Motorschutzschalter sind unverzichtbares Element bei E-Motoren

Mit Bimetall und Magnetspule

Motorschutzschalter – unverzichtbar in jedem Antrieb

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Elektrische Verbraucher aber insbesondere Elektromotoren wie Asynchronmotoren werden in der Regel am Dreiphasennetz betrieben. Tritt eine mechanische Überlastung auf, resultiert meist auch eine thermische Überlastung. Kritisch ist auch der Ausfall eines oder zweier Leiter des Netzes. Dann muss ein zuverlässiges Element in der Stromversorgung sicherstellen, dass der Motor vor der Zerstörung bewahrt bleibt. Motorschutzschalter haben sich in dieser Aufgabenstellung bestens bewehrt.
Elektromotoren sind in aller Regel für den Einsatz unter konkreten Betriebsbedingungen konstruiert worden. Im optimalen Betriebszustand wird der Motor auch im zulässigen Temperaturbereich betrieben, wobei kurzzeitige Überlast-Phasen den Motor nicht zerstören dürfen. Aufgabe des Motorschutzschalters ist es deshalb, den Betrieb des Motors innerhalb der definierten Nennwerte zu ermöglichen, im Falle einer Störung jedoch rechtzeitig auf eine mögliche Überlastung zu reagieren. Die Auslegung des Motorschutzes orientiert sich im Wesentlichen am mechanischen Aufbau des Motors sowie an den eingesetzten Werkstoffen.

Motorschutzschalter ...

Neben der direkten Temperaturmessung in der Wicklung hat sich mit dem Motorschutzschalter und dem ähnlich arbeitenden Überlastrelais die direkte Überwachung der Stromaufnahme des Antriebs etabliert. Dabei wird das Auslöseverhalten des Schutzschalters vom fließenden Strom und der daraus resultierenden Wicklungstemperatur sowie der Einstellung des Auslösepunktes bestimmt. Sie muss für alle definierten Ströme so erfolgen, dass Isolationswerkstoffe im Motor nicht beschädigt werden. Die EN 60947 fordert deshalb eine genaue Festlegung von Maximalzeiten für einen Überlastfall. Um Fehlauslösungen auszuschließen, werden Grenzwerte für den maximalen Strom und den Motorstillstand vorgegeben. In der Regel verfügen Motorschutzschalter über zusätzliche Hilfskontakte, mit denen der Zustand des Geräts überwacht werden kann. Die Hilfskontakte sind im ausgeschalteten bzw. ausgelösten Zustand nicht geschaltet. Wird der Motorschutzschalter jedoch eingeschaltet wird, werden die Hilfskontakte betätigt und signalisieren so den Regelbetrieb.

... oder Überlastrelais

Die sogenannten Motorschutzrelais funktionieren ähnlich wie der Motorschutzschalter, schalten jedoch selbst den gefährdeten Motor nicht ab. Löst ein Motorschutzrelais aus, steuert es in aller Regel ein Leistungsschütz an, das dann in Folge den Motor abschaltet. Oft sind Motorschutz- und Überlastrelais so konstruiert, dass sie direkt mit einem Schütz kombiniert werden können. Da die Motorschutzrelais nur über einen thermischen Auslöser verfügen, der bei einem Kurzschluss zu träge reagiert, sind die Zuleitungen der Motoren zusätzlich mit Sicherungen zu schützen. Überlastrelais kommen auch in der Mittelspannungsebene zum Einsatz. Der Anschluss erfolgt dann über isolierte Stromwandler.

Bimetall und Magnetspule

Die thermische Auslösung erfolgt mithilfe eines Bimetallskontakts, über den der Motorstrom fließt, wobei jeder Netzleiter durch einen Bimetallkontakt abgesichert sein muss. Ein zu hoher Motorstrom führt dabei zur Auslösung des Kontakts, der erst nach dem Abkühlen wieder geschlossen werden kann. Da die Bimetallauslösung relativ träge funktioniert, führen hohe Einschaltströme und kurze Überströme nicht direkt zum Auslösen. Fällt ein Netzleiter aus, schaltet das System aufgrund der ungleichmäßigen Erwärmung der kombinierten Bimetallstreifen aus. Die Auslöseströme dieser thermischen Motorschutzschalter sind in der Regel bis zum 1,6-fachen des Motor-Nennstroms einstellbar. Zu berücksichtigen sind dabei aber Stern-Dreieck-Schaltungen bzw. der Einsatz von Softstartern. Bei der magnetischen Auslösung fließt der Strom durch eine Spule, die ein vom Strom abhängiges Magnetfeld erzeugt. Erreicht dieses Magnetfeld eine festgelegt Grenze, löst es die Kontaktmechanik aus und unterbricht den Stromfluss. Damit der Schutzschalter nicht bei kurzzeitig auftretenden hohen Anlaufströmen abschaltet, ist ein hydraulisches Element in die Spule integriert, das für eine Verzögerung sorgt. Im Kurzschlussfall, ab einem etwa 10-fachen Nennstrom löst das Magnetfeld dagegen direkt aus. ge
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