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Leitungsschutz verhindert Brände

Christiane Decker Das Thema Leitungsschutz wird zwar an jeder Meisterschule gelehrt, doch Kurzumfragen zeigen, dass aus Zeitgründen wenig gerechnet und viel »aus dem Bauch heraus« gemacht wird. Was man tun kann, um beim Leitungsschutz auf der sicheren Seite zu sein, erklärt dieser Beitrag. Er beruht auf Inhalten, die beim 8. »de-ERFA-Seminar der Elektromeisterinnen« erläutert wurden.

»Es geht darum, Leben zu retten. Über 800 Menschen sterben jedes Jahr bei Hausbränden, und das nicht nur, weil Laien an der Elektroinstallation gearbeitet haben«, sagt Wolfgang Beneke, Verkaufsförderer bei ABB Stotz-Kontakt, einem der größten Sicherungsautomatenhersteller weltweit. Viele sterben, weil die Leitungen nicht ausreichend geschützt sind, so Beneke. Dabei handelt es sich oft um Schäden durch Überstrom, sagt er. »Der Leitung ist es zu warm geworden«, mahnt Beneke (Tabelle 1).

Ende April kamen Deutschlands Elektromeisterinnen für vier Tage auf Einladung von ABB Stotz-Kontakt nach Leipzig. Es war eine spannende Zeit. Zeit für Erfahrungsaustausch und zum Kennenlernen neuer Techniken sowie technischer Grundlagen, unter anderem zum Thema Leitungsschutz.

Risiko NYM-Leitung

Die NYM-Leitung ist gut zu verlegen, mit schönen Bögen, und sie ist billig. Das sind die Vorzüge.

Nun zu den Nachteilen: Fast jeder hat sich schon darüber geärgert, dass Kunststoffe, die der Sonnenwärme ausgesetzt werden (z.B. Gartenstühle), irgendwann brechen. Im Fall der Gartenstühle ist dies ärgerlich, aber nicht weiter schlimm. Anders bei der NYM-Leitung. Auch hier läuft dieser schleichende Prozess ab: Wie jede Leitung erwärmt sich auch die NYM-Leitung bei Stromfluss. Ursache ist der Leiterwiderstand. Jedesmal, wenn sie wärmer als 70 °C wird, z.B. durch Überlastung – ausgelöst durch einen zu hoch gewählten Leitungsschutzschalter – oder durch schlechte Wärmeabfuhr, verflüchtigt sich ein Teil der Weichmacher, das PVC baut sich ab. Dadurch wird die Isolation langsam aber sicher porös (Tabelle 2).

Praktiker berichten über Fälle, bei denen ihnen die Isolation entgegenbröselte, als sie, wie in einem Fall, eine neue Lampe anbringen wollten. Die Folge der PVC-Zersetzung ist ein Kurzschluss innerhalb des Kabels. Nun könnte man meinen, der Kurzschluss wird durch den Leitungsschutzschalter abgeschaltet. Wird er auch, aber die kurze Zeit vom Eintreten des Kurzschlusses bis zum Auslösen des Schutzschalters reicht in manchen Fällen aus, um die Isolation in Brand zu setzen. Und die Isolation brennt sehr gut, praktisch von allein, also trotz schon abgeschaltetem Kurzschluss. Kommt es zum Brand der NYM-Leitung, werden bedingt durch die chemische Zusammensetzung des PVC (Polyvinylchlorid) stechend riechende Salzsäure HCl und das nicht wahrnehmbare Kohlenmonoxid CO freigesetzt. Die Folge ist Tod durch Ersticken. Der PVC-Brand führte einst unter anderem zur Katastrophe beim Düsseldorfer Flughafenbrand.

Dauernde Überlastung

Wie gesagt, es muss unter allen Umständen verhindert werden, dass die NYM-Leitung wärmer als 70 °C wird. Denn ab dieser Temperatur beginnt die Zersetzung der Isolation. Und dieser Prozess ist kumulativ, das heißt, die Isolationsschäden summieren sich. Also führen auch kurzzeitige Überlastungen zu bleibenden Schäden.

Nach Aussagen von Experten lässt sich der Zustand der Isolation nicht messen. Bleibt nur die Sichtprüfung.

In Deutschland beträgt die festgelegte Umgebungstemperatur 25 °C. Also darf ein Strom fließen, der die Leitung höchstens um 45 K erwärmt. Doch wie groß ist dieser Strom, der die Leitung um höchstens 45 K erwärmt? Um diese Frage zu beantworten, muss man etwas tiefer in die Materie einsteigen. Nun, die Erwärmung einer Leitung hängt von mehreren Faktoren ab:

• Strombelastung,
• Querschnitt,
• Anzahl der belasteten Adern,
• Verlegeart,
• Häufung.

Dazu ein alltägliches Beispiel: Es soll eine 3-adrige NYM-Leitung (1,5 mm², zwei Adern belastet, keine Häufung) im Elektroinstallationsrohr in der Wand verlegt werden. Dann gilt (Verlegeart gemäß DIN VDE 0298-4 (VDE 0298 Teil 4):1998-11) Verlegeart B2.

Bei 30 °C Umgebungstemperatur ergibt sich eine Belastbarkeit von 16,5 A. Bei einer zulässigen Betriebstemperatur des Kabels von 70 °C lautet der Umrechnungsfaktor 1,06. Der Umrechnungsfaktor kommt daher, weil in Deutschland 25 °C als Umgebungstemperatur festgelegt sind. Daraus resultiert eine zulässige Belastbarkeit des Kabels (I_Z) von 17,5 A (1,06 · 16,5A = 17,5A). Gemäß der Formel (Zuordnung der Schutzeinrichtungen gemäß DIN VDE 0100-430 (VDE 0100 Teil 430):1991-11)

wird ein LS-Schalter mit I_n = 16 A (I_n = Nennstrom der Schutzeinrichtung) gewählt. Der Betriebsstrom des Stromkreises (I_b) darf also höchstens 16 A betragen. Angenommen, dieser Stromkreis ist für den Anschluss einer 3,5-kW-Bügelmaschine vorgesehen. Der Betriebsstrom beträgt demnach 15,22 A. Die VDE-Bestimmung ist erfüllt (Bild 1). Der Stromkreis ist für diese Anforderung richtig dimensioniert. Doch nun könnte ein Laie irgendwann auf die Idee kommen, in jenem Arbeitsraum, in dem schon die 3,5-kW-Bügelmaschine betrieben wird, an die Steckdose noch ein 860-W-Klimagerät anzuschließen.

Bild 1: Eine alltägliche, zulässige Situation: Eine NYM-Leitung (Strombelastbarkeit des Kabels = 17,5 A) führt einen Strom von 15,22 A. Der Kreis ist mit 16 A abgesichert

Bild 2: Hier wurde, zusätzlich zu der 3,5-kW-Last in Bild 1 noch ein 860-W-Klimagerät angeschlossen. Nun beträgt der Betriebsstrom 18,96 A. Obwohl der Kreis mit einem B-16-LS-Schalter abgesichert ist, löst der LS-Schalter nicht aus. Das liegt an dessen Stromhaltevermögen

Dann passiert Folgendes: Die Leistung der Bügelmaschine beträgt 3,5 kW, die des Klimageräts 860 W. Macht zusammen 4360 W. Jetzt fließt also ein Betriebsstrom von 18,96 A. Demnach wird die 17,5-A-Leitung mit der 1,08-fachen zulässigen Strombelastbarkeit des Kabels betrieben (Bild 2). Diese Anordnung befindet sich im Überlastbereich. Man sollte meinen, dass der LS-Schalter mit seinen 16 A auslöst. Das macht er aber nicht unbedingt, da ein 16-A-LS-Schalter so gebaut ist, dass er

• 16 A (I_n) sicher hält
• einen gewissen, nicht definierten Überstrom zulässt und
• bei 23,2 A = 1,45 · I_n sicher abschaltet (Bild 3).

So wird also in diesem Fall die NYM-Leitung für längere Zeit überlastet. Gemäß Tabelle 1 lässt sich bei dieser beispielhaften Belastung eine Leitertemperatur von ca. 76,7 °C berechnen. Doch das ist nicht zulässig, denn das senkt die Lebensdauer der Leitung.

Diese Überlegungen sind dem Kunden gänzlich unklar. Er verlässt sich auf seinen Elektroinstallateur. Für ihn zählt lediglich die Steckdose in der Wand. Und so lange keine »Sicherung« auslöst, ist für ihn alles in Ordnung. Er hat überhaupt keine Veranlassung an der Elektroinstallation zu zweifeln.

Doch erhält der Elektroinstallateur vom Zustand der dauernden Überlastung Kenntnis, z.B. im Rahmen des E-Check, muss bei einer solchen Elektroinstallation des Arbeitsraums etwas unternommen werden. »Problem erkannt, Gefahr gebannt«, sagt Wolfgang Beneke, und fügt hinzu: »Langfristig betrachtet könnte die Leitung irgendwann brennen. Um das zu verhindern, muss der E-Check Pflicht für alle Gewerbebetriebe und Haushalte werden.«

Was die Häufung bewirkt

Fest steht, die Leitung ist durch das Klimagerät überlastet. Also könnte man einfach eine zweite Leitung (für das Klimagerät und andere Kleingeräte) einziehen, schließlich ist das Elektroinstallationsrohr vorhanden. Aus Preis- und Platzgründen wird wieder die gleiche Leitung wie bei der für die Bügelmaschine gewählt (NYM, 3-adrig, 1,5 mm², zwei Adern belastet). Das müsste schon passen, könnte man meinen. Denn wenn es vorher – zwar mit Mühe und Not – eine Leitung geschafft hat, sollte es mit zwei Leitungen im Rohr ganz bestimmt keinen Ärger geben. »Fast niemand berücksichtigt die Häufung der Leitungen. Das ist ganz schlimm. Und dabei ist es doch wirklich nicht schwer«, so Wolfgang Beneke.

Unter Berücksichtigung der Häufung (Umrechnungsfaktoren für Häufung gemäß DIN VDE 0298-4 (VDE 0298 Teil 4):1998-11) ergibt sich eine neue zulässige Strombelastbarkeit des Kabels (I_Z), der Faktor 0,8 kommt übrigens von der Häufung:

Jetzt betrachten wir nur den Stromkreis mit der Bügelmaschine. Die zulässige Strombelastbarkeit des Kabels (I_Z) ist mit 14 A also kleiner als der Betriebsstrom der Bügelmaschine mit 15,22 A. Die Formel

ist nicht erfüllt. Gemäß VDE geht das auf keinen Fall, denn der Betriebsstrom darf niemals größer sein als die Strombelastbarkeit des Kabels. Das leuchtet ein.

Größerer Querschnitt

Man kann es hin und her wenden wie man will: Abhilfe schafft nur eine zweite Leitung außerhalb des Rohres bzw. das Erneuern der alten. Nehmen wir an, es wird der Auftrag zum Verlegen einer neuen Leitung im Elektroinstallationsrohr erteilt. Diesmal handelt es sich um eine 3-adrige NYM-Leitung (2,5 mm², keine Häufung, zwei Adern belastet). Auch hier gilt Verlegeart B2. Bei 30 °C Umgebungstemperatur ergibt sich eine Belastbarkeit von 20 A. Bei einer zulässigen Betriebstemperatur des Kabels von 70 °C lautet der Umrechnungsfaktor 1,06. Dadurch ergibt sich eine zulässige Belastbarkeit des Kabels (I_Z) von 21,2 A. Gemäß der Formel

wählen wir nun einen LS-Schalter mit I_n = 20 A. Der Betriebsstrom des Stromkreises (I_b) darf also höchstens 20 A betragen. Es sei daran erinnert: Wenn die Bügelmaschine und das Klimagerät in Betrieb sind, ergibt sich eine Leistung von 4,36 kW. Demnach beträgt der Betriebsstrom (I_b) 18,96 A (Bild 4). Allerdings ist darauf zu achten, dass Schutzkontaktstecker maximal mit 16 A belastbar sind. Deshalb müssen die einzelnen Steckdosen mit jeweils 16-A-LS-Schaltern zusätzlich abgesichert werden, am besten mit einer professionellen Steckdosenkombination.

Bild 4: Im Vergleich zu Bild 2 wurde hier eine NYM-Leitung mit 2,5 mm2 verlegt

Fazit

Um langfristig Brände zu verhindern, müssen die Leitungen vor länger andauernder Überlast geschützt werden. Das lässt sich z.B. durch einen empfindlicheren Leitungsschutz, z.B. B-13-LS-Schalter, erreichen. Wo mit größeren Belastungen zu rechnen ist, sollten größere Querschnitte gewählt werden – so erwärmt sich die Leitung weniger. Auf jeden Fall ist bei entsprechender Leitungsführung die Häufung zu berücksichtigen. Auch der Einsatz von halogenfreien Leitungen kann die Brandlast senken. Sie sind z.B. bei öffentlichen Gebäuden in Bayern vorgeschrieben und verhindern das Freisetzen von Salzsäure im Brandfall.

Dipl.-Ing. (FH) Christiane Decker, Redaktion »de«