Achtung: Elektrischer Strom ist lebensgefährlich! Zum Arbeiten an elektrischen Anlagen sind Fachkenntnisse und eine spezielle Ausbildung erforderlich. Es wird keine Haftungen für die Korrektheit der Beiträge oder für Sach- oder Personenschäden, die durch das Arbeiten an elektrischen Anlagen entstehen können, übernommen.
Handwerker werden es sicherlich kennen. Es soll lediglich eine Leuchte angebracht werden. Daher werden die Sicherheitsregeln der Elektrotechnik beachtet. Dementsprechend wird zunächst der Stromkreis spannungsfrei geschaltet, dieser wird gegen das Wiedereinschalten gesichert und vor den Arbeiten wird mit einem zweipoligen Spannungsprüfer kontrolliert, ob die Leitung tatsächlich nicht mehr unter Spannung steht.
Doch plötzlich löst während der Arbeiten der Fehlerstromschutzschalter aus. Wie kann das sein? Der Stromkreis war doch abgeschaltet!
Diesem Phänomen soll in diesem Artikel auf den Grund gegangen werden.
Neutralleiter schalten?!
In einem früheren Beitrag wurde bereits angesprochen, dass durch das bewusste oder unbewusste Verbinden des Schutz- und des Neutralleiters, der Fehlerstromschutzschalter unter Umständen zum Auslösen gebracht werden kann.
Hierbei ging es um die Frage, warum in manchen Fällen - insbesondere für Stromkreise im Außenbereich - die Verwendung eines zweipoligen Schalters sinnvoll sein kann, bei dem gemeinsam mit dem Außenleiter auch der Neutralleiter aufgetrennt wird.
Die Erklärung für dieses Phänomen soll in diesem Artikel gegeben werden.
TN-C-S-System
Hierzu muss zunächst die Elektroinstallation im Detail betrachtet werden.
In einem anderen Beitrag wurden bereits die verschiedenen Netzsysteme ausführlich erläutert.
In Deutschland ist das TN-C-S-System am verbreitetsten, welches auch hier betrachtet werden soll.
Schutzeinrichtungen - TN-C-S-System
Bei der Betrachtung der Netzsysteme wurden Schutzeinrichtungen - wie Fehlerstromschutzschalter oder Leitungsschutzschalter - zunächst nicht berücksichtigt.
Für das bessere Verständnis, wird auch in diesem Beitrag nur das Nötigste betrachtet. Dies wäre in erster Linie ein Fehlerstromschutzschalter (RCD). In diesem Beispiel sollen an diesem RCD lediglich zwei Stromkreise angeschlossen sein, die wiederum über zwei Leitungsschutzschalter gegen Überlast und Kurzschluss abgesichert sind. In einer realen Anlage sind in der Regel selbstverständlich zahlreiche Stromkreise und oft auch mehrere Fehlerstromschutzschalter zu finden.
Freischalten - TN-C-S-System
Wenn nun ein Stromkreis über einen Leitungsschutzschalter spannungsfrei geschaltet wird, wird auch lediglich der Außenleiter des zugehörigen Stromkreises hierdurch aufgetrennt. Die restlichen Stromkreise sind hiervon jedoch nicht betroffen.
In diesem Beispiel könnte somit an dem zweiten Stromkreis ein elektrisches Gerät - wie etwa eine Leuchte - ganz normal weiter betrieben werden.
Der Strom fließt bei einem einphasigen Verbraucher somit weiterhin über einen Außenleiter, dann durch das elektrische Gerät, anschließend über den Neutralleiter und ab dem Hausanschlusskasten weiter über den PEN-Leiter zurück zur Quelle der Niederspannungsebene (bzw. zum Sternpunkt des Ortsnetztransformators).
Doch was hat dieser geschlossene Stromkreis nun mit den Arbeiten an dem spannungsfreien geschalteten Teil der Anlage zu tun?
Einschub - Stromteilerregel
Zunächst ein kleiner Einschub.
Vielleicht ist aus dem Physikunterricht noch der Satz “der elektrische Strom nimmt immer den Weg des geringsten Widerstandes” hängen geblieben. Wobei dieser Spruch besser lauten sollte, dass der (gesamte) elektrische Strom den Weg des geringsten Widerstandes bevorzugt.
Bei mehreren parallelen Wegen, die der Strom nehmen kann, wird dieser somit nicht ausschließlich den Weg mit dem geringsten Widerstand wählen - wie es der erste Satz vermuten lässt - sondern sich auf alle Strompfade aufteilen.
Bei zwei parallelen Widerständen, deren Widerstandswerte beispielsweise dem Verhältnis 1:10 entsprechen, werden sich die Ströme entsprechend des Kehrwertes aufteilen.
Man spricht hierbei auch von der Stromteilerregel.
In diesem Beispiel fließt durch den niederohmigen Widerstand dementsprechend ein Strom von 10 Ampere, während durch den hochohmigen Widerstand nur ein Strom von einem Ampere fließen würde.
Gefahr durch N-Leiter?
Doch zurück zu der ursprünglichen Betrachtung.
Wenn man also den Neutralleiter beim Arbeiten berührt, könnte auch ein Teil des Stroms durch den Körper, anschließend durch die Erde, bis zu den Betriebserdern des Netzes und von dort weiter zum Sternpunkt des Transformators fließen.
Um dies besser nachzuvollziehen, soll nur ein Betriebserder betrachtet werden. In diesem Fall den Erder des Transformators. Außerdem wird die Schaltung - der Übersichtlichkeit halber - auf ein Minimum reduziert.
In dem folgenden Abschnitt sieht man nun zwei parallele Strompfade.
Einerseits über den Neutral- bzw. PEN-Leiter und andererseits über den menschlichen Körper und die Erde bis zum Betriebserder des Transformators.
Beide Strompfade weisen einen elektrischen Widerstand auf. Der Widerstandswert der Leiter liegt erfahrungsgemäß deutlich unter einem Ohm. Der menschliche Körper weist hingegen allein bereits einen Widerstand von knapp einem Kiloohm auf - also mehr als das 1000-fache - wobei hier noch keine Übergangs- und Erdungswiderstände berücksichtigt sind.
Mit der zuvor erläuterten Stromteilerregel wird somit deutlich, dass der Strom durch den menschlichen Körper in diesem Fall so gering ausfallen sollte, dass für den Menschen keine Gefahr ausgeht und daher auch der Fehlerstrom-Schutzschalter nicht auslöst.
Vereinfacht kann man annehmen, dass in diesem Fall gar kein Strom fließt.
Stromfluss bei Verbindung von N und PE
Anders sieht es jedoch aus, wenn der Neutralleiter und der Schutzleiter verbunden werden.
Bei einem TN-C-S-Netz kann nun auch ein Teil des Stroms über den Schutzleiter und anschließend über den PEN-Leiter zurück zum Sternpunkt des Transformators fließen. Auch in diesem Fall sollen zum besseren Verständnis nur die wesentlichen Komponenten betrachtet werden.
Hierbei existieren ebenfalls zwei parallele Strompfade. Einerseits über den Neutralleiter und durch den Kurzschluss von Neutral- und Schutzleiter (was man auch als Erdschluss des Neutralleiters bezeichnen könnte) auch über den Schutzleiter selbst.
Der Widerstand des Schutzleiters liegt in einer ähnlichen Größenordnung, wie der Widerstand des Neutralleiters. Dies dürfte einleuchten, immerhin besteht der Neutral- und der Schutzleiter üblicherweise aus dem gleichen Material (meistens Kupfer). Außerdem ist der Querschnitt der beide Leiter oft identisch. Und auch die Leitungslänge der beiden Leiter dürfte im Regelfall annähernd gleich ausfallen.
Verbindung von N und PE lässt RCD auslösen
Gemäß der Stromteilerregel kann somit auch ein beträchtlicher Teil des Stroms über den Schutzleiter - und damit vorbei am Fehlerstromschutzschalter - fließen.
Die Ströme die über einen Außenleiter in die Anlage hinein und über den Neutralleiter aus der Anlage herausfließen sind somit (zumindest aus Sicht des Fehlerstromschutzschalters) nicht mehr gleich groß und der Fehlerstromschutzschalter löst aus.
An dieser Stelle sei auch auf den Beitrag zur Funktionsweise des Fehlerstromschutzschalters verwiesen.
Gefahr durch Verbindung von N und PE?
Grundsätzlich ist dieses Phänomen somit unbedenklich, auch wenn es manchem Heimwerker bestimmt bereits einen Schrecken eingejagt oder zumindest für Irritation gesorgt hat. Schließlich geht man davon aus, dass an einer spannungsfreien Leitung kein Strom fließen wird.
Trotzdem kann hiervon indirekt eine Gefahr ausgehen, wenn z.B. die Beleuchtung eines Raumes plötzlich ausfällt oder andere Betriebsmittel unverhofft ausfallen. Dies sollte daher im Vorfeld berücksichtigt werden.
Unter anderem im Außenbereich kann darüber hinaus Feuchtigkeitseintritt einen Kurzschluss (bzw. Erdschluss) zwischen Neutral- und Schutzleiter verursachen, und auch so das Auslösen des Fehlerstromschutzschalters hervorrufen.
Daher sollten Betriebsmittel im Außenbereich idealerweise über separate Fehlerstromschutzschalter abgesichert werden oder - wie in einem früheren Beitrag gezeigt - mit einem zweipoligen Schalter abgeschaltet werden.
