FI-Schutzschalter (RCD)

Ein normaler Leitungsschutzschalter (Sicherungsautomat) schützt die Leitung vor Überlast und Kurzschluss. Was er nicht erkennt, ist ein Strom, der über einen Menschen oder einen feuchten Boden zur Erde abfließt. Genau dort setzt der FI-Schutzschalter an.

FI steht für FehlerI-Schutzschalter, international RCD (Residual Current Device). Beide Bezeichnungen meinen dasselbe Gerät. In Normen und auf Schaltplänen wird inzwischen meist RCD verwendet, im Alltag „FI“.

Der FI vergleicht ununterbrochen den Strom, der über die aktiven Leiter (Außenleiter und Neutralleiter) in einen Stromkreis hineinfließt, mit dem, der wieder herauskommt. Im Normalfall ist die Summe null. Sobald ein Teil davon einen anderen Weg nimmt — über einen Schutzleiter, eine fehlerhafte Isolation oder einen Menschen — entsteht ein Differenzstrom. Überschreitet dieser Differenzstrom einen festgelegten Auslösewert, schaltet der FI alle aktiven Leiter abschaltet.

Im österreichischen Schutzkonzept übernimmt der FI zwei Rollen gleichzeitig:

• als Fehlerschutz bei indirektem Berühren — er schaltet einen Fehler ab, bevor an einem Gehäuse eine gefährliche Spannung anstehen kann
• als Zusatzschutz bei direktem Berühren — er begrenzt die Folgen, wenn ein Mensch trotz aller anderen Maßnahmen einen aktiven Teil berührt

Warum gerade 30 mA als typischer Auslösewert? Bereits etwa 30 mA Wechselstrom durch den Körper können Herzkammerflimmern auslösen, wenn der Strom lange genug fließt. Der FI muss also bei diesem Wert in deutlich weniger als einer Sekunde abschalten, damit der Mensch nicht in die kritische Phase gerät.

Das Herzstück eines FI-Schutzschalters ist der Summenstromwandler — ein ringförmiger Eisenkern, durch den alle aktiven Leiter (Außenleiter und Neutralleiter) eines Stromkreises hindurchgeführt werden. Im Normalfall ist die Summe der momentanen Ströme in diesen Leitern zu jedem Zeitpunkt null:

Solange jeder Strom auf demselben Leitungspaar wieder zurückkommt, heben sich die magnetischen Wirkungen im Kern gegenseitig auf. Es entsteht kein resultierender Magnetfluss, in der Sekundärwicklung wird nichts induziert — der Schalter bleibt geschlossen.

Fließt aber ein Teil des Stroms über einen anderen weg zurück — etwa durch einen Menschen, eine feuchte Wand oder den Schutzleiter — fehlt dieser Anteil im Wandler. Die Stromsumme im Kern ist nicht mehr null, es bildet sich ein wechselnder Magnetfluss. Dieser induziert in der Sekundärwicklung eine Spannung, die eine Auslösespule ansteuert. Die Auslösespule entriegelt das mechanische Schaltschloss, und der Schalter trennt alle aktiven Leiter vom Netz.

Der Prüfkreis (rechts im Bild) ist eine eingebaute Kontrolle: Wird die Prüftaste gedrückt, leitet ein definierter Widerstand einen kleinen Strom an einem der Leiter vorbei — also künstlich am Wandler vorbei. Damit wird ein Differenzstrom simuliert, und der FI muss auslösen. Funktioniert das nicht, ist die Mechanik defekt.

Der Wert, bei dem ein FI zuverlässig abschaltet, heißt Bemessungsdifferenzstrom IΔN (englisch: rated residual operating current). Auf dem Gerät steht er meist groß auf der Front, z. B. „30 mA“. Die Auslösekennlinie sagt: der FI muss spätestens bei IΔN sicher auslösen, darf aber bereits bei der Hälfte (IΔN/2) auslösen. Wann er genau zwischen diesen beiden Werten anspricht, hängt von Fertigung und Alterung ab.

In der Praxis treffen wir auf folgende Werte:

Für den Schutz von Menschen gilt: nur Werte bis einschließlich 30 mA sind nach österreichischer Norm als Zusatzschutz bei direktem Berühren anerkannt. Größere Werte schützen die Anlage und das Gebäude vor Folgeschäden, retten aber niemandem das Leben, der einen aktiven Leiter berührt.

Hinter dieser Aufteilung steht die Kurve der Wirkungen elektrischen Stroms auf den Menschen: bei rund 30 mA Wechselstrom durch den Brustkorb beginnt die Gefahr von Herzkammerflimmern, sobald der Strom länger als ein paar Hundert Millisekunden fließt. Ein 30-mA-FI schaltet in einem Bruchteil dieser Zeit ab — bei IΔN typisch unter 40 ms, beim Doppelten dieses Stroms noch schneller.

Nicht jeder Fehlerstrom ist ein sauberer Sinus. Moderne Geräte enthalten Gleichrichter, Schaltnetzteile und Frequenzumrichter. Im Fehlerfall können dort pulsierende oder sogar glatte Gleichströme auftreten. Ein FI, der nur reinen Wechselfehlerstrom erkennt, ist hier blind — der Wandler kommt mit den Gleichanteilen nicht zurecht.

Die Norm ÖNORM EN 61008 (für FI-Schutzschalter ohne integrierten Überstromschutz) und ÖNORM EN 61009 (für Kombigeräte FI/LS) ordnen die Geräte deshalb in Typen ein. Auf dem Gerät steht der Typ als Symbol an der Frontseite.

Wichtig: Die Typen sind aufsteigend kompatibel. Ein Typ B erfasst alles, was ein Typ A erfasst, und mehr. Aber ein Typ AC erfasst nur einen Teil dessen, was ein Typ A müsste. Deshalb dürfen in Neuanlagen nur noch Typ A und höher eingesetzt werden.

Die richtige Typenwahl ist in der Praxis entscheidend. Hängt z. B. eine Wallbox an einem Typ-A-FI, kann sie im Fehlerfall einen Gleichfehlerstrom erzeugen, der den Wandler in die Sättigung treibt und den FI funktionsuntüchtig macht — auch für Wechselfehler. Deshalb verlangen die meisten Wallboxen entweder einen eingebauten DC-Fehlerstromsensor (6 mA DC) oder einen vorgeschalteten Typ B.

Im Fehlerfall fließt ein Teil des Stroms über die Erde zurück, statt über den Neutralleiter. Bevor der FI auslöst, baut dieser Strom an einem Widerstand eine Spannung auf — genau dort, wo der Mensch dazwischen sein könnte. Das ist die Berührungsspannung U_B:

Die zulässige Dauerberührungsspannung ist nach ÖVE/ÖNORM E 8101:

• 50 V Wechselspannung in normalen, trockenen Bereichen
• 25 V Wechselspannung in feuchten Räumen, Badezimmern, landwirtschaftlichen Betrieben

Bleibt U_B unter diesem Grenzwert, ist die Anlage auch im Fehlermoment vor dem Abschalten ungefährlich. Wird der Grenzwert überschritten, muss der FI so schnell auslösen, dass kein Schaden entsteht.

Für die Abschaltzeit im Endstromkreis (Steckdosen, fest angeschlossene Geräte) gilt nach ÖVE/ÖNORM E 8101 im TN-System bei 230 V Nennspannung 0,4 s. In Verteilungsstromkreisen (vor den Endstromkreisen) sind es 5 s. Ein 30-mA-FI unterschreitet diese Grenzen in der Praxis um ein Vielfaches — typische Auslösezeiten bei IΔN liegen unter 40 ms, bei 5·IΔN unter 15 ms. Die kurzen Zeiten sind der Grund, warum der FI auch als Zusatzschutz bei direktem Berühren zugelassen ist. (Die in älteren Bestandsanlagen relevante Vorgängernorm ÖVE/ÖNORM E 8001 enthält vergleichbare Anforderungen.)

Sind mehrere FIs hintereinandergeschaltet, ist nicht garantiert, dass nur der dem Fehlerort am nächsten liegende abschaltet. Im ungünstigen Fall fallen alle gleichzeitig — und die ganze Wohnung oder Halle ist dunkel, statt nur eines Stromkreises. Das ist das Problem der Selektivität.

Damit der vorgeschaltete FI bei einem Fehler weiter unten nicht mitauslöst, gibt es zwei Stellschrauben:

• Höherer IΔN im vorgeschalteten Gerät — z. B. 300 mA oben, 30 mA unten. Der untere reagiert auf kleine Differenzströme schneller, der obere ignoriert sie.
• Selektiver Typ S im vorgeschalteten Gerät — ein FI mit „S“ hat eine eingebaute Verzögerung von rund 30 bis 70 ms. Er gibt dem nachgeschalteten Gerät Zeit, zuerst auszulösen.

In einer typischen Wohnungsverteilung sieht das so aus: am Hausanschluss ein selektiver 300-mA-Typ S für Brandschutz und Selektivität, darunter pro Stromkreisgruppe ein 30-mA-FI für Personenschutz. Bei einem Fehler in der Küche fliegt nur der Küchen-FI raus, der vorgeschaltete S-Typ bleibt geschlossen — Kühlschrank, Boiler und Licht im Rest der Wohnung laufen weiter.

Wichtig: Selektivität wirkt nur in eine Richtung — von der Quelle zum Verbraucher. Zwei FIs gleicher Kategorie nebeneinander (z. B. zwei 30-mA-Typen) sind nicht zueinander selektiv. Ein nicht-selektiver 300-mA-FI würde bei 30 mA echten Fehlerstrom zwar nicht zwingend auslösen, könnte aber bei höheren Werten parallel mit dem 30-mA-FI auslösen — die Reservezeit fehlt.

Ein FI-Schutzschalter sitzt in der Unterverteilung auf der DIN-Hutschiene. Die Klemmen sind beim Einbau eindeutig zuzuordnen: oben üblicherweise die Zuleitung vom Hauptschalter, unten die Abgänge zu den Stromkreisen. Manche Hersteller drehen das um — entscheidend ist immer der Aufdruck auf dem Gerät, nicht die Gewohnheit.

Das Schaltsymbol nach IEC 60617 zeigt einen FI als mehrpoligen Schalter mit angedeutetem Summenstromwandler (Kreis mit zwei Querlinien) und Prüftaste:

Beim Anschluss gilt: der Neutralleiter muss durch den FI geführt werden und auf der Abgangsseite zu jedem zugehörigen Stromkreis ausschließlich aus diesem FI kommen. Wird der Neutralleiter nach dem FI an einer anderen Stelle mit dem N aus einem fremden Stromkreis verbunden — etwa weil bei einem Umbau alte Neutralleiter in einer Klemme zusammengezwirbelt wurden — fließt ein Teil des Stroms an einem Wandler vorbei. Das löst den FI scheinbar grundlos aus und ist eine der häufigsten Ursachen für „spukende“ FIs.

Die Prüftaste sollte regelmäßig betätigt werden — Herstellerangaben und allgemein anerkannte Empfehlung in Österreich: mindestens halbjährlich, in kritischen Anwendungen monatlich. Sie prüft ausschließlich, ob die Mechanik des Schalters noch funktioniert. Ob die Auslösewerte und die Auslösezeit noch innerhalb der Toleranzen liegen, lässt sich nur mit einem RCD-Prüfgerät feststellen — wie das normgerecht gemessen wird, behandelt der Beitrag Schleifenwiderstand und RCD-Prüfung.

In Österreich regelt die ÖVE/ÖNORM E 8101 (Errichtung von elektrischen Anlagen bis 1000 V Wechselspannung) den verpflichtenden Einsatz von FI-Schutzschaltern. Die wichtigsten Anwendungsfälle, bei denen ein RCD mit IΔN ≤ 30 mA zwingend vorgeschrieben ist:

• Steckdosenstromkreise bis 32 A Bemessungsstrom im Wohnbereich
• Steckdosen im Außenbereich
• Stromkreise in Feucht- und Nassbereichen (Badezimmer, Küchen mit Wasseranschluss, landwirtschaftliche Betriebe, Baustellen)
• Stromkreise für Wallboxen, Solaranlagen und vergleichbare Sonderanwendungen — hier oft mit zusätzlicher Anforderung an den Typ (A mit DC-Erkennung oder B)

Die rechtlichen Grundlagen — Elektrotechnikgesetz, Elektrotechnikverordnung, Anwendungsbereich der ÖVE/ÖNORM E 8101 — werden im Beitrag Normen und Vorschriften in Österreich – ETG, ESV, ÖVE/ÖNORM E 8101 ausführlich behandelt.