Schutzkonzepte

Siemens

Um die Elektroinstallation in deutschen Wohngebäuden ist es schlecht bestellt: Sicherheitslücken finden sich beim Schutz vor Fehlerlichtbögen, Überspannungen sowie beim Berührungs- und Brandschutz. Aber es gibt effiziente Schutzkonzepte.

06. März 2014

Unfälle, Kurzschlüsse und Schwelbrände sind die Folge, wenn Mängel in der Elektroinstallation vorliegen. Erforderlich sind erweiterte, über die Norm hinausgehende Schutzkonzepte. In vielen Bestandsobjekten wurde die Elektroinstallation bereits vor Jahrzehnten nach damaligem Stand der Technik errichtet und seither nicht mehr angepasst.

Allein in Deutschland sind 29 Millionen Wohngebäude älter als 35 Jahre, davon 11 Millionen Gebäude älter 60 Jahre. Elektroanlagen aber haben laut VDI eine durchschnittliche Lebensdauer von nur 30 bis 35 Jahren. Werden die Gebäude saniert, beispielsweise energetisch, wird die Elektroinstallation oft vernachlässigt. Im Objekt- und Industriebau ist die Situation ähnlich. Unberücksichtigt bleibt, dass sich die Zahl an elektrischen Verbrauchern in den letzten Jahrzehnten drastisch erhöht hat.

Lag die Zahl an elektrischen Geräten früher bei etwa acht, finden sich heute oft über 70 elektrische Anwendungen im Haushalt. Geschirrspüler, Wäschetrockner oder Mikrowellengeräte etwa waren bis in die Achtzigerjahre nur wenig verbreitet; Unterhaltungselektronik, Computer, Wärmepumpen oder Eigenenergieerzeuger wie Photovoltaikanlagen gab es nicht. Diesen Belastungen hält die in vielen Gebäuden veraltete Elektroinstallation kaum mehr stand.

Moderne Elektrogeräte weisen zudem oft andere Charakteristika hinsichtlich der Stromaufnahme auf oder verfügen, wie im Fall von modernen Waschmaschinen, über Frequenzumrichter. Diese können im Fehlerfall Fehlerströme mit höheren Frequenzen oder glatte Gleichfehlerströme erzeugen. Die in Haushalten üblicherweise verbauten FI-Schutzschalter Typ A bieten dafür keinen ausreichenden Schutz.

Auch neuere Gebäude sind oft unzureichend geschützt: 30-mA-Fehlerstrom-Schutzschalter beispielsweise wurden erst 2007 verbindlich für Steckdosenstromkreise vorgeschrieben. In Gebäuden, die davor gebaut wurden, fehlt dieser notwendige Schutz vor elektrischem Schlag noch häufig. Untersuchungen bestätigen das.

Über 30 Prozent aller Gebäudebrände werden durch Elektrizität verursacht. Die Brandursachen liegen dabei zu etwa 50 Prozent im Verbraucher und zu 30 Prozent in Mängeln in der Elektroinstallation. Beschädigte Kabel finden sich in Haushalten zuhauf. Schnell können so Fehlerlichtbögen und in der Folge Kabel- bzw. Gebäudebrände entstehen. Bei Fehlerlichtbögen handelt es sich um Lichtbögen, die sich durch eine Störung in einer elektrischen Anlage oder Leitung bilden.

Zu unterscheiden sind serielle und parallele Fehlerlichtbögen. Parallele Fehlerlichtbögen treten zwischen Außenleiter gegen Erde oder Schutzleiter, zwischen zwei Außenleitern oder zwischen Außen- und Neutralleiter auf. Serielle Fehlerlichtbögen können bei der Unterbrechung eines Leiters oder in Folge von losen Kontakten entstehen.

Zu den häufigsten Ursachen von seriellen Fehlerlichtbögen zählen zum Beispiel durch Nägel, Schrauben oder Befestigungsklammern beschädigte Kabelisolierungen, gequetschte Leitungen bei der Verlegung durch offene Türen und Fenster, Kabelbrüche durch zu enge Biegeradien, abgeknickte Stecker und Leitungen, etwa durch unachtsam verschobene Möbel, sowie gelockerte Kontakte und Anschlüsse in Schaltern oder Steckdosen.

Entsteht bei der defekten Leitung eine Engstelle, führt dies unter Strombelastung zur Temperaturerhöhung und kann in der nächsten Phase über Oxidation des heißen Kupfers zu Kupferoxid führen. Im Weiteren wird die Isolierung erhitzt und karbonisiert. Bei zunehmender starker Erhitzung schmilzt und vergast das Kupfer, es entsteht ein Luftspalt und sporadische Fehlerlichtbögen treten auf. Bei ungefähr 6.000 °C können sich diese über die karbonisierte Isolierung stabilisieren. Eine mögliche Folge ist Kabelbrand.

Gängige Leitungsschutz- und Fehlerstromschalter erkennen serielle Fehlerlichtbögen nicht – eine Sicherheitslücke, die Siemens erstmals mit dem Brandschutzschalter 5SM6 geschlossen hat. Mit zunehmendem Alter der Elektroanlagen bei gleichzeitig steigenden Nutzungsanforderungen ist davon auszugehen, dass die Schadenshäufigkeit weiter steigt. Eine genaue Überprüfung und bedarfsgerechte Anpassung vorhandener Elektroinstallationen ist deshalb ein Muss.

Laut Niederspannungsanschlussverordnung §13 „Elektrische Anlage“ haften Immobilienbesitzer bzw. Betreiber von Zweckbauten für Schäden, die durch eine mangelhafte Elektroinstallation entstehen. In der Regel verlassen sie sich dabei auf den Rat ihrer Elektroinstallateure. Diese sind in puncto Schutz und Sicherheit deshalb in der Aufklärungspflicht.

Die Vorschriften für die Errichtung von Elektroinstallationen in Deutschland sind in der Normenreihe DIN VDE 0100 verankert und für das Elektrohandwerk verbindlich. Die Norm gilt für den Zeitpunkt der Erstinstallation. Das größte Manko: In den meisten Fällen bleiben Elektroinstallationen auf Dauer so in Betrieb, wie sie ursprünglich errichtet wurden. Bestandsobjekte bleiben so von aktualisierten Normvorgaben ausgenommen.

Auch in Neuinstallationen ist nicht sichergestellt, dass alle Gefahrenquellen abgedeckt sind. Fehlerströme mit höheren Frequenzen, glatte Gleichfehlerströme, transiente Überspannungen, Überspannungen in Betriebsmitteln sowie Störungen aufgrund fehlerhafter oder falscher Anschlüsse oder Schäden durch externe Einflüsse bleiben vielfach unberücksichtigt. Ziel muss daher ein durchgängiges Konzept nach Stand der Technik sein, das den vorgeschriebenen Basisschutz um ineinandergreifende Schutzkomponenten ergänzt und das verbleibende Restrisiko minimiert.

So schützen Leitungsschutzschalter und Sicherungen Leitungen, Anlagen und Geräte im Fall von Überlast und Kurzschluss. Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen schützen vor gefährlichen Körperströmen bei indirektem und direktem Berühren. Die Fehlerursache kann beispielsweise ein defektes Elektrogerät sein.

Für viele Anwendungsbereiche ist die Installation von FI-Schutzschaltern mit Bemessungsfehlerströmen von maximal 30 mA in Neubauten bereits Pflicht: Beispielsweise seit 1984 in Räumen mit Badewanne oder Dusche und seit 2007 für alle Steckdosen-Stromkreise mit einem Bemessungsstrom bis 20 A, die für die Benutzung durch Laien und zur allgemeinen Verwendung bestimmt sind.

FI-Schutzschalter des Typs A lösen sowohl bei sinusförmigen Wechselfehlerströmen als auch bei pulsierenden Gleichfehlerströmen aus. In zahlreichen modernen Betriebsmitteln, wie z.B. Waschmaschinen oder Heizungspumpen, sind einphasige Frequenzumrichter eingesetzt. Diese können auf der Abgangsseite Fehlerströme aus einem Frequenzgemisch mit Frequenzanteilen im kHz-Bereich erzeugen. FI-Schutzschalter des Typs A sind dafür nicht ausgelegt.

Um in diesen Situationen die Schutzfunktion sicherzustellen, hat beispielsweise Siemens den neuen FI-Schutzschalter des Typs F eingeführt, der den Schutz- und Funktionsumfang des Typs A erweitert. Diese FI-Schutzschalter verfügen über eine Stoßstromfestigkeit von größer 3 kA und eine Belastbarkeit mit glatten Gleichfehlerströmen von bis zu 10 mA, ohne dass die Geräte in ihrer Funktion beeinträchtigt werden.

Damit garantieren sie maximale Sicherheit und hohe Widerstandsfähigkeit gegen unerwünschte Auslösungen.Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen des Typs A und Typs F wiederum sind nicht in der Lage, glatte Gleichfehlerströme zu erfassen, wie sie im Fehlerfall bei Einsatz von dreiphasigen Frequenzumrichtern, medizinischen Geräten, USV-Anlagen und beim Laden von Elektrofahrzeugen auftreten können.

Hier kommen die allstromsensitiven Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen der Typen B und B+ zur Anwendung. Sie besitzen einen zusätzlichen Wandler zur gesonderten Erfassung von Gleichfehlerströmen. Geeignet sind sie für den Einsatz im Drehstromsystem vor Eingangsstromkreisen mit Gleichrichtern.

Alle FI-Schutzschalter mit Bemessungsdifferenzströmen von maximal 300 mA tragen auch zum Brandschutz bei, indem sie Brände, die durch Erdschlussströme entstehen können, verhindern. Eine häufige Brandursache – serielle Fehlerlichtbögen – wird von Fehlerstrom- und Leitungsschutzschaltern nicht erkannt.

Der neue Brandschutzschalter 5SM6 von Siemens schließt diese Sicherheitslücke, indem er auf auch serielle Fehlerlichtbögen reagiert. Dafür misst er permanent das Hochfrequenzrauschen von Spannung und Strom in deren Intensität, Dauer sowie die dazwischen liegenden Lücken. Bei Auffälligkeiten schalten sie den angeschlossenen Stromkreis innerhalb von Sekundenbruchteilen ab.

Harmlose Störquellen, wie sie zum Beispiel beim Betrieb von Bohrmaschinen oder Staubsaugern vorkommen, kann der Brandschutzschalter von gefährlichen Fehlerlichtbögen unterscheiden. Einfach und zeitsparend zu montieren, ist der Brandschutzschalter 5SM6 bei Neuinstallationen ebenso einsetzbar wie bei bestehenden und älteren Anlagen.?

Manfred Kleemeier

HINTERGRUND

Die Schäden sind immens

Elektrisch verursachte Brände kosten jährlich über 100 Menschenleben und verursachen finanzielle Schäden in Milliardenhöhe. Um gefährliche Stromunfälle wirksam zu verhindern, sind integrierte Schutzkonzepte unbedingt notwendig.

Siemens bietet dem Elektrohandwerk ein umfangreiches Portfolio an Schutzgeräten – und damit das komplette Produktspektrum für eine durchgängige Absicherung der Elektroinstallation, begleitet von Support- und Schulungsangeboten. Installateure erhalten so alle Schutzgeräte aus einer Hand.

Erschienen in Ausgabe: 02/2014