Nicht unnötig auslösen

Industrieelektronik

Schutzschalter – Schutzschalter, die auf die Grenzkennlinie des Motors abgestimmt sind, sind ein wirksames Mittel gegen Überstrom. Dies bedeutet einen deutlichen Vorteil gegenüber der Geräteschutz- oder Feinsicherung.

09. Mai 2017

Der Schutz bei Überstrom findet in der Praxis oft zu wenig Beachtung. Aber Überlastung oder Kurzschluss können Überströme verursachen. Werden diese Überströme nicht rechtzeitig abgeschaltet, kommt es unweigerlich zu Überhitzungsschäden. Im schlimmsten Fall geraten Geräte und Maschinen sogar in Brand.

Unzureichend durchdachte Lösungen können aber auch zu unnötigen Ausfällen von Geräten und Maschinen führen. Die Folge sind hohe Reklamationskosten und unzufriedene Kunden. Deshalb ist der Einsatz einer passgenauen Überstromschutzeinrichtung immens wichtig, um für eine rechtzeitige Trennung von der Versorgungsspannung zu sorgen. Je nach Anwendung kommen verschiedene Überstromschutzeinrichtungen zum Einsatz.

Dabei spielen Kenngrößen wie Nennspannung und Nennstrom des Verbrauchers eine große Rolle. Ferner gilt es zu beachten, ob und wenn ja, welchen wechselnden Belastungen er im alltäglichen Gebrauch ausgesetzt ist.

Eine gängige Form des Geräteschutzes bietet die Feinsicherung. Für deren Schutzfunktion wird die Wärmewirkung des elektrischen Stromes genutzt. Wird der Nennstrom der Feinsicherung für eine bestimmte Zeit überschritten, löst diese aus. Auslöseelement ist ein Schmelzleiter. Er sorgt für die Unterbrechung des Stromkreises. Nach der Auslösung ist die Feinsicherung allerdings unbrauchbar; Der Nutzer muss sie austauschen. Hierbei hat er auf die richtige Volt- und Amperezahl und vor allem auf die Auslösecharakteristik zu achten. Entsprechend der Anwendung gibt es die Wahl zwischen fünf Kennlinien – von superflink bis superträge. Anhand dieser Zeit-Strom-Kennlinien lassen sich die Auslöse- oder Schmelzzeiten in Abhängigkeit des Überstromes bestimmen.

Komplexe Prozesse

Bei Betrachtung einer industriellen Absauganlage oder eines Gartenhäckslers wird schnell die mögliche Komplexität des Überstromschutzes deutlich. Anhand der Motordaten ließe sich eine Feinsicherung wählen, um in Belastungsfällen das Gerät rechtzeitig von der Versorgungsspannung zu trennen und so vor Wicklungsschäden zu schützen.

In der Praxis kommt jedoch in aller Regel ein zweiter wichtiger Gesichtspunkt hinzu: Für eine möglichst hohe Zufriedenheit des Betreibers sollte die Überstromauslösung so spät wie nur möglich geschehen. Oder anders formuliert: Unnötige, weil zu frühe Auslösungen sind unbedingt zu vermeiden. Folglich dürfen leichte und nur vorübergehende Verstopfungen nicht zur Auslösung führen. Gleichzeitig muss eine rechtzeitige und sichere Abschaltung bei Totalblockierung absolut sichergestellt sein.

Abhilfe schafft hier nur ein professioneller Überstromschutz. Für die genannten Anwendungsbeispiele empfiehlt sich der Einsatz thermisch auslösender Geräteschutzschalter. Die darin am häufigsten verwendeten Auslöseelemente sind sogenannte Thermo-Bimetalle. Die Höhe und Dauer des Überstromes sowie die Umgebungstemperatur bestimmen hierbei den Auslösezeitpunkt. Die Auslösecharakteristiken werden analog zur Feinsicherung in Zeit-Strom-Kennlinien dargestellt.

Bequem austauschen

Doch warum ist der Einsatz eines Schutzschalters sinnvoller als der einer Feinsicherung? Zum einen sorgen Stillstandzeiten für Unzufriedenheit bei Produktanwendern. Schutzschalter lassen sich nach einer Überstromauslösung bequem und sicher wieder einschalten. »Durchgebrannte« Feinsicherungen muss der Nutzer hingegen austauschen. Dies nervt und kostet Zeit. Außerdem ist nicht immer sofort eine passende Ersatzsicherung zur Hand.

Zum anderen unterliegen Feinsicherungen einem Alterungsprozess: Sie werden mit der Zeit immer schneller und damit unberechenbar. Überflüssige Auslösungen sind die Folge. Schutzschalter dagegen sind beständig. Ihre Auslösecharakteristik verändert sich nicht. Darüber hinaus sind die Kennlinien von Feinsicherungen bezüglich ihrer Nennstromstärke und Auslösecharakteristik starr und unflexibel.

Schutzschalter wie der Kombi-Schutzschalter 3120 von E-T-A besitzen häufig ein Streifenbimetall. Dieses lässt sich durch werksseitige Justierung einfach und exakt an den zu schützenden Verbraucher anpassen. Dadurch ist die Auslösecharakteristik des Schutzschalters perfekt auf die Grenzkennlinie des zu schützenden Verbrauchers abgestimmt. Dies ist vor allem bei anspruchsvollen Anwendungen extrem wichtig.

Jedoch sind in der Praxis die Grenzkennlinien der Motoren häufig nicht bekannt. Für genau abgestimmten Überstromschutz müssen diese zunächst ermittelt werden. Dafür empfiehlt sich ein schrittweises Vorgehen. Der Motor wird zum Beispiel zwei Sekunden blockiert und der Strom am Ende dieser Phase gemessen. Unmittelbar danach wird zusätzlich der Widerstand des Motors gemessen. Ein Vergleich mit dem Widerstandswert vor dem Blockiertest gibt Aufschluss darüber, ob der Motor bereits Schaden genommen hat. Wenn nicht, wird der Blockiervorgang, nach jeweiliger Abkühlung des Motors auf Raumtemperatur, mehrfach wiederholt. Die Blockierzeiten werden hierbei bis zur Beschädigung des Motors stetig erhöht, zum Beispiel von 5 über 10 bis zu 20 Sekunden. Mithilfe der gemessenen Widerstandswerte bei Blockierung lassen sich im Anschluss die Temperaturänderungen berechnen.

Genaue Analyse möglich

Das Ergebnis dieser Tests ist ein Erwärmungsdiagramm. Dieses enthält die Strom- und Temperaturverläufe des Motors bei Blockierung für Unter-, Nenn- und Überspannung sowie seine Temperaturgrenze. Daraus lassen sich die maximale Blockierzeit, in der der Motor noch keinen Schaden nimmt, sowie der dazugehörige Blockierstrom entnehmen.

Die gewonnenen Daten erlauben eine perfekte Abstimmung des Geräteschutzschalters auf die Belastungsgrenzen des Motors. Ungewollte Frühauslösungen gehören damit der Vergangenheit an. mk

Erschienen in Ausgabe: 04/2017