Fehlerstromschutz in Industrieanlagen – RCD-Typen und Auswahl

Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen (RCDs) gehören zu den zentralen Sicherheitselementen in industriellen Energieverteilungen. Sie verhindern elektrische Unfälle, schützen Mitarbeitende, minimieren Brandrisiken und sichern Produktionsanlagen gegen teure Ausfälle ab. Anders als in Wohngebäuden treten in industriellen Umgebungen jedoch komplexe Fehlerstromformen auf: hochfrequente Ströme durch Umrichter, glatte Gleichfehlerströme in modernen Schaltnetzteilen, Oberwellen durch nichtlineare Lasten sowie EMV-bedingte Störungen in großen Hallen mit langen Kabelwegen.

Diese Komplexität führt zu deutlich höheren Anforderungen an Auswahl, Bemessung und Selektivität von RCDs. Ein falsch gewählter RCD kann nicht nur wirkungslos sein, sondern im Ernstfall sogar blockieren. Zudem können Fehlauslösungen ganze Fertigungslinien stilllegen – mit hohen wirtschaftlichen Schäden.

Was ist ein RCD und wie funktioniert er?

Ein RCD überwacht permanent die Differenz zwischen Hin- und Rückstrom. Solange beide Ströme gleich sind, verhält sich der Summenstromwandler neutral. Kommt es jedoch zu einem Fehler – etwa durch beschädigte Isolation, einen Körperschluss oder feuchte Umgebungen – fließt Strom über einen anderen Pfad ab (z. B. über Gehäuseteile oder die Erde).

Sobald der Differenzstrom den Bemessungswert übersteigt, löst der RCD aus und trennt den Stromkreis innerhalb von Millisekunden. Diese schnelle Reaktion verhindert schwerwiegende Personenschäden und Brände.

Warum ist das in der Industrie besonders komplex?

Industrielle Verbraucher erzeugen eine Vielzahl problematischer Stromanteile wie glatte Gleichströme aus Gleichrichterstufen in Umrichtern, Oberwellen durch nichtlineare Lasten, Mischfrequenzen aus geregelten Motoren, hochfrequente Störströme aus langen Motorleitungen oder Ableitströme aus EMV-Filtern. All diese Einflüsse können das Messprinzip des RCD erheblich verfälschen und in bestimmten Fällen sogar vollständig blockieren.

• Glatte Gleichströme aus Gleichrichterstufen in Umrichtern
• Oberwellen durch nichtlineare Lasten
• Mischfrequenzen aus geregelten Motoren
• HF-Störströme aus langen Motorleitungen
• Ableitströme aus EMV-Filtern

Diese Stromformen können das Messprinzip des RCD erheblich beeinflussen oder sogar „blenden“. Besonders Gleichfehlerströme können herkömmliche Typ-A-RCDs in die Sättigung treiben – sie verlieren ihre Schutzfunktion vollständig.

Historische und normative Einordnung

Früher wurden fast ausschließlich Typ-AC-RCDs verwendet, da klassische Verbraucher ausschließlich sinusförmige AC-Ströme erzeugten. Mit der zunehmenden Elektronik in Industrieanlagen wurde Typ A eingeführt, später Typ F, Typ B und B+.

Wesentliche Normen:

• DIN EN 61008 / 61009: Grundnormen für RCDs
• DIN EN 62423: Typ F und Typ B (allstromsensitiv)
• DIN VDE 0100‑410: Schutz gegen elektrischen Schlag
• DIN VDE 0100‑530: Auswahl und Errichtung von RCDs
• DGUV Vorschrift 3: Wiederholungsprüfungen

Diese Normen definieren Grenzfrequenzen, Prüfstromeigenschaften, DC-Erkennungsfähigkeit und Anforderungen an Selektivität.

Unterschied RCD, RCBO, RCCB & RCM

Gerät	Bedeutung	Einsatzgebiet
RCD / RCCB	Fehlerstromschutzschalter ohne Überstromschutz	Haupt- und Unterverteilungen
RCBO	RCD + Leitungsschutzschalter (LS) kombiniert	Endstromkreise, kompakte Schaltschränke
RCM	Fehlerstromüberwachung (ohne Abschaltung)	Anlagenüberwachung, frühe Fehlererkennung
AFDD	Lichtbogenschutzschalter	Brandschutz in kritischen Bereichen

RCMs sind besonders in Industriebetrieben wertvoll, weil sie frühe Fehlerströme detektieren, bevor ein RCD abschalten muss.

RCD-Typen im technischen Detail

Typ AC – nur für sinusförmige Wechselströme

Er erkennt ausschließlich reine AC-Fehlerströme. Moderne industrielle Verbraucher erzeugen jedoch nahezu immer Gleichanteile → daher für Industrie ungeeignet.

Typ A – erkennt AC und pulsierende Gleichfehlerströme

Problem: Typ A kann durch glatte Gleichströme > 6 mA blockiert werden. Ein gesättigter Summenstromwandler macht das Gerät wirkungslos.

Typ A ist nur in ausgewählten Nebenstromkreisen sinnvoll.

Typ F – für einphasige Umrichter und Oberwellen

Typ F erkennt:

• AC
• pulsierende DC-Ströme
• Mischfrequenzen bis 1 kHz

Er ist notwendig, wenn:

• einphasige Antriebe und Pumpen eingesetzt werden,
• Frequenzumrichter mit kleiner Leistung vorhanden sind,
• Oberwellen 3., 5., 7. Ordnung auftreten.

Typ B – allstromsensitiv

Typ B erkennt alle Fehlerstromformen:

• AC
• pulsierende DC
• glatte DC
• Mischfrequenzen bis 1 kHz

Er ist notwendig bei:

• dreiphasigen Frequenzumrichtern
• Robotik
• CNC-Maschinen
• USV-Systemen
• PV-Anlagen
• E-Ladetechnik

Typ B+ – erweiterter Brandschutz

Typ B+ erkennt zusätzlich hochfrequente Fehlerströme > 1 kHz (bis ca. 20 kHz je nach Modell). Dies ist notwendig bei:

• langen Motorleitungen
• hohen EMV-Störungen
• Anlagen mit starken Oberwellen
• Maschinen mit schnellen PWM-Taktfrequenzen

Grenzen der RCDs – warum manche Typen im Industrieeinsatz versagen

DC-Vorsättigung

Schon wenige Milliampere glatter Gleichstrom können den Summenstromwandler sättigen. Bei Typ A ist die Schutzfunktion dann vollständig verloren.

Oberwellen & Mischfrequenzen

Oberwellen erhöhen die Impedanz des Wandlers und stören die Messung. Typ B/B+ kompensieren diese deutlich besser.

EMV-Störungen

Leitungsgebundene Störungen können Fehlauslösungen verursachen, besonders bei langen Motorleitungen.

Ableitströme

In Industrieanlagen treten oft Grundableitströme von 5–30 mA pro Frequenzumrichter auf. Mehrere Maschinen können so 100 mA überschreiten – dies muss bei der Auswahl berücksichtigt werden.

Tabelle: RCD-Typen & technische Grenzbereiche

Typ	Erkennungsbereich	Besonderheiten	Industrie‑Eignung
AC	reiner AC	keine DC-Erkennung	praktisch ungeeignet
A	AC + pulsierende DC	Blind bei glattem DC > 6 mA	begrenzt
F	AC, pulsierende DC, Mischfrequenzen bis ~1 kHz	optimiert für einphasige Umrichter	gut
B	AC, DC, Mischfrequenzen bis ~1 kHz	allstromsensitiv	Standard
B+	wie B, zusätzlich HF bis > 1 kHz	erhöhter Brandschutz	optimal

Praxisbeispiele & häufige Fehler

1. CNC-Fräszelle löst sporadisch den RCD aus

Ursache: hohe Ableitströme + EMV-Störungen der Motorleitungen → Lösung: Typ B+ + getrennte Schutzkreise

2. Lüftungsanlage mit einphasigem Umrichter

Ursache: Mischfrequenzen aus dem Regelverfahren → Lösung: Typ F

3. Roboteranlage mit DC-Anteil im Fehlerfall

Lösung: Typ B Pflicht

4. Produktionslinie fällt komplett aus

Ursache: fehlende Selektivität → falsche Staffelung der RCDs

5. IT-Netz in Sonderbereichen

Bei IT-Netzen ist RCD-Auswahl besonders kritisch; oft muss ein RCM eingesetzt werden.

Typische Planungsfehler

Typische Fehler bei der Planung entstehen vor allem dann, wenn der verwendete RCD nicht zu den vorhandenen Umrichteranwendungen passt, mehrere Maschinenlinien fälschlich über dieselbe RCD-Ebene laufen oder EMV-Störeinflüsse nicht ausreichend berücksichtigt werden. Häufig werden Ableitströme nicht gemessen, RCBOs zu knapp dimensioniert oder RCDs in ungeeigneten Netzformen wie TN‑C eingesetzt. Auch der Verzicht auf eine kontinuierliche Überwachung mittels RCM kann zu unerkannten Fehlerentwicklungen führen.

Entscheidungshilfe: Welcher RCD ist der richtige?

Schritt 1: Fehlerstromformen bestimmen

Welche Gleichanteile, Mischfrequenzen und PWM-Frequenzen erzeugt die Maschine?

Schritt 2: Netzform prüfen

• TN-S → Standard
• TN-C-S → Vorsicht: PEN-Aufteilung
• IT → oft RCM statt RCD

Schritt 3: Ableitströme messen

Mit geeigneter Ableitstromzange Werte je Maschine erfassen.

Schritt 4: Selektivität sicherstellen

Mindestens drei Ebenen klar trennen.

Schritt 5: Dokumentation & Prüfkonzept aufbauen

Regelmäßige Messung der Auslöseströme und Prüfung der DC-Empfindlichkeit.

Checkliste:

• Welche Netzform liegt vor? (TN-S, TN-C-S, IT)
• Gibt es Frequenzumrichter? Wenn ja: Typ B/B+
• Einphasige Umrichter? → Typ F
• Liegen glatte Gleichfehlerströme vor? → Typ B
• Lange Motorleitungen oder EMV-Störungen? → Typ B+
• Grundableitströme gemessen? (≥10 mA pro Gerät?)
• Selektivität gewährleistet? (S‑Typ in der Hauptverteilung)
• Brandschutz relevant? → Typ B+

Entscheidungsdiagramm: Welcher RCD für welche Anwendung?

1. Erzeugt die Anlage Gleichanteile oder nutzt Umrichter?

• Ja → weiter zu 2
• Nein → Typ A ausreichend (nach Lastprüfung)

2. Handelt es sich um einphasige Umrichter/Pumpen/Ventilatoren?

• Ja → Typ F
• Nein → weiter zu 3

3. Entstehen glatte Gleichfehlerströme oder Mischfrequenzen?

• Ja → Typ B

4. Hohe EMV-Belastung, lange Leitungswege oder Brandschutz gefordert?

• Ja → Typ B+
• Nein → Typ B

FAQ

Was passiert, wenn ein Typ-A-RCD durch Gleichstrom blind wird?
Er schaltet im Fehlerfall nicht mehr aus. Der Summenstromwandler ist gesättigt und der Schutz ist aufgehoben.

Warum sind Umrichter ein Risiko für klassische RCDs?
Sie erzeugen glatte Gleichströme und Mischfrequenzen, die Typ A/F nicht zuverlässig erkennen.

Kann ein RCD Oberwellen erkennen?
Nur Typ B/B+ sind dafür ausgelegt. Typ A/F können durch Oberwellen fehlerhaft auslösen oder blockieren.

Wie erkenne ich zu hohe Ableitströme?
Mit einer Differenzstromzange. >10 mA pro Umrichter gelten als kritisch.

Warum sind RCMs in IT-Netzen sinnvoll?
Da der erste Fehler im IT-Netz keine sofortige Abschaltung erfordert, ermöglicht ein RCM frühzeitige Diagnose ohne Produktionsstopp.

Wann brauche ich selektive RCDs (S‑Typ)?
Wenn mehrere Ebenen von Verteilungen vorhanden sind, um unnötige Abschaltungen der gesamten Anlage zu vermeiden.

Woran erkenne ich, dass ein Typ B+ notwendig ist?
Hohe EMV, lange Motorleitungen, Oberwellen bis in den kHz‑Bereich oder besondere Brandschutzanforderungen.

Warum schalten RCDs in Industriehallen oft „grundlos“ ab?
Meist aufgrund von EMV-Störungen, Oberwellen, zu hohen Ableitströmen oder fehlender Selektivität.

Ergänzende Empfehlungen für Planung & Betrieb

• Ableitströme stets vor Auswahl messen.
• Motorleitungen geschirmt und korrekt geerdet verlegen.
• RCDs nicht überlasten: Vielzahl kleiner RCDs statt eines zentralen.
• RCM für Anlagenüberwachung einsetzen.
• Regelmäßige Prüfung nach DGUV V3 inklusive DC-Test.