Übungen zur Selektivität der Schutzeinrichtungen
Klassische Abstimmungsfehler: MCB Stromkreis > MCB Hauptschutz, FI-Schalter mit falscher Empfindlichkeit, RCBO ohne angeschlossenen Neutralleiter. Du simulierst einen Fehler und verfolgst animiert, welche Schutzeinrichtung auslöst — und warum das falsch ist.
Fehlersimulator — welche Schutzeinrichtung löst aus?
Konfiguriere die Staffelung, wähle den Fehler und sieh animiert, welche Schutzeinrichtung auslöst
Hauptschalter (vorgeschaltet)
Stromkreis (nachgeschaltet)
Konfiguriere die Schutzeinrichtungen und drücke auf „Fehler simulieren”, um zu sehen, welche auslöst.
Rechner für thermomagnetischen Leitungsschutzschalter (MCB)
Betriebsstrom → Standard-In, thermischer Bereich, magnetische Schwelle (Kennlinie B/C/D)
0.85 üblich im Wohnbereich, 1.0 rein ohmsch
C: 5–10×In — Steckdosen, Haushaltsgeräte
Betriebsstrom Ib
15.2 A
Schutzschalter In
16 A · C
Thermischer Bereich
18–23 A
Magnetische Schwelle
80–160 A
Ib = P / (230 × 1) = 15.22 A
Standard-In ≥ Ib: erstes Rating ≥ 15.22 A → 16 A
Kennlinie C: magnetische Schwelle = 5–10 × 16 = 80–160 A
Der thermische Bereich 1.13–1.45×In ist die konventionelle Auslösung bei Überlast (IEC 60898-1); die magnetische Auslösung erfolgt augenblicklich, im obigen Band.
Rechner für Selektivität der FI-Schalter (kaskadierte RCD)
Vergleiche nachgeordneten und vorgeordneten RCD → Verhältnis IΔn, Stufen, Verdikt V29
Nachgeordnet (auf dem Stromkreis)
Typ allgemein (unverzögert)
Vorgeordnet (allgemein)
Verhältnis IΔn
10.0×
Stufen IEC
2
✓ Selektiv
Selektiv: vorgeordnet > nachgeordnet, Verhältnis ≥ 3 und ≥ 2 Stufen auf der IEC-Skala — ein Fehler auf dem Stromkreis löst nur den nachgeordneten RCD aus. (Verzögerter Typ „S” vorgeordnet = empfohlen für die Zeitselektivität.)
Standardskala IΔn: 10 · 30 · 100 · 300 · 500 · 1000 mA. Nachgeordnet üblicherweise 30 mA (Steckdosen, Bäder — Art. 4.1.5.2.1).
Rechner für Kurzschluss & Schaltvermögen
Angenommener Icc (Ik) aus der Schleifenimpedanz Zs gegen Icn des Geräts (V54)
Summe der Impedanzen: Quelle + Leitungen bis zum Fehlerort
MCB im Wohnbereich üblich: 6 kA
Angenommener Icc
575 A
Icc
0.57 kA
✓ Icn ≥ Icc
Ik = c × Un / (√3 × Zs) dreiphasig · Ik = c × U0 / Zs einphasig · c = 1.0
Ik = 230 / (0.4) = 575 A
Icc nimmt mit der Entfernung ab (Zs steigt). Art. 4.3.5.1: Icn ≥ Icc; wenn Icn < Icc, ist es nur mit einem geeigneten vorgeordneten Gerät zulässig (Backup/Staffelung). Hier c = 1.0 (maximaler Icc am Ursprung, für das Schaltvermögen); der Validator der Anwendung (Regel V44) schätzt den MINIMALEN Icc am Leitungsende mit dem Faktor 0.8 (EN 60909): Icc_min = 0.8 × 230 / Zs, mit Zs = 0.35 Ω (Quelle) + Σ(2·ρ·L/S).
Rechner für Schleifenimpedanz (Zs) & minimaler Icc
Zs aus der Leitung → minimaler Icc am Leitungsende (Formel des Validators V44)
Netz + Transformator; im Wohnbereich üblich ≈ 0,35 Ω
einfache Länge des Stromkreises (×2 = Schleife Außenleiter + Neutralleiter)
Schleifenwiderstand der Leitung
0.432 Ω
Gesamtimpedanz Zs
0.782 Ω
Minimaler Icc am Ende
235 A
Zs = Z_Quelle + 2 × ρ × L / S · Icc_min = 0.8 × 230 / Zs
Zs = 0.35 + 2 × 0.027 × 20 / 2.5 = 0.782 Ω → Icc_min = 235 A
ρ = 0,027 (Cu) / 0,043 (Al) Ω·mm²/m bei 70 °C; der Faktor 0.8 = EN 60909 (minimaler Kurzschlussstrom). Der minimale Icc muss die magnetische Schwelle des MCB überschreiten, damit er augenblicklich auslöst — genau die Prüfung der Regel V44.
Berechnungsannahmen und Anwendungsbereich
- Schwellen B/C/D gemäß IEC 60898-1 (B = 3–5×In, C = 5–10×In, D = 10–20×In); konventioneller thermischer Bereich 1.13–1.45×In
- Selektivität der FI-Schalter (V29): vorgeordnet > nachgeordnet, Verhältnis IΔn ≥ 3:1 und mindestens 2 Stufen auf der Skala 10/30/100/300/500/1000 mA; der verzögerte Typ „S” vorgeordnet wird für die Zeitselektivität empfohlen, geht aber NICHT in das Verdikt V29 ein (Art. 4.1.5.2.7, 4.1.5.2.8)
- Kurzschlussstrom Ik = c·Un/(√3·Zs) dreiphasig / c·U0/Zs einphasig, mit Spannungsfaktor c = 1.0 (Schätzung; der genaue Wert wird gemäß NTE 006/06/00, Art. 3.1.4.1 bestimmt)
- Das Schaltvermögen wird mit Icn ≥ Icc geprüft, dem angenommenen Wert (Art. 4.3.5.1, V54); für reale Projekte validieren Sie mit einer vollständigen Kurzschlussberechnung
Die Selektivität der Schutzeinrichtungen — Schritt für Schritt
Von den zwei Auslösern eines Schutzschalters über die Abstimmung MCB/RCD bis zum Schaltvermögen.
A. Zwei Auslöser in einem Schutzschalter
Der thermische Auslöser — Überlast
Ein Bimetall erwärmt sich proportional zum Strom und verbiegt sich, wodurch der Kontakt geöffnet wird. Es wirkt langsam, bei kleinen und andauernden Überlasten. Konventioneller Auslösebereich: 1.13–1.45 × In (IEC 60898-1).
Der magnetische Auslöser — Kurzschluss
Ein Elektromagnet öffnet den Kontakt augenblicklich, wenn der Strom eine Schwelle überschreitet (Kennlinie B/C/D). Er schützt bei Kurzschluss, wo der Strom schlagartig um das Zigfache ansteigt.
| Aspekt | Thermisch (Überlast) | Magnetisch (Kurzschluss) |
|---|---|---|
| Ursache | Überlast — zu hoher, dauerhafter Verbrauch | Kurzschluss — Fehler, plötzlich riesiger Strom |
| Element | Bimetall (erwärmt sich und verbiegt sich) | Elektromagnet (Spule) |
| Geschwindigkeit | Langsam (Sekunden–Minuten) | Augenblicklich (< 10 ms) |
| Schwelle | 1,13–1,45 × In | B 3–5 · C 5–10 · D 10–20 × In |
| Beispiel | Zu viele Geräte am selben Stromkreis | Der Außenleiter berührt den Neutralleiter oder PE |
Art. 4.3.1.2 — I7-2011
„... Einrichtungen, die sowohl bei Überlaststrom als auch bei Kurzschlussstrom schützen (Schutzschalter mit Überstrom-Schutzrelais und mit Schnellauslösern bei Kurzschluss ...).”
B. Die Kennlinien B / C / D (IEC 60898-1)
| Kennlinie | Magnetische Schwelle | Typische Verwendung |
|---|---|---|
| B | 3–5×In | LED-Beleuchtung, lange Stromkreise (kleiner Icc am Ende) |
| C | 5–10×In | Steckdosen, Haushaltsgeräte (Wohnstandard) |
| D | 10–20×In | Motoren, Transformatoren (hohe Anlaufströme) |
Die Zeit-Strom-Kennlinie (schematisch)
Der geneigte Teil = die thermische Auslösung (je größer der Strom, desto kürzer die Zeit); der senkrechte Abfall = die augenblickliche magnetische Auslösung an der Schwelle der Kennlinie. Die „höhere” Kennlinie (D) hat die magnetische Schwelle weiter rechts → sie toleriert Anlaufspitzen.
Die magnetische Schwelle = die Schwelle der augenblicklichen Auslösung, als Vielfaches des Nennstroms In. Eine „höhere” Kennlinie (D) toleriert Anlaufspitzen, ohne auszulösen.
C. Die Dimensionierungsbedingung des Schutzes
Der Überlastschutz
Ib ≤ In ≤ Iz
Betriebsstrom Ib ≤ Nennstrom des Schutzes In ≤ zulässiger Strom der Leitung Iz. Der Schutz muss zwischen Last und Leitung „passen”.
Der konventionelle Auslösestrom
I2 ≤ 1.45 × Iz
I2 (der Strom, der den Schutz innerhalb der konventionellen Zeit sicher auslöst) darf 1.45 × Iz nicht überschreiten, damit die Isolierung der Leitung nicht beschädigt wird.
Art. 4.3.2.1.3 — I7-2011
„Ic ≤ IN ≤ Iadm” — Berechnungsstrom ≤ Nennstrom des Geräts ≤ zulässiger Strom im Leiter.
D. Selektivität zwischen kaskadierten Schutzschaltern
Die magnetischen Bänder dürfen sich nicht überschneiden
Bei einem Kurzschluss auf einem Stromkreis darf nur der nachgeordnete Schutzschalter auslösen, nicht auch der allgemeine. Die Bedingung: die minimale magnetische Schwelle des vorgeordneten Schutzes > die maximale magnetische Schwelle des nachgeordneten.
Unterschied von mindestens zwei Stufen
In der Praxis müssen zwischen den Nennströmen aufeinanderfolgender Schutzeinrichtungen mindestens zwei Standardstufen liegen (z. B. 16 A nachgeordnet → 40 A vorgeordnet). Wenn der Icc am Stromkreis die vorgeordnete Augenblickschwelle überschreitet, lösen beide aus — Verlust der Selektivität.
Art. 4.3.7.1 — I7-2011
„In den Fällen, in denen mehrere Schutzeinrichtungen in einer Verteilung in Reihe geschaltet sind, werden ihre Kennwerte so gewählt, dass die Selektivität des Schutzes gewährleistet ist. Im Fehlerfall muss der dem Fehler am nächsten gelegene Schutz auslösen und nur den betreffenden Abschnitt abschalten, ohne die gesamte Anlage außer Betrieb zu setzen ...”
E. Selektivität zwischen FI-Schaltern (RCD)
Typ allgemein vs. Typ „S”
Ein RCD vom Typ allgemein löst ohne Verzögerung aus (40–300 ms); der vom Typ „S” ist verzögert (150–500 ms). Für die Selektivität wird vorgeordnet der Typ „S” (verzögert) eingesetzt, nachgeordnet der Typ allgemein (unverzögert).
Verhältnis von mindestens 3:1
IΔn_vorgeordnet / IΔn_nachgeordnet ≥ 3
Der vorgeordnete Nennfehlerstrom muss ≥ 3 × der nachgeordnete sein (z. B. 300 mA vorgeordnet, 30 mA nachgeordnet → Verhältnis 10). So löst ein kleiner Fehler nur den nachgeordneten RCD aus.
Art. 4.1.5.2.8 — I7-2011
„... die Selektivität zwischen einer Einrichtung vom Typ „S” und einer anderen vom Typ allgemein in Reihe kann als gegeben angesehen werden, wenn das Verhältnis zwischen den jeweiligen Nennfehlerströmen mindestens 3 beträgt.”
F. Kurzschlussstrom & Schaltvermögen
Der angenommene Kurzschlussstrom (Icc)
Ik = c × Un / (√3 × Zs) · Ik_mono = c × U0 / Zs
Zs = Impedanz der Fehlerschleife (Quelle + Leitungen). Je weiter der Fehlerort entfernt ist, desto größer ist Zs und desto kleiner Icc. Am Ende der Leitung muss der minimale Icc dennoch die magnetische Schwelle des MCB überschreiten, sonst erfolgt die Auslösung nicht mehr augenblicklich.
Das Schaltvermögen: Icn ≥ Icc
Die Schutzeinrichtung muss den maximalen Kurzschlussstrom an ihrem Ort unterbrechen können (Icn ≥ Icc). Im Wohnbereich beträgt Icc am Hauptverteiler üblicherweise 3–6 kA → MCB mit Icn ≥ 6 kA.
Art. 4.3.5.1 — I7-2011
„Das Schaltvermögen muss mindestens gleich dem des angenommenen Kurzschlussstroms am Einbauort sein ... ein kleineres Schaltvermögen ist zulässig, wenn eine andere Schutzeinrichtung mit dem erforderlichen Schaltvermögen vorgeordnet installiert ist ...”
Übungen — wähle die richtige Variante
Du gehst jeden Schritt durch und wählst die richtige Antwort. Falsch? Versuch es noch einmal.
Thermomagnetisch — Steckdosenstromkreis
Ein Steckdosenstromkreis ist mit einem Schutzschalter von 16 A, Kennlinie C, geschützt.
Schritt 1: Was macht der thermische Auslöser des Schutzschalters?
Selektivität — zwei kaskadierte Schutzschalter
Allgemein: 40 A Kennlinie C (magnetische Schwelle 200–400 A). Stromkreis: 16 A Kennlinie C (magnetische Schwelle 80–160 A).
Schritt 1: Überschneiden sich die magnetischen Bänder der beiden Schutzschalter?
Selektivität — kaskadierte FI-Schalter
Nachgeordnet: RCD 30 mA Typ allgemein. Vorgeordnet: RCD 300 mA Typ „S” (verzögert).
Schritt 1: Wie groß ist das Verhältnis IΔn vorgeordnet / nachgeordnet?
Was du auf den Hauptschutz legst — 3 Stromkreise
Verteiler mit 3 Stromkreisen, jeder mit FI-Schalter 30 mA: Steckdosen 16 A/C, Beleuchtung 10 A/B, Bad 16 A/C. Du wählst den Hauptschutz (vorgeordnet).
Schritt 1: Welchen allgemeinen FI-Schalter setzt du ein, damit er selektiv zu den 30 mA nachgeordnet ist?
Übungen — berechne jeden Schritt
Jetzt gibst du den Wert jedes Schritts selbst ein. Bei Fehlern bekommst du Hinweise.
Schutzschalter — wähle In und die magnetische Schwelle
Verbraucher 4400 W (einphasig, cos φ = 1), geschützt mit MCB Kennlinie C.
Schritt 1: Betriebsstrom Ib = P / (230 × cos φ) = ?
Selektivität der FI-Schalter — das Verhältnis
Nachgeordneter RCD von 30 mA und vorgeordneter RCD von 300 mA.
Schritt 1: Verhältnis IΔn vorgeordnet / nachgeordnet = ?
Kurzschluss — Icc nimmt mit der Entfernung ab
Einphasiger Stromkreis (U0 = 230 V). Am Verteiler Zs = 0,1 Ω; am Ende der Leitung Zs = 0,46 Ω.
Schritt 1: Icc am Verteiler: Ik = U0 / Zs = ?
Minimaler In des allgemeinen MCB
Stromkreis nachgeordnet 16 A Kennlinie C; der Hauptschutz ebenfalls Kennlinie C. Maximale magnetische Schwelle nachgeordnet = 10 × 16 = 160 A.
Schritt 1: Minimaler In des Hauptschutzes (5 × In > 160), gewählt aus der Standardreihe = ?
Übungen — direkte Antwort
Du löst allein und gibst das Endergebnis an. Die Lösung Schritt für Schritt steht bei Bedarf bereit.
Magnetische Schwelle — Kennlinie B
Schutzschalter In = 25 A, Kennlinie B (3–5×In). Wie groß ist die MINIMALE magnetische Schwelle (A)?
Stufen auf der IEC-Skala
Nachgeordneter RCD 30 mA, vorgeordneter RCD 300 mA. Wie viele Stufen liegen zwischen ihnen auf der Standardskala IΔn?
Kurzschluss & Schaltvermögen
Einphasiger Stromkreis, U0 = 230 V, Zs = 0,115 Ω. Wie groß ist der angenommene Icc (A)?
Diskussion
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