FI-Schalter

FI-Schutzschalter schützen in elektrischen Installationen Personen vor Stromschlägen und verringern das Risiko von Bränden, die durch Fehlerströme zu Erde verursacht werden können. Ein solcher Fehlerstrom entsteht typischerweise durch eine unerwünschte Verbindung zwischen einem stromführenden Leiter und der Erde oder einem geerdeten Teil, wie dem Gehäuse eines elektrischen Geräts. Diese unerwünschte Verbindung wird oft als Erdschluss oder Körperschluss bezeichnet.

Um Fehlerströmen auf die Spur zu kommen, überwacht der Schalter kontinuierlich den elektrischen Strom, der durch einen Stromkreis fließt. Er vergleicht die Stromstärke, die in den Kreis hineinfließt, mit der Stromstärke, die aus dem Kreis herausfließt. Im normalen Betrieb sind diese Ströme gleich. Dafür sorgt das physikalische Gesetz der Ladungserhaltung: Die Menge der Ladung in einem abgeschlossenen System, die in einen Punkt hineinfließt, muss gleich der Menge sein, die diesen Punkt verlässt.

Wenn also elektrischer Strom in einem einphasigen Wechselstromkreis in die Last fließt, muss er auf dem gleichen Weg auch wieder zurückfließen. Lediglich die Vorzeichen haben sich geändert. Tritt jedoch ein Fehler auf, zum Beispiel dann, wenn eine Person einen stromführenden Teil berührt oder die Isolation beschädigt ist, kann ein Teil des Stroms über einen anderen Weg fließen, etwa durch die Person in die Erde. Das führt zwangsläufig zu einem Ungleichgewicht zwischen dem hineinfließenden und dem herausfließenden Strom.

Sobald der FI-Schutzschalter ein solches Ungleichgewicht feststellt, das auf einen Fehlerstrom von typischerweise 30 Milliampere oder mehr hindeutet, unterbricht er schnell den Stromkreis, oft innerhalb von Millisekunden. Dadurch wird das Risiko eines elektrischen Schlags oder eines durch elektrischen Fehler verursachten Brands erheblich reduziert.

Wichtigstes Element eines Fehlerstrom-Schutzschalters ist der Summenstromwandler. Er besteht aus einem Ringkern aus weichmagnetischem Material, der 2 bis 4 Arbeitsstromwicklungen aus dickem Kupferdraht, eine Sekundärwicklung sowie eine Testwicklung aus dünnem Draht besitzt. Im Normalbetrieb heben sich die magnetischen Felder, die durch die Wechselströme in diesen Leitern erzeugt werden, gegenseitig auf. Genauer: Die positiven Felder sind genauso groß wie die negativen, in der Sekundärwicklung wird deshalb kein Strom induziert.
 

Auslösemechanismus

Der Summenstromwandler ist mit dem Schaltschloss verbunden, einer Mechanik, die den über eine Feder vorgespannten Hebel oder Drücker des Schalters mit dem Auslöser verbindet. Letzterer kann zum Beispiel aus einem Haltemagneten bestehen, angeschlossen einerseits an den Schaltkontakten, andererseits an der Sekundärwicklung des Ringkerns.

Wenn der Wandler einen Fehlerstrom detektiert, der über einem bestimmten Grenzwert liegt, entsteht in der Sekundärwicklung ein Strom. Das wiederum veranlasst den Haltemagneten zum Öffnen der Schaltkontakte. Der Stromkreis wir innerhalb von etwa 50 Millisekunden unterbrochen.
 

Prüftaster

Zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit des Fehlerstrom-Schutzschalters ist eine Prüftaste vorhanden. Wird diese Taste gedrückt, erzeugt der Schalter intern einen kleinen Fehlerstrom, der ausreicht, um den Auslösemechanismus zu aktivieren und die Schaltkontakte zu öffnen. Diese Funktionsüberprüfung sollte regelmäßig erfolgen, üblicherweise alle 6 Monate.
 

Rückstellung

Nachdem der Fehlerstromschutzschalter ausgelöst wurde, lässt er sich durch Drücken des Rückstellknopfs oder Rückstellhebels wieder in seinen ursprünglichen Zustand versetzen – vorausgesetzt, der die Auslösung verursachende Fehler wurde behoben.
 

Anzeige

Einige Modelle verfügen über eine optische oder mechanische Anzeige, die den Status des Fehlerstrom-Schutzschalters anzeigt.
 

Gehäuse

Alle Komponenten des FI-Schutzschalters sind in einem isolierenden Gehäuse untergebracht, das ihn vor Staub, Feuchtigkeit und mechanischer Beschädigung schützt. Die Befestigung erfolgt in der Regel auf einer Hutschiene.

Fehlerstrom-Schutzschalter sind in verschiedenen Typen erhältlich, ausgelegt auf unterschiedliche Anwendungen und Fehlerstromarten.
 

Typ AC

Er ist für Stromkreise mit reinen Sinus-Wechselströmen konzipiert, also für einfache Anwendungen ohne Gleichstromfehleranteile. Die finden sich zumeist in älteren Installationen oder in Bereichen ohne elektronische Geräte. Achtung: Gemäß DIN VDE 0100-530 sind diese Geräte in Deutschland nicht für Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen zugelassen und erhalten kein VDE-Zeichen.
 

Typ A

Dieser Typ erkennt Wechselströme und pulsierende Gleichströme. Diese Ströme finden sich in Haushalten ebenso wie in Gewerbe- und Industrieeinrichtungen. Einphasige und dreiphasige Auslegungen eignen sich für den Betrieb von Beleuchtungen und Büromaschinen ebenso wie für die Versorgung von Drehstromaggregaten.
 

Typ F

FI-Schutzschalter dieses Typs sind für die Erkennung von Wechselströmen aus Frequenzumrichtern konzipiert. Dazu gehört zum Beispiel die Stromversorgung von Pumpen, Förderbändern, Werkzeugmaschinen und Aufzügen sowie von Klima- und Lüftungssystemen.
 

Typ B

Für Wechselströme, pulsierende Gleichströme und glatte Gleichströme, oft als Allstrom bezeichnet. Typische Anwendungen sind Geräte mit hohen Gleichstromfehleranteilen, beispielsweise Ladestationen für Elektrofahrzeuge, Photovoltaikanlagen und medizinische Geräte in Krankenhäusern.
 

Typ B+

Diese Fehlerstromschutzschalter besitzen die gleichen Eigenschaften wie Typ B, jedoch mit erweiterten Funktionen und höheren Anforderungen. Sie eignen sich für spezielle industrielle Anwendungen.
 

Typ S

Der Fehlerstrom-Schutzschalters Typ S ist für selektive oder verzögerte Auslösungen konzipiert. Diese Schalter bieten einen wichtigen Schutzmechanismus in elektrischen Installationen, insbesondere in solchen mit mehreren Ebenen der Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen oder in komplexen Netzstrukturen. Bei einem Fehlerstromereignis löst zunächst der Fehlerstromschutzschalter auf der untersten Ebene aus, ohne dass die vorgelagerten FI-Schalter sofort reagieren. Falls der untergeordnete Schalter den Fehler nicht innerhalb einer festgelegten Zeit beheben kann, würde dann der selektive Fehlerstromschutzschalter auslösen.

FI-Schalter sind mit verschiedenen Auslöseströmen verfügbar, zum Beispiel 30 Milliampere für den Personenschutz. Für den Brandschutz sind 100 oder 300 Milliampere üblich. 30-Milliampere-Schutzschalter sind zwingend für Bereiche, in denen ein direkter Körperkontakt möglich ist.
 

Nennstrom

Das ist der Strom, den der FI-Schalter sicher handhaben kann. Die üblichen Werte reichen von 2 Ampere bis zu 400 Ampere, wobei gängige Ausführungen Nennströme von 40 Ampere oder 63 Ampere beherrschen. 
 

Auslösecharakteristik

Verschiedene Typen von FI-Schaltern reagieren auf unterschiedliche Arten von Fehlerströmen. Zu wählen ist der Typ, der für die Art der zu erwartenden Fehlerströme in der elektrischen Anlage am besten geeignet ist. Typ A passt für die meisten Haushalts- und Büroanwendungen, während Typ B für spezielle Anwendungen wie das Laden von Elektrofahrzeugen benötigt wird.
 

Polzahl

Im Handel verfügbar sind 2-polige Fehlerstrom-Schutzschalter für einphasige Systeme und 4-poligen für dreiphasige Systeme verfügbar.
 

Schaltvermögen

Dies bezieht sich auf die maximale Fehlerstromstärke, die der Schalter sicher unterbrechen kann. Die Bandbreite der Angebote reicht bis zu mehreren Kiloampere.
 

Zertifizierungen und Normen

Der FI-Schalter muss unbedingt entsprechende Zertifizierungen und Normen erfüllen, zum Beispiel IEC/EN 61008-1 beziehungsweise die DIN VDE 0100. Nur dann ist die Qualität und Sicherheit des Fehlerstromschutzschalters gewährleistet.
 

Zusätzliche Funktionen

Einige FI-Schalter bieten zusätzliche Funktionen wie integrierte Überlastschutzschalter.
 

Installationsumgebung

Nicht zuletzt sind die Bedingungen der elektrischen Anlage zu überprüfen, unter denen der FI-Schalter beziehungsweise eine mir FI-Schutz versehene Steckdose betrieben wird. Dazu gehören beispielsweise Feuchtigkeit und Temperatur, die Dimensionen der Kabel und das ausreichende Vorhandensein von Schutzleitern.