Alles über Brandschutzschalter (AFDDs)

Ein Brandschutzschalter ist eine spezielle Art von Sicherungs- oder Schutzschalter, der entwickelt wurde, um Brände zu verhindern, die durch Fehler in elektrischen Stromkreisen verursacht werden können. Die fachlich korrekte Bezeichnung von Brandschutzschaltern lautet Fehlerlichtbogen-Schutzeinrichtung, auf Englisch Arc Fault Detection Device (AFDD) oder Arc Fault Circuit Interrupter (AFCI), umgangssprachlich werden sie außerdem Kontaktfehlerschalter genannt.

Der Brandschutzschalter überwacht kontinuierlich den Stromfluss in einem Stromkreis und erkennt abnormale Lichtbögen. Wenn ein paralleler oder serieller Fehlerlichtbogen erkannt wird, unterbricht der Brandschutzschalter den Stromkreis sofort, um die Brandgefahr zu minimieren. So werden Überhitzungen an schlechten Kontaktstellen oder bei Überschlägen zwischen zwei Leitern effektiv unterbunden.

Brandschutzschalter sind vor allem in der Industrie wichtig und sind ein Baustein für effektiven Brand- und Arbeitsschutz.

Grundsätzlich unterscheidet man drei Schutzschalterarten, die auch miteinander kombiniert werden können.

Leitungsschutzschalter

Ein Leitungsschutzschalter (LS-Schutzschalter, englisch: Miniature Circuit Breaker [MCB]) ist eine elektrische Vorrichtung, die in Stromverteilungssystemen verwendet wird, um elektrische Leitungen und Geräte vor Überlastung und Kurzschlüssen zu schützen. Er wird auch als Sicherungsautomat, Leistungsschutzschalter oder einfach als Sicherung bezeichnet.

Die Hauptfunktion eines Leitungsschutzschalters besteht darin, den Stromkreis zu überwachen und bei einer Überlastung oder einem Kurzschluss den Stromfluss abzuschalten, um Schäden an den Leitungen oder angeschlossenen Geräten zu verhindern und die Sicherheit zu gewährleisten. Bei einer Überlastung fließt zu viel Strom durch den Leitungsschutzschalter, was zu einer Überhitzung führen kann. Ein Kurzschluss tritt auf, wenn zwei elektrisch leitende Teile versehentlich in direktem Kontakt stehen und einen extrem niedrigen Widerstand bieten, wodurch ein großer Stromfluss erzeugt wird.

Leitungsschutzschalter sind in der Regel in Schalttafeln oder Verteilerkästen installiert. Sie bestehen aus einem thermischen Überlastschutz und einem magnetischen Kurzschlussschutz. Der thermische Überlastschutz verwendet eine Bimetall-Schutzvorrichtung, die sich bei zu hoher Stromstärke aufgrund der Wärmeausdehnung des Bimetalls biegt und den Stromkreis unterbricht. Der magnetische Kurzschlussschutz verwendet einen elektromagnetischen Mechanismus, der bei einem plötzlichen starken Stromstoß den Stromkreis sofort abschaltet.

Fehlerstromschutzschalter

Ein Fehlerstromschutzschalter (FI-Schutzschalter, auch bekannt als RCD, Residual Current Device oder RCCB, Residual Current operated Circuit Breaker) ist ein elektrischer Schutzschalter, der entwickelt wurde, um Menschen vor den Gefahren eines elektrischen Stromschlags zu schützen. Er erkennt Fehlerströme, die auftreten, wenn ein Strompfad außerhalb des normalen Stromkreises besteht, wie beispielsweise durch einen Fehler in einem elektrischen Gerät oder eine Beschädigung der Isolierung.

Ein Fehlerstromschutzschalter überwacht den Unterschied zwischen dem ein- und ausgehenden Strom in einem Stromkreis und wird daher auch als Differenzstrom-Schutzschalter bezeichnet. Wenn ein Fehlerstrom erkannt wird, der darauf hindeutet, dass ein Teil des Stroms nicht den normalen Pfad durch den Stromkreis nimmt, unterbricht der Fehlerstromschutzschalter sofort den Stromfluss, um einen möglichen Stromschlag zu verhindern.

Der Fehlerstromschutzschalter reagiert sehr schnell und schaltet den Strom in Bruchteilen einer Sekunde ab. Dies ist wichtig, um das Risiko eines elektrischen Schlags zu minimieren. Fehlerstromschutzschalter werden häufig in Wohn- und Gewerbegebäuden eingesetzt, insbesondere in Bereichen mit hoher Feuchtigkeit wie Badezimmern, Küchen und Außenbereichen.

Bei Fehlerstromschutzschaltern wird zwischen Typ A (Wechselstrom-Fehlerströme) und Typ B (Gleichstrom-Fehlerströme) unterschieden.

Brandschutzschalter

Ein Brandschutzschalter, auch als Arc Fault Detection Device (AFDD) bezeichnet, ist ein spezieller Schutzschalter, der entwickelt wurde, um Brände zu verhindern, die durch Lichtbögen in elektrischen Leitungen verursacht werden. Lichtbögen können durch beschädigte Kabel, lose Verbindungen oder defekte Geräte entstehen. Der Brandschutzschalter erkennt diese Lichtbögen und schaltet die Stromversorgung ab, um Brände zu verhindern.

Im Wesentlichen sind Leitungsschutzschalter also für Überlastungen und Kurzschlüsse, Fehlerstromschutzschalter für Fehlerströme und Brandschutzschalter für Lichtbögen und damit verbundene Brandgefahren zuständig. Jeder Schutzschalter erfüllt eine spezifische Funktion und bietet einen zusätzlichen Schutz in elektrischen Installationen.

Die höchste Schutzstufe besitzen die FI/LS AFDD. Wie der Name schon vorgibt, sind diese Schalter eine Kombination aus allen drei Schalterarten. Ihr Einsatz sorgt für einen maximale Sicherheit im Betrieb und auch zu Hause. Zu den bekanntesten Hersteller gehören Siemens, ABB und Eaton.

Klassische LS- und FI-Schalter erkennen nur parallele Fehlerlichtbögen, bei denen ein Spannungsabfall zwischen Leiter gegen Erde oder Erdungsleiter besteht. Einen Schutz gegen serielle Lichtbögen bieten nur die Brandschutzschalter, die ein anderes Funktionsprinzip verfolgen.

Lichtbögen erzeugen charakteristische hochfrequente Muster im Spannungs- und Stromverlauf. Brandschutzschalter überwachen mit Sensoren die Sinuswellen von Strom und Spannung an elektrischen Leitern und geben die Messdaten mittels digitaler Signalverarbeitung an einen Mikroprozessor weiter. Dieser kann einen Fehlerlichtbogen von normalen Stromschwankungen unterscheiden und im tatsächlichen Gefahrenfall den Stromkreis unverzüglich unterbrechen.

Physikalisch betrachtet sind Fehlerlichtbögen Spannungsüberschläge, entweder zwischen zwei beschädigten oder innerhalb einer beschädigten elektrischen Leitung.

Paralleler Fehlerlichtbogen: Tritt zwischen zwei Außenleitern oder Außenleiter und Neutralleiter sowie Außenleiter und Erde bzw. Schutzleiter auf. Zum Beispiel wenn die Isolierungen nicht mehr intakt sind – ein klassischer Kurzschluss.

Serieller Fehlerlichtbogen: Dieser entsteht an einem einzigen Kabel oder an losen elektrischen Verbindungen.

Die Anzahl an Elektroinstallationen in Haushalten und auch Betrieben hat in den letzten Jahren stark zugenommen. Die elektrische Infrastruktur vieler älterer Gebäude hält der gewachsenen Belastung nicht mehr stand. Veraltete oder beschädigte Leitungen bergen hohe Risiken für Mensch, Betriebsmittel und Sachvermögen. Aber auch in Neubauten können unsachgemäß installierte Stromverbindungen an Steckdosen, defekte Kabelisolierungen, gequetschte oder abgeknickte Elektroleitungen, lose Kontakte und auch von Mäusen oder Ratten angeknabberte Leitungen Kabelbrand auslösen. Nicht zuletzt erhöht auch die Industrie 4.0 mit der zunehmenden Digitalisierung und Vernetzung die Anforderungen an die Stromversorgung und die Sicherheit von Elektroleitungen.

Brandschutzschalter sind hier eine sichere, effektive und zuverlässige Möglichkeit, die Risiken von Bränden zu senken und Gefahrenquellen zu lokalisieren. Eine Brandschutzschalter Pflicht (auch AFDD-Pflicht genannt) gibt es in Deutschland allerdings nicht. Die DIN VDE 0100-420 empfiehlt den Einsatz von Brandschutzschaltern aber ausdrücklich. Ein vorheriger Entwurf der Norm hatte eine Einbaupflicht vorgesehen, diese wurde aber nach heftigen Diskussionen in der finalen Norm durch eine dringende Empfehlung ersetzt.

Vorteile von AFDDs gegenüber herkömmlichen Stromschutzschaltern

• AFDDs spüren auch serielle Fehlerlichtbögen auf.
• Verhindern durch Kabelbrand verursachte Brände.
• Analysieren elektrische Muster und Hochfrequenz-Rauschen.
• Verarbeiten Messdaten digital im integrierten Mikrocontroller.
• Verfügen über eine Selbsttestfunktion für mehr Sicherheit.
• Können LS-, FI- und BS-Schalter in einem Gerät kombinieren.

Der Einsatz von Brandschutzschaltern in Deutschland ist in der DIN VDE 0100-420 (aktuelle Fassung vom 1. Juni 2022 – VDE 0100-420:2022-06) geregelt. Die Norm gilt für Neuanlagen und die Erweiterung oder Änderung von Bestandsanlagen und legt die Schutzziele, die Auswahlkriterien und die Installationsanforderungen für AFDDs fest.

Bereits in der Neufassung der Norm im Oktober 2019 wurden Brandschutzschalter nur noch als eine mögliche Maßnahme zum Schutz gegen die thermischen Auswirkungen von Fehlerlichtbögen empfohlen, eine Brandschutzschalter Pflicht, wie in der Vorgängerfassung, besteht nicht mehr. Stattdessen verlangt die Regelung eine Risiko- und Sicherheitsbewertung.

Grundsätzlich sind die Forderungen im Rahmen einer Norm nicht gesetzlich verpflichtend, wohl aber privatrechtlich bindend. Die sogenannte Vermutungswirkung einer Norm dreht die Beweislast im Haftungsfall um. Im Schadensfall müssen Planer, Bauunternehmer oder Betreiber nachweisen, dass sie die Sicherheitsvorgaben der Norm erfüllt und die anerkannten Regeln der Technik eingehalten haben. Auch wenn eine AFDD-Pflicht nicht gesetzlich geregelt ist, ist durch die privatrechtliche Bindung an die Norm eine defacto Brandschutzschalter Pflicht vorhanden.

Die DIN VDE 0100-420 empfiehlt den Einsatz von Brandschutzschaltern mindestens in folgenden Bereichen:

• Räumlichkeiten mit Schlafgelegenheiten (z. B. Schlafzimmer, Gästezimmer, Hotelzimmer)
• Räume mit Feuerrisiko durch verarbeitete oder gelagerte Materialien (u. a. holzverarbeitende Betriebe, Papier- und Textilfabriken, Druckereien, Labore, Lagerräume mit brennbaren Materialien)
• Gebäude mit brennbaren Baustoffen (z. B. Holzhäuser und Scheunen)
• Orte mit Gefährdungen für unersetzbare Güter (Museen, Galerien, Nationaldenkmäler) Darüber hinaus sollten Brandschutzschalter bei Endstromkreisen mit Steckdosen, die Verbrauchsgeräte mit hoher Anschlussleistung wie Waschmaschinen oder Geschirrspüler versorgen, verwendet werden.

Anzahl der Pole: Die Anzahl der Pole bestimmt die vom Schalter gleichzeitig gesteuerten Stromkreise.

Einpolige Brandschutzschalter haben einen einzigen Leitungsanschluss für den stromführenden Leiter, der den Stromkreis unterbricht, wenn ein Fehlerstrom erkannt wird. Dieser einpolige Brandschutzschalter bietet Schutz vor Überlastung und Kurzschluss, jedoch nicht vor Fehlerströmen, die zwischen dem stromführenden Leiter und dem Neutralleiter fließen.

2-polige Brandschutzschalter haben zwei Leitungsanschlüsse und bieten Schutz vor Fehlerströmen zwischen dem stromführenden Leiter und dem Neutralleiter. Sie schalten den Stromkreis ab, wenn ein Fehlerstrom erkannt wird, um einen möglichen Brand zu verhindern.

3-polige Brandschutzschalter haben drei Leitungsanschlüsse und bieten Schutz vor Fehlerströmen zwischen dem stromführenden Leiter, dem Neutralleiter und dem Schutzleiter. Sie werden oft in dreiphasigen Systemen eingesetzt, um alle drei Phasen vor Bränden durch Fehlerströme zu schützen.

4-polige Brandschutzschalter haben vier Leitungsanschlüsse und bieten einen erweiterten Schutz vor Fehlerströmen. Sie sind in der Lage, Fehlerströme zwischen dem stromführenden Leiter, dem Neutralleiter und dem Schutzleiter in dreiphasigen Systemen zu erkennen und den Stromkreis bei Bedarf abzuschalten. Sie werden oft in industriellen Anwendungen und größeren Gebäuden eingesetzt, in denen dreiphasige Stromversorgungssysteme verwendet werden.

Auslösecharakteristik: Je nach Nennstrom und Auslösezeit erfolgt die Abschaltung auf unterschiedliche Weise. Man teilt Schutzschalter in verschiedene Typen ein. C-Typen reagieren träger und tolerieren höhere Stromlasten. So werden Stromkreise bei starken Belastungen nicht unnötig unterbrochen.

Brandschutzschalter sind einfach zu installieren – entweder über die bewährte Stecktechnik oder, bei höheren Beanspruchungen oder Sicherheitsanforderungen, per Schraubtechnik.

Auf einer Phasenschiene können je nach Bedarf auch verschiedene Schalter über eine Querverdrahtung miteinander kombiniert werden. Zum Beispiel, wenn man sensible Bereiche unabhängig voneinander überwachen und schützen möchte. Ein 4-poliger FI-Schutzschalter mit mehreren Brandschutzschaltern lässt sich gut für größere Installationen mit mehreren Räumen einsetzen.

Beim Kauf sollten Sie unbedingt auf die Kompatibilität der Schalter untereinander achten.

Brandschutzschalter sind einfach zu installieren – entweder über die bewährte Stecktechnik oder, bei höheren Beanspruchungen oder Sicherheitsanforderungen, per Schraubtechnik. Auf einer Phasenschiene können je nach Bedarf auch verschiedene Schalter über eine Querverdrahtung miteinander kombiniert werden. Zum Beispiel, wenn man sensible Bereiche unabhängig voneinander überwachen und schützen möchte. Ein 4-poliger FI-Schutzschalter mit mehreren Brandschutzschaltern lässt sich gut für größere Installationen mit mehreren Räumen einsetzen. Beim Kauf sollten Sie unbedingt auf die Kompatibilität der Schalter untereinander achten.

Schraubanschlüsse sind nicht wartungsfrei und müssen regelmäßig überprüft werden. Die meisten Geräte verfügen außerdem über einen Funktionsselbsttest.