Tipps zur elektrischen Sicherheit von Ralf Beesner
Jeder weiß, dass 230V tödlich sein können, wenn man „hineinfasst“. Weniger bewusst ist den meisten, dass es eine weitere Gefahr gibt: Brände durch Überhitzung elektrischer Verbraucher.
Fabian hat zwar ein gut geeignetes Netzteil gewählt (Schutzklasse 2, Strombegrenzung, elektronische Sicherung gegen Kurzschluss), aber dennoch zu wenig für den Fall getan, dass sich bei Versagen eines Verbrauchers zu hohe Ströme einstellen, die zu einer Überhitzung und schlimmstenfalls zu einem Brand führen.
Bei einer elektrischen Anlage, die ausgedehnt, schlecht zugänglich (Dachgebälk), durch Staub gefährdet ist und viele Jahre ohne Inspektion betrieben wird, sollte man unbedingt mehr tun.
Fehlerfall „Netzspannung am Ausgang“
Ein Netzteil der Schutzklasse 2, wie es Fabian gewählt hat, ist in dieser Hinsicht unproblematisch. Netzteile der Schutzklasse 1 sollte man für einen solchen Einsatz nicht verwenden, weil nicht ausgeschlossen ist, dass im Fehlerfall am Niederspannungsausgang 230V anliegen (Netzteile der Schutzklasse 1 sind meist für Hutschienenmontage in einem Schaltschrank vorgesehen, aber es gibt auch welche im Tischgehäuse).
Fehlerfall Kurzschluss; Problem:
Aus dem Datenblatt ist nicht erkennbar, bei welcher Unterspannung das von Fabian gewählte Netzteil komplett abschaltet, statt einfach nur den Strom zu begrenzen. Jedoch steht im Datenblatt, dass die Leitungslänge auf der Niederspannungsseite bei einem Leiterquerschnitt von 0,75mm² max. 2m (!) betragen darf
Die Strombegrenzung hat ihre Tücken:
Kupfer hat einen spezif. Widerstand von 0,017 Ohm*mm²/m. Widerstandsberechnung für 25m zweiadriges Kabel 0,75 mm²:
R = 0,0178 * 50 / 0,75 = 1,19 Ohm
25m zweiadriges Kabel 0,75 mm² kann man also am Ende kurzschießen, dann fließen bei 12V 10 A, und das Netzteil wird munter weiter einspeisen. 120W werden im Kabel in Wärme umgesetzt (siehe Fig.1 und Fig.2).
120W klingt nicht dramatisch, aber an einer 100W-Glühlampe kann man sich prima die Finger verbrennen. Ein gestrecktes (also nicht aufgerolltes) Kabel mit 0,75 mm² wird wohl nur ordentlich warm werden.
Wenn aber einzelne Verbraucher über noch dünnere Leitungen angeschlossen sind, kommen 1,2 Ohm bei kürzeren Leitungslängen zusammen, und der größte Teil der 120 W Verlustwärme entsteht auf einer kurzen Teilstrecke. Beispiel: typische Anschlusskabel mit 5,5mm-Hohlstecker für 12V-Verbraucher haben nur einen Querschnitt von 0,14 mm². Dann fließen 10A Kurzschlussstrom bei nur noch 5m Länge. Da wird es dann so langsam heikel.
Daneben kann es lokale Überhitzung an Übergangswiderständen geben. Die von Fabian verwendeten Modelleisenbahnstecker sind mit Sicherheit nicht für so hohe Ströme ausgelegt. Außerdem federn sie nicht gut, so dass die Gefahr besteht, dass sich zusätzlich Übergangswiderstände bilden, wenn die Stecker jahrelang irgendwo im Gebälk vor sich „hingammeln“.
Auch bei „Lüsterklemmen“ gibt es ein Problem: die Schrauben können sich in das weiche Kupfer einarbeiten und den Drahtquerschnitt schwächen. Verzinnte Drahtenden sind noch schlimmer, weil das Zinn unter dem Druck zu wandern beginnt.
„Lüsterklemmen“ sollte man aus diesen Gründen nur zusammen mit Aderendhülsen verwenden. Aderendhülsen sind recht preiswert und man muss sie nicht unbedingt mit einer Spezialzange aufquetschen; mit etwas Sorgfalt gelingt auch mit einer Flachzange eine innige Verbindung mit dem Draht.
Fehlerfall Kurzschluss; Lösung:
Die interne elektronische Sicherung des Netzteils soll das Netzteil schützen. Sie schützt aber nicht das angeschlossene Niederspannungsnetz. Das ist auch im großen Masstab so: unsere Hausinstallation wird nicht durch den Überstromschalter im Kraftwerk geschützt (dem ist ein Kurzschluss bei uns daheim herzlich egal), sondern durch gestaffelte Sicherungen, die sich am Leiterquerschnitt orientieren.
Erst kommt die Haussicherung (63A), dann der einzelne Stromkreis (16A), und schließlich eine Feinsicherung (z.B. 500 mA) im Notebook- Netzteil.
So sollte man es auch bei einem 12V- oder 24V-Netz machen:
Hinter dem Netzteil erst mal eine 12V- Stromverteilung, in der jeder Abgang eine Feinsicherung erhält, deren Belastbarkeit zum Verbraucher passen muss (z.B. jeweils 1 A für die LED- Leuchten und den USB-Hub). Und zu jedem Verbraucher eine Leitung mit einem Querschnitt, der bei Kurzschluss für ein sicheres Ansprechen der Sicherung reicht. In Fig.3 ist das beispielhaft dargestellt: niederohmige Verbraucher erhalten eine stärkere Sicherung und eine dickere Zuleitung, hochohmigere Verbraucher sind mit einer schwächeren Sicherung abgesichert. Bei ihnen reicht dann eine dünnere Zuleitung.
Das Material für die Stromverteiler findet man z.B. im Kfz-Zubehör: aus 6,3mm-Flachsteckverbindern, Kabelschuhen und zwei solide Messingstreifen, in die man mehrere Löcher bohrt, kann man so etwas bauen. Auch Sicherungshalter, die sich fliegend in die Kabelverbindungen einschleifen lassen, wird man dort finden.
Das wäre dann eine Sternverteilung. Grundsätzlich kann man auch ein Bussystem bauen: eine „fette“ Stammleitung mit großem Querschnitt und kurzen, niedrig abgesicherten Stichleitungen zu den Verbrauchern. Problem sind dann die Klemmen, mit denen man die Stichleitungen mit der Busleitung verbindet. Ich finde die Sternverteilung einfacher, weil die Stromschiene beim Netzteil räumlich konzentriert ist und mehrere dünne Doppeladern leichter zu verlegen sind als eine Stammleitung mit großem Querschnitt.
