Fehlerstromschutzschalter
Abkürzung: FI-Schalter
Was ist ein Fehlerstromschutzschalter?
Der Fehlerstromschutzschalter, kurz FI-Schutzschalter, ist eine Schutzeinrichtung in elektrischen Installationen. International hat sich die Bezeichnung RCD etabliert, was für Residual Current Device steht. Das Gerät erkennt Fehlerströme, die nicht über den ordnungsgemäßen Stromkreis zurückfließen, und trennt den betroffenen Stromkreis in Sekundenbruchteilen. Normativ gilt der RCD als Zusatzschutz nach DIN VDE 0100-410: Er ersetzt weder den Basisschutz durch Isolierung noch den Fehlerschutz durch Überstromschutzeinrichtungen, sondern greift dort, wo beide versagt haben. Daneben verhindert er Brände, die durch Kriech- oder Isolationsfehler entstehen können.
Besonders relevant ist der RCD im TT-Netz. Dort reichen die Erdungsverhältnisse in der Regel nicht aus, um über einen Leitungsschutzschalter die geforderten Abschaltzeiten zu erreichen. Der Fehlerstromschutzschalter ist dann faktisch die einzige praktikabel umsetzbare Fehlerschutzmaßnahme.
Das physikalische Wirkprinzip
Das Herzstück jedes FI-Schutzschalters bildet ein Summenstromwandler. Durch diesen Wandler fließen sämtliche aktiven Leiter eines Stromkreises, also Außenleiter und Neutralleiter. Der Schutzleiter wird nicht durch den Wandler geführt. Im Normalbetrieb heben sich die magnetischen Felder der hin- und rückfließenden Ströme gegenseitig auf. Fließt jedoch ein Teil des Stroms unkontrolliert ab, etwa durch einen menschlichen Körper oder einen defekten Isolator, entsteht eine Differenz. Diese Differenz induziert im Wandler eine Spannung, die den Auslösemechanismus aktiviert. Der Mechanismus öffnet die Kontakte und schaltet den Stromkreis allpolig ab.
Aus dem Prinzip folgt unmittelbar eine Schutzlücke: Berührt eine Person gleichzeitig Außen- und Neutralleiter, fließt der Strom vollständig über den überwachten Pfad zurück. Es entsteht keine Differenz, und der RCD löst nicht aus. Diese Konstellation bleibt allein durch Basisschutz und sachgerechte Arbeitsweise beherrschbar.
Innerer Aufbau und Mechanik
Neben dem Summenstromwandler besitzt ein RCD ein empfindliches Haltemagnetrelais, einen Prüftaster und einen Freiauslösemechanismus. Der Prüftaster simuliert künstlich einen Fehlerstrom und dient der regelmäßigen Funktionsprüfung. Klassische FI-Schutzschalter der Typen AC und A arbeiten rein elektromechanisch und benötigen keine Hilfsspannung. Sie lösen auch dann aus, wenn die Netzspannung zusammenbricht.
Für allstromsensitive Geräte gilt das nur eingeschränkt. Typ-B-Schalter erfassen glatte Gleichfehlerströme über eine elektronische Auswerteeinheit und sind daher in aller Regel netzspannungsabhängig. Der elektromechanische Zweig für Wechselfehlerströme bleibt zwar erhalten, die Gleichstromerfassung entfällt jedoch bei Ausfall der Versorgungsspannung. Dieser Unterschied ist bei der Auswahl zu berücksichtigen.
In der Installationspraxis unterscheidet man zwischen reinen Fehlerstromschutzschaltern und Kombigeräten, die zusätzlich einen Leitungsschutzschalter integrieren.
Auslösezeit und Bemessungsdifferenzstrom
Die Produktnorm gibt für unverzögerte RCD eine Staffel maximaler Auslösezeiten vor: 300 Millisekunden beim Bemessungsdifferenzstrom I∆n, 150 Millisekunden bei 2 × I∆n und 40 Millisekunden bei 5 × I∆n. Selektive Ausführungen vom Typ S dürfen bis zu 500 Millisekunden benötigen und besitzen zusätzlich eine definierte Mindestnichtauslösezeit. Übergeordnet fordert DIN VDE 0100-410 für Endstromkreise bis 32 Ampere eine Abschaltzeit von 0,4 Sekunden im TN-System beziehungsweise 0,2 Sekunden im TT-System.
Für den Personenschutz in Wohngebäuden schreibt die Norm einen Bemessungsdifferenzstrom von maximal 30 Milliampere vor. Dieser Wert liegt unterhalb der Schwelle, bei der Herzkammerflimmern zu erwarten ist. Die tatsächliche Auslösung erfolgt normgemäß in einem Fenster zwischen 0,5 × I∆n und 1 × I∆n, ein 30-mA-Gerät kann also bereits ab etwa 15 Milliampere abschalten. Daraus ergibt sich eine Planungsregel: Die Summe der betriebsmäßigen Ableitströme aller angeschlossenen Verbraucher sollte rund 30 Prozent des Bemessungsdifferenzstroms nicht überschreiten, sonst häufen sich unerklärliche Auslösungen.
Größere Differenzströme dienen dem Brandschutz. Normativ verankert ist hier der Wert von 300 Milliampere, der in Hauptverteilungen und für Stromkreise mit erhöhter Brandgefahr zum Einsatz kommt. Geräte mit 100 Milliampere sind am Markt verfügbar, stellen aber keinen Normwert für den Brandschutz dar.
Typen von FI-Schutzschaltern
Die Typen bauen aufeinander auf. Es gilt die Hierarchie AC ⊂ A ⊂ F ⊂ B ⊂ B+, jeder höhere Typ erfasst also sämtliche Fehlerstromformen der darunterliegenden.
Typ AC erfasst ausschließlich sinusförmige Wechselfehlerströme. Für Neuinstallationen in Deutschland ist er seit DIN VDE 0100-530:2018-06 (Abschnitt 531.3.3, nationale Ergänzung) nicht mehr zulässig. Bestandsanlagen genießen Bestandsschutz, bei Erweiterungen und Änderungen ist der Typ AC jedoch keine Option mehr.
Typ A reagiert zusätzlich auf pulsierende Gleichfehlerströme, wie sie in Geräten mit Einweggleichrichtung auftreten. Er ist heute der Mindeststandard in der Wohnungsinstallation.
Typ F eignet sich für Geräte mit einphasigen Frequenzumrichtern und erfasst Fehlerströme mit Mischfrequenzen bis etwa ein Kilohertz. Typische Anwendungen sind Waschmaschinen, Wärmepumpen und Klimageräte mit Inverter-Technik.
Typ B deckt zusätzlich glatte Gleichfehlerströme ab. Typ B+ erweitert den Erfassungsbereich bis 20 Kilohertz und ist auf den vorbeugenden Brandschutz ausgelegt.
Typ EV beziehungsweise die separate Differenzstrom-Überwachungseinheit RDC-DD nach IEC 62955 wurde für die Elektromobilität entwickelt. Sie erkennt glatte Gleichfehlerströme ab 6 Milliampere und schaltet innerhalb von 10 Sekunden ab, bei 60 Milliampere innerhalb von 0,3 Sekunden.
Bei der Reihenfolge in der Verteilung ist Vorsicht geboten: Ein Typ B darf nicht hinter einem Typ A oder AC angeordnet werden. Ein glatter Gleichfehlerstrom kann den Summenstromwandler der vorgeschalteten Einrichtung in die magnetische Sättigung treiben und sie damit für Wechselfehlerströme unwirksam machen.
Anwendungsfälle Photovoltaik und Ladeinfrastruktur
Die verbreitete Aussage, Typ B sei bei Photovoltaikanlagen und Wallboxen zwingend vorgeschrieben, greift zu kurz.
Bei Photovoltaik richtet sich die Anforderung nach DIN VDE 0100-712 und der Herstellerangabe des Wechselrichters. Verfügt das Gerät über eine integrierte allstromsensitive Fehlerstromüberwachung und erklärt der Hersteller Typ A für ausreichend, ist Typ A zulässig. Nur bei fehlender oder unzureichender Trennung im Wechselrichter wird Typ B erforderlich.
Bei Ladepunkten fordert DIN VDE 0100-722 mindestens einen RCD vom Typ A plus eine Erkennung glatter Gleichfehlerströme ab 6 Milliampere. Diese Anforderung lässt sich auf zwei Wegen erfüllen: durch einen vorgeschalteten Typ B beziehungsweise Typ EV oder durch eine in der Wallbox bereits integrierte RDC-DD. Viele marktübliche Ladestationen bringen diese Funktion mit, sodass ein Typ A in der Verteilung ausreicht. Maßgeblich ist die Herstellerdokumentation.
Personenschutz versus Brandschutz
DIN VDE 0100-410 trennt die Anforderungen klar. Stromkreise mit Steckdosen bis 32 Ampere sowie Endstromkreise für Beleuchtung in Wohnungen müssen über einen RCD mit maximal 30 Milliampere verfügen. Endstromkreise im Außenbereich und in Feuchträumen unterliegen derselben Vorschrift. Für fest angeschlossene Verbraucher außerhalb dieser Kategorien und für vorgelagerte Verteilungen kommt ein RCD mit 300 Milliampere in Betracht, der primär vor Isolationsbränden schützt.
Häufig missverstanden wird die Frage der Staffelung. DIN VDE 0100-314 fordert eine Aufteilung der Anlage in mehrere Stromkreise, damit ein Fehler nicht die gesamte Installation stromlos setzt. Das ist etwas anderes als Selektivität im technischen Sinne. Echte Selektivität zwischen zwei RCD setzt voraus, dass die vorgeordnete Einrichtung vom Typ S ist und ihr Bemessungsdifferenzstrom mindestens das Dreifache des nachgeordneten Geräts beträgt. Eine generelle Pflicht zur RCD-Selektivität besteht im Wohnungsbau nicht.
Ein weiterer klassischer Installationsfehler betrifft den Neutralleiter: Hinter dem RCD darf N nicht erneut mit PE verbunden werden. Eine PEN-Aufteilung ist ausschließlich vor der Fehlerstromschutzeinrichtung zulässig, andernfalls fließt Betriebsstrom am Wandler vorbei und das Gerät löst dauerhaft oder gar nicht mehr korrekt aus.
FI/LS-Kombigeräte und Platzersparnis
In modernen Verteilungen ersetzen kompakte FI/LS-Kombigeräte, normativ als RCBO bezeichnet, zunehmend die früher übliche Reihenschaltung von Leitungsschutzschalter und Fehlerstromschutzschalter. Sie vereinen Überlastschutz, Kurzschlussschutz und Fehlerstromschutz in einem Bauteil. Je nach Bauform und Hersteller belegen sie ein bis zwei Teilungseinheiten pro Stromkreis; zwei TE sind der Marktstandard, kompakte Ein-TE-Varianten sind nicht in allen Typen und Auslösecharakteristiken verfügbar.
Der praktische Vorteil liegt weniger im Platz als in der Fehlereingrenzung. Da jeder Stromkreis über einen eigenen Summenstromwandler verfügt, addieren sich die Ableitströme mehrerer Verbraucher nicht mehr, und im Fehlerfall bleibt die Abschaltung auf den betroffenen Stromkreis begrenzt. Die Verdrahtung wird zugleich einfacher und übersichtlicher.
Normative Basis
Die maßgeblichen Produktnormen sind IEC/EN 61008 für reine RCD und IEC/EN 61009 für Kombigeräte. In Deutschland erscheinen sie als DIN EN 61008-1 (VDE 0664-10) beziehungsweise DIN EN 61009-1 (VDE 0664-20). Die VDE-Nummer ist dabei die deutsche Klassifikationsnummer derselben Norm und keine eigenständige nationale Zusatzanforderung. Für allstromsensitive Geräte kommen VDE 0664-100 und -110 hinzu, für die Typen F und B ergänzend IEC 62423, für RDC-DD in Ladeeinrichtungen IEC 62955.
Errichtungsseitig sind DIN VDE 0100-410 (Schutz gegen elektrischen Schlag), -420 (Brandschutz), -530 (Auswahl der Schutzeinrichtungen) und -600 (Erstprüfung) einschlägig.
Prüfpflichten
Vor der ersten Inbetriebnahme muss die Elektrofachkraft nach DIN VDE 0100-600 den Auslösestrom und die Auslösezeit messen und das Ergebnis protokollieren. Die reine Betätigung der Prüftaste genügt hierfür nicht.
Im gewerblichen Bereich regelt die DGUV Vorschrift 3 in Verbindung mit der Betriebssicherheitsverordnung die wiederkehrende Prüfung. Die Durchführungsanweisung zu § 5 nennt dabei zwei unterschiedliche Fristen für die Funktionsprüfung per Prüftaste:
- Stationäre Anlagen: alle sechs Monate, Prüfung durch den Benutzer
- Nichtstationäre Anlagen (Baustellenverteiler, mobile Verteilungen): arbeitstäglich
Davon zu unterscheiden ist die Prüfung der gesamten Anlage durch eine Elektrofachkraft, für die je nach Anlagenart Fristen von einem bis vier Jahren gelten.
Im privaten Wohnbereich besteht keine entsprechende Rechtspflicht. Fachverbände und Hersteller empfehlen jedoch ebenfalls eine halbjährliche Betätigung der Prüftaste, da der Auslösemechanismus bei langer Nichtbenutzung verharzen kann.
Ein regelmäßig geprüfter und korrekt ausgewählter FI-Schutzschalter bleibt damit die wirksamste Barriere zwischen einem Isolationsfehler und einem potenziell tödlichen Stromschlag — innerhalb der Grenzen, die sein Messprinzip vorgibt.