Motorschutz

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Motorschutz (z.B. Motorschutzschalter) schützen elektrische Motoren (meist Asynchronmotoren) vor thermischen Überlasten durch mechanische Überlast oder Versagen eines ein- oder zweiphasigen Leiters. Elektrische Motoren sind für einen spezifischen Nennbetrieb konzipiert, bei dem die entscheidenden Motorteile innerhalb des erlaubten Temperaturbereichs liegen und kurzfristige Überlasten sie nicht gefährden. Das Motorschutzgerät muss den Motor zum einen bei vollständiger Ausnutzung der Kenngrößen wirtschaftlich arbeiten lassen, zum anderen aber auch hinreichend rasch auf Überlasten ansprechen.

Aufgrund der typischen 4 verschiedenen Isolationsklassen für die Wicklungen und spezieller Motorausführungen für spezielle Anwendungen bestehen verschiedene maximal zulässige Dauerbetriebstemperaturen und verschiedene Forderungen an die Motorschutzeinrichtungen, die durch professionelle Projektierungen und Konstruktionen erfüllt werden müssen. Generell wird der Motorschutz in die Themengebiete Schutzanforderungen (des Antriebs und der Anlage) und Schutzarten (stromabhängiger und/oder thermischer Schutz) unterteilt.

Grundsätzlich gibt es zwei Möglichkeiten, einen E-Motor vor Überlast während des Betriebs zu schützen: zum einen die Kontrolle seiner Leistungsaufnahme und zum anderen die unmittelbare Kontrolle der Motorwicklungstemperatur. In der ersten Klasse sind der Motorschutz-Schalter und das Überlastrelais (auch Motorschutzrelais), der zweite selbsttätig rückstellende Bi-Metallschalter und PTC-Thermistor sowie der volle Motorschutz enthalten. Der Auslösezeitpunkt des Überlastungsschutzes wird durch den Strom bzw. die eingestellte Betriebstemperatur und die Festlegung des Auslösebereichs festgelegt.

Er muss bei allen Stromwerten unterhalb der Gefahrenzeit der Motorisolierung sein. Zur Vermeidung unnötiger Auslösevorgänge werden hier Grenzen für den Grenzwertstrom und den Stillstand des Motors vorgeben. Motorenschutzschalter werden z.B. für dreiphasige Motoren gefertigt. Beim Motorschutz dieser Variante findet eine ODER-verknüpfte Abschaltung durch Überwachen der Stromstärken in den drei Versorgungsleitungen statt (stromabhängige Schutzeinrichtung).

Es kann thermisch-mechanisch (Bimetall), thermisch-elektrisch (PTC) oder elektrisch (Strommessung) überwacht werden. Der Anschluss von Drehstrom-Motoren an das Netz sollte nur über entsprechende Schutzschalter oder Motorschutzrelais vorgenommen werden, um Beschädigungen durch Überlastung oder Versagen eines externen Leiters zu verhindern. Diese Motorschutzart wird in der Regel immer in Abhängigkeit vom Motornennstrom In gesetzt. Die Wiedereinschaltung kann entweder automatisiert oder per Hand durch Betätigung einer Entriegelungstaste vorgenommen werden.

Bei einigen Motorschutzschaltern sind auch Schutzauslöser für Unterspannung vorhanden. Oftmals schützt ein Kurzschlussschutz auch das Netz vor Kurzschluss durch einen Kurzschluss-Auslöser, dies ist jedoch nicht erforderlich, um als Motorschutz-Leistungsschalter zu qualifizieren. Nach DIN VDE 0113 müssen die für den Kurzschluss- und Überlastungsschutz verwendeten Leistungsschalter am Beginn der Motor-Anschlussleitung installiert werden. Zusätzlich können Zusatzkontakte hinzugefügt werden, um z.B. den Status des Leistungsschalters zu kontrollieren, z.B. über eine SPS oder eine Signallampe.

Beim Ausschalten (Auslösen) werden die Hilfsschalter nicht umgeschaltet. Beim Einschalten des Motorschutzschalters werden - im Unterschied zum Motorschutz-Relais - die Hilfsschalter angesteuert. Die Überlast- oder Motorenschutzrelais arbeiten nach dem selben Funktionsprinzip wie der Motorenschutzschalter, aber sie stellen den Antrieb nicht selbst ab. Wird ein MSR (Motorschutzrelais) ausgelöst, werden ein oder mehrere kleine Relais angesteuert (Hilfskontakte), jedoch ein Öffner.

In der Regel wird über diesen Öffner ein Schaltschütz gesteuert, das dann die Last abtrennt. Die meisten Motorschutz- und Überlastrelais sind so konzipiert, dass sie ohne weitere Kabel unmittelbar auf einem Leistungsschütz montiert und angeschlossen werden können. Ein MSR hat im Unterschied zu einem Schutzschalter keinen Kurzschlußauslöser, sondern nur den Thermoauslöser (Bimetall), der bei einem Kurzschluß zu träge sein kann.

Deshalb müssen für einen oder mehrere durch Motorschutzrelais geschützte Motore in der Versorgungsleitung abgesichert werden. Das Auslösen von Handauslösung (zur Funktionsprüfung) sollte nur mit dem Spezialantrieb "Test" (teilweise nur mit Schraubenzieher bedienbar) durchgeführt werden. Der''Stopptaster'' bedient nur den Öffnerkontakt, nicht den Öffner. Auf diese Weise wird eine Fehlfunktion des Systems während des Betriebs vermieden (weil der MSR kontrolliert wird), aber der Antrieb bleibt für die Betriebsdauer ausgeschaltet - über das ausgeschaltete Schaltschütz, das am Öffnerkontakt aufhängt.

Die Prüftaste dient zum dauerhaften Schalten der Hilfsschalter - wie bei einem realen Auslöser. Manche Motorschutz-Relais verfügen über eine Option zur Selbstrückstellung. Nach dem Abkühlen der Bi-Metalle kehren die Hilfsschalter in ihre Ruhelage zurück und die Regelung fährt weiter - bis zur erneuten Anfahrt.

Überlastungsrelais sind auch in größeren Spannungen des Versorgungsnetzes erhältlich. Heutzutage haben viele Motore einen Thermistor installiert, der die Wicklungstemperatur aufzeichnet. Das Überschreiten der zulässigen Temperaturen bewirkt dann eine Fehlermeldung oder das Abschalten des Antriebs. Durch die direkte Überwachung der Motorwicklungstemperatur ist diese Schutzvorrichtung für alle Typen von elektrischen Antrieben geeignet, ungeachtet der Stromart und des Anschlusses.

Eine Wiedereinschaltung ist erst nach einer ausreichenden Kühlung des Antriebsmotors möglich, je nach externer Verdrahtung entweder von Hand oder von selbst. Gesteuert wird die Bewertung über ein Fremdgerät, das im Fehlerfall das Leistungsschütz für den zu überwachenden Elektromotor über einen Hilfsschalter (NC) ausschaltet. Wärmeschutz bieten die durch Heizspulen (Strangwiderstände) beheizten Bi-Metalle, über die der Strom des Motorstromes abfließt.

Jedes stromdurchflossene Kabel zum Antrieb hat ein eigenes Bi-Metall mit dazugehöriger Aufheizwicklung. Übersteigt die Leistungsaufnahme auch nur einer Motorwicklung für einige Augenblicke den Sollwert, wird durch die durch die Hitze deformierte Bimetallmasse die Schaltverriegelung des Motorschutzschalters ausgelöst und der Schaltkreis zum Elektromotor unterbrochen. Im Falle einer thermischen Abschaltung kann der Umschalter erst nach dem Abkühlen der Bi-Metalle wieder eingeschaltet werden.

Der Auslösestrom der Thermoschutzschalter ist in bestimmten Grenzwerten (bis zum 1,6fachen) einstellbar und muss auf den Motornennstrom umgestellt werden. Der Reset nach der Freigabe kann erst nach ausreichender Abkühlung des Bimetalls stattfinden. Die elektronischen Schutzauslöser verwenden Stromwandler, um den Stromwert der einzelnen Phasenleiter zu erfassen und das Leistungsverhalten eines Thermoschutzschalters nachzuahmen.

Der Vorteil elektronischer Bauelemente liegt in einem größeren Umfang des regelbaren Motornennstromes und einer größeren Vielfalt an Funktionen. So kann z.B. die Auslösekennlinie vieler elektronischer Motorschutzschalter gesetzt werden (z.B. verzögertes Auslösen bei stark anlaufenden Motoren) und der Taster kann nach einem Fehler aus der Ferne zurückgestellt werden. Mit diesem Knopf, Schieberegler usw. wird der Triggermechanismus aktiviert.

Das Bimetall und/oder der magnetische Schnellablass wirkt auf die Schaltverriegelung bahngenau. Um die Gleichmäßigkeit aller drei Spannungsebenen der dreiphasigen Phasenleiter zu überwachen, gibt es für die Phaseüberwachung entsprechende Schütze. Dreiphasige Lasten (Motoren, Umrichter, Transformatoren) werden vor den mit Phasenungleichgewichten einhergehenden höheren Lasten geschützt. Die Zulässigkeit dieser Beschaltung mit elektrischen Schutzschaltern ist im einzelnen den Produkt-Datenblättern der Hersteller zu entnehmen.

Kleinere Einphasenmotoren (z.B. Kühlschrankkompressoren) werden oft mit einem einfach rückstellbaren Bi-Metall-Schalter abgesichert.