetzt werden muss.
Es ist gelegentlich noch der Fall, dass in älteren Gebäuden alte FI-Schutzschalter anzutreffen sind, daher sollte man die entsprechenden FI-Schalter nachrüsten. Diese alten Schalter werden durch AC-Erdschlussströme ausgelöst, können aber durch eine DC-Überlast geblendet oder betäubt werden. Es sei daran erinnert, dass diese Schalter zu einer Zeit Standard waren, als Haushalte wesentlich weniger elektronische Geräte besaßen. Die neueste Generation von FI-Schaltern ist jedoch sicherer, da sie sowohl durch Wechsel- als auch durch Gleichfehlerströme ausgelöst werden können.