Schutzmaßnahmen

Begriffe

Aktive Teile leitfähige Teile, die im Betrieb unter Spannung stehen können.
Direktes Berühren zufälliges oder absichtliches Berühren eines aktiven Teiles.
Inaktive Teile oder Körper leitfähige Teile, die auf Grund eines Isolationsfehlers unter Spannung stehen können.
Indirektes Berühren Berühren eines Körpers nachdem ein Isolationsfehler aufgetreten ist.
Körperschluss oder Masseschluss Durch einen Isolationsfehler entstandene, leitende Verbindung zwischen einem Körper und einem aktiven Teil.
Leiterschluss Leitende Verbindung, die durch einen Isolationsfehler zwischen zwei spannungsführenden aktiven Teilen entsteht.
Kurzschluss Leitende Verbindung, die durch einen Isolationsfehler zwischen zwei aktiven Teilen in der Zuleitung vor einem Verbraucher entsteht.
Schutzart IPxy x....Schutzart gegen Eindringen von Fremdkörpern (0 bis 6)
y....Schutzart gegen Eindringen von Wasser (0 bis 8)
Schutzklasse I....Gerät mit Schutzleiteranschluss
II...Gerät mit Schutzisolierung
III..Gerät für Kleinspannung
Fehlerspannung a) Potenzialunterschied zwischen einem inaktiven Teil und Bezugserde.

Bezugserde ist außerhalb eines Spannungstrichters, also außerhalb eines Kreises von 10m Durchmesser um einen stromdurchflossenen Erder herum.

b) Potenzialunterschied zwischen zwei inaktiven Teilen
Berührungsspannung Potenzialunterschied am menschlichen Körper bei der Berührung eines inaktiven Teiles.

Netze

Netze werden eingeteilt nach der

  • Stromart
  • Zahl der aktiven Leiter
  • Ort der Erdverbindung

Die Kennzeichnung besteht aus zwei Buchstaben.

Der erste Buchstabe

steht für die Erdungsverhältnisse der Quelle.

T

direkt geerdet

I

isoliert

Der zweite Buchstabe

steht für die Erdungsverhältnisse der Verbraucheranlage.

T

direkt geerdet

N

genullt


Schutzkonzept

Das Schutzkonzept wird in drei Stufen unterteilt.
Wenn die Schutzstufe 1 versagt, übernimmt Stufe 2 die Schutzfunktion. Ist auch die Stufe 2 wirkungslos, bleiben die Schutzmaßnahmen Dank Stufe 3 intakt.

Stufe 1 Stufe 2 Stufe 3
Schutz gegen Elektrischen Schlag Schutz gegen gefährlich hohe Berührungsspannung Schutz gegen gefährlich hohe Körperströme
BASISSCHUTZ FEHLERSCHUTZ ZUSATZSCHUTZ
Schutz gegen Direktes Berühren Schutz bei Indirekter Berührung Abschalten bei mehr als 30mA Fehlerstrom

Grenzwerte

Gefährlich hohe Berührungsspannung = 65V

Beim fließenden Körperstrom ist die Grenze von der Zeitdauer abhängig. Grob läßt sich sagen:

  1. spürbarer Körperstrom = 1mA
  2. schmerzender Körperstrom = 10mA
  3. gefährlicher Körperstrom = 50mA
  4. tödlicher Körperstrom = 100mA

Einteilung der Schutzmaßnahmen


Basisschutz

Der Handbereich

Außerhalb des Handbereiches können auch blanke aktive Teile montiert werden.

Die Basisisolierung

Sie ist wie eine 1. Haut
Sie darf nur mit Werkzeug zu entfernen sein.

Fehlerschutz

Schutzmaßnahmen ohne Schutzleiter

Die Schutzisolierung

Sie ist wie eine 2. Haut, die wiederum nur mit Werkzeug geöffnet werden kann.
ZB Mantelleitungen, Isolierstoffgehäuse oder Standortisolierung;...

Die Schutz- oder Funktionskleinspannung

Eine Spannungsquelle erzeugt entweder Wechselspannung bis höchstens 65V oder Gleichspannung bis höchstens 120V
Sie muss durch eine sichere Isolation vom übrigen Netz getrennt sein.

Die Schutztrennung

Ein Trenntrafo trennt die sekundärseitig angeschlossenen Verbraucher sicher vom Netz (= IT-Netz). So kann kein Strom über Erde fließen, und darauf steht der Mensch nun mal.
Werden mehr als ein Verbraucher angeschlossen, müssen ihre Körper elektrisch verbunden werden. So entsteht der Potentialausgleich.

Schutztrennung mit Potentialausgleich

Schutzmaßnahmen mit Schutzleiter

Sie werden vorwiegend in umfangreicheren Verbraucheranlagen verwendet.

Nullung

Der Schutzleiter als Erdung aller Körper wird zusätzlich mit dem N-Leiter verbunden (= TN-Netz). Dadurch wird der neutrale Leiter zum PEN-Leiter mit Schutzfunktion.

Schutzleitungssystem

Die Anlage bekommt einen eigenen Trafo. Sie ist dadurch vom übrigen Netz isoliert.
Alle Körper werden elektrisch verbunden und geerdet. Der Potentialausgleich verhindert gefährlich hohe Berührungsspannungen. Der Isolationszustand gegen Erde wird laufend überprüft.

Fehlerstrom-Schutzschaltung

Historisch ist die FI-Schutzschaltung aus der Schutzerdung (TT-Netz) entstanden.

Netzsystem02 (4K)

Durch Erdung der Quelle und der Verbraucher entsteht die Erdschleife (= Fehlerstrom fließt über Erde). Der FI-Schutzschalter wird in die Zuleitung geschaltet. Der Summenstromwandler eines FI-Schutzschalters erkennt diesen Fehlerstrom und schaltet den Fehler ab.

Zusatzschutz

FI mit IΔN = 30mA

Schutzmassnahmen_04 (22K)

Der FI-Schutzschalter muß bei einem Strom von 30mA (= IΔN) über Erde abschalten.

Zusatzschutz ist für Steckdosen bis 25A in Wohnanlagen und in besonderen Anlagen vorgeschrieben.

Nach den Vorschriften darf keine Schutzmaßnahme für den Fehler- und den Zusatzschutz gleichzeitig verwendet werden. Folgende Kombination ergeben eine sichere Anlage:

  1. TN-Netz mit FI-Schutzschaltung
  2. TN-Netz mit Potentialausgleich
  3. IT-Netz mit Potentialausgleich (Schutzleitungssystem)

Der Potentialausgleich

Sind alle Körper elektrisch gut leitend verbunden und die Erde (Standfläche) großflächig mit elektrisch gut leitenden Gittern, Erdbändern oder geeigneten Metallteilen versehen, dann ist es praktisch nicht mehr möglich, Inaktive Teile mit unterschiedlichem elektrischen Potential zu berühren, das eine gefährlich hohe Berührungsspannung von über 65V mißt.

Wirkungsweise von Schutzmaßnahmen

Lebewesen müssen vor den Gefahren des elektrischen Stromes geschützt werden. Deswegen wurde das Schutzkonzept erstellt.

Die Schutzmaßnahmen sollen im Fehlerfall wirksam werden.

Schutzmassnahmen_01 (19K)

Schutzmaßnahmen haben zwei Aufgaben:

  1. Die Berührungsspannung darf 65VAC nicht überschreiten.
  2. Körperströme von mehr als 30mA müssen so schnell wie möglich abgeschaltet werden

Darüber hinaus können Fehlerströme, die längere Zeit fließen, brandgefährlich sein oder Teile von Anlagen beschädigen.
Daher beschäftigen uns drei Fragen:

  1. Wie wird die Berührungsspannung von 230V auf 65V reduziert?
  2. Wie werden Fehlerströme abgeschaltet?
  3. Wie werden Körperströme abgeschaltet?

Erden

Der Erder einer Anlage besitzt den sogenannten Ausbreitungswiderstand RA. An RA entsteht die Fehlerspannung UF.

Schutzmassnahmen_02 (22K)

Die Berührungsspannung ist ein Teil der Fehlerspannung. Je besser eine Anlage geerdet ist, umso kleiner ist RA und damit auch die Fehlerspannung.

Fehler_01 (16K)

Nullen

Schutzmassnahmen_03 (23K)

Bei der Nullung wird die Fehlerspannung durch die Teilung der Fehlerschleife in

  1. Netzschleife (ZTrafo + 2 * ZLeitung) und
  2. Erdschleife (RA + RB)
der Netzspannung wesentlich verkleinert.

Fehler_02 (20K)

Sicherungsorgane vorschalten

Der Fehlerstrom soll ein vorgeschaltetes Sicherungsorgan sofort ( = innerhalb von 0,2 sec) zum Abschalten bringen. Für das Abschalten benötigt eine Sicherung das k-Fache des Sicherungsnennstromes IN.

Sicherungstyp k
Kurzschlußschutz
Abschaltung innerhalb 0,2s
Schaltstromfaktor
überlastschutz
Abschaltung innerhalb 2h
NH-Sicherung 1,6 1,45
gL-Sicherung 5
Automat B-Typ 5
Automat C-Typ 10
Automat D-Typ 20

Bei Nullung fließt der Fehlerstrom über zwei Wege zur Quelle zurück:

  • über Erde (Erdschleife)
  • über den PEN-Leiter (Netzschleife)
Die treibende Spannung ist die Netzspannung gegen Erde (230V). Der Schleifenwiderstand wird durch die Parallelschaltung wesentlich kleiner. So fließt ein größerer Fehlerstrom, der leichter den Abschaltstrom IA der Sicherung erreicht.

IA = k . IN

Empfindlichkeit erhöhen

Der Zusatzschutz umfasst entweder

  1. ein direktes Abschalten bei sehr kleinen Fehler- oder Körperströmen (FI-Schutzschalter als Sicherungsorgan für geringste Ströme) oder
  2. eine starke Verringerung der Berührungsspannung (das elektrische Potenzial aller berührbaren Teile soll möglichst gleich sein)