Vorbeugender Brandschutz in der Elektroinstallation

In den aktuellen Brandschadenstatistiken wird für etwa ein Drittel aller Brände Elektrizität als Zündquelle ausgewiesen. Häufig sind es technisch veraltete und / oder schlecht gewartete Installationen, die den Brand verursachten (Bild 1). Was kann der Profi tun, um seine Kunden zu informieren und letztendlich zu schützen?

Um hier eine deutliche Verbesserung zu erzielen, müssen Elektrofachkräfte aktiv auf ihre Kunden zugehen und diese beraten. Trotz der erheblichen Bauaktivitäten werden sowohl privat wie auch betrieblich Gebäude genutzt, die zum Teil vor über 40 Jahren errichtet wurden. Oftmals ist die Elektroinstallation dieser Gebäude nicht oder nur unwesentlich dem aktuellen Stand der Technik angepasst worden. Dies kann, unter Berücksichtigung der sich im Laufe der Zeit auch stark geänderten elektrischen Verbraucher, im wahrsten Sinne des Wortes »brandgefährlich« werden.

Die Drehzahl von elektrischen Pumpen und Motoren handgeführter Geräte werden heute meist über Frequenz­umrichter stufenlos geregelt. Die Spannungsversorgung nahezu aller elektrischen Verbraucher erfolgt über getaktete Schaltnetzteile. Dies hat zur Folge, dass der Anteil von Blindströmen stetig zunimmt. Nimmt man den Betrieb von Photovoltaik-Anlagen oder auch das Laden von Elektrofahrzeugen unter die Lupe, so stellt man fest, dass gerade dort größere Ströme über längere Zeiträume zum Fließen kommen.

Mögliche Brandursachen

Eine typische Situation ist die durch mechanische Einwirkungen beschädigte Leitungsisolation. Dies führt zu einer Verschlechterung des Isolationswiderstandes innerhalb der elektrischen Anlage. Vom Außenleiter L1 fließt ein Fehlerstrom gegen Erdpotential ab. Das vorgeschaltete Überstromstutzorgan würde nun aber erst bei sehr großen Fehlerströmen den Stromkreis mit der beschädigten Leitung abschalten. Bedingt durch hohe Übergangswiderstände werden diese jedoch häufig nicht erreicht. Wird nun der Stromkreis durch eine Fehlerstromschutzeinrichtung (RCD = Residual Current Protective Device) geschützt, so schaltet dieser den Stromkreis ab, sobald der Differenzstrom überschritten wird. Dies kann mittels einem dem Leitungsschutzschalter vorgeschaltetem RCCB (Residual Current operated Ciruit Breaker, Bild 2) oder durch eine Kombination von Leitungsschutzschalter und Fehlerstromschutzschalter RCBO (Residual Current operated Ciruit Breaker with integral Overcurrent Protection) erfolgen. Umgangssprachlich wird dieser als FI-LS-Schalter bezeichnet. In der zweipoligen Ausführung ist diese Schaltgerätekombination in der Breite von einer und zwei Teilungseinheiten (TE) erhältlich. Eine Teilungseinheit entspricht 18 mm.

Mit der DIN VDE 0100-701 wurde ab 1984 der Einsatz von RCDs mit einem Differenzstrom von 30mA in Räumen mit Badewanne und Dusche vorgeschrieben (bei Neubau). Erst im Jahr 2007 wurde der Einsatz von RCDs durch die DIN VDE 0100-410 für alle laienbedienbaren Steckdosenstromkreise bis 20 A verpflichtend. Seit 2018 wurden die Stromstärke für Steckdosenstromkreise auf 32 A angehoben und auch alle Beleuchtungsstromkreise miteinbezogen. Etwa 70 % des aktuellen Gebäudebestandes wurde jedoch vor 1980 errichtet. Da über Art und Umfang von Gebäuderenovierungen keine belastbaren Zahlen vorliegen, muss davon ausgegangen werden, dass sehr wahrscheinlich in bis zu 29 Mio. Haushalten keine RCDs verbaut sind. Gerade bei der Ertüchtigung dieser Bestandsanlagen zeigt sich der Vorteil von RCBOs mit einer Breite von 1TE. Diese lassen sich 1:1 und damit ohne Platzprobleme statt dem vorhandenen Leitungsschutzschalter (MCB = Miniature Circuit Breaker) einbauen.

In der DIN VDE 0100-701 und auch in der VdS 2349-1 wird die Verwendung von RCDs zum Anlagen- und Brandschutz mit einem Differenzstrom von 300 mA beschrieben. Diese Differenzstromüberwachungsgeräte können aus einem (Bild 2) oder der Kombination mehrerer Geräte (Bild 3) bestehen und überwachen den Differenzstrom der gesamten elektrischen Anlage, bzw. Teilanlage. Der ausgewählte Differenzstrom von 300 mA lässt rechnerisch eine maximale elektrische Leistung als potentielle Zündquelle von 69W zu:

P=U · I

P= 230 V · 0,3 A

P = 69 W

Da RCDs bei Stromstärken ab 50 % der Differenzstromstärke abschalten, ist die tatsächliche Leistung geringer und reicht meist nicht als Zündquelle zur Entstehung eines Brandes aus. Der Einsatz von Fehlerstromschutzschaltern mit einem Differenzstrom von 300mA sind häufig Bestandteil von Versicherungsverträgen gegen Brandschäden.

Abhängig von der Art des Fehlerstroms (I_F) kann die RCD neben dem Personenschutz auch noch einen zuverlässigen Anlagen- und Brandschutz bieten. Fließt der I_F nicht über den Summenstromwandler zurück, so schaltet die RCD spätestens beim Erreichen des Differenzstromes den Stromkreis sicher ab.

Nun gibt es aber auch sogenannte serielle Fehler in elektrischen Anlagen, welche weder von einem Leitungsschutzschalter noch von einer RCD erkannt werden. Beschädigt man beispielsweise eine einzelne Ader eines Kabels oder einer Leitung durch einen Bohrer – der Klassiker unter den Fehlern –, so kann dies an der Schadstelle zu einer Funkenbildung führen. Lockere Schraubverbindungen oder defekte Kontakte, beispielsweise einer Schuko-Steckdose, können ebenso einen seriellen Fehler verursachen. Die dabei entstehenden Funken können direkt als Zündquelle dienen. Außerdem erhöhen Oxidations- und Verbrennungsprozesse mitunter den elektrischen Widerstand der Schadstelle. Dies kann dann im Betriebsfall zu thermischen Problemen mit großer Hitzeentwicklung führen.

Das Beispiel einer lockeren Klemmenschraube soll hier zur Veranschaulichung dienen: erhöht sich der Widerstand zwischen den Adern in der Klemme auf 2 Ω und fließt ein Betriebsstrom von I_B = 16 A ergibt sich eine elektrische Leistung von:

P_Fehler = I² · R

P_Fehler = (16 A)² · 2 Ω

P_Fehler = 512 W

Ein Brand in der näheren Umgebung ist damit wohl unausweichlich.

Wie bereits erwähnt, würde weder ein Leitungsschutzschalter noch eine RCD die Entstehung eines Brandes verhindern. Da weder der Bemessungsstrom des Überstromschutzorganes überschritten wird noch ein Strom gegen Erdpotential abfließt, schalten beide Schutzgeräte nicht ab. Der serielle Fehlerlichtbogen wird durch keines der beiden Schutzgeräte erkannt.

AFFDs erkennen seriellen Fehler

Um diese Sicherheitslücke zu schließen, wurden Fehlerlichtbogen-Schutzeinrichtungen entwickelt. Umgangssprachlich werden diese häufig als »Brandschutzschalter« oder »Kontaktfehlerschalter« bezeichnet. Der normative Fachbegriff lautet »AFDD« (Arc Fault Detection Device).

Eine AFDD zeichnet den Strom- und Spannungsverlauf auf und bewertet die zeitlichen Verläufe. Treten für elektrische Kontaktprobleme charakteristische Verläufe auf, so schaltet der AFDD den Stromkreis ab. Im Zuge der Aktualisierung der DIN VDE 0100-420 wurde 2016 die AFDD zum Schutz gegen thermische Auswirkungen normativ aufgenommen. Die derzeit gültige Ausgabe vom Oktober 2019 gibt zunächst diese »Soll-Option« im Absatz 421.3 aus: »Schutzeinrichtungen zum Schutz bei Auftreten von Lichtbögen sollten installiert werden, wenn von der elektrischen Anlage hohe Anforderungen an die Verfügbarkeit erwartet werden.«

Weiter unten im Absatz 421.7 folgen Empfehlungen: »Es wird empfohlen, besondere Maßnahmen zum Schutz gegen die Auswirkungen von Fehlerlichtbögen in Endstromkreisen vorzusehen für:

• Räumlichkeiten mit Schlafgelegenheiten;
• Räume oder Orte mit besonderem Brandrisiko – Feuergefährdete Betriebsstätten (nach Musterbauordnung (MBO): Bauliche Anlagen, deren Nutzung durch Umgang mit oder Lagerung von Stoffen mit Explosions- oder erhöhter Brandgefahr verbunden ist;
• Räume oder Orte aus Bauteilen mit brennbaren Baustoffen, wenn diese einen geringeren Feuerwiderstand als feuerhemmend aufweisen;
• Räume oder Orte mit Gefährdungen für unersetzbare Güter.«

Vergleichbar mit RCDs sind AFDDs als Kombination mit Leistungsschutzschalter in der Breite von einer und zwei Teilungseinheiten erhältlich. So bietet sich auch für die Ertüchtigung von Bestandsanlagen die 1-TE-Variante (Bild 4) zum 1:1-Austausch mit den vorhandenen Leitungsschutzschaltern an. Als Elektrofachkraft sollten Sie Ihren Kunden die Vorteile AFDDs in elektrischen Anlagen und den Zugewinn an Brandschutz darlegen können. Es muss das Ziel aller Beteiligten sein, durch sichere elektrische Anlagen den Personen- und Brandschutz weiterhin zu optimieren.

Autor

Matthias Link, Fachautor Karlsruhe

Quelle und Bildquelle: www.elektro.net