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Brandschutzschalter

Nie mehr fehlgeleitet

Bei der Vermeidung elektrisch verursachter Brände stehen sie besonders im Fokus: gefährliche Fehlerlichtbögen, die durch Mängel in der Elektroinstallation entstehen können. Brandschutzschalter erkennen solche Fehlerlichtbögen zuverlässig und können Stromkreise im Detektionsfall sofort sicher abschalten.

In den USA sind Brandschutzschalter, wo sie als AFCI („Arc Fault Circuit Interruptor“) bekannt sind, seit vielen Jahren etabliert und vorgeschrieben. In Europa werden jährlich mehrere hunderttausend Brände gemeldet. Tausende Personen werden dabei verletzt, hunderte getötet, und es entstehen Sachschäden in Milliardenhöhe. Allein in Deutschland sind rund ein Drittel aller Brände auf Elektrizität als Brandursache zurückzuführen. Unter diesen Bränden werden wiederum knapp 30 Prozent durch Mängel in der Elektroinstallation verursacht. Häufige Brandursache sind hierbei so genannte Fehlerlichtbögen, die bei Isolationsfehlern oder losen Kontakten in der Elektroinstallation und bei angeschlossenen Geräten auftreten können. Ob fehlerhafte Klemmverbindung, schadhafte Mehrfachsteckdose, Glimmbrand oder gebrochenes Verlängerungskabel – schon ein kleiner Fehler kann gravierende Folgen haben.

Arten und Ursachen von Fehlerlichtbögen

Wenn sich durch eine Störung in einer elektrischen Anlage oder Leitung ein Lichtbogen bildet, spricht man von einem Fehlerlichtbogen. Dabei unterscheidet man zwischen seriellen und parallelen Fehlerlichtbögen. Parallele Fehlerlichtbögen treten zwischen Außenleiter gegen Erde oder Schutzleiter (PE), zwischen zwei Außenleitern oder zwischen Außen- und Neutralleiter auf. Serielle Fehlerlichtbögen können bei der Unterbrechung eines Leiters oder in Folge von losen Kontakten entstehen.

Zu den häufigsten Ursachen von Fehlerlichtbögen zählen beschädigte Kabelisolierungen (zum Beispiel durch Nägel, Schrauben oder Befestigungsklammern), gequetschte Leitungen bei der Verlegung durch offene Türen und Fenster, Kabelbrüche durch zu enge Biegeradien, abgeknickte Stecker und Leitungen, etwa durch unachtsam verschobene Möbel, sowie gelockerte Kontakte und Anschlüsse in Schaltern oder Steckdosen. Zusätzlich können Umwelteinflüsse, wie Hitze, Feuchtigkeit, Gase und im Außenbereich UV-Strahlung und Nagetierverbiss, die Kabel angreifen.

Entsteht durch die Beschädigung einer Leitung eine Engstelle mit reduziertem Querschnitt, so führt dies unter Strombelastung zur Temperaturerhöhung und kann in der nächsten Phase über Oxidation des heißen Kupfers zu Kupferoxid führen. Im Weiteren wird die Isolierung erhitzt und karbonisiert. Bei zunehmender starker Erhitzung schmilzt und vergast das Kupfer, es entsteht ein Luftspalt und sporadische Störlichtbögen treten auf. Bei ungefähr 6.000 Grad Celsius können sich diese über die karbonisierte Isolierung stabilisieren. Eine mögliche Folge ist Kabelbrand.

Funktionsweise von Brandschutzschaltern

Leitungsschutzschalter bieten Schutz bei Kurzschluss sowie vor Überlast und trennen, in Abhängigkeit der Fehlerimpedanz, in den meisten Fällen bei parallelen Lichtbögen zwischen Außenleitern oder zwischen Außen- und Neutralleiter. Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen erfassen Fehlerströme und Fehlerlichtbögen gegen Erde und können in diesen Fällen, in Abhängigkeit des Bemessungsfehlerstromes, neben Fehlerschutz und zusätzlichem Schutz auch Brandschutz bieten. Serielle Fehlerlichtbögen können die bisherigen Schutzeinrichtungen jedoch nicht erkennen. Hier ergänzen Brandschutzschalter die vorhandenen Schutzschaltgeräte. Sie sind zur Erfassung aller Arten von Fehlerlichtbögen, insbesondere aber als alleinige Schutzschalteinrichtung zur Erfassung von seriellen Fehlerlichtbögen, geeignet.

Basierend auf einer seit Jahren in den USA bewährten Technologie messen sie unter anderem kontinuierlich das Hochfrequenzrauschen des Stroms in Höhe, Stabilität und Dauer sowie die dazwischenliegenden Unterbrechungen. Integrierte Filter in Verbindung mit intelligenter Software verarbeiten, analysieren und bewerten diese Signale nach einer Vielzahl von Kriterien. Sind die Bedingungen eines Fehlerlichtbogens erfüllt, wird der angeschlossene Stromkreis innerhalb von Sekunden-Bruchteilen abgeschaltet.

Brandgefahren von der elektrischen Leitung bis hin zum Endgerät können so frühzeitig erkannt und unterbunden werden. In umfangreichen Labor- und Feldversuchen gestestet, kann der Brandschutzschalter betriebsmäßig vorhandene Lichtbögen, wie sie Bohrmaschinen, Staubsauger, Dimmer oder Schaltnetzteile erzeugen, zuverlässig von unerwünschten und gefährlichen Lichtbögen unterscheiden. Mittels einer ausgereiften Selbsttestfunktion überprüft der Brandschutzschalter fortlaufend seine eigene Funktionsfähigkeit: Eine Leuchtdiode zeigt den Betriebszustand an – und im Ernstfall die Ursache für die Abschaltung des Stromkreises.

Einsatzbereiche

Grundsätzlich können Fehlerlichtbögen in allen elektrischen Anlagen entstehen. Besonders zu empfehlen ist der Einsatz eines Brandschutzschalters in Bereichen, in denen Personen schlafen, Betriebsmittel länger unbeaufsichtigt betrieben werden, erhöhte Brandgefahr auf Grund der Umgebung besteht oder wertvolle Güter geschützt werden sollen. Beispiele hierfür sind:

  • Schlafräume und Kinderzimmer, insbesondere bei Leichtbau, Holzbauten, Holzverkleidungen,
  • Betrieb unbeaufsichtigter Verbraucher, zum Beispiel Waschmaschine während der Nacht,
  • Kindergärten,
  • Seniorenwohnheime,
  • Museen und Bibliotheken sowie
  • feuergefährdete Betriebsstätten und Orte, an denen leicht brennbare Stoffe gelagert werden.

Brandschutzschalter gibt es in unterschiedlichen Varianten mit verschiedenen Baubreiten. Sie können in unterschiedlicher Kombination mit verschiedenen Leitungsschutzschaltern oder Fehlerstrom-/Leitungsschutzschaltern (FI/LS-Schaltern) bis 16 Ampere Bemessungsstrom eingesetzt werden. Zusätzlich lassen sie sich mit vielfältigen Zusatzkomponenten koppeln, beispielsweise mit einem Hilfsstrom- oder Fehlersignalschalter. Dadurch ist die Anbindung an ein übergeordnetes Leitsystem möglich; so kann zum Beispiel das Auslösen des Schalters an eine zentrale Warte gemeldet werden.

Brandschutzschalter sind bei Neuinstallationen ebenso einsetzbar wie bei bestehenden und älteren Anlagen – ein weiterer Pluspunkt, da das Risiko gefährlicher Störlichtbögen bei älteren Elektroinstallationen besonders hoch ist.

Manfred Kleemeier, Produktmanager für Brandschutz- und FI-Schutzeinrichtungen bei der Siemens AG, Division Low and Medium Voltage

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Siemens

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Siemens AG

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