FI-Schutzschalter: Aufbau in 3D
Wie erkennt ein FI-Schutzschalter einen Fehlerstrom? Hier öffnest du einen vierpoligen RCD in 3D, vom Schaltschloss bis zum Summenstromwandler. Danach geht es um die RCD-Typen, das Messen mit dem Prüfgerät und die Suche, wenn der FI immer wieder fliegt.
Lädt einmalig rund 0,2 MB. Die Erklärungen unten funktionieren auch ohne 3D-Modell.
FI-Schutzschalter (RCD)
Er vergleicht den Strom, der hinfließt, mit dem, der zurückkommt. Fehlt etwas, fließt es woanders ab, womöglich durch einen Menschen, und er schaltet ab. Mit Weiter wird er Schritt für Schritt geöffnet, mit Prüftaste drücken löst er aus.
Die Bauteile im Überblick
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Gehäuse und Frontteil
Ein vierpoliger RCD ist vier Teilungseinheiten breit, rund 72 mm, und sitzt auf der 35-mm-Hutschiene. Auf der Front stehen Bemessungsstrom, Bemessungsfehlerstrom IΔn und der Typ, zum Beispiel A oder B. Im Modell ist das Frontteil abgenommen.
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Schaltknebel und Schaltschloss
Wie beim LS-Schalter hält das Schaltschloss die Kontakte gegen eine Federkraft geschlossen. Der Auslöser muss es nur freigeben, die Kraft zum Öffnen steckt in der gespannten Feder. Auch hier gilt die Freiauslösung: Wer den Knebel festhält, verhindert das Abschalten nicht.
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Prüftaste mit Prüfwiderstand
Die Prüftaste schickt über einen Widerstand einen kleinen Strom am Summenstromwandler vorbei. Für den Wandler sieht das aus wie ein Fehlerstrom, der RCD muss auslösen. Das geht nur, wenn Spannung anliegt. Nach DGUV Vorschrift 3 wird sie in stationären Anlagen alle 6 Monate gedrückt, in nichtstationären wie auf Baustellen arbeitstäglich. Sie prüft nur, ob die Auslösemechanik funktioniert. Die Messung von Auslösestrom und Auslösezeit mit dem Prüfgerät bleibt trotzdem nötig.
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Hauptkontakte
Vier Kontaktpaare, je eines für L1, L2, L3 und N. Die beweglichen Kontakte sitzen auf einem gemeinsamen Träger und öffnen zusammen. Der Neutralleiter wird also immer mitgeschaltet.
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Summenstromwandler
Das Herz des RCD: ein Ringkern, durch den alle aktiven Leiter laufen, also die drei Außenleiter und der Neutralleiter. Ohne Fehler ist die Summe der Ströme in jedem Augenblick null, ihre Magnetfelder heben sich auf. Fließt ein Teil über einen Fehler zur Erde ab, fehlt er auf dem Rückweg: Im Kern entsteht ein Magnetfeld, und die Sekundärwicklung liefert eine Spannung an den Auslöser. Der Schutzleiter läuft nie durch den Wandler.
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Auslöser
Ein Haltemagnet hält einen Anker gegen eine Feder fest. Die Spannung aus der Sekundärwicklung schwächt sein Feld, der Anker springt ab und stößt das Schaltschloss an. Dafür braucht der RCD keine eigene Versorgung. Ausgelöst wird zwischen der Hälfte und dem vollen Bemessungsfehlerstrom, bei einem 30-mA-RCD also zwischen 15 und 30 mA.
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Anschlussklemmen
Oben 1, 3, 5 und N, unten 2, 4, 6 und N. Ob der N links oder rechts sitzt, ist je nach Hersteller verschieden, deshalb immer die Beschriftung lesen. Läuft ein Neutralleiter am RCD vorbei oder ist er mit einem anderen Stromkreis verbunden, stimmt die Summe nicht mehr: Der RCD löst aus, sobald Last fließt.
FI-Schutzschalter im Betrieb: Typen, Prüfung, Fehlersuche
Welcher Typ für welchen Fehlerstrom
Die DGUV Information 203-005 erklärt die Symbole auf dem Gerät so (Ausgabe Januar 2021, Anhang 1, S. 14): Typ A schützt bei Wechsel- und Pulsfehlerströmen der Netzfrequenz. Typ F kann das auch und erfasst zusätzlich Fehlerströme mit Mischfrequenzen, die von der Netzfrequenz abweichen. Typ B erfasst zusätzlich glatte Gleichfehlerströme und Wechselfehlerströme bis mindestens 1 kHz, Typ B+ für den gehobenen vorbeugenden Brandschutz bis 20 kHz. Für Frequenzumrichter nennt Eaton Typ B bei dreiphasigen und Typ F bei einphasigen Geräten (Schaltungsbuch 10/23, S. 5-66).
Prüftaste und Messung sind zwei Paar Schuhe
Die Prüftaste zeigt nur, dass Wandler, Auslöser und Schaltschloss zusammenarbeiten. Ob der RCD bei dem Fehlerstrom und in der Zeit auslöst, die er muss, und ob die Berührungsspannung niedrig genug bleibt, zeigt erst die Messung mit dem Installationstester an einer Steckdose oder einem Abgang dahinter. Die Werte trägst du ins Prüfprotokoll ein. Die Grenzwerte stehen beim Rechner RCD & Schleifenimpedanz.
Er fliegt sofort beim Einschalten
Löst er schon aus, wenn noch kaum etwas läuft, steckt der Fehler meist in der festen Installation. Häufig hat der Neutralleiter hinter dem RCD Verbindung mit dem Schutzleiter oder mit dem N eines anderen Stromkreises. Dann fließt ein Teil des Rückstroms am Wandler vorbei. Zum Eingrenzen alle LS-Schalter hinter dem RCD aus, RCD ein, dann die LS-Schalter einzeln zuschalten. Bei dem Stromkreis, mit dem er fällt, spannungsfrei den Isolationswiderstand messen, und zwar auch zwischen N und PE. Wer nur die Außenleiter misst, findet einen N-PE-Schluss nicht.
Er fliegt mit einem bestimmten Gerät oder bei Nässe
Fällt er nur, wenn ein bestimmtes Gerät läuft, das Gerät abstecken und prüfen lassen (Grenzwerte bei der Geräteprüfung). Fällt er bei Regen oder nach dem Reinigen mit Wasser, sitzt die Feuchte oft in Außensteckdosen, Leuchten, Abzweigdosen oder Kabelverschraubungen. Löst er sporadisch aus, ohne dass etwas defekt ist, kann die Summe der Ableitströme vieler Geräte mit Netzfilter zu groß sein. Eaton weist darauf hin, dass Frequenzumrichter und Funk-Entstörfilter betriebsbedingte Ableitströme haben, die im Fehlerfall erheblich größer werden können (S. 5-66). Dann hilft nur Aufteilen auf mehrere RCDs.
Selektiv: zwei RCDs hintereinander
Sitzt ein RCD vor einem anderen, sollen bei einem Fehler nicht beide abschalten. Dafür gibt es selektive RCDs mit dem Kennzeichen S. Sie lösen verzögert aus, damit der nachgeschaltete zuerst abschaltet. Die Mindestzeiten dafür nennt die Doepke-Info-Zeitung Nr. 3 (Juli 2017, S. 2). Zwei normale RCDs hintereinander schalten bei einem Fehler oft beide ab, dann ist mehr dunkel als nötig.
Was auf der Front steht
Für den Tausch wichtig sind Bemessungsstrom, Bemessungsfehlerstrom IΔn, Typ, Polzahl und gegebenenfalls das S. Ein Ersatz-RCD braucht mindestens denselben Typ. Ein Typ A an der Stelle eines Typ B wäre für einen Umrichter dahinter ein Rückschritt, denn glatte Gleichfehlerströme kann er nicht erfassen.
Zwei- oder vierpolig
Ein zweipoliger RCD führt einen Außenleiter und den N durch den Wandler, ein vierpoliger drei Außenleiter und den N. Hinter einem vierpoligen RCD können auch reine 230-V-Stromkreise hängen, die jeweils einen der drei Außenleiter nutzen. Wichtig ist nur, dass jeder N hinter dem RCD auch zu diesem RCD zurückführt. Hängt ein 230-V-Stromkreis mit seinem Außenleiter am RCD, mit seinem N aber an der N-Schiene davor, sieht der Wandler den ganzen Laststrom als Fehlerstrom.
Was nach dem Auslösen zu tun ist
Nicht einfach wieder einschalten und abwarten. Erst fragen, was gerade lief und was sich geändert hat: ein neues Gerät, Regen, Arbeiten an der Anlage. Lässt sich der RCD nicht mehr einschalten, auch wenn alle Stromkreise dahinter abgeschaltet sind, liegt der Fehler zwischen RCD und den LS-Schaltern oder im RCD selbst. Löst ein neuer RCD auf derselben Stelle gleich wieder aus, ist es fast nie der RCD.
Ableitströme mit der Zange suchen
Mit einer Leckstromzange lässt sich im Betrieb messen, wie viel Strom ein Stromkreis über den Schutzleiter verliert. Dazu kommen alle aktiven Leiter des Stromkreises zusammen in die Zange, also Außenleiter und N, genau wie im Summenstromwandler des RCD. Ist alles in Ordnung, heben sich die Ströme fast auf. Was übrig bleibt, fließt woanders ab. Die Zange braucht dafür eine Auflösung im Milliamperebereich, eine normale Stromzange reicht nicht. So findest du den Stromkreis, der den RCD an die Grenze bringt, ohne die Anlage abzuschalten.
Die Prüftaste bewirkt nichts
Löst der RCD beim Drücken der Prüftaste nicht aus, obwohl Spannung anliegt, ist er defekt und muss getauscht werden. Auch ein RCD, der lange nicht ausgelöst hat, kann mechanisch hängen. Deshalb gehört das regelmäßige Drücken der Prüftaste zum Betrieb dazu. Nach dem Tausch wird der neue RCD mit dem Installationstester gemessen.
Wichtige Verbraucher aufteilen
Hängt alles an einem einzigen RCD, legt ein einziger Fehler den ganzen Bereich lahm, auch Kühlgeräte, Pumpen oder die Beleuchtung im Fluchtweg. Werden die Stromkreise auf mehrere RCDs verteilt, bleibt bei einem Fehler nur ein Teil dunkel. Das macht auch die Fehlersuche leichter, weil der Fehler schon auf wenige Stromkreise eingegrenzt ist.
Weitere 3D-Modelle
Motorschutzschalter in 3D geöffnet → Einstellrad, Bimetalle und Magnetauslöser: So schützt er den Motor vor Überlast und Phasenausfall. Leitungsschutzschalter in 3D geöffnet → Bimetall, Magnetauslöser und Löschkammer: So löst ein LS-Schalter bei Überlast und Kurzschluss aus. Schmelzsicherung in 3D zerlegt → Passhülse, Schmelzleiter im Quarzsand und Kennmelder: So schaltet eine NEOZED-Sicherung ab. Überspannungsschutz in 3D zerlegt → Varistoren, Funkenstrecke und Anzeige: So leitet ein Typ-2-Ableiter Überspannungen ab. NH-Sicherung in 3D zerlegt → Messerkontakte, Schmelzleiter mit Engstellen und Kennmelder: So schaltet eine NH-Sicherung ab.Warum darf der Schutzleiter nicht durch den FI-Schutzschalter?
Der Fehlerstrom fließt über den Schutzleiter zurück. Liefe der PE durch den Summenstromwandler, wäre die Summe wieder null, und der RCD würde den Fehler nicht bemerken. Welchen Weg der Fehlerstrom in TN- und TT-Netzen nimmt, zeigt die Seite Netzsysteme.
Schützt ein FI-Schutzschalter auch vor Überlast und Kurzschluss?
Nein. Ein reiner RCD erkennt nur Fehlerströme, die nicht über die aktiven Leiter zurückfließen. Überlast und Kurzschluss bleiben Aufgabe des LS-Schalters oder der Sicherung. Beides in einem Gerät ist ein FI/LS-Schalter (RCBO).
Hilft der RCD, wenn jemand L und N gleichzeitig berührt?
Nein. Dann fließt der Strom durch den Körper hin und über den Neutralleiter wieder zurück, beide Wege laufen durch den Wandler. Die Summe bleibt null, der RCD sieht keinen Fehler. Er schützt nur, wenn Strom zur Erde abfließt.
Warum löst der FI nur bei Regen aus?
Weil dann Wasser einen Weg vom Außenleiter oder vom N zum Schutzleiter oder zur Erde schafft, oft in Außensteckdosen, Leuchten oder Dosen. Bei trockenem Wetter ist der Isolationswiderstand groß genug, bei Nässe nicht. Gefunden wird die Stelle bei feuchtem Wetter mit der Isolationsmessung, stromkreisweise und spannungsfrei, alle aktiven Leiter einschließlich N gegen PE.
Zum Modell: Es ist vereinfacht und zeigt den grundsätzlichen Aufbau, keinen bestimmten RCD. Anordnung und Form der Teile unterscheiden sich je nach Hersteller. Welche Werte gelten, steht auf dem Gerät und im Datenblatt.
Von Felix Albers, Betriebselektriker · Stand: · Quellen & Normstand
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