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Schutzmaßnahmen

Schutz gegen thermische Auswirkungen

Auf einen Blick DIN VDE 0100-420 (VDE 0100-420):2016-02 Errichten von Niederspannungsanlagen – Teil 4-42: Schutzmaßnahmen – Schutz gegen thermische Auswirkungen

Fehlerlichtbogen-Schutzeinrichtung (AFDD) Diese Norm sieht den  konkreten Einsatz von Fehlerlichtbogen-Schutzeinrichtungen (AFDDs) in bestimmten elektrischen Anlagen vor
Diese Norm beschreibt Maßnahmen gegen thermische Einflüsse in elektrischen Anlagen. Als thermische Einflüsse bezeichnet man Verbrennungen oder Zersetzung von Materialien, sowie Brandgefahren, die von elektrischen Betriebsmitteln ausgehen können. Außerdem sind Maßnahmen gegen die ­Verbreitung von Flammen und Rauch in benachbarte Brandabschnitte erläutert. Das Umsetzen der Anforderungen ­dieser Norm gewährleistet eine sichere Funktion elektrischer Einrichtungen, einschließlich der für Sicherheitszwecke. Dieser Bericht konzen-triert sich auf die wichtigsten Änderungen des Regelwerks.

Brandursache elektrisches ­Betriebsmittel

Personen, Nutztiere und Sachgegenstände sind vor Schädigungen durch Wärme oder Feuer zu Schützen. Die Ausbreitung von Feuer oder Rauch durch elektrische Betriebsmittel ist unbedingt zu verhindern. Wärme, die durch elektrische Betriebsmittel entsteht, darf keine schädigende Einwirkung auf benachbarte Materialien ausüben. Eine von Betriebsmitteln ausgehende Brandgefahr ist auszuschließen. Bei der Auswahl sind die Herstellerangaben zu beachten.

Nehmen fest eingebaute elektrische Betriebsmittel Oberflächentemperaturen an, die für benachbarte Gegenstände eine Brand­gefahr darstellen, müssen entsprechende Maßnahmen ergriffen werden. In diesem Fall sind die Einrichtungen auf Materialien zu ­errichten, die der erhöhten Temperatur oder Erwärmung standhalten. Eine weitere Maßnahme stellt die Abtrennung der Betriebs­mittel von Teilen der Gebäudekonstruktion dar. Alternativ eignet sich das Einhalten eines ausreichenden Abstandes zu brennbaren Gegenständen, was eine ausreichende ­Ableitung der Wärme emöglicht.

Im Falle des Lichtbogen- und Funkenaustritts während des Betriebs, müssen die ­angebrachten Betriebsmittel in lichtbogenbeständigen Werk- oder Baustoffen eingeschlossen sein. Brennbare Stoffe, die durch Lichtbögen entzündet werden könnten, sind von den Betriebsmitteln völlig abzutrennen.

Dafür gibt es seitens der Hersteller Schutzeinrichtungen zum Schutz beim Auftreten von Lichtbögen. Diese müssen die Lichtleistung des Lichtbogens und den Anstieg des Stromes in den Außenleitern erkennen. ­Ferner haben sie den Lichtbogen innerhalb von 5 ms zu löschen und die elektrische ­Anlage von der Versorgung abzuschalten. Der Lichtbogen darf erst nach Überschreiten der vorgegebenen Grenzwerte für Licht und Strom gelöscht werden.

Schutz  gegen Fehlerlichtbögen

Bild 1: Fehlerlichtbogen-Schutzeinrichtung (AFDD), auch  »Brandschutzschalter« genannt
Bild 1: Fehlerlichtbogen-Schutzeinrichtung (AFDD), auch »Brandschutzschalter« genannt
Eine geeignete Fehlerlichtbogen-Schutzeinrichtung stellt eine neue Geräteklasse mit der Kurzbezeichnung AFDD (Arc Fault Detection Device) dar. Hiermit lassen sich die Auswirkungen von Lichtbögen reduzieren, indem jeder Lichtbogen rechtzeitig erkannt und da­raus resultierend die Abschaltung des Stromkreises eingeleitet wird. Zukünftig ist die Installation einer solchen Fehlerlichtbogen-Schutzeinrichtung (AFDD) in einigen elektrischen Anlagen zwingend vorgeschrieben.

Brände in elektrischen Anlagen entstehen häufig durch Fehlerlichtbögen. Verursacht durch fehlerhafte, defekte Leitungsisolier­ungen oder durch lose elektrische Verbindungen. Die daraus resultierenden Lichtbögen werden als parallele oder serielle Lichtbögen bezeichnet.

Bei seriellen Lichtbögen ist kein Ableitstrom zur Erde vorhanden. Aus diesem Grund können Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen diesen Fehler nicht erkennen. Die Impedanz des seriellen Lichtbogens reduziert den Laststrom. Dadurch reduziert sich der Strom unter den Auslösegrenzwert von Leitungsschutzschaltern, Leistungsschaltern oder Sicherungen.

Durch den parallelen Lichtbogen zwischen zwei Außenleitern oder einem Außenleiter und dem Neutralleiter, wird der Strom durch die Impedanz der Installation und durch den Lichtbogen begrenzt. Aus diesem Grund kann der resultierende Strom unter dem Auslösewert der vorher genannten Schutzorgane liegen.

Fehlerzustände erkennen

In beiden Fällen kann eine AFDD die Fehlerzustände erkennen und den Stromkreis trennen. Umgangssprachlich bezeichnet man AFDDs auch als »Brandschutzschalter« (Bild 1). In Wechselstromkreisen reduziert der Einsatz dieser Schalter das Brandrisiko für Personen, Nutztiere und Gebäude. Dies geschieht durch die Abschaltung fehlerhafter elektrischer Installationen und defekten ­Geräten.

Nach DIN EN 60898-1 (VDE 0665-10) »Allgemeine Anforderungen an Fehlerlichtbogen-Schutzeinrichtungen« sind drei Ausführungsformen klassifiziert:
  • Eine einzelne AFDD-Schutzeinrichtung, bestehend aus einer AFD-Einheit mit integrierter Ausschaltvorrichtung, in Reihe geschaltet zu einer geeigneten Schutzeinrichtung
  • Eine AFDD-Schutzeinrichtung, die aus ­einer Schutzeinrichtung mit integrierter AFD-Einheit besteht
  • AFDD-Schutzeinrichtung bestehend aus einer AFD-Einheit und einer angegebenen Schutzeinrichtung, die für den Zusammenbau vor Ort vorgesehen sind.
Quelle: BFE
Quelle: BFE
Wie schon erwähnt, geht es hier um die Entstehung ­eines Brandes – verursacht durch Fehlerlichtbögen – als Folge von defekten Isolierungen zwischen aktiven Leitern. Die da­raus resultierenden Fehlerlichtbogen-Ströme bezeichnet man als parallele Lichtbögen. Gebrochene oder beschädigte Leiter führen zur Reduzierung des Leitungsquerschnittes. Die bei anstehender Belastung erzeugten Lichtbögen nennt man serielle Lichtbögen. Auch Klemmstellen mit einem erhöhten Widerstand verursachen Brände (Bild 2).

Einsatz von AFDDs

Diese Norm schreibt nun künftig den Einsatz von AFDDs in einigen Fällen verpflichtend vor. Dies gilt konkret für einphasige Wechselspannungssysteme bis 16 A in Schlaf- oder Aufenthaltsräumen von Heimen oder Tageseinrichtungen für Kinder, behinderte oder ältere Menschen (z. B. Kindertagesstätten oder Seniorenheime).

Darüberhinaus ist die Verwendung von AFDDs vorgeschrieben in Räumen oder Orten mit einem Feuerrisiko durch verarbeitete oder gelagerte Materialien. Zu diesen feuergefährdeten Betriebsstätten zählen Einrichtungen wie Scheunen, holzverarbeitende Betriebe, Papier- und Textilfabriken usw.

Eine weitere AFDD-Anwendung muss in Gebäuden aus brennbaren Baustoffen oder in Räumen mit Gefährdungen für unersetzbare Güter erfolgen. Als Beispiele dienen hier Holzhäuser für Gebäude aus brennbaren Baustoffen. Zu Räumen mit unersetzbaren Gütern zählt man Nationaldenkmäler, Museen sowie Bahnhöfe oder Flughäfen.

Für andere Bereiche spricht die Norm eine Empfehlung für die Verwendung von AFDDs aus. Dies gilt für Wechselspannungssysteme bis 16 A in Räumen mit Schlafgelegenheiten und in Räumen mit Feuer verbreitenden Strukturen – z. B. Hochhäuser. Hier kann im Brandfall der sogenannte Kamin­effekt entstehen. Auch in Endstromkreisen für Verbrauchs­geräte mit einer hohen Anschlussleistung – z. B. Waschmaschine, Trockner und Geschirrspüler – ist aus Brandschutzgründen die AFDD-Einrichtung empfehlenswert.

Weiterentwicklung ­der Norm

Fehlerlichtbogen-Schutzeinrichtungen werden immer zum Anfang des zu schützenden Stromkreises installiert. Der Einsatz einer AFDD schließt die Notwendigkeit weiterer Schutzmaßnahmen nicht aus. Die konkrete Vorgabe, in welchen Fällen diese Schutzeinrichtung zu installieren ist, stellt die bemerkenswerteste Änderung dieser Norm dar.

Derzeit werden aber noch weitere Überlegungen zu künftigen Normenänderungen auf nationaler und internationaler Ebene diskutiert. So ist unter anderem beantragt worden, die Schutzart für Betriebsmittel in feuergefährdeten Räumen bei der Ansammlung von Staub in IP 5X und bei Ablagerungen von leitfähigen Stäuben in IP 6X auszuführen. In Einrichtungen mit feuerausbreitenden Gebäudestrukturen und Gebäudeausrüstungen wird angedacht, die Befestigung von Schalter- und Steckdosen wieder mit der Krallenbefestigung zuzulassen. Die aktuelle Norm verbietet das. Auf internationaler Normungsebene liegt ein Antrag vor, jeden Neutralleiter mit einer Trenneinrichtung zu versehen. ­Dafür kann die Neutralleiter-Trennklemme oder ein netzspannungsunabhängiger Fehlerstrom-Schutzschalter mit eingebauter Überstrom-Schutzeinrichtung (RCBO) vor­gesehen werden.

Fazit

Eindeutig kann man als wichtigste Änderung dieser Norm den verpflichtenden Einsatz von AFDDs in bestimmten Gebäuden bezeichnen. Ziel dieser Forderung ist es, die Gefahr eines Brandschadens für Gebäude einzuschränken. Der Sicherheitsstandard elektrischer Anlagen wird damit weiter angehoben.

Ist der Einsatz von AFDDs derzeit noch begrenzt, so ist künftig damit zu rechnen, dass auch in Wohnungen oder Einfamilienhäusern bald der verpflichtende Einsatz der Fehlerlichtbogen-Schutzeinrichtungen kommen wird. Empfohlen ist dieser bereits durch diese aktuelle Normenausgabe.
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Über den Autor
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Dirk Maske

BFE Oldenburg

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