Elektrische Schutzmaßnahmen

Isolierungen

Elektrische Geräte im Haushalt werden mit einer Spannung von 230 Volt betrieben und bei der Stromübertragung in den Freileitungen sind es gar bis zu 380 000 V (380 kV). Damit es zu keinen Stromunfällen kommt, die auch tödlich ausgehen können, müssen Schutzmaßnahmen vorhanden sein.

Ein wichtiger Schutz ist die Isolierung der Leitungen.

Damit der elektrische Strom gut fließen kann, verwendet man Kupferkabeln, denn diese haben einen geringen elektrischen Widerstandswert. Als Kunststoff zur Isolierung verwendet man häufig Polyvinylchlorid (PVC). Es ist wichtig, dass man darauf achtet, dass die Isolierung nicht beschädigt ist.

Kunststoffe sind ideale Isolierstoffe bei elektrischen Geräten. Deshalb sind auch die meisten Stecker, Steckdosen und die Ummantelung vieler Elektrogeräte aus Kunststoff. Geräte, die derart schutzisoliert sind, sind mit zwei ineinander liegenden Quadraten gekennzeichnet.

Freileitungskabel tragen keine Isolierung, da sie so weit vom Erdboden entfernt sein müssen, dass man sie nicht berühren kann. Es gibt je nach angelegter Spannung unterschiedliche Mindesthöhen zu beachten. So müssen 380 kV-Leitungen mindestens 8 m über dem Erdboden angebracht werden.

Stecker und Steckdosen

Der Stecker stellt die stromleitende Verbindung zwischen dem Stromnetz und dem Gerät her.

Heute sind zwei Steckerarten in Gebrauch. Solche für schutzisolierte Geräte sind einfacher gebaut. Da bei diesen Geräten das Gehäuse vollständig aus Kunststoff besteht, haben sie nur zwei Leiter und keinen Metallstreifen.

Bei Geräten, die ein Metallgehäuse haben, könnten diese durch schadhafte Leitungen im Inneren unter Spannung stehen. Greift man diese Geräte an, bestünde eine Verbindung vom Gerät über den Menschen zum Erdboden. Dadurch würde elektrischer Strom durch den menschlichen Körper fließen, was zu Verletzungen oder sogar zum Tod führen kann. Damit dies nicht passieren kann, haben diese Geräte einen sogenannten Schutzkontaktstecker, kurz Schukostecker genannt.

Öffnet man einen Schukostecker, dann sieht man, dass dieser einen dritten Leiter, die sogenannte Erdung, hat.

Verbinde die 3 Leiter mit dem richtigen Kontakt!

Neben den beiden stromführenden Leitern (blau und braun ) haben Schukostecker noch die gelb-grün markierte Erdung. Dieses Kabel wird im Stecker mit dem Metallstreifen verbunden und am anderen Ende im Gerät selbst mit dem Metallgehäuse.

In der Steckdose berühren sich die beiden Metallstreifen.

In der Schukosteckdose sind die Metallstreifen gut leitend mit der Erde verbunden. Wenn im Inneren eines Geräts mit Metallgehäuse die Isolierung schadhaft ist, dann liegt am Gehäuse eine Spannung von 230 V an. Berührt man das Gerät, dann stellt der Mensch die Verbindung zur Erde dar, und Strom fließt durch seinen Körper ab.

Hier siehst du die Wirkung der Schutzleitung. Bei schadhafter Isolierung fließt Strom zur Erde ab und löst die Sicherung aus, wodurch das Gerät spannungslos wird.

Sicherungen

Fließt elektrischer Strom, dann werden die Leitungen warm. Da die Isolierungen der Leitungen aus Kunststoff sind, darf eine bestimmte Temperatur nicht überschritten werden, denn wenn die Isolierung schmilzt, kann es zu Bränden kommen. Außerdem ist dann die Isolierwirkung nicht mehr vorhanden. Damit nur Strom bis zu einer gewissen, definierten Stromstärke durch die Leitungen fließen kann, sind Sicherungen eingebaut, die den Strom bei für den Menschen gefährlichen Stromstärken abschalten.

Von der Wirkungsweise her gibt es mehrere Arten, den Strom bei Überlastung abzuschalten. Die im Haushalt gebräuchlichsten sind Schmelzsicherungen und Sicherungsautomaten.

Schmelzsicherung

Schmelzsicherungen enthalten einen Draht, der ab einer bestimmten Stromstärke schmilzt.

Funktionsweise einer Schmelzsicherung

Finde das defekte Gerät!

Die Schmelzsicherungen werden in den Stromkreis eingebaut, sodass der elektrische Strom durch den Schmelzdraht fließt. Bei zu hohen Strömen schmilzt der Draht und die Stromleitung ist unterbrochen.

Heute sind Schmelzsicherungen in Wohnungen nur mehr selten eingebaut. In manchen Geräten finden sich zum Schutz sogenannte Feinsicherungen, die einen Schmelzdraht integriert haben.

Feinsicherungen werden vor allem in elektronischen Geräten eingebaut, um elektronische Bauteile vor Überlastung zu schützen.

In Kraftfahrzeugen finden sich Schmelzsicherungen, die etwas anders aussehen:

Sicherungsautomat

Schmelzsicherungen haben den Nachteil, dass sie nach Überlastung ausgetauscht werden müssen, da ja der Sicherungsdraht geschmolzen ist. Diesen Nachteil haben Sicherungsautomaten nicht.

Auch der Sicherungsautomat wird in den Stromkreis geschaltet. Der Strom fließt also durch die Sicherung von einer Anschlussklemme zur anderen. Der Großteil des Stroms fließt durch den Bimetallstreifen und ein geringer Teil durch den Elektromagneten. Der Bimetallstreifen besteht aus zwei verschiedenen Metallen, die sich bei Erwärmung unterschiedlich ausdehnen. Ist die Stromstärke über dem Nennwert (zum Beispiel über 10 A), dann krümmt sich der Bimetallstreifen wegen dieser unterschiedlichen Ausdehnung der Materialien und der Kippschalter kippt um: der Stromkreis ist unterbrochen.

Der Sicherungsautomat hat aber auch eine elektromagnetische Auslösung, wenn ein Kurzschluss auftritt. In diesem Fall fließt ein sehr starker Strom und der Elektromagnet löst innerhalb weniger Millisekunden den Kippschalter aus.

Funktionsweise eines Sicherungsautomaten

Sowohl beim Auslösen einer Schmelzsicherung als auch eines Sicherungsautomaten, muss man zuerst auf die Suche nach der Ursache gehen. Dazu trennt man alle Geräte, sofern dies möglich ist, vom Netz (man zieht den Netzstecker aus der Steckdose) und untersucht die Geräte auf schadhafte Isolierung. Sind die Geräte intakt und hat man nur zu viele Stromabnehmer gleichzeitig in Betrieb genommen, kann man die Sicherungsfunktion wieder aktivieren. Schadhafte Geräte sind von autorisierten Fachleuten vor Inbetriebnahme zu reparieren.

Schmelzsicherungen und Sicherungsautomat schützen nur vor Überlastung. Wenn jedoch die Isolierung im Inneren eines Geräts mit Metallteilen defekt ist, dann kann es bei Berührung zu einem Stromfluss durch den menschlichen Körper kommen, der zwar gering ist, aber für den Menschen doch tödlich ausgehen kann. Ein Fehlerstrom-Schutzschalter (FI-Schalter) ist eine Sicherungsvorrichtung, die den Stromkreis auch bei geringen Strömen abschaltet.

FI-Schalter

Ein FI-Schalter ist so gebaut, dass die Stromstärken des Phasenleiters mit der des Nullleiters verglichen werden. Ist das Gerät in Ordnung, dann sind beide Ströme gleich groß. Bei defektem Gerät fließt ein Teil des Stroms - etwa bei Berührung - auf anderem Weg ab und die beiden Stromstärken sind nicht gleich. Diesen abfließenden Strom nennt man Fehlerstrom. Dann trennt der FI-Schutzschalter praktisch sofort das Gerät vom Netz. Dies geschieht deshalb, weil beide Leitungen über einen geschlossenen Eisenkern gewickelt sind.

Funktionsweise eines FI-Schalters

Die beiden Wicklungen der Phase und des Nullleiters über dem Eisenkern erzeugen zwei entgegengesetzte Magnetfelder, die sich dann aufheben, wenn beide Stromstärken gleich groß sind. Besteht ein Stromstärkenunterschied, dann „fällt“ der FI-Schalter und der Stromkreis ist unterbrochen. Ein FI-Schalter fällt nicht bei Überlastung, deshalb benötigt man neben dem FI-Schalter auch Leitungssicherungen.

In Österreich besteht seit 1980 eine Pflicht für die Montage von FI-Schaltern bei Neu- und Umbauten.