Elektrischer Schutz: Sicherungen und Leitungsschutzschalter erklärt

Elektrischer Schutz in der Installation

Elektrischer Schutz dient dazu, Menschen, Anlagen und die Umgebung vor den schädlichen Auswirkungen von Fehlfunktionen in der elektrischen Installation zu schützen.

Wirkung von Strom auf den menschlichen Körper

Die Gefährlichkeit des elektrischen Stroms für den menschlichen Körper hängt von folgenden Parametern ab:

• Die Stärke des elektrischen Stroms
• Die Dauer des Stromflusses
• Der Weg des Stroms durch den Körper

Arten von elektrischen Kontakten

• Direkter Kontakt: Ein direkter Kontakt entsteht bei der Berührung von aktiven, unter Spannung stehenden Teilen einer elektrischen Anlage oder eines Betriebsmittels.
• Indirekter Kontakt: Ein indirekter Kontakt entsteht, wenn ein leitfähiges Gehäuse eines Betriebsmittels aufgrund eines Isolationsfehlers unter Spannung steht.

Die Funktion der Erdung

Die Erdung ist eine direkte elektrische Verbindung leitfähiger Teile einer Anlage mit der Erde. Sie dient dazu, Fehlerströme sicher zur Erde abzuleiten und Personen zu schützen.

Erdungssysteme

• TN-C-System: Im TN-C-System sind der Neutralleiter (N) und der Schutzleiter (PE) in einem einzigen Leiter, dem PEN-Leiter, kombiniert.
• TT-System: Im TT-System ist der Sternpunkt des Transformators direkt geerdet. Die Körper der elektrischen Verbraucher in der Anlage sind unabhängig davon mit einem eigenen Anlagenerder verbunden.

Schutz vor Überströmen: Überlast und Kurzschluss

• Überlast: Eine Überlast entsteht, wenn ein Strom fließt, der höher als der Nennstrom ist. Die Dauer kann von Sekunden bis zu Stunden reichen.
• Kurzschluss: Ein Kurzschluss ist eine direkte, niederohmige Verbindung zwischen zwei Punkten mit unterschiedlichem Potenzial. Der Strom kann dabei das Tausendfache des Nennstroms erreichen. Die Dauer beträgt nur wenige Millisekunden bis zu einer Sekunde.

Die Schmelzsicherung

Eine Sicherung ist ein Schutzelement, das einen Stromkreis bei Überlast oder Kurzschluss unterbricht. Schmelzsicherungen zeichnen sich durch ein hohes Ausschaltvermögen aus und können Kurzschlussströme von bis zu 120 kA und mehr sicher abschalten.

Aufbau einer Schmelzsicherung

Eine Sicherungseinrichtung besteht aus dem Sicherungseinsatz (Sicherungspatrone) und dem Sicherungshalter. Die Hauptbestandteile eines Sicherungseinsatzes sind: der Isolierkörper, das Füllmittel (z. B. Quarzsand), die Kontaktmesser, der Schmelzleiter und der Kennmelder.

Funktionsweise

Überschreitet der Strom den Nennwert der Sicherung, erhitzt sich der Schmelzleiter, schmilzt und verdampft. Dadurch entsteht ein Lichtbogen, der durch das Füllmittel gelöscht wird, was den Stromkreis unterbricht.

Auswahlkriterien für Sicherungen

Bei der Auswahl einer Sicherung müssen folgende Kriterien erfüllt sein:

• Die Nennspannung der Sicherung muss gleich oder größer als die Betriebsspannung sein.
• Der Nennstrom der Sicherung muss auf den zu schützenden Stromkreis abgestimmt sein.
• Das Nenn-Ausschaltvermögen muss gleich oder größer als der maximal zu erwartende Kurzschlussstrom am Einbauort sein.

Sicherungstypen (Betriebsklassen)

• Typ gG: Ganzbereichs-Sicherungen für allgemeine Anwendungen (Leitungsschutz).
• Typ aM: Teilbereichs-Sicherungen für den Motorschutz (schützen nur vor Kurzschluss).
• Typ aR: Teilbereichs-Sicherungen für den Schutz von Halbleiterbauelementen.

Der Leitungsschutzschalter (LS-Schalter)

Ein Leitungsschutzschalter (LS-Schalter) ist ein mechanisches Schaltgerät, das Stromkreise bei Überlast und Kurzschluss selbsttätig abschaltet. In einer typischen Hausinstallation schützen sie einzelne Stromkreise (z. B. für Licht, Steckdosen).

Aufbau eines Leitungsschutzschalters

Die Hauptkomponenten eines Leitungsschutzschalters sind:

• Gehäuse: Umschließt alle Bauteile.
• Anschlussklemmen: Je eine für den Eingang und den Ausgang.
• Schalthebel: Zum manuellen Ein- und Ausschalten.
• Kontakte: Ein fester und ein beweglicher Kontakt.
• Magnetspule: Für den Kurzschlussschutz.
• Bimetallstreifen: Für den Überlastschutz.
• Lichtbogenlöschkammer: Kühlt und löscht den beim Abschalten entstehenden Lichtbogen.

Funktionsweise des LS-Schalters

Der Schalter kombiniert zwei Auslösemechanismen: einen thermischen und einen magnetischen.

Magnetischer Auslöser (Kurzschlussschutz)

Bei einem Kurzschluss fließt ein sehr hoher Strom durch die Magnetspule. Das dadurch entstehende starke Magnetfeld bewegt schlagartig einen Anker, der das Schaltschloss entriegelt und den Stromkreis sofort unterbricht.

Thermischer Auslöser (Überlastschutz)

Bei einer Überlast erwärmt der erhöhte Stromfluss den Bimetallstreifen. Dieser biegt sich langsam durch und löst nach einer gewissen Zeit das Schaltschloss aus. Die Auslösezeit ist umso kürzer, je höher der Überlaststrom ist.