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Wallboxen und FI-Schutzschalter: Welche Vorteile ein eingebautes RCD hat

10. Januar 2024

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Wenn du dein Elektroauto ohne einen FI-Schutzschalter lädst, dann riskierst du im Fehlerfall einen elektrischen Schlag oder einen Brand. Das kann dich und andere Menschen oder Sachwerte in deiner Umgebung schädigen. Denn wir Menschen haben kein Sinnesorgan, um elektrische Gefahren zu erkennen. Wir können nicht erkennen, ob eine Steckdose oder ein Kabel unter Spannung steht oder ob ein Gerät einen Fehlerstrom erzeugt. Deshalb brauchen wir Schutzmaßnahmen, die uns vor den Folgen des elektrischen Schlages und Brandgefahren bewahren.

Die Elektrotechnik hat sich seit mehr als einem Jahrhundert mit dem Schutz vor elektrischen Gefahren beschäftigt. Schon im Jahr 1893 wurden vom VDE, dem Verband der Elektrotechnik, Vorschriften für das Errichten elektrischer Niederspannungsanlagen erarbeitet. Und nur zwei Jahre später gab es schon Sicherheitsvorschriften für elektrische Starkstromanlagen.

Eine der wichtigsten Schutzmaßnahmen ist das RCD (Residual Current Device), umgangssprachlich auch FI-Schutzschalter genannt. Ein RCD ist ein Gerät, das den Stromkreis trennt, wenn es einen Fehlerstrom erkennt. Ein Fehlerstrom ist ein Strom, der nicht mehr in den Stromkreis zurückfließt, sondern über einen anderen Weg abfließt.

In diesem Blogartikel erfährst du, welche Arten von FI-Schutzschaltern es gibt, wie sie funktionieren und wie sie sich unterscheiden. Außerdem stellen wir dir eine neue Wallbox mit integriertem FI-Schutzschalter vor, die dir und deiner Elektrofachkraft viele Vorteile bietet. Wenn du also mehr über Wallboxen und FI-Schutzschalter wissen willst, dann lies weiter.

 

Was ist ein FI-Schutzschalter und warum ist er wichtig?

Ein FI-Schutzschalter ist ein wichtiges Sicherheitsgerät, das dich vor einem elektrischen Schlag schützen kann. Der FI-Schutzschalter trennt den Stromkreis automatisch, wenn er einen Fehlerstrom erkennt. Er detektiert Fehlerströme, die aufgrund eines Isolationsfehlers fließen, lange bevor eine konventionelle Sicherung diesen Fehler erfassen kann.

 

Was sind Fehlerströme?

Fehlerströme sind Ströme, die über eine Fehlerstelle in einem elektrischen Gerät oder einer Anlage aufgrund eines Isolationsfehlers fließen. In allen elektrischen Geräten, auch Ladestationen und Fahrzeugen, können unter ungünstigen Umständen oder bei fehlender Wartung solche Fehlerstellen auftreten, beispielsweise, wenn in einem defekten Elektrogerät stromführende Teile Kontakt mit einem metallischen Gegenstand (beispielsweise dem Gehäuse) oder der Erde haben.

Im Zusammenhang mit dem Laden von Elektrofahrzeugen unterscheidet man im Wesentlichen zwei verschiedene Arten von Fehlerströmen:

  • Gleichfehlerströme (DC-Fehlerstrom): Diese werden durch das Elektrofahrzeug selbst hervorgerufen und haben Ihre Ursache in der Ladetechnik des Fahrzeuges. Elektrofahrzeuge speichern ihre Energie in Batterien. Batterien können nur Gleichstrom (Direct Current = DC) speichern. Die meisten heimischen Wallboxen und öffentliche Ladestationen mit weniger als 50 kW liefern jedoch Wechselstrom (Alternating Current = AC). Daher muss der am AC-Ladepunkt vorhandene Wechselstrom im Fahrzeug in Gleichstrom „umgewandelt“ werden. Hierbei können Gleichfehlerströme entstehen, die auf das Wechselstromnetz zurückwirken.
  • Wechselfehlerströme (AC-Fehlerstrom): Diese Fehlerströme können durch defekte Elektrogeräte, Anlagen und das Fahrzeug entstehen. Sie haben in der Regel ihre Ursache in einer schlechten oder schlechter werdenden Isolationsfähigkeit der Geräte.

 

Welche Gefahren drohen durch Fehlerströme?

Die Gefahr von Fehlerströmen darf nicht unterschätzt werden. Werden sie nicht rechtzeitig erkannt, können sie zu lebensgefährlichen Verletzungen und hohen wirtschaftlichen Schäden führen.

Im Jahr 2022 wurden den Berufsgenossenschaften allein im gewerblichen Bereich über 3.600 Stromunfälle gemeldet, einige davon mit tödlichem Ausgang. Unfälle im privaten Bereich sind dabei nicht berücksichtigt.

Der Verband der Sachversicherer schätzt, dass rund 1/3 aller Brände in Deutschland auf defekte elektrische Geräte und Anlagen zurückzuführen sind. Die Verluste durch Brandschäden sind immens, neben dem materiellen Schaden fallen oft auch persönliche Erinnerungsstücke wie Bilder, Andenken etc. den Flammen unwiederbringlich zum Opfer. Besonders dramatisch sind Brandereignisse für Gewerbebetriebe. 43% aller von einem Brandschaden betroffenen Gewerbebetriebe melden unmittelbar nach dem Brand Insolvenz an, weitere 28% innerhalb von 3 Jahren. 

In vielen Fällen hätte eine rechtzeitige Erkennung und Trennung von Fehlerströmen den Schaden verhindern können.

 

Was ist ein FI-Schutzschalter?

Um dich vor diesen potenziell lebens- oder brandgefährlichen Situationen zu schützen, überwacht der FI-Schutzschalter den Stromfluss in einem elektrischen Stromkreis. Er vergleicht den Strom, der in den Stromkreis hineinfließt, mit dem Strom, der aus dem Stromkreis herausfließt. Wenn diese Ströme gleich sind, ist alles in Ordnung. Wenn diese Ströme aber nicht übereinstimmen, deutet das auf einen Fehlerstrom hin – ein Zeichen dafür, dass Strom über eine Fehlerstelle abfließt. In solchen Momenten reagiert der FI-Schutzschalter blitzschnell und trennt den Stromkreis sicher ab, bevor der Fehlerstrom zu groß wird.

Es gibt verschiedene Typen von FI-Schutzschaltern, die sich in ihrer Empfindlichkeit und ihrem Ansprechverhalten unterscheiden.

Im Zusammenhang mit Ladesystemen können wir drei Haupttypen unterscheiden:

  • FI-Schutzschalter Typ A
  • FI-Schutzschalter Typ A EV (Electric Vehicle)
  • FI-Schutzschalter Typ B

 

Was ist eine DC-Fehlerstromabschaltung?

Eine DC-Fehlerstromabschaltung ist eine Vorrichtung, die speziell entwickelt wurde, um Gleichstrom-Fehlerströme zu erkennen und auszuschalten. Die DC-Fehlerabschaltung ist in der Lage, Gleichfehlerströme zu erfassen, die beispielsweise auftreten können, wenn ein Elektrofahrzeug, das an einer Ladestation angeschlossen ist, einen Fehler entwickelt. Diese DC-Fehlerströme können die Funktion eines FI-Schutzschalters beeinträchtigen und zu dessen Ausfall führen. Die Aufgabe der DC-Fehlerstromabschaltung besteht darin, diese Art von Fehlerströmen zu identifizieren, bevor sie zu einem Ausfall des FI-Schutzschalters führen.

Bei Erkennen eines DC-Fehlerstromes größer gleich 6mA beendet die DC-Fehlerstromabschaltung den Ladevorgang und sorgt damit dafür, dass der vorgeschaltete FI-Schutzschalter gegen die Auswirkungen dieser Fehlerströme geschützt ist.

 

Was ist der Unterschied zwischen einer DC-Fehlerstromabschaltung und einem FI-Schutzschalter?

Die DC-Fehlerstromabschaltung ist eine Geräteschutzeinrichtung, die einen vorgeschalteten FI-Schutzschalter gegen schädliche Einflüsse von DC-Fehlerströmen schützt. Sie ist keine Personenschutzeinrichtung. Die DC-Fehlerstromabschaltung wird oftmals in Ladesysteme integriert und erlaubt es, kosteneffizientere FI-Schutzschalter des Typ A in der Installation oder dem Ladesystem zu verbauen. Sie schaltet in der Regel das Ladesystem aus und beendet den Ladevorgang mit einer Fehleranzeige.

Ein FI-Schutzschalter (RCD) ist eine Personenschutzeinrichtung, die Menschen, Tiere und Sachwerte vor den Auswirkungen eines elektrischen Schlages schützen und Brände verhüten soll. Der FI-Schutzschalter für den Personenschutz trennt das Ladesystem bei einem Fehlerstrom von maximal 30mA innerhalb von maximal 400 Millisekunden (je nach Versorgungsnetz) vom Netz und sorgt somit für eine maximale Sicherheit.

 

Typ A: Die wirtschaftliche Lösung, geeignet für Wallboxen mit integrierter DC-Fehlerstromabschaltung

Ein FI-Schutzschalter vom Typ A erkennt Wechselfehlerströme und pulsierende Gleichfehlerströme. Er trennt Ladesysteme beim Auftreten von Wechselfehlerströmen kleiner gleich 30 mA schnellstens von der Netzversorgung. FI Typ A sind jedoch empfindlich gegen glatte Gleichfehlerströme, denn glatte Gleichfehlerströme können zum Ausfall eines FI-Schutzschalters des Typ A führen. Deshalb muss einem FI-Schutzschalter Typ A für die Betriebssicherheit eine DC-Fehlerstromabschaltung vorgeschaltet werden. Auf Grund Ihrer großen Verbreitung sind FI-Schutzschalter vom Typ A die günstigsten Geräte am Markt.

Wallboxen von Amperfied verfügen seit langem über einen DC-Fehlerstromabschaltung, die Gleichfehlerströme erkennt, welche beim Laden von Elektrofahrzeugen entstehen können. Diese Abschaltung ist in der Ladestation integriert. Sie beendet den Ladevorgang des Fahrzeuges und beseitigt damit die Fehlerquelle.

 

Weitere Typen von FI-Schutzschalter

Voraussetzung für den Einsatz des FI Typ A ist eine in die Wallbox integrierte DC-Fehlerstromabschaltung. Für Wallboxen ohne integrierte DC-Fehlerstromabschaltung braucht man deshalb einen speziellen FI-Schutzschalter: Typ A-EV oder Typ B. Diese sind aber teurer als ein FI Typ A und können mehrere hundert Euro kosten.

 

Typ A-EV: Erkennt Wechsel- und pulsierende Gleichstromfehlerströme

Speziell für den Anschluss von Wallboxen ohne integrierte DC-Fehlerstromerkennung wurde der FI-Schutzschalter Typ A-EV entwickelt – eine spezielle Variante des Typs A. Typ A-EV erkennt Wechselfehlerströme bis zu 30 mA sowie pulsierende und glatte Gleichfehlerströmen bis zu 6 mA. Der Unterschied zum „normalen“ FI Typ A: Der FI Typ A-EV ist zusätzlich mit einer integrierten DC-Fehlerstromabschaltung zum Schutz gegen glatte Gleichfehlerströme versehen. Jedoch ist ein FI Typ A-EV um ein Vielfaches teurer als ein FI Typ A.

Die Bauweise des FI Typ A-EV verhindert die Erblindung des FI. Er eignet sich für Wallboxen mit einer Ladeleistung von bis zu 22 kW. Er darf ausschließlich für Ladesysteme verwendet werden und nicht als Ersatz oder Schutz für andere FI-Schutzschalter.

 

Typ B: Erkennt Wechsel- und glatte Gleichstromfehlerströme

Ebenfalls für Wallboxen ohne integrierte DC-Fehlerstromerkennung ist der allstromsensitive FI Typ B geeignet. Ein FI Typ B kann sowohl Wechselstrom-Fehlerströme als auch pulsierende und glatte Gleichstrom-Fehlerströme erkennen. Typ B erkennt und unterbricht Gleich- und Wechselstrom-Fehlerströme bis zu 6 mA (DC) bzw. 30 mA (AC). Auch der FI Typ B kostet ein Vielfaches eines FI Typ A.

Wichtig ist, dass kein FI Typ A vor einem FI Typ B geschaltet ist, da dann der FI Typ A seine schützende Abschaltfunktion bei glatten Gleichstrom-Fehlerströmen unbemerkt verlieren kann, was als „Erblindung des Fehlerstromschutzschalters“ bezeichnet wird. Ein FI Typ B eignet sich für Wallboxen mit einer Ladeleistung von bis zu 43 kW.

Wie funktioniert die neue Wallbox mit integriertem FI-Schutzschalter?

Aber was, wenn man neben der DC-Fehlerstromabschaltung auch den FI-Schutzschalter Typ A direkt in die Wallbox integrieren würde? Genau das haben wir gemacht. Das Ergebnis ist die Amperfied Wallbox connect series mit RCD (FI) Typ A.

Ein zusätzlicher, in der Wallbox eingebauter FI-Schutzschalter hat den Vorteil, dass er nicht nur Gleichfehlerströme, sondern auch Wechselfehlerströme unterbricht, die durch einen Isolationsfehler oder einen Körperschluss verursacht werden können. Die Wallbox bietet damit einen vollständigen Personen- und Brandschutz, ohne dass ein externer FI-Schutzschalter in der Hausverteilung benötigt wird. Die Wallbox ist verwendungsfertig und bietet somit den umfangreichsten Schutz für Menschen und Sachwerte.

Alle aktuellen Modelle der connect series (connect.home, connect.business und connect.solar) mit einer Kabellänge von 7,5 m sind mit eingebautem RCD Typ A 30mA AC gemäß IEC61008-1 erhältlich.

Folgende technische Daten sind allen Modellen der connect series gemein:

  • Integriertes WLAN sowie LAN-Anschluss
  • Autorisierung über RFID
  • App und Weboberfläche zur Steuerung und Überwachung der Wallbox
  • Anbindung an Home Energy Management System (HEMS) über Modbus TCP
  • Anbindung an Backend-Systeme über OCPP 1.6
  • Parkhalter für Ladekupplung
  • Exportierbares Ladeprotokoll
  • Individualisierbare Frontscheibe
  • Ladeleistung: bis zu 11 kW
  • Ladeanschluss: Typ 2 Stecker mit 7,5 m Ladekabel
  • FI-Schutzschalter RCD Typ A 30mA AC gemäß IEC61008-1
  • DC-Fehlerstromabschaltung von 6 mA gemäß IEC 62955

Die connect.business verfügt zusätzlich über einen MID-Energiezähler zur Erfassung der verbrauchten Energie, die connect.solar über eine integrierte Phasenumschaltung für solaroptimiertes Laden.

 

Geprüfte Sicherheit

Die Wallboxen der connect series mit integriertem FI-Schutzschalter tragen zudem das GS-Zeichen – als erste Wallboxen überhaupt. Doch was bedeutet das?

„GS“ steht für „Geprüfte Sicherheit“ und ist ein freiwilliges Prüfzeichen, das von unabhängigen Prüfinstituten vergeben wird, wie im Fall der Wallboxen der connect series vom TÜV Süd. Es bescheinigt, dass die Wallboxen die Anforderungen des deutschen Produktsicherheitsgesetzes (ProdSG) und der europäischen Niederspannungsrichtlinie erfüllen. Das heißt, das Gerät wurde auf Funktion, Qualität, Zuverlässigkeit und Sicherheit geprüft. Das GS-Zeichen steht somit für zusätzliche Sicherheit. Neben der zertifizierten Produktsicherheit bietet das GS-Zeichen auch Rechtssicherheit. Das hat für Gewerbetreibende Vorteile bei der Installation, wie du weiter unten lesen kannst.

Welche Vorteile bietet eine Wallbox mit integriertem FI Typ A und DC-Fehlerstromabschaltung für Dich als Endkunden, Gewerbetreibenden und für deine Elektrofachkraft?

Die Wallboxen der connect series mit integriertem FI Typ A bietet zahlreiche Vorteile, die sowohl für Endkunden als auch für Installateure und Elektriker relevant sind:

 

Vorteile für Endkunden:

  • Das GS-Zeichen ist europaweit das führende, amtliche Prüfsiegel für verwendungsfertige Geräte und bietet somit dem Verbraucher ein hohes Maß an Sicherheit. Die hohen Anforderungen werden von der Zentralstelle der Länder für Sicherheitstechnik (ZLS) festgelegt.
  • Maximale Sicherheit beim Laden deines Elektroautos: Die connect series mit integriertem FI Typ A und DC-Fehlerstromabschaltung bietet ein Höchstmaß an Sicherheit während des Ladevorgangs. Sie erkennt und unterbricht sowohl Gleich- als auch Wechselfehlerströme, sodass du dein Elektroauto bedenkenlos laden kannst. Du schützt damit dich, deine Familie und dein Hab und Gut.
  • Kosteneinsparungen durch Wegfall eines externen FI-Schutzschalters: Die connect series mit integriertem FI Typ A spart Kosten und Aufwand, denn du benötigst keinen separaten FI-Schutzschalter in deiner Hausverteilung. Die tatsächliche Kostenersparnis hängt stark von den örtlichen Gegebenheiten ab. Wenn der Platz im Unterverteiler nicht ausreichend ist, dann können die Kosten für eine externe Lösung mit neuem Unterverteiler schnell bis zu 740 Euro betragen.

 

Vorteile für Installateure und Elektriker:

  • Einfache Installation: Die connect series mit integriertem FI Typ A wurde auch konzipiert, um die Arbeit von Elektrikern zu erleichtern. Da kein zusätzlicher FI-Schutzschalter in der Hausverteilung erforderlich ist, reduziert sich der Installationsaufwand erheblich. Dies bedeutet weniger Anschlussarbeiten in der Hausverteilung.
  • Keine zusätzlichen Komponenten oder Kabel erforderlich: Die connect series mit integriertem FI Typ A und DC-Fehlerstromabschaltung kommt ohne zusätzliche Komponenten oder Kabel aus. Das minimiert das Risiko von Fehlern, Störungen oder Beschädigungen aufgrund unsachgemäßer Handhabung und vereinfacht die Installation.
  • Herstellerseitige Erfüllung der Anforderungen aus der VDE 0100-722 „Errichten von Niederspannungsanlagen Teil 7-722: Anforderungen für Betriebsstätten, Räume und Anlagen besonderer Art – Stromversorgung von Elektrofahrzeugen“
  • Weniger Haftungs- und Gewährleistungsrisiko, da die connect series mit integriertem FI Typ A als verwendungsfertiges Gerät gilt und ihre Montage weniger Fehlerpotenzial birgt.
  • Anschlussfähigkeit nach Energiewirtschaftsgesetz §49 und Netzanschlussverordnung §13: Diese legen die technischen Anforderungen an elektrische Anlagen und Geräte fest, die an das Stromnetz angeschlossen werden dürfen.

 

Vorteile für Gewerbetreibende:

Die connect series mit integriertem FI Typ A und GS-Zeichen bietet hohe Sicherheit bei gleichzeitig geringem Installationsaufwand. Dank ihres GS-Zeichens können die Wallboxen einfach und schnell installiert und in Betrieb genommen werden, da sie die wesentlichen Anforderungen für den Netzanschluss, vorbeugenden Brandschutz und den Arbeitsschutz erfüllen, die in folgenden Regelwerken aufgeführt sind:

  • Unfallverhütungsvorschriften der Berufsgenossenschaften (BG): Die Wallbox mit GS-Zeichen gilt als verwendungsfertiges Gerät und kann daher bedenkenlos eingesetzt werden.
  • Betriebssicherheitsverordnung und Arbeitsmittelbenutzungsrichtlinie: Diese legen die Mindestvorschriften für die Sicherheit und den Gesundheitsschutz der Beschäftigten bei der Bereitstellung und Benutzung von Arbeitsmitteln fest.
  • Vorbeugender betrieblicher Brandschutz: Schutz deines Betriebes vor den Auswirkungen eines Schadfeuers.
  • Schutz vor Fehlerströmen: Durch den integrierten FI-Schutzschalter schützt du Mitarbeiter, Kunden und dein Unternehmen vor den Auswirkungen von Fehlerströmen.

Fazit

Die Wallboxen der connect series mit integriertem FI-Schutzschalter sind die ideale Lösung für sicheres und kosteneffizientes Laden von Elektrofahrzeugen. Ihr großer Vorteil liegt in der bereits eingebauten zusätzlichen Sicherheit, die vor Fehlerströmen schützt. Diese Fehler könnten sonst zu gefährlichen Stromschlägen oder Bränden führen.

Sowohl Privatpersonen als auch Gewerbetreibende profitieren von dem zusätzlichen Schutz und der Kostenersparnis, da ein externer FI-Schutzschalter überflüssig wird.

Insbesondere für Gewerbetreibende sind diese Wallboxen eine hervorragende Wahl, da sie die gesetzlichen Anforderungen an den Arbeitsschutz und den vorbeugenden Brandschutz erfüllen. Das spart Zeit und Kosten bei der Installation und ermöglicht vielseitigere Einsatzmöglichkeiten im gewerblichen Umfeld.

Auch Installateure und Elektriker profitieren von diesen Wallboxen. Die Installation ist einfach, erfordert weniger Verlege- und Anschlussaufwand und erfüllt nachweislich die Anforderungen an den Netzanschluss.

Wenn du auf der Suche nach einer innovativen All-in-One-Lösung zum sicheren Laden von Elektrofahrzeugen bist, kannst du die Wallboxen der connect-Serie noch heute bei Amazon bestellen. Für Fragen und weitere Informationen stehen wir dir jederzeit gerne zur Verfügung.

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