Schutz vor Brand durch Erdschluss

RCDs sind sehr wirksame Geräte zum Schutz vor Brandgefahr aufgrund von Isolationsfehlern, da sie Leckströme (z. B. 300 mA) erkennen können, die für die anderen Schutzmaßnahmen zu niedrig sind, aber ausreichen, um einen Brand zu verursachen.

Die große Mehrheit der elektrischen Kurzschlüsse in Niederspannungsinstallationen sind Isolationsfehler zwischen Leitung und Erde.

Die im vorherigen Abschnitt dieses Kapitels vorgestellten Schutzmaßnahmen gegen elektrischen Schlag gewährleisten eine automatische Trennung der Versorgung im Falle eines Fehlers zwischen einem Außenleiter und einem zugänglichen leitfähigen Teil, der zu gefährlichen Berührungsspannungen führen könnte.

Es kann jedoch auch zu einem Fehler zwischen einem Außenleiter und Erde mit einer niedrigeren Amplitude als dem Schwellenwert des Kabelüberstromschutzes (und ohne Risiko eines „indirekten Kontakts“) kommen (siehe Abbildung F78).

Abb. F78 – Überstromschutz Kennlinie und Bereich des Erdfehlerstromes

Schutz mit RCDs

Schaltgeräte mit Fehlerstromschutz gewährleisten, aufgrund der Erkennung von Isolationsfehlern, einen sehr effektiven Schutz in feuergefährdeten Betriebsstätten. Der hier auftretende Fehlerstrom ist für eine Erfassung durch andere Schutzgeräte zu niedrig (Überstrom, Auslösezeit).

In TN-S, TT- und IT-Systemen können Fehlerströme auftreten. Schaltgeräte mit Fehlerstromschutzeinrichtung mit einer Empfindlichkeit von 300 mA gewährleisten einen Schutz aufgrund dieser Fehlerströme in feuergefährdeten Betriebsstätten. Untersuchungen haben ergeben, dass die durch Feuer entstehenden Kosten pro Schadensereignis in Industrie- und Dienstleistungsgebäuden sehr hoch sein können.

Analysen haben gezeigt, dass das Brandrisiko, hervorgerufen durch die Überhitzung elektrischer Betriebsmittel, eng mit der durch eine fehlerhafte Koordination zwischen den maximalen Bemessungsströmen der Leitungen (oder isolierter Leiter) und den Einstellungen der Überstromschutzeinrichtungen zusammenhängt.

Ebenso kann es durch Veränderungen des Anlagenaufbaus (Hinzufügen von Kabeln/ Leitungen auf ein bereits genutztes Kabelträgersystem) zu einer Überhitzung kommen.

Durch diese Überhitzung kann ein Isolationsfehler in den elektrischen Betriebsmitteln entstehen, der sich zu einem elektrischen Lichtbogen ausbilden kann. Diese elektrischen Lichtbögen entwickeln sich, wenn die Fehlerschleifenimpedanz größer als 0,6 Ω ist und treten nur bei einem Isolationsfehler auf. Tests haben ergeben, dass sich das Brandrisiko bei einem Fehlerstrom von mehr als 300 mA stark erhöht (siehe Abb. F79).

Abb. F79 – Entstehung von Gebäudebränden

Diese Art von Fehlerstrom ist zu niedrig, um vom Überstromschutz erkannt zu werden.

Für TT-, IT- und TN-S-Systeme bietet die Verwendung von RCDs mit einer Empfindlichkeit von 300 mA einen guten Schutz gegen Brandgefahr aufgrund dieser Art von Fehlern. (siehe Abbildung F80)

Abb. F80 – Beispiel einer Auslösekennlinie des Fehlerstromschutzes

Die IEC 60364-4-42:2010 (Klausel 422.3.9) schreibt vor, RCDs mit einer Empfindlichkeit von ≤ 300 mA an Orten mit hohem Brandrisiko zu installieren (Orte mit Brandgefahr aufgrund der Art der verarbeiteten oder gelagerten Materialien – Bedingung BE2). beschrieben in Tabelle 51A von IEC 60364-5-51:2005). Im TN-C-System ist die Anwendung ausgeschlossen und im TN-S System muss sie angewendet werden.

An Orten, an denen RCDs gemäß IEC nicht vorgeschrieben sind, wird dennoch dringend empfohlen, die Verwendung von RCDs in Betracht zu ziehen, wobei die möglichen Folgen eines Feuers zu berücksichtigen sind.

Siehe Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen (RCDs) für die Auswahl von RCDs.

Eine andere Lösung ist die Verwendung des Erdschlussschutzes (siehe unten), aber der Bereich des erkannten Fehlerstroms wird reduziert.

Schutz mit "Erdschlussschutz"

In TN-C-Systemen kann der RCD-Schutz nicht verwendet werden, da die Messung des Erdschlussstroms durch einen Sensor um Außenleiter und PEN herum zu einer dauerhaften falschen Messung und einer unerwünschten Auslösung führt. Es kann jedoch ein Schutz vorgeschlagen werden, der weniger empfindlich als ein RCD, aber empfindlicher als der Überstromschutz von Leitern ist. In Nordamerika wird dieser Schutz allgemein verwendet und ist als „Erdschlussschutz“ bekannt.

Verschiedene Arten von Erdschlussschutz (GFP)

(siehe Abbildung F83)

Je nach installiertem Messgerät können drei Arten von GFP verwendet werden:

“Residual Sensing” RS

Der „Isolationsfehler“-Strom wird aus der vektoriellen Summe der Ströme der Sekundärwicklungen der Stromwandler berechnet. Der Stromwandler am Neutralleiter befindet sich oft außerhalb des Leistungsschalters.

Abb. F81 – Beispiel einer Auslösekennlinie des Erdschlussschutzes vom Typ RS

Abb. F82 – Beispiel für ComPacT NSX630 mit integriertem Differenz+ Erdschlussschutz Micrologic 6.3E

“Source Ground Return” SGR

Der „Isolationsfehlerstrom“ wird in der Neutral-Erde-Verbindung des NS-Transformators gemessen. Der Stromwandler befindet sich außerhalb des Leistungsschalters.

“Zero Sequence“ ZS (entspricht im Prinzip IEC RCD)

Der „Isolationsfehler“ wird direkt an der Sekundärseite des Stromwandlers über die Summe der Ströme in spannungsführenden Leitern gemessen. Diese Art von GFP wird nur bei niedrigen Fehlerstromwerten verwendet.

Der Erdschlussschutz kann in den Leistungsschalter integriert werden (siehe Abbildung F82) oder durch ein eigenständiges Relais ausgeführt werden. In jedem Fall muss das vom GFP betriebene Gerät das Ausschaltvermögen des maximalen Fehlerstroms am Einbauort haben, allein oder in Kombination mit einer anderen Überstrom-Schutzeinrichtung.

Abb. F83 – Verschiedene Arten von Erdschlussschutz

• 

  RS system

• 

  SGR system

• 

  ZS system

Schutz mit "Erdschlussüberwachung"

Die Erhöhung der Empfindlichkeit des Schutzsystems verringert die Brandgefahr, kann aber auch das Risiko einer unerwarteten Auslösung bei Störungen erhöhen, die kein echter Fehler sind. (Siehe Empfehlungen für die Auswahl von RCDs). Wo das Gleichgewicht zwischen Empfindlichkeit und Betriebskontinuität schwierig ist, bringt die Überwachung des Erdschlusses ohne automatische Trennung ebenfalls Vorteile.

Erdstromüberwachung und Alarmierung ermöglichen:

• Früherkennung von Isolationsschäden
• Abnormale Leckströme
• Erkennung eines unerwünschten Kontakts zwischen Neutralleiter und Erde an einer anderen Stelle als der dedizierten Erdungsverbindung

Abb. F84 – Beispiel eines 250-A-MCCB mit Fehlerstrommessung und Alarmierung (ComPacT NSX Micrologic 7.2 E AL)

Abb. F85 – Beispiel eines externen Differenzstrom-überwachungsrelais