Ratgeber
An zahlreichen industriellen Prozessen sind Elektromotoren beteiligt, die vor allem eines nicht dürfen: durch elektrische oder thermische Überlastung zerstört werden. Motorschutzschalter beugen diesen Schäden vor.
Sie sind daher kein Luxus, sondern eine Notwendigkeit. In unserem Ratgeber informieren wir Sie über Funktionen, Typen und Bauformen von Motorschutzschaltern und geben Tipps für die Beschaffung.
Schaltskizze eines dreiphasigen Motorschutzschalters
Der Motorschutzschalter ist ein elektromechanisches Gerät, das einen einzelnen Elektromotor vor Kurzschluss, Überlast, Schwankungen des Eingangsstroms oder unplanmäßigen Unterbrechungen des Hauptstromkreises schützt. Dazu gehören auch Leitungsfehler, der Phasenausfall oder ein Phasen-Ungleichgewicht bei Drehstrommotoren.
Motorschutzschalter sind platz- und kostensparend und schalten den Elektromotor sofort ab, um Schäden zu vermeiden. So unterbricht er im Falle eines Kurzschlusses die Stromzuführung. Oft ist ein Motorschutzschalter mit einer thermischen Verzögerung ausgestattet, damit der Motor abkühlen kann und sich danach automatisch wieder einschaltet.
Die typische Klassifizierung von Motorschutzschaltern basiert auf den Strom- und Netzparametern. Daher gibt es einphasige und dreiphasige Schalter. Analog dazu sind auch Schutzschalter erhältlich, die für Gleichstrom ausgelegt sind. Die gängige Klassifizierung umfasst klassische Unterbrecher mit Bimetall-Kontakten und elektronische Modelle mit einem Überlastmodul und einer Steuereinheit.
In der Regel ist dieses Schaltelement mit drei Hauptfunktionen ausgestattet, die speziell für den Schutz von Elektromotoren entwickelt wurden:
Der thermisch-mechanische Schutz bewahrt den Elektromotor vor Überlastung. Ein sich ausdehnender beziehungsweise zusammenziehender Kontakt aus Bimetall wirkt auf ein sogenanntes Schaltschloss, das den Motor abschaltet, wenn sich der Kontakt durch einen übermäßigen elektrischen Strom aufheizt. Üblicherweise ist ein verzögertes Ansprechen vorgesehen, um die hohen Einschaltströme beim Anlaufen des Motors zu berücksichtigen. Wenn der Einschaltstrom jedoch zu lange anhält und der Motor nicht anläuft, löst der Thermokontakt aus.
Eine Alternative zum Bimetall-Kontakt ist der thermisch-elektrische Schutz. Er verwendet einen Kaltleiter, zum Beispiel den PT100-Sensor. Darunter ist ein temperaturempfindlicher Widerstand zu verstehen, dessen Widerstandswert sich bei zunehmender Wärme erhöht. Verbaut sind Kaltleiter in der Regel unmittelbar an den Spulen des Motors. Erhitzen sich diese über einen definierten Wert hinaus, steigt der Widerstand des Kaltleiters. Ein Motorschutzrelais registriert die Widerstandsänderung des Sensors und aktiviert beispielsweise Schütze zur Unterbrechung der Stromversorgung.
Der magnetische Schutz betrifft in erster Linie den Kurzschluss. Er unterbricht über ein Motorschutzrelais den Stromkreis, sobald ein Fehler erkannt wird. Der Strom fließt dabei nicht durch ein Bimetall, das sich mit zunehmender Erwärmung verformt, sondern über eine Magnetspule. Das erzeugte Magnetfeld ändert sich in Abhängigkeit vom anliegenden Strom. Erreicht das Magnetfeld einen definierten Grenzwert, löst der Schalter aus und unterbricht die Stromversorgung. Dieses Element ist temperaturstabil, das heißt, es wird kaum von Änderungen der Umgebungstemperatur beeinflusst. Im Vergleich zu thermischen Schutzschaltern bieten magnetische Schutzschalter eine schnellere und präzisere Auslösung.
Der Phasenschutz wiederum beugt dem Phasenausfall oder dem Phasenungleichgewicht vor. Denn Motoren mit Drehstromkreisen können nur dann richtig funktionieren, wenn die Spannungen in den drei stromführenden Leitern ausgeglichen sind. Eine Unausgewogenheit der Phasenspannungen von mehr als 2 Prozent verringern den Wirkungsgrad und die Lebensdauer des Motors, während ein plötzlicher Ausfall einer der Phasenspannungen zu noch größeren Schäden führt. In diesem Fall läuft der Motor zwar weiter, aber der Strom in den beiden anderen Phasen übersteigt den Nennwert und führt sehr wahrscheinlich zum Durchbrennen der Motorwicklungen. Ein Sensor-Modul im Motorschutzschalter misst ständig die Schwankungen der Phasenspannungen und schaltet über ein Motorschutzrelais den Motor ab, sobald ein Verlust oder ein Ungleichgewicht auftritt.
Motorschutzschalter können zusätzlich Funktionen enthalten, darunter Unterspannungsauslöser und Arbeitsstromauslöser. Im ersten Fall wird der Schalter ausgelöst, wenn die Spannung im angeschlossenen Stromkreis abfällt. Bei letzterem löst der Unterbrecher beim Empfang eines Impulssignals oder einer Dauerspannung aus.
Eine wichtige Komponente bei Motorschutzschaltern sind Hilfskontakte. Sie dienen der Übertragung von Informationen über den Betrieb des Schalters und auch zur Implementierung von Steuersystemen. Oft zeigt die Stellung der Bedienknöpfe, des Drehknopfes oder des Drehschalters selbst an, ob beispielsweise der Überlastauslöser aktiviert worden ist. Wichtig ist in diesem Zusammenhang, ob der Drehschalter in der Nullstellung abschließbar ist. In einem solchen Fall lässt sich der Drehschalter als Hauptschalter für die Motorsteuerung verwenden. Zu beachten ist in diesem und grundsätzlich in allen Anwendungsfällen die Norm DIN VDE 0113.
Motorschutzschalter sind in vielen unterschiedlichen Spezifikationen im Handel verfügbar. Sie können einerseits als thermisch-mechanisches Schutzelement dienen, das als Leistungsschalter, als Leitungsschutzschalter und als Überlastschutz ausgeführt ist und andererseits auch als Lasttrennschalter fungiert. Wesentlich für die Beschaffung sind immer der maximale Schaltstrom und die Schaltspannung.
Der Schaltstrom muss auf den Bemessungs- oder Nennstrom des Motors eingestellt sein, für den Motorschutz bewegt er sich zwischen 0,16 Ampere und 80 Ampere. Zahlreiche Geräte lassen sich dazu auf ein Minimum und ein Maximum einstellen. Die Schaltspannung reicht von 240 Volt bis zu 690 Volt, lässt sich allerdings nicht individuell regeln.
In der Regel wird diese Art Schutzeinrichtung in eher rauen Umgebungen installiert. Die meisten Typen sind dennoch lediglich nach IP20 abgesichert, das heißt, das Gerät besitzt es einen Berührungsschutz vor festen Fremdkörpern mit einer Größe über 12 Millimeter. Spannungsführende Bauteile können bei dieser Schutzklasse nicht mit dem Finger berührt werden. Ein Schutz vor Spritzwasser ist allerdings nicht vorhanden. In der Praxis sollte der Schutzschalter also nicht unbedingt in unmittelbarer Nähe vom Bearbeitungsort von Fräs- oder Drehmaschinen seinen Platz finden, sondern eher in der Umgebung der Steuertafel.