Warum beide Werte zusammengehören
Damit ein Fehlerstrom im Fehlerfall ohne Gefahr bleibt, muss das Schutzgerät den Stromkreis schnell genug abschalten. Ob das gelingt, hängt von zwei Größen ab: der Abschaltzeit aus der Norm und der Schleifenimpedanz der Anlage.
Die Abschaltzeit gibt vor, wie lange ein Fehler höchstens bestehen darf. Die Schleifenimpedanz bestimmt, wie hoch der Fehlerstrom dabei tatsächlich ist. Reicht der Strom nicht aus, um den Schutz auszulösen, wird die geforderte Zeit nicht erreicht – und die Anlage bleibt gefährlich, obwohl das Gerät vorhanden ist.
Dieser Beitrag zeigt, wie beide Werte zusammenspielen, wie du den maximal zulässigen Widerstand berechnest und worauf es bei der Messung in der fertigen Anlage ankommt.
Die Abschaltzeit richtig einordnen
Die zulässige Abschaltzeit ist keine Erfindung des Planers, sondern eine normative Vorgabe. Sie richtet sich nach dem Netzsystem und danach, ob es sich um einen Endstromkreis oder um eine Verteilleitung handelt. Je näher der Stromkreis beim Menschen ist, desto kürzer fällt die Zeit aus.
| Bereich | System | Abschaltzeit bei 230 V |
|---|---|---|
| Endstromkreis bis 32 A | TN | 0,4 s |
| Endstromkreis bis 32 A | TT | 0,2 s über RCD |
| Verteilstromkreis | TN | 5 s |
Nationale Regeln können davon abweichen und zusätzliche Randbedingungen nennen. Für die Planung zählt vor allem eines: Die verwendete Zeit ist zu belegen, nicht zu schätzen. Steht die Zeit fest, folgt daraus der Auslösestrom Ia, den das Schutzgerät erreichen muss.
Die Schleifenimpedanz Zs berechnen
Die Schleifenimpedanz ist der Gesamtwiderstand des Weges, den ein Fehlerstrom nimmt: vom Sternpunkt der Quelle über den Außenleiter bis zur Fehlerstelle und über den Schutzleiter zurück. In vereinfachter Form gilt:
Zs = Z_Quelle + Z_Leitung + Z_PE
Der Quellenwiderstand steckt im speisenden Transformator und im vorgelagerten Netz. Die Leitungsanteile hängen von Querschnitt, Länge und Material ab. Deshalb wird Zs immer an der ungünstigsten Stelle eines Stromkreises betrachtet – dort, wo die Leitung am längsten und ihr Querschnitt am kleinsten ist.
Für eine sichere Abschaltung muss die Bedingung Zs ≤ U0 × Cmin / Ia erfüllt sein. U0 ist die Nennwechselspannung gegen Erde, Ia der Strom, bei dem das Schutzgerät innerhalb der geforderten Zeit auslöst. Der Faktor Cmin berücksichtigt die niedrigste zu erwartende Netzspannung und liegt üblicherweise bei 0,95.
Netzsysteme: TN, TT und IT
Die Betrachtung sieht je nach Netzsystem unterschiedlich aus. Im TN-System führt der Fehlerstrom über den Schutzleiter zurück und wird durch den Überstromschutz abgeschaltet. Dort ist die Schleifenimpedanz die zentrale Größe für die Abschaltbedingung.
Im TT-System liegt der Schutzleiter nicht am Sternpunkt. Der Fehlerstrom fließt über die Erde und ist meist zu klein für einen Leitungsschutzschalter. Deshalb übernimmt ein Fehlerstrom-Schutzschalter die Abschaltung, und die Abschaltzeit hängt von seinen Eigenschaften ab.
Im IT-System wird der erste Fehler nicht abgeschaltet, sondern gemeldet. Hier steht die Isolationsüberwachung im Vordergrund; die Abschaltzeit gilt erst beim zweiten Fehler. Kläre deshalb zuerst, welches System vorliegt – davon hängt die gesamte Prüfung ab.
Vom Auslösestrom zum Höchstwert
Der Auslösestrom lässt sich aus dem Gerät ableiten. Leitungsschutzschalter mit Charakteristik B lösen im magnetischen Bereich beim 5-fachen Nennstrom sicher aus, solche mit Charakteristik C beim 10-fachen. Für die Prüfung wird der obere Wert angesetzt, weil er den ungünstigsten Fall beschreibt.
| Schutzgerät | Auslösefaktor | Ia | Zs,max bei 230 V |
|---|---|---|---|
| B16 | 5 × In | 80 A | 2,73 Ω |
| B25 | 5 × In | 125 A | 1,75 Ω |
| C16 | 10 × In | 160 A | 1,37 Ω |
| C25 | 10 × In | 250 A | 0,87 Ω |
Die Werte machen den Zusammenhang deutlich: Eine ungünstigere Kennlinie verlangt einen größeren Querschnitt oder eine kürzere Leitung, weil der zulässige Höchstwert der Impedanz sinkt.
Für Schmelzsicherungen ist der Zusammenhang anders: Der zur Abschaltung nötige Strom hängt von der Kennlinie und der geforderten Zeit ab und liegt deutlich höher als bei Leitungsschutzschaltern. In beiden Fällen bleibt die Prüfbedingung dieselbe – der Fehlerstrom muss den Auslösewert erreichen.
Schleifenimpedanz messen
In der fertigen Anlage wird die Schleifenimpedanz gemessen, nicht nur gerechnet. Das Messgerät erfasst je nach Verfahren die gesamte Schleife bis zur Messstelle. Gemessen wird immer am ungünstigsten Punkt des Stromkreises, also am entferntesten Verbraucher.
- Netzsystem und Schutzkonzept am Verteiler ablesen.
- Messpunkt am Ende des zu prüfenden Stromkreises festlegen.
- Zs messen und den Messwert notieren.
- Messwert mit dem berechneten Höchstwert vergleichen.
- Bei Abweichung Querschnitt, Länge oder Schutzgerät prüfen.
- Ergebnis mit Datum im Prüfprotokoll festhalten.
Da sich Leiter bei Erwärmung verändern und Messgeräte Toleranzen haben, verlangen die meisten nationalen Regeln einen Sicherheitsabstand zum Höchstwert. Der gemessene Wert muss also deutlich unter Zs,max liegen, damit die Abschaltung auch im ungünstigsten Betriebszustand gesichert bleibt.
Typische Fehler bei der Prüfung
In der Praxis wiederholen sich dieselben Fehler. Sie sind selten spektakulär, kosten aber im Streitfall den Nachweis.
- Zs nur am Verteiler statt an der ungünstigsten Stelle gemessen
- Nennspannung und Faktor Cmin falsch angesetzt
- Schutzeinrichtung ohne Rücksicht auf die Kennlinie gewählt
- Leitungslängen aus dem Plan übernommen, obwohl sie in der Ausführung abweichen
- Schutzleiterklemmstellen mit hohem Übergangswiderstand übersehen
- Messung nicht dokumentiert oder ohne Datum abgelegt
Fast alle diese Punkte haben dieselbe Ursache: Es wird mit Annahmen gerechnet, aber nicht gemessen. Wer Rechnung und Messung verbindet, erkennt zu lange Stromkreise, bevor sie zum Problem werden.
Wiederkehrende Prüfung
Die Schleifenimpedanz ist keine einmalige Angelegenheit. Anlagen verändern sich, Leitungen werden ergänzt, Klemmstellen lockern sich, und Widerstände steigen mit der Zeit. Deshalb gehört die Prüfung von Abschaltzeit und Schleifenimpedanz zur wiederkehrenden Kontrolle.
Bei jeder Prüfung wird an den ungünstigsten Stellen gemessen und mit dem berechneten Höchstwert verglichen. Ändert sich die Anlage, etwa durch einen zusätzlichen Verbraucher am Ende eines langen Stromkreises, ist der Nachweis erneut zu führen.
Besonders wichtig ist die Kontrolle nach Umbauten. Wird ein Stromkreis verlängert oder sein Schutzgerät getauscht, kann die alte Rechnung ihre Gültigkeit verlieren – auch wenn planerisch nur eine Kleinigkeit geändert wurde.
Praxisbeispiel und Dokumentation
Ein Endstromkreis im TN-System mit B16 und 30 Metern Kupferleitung von 1,5 mm²: Der Leiterwiderstand liegt grob bei 0,4 Ω im Außenleiter, der Schutzleiter trägt ähnlich viel bei. Zusammen mit dem Quellenwiderstand bleibt Zs in der Größenordnung von etwa 1 Ω und damit klar unter dem Höchstwert von 2,73 Ω. Die Abschaltung ist gesichert.
Wird derselbe Stromkreis auf C16 umgestellt, sinkt Zs,max auf 1,37 Ω. Der Spielraum schrumpft deutlich, und erst die Messung entscheidet, ob es noch reicht. Solche Fälle lassen sich am besten an einem konkreten Beispiel beurteilen, statt sich auf das Gefühl zu verlassen.
Solche Rechnungen lassen sich von Hand durchführen, sicherer ist jedoch ein Werkzeug, das Querschnitt, Länge und Schutzgerät gemeinsam betrachtet.
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FAQ
Was gibt die maximale Abschaltzeit vor?
Die Norm legt je nach Netzsystem und Art des Stromkreises eine Höchstzeit fest. Für Endstromkreise bis 32 A im TN-System sind es in der Regel 0,4 Sekunden.
Wie wird die Schleifenimpedanz berechnet?
Zs ist die Summe der Widerstände von Quelle, Außenleiter und Schutzleiter. Zulässig ist der Wert, solange Zs ≤ U0 × Cmin / Ia bleibt.
Warum muss ich messen, wenn ich schon rechnen kann?
Die Rechnung beruht auf Annahmen über Längen und Quellenwiderstand. Die Messung prüft die tatsächlich gebaute Anlage und deckt Abweichungen auf.
Welche Größe ist im TT-System wichtig?
Dort ist der Fehlerstrom über die Erde meist zu klein für einen Leitungsschutzschalter. Die Abschaltung übernimmt ein Fehlerstrom-Schutzschalter.