Ph 10

Umwelt und Technik

Fehlerstromschutzschalter
(FI-Schalter)

Die üblichen Schmelz- oder Magnetsicherungen stellen in erster Linie einen Geräteschutz, jedoch nicht einen befriedigenden Personenschutz dar. Eine 10A-Sicherung reagiert erst, wenn die Stromstärke in dem abgesicherten Kreis 10A überschreitet. Für den Menschen sind aber u.U. schon Ströme ab 50mA sehr gefährlich.
Bei einem Unfall der skizzierten Art würde die Sicherung nicht reagieren, jedoch könnte die Person, welche eine schlecht isolierte Stelle des Stromkreises berührt, zu Schaden kommen.

Ein Teil des Stroms im Außenleiter Iauß fließt über die Person ab. Der Neutralleiterstrom Ineutr der zur Steckdose zurückfließt ist somit kleiner als der Strom im Außenleiter. Für den Fehlerstrom Ifehl gilt:

Ifehl = Iauß - Ineutr

Gebraucht wird eine besondere Sicherung, die ab einem gewissen Wert des Fehlerstroms (meist 30mA) in sehr kurzer Zeit (meist 0,2s) den Stromkreis unterbricht: Fehlerstromschutzschalter oder FI-Schalter.

Betrachte zunächst den Stromkreis, bei dem unter den Außenleiter ein kleiner Kompass geschoben wird. Beim Einschalten des Stromes wird die Kompassnadel ausgelenkt. Das Lämpchen symbolisiert einen Verbraucher (z.B. Waschmaschine)

Führt man Außenleiter und Neutralleiter gemeinsam über den Kompass, so wird die Nadel beim Einschalten nicht ausgelenkt. Dies liegt daran, dass sich die Magnetfelder der beiden Leiter kompensieren.

Verzweigt man den Neutralleiter, so ist der Strom im Außenleiter und der Strom in dem Neutralleiter, der über der Kompassnadel liegt nicht mehr gleich groß. Die Nadel schlägt wieder aus.

Die zuletzt skizzierte Anordnung ist geeignet auf einen Fehlerstrom zu reagieren (Nadel schlägt aus, weil Strom im oberen grünen Leiter kleiner ist als im roten Leiter). Allerdings funktioniert diese Methode nicht bei Wechselstrom, da die Nadel zu träge ist.

Eine auch für Wechselströme geeignete Anordnung ist im Folgenden dargestellt:


Außen- und Neutralleiter werden mit einer Windung um den Eisenring gelegt. Auf diesem Eisenring befindet sich eine weiter Spule mit mehreren Wicklungen.

Verhalten der Schaltung beim Auftreten eines Fehlerstroms.

 

Aufgabe:
Beschreiben Sie die Funktionsweise des oben dargestellten Fehlerstromschutzschalters.