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Schutzmaßnahmen

Grundlagen

Zur Vermeidung und Verhütung von Unfällen sind Schutzmaßnahmen zu ergreifen, da bei ordnungsgemäßem Betrieb einer elektrischen Anlage weder Menschen noch Tiere zu Schaden kommen dürfen und eine Gefährdung von Sachwerten verhindert werden muss. In der DIN VDE 0100-410 sind die geeigneten Schutzvorkehrungen beschrieben. Im fehlerfreien Zustand dürfen spannungsführende Teile der elektrischen Anlage nicht berührbar sein, die eine Gefahr für den Menschen darstellen. Sollte trotzdem ein für den Menschen gefährlicher Fehler auftreten, muss dieser durch eine geeignete Schutzmaßnahme verhindert werden. Demzufolge muss eine Schutzmaßnahme für den Schutz gegen den elektrischen Schlag bestehen aus:

  • zwei voneinander unabhängigen Schutzvorkehrungen, also einer Basisschutzvorkehrung und einer Fehlerschutzvorkehrung
  • einer verstärkten Schutzvorkehrung, die sowohl Fehlerschutz als auch Basisschutz bewirkt

Basisschutz ist der Schutz gegen direktes Berühren, also gegen gefährliche Körperströme im Normalbetrieb, z. B. durch Isolierung.

Fehlerschutz ist der Schutz gegen indirektes Berühren, also gegen gefährliche Körperströme im Fehlerfall, z.B. durch automatisches Abschalten.

Zusätzlicher Schutz ist ein festgelegter Teil einer Schutzmaßnahme, die unter bestimmten Bedingungen zur Anwendung kommt.

Eine oder mehrere Schutzmaßnahmen müssen in jeder elektrischen Anlage angewendet werden, dabei sind folgende erlaubt:

  • Automatische Abschaltung der Stromversorgung: Hier wird der Basisschutz durch eine Basisisolierung der aktiven Teile oder durch Abdeckung oder Umhüllungen erreicht. Der Fehlerschutz wird durch den Schutzpotentialausgleich über die Haupterdungsschiene und die automatische Abschaltung im Fehlerfall erreicht.
  • Doppelte oder verstärkte Isolierung: Der Basisschutz wird hier durch die Isolierung aktiver Teile sichergestellt und der Fehlerschutz durch eine zusätzliche Isolierung. Alternativ kann eine verstärkte Isolierung verwendet werden, die sowohl Basisschutz als auch Fehlerschutz sicherstellt.
  • Schutztrennung: Wie bei der Schutzmaßnahme „automatische Abschaltung der Stromversorgung“ wird der Basisschutz durch Basisisolierung aktiver Teile oder Abdeckungen oder Umhüllungen hergestellt. Der Fehlerschutz wird durch eine Stromquelle mit zumindest einfacher elektrischer Trennung und die Erdfreiheit des Stromkreises sichergestellt. Dabei ist diese Schutzmaßnahme für die allgemeine Verwendung nur mit einem Verbraucher zulässig.
  • Kleinspannung mittels SELV oder PELV: Bei dieser Schutzmaßnahme darf die Nennspannung von 50 V Wechselspannung oder 120 V Gleichspannung nicht überschritten werden und der zu schützende Stromkreis muss von einer Stromquelle mit sicherer elektrischer Trennung versorgt werden. Darüberhinaus müssen weitere Anforderungen erfüllt werden, auf die später eingegangen wird.

Schutz durch Kleinspannung

Wirkungsweise

Dadurch, dass die Verbrauchsmittel mit ungefährlicher Kleinspannung betrieben werden, kann im Fehlerfall keine zu hohe Berührungsspannung auftreten. Gegen direktes Berühren garantiert eine feste Isolierung Funktionssicherheit und bewirkt einen sicheren Brandschutz. Wenn der speisende Transformator strombegrenzt ist, kann bei bestimmten Spannungen auf die Isolierung der aktiven Teile verzichtet werden. Unter den Bedingungen, dass die Leerlaufspannung 50 V nicht überschreitet, die Speisung aus einer Sicherheitsstromquelle erfolgt und weiteren Bedingungen für den Stromkreis, ist der Schutz gegen zu hohe Berührungsspannungen sichergestellt.

Beispiele für Sicherheitsstromquellen sind:

  • Sicherheitstransformatoren mit voneinander getrennten Wicklungen nach DIN VDE 0551 und DIN VDE 0570
  • Akkumulatoren nach DIN VDE 0510
  • galvanische Primärelemente sowie Motorgeneratoren mit getrennten Wicklungen nach DIN VDE 0530

SELV-Stromkreise (Schutzkleinspannung: Safety Extra Low Voltage): Hier dürfen aktive Teile nicht mit der Erde oder mit aktiven Teilen oder Schutzleitern von anderen Stromkreisen verbunden werden. Außerdem müssen sie eine Basisisolierung zur Erde haben. Auch die Körper von elektrischen Betriebsmitteln dürfen nicht mit Erde, Schutzleitern oder Körpern von anderen Stromkreisen verbunden werden. Weiterhin besteht bei Doppelerdschlüssen in Steuerstromkreisen die Gefahr der Selbsteinschaltung.

PELV-Stromkreise (Kleinspannung mit sicherer Trennung: Protective Extra Low Voltage): Hier dürfen aktive Teile und Körper mit Erde oder Schutzleitern verbunden werden.

Anforderungen an SELV- und PELV-Stromkreise

Aktive Teile dieser Stromkreise müssen von Stromkreisen höherer Spannung elektrisch sicher getrennt werden, deshalb dürfen Leiter dieser Kleinspannungsstromkreise nur in Leitungen oder Leiterbündeln enthalten sein, die mit einer Isolierung versehen sind, die für die höchste vorkommende Spannung der Leiteranordnung bemessen ist. Haben sie nur eine Basisisolierung entsprechend ihrer Bemessungsspannung, müssen sie räumlich getrennt von anderen Stromkreisen verlegt werden oder durch einen Metallschirm abgeschirmt sein. Zu anderen Kleinspannungsstromkreisen reicht eine Basisisolierung.

Bei Bemessungsspannungen über 25 V AC oder 60 V DC muss ein Basisschutz durch Abdeckungen oder Umhüllungen in der Mindestschutzart 2X oder eine Basisisolierung, die eine Minute lang eine Prüfspannung von 500 V aushält, hergestellt werden. Auf diesen Basisschutz kann verzichtet werden, wenn die Bemessungsspannung nicht größer als 12 V AC oder 30 V DC ist. In normalen, trockenen Umgebungen kann auch bei Bemessungsspannungen von 25 V AC oder 60 V DC darauf verzichtet werden. Weiterhin dürfen die Stecker nicht in Steckdosen anderer Spannungen passen und die Steckdosen auch andersherum keine Stecker anderer Spannungen aufnehmen können und keinen Schutzkontakt haben.

Anwendungsbeispiele

  • elektrische Handgeräte in beengten Räumen wie Kesseln mit leitfähigen Wänden
  • Unterwasserscheinwerfer
  • Handleuchten
  • Geräte für die Körperbehandlung
  • elektromotorisches Spielzeug
  • Fernmeldeeinrichtungen

Basisschutz

Basisschutz ist der Schutz gegen direktes Berühren und soll verhindern, dass aktiv unter Spannung stehende Teile einer Anlage berührt werden können. Dies erfolgt durch:

  • Isolierung
  • Abdeckung
  • Umhüllung

Basisisolierung aktiver Teile

Es müssen alle aktiv unter Spannung stehenden Teile vollständig mit einer Isolierung umgeben sein, die nur durch Zerstören entfernt werden kann und den mechanischen, chemischen, elektrischen und thermischen Beanspruchungen standhält. Kein ausreichender Schutz gegen direktes Berühren sind Farben, Lacke und ähnliches.

Abdeckungen und Umhüllungen

Sie sind so zu konstruieren, dass das Berühren aktiver unter Spannung stehender Teile im Normalgebrauch ausgeschlossen wird. Weiterhin müssen sie sicher befestigt sein und nur mit Hilfe eines Schlüssels oder Werkzeugs nach Abschalten der Spannung entfernt werden können. Sie werden bei elektrischen Betriebsmitteln durch die IP (International Protection)-Schutzart gekennzeichnet.

Schutzarten elektrischer Betriebsmittel
Erste Ziffer Berührungsschutz Zweite Ziffer Wasserschutz
0 Berührungsschutz nicht vorhanden 0 kein Wasserschutz
1 Berührungsschutz gegen Fremdkörper > 50 mm Ø 1 tropfwassergeschützt, senkrechter Tropfenfall
2 Berührungsschutz gegen Fremdkörper > 12 mm Ø 2 tropfwassergeschützt, schräg fallendes Tropfwasser
3 Berührungsschutz gegen Fremdkörper > 2,5 mm Ø 3 sprühwassergeschützt bis zu 30° über der Waagerechten
4 Berührungsschutz gegen Fremdkörper und Werkzeuge > 1 mm Ø 4 spritzwassergeschützt von allen Seiten
5 Schutz gegen Staubablagerungen im Innern 5 strahlwassergeschützt
6 staubdicht 6 Überflutungsschutz
Wird neben den Kennbuchstaben IP nur eine Kennziffer für den Schutzgrad benötigt, wird anstelle der fehlenden Ziffer ein X gesetzt, z.B. 2X 7 Schutz beim Eintauchen
8 Schutz beim Untertauchen

Hindernisse und Anordnung außerhalb des Handbereichs

Durch Hindernisse wie Schutzleisten oder Geländer soll die zufällige Annäherung an oder das zufällige Berühren von aktiven Teilen verhindert werden. Dabei dürfen sie auch ohne Schlüssel oder Werkzeug zu entfernen sein. Soll der Schutz durch Abstand erfolgen, müssen die unter Spannung stehenden Teile außerhalb des Handbereichs angebracht sein. Beide Schutzmaßnahmen sind allerdings nur in Sonderfällen anwendbar, z.B. in abgeschlossenen elektrischen Betriebsstätten.


Doppelte oder verstärkte Isolierung

Zeichen:

Wirkungsweise

Leitfähige Gehäuseteile, die im Fehlerfall Spannung gegen Erde annehmen könnten, werden durch eine zusätzliche Isolierung geschützt und somit wird eine unzulässige Berührungsspannung an Betriebsmitteln verhindert. Wenn es keine leitfähigen Gehäuseteile gibt, wird zur Basisisolierung eine zweite Isolierung hinzugefügt oder eine verstärkte Isolierung benutzt. Die Isolierung ist also Basis- und Fehlerschutz in einem.

Ortsveränderliche Betriebsmittel

Die Anschlussleitung muss 2-polig ausgeführt sein, darf keinen Schutzleiter enthalten und muss als Bestandteil des Verbrauchsmittels fest mit diesem Verbunden sein. Auch der Stecker muss unlösbar mit der Leitung verbunden sein und keine Schutzkontakte besitzen. Diese Anschlussleitungen dürfen ausschließlich für Geräte der Schutzklasse II verwendet werden. Eine Ausnahme hiervon bildet die Instandsetzung, bei der die Anschlussleitung einen Schutzleiter enthalten darf. Dieser muss im Stecker angeklemmt werden und im Gehäuse des Betriebsmittels kurz abgeschnitten oder isoliert werden, sodass er nicht mit dem Körper in Berührung kommt.

Anwendungsbeispiele

  • Kleingeräte
  • Haushaltsgeräte
  • Elektrowerkzeuge
  • Kleinverteiler
  • Geräte zur Haut- und Haarbehandlung
  • Handleuchten

Schutztrennung

Zeichen:

Wirkungsweise

Durch eine „galvanische Trennung“ des Gerätestromkreises vom speisenden Netz wird das Auftreten einer zu hohen Berührungsspannung an defekten Verbrauchsmitteln vermieden. Dabei bleibt der Gerätestromkreis erdfrei, wodurch zwischen dem Körper des defekten Geräts und Erde keine Spannung auftreten kann.

Schutztrennung mit einem Verbraucher

Diese Schutzmaßnahme ist nur gegeben, wenn pro Stromquelle nur ein einzelner Verbraucher gespeist wird, wodurch Gefahren beim Berühren von Körpern vermieden werden, die durch einen Fehler in der Grundisolierung des Stromkreises unter Spannung gesetzt werden. Es dürfen weder aktive Teile des getrennten Stromkreises mit einem anderen Stromkreis noch mit Erde verbunden werden. Deshalb ist es besonders wichtig auf die Isolierung dieser Teile gegen Erde zu achten, um Erdschlüsse zu verhindern. Weiterhin müssen die aktiven Teile von anderen Stromkreisen sicher getrennt sein. Die maximale Spannung für Stromkreise mit Schutztrennung beträgt 500 V und als Stromversorgung sollte bevorzugt ein Schutztrenntrafo nach DIN VDE 0570-2-4 genutzt werden. Dies ist allerdings nicht Pflicht, die Stromquelle muss mindestens eine einfache Trennung aufweisen. Die Leitungen sollten beweglich sein und dabei entweder mittlere Gummischlauchleitungen (min. H07RN-F) oder schwere Gummischlauchleitungen (NSSHÖU) benutzt werden. Falls eine Steckdose vorhanden ist, darf diese keinen Schutzleiter und Schutzkontakt haben.

Anwendung

Die Schutztrennung mit einem Verbraucher ist für elektrische Handgeräte anzuwenden, z.B. Bohrmaschinen oder Handleuchten, welche in beengten Räumen oder an entsprechenden Orten mit leitfähigen Wänden oder Abgrenzungen eingesetzt werden. Beispiele hierfür sind Kessel, Großbehälter, Montagegruben, Montagegerüste und Kräne. Eine weitere Anwendung sind elektrische Handgeräte, die unmittelbar mit Wasser in Berührung kommen, wie Handnassschleifmaschinen. Zu beachten ist noch, dass der Transformator grundsätzlich nur außerhalb des Gefahrenbereichs aufgestellt werden darf.

Automatische Abschaltung im Fehlerfall

Falls ein Fehler zwischen einem Außenleiter und einem Körper oder Schutzleiter auftritt, muss eine Schutzeinrichtung den fehlerhaften Stromkreis innerhalb einer geforderten Abschaltzeit unterbrechen. Diese Abschaltzeiten betragen bei einer Netzspannung von 230 V gegen Erde:

TN-System TT-System
Endstromkreise bis 32 At < 0,4 st < 0,2 s
Verteilerstromkreise und Endstromkreise über 32 At < 5 st < 1 s

Netzformen

Durch die Erdungsverhältnisse der Spannungsquelle und der Körper der angeschlossenen elektrischen Betriebsmittel unterscheiden sich die zulässigen Schutzmaßnahmen zum Schutz bei indirektem Berühren durch Abschaltung oder Meldung. Es werden Kurzzeichen aus mindestens zwei Buchstaben für die Bezeichnung der verschiedenen Systeme verwendet. Dabei gibt der 1. Buchstabe die Erdungsverhältnisse der Spannungsquelle an, mit folgenden Buchstaben:

T : direkte Erdung von Sternpunkt oder Außenleiter (Betriebserder)

I : Sternpunkt und Außenleiter (alle aktiven Teile) sind gegen Erde isoliert oder über eine Impedanz mit Erde verbunden

Mit dem 2.Buchstaben werden die Erdungsverhältnisse der Körper der Betriebsmittel angegeben, mit folgenden Buchstaben:

T : Körper der Betriebsmittel sind direkt geerdet

N : Körper der Betriebsmittel sind direkt mit dem Betriebserder (Sternpunkt) verbunden

Weitere Buchstaben (nur für TN-Systeme) bedeuten:

S : Neutralleiter (N) und Schutzleiter (PE) sind getrennt verlegt

C : Neutralleiter (N) und Schutzleiter (PE) sind in einem Leiter kombiniert (PEN-Leiter)

TN-System

Für das öffentliche Versorgungsnetz üblich ist das TN-C-S-System, bei dem im Verteilungsnetz Schutz- und Neutralleiter kombiniert sind und in der Verbraucheranlage getrennt.

TT-System

Hier sind der Sternpunkt des Transformators und die Körper der Betriebsmittel jeweils direkt geerdet. Schutzleiter und Neutralleiter stehen also nicht in Verbindung.