{"id":7797,"date":"2026-10-25T12:11:10","date_gmt":"2026-10-25T12:11:10","guid":{"rendered":"https:\/\/technodidact.de\/?p=7797"},"modified":"2026-10-25T12:11:11","modified_gmt":"2026-10-25T12:11:11","slug":"gleichstrom-schalten-warum-der-lichtbogen-nicht-loslaesst-und-was-wirklich-schuetzt","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/technodidact.de\/en\/gleichstrom-schalten-warum-der-lichtbogen-nicht-loslaesst-und-was-wirklich-schuetzt\/","title":{"rendered":"Gleichstrom schalten: Warum der Lichtbogen nicht losl\u00e4sst und was wirklich sch\u00fctzt"},"content":{"rendered":"

Von DerSchneider<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Es gibt einen physikalischen Grund, warum das Schalten von Gleichstrom seit jeher als heikler gilt als das von Wechselstrom: den fehlenden Nulldurchgang. Im AC-Netz wird der Strom hundertmal pro Sekunde null. In diesem Moment verliert ein entstehender Lichtbogen seine Energiezufuhr, k\u00fchlt ab, und die Schaltstrecke bleibt frei. Bei Gleichstrom gibt es diesen Moment nicht. Der Lichtbogen brennt weiter, stabil und hei\u00df, bis entweder die Spannung zusammenbricht oder die Kontakte zerst\u00f6rt sind. Mit dem Vordringen von Photovoltaik, Batteriespeichern und DC-Industrienetzen r\u00fcckt diese alte Erkenntnis in eine neue Praxis: Die Schutzkonzepte, die im AC-Bereich jahrzehntelang verl\u00e4sslich funktionierten, lassen sich nicht einfach \u00fcbertragen.<\/p>\n\n\n\n

Die Physik: Warum DC-Lichtb\u00f6gen hartn\u00e4ckig sind<\/h3>\n\n\n\n

Ein Lichtbogen ist ein Plasma \u2013 ein ionisiertes Gas, das durch hohe Temperatur selbst zum Leiter wird. Im Inneren der Lichtbogens\u00e4ule herrschen Temperaturen von \u00fcber 10.000 Kelvin . Im Wechselstromkreis erzwingt der periodische Stromnulldurchgang eine Abk\u00fchlung und Rekombination der Ladungstr\u00e4ger. Der Kanal bricht zusammen, die Strecke bleibt frei. Im Gleichstromkreis fehlt dieser nat\u00fcrliche L\u00f6schimpuls. Das Plasma wird kontinuierlich mit Energie nachgeliefert und bleibt bestehen, bis die Spannung nicht mehr ausreicht oder der Kontaktabstand zu gro\u00df geworden ist.<\/a><\/p>\n\n\n\n

Die TU Dresden hat dieses Verhalten systematisch untersucht. Bei St\u00f6rlichtb\u00f6gen in Batteriesystemen zeigte sich: Der Ladezustand der Batterie (State of Charge, SOC) hat einen hohen Einfluss auf den Kurzschlussstrom und den Lichtbogenstrom, w\u00e4hrend der Einfluss auf die Spannung gering ist . Das ist relevant f\u00fcr die Auslegung von Schutzsystemen, denn es bedeutet, dass die Gef\u00e4hrdung nicht statisch ist, sondern vom Betriebszustand der Quelle abh\u00e4ngt.<\/a><\/p>\n\n\n\n

Die Gefahren: Was tats\u00e4chlich droht<\/h3>\n\n\n\n

Thermische Gef\u00e4hrdung des Menschen.<\/strong> Die DGUV Information 203-077 enth\u00e4lt seit ihrer zweiten Ausgabe von September 2020 ein eigenes Berechnungsverfahren f\u00fcr Lichtbogenenergien in DC-Systemen. Es basiert auf einer empirischen N\u00e4herungsgleichung f\u00fcr die Lichtbogenspannung und einem iterativen Verfahren zur Bestimmung des Lichtbogenkurzschlussstroms . Die Gleichung lautet:<\/p>\n\n\n\n

U_LB = (34 + 0,532 \u00b7 d) \u00b7 I_kLB^0,12<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Dabei ist d der Elektrodenabstand in Millimetern und I_kLB der Lichtbogenkurzschlussstrom in Ampere . Die Dresdner Messungen am National Arc fault Research Center (NARC) zeigen eine gute \u00dcbereinstimmung zwischen Messung und Berechnung nach diesem Verfahren \u2013 die Abweichungen liegen \u00fcberwiegend zwischen -10 und +10 Prozent . Die DGUV-Information ist also eine belastbare Grundlage f\u00fcr die PSA-Auswahl, jedenfalls f\u00fcr die untersuchten Konfigurationen.<\/a><\/p>\n\n\n\n

Gleichzeitig bleibt eine Einschr\u00e4nkung: Die Forschung zu DC-Lichtb\u00f6gen ist noch nicht abgeschlossen. Eine \u00dcbersichtsarbeit aus dem Jahr 2025 stellt fest, dass es \u201ekeinen einheitlich akzeptierten Algorithmus“ f\u00fcr die DC-Lichtbogenberechnung gibt. NFPA 70E-2024 bietet die Maximum-Power-Methode im Anhang, und die DGUV-Information bietet das iterative Verfahren \u2013 aber eine vergleichende Bewertung zeigt, dass verschiedene Methoden zu unterschiedlichen Ergebnissen f\u00fchren k\u00f6nnen . Wer eine DC-Anlage auslegt, sollte daher nicht blind einer einzelnen Methode vertrauen, sondern die Sensitivit\u00e4t der Ergebnisse im Blick behalten.<\/a><\/a><\/p>\n\n\n\n

Anlagenschutz und die offene Frage der Grenzwerte.<\/strong> Die Schutzkonzepte f\u00fcr den Anlagenfunktionsschutz in AC-Systemen basieren auf maximal zul\u00e4ssigen Werten f\u00fcr die Lichtbogenenergie. Ob diese Werte auf DC-Systeme \u00fcbertragbar sind, ist eine offene Forschungsfrage. Das NARC untersucht, wie die Lichtbogenenergie auf ein zul\u00e4ssiges Ma\u00df begrenzt werden kann, und welche Anforderungen an die Erkennungs- und Abschaltgeschwindigkeit von Schutzsystemen daraus folgen . Eine abschlie\u00dfende Antwort steht aus.<\/a><\/p>\n\n\n\n

Serielle und parallele Lichtb\u00f6gen.<\/strong> Das NARC unterscheidet zwei grundlegende Fehlerarten: Serielle St\u00f6rlichtb\u00f6gen treten innerhalb eines Leiters auf, etwa an einer korrodierten Klemmstelle. Der Strom liegt im Bereich des Laststroms, und weder \u00dcberstromschutz noch Fehlerstromschutz erkennen den Fehler zuverl\u00e4ssig. Parallele St\u00f6rlichtb\u00f6gen entstehen zwischen verschiedenen Potentialen; der Strom erreicht Kurzschlussniveau von mindestens 1 kA, und die Abschaltung muss im Millisekundenbereich erfolgen .<\/a><\/p>\n\n\n\n

Die Normen: Klare Verbote und offene Flanken<\/h3>\n\n\n\n

Halbleiter d\u00fcrfen nicht trennen.<\/strong> Nach DIN VDE 0100-530 Abschnitt 537.2.2 d\u00fcrfen Halbleiterbauelemente nicht als Trennstelle verwendet werden. Ausschlie\u00dflich aus Halbleitern aufgebaute Schaltvorrichtungen sind nicht zum Freischalten zul\u00e4ssig. Eine Hybrid-Schaltvorrichtung \u2013 Halbleiter plus mechanische Trennstrecke mit ausreichenden Luft- und Kriechstrecken \u2013 kann jedoch f\u00fcr das Freischalten geeignet sein . Das ist der entscheidende Unterschied: Der Halbleiter unterbricht den Strom, die Mechanik stellt die galvanische Trennung her.<\/a><\/a><\/p>\n\n\n\n

Steckverbinder sind keine Schalter.<\/strong> Im Allgemeinen d\u00fcrfen Steckverbinder nicht f\u00fcr das betriebsm\u00e4\u00dfige Schalten verwendet werden. Nur spezielle CBC-Steckverbinder nach DIN EN 61984 sind f\u00fcr das Trennen unter Last vorgesehen \u2013 und f\u00fcr DC-Anwendungen fehlen laut der Normungs-Roadmap Gleichstrom im Niederspannungsbereich noch geeignete Pr\u00fcfparameter .<\/a><\/p>\n\n\n\n

DC-Ger\u00e4tenormen existieren, aber AC-Zulassung bedeutet nichts.<\/strong> F\u00fcr Leitungsschutzschalter gilt DIN EN IEC 60898-3 (VDE 0641-13) f\u00fcr DC-Anwendungen. Die Norm ist f\u00fcr Gleichstrom-Leitungsschutzschalter bis 440 V DC, 125 A und 10.000 A Schaltverm\u00f6gen anwendbar . Ein AC-gepr\u00fcfter Leitungsschutzschalter ist jedoch nicht automatisch f\u00fcr DC zugelassen. Sein magnetisches Ausl\u00f6severhalten und sein Schaltverm\u00f6gen f\u00fcr DC sind oft nicht gepr\u00fcft. Die DC-Zulassung muss beim Hersteller ausdr\u00fccklich vorliegen.<\/a><\/p>\n\n\n\n

Die f\u00fcnf Sicherheitsregeln gelten.<\/strong> Freischalten, gegen Wiedereinschalten sichern, Spannungsfreiheit feststellen, Erden und Kurzschlie\u00dfen, benachbarte Teile abdecken \u2013 diese Regeln nach DIN VDE 0105-100 gelten auch f\u00fcr DC-Anlagen. Aber ihre Anwendung setzt voraus, dass die Anlage die M\u00f6glichkeit bietet, sie einzuhalten. Eine PV-Anlage, die tags\u00fcber nicht abschaltbar ist, entzieht sich der ersten Regel.<\/p>\n\n\n\n

Die Mittel: Was tats\u00e4chlich sch\u00fctzt<\/h3>\n\n\n\n

Spezialisierte DC-Schalter.<\/strong> Elektromechanische DC-Leitungsschutzschalter nutzen Permanentmagnete, um den Lichtbogen von den Kontakten weg in L\u00f6schkammern zu treiben, wo er durch Bleche gek\u00fchlt und in Teilb\u00f6gen zerlegt wird. Diese Ger\u00e4te sind robust und unempfindlich gegen elektromagnetische St\u00f6rungen. Ihre DC-Zulassung muss explizit vorliegen.<\/p>\n\n\n\n

Hybride Schalter.<\/strong> Der Halbleiter \u00fcbernimmt die Stromunterbrechung und verhindert den Lichtbogen, der mechanische Kontakt stellt die galvanische Trennung sicher. Diese Kombination erf\u00fcllt die normative Anforderung an eine Trennstelle, die ein reiner Halbleiter nicht erf\u00fcllen kann .<\/a><\/p>\n\n\n\n

Vollst\u00e4ndig elektronische Leistungsschalter.<\/strong> Sie unterbrechen rein halbleiterbasiert in Mikrosekunden und sind f\u00fcr Anwendungen mit extrem schnell ansteigenden Fehlerstr\u00f6men geeignet. Aber auch sie entbinden nicht von der Pflicht zur mechanischen Trennstelle f\u00fcr Wartungsarbeiten.<\/p>\n\n\n\n

Pers\u00f6nliche Schutzausr\u00fcstung (PSA).<\/strong> Die DGUV Information 203-077 ist die zentrale Handlungsanleitung f\u00fcr die Bewertung der thermischen Gef\u00e4hrdung durch St\u00f6rlichtb\u00f6gen und die Auswahl der PSA. F\u00fcr DC-Systeme enth\u00e4lt sie das iterative Berechnungsverfahren mit der N\u00e4herungsgleichung f\u00fcr die Lichtbogenspannung . Die Auswahl erfolgt \u00fcber die Gef\u00e4hrdungsbeurteilung. Angesichts der noch laufenden Forschung zur Vergleichbarkeit verschiedener Berechnungsmethoden ist eine konservative Auslegung ratsam, solange keine normativ abgesicherte einheitliche Methode existiert.<\/p>\n\n\n\n

Arbeitsschutz jenseits der Technik<\/h3>\n\n\n\n

Die f\u00fcnf Sicherheitsregeln gelten selbstverst\u00e4ndlich auch f\u00fcr DC. Die DGUV Regel 103-012 regelt Arbeiten unter Spannung, die DGUV Vorschrift 3 die Pflichten des Betreibers. Was fehlt, ist eine durchg\u00e4ngige Abbildung der DC-spezifischen Gef\u00e4hrdungen in diesen Regelwerken. Die Normungs-Roadmap Gleichstrom im Niederspannungsbereich des VDE\/DKE benennt diese L\u00fccke und arbeitet an einer Integration .<\/a><\/a><\/p>\n\n\n\n

Bis dahin gilt: Die Gef\u00e4hrdungsbeurteilung muss die DC-Besonderheiten eigenst\u00e4ndig erfassen \u2013 den fehlenden Nulldurchgang, die begrenzte L\u00f6schf\u00e4higkeit mechanischer Schalter, die offene Frage einer einheitlichen Berechnungsmethode f\u00fcr Lichtbogenenergien und die Tatsache, dass viele Schutzorgane f\u00fcr DC nicht qualifiziert sind.<\/p>\n\n\n\n

Fazit<\/h3>\n\n\n\n

Gleichstrom ist auf dem Vormarsch, und das ist gut f\u00fcr die Energieeffizienz. Aber die Sicherheitsinfrastruktur h\u00e4lt erst Schritt f\u00fcr Schritt mit. Die Normen sind auf dem Weg, die Forschung arbeitet an den offenen Fragen, und die Ger\u00e4tetechnik hat f\u00fcr viele Anwendungen tragf\u00e4hige L\u00f6sungen. Was fehlt, ist ein fl\u00e4chendeckendes Bewusstsein daf\u00fcr, dass DC nicht einfach \u201eAC ohne Nulldurchgang“ ist.<\/p>\n\n\n\n

Drei Dinge geh\u00f6ren in jede Planung: Erstens, pr\u00fcfe die DC-Zulassung jedes Schaltger\u00e4ts und Schutzorgans \u2013 AC-Zulassung bedeutet nichts. Zweitens, verlasse dich nicht auf Halbleiter als Trennstelle; die mechanische Trennung bleibt Pflicht. Drittens, nutze die DGUV Information 203-077 f\u00fcr die PSA-Auswahl, aber bleibe dir bewusst, dass die Methodenvielfalt bei DC-Lichtbogenberechnungen noch keine einheitliche Antwort kennt.<\/p>\n\n\n\n

Die Technikgeschichte lehrt, dass Sicherheitsstandards oft erst nach Schadensf\u00e4llen nachziehen. Es w\u00e4re ein Fortschritt, wenn die DC-Sicherheit diese Lektion vorwegn\u00e4hme.<\/p>\n\n\n\n

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Quellen<\/strong><\/p>\n\n\n\n

    \n
  1. DGUV Information 203-077: \u201eThermische Gef\u00e4hrdung durch St\u00f6rlichtb\u00f6gen \u2013 Hilfestellung zur Auswahl der PSA“, Ausgabe September 2020, Anhang 3.4.4.1 (Iteratives Verfahren f\u00fcr DC-Systeme) .<\/li>\n\n\n\n
  2. M. Bruhns, P. Schegner: \u201eUntersuchung von St\u00f6rlichtb\u00f6gen in Batteriesystemen“, NARC, TU Dresden, VDE AK 1 Sitzung, 01.12.2025 .<\/a><\/li>\n\n\n\n
  3. DIN VDE 0100-530:2018-06, Abschnitt 537.2.2 (Halbleiter nicht als Trennstelle) .<\/a><\/li>\n\n\n\n
  4. E DIN VDE 0100-537, Abschnitt 537.2.2; Elektropraktiker: \u201eDie f\u00fcnf Sicherheitsregeln \u2013 Ihre Anwendung sowohl in AC- als auch DC-Niederspannungs-Anlagen“, 2019 .<\/a><\/li>\n\n\n\n
  5. DIN EN IEC 60898-3 \/ VDE 0641-13:2026-09, Gleichstrom-Leitungsschutzschalter .<\/a><\/li>\n\n\n\n
  6. DKE: \u201eGerman Standardization Roadmap Low Voltage DC“, Version 2 .<\/a><\/a><\/li>\n\n\n\n
  7. M. Bruhns, R. Herrmann, P. Schegner: \u201eForschung zu stromstarken NS-St\u00f6rlichtb\u00f6gen am NARC der TU Dresden“, 674. VDE Elektrotechnisches Kolloquium, 03.12.2025 .<\/a><\/li>\n\n\n\n
  8. Yang Peng: \u201eReview of DC Arc Flash Calculation Methods for Photovoltaic Systems“, \u7535\u529b\u52d8\u6d4b\u8bbe\u8ba1, 2025(2): 29-37 .<\/a><\/a><\/li>\n<\/ol>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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