2.1 Schutzmaßnahmen - Grundlagen

2.1.1 Allgemeines

Die Sicherheit von Elektroinstallationen wird maßgeblich durch die Anwendung von Schutzmaßnahmen bestimmt. Elektrische Anlagen und Betriebsmittel sind so zu errichten und zu betreiben, dass von ihnen bei üblichem Gebrauch keine Gefahren für Personen, Nutztiere und Sachen ausgehen. Um dieses zu gewährleisten, sind besondere Maßnahmen zu ergreifen. Die Normenreihe DIN VDE 0100 Gruppe 400 bildet die Grundlage für ein komplexes Sicherheitskonzept in elektrotechnischen Anlagen.

Die Struktur der Normenreihe DIN VDE 0100 „Errichten von Niederspannungsanlagen“ sowie die Eingliederung der Gruppe 400 mit ihren verschiedenen Teile in diese Normenreihe ist aus Tabelle 1 ersichtlich:

Tabelle 1: Struktur der Normenreihe DIN VDE 0100.

Die Gruppe 400 der DIN VDE 0100 besteht derzeit (Stand 08.2011) aus folgenden Teilen bzw. Abschnitten, die auch für die Elektroinstallation in Wohngebäuden von Bedeutung sind:

Teil 410: Schutz gegen elektrischen Schlag
Teil 420: Schutz gegen thermische Einflüsse
Teil 430: Schutz von Kabeln und Leitungen bei Überstrom
Abschnitt 442: Schutz bei Überspannungen - Schutz von Niederspannungsanlagen bei Erdschlüssen in Netzen mit höherer Spannung
Abschnitt 443: Schutz bei Überspannungen - Schutz gegen Überspannungen infolge atmosphärischer Einflüsse oder Schalthandlungen
Abschnitt 444: Schutz bei Überspannungen - Schutz gegen elektromagnetische Störungen (EMI) in Anlagen von Gebäuden
Teil 450: Schutz gegen Unterspannung
Teil 460: Trennen und Schalten
Abschnitt 482: Auswahl von Schutzmaßnahmen - Brandschutz bei besonderen Risiken oder Gefahren

2.1.2 Schutz gegen elektrischen Schlag (Teil 410)

Dem Schutz gegen elektrischen Schlag liegt folgendes Konzept zugrunde: Im fehlerfreien Zustand dürfen Teile der elektrischen Anlage, die eine für den Menschen gefährliche elektrische Spannung führen, nicht berührbar sein. Sollte jedoch ein Fehler auftreten, der zu einem für Menschen lebensgefährlichen elektrischen Schlag führen könnte, so muss eine geeignete Schutzmaßnahme dieses verhindern.

Eine Schutzmaßnahme für den Schutz gegen elektrischen Schlag muss demzufolge bestehen aus:

  • einer geeigneten Kombination von zwei unabhängigen Schutzvorkehrungen, nämlich einer Basisschutzvorkehrung und einer Fehlerschutzvorkehrung, oder
  • einer verstärkten Schutzvorkehrung, die sowohl den Basisschutz als auch den Fehlerschutz bewirkt.

Die Schutzvorkehrung für den Basisschutz verhindert das direkte Berühren unter Spannung stehender (aktiver) Teile der elektrischen Anlage, z. B. durch Isolierung. Man sprach früher diesbezüglich vom „Schutz gegen direktes Berühren“.

Die Schutzvorkehrung für den Fehlerschutz verhindert, dass im Fehlerfall, bei Versagen der Schutzvorkehrung für den Basisschutz, eine gefährliche Berührungsspannung auftritt bzw. an leitfähigen Teilen bestehen bleiben kann, z. B. durch automatische Abschaltung der Stromversorgung. Man sprach früher vom „Schutz bei indirektem Berühren“.

Geeignete Kombinationen von Basis- und Fehlerschutzvorkehrungen führen zu folgenden für den Schutz von Personen allgemein und gleichwertig anwendbaren Schutzmaßnahmen:

  • Automatische Abschaltung der Stromversorgung (Abschnitt 411)
    Diese Schutzmaßnahme gestattet als Basisschutzvorkehrung die Maßnahmen Isolierung (Basisisolierung) sowie die Anwendung von Abdeckungen oder Umhüllungen. Für die Fehlerschutzvorkehrung werden Schutzeinrichtungen angewendet, die das automatische Abschalten der Stromversorgung innerhalb festgelegter Zeiten bewirken. Schutzeinrichtungen und Systeme nach Art der Erdverbindung (TN-System, TT-System oder IT-System) müssen miteinander koordiniert werden.

    Die Anwendung dieser Schutzmaßnahme erfordert außerdem die Erdung über den Schutzleiter und das Herstellen eines Schutzpotentialausgleiches über die Haupterdungsschiene nach DIN VDE 0100-410 (VDE 0100-410):2007-06, Abschnitt 411.3.1.

    Die Fehlerschutzvorkehrung „Funktionskleinspannung FELV“ ist eine besondere Form der Schutzmaßnahme „Automatische Abschaltung der Stromversorgung“, nämlich dann, wenn aus Funktionsgründen eine Nennspannung kleiner gleich 50 Volt Wechselspannung oder 120 Volt Gleichspannung benötigt wird. Die Abschaltung der Stromversorgung erfolgt im Fehlerfall auf der Primärseite der Kleinspannungsstromquelle.

  • Doppelte oder verstärkte Isolierung (Abschnitt 412)
    Für diese Schutzmaßnahme wird für die Basisschutzvorkehrung der Schutz durch Isolierung aktiver Teile angewendet. Die Fehlerschutzvorkehrung wird durch eine zusätzliche Isolierung erreicht. Alternativ kann eine verstärkte Isolierung, die den Basisschutz und den Fehlerschutz gleichermaßen erfüllt, angewendet werden.

  • Schutztrennung (Abschnitt 413)
    Als Basisschutzvorkehrungen gestattet die Schutzmaßnahme die Anwendung von Isolierung (Basisisolierung) sowie die Anwendung von Abdeckungen oder Umhüllungen wie bei der Schutzmaßnahme „Automatische Abschaltung der Stromversorgung“. Die Fehlerschutzvorkehrung beinhaltet die Anwendung einer Stromquelle mit mindestens einfacher elektrischer Trennung sowie die Erdfreiheit des Stromkreises. Für die allgemeine Verwendung ist diese Schutzmaßnahme nur für den Betrieb eines Verbrauchsmittels zugelassen.

  • Kleinspannung mittels SELV oder PELV (Abschnitt 414)
    Diese Schutzmaßnahme ist anwendbar, wenn die Nennspannung von 50 Volt Wechselspannung oder 120 Volt Gleichspannung nicht überschritten wird und der zu schützende Stromkreis aus einer Stromquelle mit sicherer elektrischer Trennung versorgt wird. Außerdem müssen bei SELV- oder PELV-Stromkreisen weitere besondere Anforderungen erfüllt werden.

Zu den Basis- und Fehlerschutzvorkehrungen kann ein zusätzlicher Schutz festgelegt sein, der unter bestimmten Bedingungen von äußeren Einflüssen und in besonderen Räumlichkeiten berücksichtigt werden muss. Entsprechende Festlegungen enthalten z. B. die Errichtungsbestimmungen für Anlagen und Räume besonderer Art nach DIN VDE 0100 Gruppe 700 (VDE 0100 Gruppe 700).

Bei Anwendung der Schutzmaßnahme „Automatische Abschaltung der Stromversorgung“ ist die Anwendung des zusätzlichen Schutzes gefordert:

  • um beim Versagen der Vorkehrung für den Basisschutz (auch wenn dieser umgangen werden kann, z. B. an Steckdosen) und/oder von Vorkehrungen für den Fehlerschutz oder bei Sorglosigkeit des Benutzers der elektrischen Anlage durch Einsatz von Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen mit einem Bemessungsdifferenzstrom von nicht mehr als 30 mA einen Personenschutz zu bieten;
  • um bei nichterfüllter Abschaltzeit durch einen zusätzlichen Schutzpotentialausgleich den Fehlerschutz in elektrischen Anlagen oder Stromkreisen zu erfüllen.

Die Grafik im Bild 1 veranschaulicht das beschriebene Schutzkonzept.

Schutz von Personen DIN VDE

Bild 1: Konzept des Schutzes von Personen nach DIN VDE 0100-410 (VDE 0100 Teil 410).

Was sind SELV-, PELV- und FELV-Systeme?
Es handelt sich hierbei um Akronyme (Kurzworte) für verschiedene Arten von elektrischen Systemen, die mit Kleinspannung betrieben werden. Unter Kleinspannung (ELV von extra low voltage) versteht man eine elektrische Spannung die die in IEC 60449 für den Spannungsbereich I festgelegten Spannungsgrenzwerte nicht überschreitet (siehe auch DIN VDE 0100-410 (VDE 0100-410):2007-06 Abschnitt 414.1).

Das SELV-System
bezeichnet ein elektrisches System, in dem die Spannung die Grenzwerte für Kleinspannung sowohl unter normalen Bedingungen als auch unter Einzelfehlerbedingungen, auch bei Erdschlüssen in anderen Stromkreisen, nicht überschreitet. SELV ist die Abkürzung für Sicherheitskleinspannung in einem nicht geerdeten System (safety extra low voltage).

Das PELV-System
bezeichnet ein elektrisches System, in dem die Spannung die Grenzwerte für Kleinspannung sowohl unter normalen Bedingungen als auch unter Einzelfehlerbedingungen ausgenommen bei Erdschlüssen in anderen Stromkreisen, nicht überschreitet. PELV ist die Abkürzung für Funktionskleinspannung mit elektrisch sicherer Trennung (protective extra low voltage).

Das FELV-System
bezeichnet ein elektrisches System in dem die Spannung aus Funktionsgründen die Grenzwerte für Kleinspannung nicht überschreitet, das jedoch nicht die Anforderungen an ein SELV- oder PELV-System erfüllt. In solchem System müssen sowohl Schutzvorkehrungen für den Basisschutz- als auch für den Fehlerschutz angewendet werden. FELV ist die Abkürzung für Funktionskleinspannung ohne sichere elektrische Trennung (functional extra low voltage).

2.1.3 Schutz gegen thermische Einflüsse (Teil 420)

Personen, Nutztiere und Sachen sind gegen zu hohe Erwärmung, die durch benachbarte elektrische Anlagen verursacht werden können, zu schützen. Elektrische Anlagen müssen so angeordnet sein, dass von ihnen keine Gefahr der Entzündung von brennbaren Materialien infolge hoher Temperatur oder eines Lichtbogens ausgeht.

Konkrete Aussagen zum Brandschutz, zum Schutz gegen Verbrennungen und zum Schutz gegen Überhitzung sind hier getroffen.

2.1.4 Schutz von Kabeln und Leitungen bei Überstrom (Teil 430)

Kabel und Leitungen müssen durch Überstrom-Schutzeinrichtungen gegen zu hohe Erwärmung geschützt werden, die sowohl durch betriebsmäßige Überlast als auch bei vollkommenem Kurzschluss auftreten kann. Dieser Schutz kann erreicht werden durch

  • automatische Abschaltung bei Auftreten eines Überstromes,
  • Begrenzen des maximalen Überstromes auf einen sicheren Wert entsprechend seiner Dauer.

Schutzeinrichtungen können entweder

  • nur bei Überlast oder
  • nur bei Kurzschluss oder
  • bei Überlast und Kurzschluss (koordinierter Schutz)

den Schutz übernehmen (siehe auch HEA Fachwissen Abschnitt 2.3).

Einrichtungen, die nur bei Überlast schützen, sind im Allgemeinen stromabhängig verzögerte Schutzeinrichtungen, deren Ausschaltvermögen kleiner ist als der Strom bei vollkommenem Kurzschluss an ihrer Einbaustelle.

Einrichtungen, die nur bei Kurzschluss schützen, müssen in der Lage sein, jeden Kurzschlussstrom, bis zum größten Strom bei vollkommenem Kurzschluss an ihrer Einbaustelle, zu unterbrechen.

Schutzeinrichtungen gegen Überstrom sind beispielsweise:

  • Leitungsschutzsicherungen nach der Normen-Reihe DIN VDE 0636 (VDE 0636),
  • Leitungsschutzschalter nach der Normen-Reihe DIN VDE 0641 (VDE 0641),
  • Leistungsschalter nach DIN EN 60947-2 (VDE 0660 Teil 101).

2.1.5 Schutz bei Überspannungen (Abschnitte 442, 443, 444)

Es wird unterschieden zwischen:

  • Schutz bei Überspannungen in Niederspannungsanlagen bei Erdschlüssen in Netzen mit hoher Spannung, d.h. Personen und Nutztiere müssen gegen Verletzungen und Sachwerte gegen alle schädigenden Einflüsse geschützt sein, welche in Folge eines Fehlers zwischen aktiven Teilen von Stromkreisen unterschiedlicher Spannungen hervorgerufen werden können.
  • Schutz bei Überspannungen infolge atmosphärischer Einflüsse oder Schalthandlungen, d.h. Personen, Nutztiere und Sachwerte müssen gegen die Auswirkungen von Überspannungen, das heißt bei
    • transienten Überspannungen (die über das Stromverteilungssystem - Versorgungsnetz - in die elektrische Anlage kommen), und
    • Schaltüberspannungen, die von Betriebsmitteln innerhalb der elektrischen Anlage hervorgerufen werden,

    geschützt werden, wenn ein nicht zu akzeptierendes Risiko besteht.

  • Schutz gegen elektromagnetische Störungen (EMI) in Anlagen und Gebäuden, d.h. die Schutzziele der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) sind bei der Planung und Errichtung von elektrischen Anlagen zu berücksichtigen.

2.1.6 Schutz gegen Unterspannung (Teil 450)

Wenn ein Spannungseinbruch oder ein Spannungsausfall mit anschließender Spannungswiederkehr zu Gefahren für Personen oder Sachen führen kann, müssen hiergegen geeignete Abhilfemaßnahmen getroffen werden. Solche Maßnahmen müssen auch getroffen werden, wenn durch Spannungseinbrüche Teile der elektrischen Anlage oder einzelne Betriebsmittel beschädigt werden können.

2.1.7 Trennen und Schalten (Teil 460)

Nach den vorgesehenen Funktionen muss jede Einrichtung, die zum Trennen und Schalten vorgesehen ist, mit den entsprechenden Anforderungen von DIN VDE 0100-537 (VDE 0100 537) übereinstimmen. Entsprechend dem Netzsystem (System nach Art der Erdverbindung) ist zu beachten, ob der PEN-Leiter bzw. Neutralleiter getrennt oder geschaltet werden darf. Der PEN-Leiter eines TN-C-Systems darf nicht getrennt oder geschaltet werden.

Jeder Stromkreis muss von allen aktiven Leitern der Stromversorgung getrennt werden können. Stromkreisgruppen dürfen durch eine gemeinsame Maßnahme getrennt werden, wenn dies die Betriebsbedingungen erlauben. An die Trennstrecke werden besondere Anforderungen gestellt (hierzu DIN VDE 0100-537 (VDE0100-537)).

Maßnahmen zum Ausschalten der Stromversorgung müssen vorgesehen werden, wenn beispielsweise bei mechanische Wartungsarbeiten an Maschinen das Risiko des automatischen Ingangsetzens besteht.

2.1.8 Brandschutz bei besonderen Risiken oder Gefahren (Teil 482)

Die Gewährleistung des Brandschutzes bei besonderen Risiken oder Gefahren bedingt für die Auswahl und Errichtung von elektrischen Anlagen spezielle Forderungen. Diese Forderungen gelten in Räumen oder an Orten

  • mit besonderem Brandrisiko – feuergefährdete Betriebsstätten,
  • die aus vorwiegend brennbaren Baustoffen, wie Holz, Hohlwände usw. hergestellt sind,
  • mit unersetzbaren Gütern von hohem Wert.

Elektrische Betriebsmittel müssen unter Berücksichtigung äußerer Einflüsse so ausgewählt und errichtet werden, dass ihre Erwärmung bei üblichem Betrieb und die vorhersehbare Temperaturerhöhung im Fehlerfall kein Feuer verursachen können. Dies wird durch eine geeignete Bauart der Betriebsmittel oder durch zusätzliche Schutzmaßnahmen bei der Errichtung erreicht.

So müssen Kabel- und Leitungsanlagen (ausgenommen mineralisolierte Leitungen und Stromschienensysteme) in TN- und TT-Systemen gegen die Auswirkungen von Isolationsfehlern mit Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen (RCDs) mit einem Bemessungsdifferenzstrom ≤ 300 mA geschützt werden.