06 – Schutz durch automatische Abschaltung (TN-, TT-, IT-System)

Autor: DerSchneider

Einleitung: Wenn der Fehlerfall die Sicherheit fordert

Die automatische Abschaltung der Stromversorgung ist die weltweit am häufigsten eingesetzte Fehlerschutzmaßnahme. Das Prinzip: Bei einem Isolationsfehler (z. B. Phase berührt Metallgehäuse) muss der Fehlerstrom so schnell und sicher unterbrochen werden, dass keine gefährliche Körperdurchströmung auftritt.

Dieser Artikel vertieft die Schutzmaßnahmen für jedes Netzsystem – mit Berechnungsbeispielen, typischen Fehlern und konkreten Messvorschriften.

1. Das gemeinsame Prinzip aller automatischen Abschaltungen

Unabhängig vom Netzsystem gilt:

• Der Fehlerstrom muss einen definierten Pfad zurück zur Quelle haben.
• Ein Schutzorgan (Überstromschutz oder RCD) erkennt den Fehlerstrom und schaltet ab.
• Die Abschaltzeit muss kurz genug sein, um tödliche Herzflimmern zu vermeiden (abhängig von Spannung, Körperwiderstand, Netzfrequenz).

Die Norm legt maximale Abschaltzeiten fest (siehe Artikel 05). In der Praxis bedeutet das: Sie müssen nachweisen, dass die Schleifenimpedanz (TN) oder der Erdungswiderstand + RCD (TT) diese Bedingungen einhalten.

2. TN-System – Abschaltung durch Überstromschutz

Funktionsweise:
Der Fehlerstrom fließt vom Gehäuse über den Schutzleiter (PE) zurück zum Transformator-Sternpunkt (wo PE und N verbunden sind). Da der Widerstand dieses Pfads klein ist, entsteht ein hoher Kurzschlussstrom. Der Leitungsschutzschalter oder die Sicherung löst aus.

Berechnungsbeispiel:
Gegeben: Endstromkreis, Leitungsschutzschalter B16 (Charakteristik B, 16 A).
Maximale Abschaltzeit: 0,4 s.
Für B16 benötigt man den 5‑fachen Bemessungsstrom, um magnetisch auszulösen: 5 × 16 A = 80 A.
Der minimale Kurzschlussstrom muss also mindestens 80 A betragen.
Daraus ergibt sich die maximal zulässige Schleifenimpedanz:$$Z_s\le \frac{U_0}{I_{min}}=\frac{230\text{V}}{80\text{A}}=2,875\mathrm{\Omega }$$Zs​≤Imin​U0​​=80A230V​=2,875Ω

Sicherheitsbeiwert (z. B. 0,8 wegen Temperatur) → Praxiswert ca. 2,3 Ω.

Praxistipp: Messen Sie die Schleifenimpedanz an der am weitesten entfernten Steckdose. Liegt der Wert höher, müssen Sie entweder einen RCD einbauen (der dann die Abschaltung übernimmt) oder den Leiterquerschnitt erhöhen.

Typische Fehler im TN-System:

• Verwendung eines zu großen Leitungsschutzschalters (z. B. B20 statt B16) – die benötigte Schleifenimpedanz wird kleiner, die Leitung zu lang.
• PEN-Leiter nach der Trennung wieder zusammengeführt (verboten! Gefahr von Neutralleiterunterbrechung und hohen Berührungsspannungen).
• Schleifenimpedanz nur in der Verteilung gemessen – nicht am entferntesten Punkt.

3. TT-System – Abschaltung zwingend mit RCD

Funktionsweise:
Der Fehlerstrom fließt vom Gehäuse über den Schutzleiter zur örtlichen Erdungsanlage (z. B. Erder) und von dort durch die Erde zurück zum Transformator-Sternpunkt (der ebenfalls geerdet ist). Der Erdungswiderstand ist meist hoch (50 Ω bis 500 Ω), daher ist der Fehlerstrom klein – zu klein für einen Überstromschutz. Deshalb schreibt die Norm zwingend einen RCD vor.

Berechnungsbeispiel:
Angenommen, der Erdungswiderstand der Anlage (RA) beträgt 100 Ω, der des Netzes (RB) 10 Ω (vernachlässigt, da meist kleiner). Der Fehlerstrom:$$I_F\approx \frac{230\text{V}}{100\mathrm{\Omega }+10\mathrm{\Omega }}\approx 2,1\text{A}$$IF​≈100Ω+10Ω230V​≈2,1A

Ein Leitungsschutzschalter B16 würde bei 2,1 A nicht auslösen. Ein 30‑mA‑RCD dagegen löst bereits bei 30 mA aus – sicher.

Randbedingung nach VDE 0100-410:
Damit der RCD zuverlässig auslöst, darf die Berührungsspannung im Fehlerfall 50 V (AC) nicht überschreiten:$$R_A\cdot I_{\mathrm{\Delta }n}\le 50\text{V}$$RA​⋅IΔn​≤50V

Für einen 30‑mA‑RCD: $R_A\le 50\text{V}\mathrm{/}0,03\text{A}=1667\mathrm{\Omega }$RA​≤50V/0,03A=1667Ω. Das ist fast immer erfüllt, solange ein Erdungsanschluss existiert.

Praxistipp: Messen Sie den Erdungswiderstand RA (z. B. mit Dreipunkt-Messgerät). Liegt er über 1667 Ω, muss der RCD kleiner gewählt werden (10 mA) oder die Erdung verbessert werden.

Typische Fehler im TT-System:

• Kein RCD vorhanden (dann kein Fehlerschutz – lebensgefährlich!).
• Falscher RCD-Typ (z. B. Typ A statt Typ F bei Frequenzumrichtern).
• Erdungswiderstand nicht gemessen – könnte zu hoch sein.

4. IT-System – Erster Fehler kein Abschalten, zweiter Fehler gefährlich

Funktionsweise:
Der Sternpunkt des Transformators ist nicht direkt geerdet, sondern hochohmig (z. B. über 1000 Ω) oder isoliert. Bei einem ersten Fehler (z. B. L1 berührt Gehäuse) fließt nur ein sehr kleiner kapazitiver Fehlerstrom (meist < 1 A). Das ist nicht gefährlich und die Anlage kann weiterbetrieben werden – wichtig für medizinische Räume oder Schiffe.

Ein Isolationsüberwachungsgerät (IÜ) überwacht dauerhaft den Isolationswiderstand und gibt bei Unterschreitung eines Grenzwerts (z. B. 50 kΩ) Alarm.

Erst bei einem zweiten Fehler (auf einem anderen Leiter, z. B. L2 berührt ein anderes Gehäuse) entsteht ein Kurzschluss zwischen den beiden Außenleitern. Dann muss abgeschaltet werden – entweder durch Überstromschutz (wenn die Schleifenimpedanz klein genug ist) oder durch RCD (wenn die Anlage als TT/IT mit RCD aufgebaut ist).

Besonderheit: In IT-Systemen ohne Neutralleiter (3-Leiter) darf nach dem zweiten Fehler der Überstromschutz auslösen. Mit Neutralleiter (4-Leiter) sind besondere Bedingungen zu beachten.

Praxistipp: Prüfen Sie regelmäßig das Isolationsüberwachungsgerät (Funktionstest). Ein defektes IÜ macht das IT-System unsicher.

Typische Fehler im IT-System:

• Kein IÜ installiert (Verstoß gegen Norm).
• Zweiter Fehler wird nicht beachtet – es kommt zu Doppelfehlern mit hohen Strömen.
• Verwendung von RCDs im IT-System ohne Anpassung (nicht alle RCDs arbeiten bei IT zuverlässig).

5. Vergleich der Abschaltbedingungen – Tabelle

6. Messpraxis – Welches Messgerät für welches System?

7. Kontroversen und Grauzonen

• TN-C-S – RCD nach der PEN-Trennung?
  Nach der Trennung von PEN in PE und N darf der RCD im N-Pfad keine Unterbrechung haben (einpolige RCDs unzulässig). Es sind nur mehrpolige RCDs erlaubt, die alle aktiven Leiter (auch N) schalten.
• IT-System mit RCD – sinnvoll oder nicht?
  Manche Prüfer setzen RCDs auch im IT-System ein, um beim zweiten Fehler schnell abzuschalten. Das ist zulässig, aber der RCD muss für IT geeignet sein (nicht alle Typen arbeiten zuverlässig).
• Abschaltzeiten im TN-System – wirklich 0,4 s?
  Die Norm differenziert: 0,4 s für Endstromkreise ≤ 32 A, 0,2 s für Verteilungsstromkreise und Endstromkreise > 32 A. Viele Planer nehmen pauschal 0,4 s – das kann bei langen Verteilungsleitungen zu gefährlich langen Abschaltzeiten führen.

Checkliste für die Praxis

• Netzsystem eindeutig identifiziert (TN, TT, IT)?
• TN-System: Schleifenimpedanz am entferntesten Punkt gemessen und mit Grenzwert (abgeleitet aus LS-Charakteristik) verglichen?
• TT-System: Erdungswiderstand RA gemessen und RCD mit IΔn ≤ 30 mA vorhanden? Gilt RA · IΔn ≤ 50 V?
• IT-System: Isolationsüberwachungsgerät (IÜ) installiert und funktionsgeprüft? Alarm getestet?
• Für den zweiten Fehler im IT-System: Ist die Abschaltung durch Überstromschutz oder RCD gewährleistet?
• Alle verwendeten RCDs sind für das jeweilige Netzsystem und die angeschlossenen Verbraucher geeignet (Typ A, F, B)?

Fazit und Ausblick

Die automatische Abschaltung ist ein ausgereiftes, aber fehlerträchtiges System. TN ist einfach, aber leitungslängenbegrenzt. TT ist sicher bei RCD, erfordert aber Erdungsmessung. IT ist hochverfügbar, aber komplex. In der Praxis sind Mischformen (z. B. TN-C-S mit zusätzlichen RCDs für Steckdosen) am häufigsten.

Im nächsten Artikel (07) schauen wir auf das Herzstück der Fehlerschutzpraxis: „RCDs richtig einsetzen: Typen, Selektivität, Einsatzbereiche“.