Warum schützt ein Standard-Sicherung nicht vor Erdschlüssen?

Ein gebrochener Neutralleiter in einem Schaltkreis mit einem Standard-Sicherung stellt eine elektrische Gefährdung dar, da die Sicherung den Neutralleiter nicht überwacht oder schützt. Das interne Mechanismus einer Standard-Sicherung ist nicht darauf ausgelegt, während des Betriebs Erdfehlerströme zu erkennen. Standard-Kreissicherungen sind konstruiert, um vor Überlast und Kurzschlüssen zu schützen, nicht jedoch vor Erdfehlern.

Standard-Sicherungen überwachen den Strom im Phasenleiter und lösen aus, wenn der Strom die Nennwertkapazität der Sicherung überschreitet – typischerweise aufgrund von Überlast oder Kurzschluss. Bei einem gebrochenen Neutralleiter kann der Fehlerstrom jedoch durch den Erdleiter zum Quellpunkt zurückfließen. Dies geschieht, weil die Erd- und Neutralleiteranschlussleisten im Hauptverteiler verbunden sind.

Daher kann ein Strom, der unterhalb der Nennwertkapazität der Sicherung liegt, durch den Schaltkreis in einem ungewollten Pfad fließen. Da kein übermäßiger Strom durch den Phasenleiter fließt, erkennt die Sicherung keinen Fehler und bleibt geschlossen. Als Folge davon bleiben Teile des Schaltkreises energisiert, was ein verstecktes Schockrisiko schafft, das die Sicherung nicht adressiert.

Die häufigsten Fehler in einem elektrischen Schaltkreis sind folgende:
Überlast und Kurzschluss

Standard-Sicherungen reagieren auf übermäßigen Strom, der durch Überlast oder direkte Kurzschlüsse (Hochstromfehler, bei denen der Strom direkt vom Phasen- zum Neutralleiter oder von Phasenleiter zu Phasenleiter fließt) verursacht wird. Diese Bedingungen erzeugen einen Stromanstieg, den die Sicherung erkennt und löst, um Schäden zu verhindern.

Erdfehler

Ein Erdfehler tritt auf, wenn Strom vom Phasenleiter zu einer geerdeten Oberfläche leckt, wobei der Neutralleiter umgangen wird (z.B. aufgrund eines gebrochenen Neutralleiters oder eines lebenden Leiters, der mit einem metallenen Gehäuse oder einer nassen Oberfläche in Kontakt kommt). Erdfehler erzeugen möglicherweise nicht die hohen Stromanstiege, die erforderlich sind, um eine Standard-Sicherung auszulösen, insbesondere wenn nur ein geringer Strom zu Erde leckt. Dieses Leck kann schwere Schockgefahren schaffen, ohne den Auslöse-Schwellenwert der Sicherung zu erreichen.

Wie reagiert eine Standard-Sicherung auf einen Kurzschluss oder Erdfehler?

Betrachten wir, wie sich eine Standard-Sicherung auf Kurzschlüsse oder Erdfehler in einem Schaltkreis verhält, wie unten dargestellt.

Nehmen wir dieses Beispiel: In einem 120V/240V-Hauptverteiler wird ein Beleuchtungsschaltkreis durch eine 15-Ampere-Standard-Sicherung auf einer 120V-Versorgung gesteuert und geschützt, und die Neutralverbindung ist verloren gegangen.

Wie in der Abbildung dargestellt, versucht der Rückstrom, wenn die Neutralleiteranschlussleiste im Hauptverteiler nicht verfügbar ist, zur Neutralleiteranschlussleiste zurückzufahren. Da die Neutralleiteranschlussleiste mit der Erdleiteranschlussleiste verbunden ist, ist der einzige Weg für den Strom zurück zur Quelle (in der Regel der Transformator) durch den Erdleiter. Dies bildet einen Kreislauf, der den Durchfluss von etwa 2,4 Ampere Fehlerstrom ermöglicht. Die Glühbirne kann immer noch ein schwaches Glühen ausstrahlen.

Dieser 2,4-Ampere-Fehlerstrom liegt deutlich unter dem 15-Ampere-Nennwert der Sicherung, so dass sie nicht auslöst. Daher stellt der Schaltkreis ein Schockrisiko dar, da alle Metallkomponenten – einschließlich Gerätegehäuse, Metallkabelkanäle und die metallenen Gehäuse angeschlossener Geräte – mit etwa 72V Wechselspannung energisiert werden.

Nehmen wir nun einen weiteren Fall, in dem der Neutralleiter verloren geht und der Phasenleiter den metallenen Körper des Geräts berührt, was einen "Doppelfehler" erzeugt. In diesem Fall ist das Licht aus, da es keinen Lastwiderstand gibt. Wie in der Abbildung dargestellt, fließt ein Fehlerstrom von etwa 4 Ampere durch den Erdleiter zurück zur Quelle.

Wiederum werden alle Metallkomponenten im Schaltkreis mit 120V Wechselspannung energisiert. Dieser 4-Ampere-Fehlerstrom bleibt unter dem 15-Ampere-Schwellenwert der Sicherung, so dass sie nicht auslöst. Wenn ein Bediener das Gerätegehäuse, den Metallkabelkanal oder den metallenen Körper des Geräts berührt, besteht das Risiko eines schweren elektrischen Schocks.

Um diese Gefahren zu minimieren, wird empfohlen, eine GFCI (Ground Fault Circuit Interrupter)-Sicherung anstelle einer Standard-Sicherung zu verwenden. GFCI-Sicherungen sind konstruiert, um Erdfehler zu erkennen und in gefährlichen Szenarien – einschließlich solcher, die durch einen gebrochenen Neutralleiter verursacht werden – auszulösen, um sichereren Betrieb zu gewährleisten.