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Fehlerstrom-Schutzschalter

Ein Fehlerstrom-Schutzschalter (auch RCD oder früher FI genannt) ist ein recht simples Bauteil, bei dem die beiden Leiter eines Netzanschlusses (Phase und Neutralleiter) durch zwei Spulen auf einem Kern fliessen. Deren Magnetfelder heben sich bei identischen Strömen auf. Kommt es zu einem "Fehlerstrom", wodurch der Strom durch die beiden Leiter voneinander abweicht, löst er durch das entstehende Magnetfeld aus und schaltet ab. Das ist eine überaus sinnvolle Schutzmassnahme, denn dieses Abweichen bedeutet ja, dass irgendwo Strom durchfliesst, wo er nichts verloren hat. Das kann eine vollgeregnete Kabeltrommel sein oder ein unachtsamer Camper. Ein RCD verhindert dabei nicht, dass man einen elektrischen Schlag bekommt, sondern soll dessen Folgen abmildern.

Fehlerstrom-Schutzschalter (RCD) im Wohnmobil

Hinter der Landstromeinspeisung (CEE-Dose) ist neben Leitungsschutzschaltern für jede Leitung seit 2010 auch ein RCD (FI) vorgeschrieben. Der Hintergrund ist, dass der Anschluss des Wohnmobils über lange Kabel und mehrere Steckverbindungen erfolgen kann, und daher die Abschaltung der Stromsäule begrenzt zuverlässig ist. Eine Pflicht zur Nachrüstung älterer Wohnmobile besteht nicht, ist aber eine sinnvolle Massnahme. Dieser Zusatzschutz ist vor allem dann wichtig, wenn man den Landstromanschluss häufiger, über sehr lange Kabel oder an Stromsäulen mit zweifelhafter Absicherung nutzt. Wer wenig Platz hat, kann auch eine zweipolig schaltende LS-RCD-Kombination (RCBO) nutzen.

Fehlerstrom-Schutzschalter und Wechselrichter

Mobildomizil teilt sich das Internet mit Seiten, die empfehlen, hinter einem Wechselrichter (WR) einen RCD zu installieren. Der Gedanke dahinter: eine Abschaltung ist sicherer als keine Abschaltung. So einfach ist es aber nicht, da wir keinen Netzstrom haben, sondern eine Inselanlage ohne die Möglichkeit der Erdung.

Wie auf dieser Seite beschrieben, gibt es zwei Arten von Wechselrichtern. Einerseits Schutztrennung, bei der beide Aussenleiter isoliert sind, und andererseits Geräte mit einer "Erdungsbrücke", die durch Verbindung eines Aussenleiters mit PE eine "Phase" und einen "Nullleiter" simulieren möchten. Der Betrieb dieser beiden Typen, mit oder ohne RCD, ergibt vier mögliche Schaltungen, die hier vereinfacht dargestellt sind:

Grafik A zeigt einen schutzgetrennten WR im Womo. Der Betrieb ist sicher, da bei einem Isolationsfehler einer der beiden Aussenleiter keine gefährliche Berührungsspannung entsteht. Der Schutzleiter (PE) verbindet als potentialfreier Ausgleich alle Metallgehäuse und das Chassis, sodass selbst bei zwei Isolationsfehlern innerhalb von Gehäusen der Fehlerschutz gewährleistet ist. Dies ist eine sehr sichere und einfache Installation, die ich auch in dieser Form empfehle.

Als Nachteil ist zu erwähnen, dass ein einzelner Fehler zwar nicht gefährlich ist, aber auch keine sonstigen Konsequenzen im Betrieb hat, also nicht bemerkt wird. Es sind Szenarien denkbar, bei denen über die Zeit mehrere Fehler auftreten, die in Summe zu einer gefährlichen Situation führen können. Wer mehr Sicherheit möchte, kann normgerecht vorgehen und nur ein Gerät gleichzeitig betreiben, nur schutzisolierte Geräte verwenden oder eine Isolationsüberwachung installieren. Alternativ kann man auch praxisgerecht vorgehen und seine Anlage gelegentlich durchmessen, analog zur Gasprüfung.

Grafik B zeigt dieselbe Situation mit RCD-Schutzschalter. Dieser wird aber bei einem einfachen Isolationsfehler nicht auslösen, da aufgrund der Schutztrennung kein Fehlerstrom fliesst. Ich empfehle ihn an der Stelle nicht, da er sicherheitstechnisch einen falschen Eindruck erweckt und die Installation komplexer macht. Gefährlicher wird es dadurch aber nicht.  

Es gäbe noch die Möglichkeit, im IT-Netz jede einzelne Steckdose mit einem FI abzusichern, wenn man mehrere Geräte verwendet. Das bringt einen Zusatzschutz gegenüber Mehrfachfehlern, ist aber nicht normgerecht, da Abschaltstrom und -zeit nicht gewährleistet sind. Der saubere Weg zu einer supersicheren Installation ist die Verwendung einer Isolationsüberwachung.

Grafik C zeigt einen Wechselrichter mit "Erdungsbrücke" zu Masse, PE und Chassis. Dadurch wird der andere Aussenleiter zur "Phase". Dieser führt Spannung gegen alle Metallgehäuse und das Chassis, sodass bereits ein einzelner Isolationsfehler zu einer gefährlichen Situation führt. Neben dem fehlenden Fehlerschutz führt diese Schaltung noch zu weiteren Problemen, wie der Verbindung zu den 12V-Netzen des Aufbaus und des Fahrzeugs, die eine sichere oder normgerechte Verwendung dieser Geräte im Womo unmöglich machen. Machbar wäre dies nur im stationären Betrieb mit einer normgerechten Erdung und einer von der Erde getrennten 12V-Versorgung.

Grafik D zeigt dieselbe Situation mit RCD, was aber nur einen Teil der Probleme entschärft: um die gesamte Leitung abzusichern, muss der RCD in den WR eingebaut sein. Selbst dann wird er zwar auslösen, wenn durch einen Isolationsfehler ein Fehlerstrom entsteht. Dieser Fehlerstrom kann aber potentiell tödlich sein, da RCD die Zeit begrenzen und nicht den Strom. RCDs sind daher zum Fehlerschutz weder geeignet noch zugelassen, sie werden nur als Zusatzschutz verwendet. Da andere Probleme wie die Verbindung zum Batterie-Minuspol bestehen bleiben, kann ich von dieser Schaltung nur abraten.

Faustregel: hinter einem Wechselrichter ist ein RCD sinnlos, da er im schutzgetrennten Netz (IT-Netz) nicht funktioniert, und eine Aufhebung der Schutztrennung im Fahrzeug ohne Erdung weder normgerecht noch sicher ist. 

Zuverlässigkeit und Typen von RCD

Es gibt verschiedene Typen von Fehlerstromschutzschaltern. Der Grund ist, dass moderne elektronische Steuerungen Gleichstromanteile im Netz erzeugen können, die einen herkömmlichen RCD vom preiswerten Typ A blockieren können. Es gibt allstromsensitive RCD (Typ B), die auch in diesen Fällen auslösen. Je nach Art der Betriebsmittel ist also die Auswahl des richtigen Typs wichtig. Alle RCD sollen regelmässig geprüft werden, meistens monatlich oder vierteljährlich.

Normgerechte Ausführung

Normen sind hilfreiche Leitfäden für Hersteller, bei deren Beachtung man auch die gültigen sicherheitstechnischen Erfordernisse erfüllt hat. Die herstellerseitige Landstrom-Einspeisung in das Womo ist zum Beispiel abzusichern, weil ja das Wohnmobil aus beliebig leistungsfähigen Quellen versorgt werden kann. Dabei müssen beide Leiter abgesichert sein, seit 2010 ist auch ein RCD vorgeschrieben und in Womos ab Auslieferung erhalten. Steht alles in der DIN VDE 0100-721 VDE 0100-721:2019-10, das ist die Errichtungsnorm für den Landstromanschluss eines Caravans. Möchte man diese Norm auch für die zweite Einspeisung anwenden, die man mit einem Schuko-Stecker und einer NVS baut - auch hier könnte man ja schliesslich ein Landstromkabel anschliessen - müsste man auch hier hinter den Stecker LS und FI schalten. Dieser wird meistens weggelassen, da er bei WR-Einspeisung sinnlos ist - die Leistungsbegrenzung des WR genügt dem Schutz der Leitungen, und ein Fehlerstrom kann bei Schutztrennung nicht entstehen. Der Norm wird man ausserdem trotzdem nicht gerecht, weil eine Einspeisung über Schuko schon sehr lange nicht mehr erlaubt ist, und zwar nicht einmal für den Bestand. Daraus folgt im Umkehrschluss, dass an die Schuko-Einspeisung wirklich nur ein WR für eine Inselanlage angeschlossen werden darf, und kein Landstrom über ein Verlängerungskabel.

Die Menge an Normen sorgt gerne für Begriffsverwirrung: was ich mit 230 V bezeichne, heisst im Haus Niederspannung und im Auto Hochvolt. Ein Womo ist aber ein Auto und kein Haus, vor allem unter elektrischen Gesichtspunkten (Vibration, fehlende Erdung, vorhandene sicherheitsrelevante Fahrzeugelektrik). Die folgenden Praxisbeispiele sollen ein bisschen Licht ins Dunkel bringen, sie sind nach meinem Verständnis normgerecht:

Möglichkeit 1 - Einbau und Betrieb eines Wechselrichters mit Schutztrennung und einer Steckdose zum Versorgen eines Geräts, direkt oder über ein Verlängerungskabel. Bei Verwendung mehrerer Geräte über eine Mehrfachsteckdose müssen alle verwendeten Geräte die Schutzklasse II erfüllen.

Möglichkeit 2 - Einbau und Betrieb eines Wechselrichters mit Schutztrennung und Versorgung separater oder vorhandener Steckdosen im Womo

  • unter Verwendung einer Netzvorrangschaltung (oder sicheren Umschaltung) für die Versorgung vorhandener Steckdosen
  • mit direktem Anschluss an den Wechselrichter - alternativ könnte eine CEE-Verbindung normgerecht sein, eine Schuko-Steckverbindung ist innerhalb einer festen Installation nicht normgerecht
  • mit Isolationsüberwachung (IMD) nach DIN EN 61557-8 (VDE 0413-8) bei Betrieb mehrerer Geräte, wenn nicht alle schutzisoliert sind
  • Errichtung bzw. Abnahme der Anlage durch eine zertifizierte Elektrofachkraft. Diese ist normativ für eine "Elektroinstallation" vorgeschrieben, also wenn ich Anschlussschrauben drehe und nicht nur Schukostecker stöpsele.

Unter Sicherheitsaspekten wirklich wichtig ist die Schutztrennung des WR und die allpolige Trennung der Zuleitungen bei Verwendung einer NVS oder Umschaltung.