FI-Schalter

FI-Schalter: Schutz vor Risiken von Fehlerströmen in der Wohnung und bei Ladevorgängen

Inhalt des Wiki-Artikels

• FI-Schalter – Funktion, Entwicklung, Typen für Wallboxen
• Funktion eines FI-Schutzschalters
• Die Entwicklung des FI-Schalters
• FI-Schalter für Steckdosen und Wallboxen

FI-Schalter – Funktion, Entwicklung, Typen für Wallboxen

Der FI-Schalter ist ein Fehlerstrom-Schutzschalter ohne integrierten Schutz bei Überstrom. Er ist auch unter der aus dem englischen „Residual Current Circuit Breaker“ abgeleiteten Bezeichnung RCCB bekannt. Ein FI-Schalter dient dem Schutz von Personen vor elektrischen Schlägen, tödlichen Stromschlägen und Bränden. Bei einem Fehlerstrom löst der Schalter aus und unterbricht den Stromkreis. Für den Schutz vor Überstrom muss dem FI-Schalter eine Überstrom-Schutzeinrichtung wie ein Leitungsschutzschalter oder eine genormte Sicherung zugeordnet werden. Um vorgeschriebene Sicherheitsanforderungen einzuhalten, müssen Endstromkreise auf mehrere Fehlerstrom-Schutzschalter aufgeteilt werden.¹

Funktion eines FI-Schutzschalters

In einem Stromkreis fließt der Strom über den Außenleiter zum Verbraucher und von diesem über den Neutralleiter zurück zur Stromquelle, solange kein Fehler vorliegt. FI-Schutzschalter lösen immer dann aus, wenn riskant hohe Fehlerströme gegen Erde abfließen. Dies kommt zum Beispiel vor, wenn die Isolierung eines Leiters beschädigt ist. Gefahr für Personen besteht etwa in dem Fall, wenn Ströme an ein Metallgehäuse abgegeben werden – berührt ein Mensch das Gehäuse, sucht sich der Strom seinen Weg über den Körper zur Erde. Auch wenn elektrische Geräte, die unter Strom stehen, ins Wasser fallen, besteht ohne Fehlerstrom-Schutzschalter Lebensgefahr, beispielsweise wenn ein Fön oder ein Smartphone, das übers Ladekabel ans Stromnetz angeschlossen ist, in die Badewanne fällt.

Die Funktion eines FI-Schutzschalters beinhaltet, solche Situationen zu erkennen und innerhalb von Zehntelsekunden darauf zu reagieren. Die Unterbrechung des Stromkreises muss innerhalb von 0,2 bis 0,4 Sekunden erfolgen, um Herzkammerflimmern bei Körperdurchströmungen zu vermeiden. Die Erkennung von Fehlerströmen erfolgt über Magnetfelder. Um Leiter, die von einem Strom durchflossen werden, entsteht ein Magnetfeld. Nimmt der Strom den vorgesehenen Pfad über den Außenleiter zum Verbraucher und fließt von dort über den Neutralleiter zurück zur Stromquelle, heben sich die Magnetfelder gegenseitig auf. Wenn jedoch der abfließende Strom geringer ist als der zufließende, also ein Fehlerstrom vorliegt, gleichen sich die Magnetfelder nicht mehr aus. Ein FI-Schalter registriert vorhandene Magnetfelder und reagiert darauf mit einer Abschaltung des Stromkreises. Dies geschieht über eine integrierte Spulen-Konstruktion, die den Strom mittels eines Schaltschlosses unterbricht.²

Die Entwicklung des FI-Schalters

Bereits im Jahr 1928 wurde der Fehlerstrom-Schutzschalter patentiert und seitdem beständig weiterentwickelt. In der Norm DIN VDE 0100-410 ist festgehalten, dass beim Errichten von Niederspannungsanlagen die Installation eines FI-Schalters Pflicht ist, dessen Bemessungsdifferenzstrom nicht größer als 30 Milliampere sein darf – diese Richtlinie schließt Wohnraum mit ein. Das Patent für die „Schutzschaltung zur Sicherung von Menschen und Tieren gegen Schäden durch Berührung eines spannungsführenden Leiters eines Niederspannungsnetzes“ sicherte sich Bütow vom Rheinisch-Westfälischen Elektrizitätswerk.

Mitte der 40er Jahre wurde die Wirksamkeit des FI-Schalters mit einem Bemessungsdifferenzstrom von 10 Milliampere am Menschen getestet. Die Versuchsperson erhielt bei diesem Test einen starken Stromschlag, den sie aber überlebte. In der Folge wurde der Bemessungsdifferenzstrom höher angesetzt, unter der Annahme, dass die Schutzwirkung dadurch nicht beeinträchtigt würde. Dies erwies sich allerdings als Irrtum. So wurden ab 1954 in der Bundesrepublik Deutschland viele FI-Schutzschalter installiert, die oberhalb der Tödlichkeitsschwelle von 50 Milliampere lagen. Dadurch kam es trotz der Schutzeinrichtung zu tödlichen Unfällen.

Ab 1984 wurde der FI-Schalter mit 30 Milliampere für neu errichtete Badezimmer Pflicht. Es zeigte sich jedoch, dass dieser Bemessungsdifferenzstrom zu hoch angesetzt war, da eine Person in der Badewanne durch den Stromfluss so stark verkrampfen kann, dass der Ausstieg aus der Wanne kaum noch möglich ist. Zudem kann die Atemmuskulatur verkrampfen, was bis zum Erstickungstod führen kann, wenn die Person nicht mehr in der Lage ist, die Badewanne zu verlassen. Diese Art von Unfällen können mit dem Anschließen eines FI-Schutzschalters mit lediglich 10 Milliampere Bemessungsdifferenzstrom vermieden werden. Aus diesem Grund ist es empfehlenswert, einen solchen FI-Schalter bei älteren Badezimmern nachzurüsten.³

FI-Schalter für Steckdosen und Wallboxen

Wer sein Elektroauto zu Hause aufladen möchte, kann dies an einer haushaltsüblichen Steckdose machen. Eine Steckdose im Außenbereich muss besonders geschützt sein, um Unfälle mit Strom zu vermeiden. Damit keine Feuchtigkeit eindringen kann, muss sie über einen Klappdeckel verfügen, der mindestens dem Standard IP 44 entsprechen sollte. Außerdem ist ein FI-Schalter Pflicht, in der Regel muss darüber hinaus eine Installationsdose eingeplant werden. Beim Nachrüsten einer Außensteckdose ist ein Schaltplan auszuarbeiten, eine Aufgabe für Elektrofachleute. Laien sollten aufgrund gegebener Gefahren die Steckdose nicht eigenständig anschließen.⁴

Eine Wallbox überträgt elektrische Energie mit einer höheren Ladeleistung als eine Steckdose, das Aufladen des E-Autos geht damit also schneller vonstatten. Es gibt unterschiedliche Wallboxen, für die verschiedene Typen von Fehlerstrom-Schutzschaltern auf dem Markt sind. In der Regel ist die Fehlerstrom-Schutzeinrichtung bereits in der Wallbox eingebaut, so dass lediglich ein mit dem Fahrzeug kompatibles Ladekabel erforderlich ist. Neben einem FI-Schalter wird laut EN-Norm ein Leitungsschutzschalter für Ladestationen benötigt, das Deutsche Institut für Normung fordert darüber hinaus einen Gleichfehlerstromschutz mit einem Bemessungsdifferenzstrom von 6 Milliampere DC. Falls in einer Wallbox noch keine Gleichfehlerstrom-Überwachung vorhanden sein sollte, ist es möglich, diese nachzurüsten. Die aktuellen Normen verlangen auch für das einphasige Laden über eine Schutzkontaktsteckdose oder eine CEE-Steckdose einen Schutz vor Gleichfehlerströmen gegen Erde.⁵