Fehlerschutz – Schutz bei indirektem Berühren

Fehlerschutz ist ein wichtiger Bestandteil der allgemeinen Elektrosicherheit. Im Folgenden wird erläutert, welche Maßnahmen zum Fehlerschutz nach DIN EN 60204-1:2019-06 „Sicherheit von Maschinen – Elektrische Ausrüstung von Maschinen – Teil 1: Allgemeine Anforderungen“ zu treffen sind.

Nach der Norm muss für jeden Stromkreis oder jedes Teil der elektrischen Ausrüstung mindestens eine dieser beiden Maßnahmen zum Fehlerschutz angewendet werden:

1. Maßnahmen, die das Auftreten einer Berührungsspannung verhindern (Unterabschnitt 6.3.2 der Norm)
2. Schutz durch automatische Abschaltung der Stromversorgung, bevor die Berührungszeit mit einer Berührungsspannung gefährlich werden kann (Unterabschnitt 6.3.3 der Norm)

a. Fehlerschutz durch Verhindern einer Berührungsspannung

Zunächst enthalten Maßnahmen, die das Auftreten einer Berührungsspannung verhindern, Folgendes:

1. Verwendung von Geräten der Schutzklasse II oder mit gleichwertiger Isolierung
2. Schutztrennung

Die Maßnahme unter 1. zielt laut Norm darauf ab, das Auftreten von Berührungsspannungen an den zugänglichen Teilen durch einen Fehler in der Basisisolierung zu verhindern. Dieser Fehlerschutz kann durch eine oder mehrere Varianten realisiert werden:

• Geräte oder Vorrichtungen der Schutzklasse II: doppelte Isolierung, verstärkte Isolierung oder gleichwertige Isolierung nach DIN EN 61140 (VDE 0140-1):2016-11 „Schutz gegen elektrischen Schlag – Gemeinsame Anforderungen für Anlagen oder Betriebsmittel“
• schutzisolierte Schaltgeräte oder Schaltgerätekombinationen nach DIN EN IEC 61439-1 VDE 0660-600-1:2021-10 „Niederspannungs-Schaltgerätekombinationen – Teil 1: Allgemeine Festlegungen“
• zusätzliche oder verstärkte Isolierung nach DIN EN 61140 (VDE 0140-1):2016-11 „Schutz gegen elektrischen Schlag – Gemeinsame Anforderungen für Anlagen oder Betriebsmittel“

b. Fehlerschutz durch automatische Abschaltung der Stromversorgung

Die automatische Abschaltung der Stromversorgung eines beliebigen Stromkreises infolge eines Isolationsfehlers ist laut Abschnitt 6.3.3 der DIN EN 60204-1 dazu bestimmt, einen gefahrbringenden Zustand durch eine Berührungsspannung zu verhindern.

Die Maßnahme besteht aus der Unterbrechung eines Außenleiters oder mehrerer Außenleiter durch die automatische Abschaltung mit einer Schutzeinrichtung im Fehlerfall. Eine solche Unterbrechung muss innerhalb einer ausreichend kurzen Zeit erfolgen, um die Dauer einer Berührungsspannung auf eine Zeit innerhalb der Grenzen entsprechend des Anhangs A für TN- und TT-Systeme zu begrenzen.

Eine Abschaltzeit, die 5 Sekunden nicht überschreitet, wird für Maschinen, die weder in der Hand gehalten noch bewegt werden können, laut Anhang A als ausreichend angesehen.

Die Unterbrechung durch automatisches Abschalten erfordert eine Koordination zwischen

1. der Art des Stromversorgungssystems, der Impedanz der Stromversorgung und dem Erdungssystem,
2. den Impedanzwerten der verschiedenen Teile des Stromkreises und des zugehörigen Fehlerstrompfads über das Schutzleitersystem und
3. den Charakteristika der Schutzeinrichtungen, welche den (die) Isolationsfehler erkennen.

Schutzpotenzialausgleich

Die Schutzmaßnahme umfasst einen Schutzpotenzialausgleich der Körper und eine der folgenden Bedingungen:

• In TN-Systemen dürfen als Schutzgerät Überstrom-Schutzeinrichtungen oder Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen (RCDs) in Kombination mit Überstrom-Schutzeinrichtungen verwendet werden.
• In TT-Systemen dürfen Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen (RCDs) in Kombination mit Überstrom-Schutzeinrichtungen – um die automatische Abschaltung der Stromversorgung einzuleiten – bei Erkennung eines Isolationsfehlers von einem aktiven Teil zu Körpern oder zur Erde verwendet werden. Überstrom-Schutzeinrichtungen können verwendet werden, wenn ein ausreichend niedriger Wert der Fehlerschleifenimpedanz Zs dauerhaft und zuverlässig sichergestellt ist.
• Für IT-Systeme gelten die relevanten Anforderungen der DIN VDE 0100-410:2018-10 „Errichten von Niederspannungsanlagen – Teil 4-41: Schutzmaßnahmen – Schutz gegen elektrischen Schlag“. Während eines Isolationsfehlers muss ein akustisches und optisches Signal dauerhaft anstehen; das akustische Signal darf erst nach einer Meldung manuell abgeschaltet werden. Gegebenenfalls ist es bei Isolationsüberwachungseinrichtungen und/oder Einrichtungen zur Isolationsfehlersuche notwendig, eine entsprechende Vereinbarung zwischen Lieferant und Betreiber abzuschließen.

Die Normverfasser weisen zu Recht darauf hin, dass bei großen Maschinen eine Einrichtung zur Isolationsfehlersuche (IFLS) gemäß DIN EN 61557-9 (VDE 0413-9):2015-10 „Elektrische Sicherheit in Niederspannungsnetzten bis AC 1000 V und DC 1500 V – Geräte zum Prüfen, Messen oder Überwachen von Schutzmaßnahmen“ die Wartung erheblich erleichtern kann.

Fehlerschutz durch PELV

Die Anwendung von PELV (Schutzkleinspannung) dient laut Unterabschnitt 6.4.1 „Allgemeines“ dem Schutz von Personen gegen elektrischen Schlag beim indirekten Kontakt und direkten Kontakt mit begrenzter Fläche.

PELV-Stromkreise müssen gemäß der DIN EN 60204-1 alle folgenden Bedingungen erfüllen:

• Die Nennspannung darf nicht größer sein als 25 V effektive Wechselspannung oder 60 V oberschwingungsfreie Gleichspannung, wenn die Ausrüstung üblicherweise in trockenen Räumen verwendet wird und wenn nicht
  damit zu rechnen ist, dass der menschliche Körper großflächig mit aktiven Teilen in Berührung kommt. In allen anderen Fällen darf sie nicht mehr als 6 V effektive Wechselspannung oder 15 V oberschwingungsfreie Gleichspannung betragen.
• Eine Seite des Stromkreises oder ein Punkt der Energiequelle dieses Stromkreises muss an das Schutzleitersystem angeschlossen sein.
• Aktive Teile von PELV-Stromkreisen müssen von anderen aktiven Stromkreisen elektrisch getrennt werden. Die Trennung darf nicht geringer sein, als es für einen Sicherheitstrenntransformator zwischen der Primär- und Sekundärwicklung gefordert ist (siehe DIN EN IEC 61558-1 VDE 0570-1:2019-12 „Sicherheit von Transformatoren, Netzgeräten, Drosseln und entsprechenden Kombinationen – Teil 1: Allgemeine Anforderungen und Prüfungen“ und DIN EN 61558-2-6 VDE 0570-2-6:2010-04 „Sicherheit von Transformatoren, Drosseln, Netzgeräten und dergleichen für Versorgungsspannungen bis 1100 V – Teil 2-6: Besondere Anforderungen und Prüfungen an Sicherheitstransformatoren und Netzgeräte, die Sicherheitstransformatoren enthalten“).
• Die Leiter jedes PELV-Stromkreises müssen räumlich von allen anderen Stromkreisen getrennt werden.
• Bei Steckern und Steckdosen für PELV-Stromkreise muss gewährleistet sein, dass die Stecker nicht in Steckdosen anderer Spannungssysteme eingesteckt werden und Steckdosen die Stecker anderer Spannungssysteme nicht aufnehmen können.

Weiterführende Beiträge zum Fehlerschutz

• Sicheres Arbeiten in der Elektrotechnik
• DIN VDE 0100-704:2018-10: Anforderungen für Baustellen
• DIN VDE 0100-460: Trennen und Schalten
• Schutz bei Fehlerströmen
• Schutzmaßnahmen gegen elektrischen Schlag

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