Schutz gegen Störlichtbögen in Kabeln und Verbindungen (AFDD)
Den aktuell effektivsten elektr. Brandschutz stellt die neueste Generation an Schutzgeräten dar, die Fehlerlichtbogen-Schutzeinrichtung (AFDD), diese Schutzeinrichtung wird bereits Normativ nach VDE 0100-420, in den folgenden Anlagen, für einphasige Endstromkreise ≤ 16A empfohlen in:
- Schlaf- und Aufenthaltsräumen von Heimen oder Kindertagesstätten, Seniorenheimen und in barrierefreien Wohnungen nach DIN 18040-2
- Gebäude und Räumlichkeiten aus/mit brennbaren Baustoffen
- Gebäude und Räumlichkeiten für unersetzbare Güter
Nach VDE 0100-420 muss jedoch auch zwingend eine Risikoanalyse für diese gefährdeten Bereiche durchgeführt werden.
Ein Beispiel für eine Risikoanalyse und weitere Informationen finden Sie z. B. beim ZVEH.
Mehr Informationen zu der neuen Schutzeinrichtung finden Sie in diesem Abschnitt.
Für alle anderen Bereiche stellt weiterhin ein RCD ≤ 300mA durch die Erkennung von Isolationsfehlern, einen effektiven Brandschutz dar, wie im folgenden Abschnitt beschrieben.
Ursachen von Bränden auf Grund elektrischer Fehler
Brände auf Grund elektrischer Fehler werden durch Überlasten, Kurzschlüsse und Erdschlussströme, aber auch durch elektrische Lichtbögen in Kabeln und Anschlüssen verursacht.
Bei einer Beschädigung des Kabels oder einer unsachgemäßen elektrischen Verbindung sind zwei Arten von Fehlern anzutreffen, die ein Feuer aufgrund eines entstehenden Lichtbogens auslösen können:
![[a] Serieller Fehlerlichtbogen](/dew/images/7/7d/DB422949a_DE.jpg)
[a] Serieller Fehlerlichtbogen
![[b] Paralleler Fehlerlichtbogen](/dew/images/3/3e/DB422949b_DE.jpg)
[b] Paralleler Fehlerlichtbogen
![[a] Serieller Fehlerlichtbogen](/dewiki/Datei:DB422949a_DE.jpg)
![[b] Paralleler Fehlerlichtbogen](/dewiki/Datei:DB422949b_DE.jpg)
Serieller Fehlerlichtbogen
(siehe Abb. F88a + F89)
An einem beschädigten Leiter oder einer unsachgemäßen elektrischen Verbindung entsteht eine örtlich begrenzte Erhitzung, wodurch die Isoliermaterialien im Bereich des Leiters karbonisieren.
An einer karbonisierten Leitung oder Verbindung kann ein erhöhter Strom fließen.
An den karbonisierten Stellen kommt es durch den Stromfluss zu sporadisch auftretenden Fehlerlichtbögen. Sobald die Karbonisierung weiter voranschreitet, kann es zu einem stabilen Fehlerlichtbogen kommen und brennbare Materialien in der näheren Umgebung können sich entzünden.
Paralleler Fehlerlichtbogen
(siehe Abb. F88b + F90)
Bei einer Beschädigung der Isolierung zwischen zwei spannungsführenden Leitern kann zwischen den beiden Leitern ein erhöhter Strom fließen, der jedoch zu schwach ist, um von einem Leitungsschutzschalter als Kurzschluss erfasst zu werden (siehe Abb. F93),und der zudem von Fehlerstromschutzeinrichtungen nicht erkannt werden kann, da der Strom nicht zum Erdpotential fließt .
Diese Kriechströme optimieren beim Durchfluss durch die Isolation ihren Weg, indem sie Lichtbögen erzeugen, die die Isolierung allmählich karbonisieren.
Die so karbonisierte Isolierung verstärkt dann den Kriechstrom zwischen den beiden Leitern. Somit entsteht eine neue Kettenreaktion, welche die Höhe des Lichtbogenstroms und und die Karbonisierung so lange verstärkt, bis der Lichtbogen eine Flamme an der karbonisierten Stelle verursacht.
In beiden genannten Fehlern wird durch den Fehlerlichtbogen die karbonisierte Stelle entzündet. Durch das Erkennen dieser Fehlerlichtbögen mittels einer Fehlerlichtbogen- Schutzeinrichtung (AFDD) kann ein größerer Schaden verhindert werden, indem diese den betroffenen Stromkreis abschaltet.
Fehlerursachen
Diese Art von Fehlern können in folgenden Situationen entstehen (siehe Abb. F91):
Beschädigung durch äußere Einwirkungen (Druckstellen durch Möbel, Einklemmen im Türrahmen, ...)
Unsachgemäße Handhabung von Anschlusskabeln und Steckern
Beschädigte Kabel an Verbindungsstellen
Versehentliche Beschädigung eines Kabels
Nicht formschlüssige Kontaktstellen
Falscher Biege-Radius und Alterung der Isolierung
Lose Anschlussklemmen oder Verbindungsstellen
Beschädigung des Kabels durch Umwelteinflüsse (UV-Strahlung), Feuchtigkeit, Nagetiere.
Fehlerlichtbogen-Schutzeinrichtungen > Brandschutzschalter (AFDD)
Mit Hilfe der Fehlerlichtbogen-Schutzeinrichtung iARC (siehe Abb. F92) können gefährliche Fehlerlichtbögen erkannt und der betroffene Stromkreis abgeschaltet werden. Der iARC hat nur die Funktion des AFDD und nicht eines integrierten Leitungsschutzschalter.
Wenn diese Kombination gefordert ist, dann kann man den iDPN N Arc einbauen der gleichzeitig als Kurzschluss- und Überlastschutz funktioniert + AFDD.
Solche Schutzgeräte wurden seit den frühen 2000ern erfolgreich in den Vereinigten Staaten entwickelt und ihr Einbau durch den National Electric Code gefordert.
Seit 2013 sind in der internationalen Norm IEC 62606 Fehlerlichtbogen-Schutzeinrichtungen (Arc Fault Detection Devices, AFDD) festgelegt, die das Auftreten von gefährlichen elektrischen Lichtbögen erkennen und den nachfolgenden Stromkreis unterbrechen, um das Entstehen einer Flamme zu verhindern.
Eine Fehlerlichtbogen-Schutzeinrichtung überwacht in Echtzeit eine Anzahl verschiedener elektrischer Parameter des von ihm geschützten Stromkreises, um Messwerte zu erhalten, die kennzeichnend für das Vorliegen von gefährlichen elektrischen Fehlerlichtbögen sind.
Beispielsweise ist eine Verzerrung des Stromsignals (sinusförmig) zum Zeitpunkt des Nulldurchgangs kennzeichnend, eine Abflachung der Amplituden-Höhe und eine Veränderung der Flankenbildung. (siehe Abb. F93).
Auslösekennlinie Leitungsschutzschalter
(siehe Abb. F94)
Diese gefährlichen elektrischen Fehlerlichtbögen werden weder von Fehlerstromschutzeinrichtungen noch von Leitungsschutzschaltern oder Sicherungen erkannt.
| Fehlerlichtbogen Type | Testbogenstrom (RMS Werte) | Maximale Unterbrechungszeit | |
|---|---|---|---|
| Serieller | Grenzwerte für die Unterbrechungszeit für Un = 230 V AFDDs |
2,5A | 1s |
| 5A | 0,5s | ||
| 10A | 0,25s | ||
| 16A | 0,15s | ||
| 32A | 0,12s | ||
| 63A | 0,12s | ||
| Paralleler | Höchstzahl der erlaubte Halbzyklen innerhalb von 0,5 s für Un 230 V und Un = 120 V | 75A | 120ms |
| 100A | 100ms | ||
| 150A | 80ms | ||
| 200A | 80ms | ||
| 300A | 80ms | ||
| 500A | 80ms | ||
Einsatz von Fehlerlichtbogen-Schutzeinrichtungen (AFDDs)
Fehlerlichtbogen-Schutzeinrichtungen (Arc Fault Detection Devices, AFDD) dienen dazu, das durch das Vorliegen von lichtbogenerzeugten Strömen verursachte Brandrisiko in den Endstromkreisen in der Installation einzuschränken.
Der Einsatz von Fehlerlichtbogen Schutzeinrichtungen AFDDs wird in der neuen IEC 60364-4-42 empfohlen, in einigen Ländern wie z. B. Deutschland wird in der harmonisierten DIN VDE 0100-420 2019-10, der Einsatz von AFDDs in eiphasigen Stromkreisen verschiedener Bereiche zwar auch empfohlen aber es wird zwingend die Durchführung einer Risikoanalyse gefordert wie Sie z. B. vom ZVEH beschrieben wird.
Bereiche, in denen der Einsatz von (AFDDs) empfohlen ist
- Schlaf- oder Aufenthaltsräume von Heimen oder Tageseinrichtungen für Kinder, behinderte oder alte Menschen (z. B. Kindertagesstätten, Seniorenheime, etc.)
- Schlaf- oder Aufenthaltsräume in Wohnungen.
- Räume oder Orte mit besonderem Brandrisiko - Feuergefährlichen Betriebsstätten (Absatz 422.3)[1] Feuergefahren, die sich durch Herstellung, Bearbeitung oder Lagerung von brennbaren Material einschl. vorhanden sein von Staub ergeben. (z. B. Scheunen, Werkstätten zur Holzbearbeitung, Papierfabriken, etc)
- Räume und Orte mit brennbaren Baustoffen (Absatz 422.4)[1] Diese Anforderung gelten für Gebäude welche hauptsächlich aus brennbaren Baustoffen hergestellt sind, (z. B. Holzhäuser, etc.)
- Räume und Orte mit Gefährdungen für unersetzbare Güter (Absatz 422.6)[1] (z.B. Nationaldenkmäler, Museen und andere öffentliche Gebäude. Gebäude wie Bahnhöfe, Flughäfen und auch Laboratorien, Rechenzentren, etc.
- Endstromkreise an deren Steckdosen Verbrauchsgeräte mit hohem Verbrauch angeschlossen sind. (z. B. Waschmaschinen, Trockner, Geschirrspüler, etc.)
- Räume oder Orte mit Feuer verbreitenden Strukturen. Gebäude, bei denen die Form und Ausdehnung die Ausbreitung von Feuer erleichtert. (z. B. Kamineffekt bei Hochhäusern oder anlagentechnische Einrichtungen, z.B. Zwangsbelüftung, etc.)
In Wechselstromkreisen <= 16A erfüllt der Gebrauch von Fehlerlichtbogen-Schutzeinrichtungen (AFDD) nach IEC 62606 die oben aufgeführten Anforderungen und Empfehlungen"
Die Einstufung der oben genannten Bereiche und Durchführung der Risikoanalyse liegt in der Verantwortung des Bauherren / Eigentümers der elektrischen Anlage ggf. unter Hinzuziehung einer nach Baurecht geeigneten Person, die für Ihre Aufgabe über die erforderliche Sachkunde und Erfahrung verfügt.
Die Einstufung ist im Rahmen der Planung und Errichtung schriftlich zu fixieren.
Hinweise zu Prüf- und Wartungsarbeiten bei dem Einsatz von AFDDs.
Gibt es Messgeräte mit denen man einen AFDD regelmäßig prüfen kann?
- Nein, aktuell gibt es keine Messgeräte die einen AFDD auf seine Funktion hin testen können. Die einzige Möglichkeit, wie der AFDD getestet werden kann, ist mittels Testtaste an dem Gerät selber.
Wird es einen Gruppen-AFDD geben, so in der Art eines Gruppen RCD?
- Nein, den wird es so nie geben, weil hier die physikalischen und messtechnichen Grenzen erreicht werden. Es könnte ansonsten zu häufigen Fehlauslösungen kommen.
Was muss man bei einer Isolationsmessung beachten?
- Es müssen alle Zu und Abgangsleitungen vom AFDD getrennt werden, bevor eine Isolationsprüfung durchgeführt wird.
Gibt es eine Wartungs- und Prüfempfehlung bzw. Vorgabe, vergleichbar mit dem RCD (FI-Schalter)?
- Nach heutigem Stand gibt es keine Vorgaben aus Normen und Vorschriften, zu einer solchen Wartungs- und Prüfempfehlung
