Grundlagen Schulung
Fehlerstromschutzschalter
Überblick
Inhalt
Gefahren des elektrischen Stroms
 Gefahrensituationen
 Elektrounfälle
 Schutzmassnahmen
 Personenschu...
Überblick
Inhalt
Gefahren des elektrischen Stroms


Warum Fehlerstromschutz?

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Gefahrensituationen

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Gefahren
Warum Fehlerstromschutz?


Heute die Nase, morgen die
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Gefahren
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Gefahrensituationen für den Mensch

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Elektrounfälle
Statistik Elektro-Berufsunfälle

* bezogen auf die 1075 Elektro-Berufsunfälle von 1993 bis 2002 (CH)

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Schutzmassnahmen
Schutzprinzip
Beim Auftreten eines einzigen Fehlers darf keine Gefahr entstehen.
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Brandschutz
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Bestandteile FI
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 gewickelt aus kristallinem Bandmaterial
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Bestandteile FI
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Bestandteile FI
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Bestandteile FI
Kontakte: Allpolige Abschaltung

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Potentialanhebung
Fehlerstrom
Abschaltung allpolig, auch N...
FI Bauarten
Historie der FI-Schutzschaltung
1928
1951

Aufnahme FI in VDE-Errichtungsbestimmungen

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FI Bauarten
Pulsierende Gleichfehlerströme

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FI Bauarten
Gleichfehlerströme

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FI Bauarten
Einsatzbereich Stromformen

Wechselfehlerstrom
Pulsierender Gleichfehlerstrom

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FI Bauarten
Einsatzbereich Temperatur
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FI Bauarten
Fehlerstromschutz vorgeschrieben
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FI Bauarten
Personenschutz durch FI
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zulässig als transportabler FI-Schutzschalter

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FI Bauarten
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FI Bauarten
Personenschutz durch FI
Herstellerbezeichnungen
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FI Bauarten
FI-Sortiment von ABB CMC
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(Auszug)

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T Tragschiene

S Stecksystem

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FI Bauarten
Grenzen der FI-Schutzschaltung
Kein FI-Schutz, wenn Betriebsstromkreis
geschlossen ist.
Keine Unterscheidung, ...
Unerwünschte Auslösungen
Inhalt „Unerwünschte Auslösungen“
Gefahren des elektrischen Stroms
Aufbau und Funktion FI
Unerwün...
Unerwünschte Auslösungen
Auslösungen durch äussere Einflüsse


Kurzschlüsse
Auslösung infolge von Unsymmetrie im
Summenst...
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  1. 1. Grundlagen Schulung Fehlerstromschutzschalter
  2. 2. Überblick Inhalt Gefahren des elektrischen Stroms  Gefahrensituationen  Elektrounfälle  Schutzmassnahmen  Personenschutz  Brandschutz Aufbau und Funktion FI  Funktionsprinzip  Bestandteile FI-Schutzschalter  Bauarten FI Unerwünschte Auslösungen  durch Installationsfehler  durch kapazitive Ableitströme  durch äussere Einflüsse © ABB Group Month DD, Year | Slide 2
  3. 3. Überblick Inhalt Gefahren des elektrischen Stroms  Warum Fehlerstromschutz?  Gefahrensituationen  Elektrounfälle Statistik  Schutzmassnahmen  Personenschutz  Brandschutz Aufbau und Funktion FI Unerwünschte Auslösungen Month DD, Year | Slide 3
  4. 4. Gefahren Warum Fehlerstromschutz?  Heute die Nase, morgen die Steckdose?  „Strom“ ist mit menschlichen Sinnen nicht erfassbar: Gefahr !!!  FI-Schutzschalter:  Schutz des Menschen bei direkter und indirekter Berührung  Brandschutz  Hilft, als Zusatzschutz die Anzahl der tödlichen Elektrounfälle zu vermindern © ABB Group Month DD, Year | Slide 4
  5. 5. Gefahren Gefahrensituationen  Indirekte Berührung  Direkte Berührung  Brandgefahr © ABB Group Month DD, Year | Slide 5
  6. 6. Gefahren Gefahrensituationen für den Mensch      Month DD, Year | Slide 6 Defekt nahe beim Neutralleiter: kaum Fehlerstrom Fehlerstrom fliesst überwiegend über Erdung des defekten Gehäuses ab: IF2 << IF1 wie  , Leitungsschutzschalter schaltet ab Schutzleiter unterbrochen: Strom fliesst komplett über den Mensch Direkte Berührung, Strom fliesst komplett über den Mensch, volle Netzspannung
  7. 7. Elektrounfälle Statistik tödliche Elektrounfälle CH 5-Jahres-Durchschnitte 6 5.2 5.2 4.8 1993 - 2002 4 5.0 4.8 4.6 3.8 3.6 3.4 3.4 3.2 2.8 BU Berufsunfälle NBU Nichtberufsunfälle 2 1.8 2.0 1.6 1.6 1.2 1.2 0 1993-1997 1994-1998 1995-1999 BU 1996-2000 NBU BU+NBU Einwirkung: 94% Durchströmung 6% Flammbogen Month DD, Year | Slide 7 1997-2001 1998-2002
  8. 8. Elektrounfälle Statistik Elektro-Berufsunfälle * bezogen auf die 1075 Elektro-Berufsunfälle von 1993 bis 2002 (CH) Einwirkung: Month DD, Year | Slide 8 69% Durchströmung 31% Flammbogen
  9. 9. Schutzmassnahmen Schutzprinzip Beim Auftreten eines einzigen Fehlers darf keine Gefahr entstehen.   Fehlerschutz bei 1. Fehler Zusatzschutz bei 2. Fehler © ABB Group Month DD, Year | Slide 9 Falls der Basisschutz versagt, sorgt der Fehlerschutz dafür, dass auch weiterhin keine Gesundheitsgefährdung durch elektrischen Schlag auftritt.  Basisschutz Ein Basisschutz schützt gegen direktes Berühren. Falls auch der Fehlerschutz versagt oder spannungsführende Teile direkt berührt werden, können FehlerstromSchutzeinrichtungen für Zusatzschutz sorgen.
  10. 10. Schutzmassnahmen Ursachen für elektrischen Schlag Direkte Berührung Berührung von Teilen, die betriebsmässig unter Spannung stehen. Indirekte Berührung Berühren von leitfähigen Teilen (Körper eines Geräts), die nur infolge eines Fehlers unter Spannung stehen. © ABB Group Month DD, Year | Slide 10
  11. 11. Schutzmassnahmen Schutz gegen direktes Berühren indirektes Berühren  Isolierung aktiver Teile  Hauptpotentialausgleich  Abdeckungen, Umhüllun gen  Schutzisolierung  Schutztrennung  Hindernisse, Abstand  Abschaltung, Fehlermeld ung  Schutzkleinspannung  Funktionskleinspannung  Schutzkleinspannung  Funktionskleinspannung   © ABB Group Month DD, Year | Slide 11 Abschaltung zusätzlicher Potentialausgleich
  12. 12. Schutzmassnahmen Basisschutz: Schutzgrade IP XY Berührungs- und Fremdkörperschutz 0 1 2 3 4 5 Eindringen von Wasser 0 kein Schutz 1 Tropfwasser senkrecht 2 Tropfwasser bis 15° Neigung 3 Sprühwasser 4 Spritzwasser kein Schutz Handrücken, Ø > 50mm Finger, Ø > 12.5mm Werkzeug, Ø > 2.5mm Draht, Ø > 1mm 4K mit erhöhtem Druck 5 Strahlwasser staubgeschützt 6 6 staubdicht DIN EN 60529 © ABB Group Month DD, Year | Slide 12 IP 2X IP XX B Schutz gegen direktes Berühren erhöhter Berührungsschutz Strahlwasser stark 6K mit erhöhtem Druck 7 Untertauchen zeitweilig 8 Untertauchen dauernd 9K Hochdruck- / Dampfstrahl-Reinigung
  13. 13. Schutzmassnahmen Fehlerschutz: Schutzklassen Klasse Ausführung I Leitende Umhüllung der Körper mit Schutzleiteranschluss II III © ABB Group Month DD, Year | Slide 13 Isolierende Umhüllung Schutzkleinspannung
  14. 14. Personenschutz Wirkung von Strömen auf den Mensch Physiologisch  Muskulatur in Funktion beeinträchtigt  Verkrampfen, Nicht-Loslassen  Bewusstlosigkeit  Atemstillstand  Herzstillstand  Herzkammerflimmern Physikalisch  Strommarken an den Eintrittsstellen  Innere Verbrennungen  Gerinnung von Eiweiss (Hämoglobin) Chemisch  Zersetzung der Zellflüssigkeit (bei Gleichstrom) Month DD, Year | Slide 14
  15. 15. Personenschutz Wirkung von Strömen auf den Mensch abhängig von   Stromart  Frequenz / Signalform  | Slide 15 Widerstand der durchflossenen Körperteile (abhängig von Spannung)  Month DD, Year Stromstärke Einwirkungsdauer
  16. 16. Personenschutz Auswirkung von Körperströmen Ameisenhaufen Berührung Hand-Fuss-Lederschuh Loslassgrenze Muskelkrampf Berührung Hand-Hand Herzkammerflimmern / Tod Glühbirne 100W Normaler Leitungsschutz in einer Hausinstallation © ABB Group Berührung grossflächig, nass
  17. 17. Personenschutz Körperstrom AC / Einwirkungszeit  Nicht wahrnehmbar - keine Reaktion  Wahrnehmbar - keine Gefahr  Temporär Beschwerden - Muskelkrämpfe - Atem / Herz reversibel, nur solange Strom einwirkt  Lebensgefahr - Herzkammerflimmern - Herzstillstand - Atemstillstand - Verbrennungen (>3A) Month DD, Year | Slide 17
  18. 18. Personenschutz Körperstrom AC/DC / EInwirkungszeit  Nicht wahrnehmbar - keine Reaktion  Wahrnehmbar - keine Gefahr  Temporär Beschwerden - Muskelkrämpfe - Atem / Herz reversibel, nur solange Strom einwirkt  Lebensgefahr - Herzkammerflimmern - Herzstillstand - Atemstillstand - Verbrennungen (>3A) © ABB Group Month DD, Year | Slide 18
  19. 19. Personenschutz Köperwiderstand Verteilung Angaben in % bezogen auf Hand - Fuss Month DD, Year | Slide 19
  20. 20. Personenschutz Körperwiderstand Faustregel Berührung RK 400 500 Ω grossflächig, nass IK 460 575 mA Hand Hand RK 1000 3000 Ω IK 77 230 mA Hand - nackte Füsse RK IK 1200 155 1500 Ω 190 mA Hand - Füsse - 5000 15000 Ω 15 L 1 L 2 L 3 N 46 mA bei 230V RK trockene Lederschuhe IK P E R R B B R R R E Month DD, Year | Slide 20 R B B K
  21. 21. Brandschutz Brandschutz Kriechströme über brennbare Materialien stellen Brandgefahr dar  Ursache für „unvollkommene“ Kurz- oder Erdschlüsse:   Schmorstellen an Klemmen  Windungsschlüsse (Überlastung, Alterung)  eindringende Feuchtigkeit, Kondenswasser   Isolation defekt leitfähige Stäube oder Ablagerungen Entzündung möglich:   über ausreichend lange Zeit,  | Slide 21 freigesetzt in kleinem Volumen (mm3)  © ABB Group Month DD, Year Ab Wärmeleistung 60 .. 100 W, brennbare Stoffe und O2 in der Nähe.
  22. 22. Brandschutz Brandschutz durch FI Dauerstrom I Leistung P bei U=230 V Für einen Brand mind. erforderlich: 0.26 A 0.43 A 60 W 100 W Schutzorgane: LS-Schalter B/C 16 A Schmelzeinsatz 10 A FI mit IΔN = 500 mA FI mit IΔN = 300 mA FI mit IΔN = 30 mA P=U·I © ABB Group Month DD, Year | Slide 22 18 A 15 A 0.5 A 0.3 A 0.03 A 4’140 W 3’450 W 115 W 69 W 6.9 W
  23. 23. Funktion FI Inhalt „Aufbau und Funktion FI“ Gefahren des elektrischen Stroms Aufbau und Funktion FI  Funktionsprinzip  Bestandteile FI-Schutzschalter Summenstromwandler Magnetauslöser Schaltschloss Kontakte  Bauarten FI, Einsatzbereiche Stromformen Temperatur Frequenz Auslösezeiten elektromechanisch  elektronisch Grenzen der FI-Schutzschaltung Unerwünschte Auslösungen Month DD, Year | Slide 23
  24. 24. Funktion FI Prinzip Differenzstrom Durchfluss an Ein- und Ausgang ist gleich gross Durchfluss an Ein- und Ausgang ist nicht mehr gleich gross Month DD, Year | Slide 24 Funktionierender Apparat: Zu- und abfliessender Strom sind gleich gross Apparat mit Isolationsdefekt: Zu- und abfliessender Strom sind nicht mehr gleich gross
  25. 25. Funktion FI Funktion der FI-Schutzschaltung      Month DD, Year | Slide 25 Wandler W Sekundärwicklung A Magnetauslöser MA Schaltschloss S Kontakte
  26. 26. Funktion FI Prüftaste Month DD, Year | Slide 26
  27. 27. Bestandteile Schnitt FI-Schutzschalter 2-polig Kontakte Schaltschloss (verdeckt) Magnetauslöser Wandler inkl. Wicklungen © ABB Group Month DD, Year | Slide 27
  28. 28. Bestandteile FI Innenansicht FI-Schutzschalter 4-polig Prüfkreis Anschlussklemmen Primärwindungen Wandler Sekundärwindungen Signalaufbereitung Magnetauslöser Schaltschloss Kontaktträger (Kontakte verdeckt) Month DD, Year | Slide 28
  29. 29. Bestandteile FI Summenstromwandler  Ringkern  gewickelt aus kristallinem Bandmaterial  hochwertige, weichmagnetische Ni-Fe-Legierung  Umhüllung: lackiert oder in Gehäuse  Primärwicklung  1 .. 3 Windungen  Anzahl beschränkt aus Dimensions- und thermischen Gründen Kern  Sekundärwicklung Month DD, Year | Slide 29 Primärwicklung Sekundärwicklung  10 .. 1400 Windungen  Spezielle Ringkernwickelmaschinen
  30. 30. Bestandteile FI MA7 – Bauteile Feder Anker-Lager Stössel Anker Spule Joch links Permanentmagnet © ABB Group Month DD, Year | Slide 30 Joch rechts
  31. 31. Bestandteile FI Schaltschloss / Kontakte MA-Stössel entriegelt Verklinkung Kontakte öffnen Während Abschaltung wird MA zurückgesetzt Month DD, Year | Slide 31
  32. 32. Bestandteile FI Kontakte: Allpolige Abschaltung N unterbrochen Potentialanhebung Fehlerstrom Abschaltung allpolig, auch N Month DD, Year | Slide 32
  33. 33. FI Bauarten Historie der FI-Schutzschaltung 1928 1951 Aufnahme FI in VDE-Errichtungsbestimmungen 1962 Beginn fabrikmässige Fertigung mit IΔN 0.03A 1963 Erste Baubestimmung für FI (unverändert bis 1981) 1971 Europäische Bau- und Prüfbestimmung für FI 1977 Beginn internationale Bau- und Prüfvorschrift für FI 1981 Vorschrift: FI auch für pulsierende Gleichströme 1985 Vorschrift Erweiterung: Stossstromfestigkeit, Kurzschlussfestigkeit, Selektivität 1986 Vorstoss, inzwischen zurückgezogen: Spannungsabhängige FI 1987 Vorschrift für ortsveränderliche FI 1990 | Slide 33 Erste fabrikmässige Fertigung mit IΔN 0.5 .. 3A 1958 Month DD, Year Patentanmeldung (RWE) Internationaler Standard für FI
  34. 34. FI Bauarten Pulsierende Gleichfehlerströme C A MA W Typ A © ABB Group Month DD, Year | Slide 34
  35. 35. FI Bauarten Gleichfehlerströme Typ B © ABB Group Month DD, Year | Slide 35
  36. 36. FI Bauarten Einsatzbereich Stromformen Wechselfehlerstrom Pulsierender Gleichfehlerstrom angeschnittene Halbwellen Anschnittwinkel 90 Anschnittwinkel 135 Halbwellen + Gleichstrom 6mA Glatter Gleichstrom © ABB Group Month DD, Year Höhere Ströme zugelassen als bei reinem Wechselfehlerstrom, da Gefährdung geringer | Slide 36
  37. 37. FI Bauarten Einsatzbereich Temperatur   | Slide 37 Einsatzbereich ohne weitere Angabe: - 5 ... + 40 C  Month DD, Year Mit abnehmender Temperatur steigt der Auslösestrom IΔ an. Einsatzbereich mit Schneestern - 25 ... + 40 C
  38. 38. FI Bauarten Einsatzbereich Frequenz 50 Hz Auslegung FI 60 Hz Funktion gewährleistet 30 25 IΔ / IΔN 20 15 10 5 0 16 2/3 50 100 200 400 f [Hz] 162/3 Hz © ABB Group 400 Hz spezielle Abstimmung für Bahn spezielle Abstimmung für Flughafen 800 1'600
  39. 39. FI Bauarten Verzögerte FI Schnellstmögliche Abschaltung ist nicht immer erwünscht. G K V  Kurzzeitverzögerter FI FIK Maximal zulässige Abschaltzeiten eingehalten  Anwendung bei unerwünschten Auslösungen infolge kapazitiver Ableitströme   Abschaltung wird um min. 10ms verzögert  S  Realisierung: Elektronische Verzögerung Selektiver FI FIS   © ABB Group Month DD, Year | Slide 39 Längere Abschaltzeit als unverzögerter und kurzzeitverzögerter FI, kein Personenschutz Beispiel: Brandschutz: gesamte Anlage 300mA Personenschutz: nur Steckdosen 30mA
  40. 40. FI Bauarten Auslösezeiten Auslösezeiten [ms] Fehlerstrom unverzögert kurzverzögert FIK selektiv FIS ≤ 0.5 IΔN keine Ausl. keine Ausl. keine Ausl. 0 .. 300 10 .. 300 130 .. 500 2 IΔN 0 .. 150 10 .. 150 60 .. 200 5 IΔN 0 .. 40 10 .. 40 50 .. 150 500 A 0 .. 40 10 .. 40 40 .. 150 ≤ 1 IΔN zum Vergleich: Abschaltzeiten beim Leitungsschutz ≤ 400 ms (Steckdosen) © ABB Group Month DD, Year | Slide 40 ≤ 5000 ms (fest angeschlossen)
  41. 41. FI Bauarten Personenschutz durch FI 5% 50% 10      Nicht wahrnehmbar - keine Reaktion LS 1  Wahrnehmbar - keine Gefahr Einwirkungszeit (s)  Temporär Beschwerden FIS 0.1 - Muskelkrämpfe - Atem / Herz reversibel, nur solange der Strom einwirkt FIK 0.01 FI Wahrnehmbarkeitsschwelle  Lebensgefahr Loslassschwelle Flimmerschwelle 0.001 0 1 10 100 1'000 Körperstrom (mA) © ABB Group Month DD, Year gültig für AC, f = 15 .. 100 Hz | Slide 41 10'000 100'000 Strompfad: Linke Hand oder beide Hände zu einem oder beiden Füssen - Herzkammerflimmern - Herzstillstand - Atemstillstand - Verbrennungen (>3A)
  42. 42. FI Bauarten Fehlerstromschutz vorgeschrieben gesamte Installation IΔN = 300 mA  feuergefährdete Räume  korrosionsgefährdete Räume  explosionsgefährdete Räume  landwirtschaftliche Betriebsstätten Steckdosenstromkreise In = 40A, IΔN = 30 mA  Bade- und Duscheinrichtungen  feuchte und nasse Räume  korrosionsgefährdete Räume  elektrische Versuchsräume  landwirtschaftliche Betriebsstätten Steckdosenstromkreise In = 25A, IΔN = 30 mA  transportable Objekte im Freien  Baustellen  Campingplätze / Bootsanlegeplätze  provisorische und temporäre Anlagen © ABB Group Month DD, Year | Slide 42 Steckdosenstromkreise IΔN = 10 mA  transportable Objekte in engen Räumen aus gut leitenden Werkstoffen
  43. 43. FI Bauarten Personenschutz durch FI  U< zulässig als transportabler FI-Schutzschalter  zulässig für besondere Anlagen, die dauernd von instruiertem Personal überwacht werden – spannungsabhängig – bei N-Unterbruch vor Schalter: Versagen – Unterspannungsauslösung (in CH verlangt) – Zuverlässigkeit Elektronik + Kosten + flexibel parametrierbar / erweiterbar
  44. 44. FI Bauarten FI Typen  nach Stromform  nach Polzahl Typ AC 2 Typ A 4 Typ B  nach Frequenz 50  FIK kurzverzögert Hz FIS selektiv 162/3 Hz 400  verzögert Hz nach IΔN  kombiniert mit LS FI / LS 10 mA 30 mA 300 mA   Fehlerstromrelais FIR o. Wandler/Schaltelement nach IN 16 A 25 A 40 A © ABB Group Month DD, Year 63 A | Slide 44  nur Signalgeber FISG o. Schaltelement
  45. 45. FI Bauarten Personenschutz durch FI Herstellerbezeichnungen Nennstrom Typ A kurzverzögert Prinzipschaltbild Nennspannung Einsatz bis -25°C Nennauslösestrom Nennkurzschlussstrom Max. Überstromunterbrecher © ABB Group Month DD, Year | Slide 45
  46. 46. FI Bauarten FI-Sortiment von ABB CMC FI4 (Auszug) FI2 FI-LS T Tragschiene S Stecksystem SIDOS © ABB Group Month DD, Year | Slide 46
  47. 47. FI Bauarten Grenzen der FI-Schutzschaltung Kein FI-Schutz, wenn Betriebsstromkreis geschlossen ist. Keine Unterscheidung, ob Verbraucher angeschlossen oder Notfall vorliegt. Beispiel: Isoliert stehende Person fasst mit beiden Händen an L und N. © ABB Group Month DD, Year | Slide 47
  48. 48. Unerwünschte Auslösungen Inhalt „Unerwünschte Auslösungen“ Gefahren des elektrischen Stroms Aufbau und Funktion FI Unerwünschte Auslösungen   | Slide 48 durch kapazitive Ableitströme  © ABB Group Month DD, Year durch Installationsfehler durch äussere Einflüsse
  49. 49. Unerwünschte Auslösungen Auslösungen durch äussere Einflüsse  Kurzschlüsse Auslösung infolge von Unsymmetrie im Summenstromwandler, leichte Magnetisierung bei grossen Strömen.  Erdschlüsse Netz wird durch Überstromunterbrecher abgeschaltet, der FI bleibt eventuell eingeschaltet.  Blitzschläge, atmosphärische Überspannungen Spannungsspitzen grösser 2kV zwischen Polleiter und Schutzleiter können unverzögerte FI zur Auslösung bringen.  Magnetische Einflüsse Starke magnetische Fremdfelder können FI zur Auslösung bringen. Beispiel: Einschalten eines grossen Schützes in der Nähe eines FI. © ABB Group Month DD, Year | Slide 49

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